用于内燃机的排气净化系统的制作方法

专利名称：用于内燃机的排气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的排气净化系统。
技术背景内燃机的排气包含有害物质例如NOx等。已知为了减少这些有害物质 的排放，内燃机的排气系统设有排气净化装置，该排气净化装置包含用于 从排气中去除NOx的NOx催化剂。包含NOx催化剂的排气净化装置能够在其温度被保持在催化剂的活 化温度或以上的同时去除NOx。因此，在内燃机冷起动时，排气净化装置 的温度还没有达到催化剂的活化温度，从而难以从排气中充分去除NOx 并且排放物可能恶化。因此，在内燃机冷起动时，必须使排气净化催化剂 的温度迅速升高到催化剂的活化温度或以上，以便可以从排气中去除 NOx。结合配备如上所述的排气净化装置的内燃机具有多个气缸组的情况， 日本专利申请公才艮No. JP-A-2002-364352内描述了以下构造在气缸组的 排气的汇流点的下游设有双构造排气净化装置。在这种排气净化系统中， 同样必须在冷起动时迅速升高该双构造排气净化装置的温度。如果上述排气净化装置使用例如三元催化剂作为NOx催化剂，则该装 置能够在接近理论的气氛内同时去除HC、 CO和NOx。此外，如果提供 例如储存还原型NOx催化剂作为NOx催化剂，则由于当流入排气中的氧 浓度高时存储来自排气的NOx并且当流入排气中的氧浓度已经下降并且 存在还原剂时减少所存储的NOx的功能，该装置能够从排气中去除NOx。如果其中所存储的NOx的量增加，则储存还原型NOx催化剂的NOx去除性能恶化。因此，向储存还原型NOx催化剂供给还原剂以还原和释放 所存储的NOx (下文被称为"NOx还原过程")。在一些其他情况下，为 了解决来自排气的SOx#1存储在NOx催化剂内并且恶化NOx去除性能的 SOx中毒问题，升高NOx催化剂的催化剂温度并且向NOx催化剂供给还 原剂(下文被称为"SOx中毒恢复过程")。此外，在包含双构造排气净化装置的排气净化系统中，储存还原型 NOx催化剂例如具有当催化剂的温度在350 。C至450 。C的范围内时储存和 还原来自排气的NOx的功能。因此，排气净化装置的净化效率取决于^皮引 入该装置的排气的温度。因此，在一些情况下，难以在从低负荷/低转速运 转状态至高负荷/高转速运转状态的宽的运转状态范围内保持排气净化装 置的高净化效率。发明内容因此，本发明的第一个目标是在用于净化内燃机的多个气缸组的排气 的排气净化系统内提供一种能够在内燃机冷起动时更迅速地激活排气净化 系统内的催化剂的技术。此外，本发明的第二目标是在用于具有多个气缸 组的内燃机的排气净化系统内提供一种能够在更宽的运转状态范围内实现 高排气净化效率的技术。为了实现上述目标，本发明的排气净化系统是一种用于内燃机的排气 净化系统，所述排气净化系统包括供从多个气缸组排出的排气通过的排 气通路，以及设置在所述排气通路内并且净化所述排气的一个或多个排气 净化装置，其中所述排气通路包括气缸组直接联接排气通路，所述气缸 组直接联接排气通路分别连接到所述多个气缸组，并且从所述气缸组排出 的所述排气通过所述气缸组直接联接排气通路，所述气缸组直接联接排气 通路的数量等于所述气缸组的数量；气缸组对应分支通路，所述气缸组对 应分支通路通过分支每个气缸组直接联接排气通路而形成，各个所述气缸 组直接联接排气通路的所述气缸组对应分支通路的数量相等；混合排气通 路，使从所述气缸组直接联接排气通路中的每一个分支出的所述气缸组对应分 支通路之一相接合而形成，所述混合排气通路的数量与针对一个气缸组形
成的气缸组对应分支通路的数量相等；通过交汇所有所述混合排气通路形 成的交汇混合排气通路；以及为所述混合排气通路中的至少 一个提供的排 气量控制装置，所述排气量控制装置用于控制通过所述混合排气通路中的 所述至少一个的排气量，并且其中，通过所述交汇混合排气通路的排气被 引入所述一个或多个排气净化装置。
此外，为了实现所述第一目标，所述排气量控制装置可在所述内燃机 的冷起动开始之后的预定时间段内减少通过所述混合排气通路中的至少一 个的排气量。
也就是说，从每个气缸组排出的排气被分支以便通过多个气缸组对应 分支通路。在内燃机冷起动时，利用所述排气量控制装置减少通过一个或 多个所述气缸组对应分支通路的排气的量。因此，内燃机的排气集中地通 过不具有所述排气量控制装置的气缸组对应分支通路。
因此，考虑到内燃机的全部排气，可使沿排气所通过的气缸组对应分 支通路的外部接触表面的表面积相对地制成较小。结果，可减少从内燃机 排出的全部排气中释放到外部的热量，并且可相对地升高被引入排气净化 装置的排气的温度。因此，在内燃机冷起动时，同样可以使排气净化装置 的温度迅速升高，并且可基本上防止排放物的恶化。
"预定时间段，，在文中是指被如下定义的时间段。即，判定通过在该 时间段上使用排气量控制装置减少通过至少 一个混合排气通路的排气量， 可使排气净化装置足够迅速地达到高温。对于该预定时间段，可以使用预 先已经按经验确定的值作为定值，或者根据初始水温和内燃机的运转状态 选择不同的值之一。该预定时间段还可被设定为直到排气净化装置的暖机 结束的时间段，在该时间段内通过至少一个混合排气通路的排气量保持减 少。
排气量控制装置的示例包括气门装置例如排气节气门、三通气门等， 以及闸板(shutter)装置等。此外，在本发明中，可估计在所述内燃机的所述冷起动开始之后进气 的累积量或燃料喷射的累积量，所述预定时间段可被设定为 一直持续到进 气的所述累积量或燃料喷射的所述累积量的估计值超过预定值的时间段， 并且在从所述内燃机的所述冷起动开始起经过所述预定时间段之后，所述 排气量控制装置可增加通过所述混合排气通路中的所述至少一个的排气顺便提及，在估计内燃机的冷起动开始之后的进气的累积量的情况下，上述预定值是用作阈值的进气的累积量，该阈值可以判定当在内燃机的 冷起动开始之后已经吸入预定值对应数量的空气时，排气净化装置的温度 已经足够升高并且因此完成暖机。类似地，在估计燃料喷射的累积量的情 况下，上述预定值是用作阈值的燃料喷射的累积量，该阈值可以判定当 在内燃机的冷起动开始之后已经喷射预定值对应数量的燃料时，排气净化 装置的温度已经足够升高并且因此完成暖机。也就是说，根据前文所述，在一直持续到排气净化装置的温度已经足 够升高的时间段内，利用排气量控制装置使通过具有该排气量控制装置的 混合排气通路的排气量保持减少。因此，排气净化装置的温度可被有效地 升高。此外，由于没有利用排气量控制装置在不必要的长时间段内减少通 过混合排气通路的排气量，所以避免了对内燃机的排气的流量进行不必要 的限制，从而可抑制对内燃机的容许运转状态和输出的限制。此外，在本发明中，所述排气量控制装置可以是设置在所述混合排气 通路中的至少一个内的排气节气门，可以通过打开或闭合所述排气节气门 来增加或减少通过所述混合排气通路中的所述至少一个的排气量，并且可 在所述一个或多个排气净化装置的上游侧和/或下游侧设置空-燃比传感 器，所述空-燃比传感器当通过加热被启动时能够检测排气的空-燃比，并 且当所述排气节气门在所述预定时间段内被打开时，可以停止对所述空-燃比传感器的加热。顺便提及，希望内燃机的排气的空-燃比被非常精确地控制，以便排气 净化装置实现有效的NOx去除。为此，在本发明中，在排气净化装置的上游侧和/或下游侧设置有空-燃比传感器，所述空-燃比传感器当通过加热被 启动时能够检测排气的空-燃比。此外，该排气量控制装置是设置在至少一 个混合排气通路内的排气节气门，并且利用打开和闭合该排气节气门来控 制通过至少 一 个混合排气通路的排气量。在上述情况下，仅考虑排气温度升高效果，从理想的角度看，在内燃 机的冷起动开始时在整个上述预定时间段内闭合排气节气门并且在经过该 预定时间段后打开该排气节气门是可行的。但是，在这种情况下，在排气 节气门的闭合期间，被排气节气门阻止的排气可能会冷却从而在混合排气 通路内产生冷凝水。如果当存在这种冷凝水时打开排气节气门，则开始流 动的排气会向下游吹送冷凝水，从而喷溅的水可能沉积在空-燃比传感器 上，因此可能由于热沖击而破坏或损害空-燃比传感器。为了解决此问题，在本发明中，当排气节气门打开时停止对该空-燃比 传感器的加热。因此，当冷凝水被向下吹送时，空-燃比传感器的温度已经 降低。因此，基本上可防止在冷凝水沉积时由热冲击导致的空-燃比传感器 的破坏或损害。在此情况下，在停止空-燃比传感器的加热之后经过预定的延时之后， 可打开排气节气门。因此，可以更加可靠地使空-燃比传感器的温度在排气 节气门^皮打开时较低。因此，可以更可靠地防止由热冲击导致的空-燃比传 感器的破坏或损害。此外，在本发明中，在所述预定时间段的至少一部分期间，打开所述 排气节气门并停止所述加热的操作和闭合所述排气节气门并开始所述加热 的操作可以交替进行。因此，在该预定时间段内，可以允许排气逐渐流过具有排气节气门的 混合排气通路，并且在排气节气门附近的混合排气通路的温度可被升高。 因此，同样在该预定时间段内，在排气节气门附近的混合排气通路的温度 可保持接近或处于或高于露点。结果，可以更可靠地防止在打开排气节气 门时冷凝水沉积在空-燃比传感器上。此外，在本发明中，所述空-燃比传感器可以设置在所述一个或多个排气净化装置的上游侧和下游侧，并且如果对设置在所述一个或多个排气净 化装置的上游侧的空-燃比传感器的加热被停止，则可以通过使用设置在所 述一个或多个排气净化装置的下游侧的空-燃比传感器的输出来执行所述 内燃机的空-燃比控制。也就是说，在设置在排气净化装置的上游側的空-燃比传感器的加热被 停止的状态期间，不能准确地检测被引入排气净化装置的排气的空-燃比。 因此，在此状态期间，通过使用设置在该排气净化装置的下游侧的空-燃比 传感器的输出来执行内燃机内的排气的空-燃比控制。顺便提及，由于上文 提到的冷凝水不太可能被吹送到排气净化装置的下游侧，所以不管排气节 气门的打开/闭合状态如何，均可继续对位于该排气净化装置的下游侧的空 -燃比传感器加热。因此，不管排气节气门的打开/闭合状态如何，均可继续进行内燃机的 空-燃比控制，并且可基本上防止内燃机的排放物恶化。此外，在本发明中，如果在对设置在上游側的所述空-燃比传感器的加 热停止期间，设有所述排气节气门的所述混合排气通路的温度变得等于或 高于露点，则可以开始对设置在所述一个或多个排气净化装置的上游侧的 所述空-燃比传感器的加热，并且可以通过使用设置在所述一个或多个排气 净化装置的上游側的所述空-燃比传感器的输出来执行所述内燃机的所述 空-燃比控制。也就是说，如果具有排气节气门的混合排气通路的温度变得等于或高 于露点，则由于不存在冷凝水，不管排气节气门的打开/闭合状态如何，对 位于排气净化装置的上游侧的空-燃比传感器的加热都不会导致该空-燃比 传感器的破坏或损害。另一方面，从内燃机的空-燃比控制的角度考虑，由 于上游侧空-燃比传感器对空-燃比变化的检测延迟小于下游侧传感器，所 以希望通过使用设置在排气净化装置的上游側的空-燃比传感器的输出来 执行空-燃比控制。因此，即使在对上游侧空-燃比传感器的加热停止期间，如果具有排气 节气门的混合排气通路的温度变得等于或高于露点，则仍允许开始对设置在排气净化装置的上游侧的空-燃比传感器的加热，以及通过使用设置在排 气净化装置的上游侧的空-燃比传感器的输出来执行内燃机的空-燃比控 制。因此，在不存在冷凝水的情况下，优选地通过使用上游侧空-燃比传感 器执行空-燃比控制，以便能够更精确地执行空-燃比控制。此外，在本发明中，所述排气量控制装置可以是设置在所述混合排气 通路中的至少一个内的排气节气门，并且可以通过打开或闭合所述排气节 气门来增加或减少通过所述混合排气通路中的所述至少一个的排气量，并 且可在所述一个或多个排气净化装置的上游侧和/或下游侧设置有空-燃比 传感器，所述空-燃比传感器当通过加热被启动时能够检测排气的空-燃比。 在所述预定时间段内所述内燃机的所述冷起动开始之后，可以立即打开所 述排气节气门并停止对所述空-燃比传感器的加热。如果在所述预定时间段 内设有所述排气节气门的所述混合排气通路的温度变得等于或高于露点， 则可以执行对上游侧空-燃比传感器的加热，并且闭合所述排气节气门。因此，在混合排气通路的温度已经变得等于或高于露点之后，执行对 上游侧空-燃比传感器的加热。从而，可以更可靠地防止冷凝水沉积在上游 侧加热器上。为了实现本发明的上述第二目标，所述排气通路可具有保温装置，所 述保温装置设置成用于为每个气缸组直接联接排气通,供的所述多个气 缸组对应分支通路当中的一个或多个气缸组对应分支通路，并且基本上防 止从通过所述一个或多个气缸组对应分支通路的所述排气向外部释放热 量，并且，所述混合排气通路的一部分可以是配备保温装置的混合排气通 路，所述配备保温装置的混合排气通路通过相对于所有所述气缸组直接联 接排气通路使从每个所述气缸组直接联接排气通路分支出的所迷多个气缸 组对应分支通路当中的配备所述保温装置的气缸组对应分支通路相接合而 形成。也就是说，从内燃机的每个气缸组排出的排气被分支以便通过气缸组 对应分支通路。对于通过一个或多个气缸组对应分支通路的排气，该排气 的温度被保温装置保持为高温。另一方面，对于通过其他气缸组对应分支通路的排气，该排气的热量可释放到外部，从而其温度降低。通过接合具 有保温装置的气缸组对应分支通路形成的配备保温装置的混合排气通路和 通过接合不具有保温装置的气缸组对应分支通路形成的混合排气通路相接 合在一起，从而保持在高温的排气和温度降低的排气被混合。在此情况下， 使用排气量控制装置改变通过混合排气通路的排气量，换句话说，改变两 种排气之间的混合比，从而控制混合排气的温度。因此，不管内燃机的运转状态如何，通过根据内燃机的运转状态改变 混合比，可以将具有使排气净化装置能够获得高净化效率的温度的排气从 交汇混合排气通路引入排气净化装置。结果，可在宽的内燃机运转状态范围内获得高排气净化效率。所述保温装置可通过使所述气缸组对应分支通路的至少一部分具有双 层管结构而实现。因此，填充两层管壁之间的间隙的空气层将提高气缸组 对应分支通路的保温特性，而不会显著增加气缸组对应分支通路的热容。该排气量控制装置可由设置在至少一个混合排气通路内的排气节气门 实现。因此，利用简单的构造，可改变通过混合排气通路的排气量，因而可以更可靠地改变通过混合排气通路的排气和通过配备保温装置的混合排 气通路的排气之间的混合比。此外，在本发明中，所述一个或多个排气净化装置可包括储存还原型NOx催化剂。如果请求关于所述储存还原型NOx催化剂的SOx中毒恢复， 则可执行使来自所述多个气缸组当中的一个或多个气缸组的排气的空-燃 比达到预定的浓空-燃比并且使来自所述多个气缸组当中的其它一个或多 个气缸组的排气的空-燃比达到预定的稀空-燃比的浓/稀控制，并且可打开 所述排气节气门。在储存还原型NOx催化剂的SOx中毒恢复过程中，有时执行使来自所述多个气缸组当中的一个或多个气缸组的排气的空-燃比达到预定的浓 空-燃比并且使来自所述多个气缸组当中的其它一个或多个气缸组的排气 的空-燃比达到预定的稀空-燃比的浓/稀控制。通过所述浓/稀控制，足够量 的燃料和空气被引入储存还原型NOx催化剂，从而储存还原型NOx催化剂的温度可升高，并且将促进SOx的还原和释放。在所述浓/稀控制中，最终被引入储存还原型NOx催化剂的排气的空-燃比需要是理论比。因此，在控制全部排气的空-燃比之前，需要将多个气 缸组的排气更均质地混合。因此，通过打开排气节气门，已经通过混合排 气通路和配备^f呆温装置的混合排气通路的排气可在交汇混合排气通路内更 可靠地混合，因此可提高排气的均质程度。结果，可将被引入储存还原型 NOx催化剂的排气的空-燃比更加可靠地控制为理论空-燃比，因此可提高 SOx中毒恢复过程的处理效率。此外，在排气节气门设置在混合排气通路内的情况下，即使是在请求 SOx中毒恢复过程的期间内，当内燃机的运转状态属于预定的良好混合运 转状态时可闭合该排气节气门，在所述良好混合运转状态下，配备保温装 置的混合排气通路内的排气的混合状态良好。顺便提及，多个气缸组的排气量和脉动循环根据内燃机的运转状态而 改变。因此，根据内燃机的运转状态，即使当排气节气门保持闭合时，换句话说，即使当只有通过配备保温装置的混合排气通路的排气^:引入排气 净化装置时，排气仍可以被充分混合。在这种情况下，即使在请求SOx中 毒恢复过程的期间内，仍可闭合排气节气门。因此，如果排气节气门的打开不是必须的，则不打开排气节气门，以 便在通过交汇混合排气通路的排气中，可相对于已经通过混合排气通路的 排气量相对地增加已经通过配备保温装置的混合排气通路的排气量。因而，被引入排气净化装置的排气的温度可升高。结果，储存还原型NOx催化剂 的温度可被保持在接近SOx中毒恢复所需温度的温度。此外，类似于上述说明，在排气节气门设置在混合排气通路内的情况 下，如果在请求SOx中毒恢复过程的期间内，内燃机的运转状态偏离适合 于浓/稀控制的运转状态，则可中断浓/稀控制，并且可闭合排气节气门。顺便提及，对于内燃机的运转状态，偏离适合于浓/稀控制的运转状态 的状态是指例如怠速状态、请求全加速状态等状态，在该状态下继续进行 浓^fr控制可能会导致不稳定的燃烧或爆燃。在本发明中，如果在请求所述SOx中毒恢复过程期间所述内燃机的运转状态偏离适于所述浓/稀控制的 运转状态，则中断所述浓/稀控制并且闭合所述排气节气门。因此，在请求SOx中毒恢复期间，基本上可防止发生燃烧故障或爆燃。 此外，在内燃机的运转状态偏离适合于浓/稀控制的运转状态的期间内，已 通过配备保温装置的混合排气通路的排气的量与被引入储存还原型NOx 催化剂的排气的总量的比例可增加，从而储存还原型NOx催化剂的温度可 被保持在接近SOx还原/释放所需温度的温度。结果，如果内燃机的运转 状态返回适合于浓/稀控制的运转状态，则可迅速恢复SOx的还原/释放。此外，在执行上述浓/稀控制期间，可根据该排气节气门的打开/闭合改 变浓/稀比例。例如，在排气节气门设置在混合排气通路内的情况下，可使 在排气节气门的闭合状态期间的浓/稀比例小于在排气节气门的打开状态 期间的浓/稀比例。也就是说，如上所述，通过打开或闭合排气节气门(例如，通过在排 气节气门设置在混合排气通路内的情况下闭合排气节气门)，储存还原型 NOx催化剂的温度可升高到接近SOx中毒恢复所需温度的温度。因此，即 使使浓/稀控制中的浓/稀比例较小以便减少被引入储存还原型NOx催化剂 的燃料和空气的量，储存还原型NOx催化剂的温度仍可被保持在SOx中 毒恢复所需要的温度。因此，如果通过打开或闭合排气节气门升高储存还原型NOx催化剂的 温度，则可使在浓/稀控制中的每个气缸组的排气的空-燃比接近理论空-燃 比，从而将稳定内燃机内的燃烧，并且能够更可靠地防止发生燃烧故障和 爆燃。顺便提及，文中的浓/稀比例是表示在浓/稀控制中所控制的每个气缸 组排出的排气的空-燃比相对于理论空-燃比朝浓侧或稀侧的百分比的数 值。可以说，浓/稀比例的值越小，则每个气缸组排出的排气的空-燃比越 接近理论空-燃比。此外，如上所述，在排气节气门设置在混合排气通路内、并且如果在 存在SOx中毒恢复请求期间内燃机的运转状态偏离适合于浓/稀控制的运 转状态则中断该浓/稀控制并且闭合排气节气门的情况下，结合排气节气门的闭合，可以使气缸组的排气的空-燃比达到理想空-燃比。也就是说，在上述控制中，在请求SOx中毒恢复过程期间，如果内燃 机的运转状态偏离适合于浓/稀控制的运转状态，则中断该浓/稀控制。在此 情况下，如果在浓/稀控制中断期间从每个气缸组排出的排气的空-燃比返 回例如稀空-燃比，则可能由于储存还原型NOx催化剂的温度很高而难以 从排气中去除NOx。因此，在本发明中，使在浓/稀控制的中断期间从每个气缸组排出的排 气的空-燃比达到理论空-燃比。因而，尽管在SOx中毒恢复过程期间储存 还原型NOx催化剂具有高温，仍可利用储存还原型NOx催化剂的三元催 化功能从排气中去除NOx。结果，基本上可防止在浓/稀控制的中断期间排 放物恶化。此外，在本发明中，所述一个或多个排气净化装置可包括储存还原型 NOx催化剂，并且如果请求关于所述储存还原型NOx催化剂的SOx中毒 恢复，则可在第一预定时间段内，使来自所述多个气缸组的排气的空-燃比达到理论空-燃比，并且可利用所述排气量控制装置升高通过所述交汇 混合排气通路的排气的温度；在经过所述预定时间段之后，可执行使来自 所述多个气缸组当中的一个或多个气缸组的排气的空-燃比达到预定的浓 空-燃比并且使来自所述多个气缸组当中的其它一个或多个气缸组的排气 的空-燃比达到预定的稀空-燃比的浓/稀控制，并且可利用所述排气量控制 装置使通过所述交汇混合排气通路的排气的温度达到允许所述一个或多个 排气净化装置的SOx中毒恢复的预定温度；以及可在去除所述SOx中毒 恢复的请求之后的第二预定时间段内，使来自所述多个气缸组的排气的空-燃比达到理论空-燃比，并且可利用所述排气量控制装置降低通过所述交汇 混合排气通路的排气的温度。例如，下文将考虑为了在SOx中毒恢复过程中通过上述浓/稀控制升 高储存还原型NOx催化剂的温度而将常规的基于稀空-燃比的操作直接转 换成浓/稀控制的情况。在此情况下，由于储存还原型NOx催化剂的温度 必须显著升高，所以需要使浓/稀控制中的浓/稀比例较大。但是，根据相关技术，如果使浓/稀比例较大，则根据内燃机的运转状态在一些情况下可能 导致爆燃或不稳定燃烧。此外，根据相关技术，如果在去除对SOx中毒恢复的请求时，在停止 浓/稀控制之后例如立即进行基于稀空-燃比的操作，则有时会发生直到储 存还原型NOx催化剂的温度足够降低之前该储存还原型NOx催化剂都不 能存储NOx的情况。在这些情况下，在一直持续到储存还原型NOx催化 剂的温度足够减低的期间内排放物都可能恶化。因此，在本发明中，在请求SOx中毒恢复过程之后的第一预定时间段 内，使气缸组的排气的空-燃比达到理论空-燃比，并且利用排气量控制装 置升高通过该交汇混合排气通路的排气的温度。因此，在转换到浓/稀控制时，储存还原型NOx催化剂的温度可预先 升高到一定程度。因此，可防止当操作转换到浓/稀控制时浓/稀比例变得过 大。结果，基本上可防止在浓/稀控制期间在内燃机内发生燃烧故障和爆燃。此外，由于在该第一预定时间段内从气缸组排出的排气的空-燃比为理 论比，所以即使储存还原型NOx催化剂的温度升高到难以存储NOx的温 度范围，仍可利用储存还原型NOx催化剂的三元催化功能去除NOx。此外，在本发明中，由于在去除对SOx中毒恢复过程的请求之后的第 二预定时间段上，利用排气量控制装置降低通过该交汇混合排气通路的排 气的温度，所以储存还原型NOx催化剂的温度可迅速降低。另外，由于在 该第二预定时间段内使气缸组的排气的空-燃比达到理论空-燃比，所以即地去除NOx。此外，在本发明中，多个气缸组中的每一个可形成设置在内燃机内的 多个列中的对应的一个。因此，浓/稀控制可例如通过控制各个列的空-燃 比在V型内燃机内实现。用于实现上述第一和第二目标的根据本发明的另一种排气净化系统包所述排气通路内的一个或多个排气净化装置，通过下文所述的交汇混合排气通路的排气被引入所述一个或多个排气净化装置，并且所述一个或多个排气净化装置净化所述排气。所述排气通路包括气缸组直接联接排气通 路，所述气缸组直接联接排气通路分别连接到所述多个气缸组，并且从所 述气缸组排出的所述排气通过所述气缸组直接联接排气通路，所述气缸组 直接联接排气通路的数量等于所述气缸组的数量；气缸组对应分支通路，等；混合排气通路，每个所述混合排气通路通过相对于所有所述气缸组直 接联接排气通路使从所述气缸组直接联接排气通路中的每一个分支出的所 述气缸组对应分支通路之一相接合而形成，所述混合排气通路的数量与针 对一个气缸组形成的气缸组对应分支通路的数量相等；通过交汇所有所述混合排气通路形成的交汇混合排气通路；以及为所述混合排气通路中的至少一个提供的排气量控制部，所述排气量控制部控制通过所述混合排气通路中的所述至少一个的排气量。顺便提及，用于解决本发明中的问题的手段可以任何可能的组合使用。 根据本发明，用于净化内燃机的多个气缸组的排气的排气净化系统能够在内燃机冷起动开始时迅速激活该排气净化系统内的催化剂。此外，该系统能够在宽的运转状态范围内获得高排气净化效率。


从下文参照附图对优选实施例的说明中，可以更清楚看到本发明的上 述和/或其他目标、特征和优点，在附图中使用类似的标号表示类似的元件， 并且其中图1是示意性示出本发明的第一实施例内的排气净化系统的构造的筒图；图2是示出根据本发明的第一实施例在内燃机冷起动时执行的控制的 时间图；图3是示出根据本发明的第二实施例在内燃机冷起动时执行的控制的图4是示出根据本发明的第二实施例在内燃机冷起动时的控制的另一 种模式的时间图；图5是示出根据本发明的第三实施例在内燃机冷起动时的控制的时间图；图6是示出根据本发明的第三实施例在内燃机冷起动时的控制的另一 种模式的时间图；图7是示意性示出本发明的第四实施例中的排气净化系统的构造的简图；图8是示出在本发明的第五实施例内在SOx中毒恢复过程时的控制相关因素的变化的时间图；图9是示出在本发明的第六实施例内在SOx中毒恢复过程时的控制相关因素的变化的时间图；以及图10A和10B是示出本发明的第七实施例内的排气净化系统的总体构造的示意图。
具体实施方式
在下文的说明中，将通过示例性实施例更详细地说明本发明。 下文将参照附图示例性地说明用于执行本发明的最佳^=莫式。 图1是示意性示出根据本发明的第一实施例的排气净化系统的构造的 简图。在图1中，示出关于具有两列-即右侧列和左侧列-的内燃机例如V型内燃机的排气净化系统。图1内的右侧初级排气净化装置IO从右侧列 (未示出)接收流入排气，并且在冷态期间执行排气净化。类似地，左側 初级排气净化装置50从左侧列(未示出)接收流入排气，并且在冷态期间 执行排气净化。已经通过右侧初级排气净化装置10的排气流入右侧排气管 1。已经通过左侧初级排气净化装置50的排气流入左侧排气管51。右侧排 气管1在中途分成两个右侧分支管2a, 2b。类似地，左侧排气管51在中 途分成两个左侧分支管52a， 52b。顺便提及，右側排气管1和左侧排气管51对应于气缸组直接联接排气 通路。右侧分支管2a、 2b和左側分支管52a、 52b对应于气缸组对应分支 通路。在该排气净化系统内的更远的下游侧，右侧分支管2a和左侧分支管 52a相接合以形成右侧混合管3。另一方面，右侧分支管2b和左侧分支管 52b相接合以形成左侧混合管53。在更远的下游侧，右侧混合管3和左側 混合管53相接合以形成交汇混合管5。交汇混合管5分成右侧第二混合管 6和左侧第二混合管56,该右侧第二混合管6和左侧第二混合管56分别具 有右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54。顺便提及，右側混合 管3和左侧混合管53对应于混合排气通路。交汇混合管5对应于交汇混合 排气通路。在此实施例中，右侧初级排气净化装置10和左侧初级排气净化装置 50均包含三元催化剂。该三元催化剂是将以理论空-燃比或接近理论空-燃 比进行燃烧产生的排气中的CO、 HC和NOx转换成C02、 H20和&的 催化剂。该催化剂例如可通过在氧化铝上承载Pt和Rh的混合物或者Pt、 Pd和Rh的混合物而形成。另 一方面，右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54均包含储 存还原型NOx催化剂。该储存还原型NOx催化剂是通过使用氧化铝作为 载体并在该载体上承载贵金属例如Pt等，以及选自碱金属例如K、 Na、 Li等、碱土金属例如Ba、 Ca等和稀土金属元素例如La、 Y等的至少一种 元素而形成。设置在右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54上游的交汇混 合管5具有上游侧02传感器8，该传感器8通过对加热器的通电被加热， 并且在其中设置的传感器元件的启动状态期间能够检测氧浓度。类似地， 在右側主排气净化装置4和左側主排气净化装置54下游的接合部具有下游 侧02传感器9。此外，左侧混合管53具有排气节气门7，该排气节气门7 通过打开和闭合操作控制通过左侧混合管53的排气量。顺便提及，上游侧 02传感器8和下游侧02传感器9对应于空-燃比传感器。排气节气门7对应于排气量控制装置。在此排气净化系统中，在右侧初级排气净化装置10和左侧初级排气净 化装置50附近设有A/F传感器(未示出)。通过使用A/F传感器的输出 的主反馈控制和使用上游侧02传感器8或下游侧02传感器9的输出的次 级反馈控制，来控制右侧列和左侧列的排气的空-燃比。右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54能够有效地存储 NOx的温度范围被设定为35(TC至450'C。在一些情况下，在内燃机冷起 动时，右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度低于上述温 度范围，从而根据相关技术，NOx去除效率降低并且排放物恶化。因此，在此实施例中，在内燃机的冷起动开始之后，在右侧主排气净 化装置4和左侧主排气净化装置54处于低NOx去除效率状态期间，闭合 排气节气门7。因此，排气不能通过右侧分支管2b和左侧分支管52b中的 任何一个，这些否则将会通过右侧分支管2b和左侧分支管52b的排气量 以浓缩的方式通过右侧分支管2a和左侧分支管52a。因此，供内燃机的全 部排气量通过的排气通路的表面积变小，并且释放到排气通路外部的排气 热减少。结果，可基本保持排气的高温，从而可迅速升高右侧主排气净化 装置4和左侧主排气净化装置54的温度。图2是示出在上述排气净化系统中在冷起动时执行的控制的时间图。 该图的上部指示在内燃机的起动开始之前、之时和之后的催化剂暖机完成 标记的变化，并且下部指示在内燃机的起动开始之前、之时和之后的排气 节气门7的打开和闭合操作。催化剂暖机完成标记是在内燃机的起动开始 之后的进气累积量达到暖机完成空气量时被开启的标记。暖机完成空气量 是可以确定右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度已经足 够升高并且因此可获得足够的排气净化效率的进气量的累积值，该累积值 预先根据经验确定。顺便提及，该暖机完成空气量对应于在估计内燃机的 冷起动开始之后的进气累积量的情况下使用的预定值。在图1中，假设内燃机的起动在时间点tl开始。在该时间点，排气 节气门7被闭合。从该时间点开始检测内燃机的进气的累积量。然后，如果催化剂暖机完成标记在时间点t2被开启，则排气节气门7在该时间点被 打开。根据此实施例，在右側主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54 的温度足够高之前排气节气门7—直保持闭合，从而可获得足够高的排气 净化效率。因此，供内燃机的排气通过的通路可集中于右侧分支管2a、 2b 和左侧分支管52a、 52b中的右侧分支管2a和左侧分支管52a。从而，可 相对地减少排气的热量向分支管外部的释放，从而排气的温度可保持较高。 结果，可有效地升高右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温 度。顺便提及，在此实施例中，时间点tl到时间点t2的时间段，即从内 燃机的冷起动开始延续到催化剂暖机完成标记开启的时间段，对应于预定 的时间段。下面将说明本发明的第二实施例。在此实施例中，在内燃机冷起动时， 加速排气净化装置的暖机，并且防止由于喷溅的水造成02传感器损坏。图3是示出在冷起动时根据此实施例的排气净化系统执行的控制的时 间图。在图3中，假设内燃机的起动在时间点t3开始。然后，如第一实施例 一样，排气节气门7被闭合，并且开始检测进气的累积量。此外，在此实 施例中，开始检测进气量以便估计加速器踏板的下压量。在此实施例中进 行设定，从而当所检测到的进气量超过气门闭合极限空气量时，开启排气 节气门打开标记。气门闭合极限空气量是如下的进气量的值。即，当进气 量超过此值时，如果排气节气门7已经闭合则内燃机的输出被限制，或者 判定排气的温度将过高。气门闭合极限空气量预先根据经验确定。然后，在时间点t4,对用于加热上游侧02传感器8的传感器元件的 加热器通电。结果，上游侧02传感器8的传感器元件被启动，从而可以检 测氧浓度。然后，在时间点t5,假设排气节气门打开标记被开启。在此情况下， 如果排气节气门7保持闭合则可能发生如上所述的故障。因此，排气节气 门7#皮打开。但是，在此实施例中，排气节气门7并不是在排气节气门打开标记开 启之后立即打开。首先，中断对上游侧02传感器8的加热器通电。然后， 在经过延时At之后，即，在上游側02传感器8的温度变得足够低之后， 排气节气门7被打开。然后，在时间点t6，当排气节气门打开标记被关闭 时，排气节气门7被闭合，并且同时对上游侧02传感器8的加热器通电。 顺便提及，文中的延时At是在中断对上游侧02传感器8的加热器通电之 后该上游侧02传感器8的温度变得足够低所需的时间，并且对应于预定的 延时。接下来，如果催化剂暖机完成标记在t7被开启，则与第一实施例一样， 排气节气门7被打开。可判定在开启催化剂暖机完成标记的时间点，基本 上不存在冷凝水，这是因为在左側混合管53内在排气节气门7附近的温度 已经较高，或者因为排气节气门7在该时间点之前被打开和闭合。因此， 在该时间点，不中断对上游侧02传感器8的加热器的通电。因而，在此实施例中，在排气节气门7被打开同时催化剂暖机完成标 记被关闭的情况下，总是中断对上游侧02传感器8的加热器的通电。因此，在上游侧02传感器8上，仍基本上可避免上游侧02传感器8损坏。下文将说明与排气节气门7的打开/闭合和上游侧02传感器8的加热 器的通电的控制有关的另一种模式。结合此模式，将说明在催化剂暖机完成标记被关闭的同时，交替地执 行打开排气节气门7并且中断对上游侧02传感器8的加热器通电的操作和 闭合排气节气门7并且对上游侧02传感器8的加热器通电的操作的控制。 图4是示出在冷起动时根据此模式的排气净化系统的控制的时间图。 在图4中，4艮设在时间点t8,内燃机的起动开始。接下来，在时间点t9, 对上游侧02传感器8的加热器通电。然后，在时间点t10，中断对上游侧 02传感器8的加热器通电。在经过延时At之后，打开排气节气门7。然 后，在时间点tll,对上游侧02传感器8的加热器通电，并且闭合排气节 气门7。此外，在时间点tl2,中断对上游侧02传感器8的加热器通电。在经过延时At之后，打开排气节气门7。然后，当在时间点t13开启催化剂暖机完成标记时，由于可判定在左 侧混合管53的排气节气门7附近已经没有冷凝水，所以排气节气门7可保 持处于打开状态，并且对上游侧02传感器8的加热器通电。因此，在此模式中，在催化剂暖机完成标记被关闭期间，交替地执行 中断对上游侧02传感器8的加热器通电并且在经过延时At之后打开排气 节气门7的操作和对上游侧02传感器8的加热器通电并且闭合排气节气门 7的操作。因此，在右側主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的暖机期间， 排气可逐渐通过左側混合管53,从而在排气节气门7附近的温度可迅速升 高到露点。下面将说明本发明的第三实施例。在此实施例中，当不对上游侧02 传感器8的加热器通电时，通过使用下游侧02传感器9执行内燃机的空-燃比控制。结合下文将首先说明的才莫式，前提条件是，由于在内燃机的起 动开始之后立即闭合排气节气门7,所以催化剂暖机完成标记的开启比排 气节气门7附近的温度达到露点更早。图5是示出在冷起动时根据此实施例的排气净化系统执行的控制的时 间图。在此实施例中，内燃机的起动在时间点tl4开始。随后在时间点t15， 对上游侧02传感器8和下游侧02传感器9的加热器通电。在右侧初级排 气净化装置10和左侧初级排气净化装置50的暖机完成之后，在时间点t16 开始空-燃比的次级反^t贵控制。在此时间点，由于正在对上游侧02传感器8的加热器通电，所以通过 使用上游侧02传感器8的输出执行空-燃比的次级反馈控制。随后在时间 点tl7，假设催化剂暖机完成标记(未示出)被开启。在此时间点，不再需 要闭合排气节气门7。但是，在此实施例中，由于在此时间点左侧混合管 53内的排气节气门7附近的温度仍低于露点，所以如果打开排气节气门7, 则冷凝水仍有可能沉积在上游侧02传感器8上并且因此损坏上游侧02传 感器8。因此，在时间点17中断对上游侧02传感器8的加热器通电。在经过延时At之后，打开排气节气门7。此外，在此实施例中，改变空-燃比的次级反馈控制以便使用下游侧 02传感器9的输出进行控制。因此，即使在中断对上游侧02传感器8的 加热器通电之后，仍可通过使用下游侧02传感器9的输出继续进行内燃机 的空-燃比控制。然后，在tl8，假设露点标记被开启。露点标记是用于指示通过左侧混 合管53的排气的温度已经变得等于或者高于露点的标记，这可以从进气量 或者所喷射的燃料量的累积值估计出。当露点标记被开启时，左侧混合管 53内不再存在冷凝水，因此对上游侧02传感器8的加热器通电。同时， 将次级反馈控制切换到使用上游侧02传感器8的输出的次级反馈控制。此 后，中断对下游侧02传感器9的加热器通电。如上所述，在此实施例中，在中断对上游侧02传感器8的加热器通电 期间，通过使用下游侧02传感器9的输出继续进行次级反馈控制。因此， 不管右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的暖机状态、排气温 度、或者排气节气门7的打开/闭合如何，都可继续进行内燃机的排气空-燃比控制。此外，在左侧混合管53内的排气节气门7附近的温度达到露点的时间 点，将次级反馈控制切换到使用上游侧02传感器8的输出的次级反馈控制。 因此，如果上游侧02传感器8可用，则优选地使用上游側02传感器8的 输出进行控制。从而可以尽可能地提高次级反馈控制的精度。下面将说明此实施例的另一种模式。此模式示出了在以下情况下执行 的控制由于如下文所述在内燃机的冷起动开始之后立即打开排气节气门 7，所以催化剂暖机完成标记的开启正时晚于露点标记的开启正时。图6是示出在冷起动时根据此模式的排气净化系统执行的控制的时间 图。在此模式中，内燃机的起动在时间点t20开始。在此时间点，排气节 气门7已经打开。因此，由于冷凝水可能喷溅，所以没有对上游侧02传感 器8的加热器通电。相反，在时间点t21,对下游侧02传感器9的加热器 通电。然后，在时间点t22,开始次级反馈控制。此时，使用下游侧02传感器9的输出执行次级反馈控制。然后，在时间点t23,露点标记被开启，即，假设在左侧混合管53内 的排气节气门7附近的温度已经达到露点。因此，在该时间点闭合排气节 气门7。执行此闭合操作以便尽可能快地完成右侧主排气净化装置4和左 侧主排气净化装置54的暖机。在此时间点，由于左侧混合管53内不存在冷凝水的状态已经建立，所 以对上游侧02传感器8的加热器通电。还是在此时间点，将次级反馈控制 切换到使用上游侧02传感器8的输出的次级反馈控制。然后，由于在时间 点t24催化剂暖机完成标记被开启，所以不再需要闭合排气节气门7,因此 打开排气节气门7。在该实施例的此模式中，同样，在中断对上游側02传感器8的加热器 通电期间，通过使用下游侧02传感器9的输出继续进行次级反馈控制。因 此，不管右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的暖机状态、排 气温度、或者排气节气门7的打开/闭合如何，都可继续进行内燃机的排气 空-燃比控制。此外，在左侧混合管53内的温度达到露点的时间点，将次级反馈控制 切换到使用上游侧02传感器8的输出的次级反馈控制。因此，如果上游侧 02传感器8可用，则优选地使用上游侧02传感器8的输出进行控制。从 而可以尽可能地提高次级反馈控制的精度。此外，在该实施例的此模式中，在从内燃机的起动开始一直到露点标 记被开启的时间段内，排气节气门7保持打开并且不对排气节气门7的加 热器通电。因此，直到左侧分支管52内的排气节气门7附近的温度达到露 点之前，可抑制出现冷凝水本身并且基本上可防止上游侧02传感器8出现 高的温升。因此，可以更加可靠地防止由喷溅的水导致的上游侧02传感器 8的损坏。下文将说明根据本发明的第四实施例的排气净化系统。与前面的第一 至第三实施例的排气净化系统相比，此实施例的排气净化系统如图7所示 具有双层管结构，其中右侧分支管2a、左侧分支管52a和右侧混合管3由双层管形成，每个双层管在内管和外管之间具有空气填充空间。左侧混合管53具有排气节气门7,该排气节气门7控制通过右侧分支管2b、左侧分 支管52b和左侧混合管53的排气量。该双层管结构对应于保温装置。右侧 混合管3对应于配备保温装置的排气通路。左侧混合管53对应于混合排气 通路。顺便提及，右侧分支管2a、左侧分支管52a和右侧混合管3不必完 全由双层管结构形成。在基本上可产生保温效果的范围内设置这种双层管 结构是合适的。此外，右侧混合管3也不必完全由双层管结构形成。对于右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54,可以有效地存 储NOx的温度范围为大约350。C至450。C。因此，在进气量小并且被引入 排气净化装置的排气的温度低的运转状态期间，或者在进气量大并且被引 入排气净化装置的排气的温度高的运转状态期间，右侧主排气净化装置4 和左侧主排气净化装置54的温度偏离上述范围，从而根据相关技术，NOx 去除效率降低并且排放物恶化。因此，在此实施例中，在进气量小并且被引入排气净化装置的排气的 温度低的运转状态期间，或者在催化剂温度低并且右侧主排气净化装置4 和左侧主排气净化装置54的NOx去除效率降低的运转状态期间，闭合排 气节气门7。此外，在进气量大并且被引入排气净化装置的排气的温度高 的运转状态期间，或者在催化剂温度高并且右侧主排气净化装置4和左侧 主排气净化装置54的NOx去除效率降低的运转状态期间，打开排气节气 门7。也就是it,由于右侧分支管2a、左侧分支管52a和右侧混合管3具有 如上所述的双层管结构，所以这些管具有良好的保持排气温度的特性，从 而通过右侧混合管3的排气的温度可保持较高。另一方面，不具有双层管 结构的右侧分支管2b、左侧分支管52b和左侧混合管53允许大量的排气 热释放到外部，从而可使通过左侧混合管53的排气的温度较低。因此，通过闭合排气节气门7，优选地将温度已经被双层管结构保持 的排气供给右侧主排气净化装置4和左側主排气净化装置54。结果，可升 高被引入右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的温度。另一方面，打开排气节气门7将减小温度已经被双层管结构保持的排气的 量与被引入右側主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的总量 的比例。结果，可降低被引入右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装 置54的排气的温度。因此，在进气量小并且被引入排气净化装置的排气的温度低的状态期 间，或者在催化剂温度低的状态期间，可通过闭合排气节气门7升高被引 入右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的温度。另一方 面，在进气量大并且^L引入排气净化装置的排气的温度高的状态期间，或 者在催化剂温度高的状态期间，可通过闭合排气节气门7降低被引入右侧 主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的温度。因此，在较宽 的运转状态或催化剂温度范围上，可通过右侧主排气净化装置4和左侧主 排气净化装置54实现NOx的有效去除，因此可抑制排放物恶化。顺便提及，在上述控制中，基于右侧主排气净化装置4或左侧主排气 净化装置54的温度来确定用于打开和闭合排气节气门7的控制量是可行 的。因此，可直接控制催化剂温度，该催化剂温度对右侧主排气净化装置 4和左侧主排气净化装置54的NOx去除效率有很大影响。例如，可通过以下方式控制排气节气门7:如果右侧主排气净化装置4 或左侧主排气净化装置54的温度为350。C或更低，则闭合排气节气门7， 并且如果右侧主排气净化装置4或左侧主排气净化装置54的温度为450°C 或更高，则打开排气节气门7。因此，在宽的运转状态范围上，可将右侧 主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度保持在350'C至450。C 的范围内。顺便提及，在上述构造中，右侧主排气净化装置4或左側主排气净化 装置54的温度可使用传感器等直接测量，或者还可从内燃机的进气量或燃 料喷射量估计出。在前述实施例中，排气节气门7对应于排气量控制装置。排气节气门 7不必仅设置在左侧混合管53内。排气节气门还可以设置在右侧混合管3 内，并且通过打开和闭合两个排气节气门，可以控制通过右侧混合管3和左側混合管53的排气的量。此外，仅在右侧混合管3内设置排气节气门7 也可以通过打开和闭合该排气节气门相对地控制排气的温度。但是，在升 高被引入右側主排气净化装置4或左侧主排气净化装置54的排气的温度方 面，可以说希望至少在左侧混合管内设置排气节气门。此外，用作排气量控制装置的装置等并不局限于排气节气门，还可以 是其他装置例如闸板等。下文将说明根据本发明的第五实施例的排气净化系统。此实施例的排 气净化系统的构造与第四实施例的系统的构造基本相同。结合此实施例， 下文将说明用于右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的SOx 中毒恢复过程的控制。图8是示出此实施例中在SOx中毒恢复过程时的相关因素的变化的时 间图。在图8中，水平轴代表时间，并且垂直轴代表各个因素的变化。在图8中，假设在时间点tl请求SOx中毒恢复过程。如果在该时间 点符合SOx中毒恢复的条件，则开始所谓的浓/稀控制，在该浓/稀控制中 使右侧列的排气的空-燃比为浓空-燃比，而使左侧列的排气的空-燃比为稀 空-燃比。下文将简要说明浓/稀控制。使其中一个列的排气的空-燃比为稀空-燃 比，并且使另一个列的排气的空-燃比为浓空-燃比。稀空-燃比的排气和浓 空-燃比的排气相混合以获得理论空-燃排气，该理论空-燃排气被供给储存 还原NOx催化剂。因此，可使稀空-燃比排气内包含的02和NO;t与浓空-氧化和还原，从而升高储存还原型NOx催化剂的温度。此外，在图8中，SOx中毒恢复的条件为"开启(ON)"的状态是 指内燃机的当前运转状态适合于执行上述浓/稀控制。也就是说，内燃机的 运转状态并不是怠速状态或者加速器踏板被压下的状态，而是判定浓/稀控 制的执行导致不稳定的燃烧或者爆燃的可能性低的状态。对于SOx中毒恢 复的条件，可以预先根据经验确定内燃机的负荷和转速的合适范围并且将 其设置成映射图，并且可确定内燃机的运转状态是否在该映射图上的范围内。在此实施例中，假设已经在时间点tl打开排气节气门7。由于存在通 过不具有双构造的左侧混合管53的排气，所以通过右側混合管3的排气和 通过左侧混合管53的排气在交汇混合管5内汇合和混合。结果，被引入右 侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的均质性提高。因此， 被引入右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的空-燃比 的可控性也提高。在此时间段内，需要快速升高右侧主排气净化装置4和左侧主排气净 化装置54的温度。因此，需要增加浓/稀比例，该浓/稀比例代表在浓/稀控 制开始时从右侧列排出的排气的空-燃比的浓的程度和从左侧列排出的排 气的空-燃比的稀的程度相对于理论空-燃比的改变量。例如，需要通过控 制从右侧列排出的排气的空-燃比为从理论空-燃比朝浓侧的40%,以及从 左侧列排出的排气的空-燃比为从理论空-燃比朝稀侧的40%,从而获得土 20%的浓/稀比例。接下来，假设在时间点t2不满足SOx中毒恢复的条件。特别地，这 是内燃机的运转状态转移到怠速运转的情况或者加速器被完全压下的情 况。在前述情况下，停止浓/稀控制，并且控制右侧列和左側列的排气的空 -燃比为理论空-燃比。因此，使燃烧稳定并且也可抑制爆燃的发生。此夕卜， 在此时间点，右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54已经达到难 以将稀空-燃比的排气中的NOx存储在该装置内的高温(45(TC或更高)。 因此，通过控制右侧列和左侧列的排气的空-燃比，可利用右侧主排气净化 装置4和左侧主排气净化装置54的三元催化功能去除NOx。此时，排气节气门7闭合。因此，可以增加温度已经被双管结构保持 的排气的量与被引入右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排 气的总量的比例。从而，基本上可防止右侧主排气净化装置4和左侧主排 气净化装置54的温度显著降低。随后，如果在时间点t3再次满足SOx中毒恢复的条件，则开始浓/稀控制，并且打开排气节气门7。因此，右侧主排气净化装置4和左侧主排 气净化装置54被充分升高。此外，右侧列和左侧列的排气可在交汇混合管 5内充分混合，从而提高了均质程度。
随后，假设在时间点t4，排气混合良好标记被开启。如果内燃机的运 转状态是可判定尽管排气节气门7闭合，已经通过右侧混合管3的排气仍 被充分地均质化的状态，则排气混合良好标记被开启。因此，如果排气混 合良好标记^^皮开启，则不必通过打开排气节气门7促进排气的混合，因此 排气节气门7被闭合。
因此，可增加温度已经被双层管结构保持的排气的量与被引入右侧主 排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的总量的比例，并且因而 增加右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度。结果，可使 浓/稀控制中的浓/稀比例较小，从而可使内燃机内的燃烧更加稳定。
顺便提及，对于排气混合良好标记可被开启的运转状态，可以预先根 据经验确定运转状态的合适范围并且将其设置成映射图，并且可确定内燃 机的运转状态是否在该映射图上的范围内。
随后，如果在时间点t5该排气混合良好标记被关闭，也就是说，判定 内燃机的运转状态已经变为以下状态在排气节气门7闭合的情况下，已 通过右侧混合管3的排气不再被充分地均质化，则打开排气节气门7。结 果，可促进在交汇混合管5内的排气的混合，从而可提高被引入右侧主排 气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的均质程度。
在此情况下，已通过保温双管结构的排气的量与被引入右侧主排气净 化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的总量的比例减小。因此，右侧 主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54内的温度可能降低。因此，在 此实施例中，响应于这种情况，使浓/稀比例较大，以便可将右侧主排气净 化装置4和左侧主排气净化装置54的温度保持在SOx中毒恢复所需的高 温。
然后，如果在时间点t6去除对SOx中毒恢复的请求，则停止浓/稀控 制，并且将操作切换到基于常规的稀空-燃比的操作。如上所述，在此实施例中，对于SOx中毒恢复过程，首先执行浓/稀 控制并且打开排气节气门7。因此，通过右侧混合管3的排气和通过左侧 混合管53的排气在交汇混合管5内混合，从而可提高被引入右侧主排气净 化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的均质程度。如果当存在对SOx中毒恢复过程的请求时，内燃机的运转状态是通过 右侧混合管3的排气的均质程度被认为足够高的运转状态，则闭合排气节 气门7。因此，在此情况下，可升高被引入右侧主排气净化装置4和左侧 主排气净化装置54的排气的温度。从而，如果在浓/稀控制中不需要大的 浓/稀比例，则可使浓/稀比例较小，从而可稳定内燃机内的燃烧。此外，在此实施例中，如果当存在对SOx中毒恢复的请求时，内燃机 的运转状态偏离适合于浓/稀控制的运转状态，则中断浓/稀控制并且闭合排 气节气门7。这基本上可防止在浓/稀控制期间内燃机内的燃烧状态变得不 稳定并且基本上可防止发生爆燃。同时，基本上可防止右侧主排气净化装 置4和左侧主排气净化装置54的温度下降。此外，此时，右侧列和左侧列 的排气的空-燃比达到理论比，从而基本上可防止在此期间排放物恶化。在前述实施例中，根据内燃机的运转状态打开或闭合排气节气门7。 排气节气门7的打开和闭合操作并不一定仅指完全打开操作和完全闭合操 作。也就是说，排气节气门7的打开程度可根据内燃机的运转状态连续改 变。此外，在此情况下，浓/稀比例也可根据排气节气门7的打开程度连续 改变。下文将说明根据本发明的第六实施例的排气净化系统。在此实施例中， 有效执行右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度控制。顺 便提及，此实施例的排气净化系统的构造基本与上文结合第四实施例所述 的构造相同。图9是示出在此实施例内的SOx中毒恢复过程中的各种控制因素的变 化的时间图。假设在图9中的时间点t7输出对SOx中毒恢复的请求。在 此实施例中，在该时间点，并不立即开始浓/稀控制，而是首先闭合排气节 气门7。因此，温度已经被双层管结构保持的排气的量与被引入右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的总量的比例可增加，从而 右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度可升高。然后，在右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度升高 到浓/稀控制开始温度T0的时间点t8，开始浓/稀控制。在此情况下，与没 有在时间点t7至时间点t8的时间段内通过闭合排气节气门7对右侧主排 气净化装置4和左侧主排气净化装置54进行预热的情况相比，可使浓/稀 比例较小。结果，可在浓/稀控制期间使内燃机内的燃烧稳定，并且基本上 可防止发生爆燃。换句话说，上述浓/稀控制开始温度TO是可以仅通过闭合排气节气门 7达到的右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度。通过在 浓/稀控制之前获得右側主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温 度TO,可使浓/稀比例较小，从而可使浓/稀控制期间内燃机内的燃烧充分 稳定，并且基本上可防止发生爆燃。该温度TO可预先根据经验确定。右侧列和左侧列在时间点t7至时间点t8的时间段内的排气的空-燃比 被i殳定为理论比。因此，如果在此期间，右侧主排气净化装置4和左侧主 排气净化装置54的温度升高到对于稀空-燃比的排气难以去除NOx的温 度，则实际上能够利用这些装置的三元催化功能去除NOx。结果，基本上 可防止在此期间排放物恶化。顺便提及，时间点t7至时间点t8的时间段 对应于第一预定时间段。在此实施例中，在时间点t8至时间点t9的时间段内，继续浓/稀控制 以执行右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的SOx中毒恢复。 顺便提及，在此期间应被保持的右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化 装置54的温度是能够高效地减少和释放SOx的温度。此温度对应于预定 温度。假设在时间点t9去除对SOx中毒恢复的请求。此时，打开排气节气 门7。结果，温度已被双层管结构保持的排气的量与被引入右侧主排气净 化装置4和左侧主排气净化装置54的排气的总量的比例降低。这使右侧主 排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度迅速降低。结果，右侧主排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度很快降低到可以从稀空-燃比的排气中去除NOx的温度。在时间点t9至右侧主排气净化装置4和左側主排气净化装置54的温 度达到可以从稀空-燃比的排气中去除NOx的温度的时间点t10的时间段 内，控制右侧列和左侧列的排气的空-燃比为理论比。因此，在直到右侧主 排气净化装置4和左侧主排气净化装置54的温度变得足够低之前的时间段 内，可基本上防止排放物恶化。顺便提及，时间点t9至时间点tl0的时间 段对应于第二预定时间段。下文将说明根据本发明的第七实施例的排气净化系统。与上文结合第 五实施例说明的系统相比，在此实施例的排气净化系统中，可使右侧列和 左侧列的排气的混合性更高，并且进一步提高了该系统的车辆可安装性。图1 OA和10B是示出此实施例的排气净化系统的示意图。在该附图中， 用与图7内所用标号相同的标号指示的部分或构造基本上与参照图7所述 的部分或构造相同。如图10A所示，在此实施例中，在右侧排气管l和左 侧排气管51分别分支成右侧分支管2a、 2b和左侧分支管52a、 52b的分 支点处设有混合促进空间8、 58。右侧分支管2a、 2b和左侧分支管52a、 52b的长度均设定成基本相等。此外，由于右侧分支管2b和左侧分支管 52a相互交叉，所以这两个管如图IOB内所示逐渐变形，从而右侧分支管 2b沿远离附图的观察者的方向扭曲，并且左侧分支管52a沿朝向附图的观 察者的方向扭曲。如上所述，在此实施例中，在右侧排气管1和左側排气管51分别分支 成右侧分支管2a、 2b和左侧分支管52a、 52b的分支点处设置混合促进空 间8、 58。因此，不管右侧排气管1和左侧排气管51的构型如何，基本上 都可防止进入右侧分支管2a、 2b的排气的流量和进入左侧分支管52a、 52b 的排气的流量由于偏移的排气流而彼此不同。结果，可促进在右侧混合管 3和左侧混合管53内的混合，从而可提高均质程度。此外，在此实施例中，由于右侧分支管2a、 2b和左侧分支管52a、 52b 的长度均设定为基本相等，所以可使这些管的管谐振和压力损失的状态基本相同，从而可使流过的排气流相同。结果，可进一步促进在右側混合管3和左侧混合管53内的混合，并且可进一步提高均质程度。此外，在此实施例中，由于右侧分支管2b和左侧分支管52b相互交 叉，所以这两个管逐渐变形，从而右侧分支管2b沿远离附图的观察者的方 向扭曲，并且左侧分支管52a沿朝向附图的观察者的方向扭曲。因此，可 减小在将排气净化系统安装在车辆内时所需的空间。已经结合前述实施例说明了 2-4-2型排气系统，在该排气系统中内燃 机的两个气缸组的排气管均被分成两个分支管，即，形成总共四个分支管， 并且分支管相接合以形成两个混合管。此外，还说明了 2-4-2-1-2型排气系 统，在该排气系统中两个混合管相接合，然后交汇部分被分成两个第二混 合管。但是，可应用本发明的排气系统的类型并不局限于上述类型。本发明 还可应用于例如2-6-3型、2-6-3-1型、2-6-3-1-3型等排气系统。尽管已经结合内燃机具有两列并且控制从这两列排出的排气的空-燃 比和数量的情况，对实施例进行了说明，但是本发明中的术语"气缸组" 并不仅仅是指列。例如，本发明还可应用于气缸体排被分成多个气缸组并 且控制每个气缸组的空-燃比和运转状态的情况。尽管已经参照本发明的示例性实施例说明了本发明，但是应理解，本 发明并不局限于该示例性实施例或构造。相反地，本发明旨在涵盖多种改 变和等同设置。另外，尽管在示例性的各种组合和构型中示出了示例性实 施例的各种元件，但是包含更多、更少或者仅单独一个元件的其他组合和 构型也在本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于内燃机的排气净化系统，包括供从多个气缸组排出的排气通过的排气通路，以及设置在所述排气通路内并且净化所述排气的一个或多个排气净化装置，其特征在于所述排气通路包括气缸组直接联接排气通路，所述气缸组直接联接排气通路分别连接到所述多个气缸组，并且从所述气缸组排出的所述排气通过所述气缸组直接联接排气通路，所述气缸组直接联接排气通路的数量等于所述气缸组的数量；气缸组对应分支通路，所述气缸组对应分支通路通过分支每个气缸组直接联接排气通路而形成，各个所述气缸组直接联接排气通路的所述气缸组对应分支通路的数量相等；混合排气通路，每个所述混合排气通路通过相对于所有所述气缸组直接联接排气通路使从所述气缸组直接联接排气通路中的每一个分支出的所述气缸组对应分支通路之一相接合而形成，所述混合排气通路的数量与针对一个气缸组形成的气缸组对应分支通路的数量相等；通过交汇所有所述混合排气通路形成的交汇混合排气通路；以及为所述混合排气通路中的至少一个提供的排气量控制装置，所述排气量控制装置用于控制通过所述混合排气通路中的所述至少一个的排气量，其中，通过所述交汇混合排气通路的排气被引入所述一个或多个排气净化装置。
2.根据权利要求1所述的用于所述内燃机的所述排气净化 系统，其中，所述排气量控制装置在所述内燃机的冷起动开始之 后的预定时间段内减少通过所述混合排气通路中的至少 一 个的排
3. 根据权利要求2所述的用于所述内燃机的所述排气净化 系统，其中，估计在所述内燃机的所述冷起动开始之后进气的累 积量或燃料喷射的累积量，所述预定时间段被设定为一直持续到 进气的所述累积量或燃料喷射的所述累积量的估计值超过预定值 的时间段，并且在从所述内燃机的所述冷起动开始起经过所述预 定时间段之后，所述排气量控制装置增加通过所述混合排气通路 中的所述至少一个的排气量。
4. 根据权利要求2或3所述的用于所述内燃机的所述排气净 化系统，其中，所述排气量控制装置是设置在所述混合排气通路 中的至少一个内的排气节气门，通过打开或闭合所述排气节气门 来增加或减少通过所述混合排气通路中的所述至少 一 个的排气 量，并且其中，在所述一个或多个排气净化装置的上游侧和/或下 游侧设置有空-燃比传感器，所述空-燃比传感器当通过加热被启动 时能够检测排气的空-燃比，并且其中，当所述排气节气门在所述 预定时间段内被打开时，对所述空-燃比传感器的加热被停止。
5. 根据权利要求4所述的用于所述内燃机的所述排气净化 系统，其中，当所述排气节气门在所述预定时间段内被打开时， 所述排气节气门实际上在从停止所述加热之后经过预定的延时之 后被打开。
6. 根据权利要求4或5所述的用于所述内燃机的所述排气净 化系统，其中，在所述预定时间段的至少一部分期间，打开所述 排气节气门并停止所述加热的操作和闭合所述排气节气门并开始 所述加热的操作交替进行。
7. 根据权利要求4所述的用于所述内燃机的所述排气净化 系统，其中，所述空-燃比传感器设置在所述一个或多个排气净化装 置的上游侧和下游侧，并且其中，如果对设置在所述一个或多个排气净化装置的上游侧 的空-燃比传感器的加热被停止，则通过使用设置在所述一个或多 个排气净化装置的下游侧的空-燃比传感器的输出来执行所述内 燃机的空-燃比控制。
8.根据权利要求7所述的用于所述内燃机的所述排气净化 系统，其中，如果在对设置在所述一个或多个排气净化装置的上 游侧的所述空-燃比传感器的加热停止期间，设有所述排气节气门 的所述混合排气通路的温度变得等于或高于露点，则开始对设置 在所述一个或多个排气净化装置的上游側的所述空-燃比传感器 的加热，并且通过使用设置在所述一个或多个排气净化装置的上 游侧的所述空-燃比传感器的输出来执行所述内燃机的所述空-燃 比控制。化系统，其中，所迷排气量控制装置是设置在所述混合排气通路中的至 少一个内的排气节气门，并且通过打开或闭合所述排气节气门来 增加或减少通过所述混合排气通路中的所述至少一个的排气量， 并且其中，在所述一个或多个排气净化装置的上游侧和/或下游侧 设置有空-燃比传感器，所述空-燃比传感器当通过加热被启动时能 够检测排气的空-燃比，并且其中，在所述预定时间段内所述内燃机的所述冷起动开始之 后，立即打开所述排气节气门并停止对所述空-燃比传感器的加 热，并且其中，如果在所述预定时间段内设有所述排气节气门的所述 混合排气通路的温度变得等于或高于露点，则执行对设置在所述 一个或多个排气净化装置的上游侧的空-燃比传感器的加热，并且 闭合所述排气节气门。
9.
10. 根据权利要求1所述的用于所述内燃机的所述排气净化系统，其中，所述排气通路具有保温装置，所述保温装置设置成用于 为每个气缸组直接联接排气通路提供的所述多个气缸组对应分支通路当中的一个或多个气缸组对应分支通路，并且基本上防止从 通过所述一个或多个气缸组对应分支通路的所述排气向外部释放 热量，并且其中，所述混合排气通路的一部分是配备保温装置的混合排气 通路，所述配备保温装置的混合排气通路通过相对于所有所述气 缸组直接联接排气通路使从每个所述气缸组直接联接排气通路分 支出的所述多个气缸组对应分支通路当中的配备所述保温装置的 气缸组对应分支通路相接合而形成。
11. 根据权利要求10所述的用于所述内燃机的所述排气净化系统，其中，所述保温装置通过使所述气缸组对应分支通路的至 少一部分具有双层管结构而实现。
12. 根据权利要求10或ll所述的用于所述内燃机的所迷排气 净化系统，其中，所述排气量控制装置是设置在所述混合排气通 路中的至少一个内的排气节气门。
13. 根据权利要求12所述的用于所述内燃机的所述排气净化 系统，其中，所述一个或多个排气净化装置包括储存还原型NOx催 化剂，并且其中，如果请求关于所述储存还原型NOx催化剂的SOx中毒 恢复，则执行使来自所述多个气缸组当中的一个或多个气缸组的 排气的空-燃比达到预定的浓空-燃比并且使来自所述多个气缸组 当中的其它一个或多个气缸组的排气的空-燃比达到预定的稀空-燃比的浓/稀控制， 并且打开所述排气节气门。
14. 根据权利要求15所述的用于所述内燃机的所述排气净化系统，其中，即使在请求所述SOx中毒恢复过程期间，如果所述 内燃机的运转状态属于所述配备保温装置的混合排气通路中的排 气的混合状态良好的预定的良好混合运转状态，则闭合所述排气 节气门。
15. 根据权利要求13所述的用于所述内燃机的所述排气净化 系统，其中，如果在请求所述SOx中毒恢复过程期间所述内燃机 的运转状态偏离适于所述浓/稀控制的运转状态，则中断所述浓/ 稀控制并且闭合所述排气节气门。
16. 根据权利要求13至15中任一项所述的用于所述内燃机的 所述排气净化系统，其中，所述浓/稀控制内的浓/稀比例根据所述 排气节气门的打开/闭合而改变。
17. 根据权利要求15所述的用于所述内燃机的所述排气净化 系统，其中，结合所述排气节气门的闭合，使来自所述多个气缸 组的排气的空-燃比达到理论空-燃比。
18. 根据权利要求10所述的用于所迷内燃机的所述排气净化 系统，其中，所述一个或多个排气净化装置包括储存还原型NOx催 化剂，并且其中，如果请求关于所述储存还原型NOx催化剂的SOx中 毒恢复，贝'J:在第一预定时间段内，使来自所述多个气缸组的排气的空-燃比达到理论空-燃比，并且利用所述排气量控制装置升高通过所 述交汇混合排气通路的排气的温度；在经过所述预定时间段之后，执行使来自所述多个气缸组当 中的一个或多个气缸组的排气的空-燃比达到预定的浓空-燃比并 且使来自所述多个气缸组当中的其它一个或多个气缸组的排气的 空-燃比达到预定的稀空-燃比的浓/稀控制，并且利用所述排气量 控制装置使通过所述交汇混合排气通路的排气的温度达到允许所述一个或多个排气净化装置的SOx中毒恢复的预定温度；以及 在去除所述SOx中毒恢复的请求之后的第二预定时间段内， 使来自所述多个气缸组的排气的空-燃比达到理论空-燃比，并且利 用所述排气量控制装置降低通过所述交汇混合排气通路的排气的 温度。
19. 根据权利要求1至18中任一项所述的用于所述内燃机的 所述排气净化系统，其中，所述多个气缸组中的每一个形成设置 在所述内燃机内的多个列中的对应的一个。
20. —种用于内燃机的排气净化系统，包括 供从所述内燃机的多个气缸组排出的排气通过的排气通路，并且所述排气通路包括气缸组直接联接排气通路，所述气缸组直接联接排气通路分 别连接到所述多个气缸组，并且从所述气缸组排出的所述排气通 过所述气缸组直接联接排气通路，所述气缸组直接联接排气通路 的数量等于所述气缸组的数量；气缸组对应分支通路，所述气缸组对应分支通路通过分支每 个气缸组直接联接排气通路而形成，各个所述气缸组直接联接排 气通路的所述气缸组对应分支通路的数量相等；混合排气通路，每个所述混合排气通路通过相对于所有所述 气缸组直接联接排气通路使从所述气缸组直接联接排气通路中的 每一个分支出的所述气缸组对应分支通路之一相接合而形成，所 述混合排气通路的数量与针对一个气缸组形成的气缸组对应分支 通路的数量相等；通过交汇所有所述混合排气通路形成的交汇混合排气通路；以及为所述混合排气通路中的至少 一个提供的排气量控制部，所 述排气量控制部控制通过所述混合排气通路中的所述至少 一个的 排气量；以及设置在所述排气通路内的一个或多个排气净化装置，通过所 述交汇混合排气通路的排气被引入所述一个或多个排气净化装 置。
全文摘要
在用于净化内燃机的多个气缸组的排气的排气净化系统中，每个气缸组的排气通路(1，51)被分支成多个通路(2a，2b，52a，52b/3，53)。对于一个或多个被分支的排气通路(3，53)，减少通过的排气的量以便在总体上减少从排气释放到外部的热量。这样，被引入排气净化装置(4，54)的排气的温度保持在高温。
文档编号F01N3/20GK101233305SQ200680027847
公开日2008年7月30日 申请日期2006年7月27日 优先权日2005年7月29日
发明者中田勇, 出村隆行, 宫下茂树 申请人:丰田自动车株式会社