专利名称：内燃发动机的排气系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃发动机的排气系统。
技术背景在诸如v型发动机的具有多个气缸的内燃发动机的排气系统中，所有气缸被分成两个气缸组，每个气缸组都设置有排气歧管，并且为每个 气缸组设有排气通道，从而排气通道从相应的排气歧管延伸到排气汇合 点，来自各个排气通道的排气流在该排气汇合点处合并在一起。在这种 类型的排气系统中，已经提出，将涡轮增压器的涡轮和位于涡轮下游的 催化转化器仅设置在其中一个排气通道内，并且该排气通道在涡轮上游 的连接点处与另一排气通道的连接点连通，同时，控制阀设置在另一排 气通道的连接点的下游。例如，如此构造的排气系统的一个示例公开在JP-B2國l-27246中。在如上所述的布置中，控制阀用作涡轮增压器的废气门，并且该控 制阀在产生少量排气的低负载发动机运转期间被关闭，从而所有气缸的 排气通过该涡轮。在产生大量排气的高负栽发动机运转期间，控制阅打 开，从而另一气缸组的排气通过另一排气通道，并且仅前面提到的那个 气缸组的排气通过涡轮。这样，涡轮增压器产生的增压压力被恒定地控 制成设定值或者与该设定值接近的值。当车辆正在减速时，通常执行燃料供应切断操作以减少燃料消耗。 在上述排气系统中，如果控制阀由于发动机负载小而被关闭，甚至在燃 料供应切断期间也被关闭，使得所有气缸的排气通过涡轮，则所有气缸 的排气通过催化转化器。如果催化转化器的温度较高，那么，由于燃料 供应切断期间排出的含有大量氧气的排气引起的烧结，使得由贵金属形 成并通常承载在催化转化器上的催化剂劣化。如果因为催化剂的劣化而 导致单个催化转化器劣化，则排气不能被净化。本发明提供一种内燃发动机的排气系统，即使设置在涡轮下游的催 化转化器在燃料供应切断期间劣化，排气也能够在其中被适当地净化。发明内容依照本发明一个方面的具有多个气缸的内燃发动机的排气系统，所 有所述气缸分成两个气缸组，第一排气通道和第二排气通道连接于所述 两个气缸组各自的排气歧管，所述第一排气通道经由设置在所述第一排 气通道中的第一连接点和设置在所述第二排气通道中的第二连接点与 所述第二排气通道连通。所述排气系统包括设置在所述第一排气通道的 所述第一连接点下游的涡轮增压器的涡轮和第一催化转化器以及设置 在所述第二排气通道的所述第二连接点下游的控制阀。所述第 一催化转 化器设置在所述涡轮下游。在所述排气系统中，另一控制阀设置在所述 第 一排气通道的所述第 一连接点的下游，第二催化转化器设置在所述第 二排气通道的所述笫二连接点的下游。控制设置在所述第 一排气通道和 所述第二排气通道中的所述控制阀的打开量，使得在燃料供应切断期间 所有所述气缸的排气主要通过所述第一催化转化器和所述第二催化转 化器中的一个。通过采用以上布置，在燃料供应切断期间，所有气缸的排气主要通 过设置在第一排气通道中的第一催化转化器。因此，如果第一催化转化 器的温度较高，第一催化转化器可能由于排气中含有的大量氧气而被劣 化。然而，第二催化转化器设置在第二排气通道中。因此，在燃料供应 切断期间，含有大量氧气的排气几乎不会通过第二催化转化器。从而， 抑制了第二催化转化器的劣化，并且排气能够被第二催化转化器净化。在上述排气系统中，在燃料供应切断期间，可以测量或估算第一催 化转化器和第二催化转化器的温度。如果第二催化转化器的温度低于第 一催化转化器的温度，可以控制设置在第一排气通道和第二排气通道的 控制阀的打开量，使得所有气缸的排气主要通过第二催化转化器。通过采用以上布置，如果设置在第 一排气通道中的第 一催化转化器 的温度较高，则在燃料供应切断期间含有大量氧气的排气通过第 一催化 转化器的机会将减小，这抑制了第一催化转化器的劣化。当燃料供应切 断期间含有大量氧气的排气通过设置在第二排气通道中的第二催化转 化器时，第二催化剂的温度不可能太高，因为此时第二催化转化器的温 度低于第一转化器的温度。因此，抑制了第二催化转化器的劣化。从而， 通过采用两个催化转化器能够适当净化排气。6在上述排气系统中，在燃料供应切断期间，可以测量或估算第二催 化转化器的温度。如果第二催化转化器的温度低于预定温度，可以控制 设置在第一排气通道和第二排气通道的控制阀的打开量，使得所有气缸 的排气主要通过第二催化转化器。通过采用以上布置，如果设置在第 一排气通道中的第 一催化转化器 的温度较高，则在燃料供应切断期间含有大量氧气的排气通过第 一催化 转化器的机会将减小，这抑制了第一催化转化器的劣化。当燃料供应切 断期间含有大量氧气的排气通过第二催化转化器时，第二催化剂的温度 低于预定温度。因此，抑制了第二催化转化器的劣化。从而，通过采用 两个催化转化器能够适当净化排气。在上述排气系统中，设置在第一排气通道的控制阀可以控制成完全 关闭，设置在第二排气通道的控制阀可以控制成完全打开。依照本发明另一方面的具有多个气缸的内燃发动机的排气系统，包括: 构成发动机所有气缸的第一气釭组和第二气釭组；连接于第一气缸组和第 二气缸组各自的排气歧管的第一排气通道和第二排气通道，第一排气通道 和第二排气通道具有各自的连接点，第一排气通道和第二排气通道通过所述连接点彼此连通；设置在第一排气通道的连接点下游的涡轮增压器的 涡轮；设置在第一排气通道中并位于涡轮下游的第一催化转化器；设置 在第一排气通道的连接点下游的第一控制阀；设置在第二排气通道的连 接点下游的第二催化转化器；设置在第二排气通道的连接点下游的第二 控制阀；以及控制器，所述控制器控制设置在第一排气通道和第二排气 通道中的控制阀的打开量，使得在燃料供应切断期间所有气缸的排气主 要通过第一催化转化器和第二催化转化器中的一个。在上述排气系统中，在燃料供应切断期间，可测量或估算第一催化 转化器和第二催化转化器的温度。如果第二催化转化器的温度低于第一 催化转化器的温度，控制器可以控制设置在第一排气通道和第二排气通 道的控制阀的打开量，使得所有气缸的排气主要通过第二催化转化器。在上述排气系统中，在燃料供应切断期间，可以测量或估算第二催 化转化器的温度。如果第二催化转化器的温度低于预定温度，控制器可 以控制设置在第一排气通道和第二排气通道的控制阀的打开量，使得所 有气缸的排气主要通过设置在第二排气通道中的第二催化转化器。在上述排气系统中，控制器可以执行控制，使得设置在第一排气通 道中的控制阀完全关闭，并且使得设置在第二排气通道中的控制阀完全 打开。
通过以下参照附图对优选实施方式进行的描述，本发明的前述的和 /或其它的目的、特征和优点将会更加清晰，附图中相同的或相应的部分将以相同的参考标号进行标示，其中图1是示出依照本发明一个实施方式的内燃发动机的排气系统的示 意图；图2是用于控制第一控制阀和第二控制阀的第一流程图；以及 图3是用于控制第一控制阀和第二控制阀的第二流程图。
具体实施方式
在以下描述中，将以示例性实施方式对本发明进行更详细的描述。图l是示出依照本发明一个实施方式的内燃发动机的排气系统的示 意图.在图1中，V型发动机形式的内燃发动机包括第一气缸列la和 第二气缸列lb,并且第一排气歧管2a和笫二排气歧管2b分别连接到 第一气缸列la和第二气缸列lb。第一排气通道3a连接到第一排气歧 管2a，第二排气通道3b连接到第二排气歧管2b。第一排气通道3a和 第二排气通道3b在排气汇合点4接合在一起，并且主催化转换器5设 置在排气汇合点4的下游。V型发动机主要以化学计量空燃比运转.选择三元催化转化器作为 主催化转换器5。主催化转换器5的尺寸相对较大，但这不会导致车辆 安装效率方面的问题，因为转化器5安装在车辆的底板之下。因此，主 催化转换器5很好地净化了发动机高负载运转期间从各个气缸排出的大 量排气。然而，在低负载发动机运转期间从各个气缸排出的排气具有相对较 低的温度，并且该温度随着排气流入主催化转换器5的过程进一步降低。 因此，在这种情况下，主催化转换器5不能保持在催化剂活化温度或其 工作温度下，导致排气不能充分净化。在本发明的实施方式中，充当三元催化转化器的第 一辅助催化转化器6a靠近发动机机体安装在第一排气通道3a中，而第二辅助催化转化 器6b靠近发动机机体安装在第二排气通道3b中。通过采用这种布置， 当第一气缸列la和第二气缸列lb执行低负载发动机运转时，由此产生 的具有相对较低温度的排气在气体温度进一步降低之前流入靠近发动 机机体设置的第一辅助催化转化器6a和第二辅助催化转化器6b。从而， 承栽在各个催化转化器6a、 6b上的催化剂保持在活化温度，并且低负 载时产生的排气能够被充分地净化。而且，靠近发动机机体安装的第一 辅助催化转化器6a和第二辅助催化转化器6b在发动机起动时就迅速地 活化，从而能够在发动机起动之后立刻净化排气。在本发明的实施方式中，第一排气通道3a和第二排气通道3b经由 连接管7彼此连通，连接管7连接通道3a的连接点7a和通道3b的连 接点7b。涡轮增压器的涡轮8设置在第一排气通道3a中并位于连接点 7a和第一辅助催化转化器6a之间。而且，第一控制阀9a设置在第一排 气通道3a中并位于第一辅助催化转化器6a下游。第一控制阀9a调节 通过第一排气通道3a的排气量，使得排气量的下限等于零，并且第一 控制阀9a可以设置在位于连接点7a下游的第一排气通道3a中的任意 位置。第二控制阀9b设置在第二排气通道3b中并位于第二辅助催化转化 器6b下游。第二控制阀9b调节通过第二排气通道3b的排气量，使得 排气量的下限等于零，并且第二控制阀9b可以设置在位于连接点7b下 游的第二排气通道3b中的任意位置。如图1所示，第一控制阀9a和第 二控制阀9b的打开量由控制器IO控制。与涡轮8联接的涡轮增压器的压缩机(未图示)设置在发动机进气 系统的节气门上游，并且执行增压。通过控制第一控制阀9a和第二控 制阀9b的打开量，能够根据需要控制流经第一排气通道3a中的涡轮8 的排气量，即，能够从一种没有排气通过涡轮8的状态(该状态由完全 关闭第一控制阀9a并完全打开第二控制阀9b形成)变成一种所有气缸 的排气都通过涡轮8的状态(该状态由完全打开第一控制阀9a并完全 关闭第二控制阀9b形成)。这样，即使没有设置通常用于旁通涡轮8的 废气门通道，也能够根据发动机运转状态通过改变流经涡轮8的排气量 来控制增压压力。当车辆正在减速时，通常执行燃料供应切断操作以便节省燃料。在 燃料供应切断期间，空气作为排气从各个气缸排出，因此，排气中含有大量氧气。因为主催化转换器5离发动机机体相对较远，所以主催化转 换器5的温度不会变得非常高。然而，因为第一辅助催化转化器6a和 第二辅助催化转化器6b靠近发动机机体设置，所以第一辅助催化转化 器6a和第二辅助催化转化器6b的温度可能变得非常高(800'C或更高)。 如果在燃料供应切断期间排出的含有大量氧气的排气流入第一辅助催 化转化器6a或者第二辅助催化转化器6b，那么，由贵金属形成并通常 承栽在催化转化器上的催化剂将被烧结，从而劣化。如果第一辅助催化 转化器6a和第二辅助催化转化器6b由于这种烧结而都劣化，那么，当 发动机负载较低时或者发动机起动时将不能适当地净化排气。在本发明的实施方式中，控制器10按照图2所示的第一流程图的 过程控制第一控制阀9a和第二控制阀9b的打开量，以防止第一辅助催 化转化器6a和第二辅助催化转化器6b二者都劣化。首先，在步骤101 中，判定燃料供应切断操作是否已经启动。如果在步骤101中得到否定 判断，那么，在步骤102中，控制器IO基于当前发动机运转状态从各 个气缸中排出的排气量控制第一控制阀9a和第二控制阀9b的打开量。 从而，流经设置在第一排气通道3a中的涡轮8的排气量被控制为实现 所需的增压压力。如果从各个气缸排出的排气量不改变，则流经涡轮8 的排气量将随第一控制阀9a的打开量的减小而减小。在这种情况下， 第二控制阀9b可以控制成完全打开。另一方面，流经涡轮8的排气量 随第二控制阀9b的打开量的减小而增大。在这种情况下，第一控制阀 9a可以控制成完全打开。如果燃料供应切断操作已经启动，并且因此，在步骤101得出肯定 判断，则在步骤103中，测量或者估算第一辅助催化转化器6a的温度 Tl和第二辅助催化转化器6b的温度T2，并且判定第二辅助催化转化器 6b的温度T2是否低于第一辅助催化转化器6a的温度Tl。估算温度Tl 和T2要考虑到以下因素基于燃料供应切断操作启动即刻的发动机运 转状态的排气温度、已经分别通过第一辅助催化转化器6a和第二辅助 催化转化器6b的排气量、以及当排气通过涡轮8时将流入第一辅助催 化转化器6a的排气的温度会降低的事实。当在步骤103得出肯定判断时，即，当第二辅助催化转化器6b的10温度T2比第一辅助催化转化器6a的温度Tl低时，在步猓104中完全 关闭第一控制阀9a，并且在步骤105中完全打开第二控制阀9b。因此， 第二气缸列lb中的排气完全通过第二排气通道3b并且流入第二辅助催 化转化器6b。而且，第一气缸列la中的排气完全通过连接管7和第二 排气通道3b并且流入第二辅助催化转化器6b。因此，所有气缸的排气 都通过第二辅助催化转化器6b。在车辆开始减速前的即刻，即，燃料供应切断操作启动之前的即刻， 的运转状态下，发动机负载通常很大，因此，需要较高的增压压力。这 时，第二控制阀9b基本上关闭，并且具有较高温度的大量排气通过涡 轮8。因此，设置在第一排气通道3a中并位于涡轮8下游的第一辅助催 化转化器6a的温度通常非常高。相反，流经第二排气通道3b并通过第 二辅助催化转化器6b的排气量很小，而且第二辅助催化转化器6b的温 度通常相对较低。在这种情况下，如果在步骤103得出肯定判断，并且 因此，使所有气缸的排气在燃料供应切断期间通过第二辅助催化转化器 6b，则含有大量氧气的排气不通过具有非常高温度的第一辅助催化转化 器6a。从而，抑制了第一辅助催化转化器6a的劣化。同时，含有大量 氧气的排气通过第二辅助催化转化器6b。然而，几乎没有出现第二辅 助催化转化器6b劣化的可能性，因为第二辅助催化转化器6b的温度较 低。当在步骤103得出否定判断时，即，当第二辅助催化转化器6b的 温度T2等于或高于第一辅助催化转化器6a的温度Tl时，在步骤106 中完全打开第一控制阀9a，并且在步骤107中完全关闭第二控制阀9b。 因此，第一气缸列la中的排气完全通过第一排气通道3a并且流入第一 辅助催化转化器6a。同时，第二气缸列lb中的排气完全通过连接管7 和第一排气通道3a并且流入第一辅助催化转化器6a。因此，所有气缸 的排气通过第一辅助催化转化器6a。当在步骤103得出否定判断时，在启动燃料供应切断操作前的即刻 的运转状态中，相对较大量的排气通过第二排气通道3b。这时，执行 中低负载发动机运转，在该运转状态下，增压压力不需要像高负载发动 机运转时那么高，并且排气温度也不像发动机负载较大时那么高。因此， 等于或小于第二辅助催化转化器6b的温度T2的第一辅助催化转化器 6a的温度Tl很高的可能性较低。即使使所有气缸的排气都通过第一辅助催化转化器6a，第一辅助催化转化器6a也不可能劣化。同时，不通 过排气的第二辅助催化转化器6b也不劣化。这样，第一辅助催化转化 器6a和第二辅助催化转化器6b的劣化都被抑制，这防止了当发动机负 载较低和发动机起动时排气不能被净化的情况。图3示出了第二流程图，其包括控制第一控制阀9a和第二控制阀 9b的打开量以防止第一辅助催化转化器6a和第二辅助催化转化器6b 都劣化的过程。除了以下几点之外，第二流程图所示的过程与第一流程 图所示的过程相同。在第二流程图所示的过程中，在步骤203，仅测量 或估算第二辅助催化转化器6b的温度T2，并且判定温度T2是否低于 预定温度T，，在所述预定温度T，，即使气体通过第二辅助催化转化器 6b也不会导致由贵金属形成的催化剂烧结。只有在步骤203得出肯定 判断时，控制器10控制控制阀9a和9b的打开量，使得在步骤204中 完全关闭第一控制阀9a，并且在步骤205中完全打开第二控制阀9b。 从而，所有气缸的排气通过第二辅助催化转化器9b。按照这个过程，抑制了第二辅助催化转化器9b的劣化。同时，因 为在燃料供应切断期间所有气缸的排气通过第二辅助催化转化器9b， 所以不会导致第一辅助催化转化器6a劣化。如果在启动燃料供应切断 操作前即刻的发动机运转状态下，第一辅助催化转化器6a的温度Tl和 第二辅助催化转化器6b的温度T2都超过预定温度T，，那么，存在第 一辅助催化转化器6a被劣化的可能性。然而这种可能性较小。这样， 抑制了第一辅助催化转化器6a和第二辅助催化转化器6b都劣化，这防 止了当发动机负载较低和发动机起动时排气不能被净化的情况。在第一流程图和第二流程图所示的过程中，第一控制阀9a和第二 控制阀9b的一个在燃料供应切断期间被完全关闭。然而，该控制并不 限于此。第一控制阀6a或第二控制阀6b可以轻微打开，使得少量排气 通过第一辅助催化转化器6a和第二辅助催化转化器6b中的一个。控制 第一控制阀9a和第二控制阀9b的打开量，使得所有气缸的排气主要通 过第一辅助催化转化器6a和那第二辅助催化转化器6b中的另外一个。在第一流程图和第二流程图所示的过程中，当启动燃料供应切断操 作时，测量或估算笫二辅助催化转化器6b的温度。然而，该控制并不 限于此。例如，当启动燃料供应切断操作时，可以控制第一控制阀9a 和第二控制阀9b 二者的打开量，4吏得第一控制阀9a完全打开并且第二控制阀9b完全关闭，而不用测量或估算催化转化器的温度。通过采用 上述布置，在燃料供应切断期间，含有大量氧气的排气完全通过第一辅 助催化转化器6a。如果第一催化转化器6a的温度非常高，则第一催化 转化器6a可能劣化。然而，第二催化转化器6b—点也不会劣化。因此， 当发动机负载较低和发动机起动时，排气至少能够由第二辅助催化转化 器6b净化。尽管在所示的实施方式中主催化转换器5采用三元催化转化器的形 式，但其还可以采用NOx催化转化器的形式，此时，内燃发动机能够 贫燃运转。对于采用NOx催化转化器的情形，例如，如果发动机在极 常高负载状态时以化学计量空燃比或浓空燃比运转，则主催化转换器5 优选采用串联布置的三元催化转化器和NOx催化转化器的组合。尽管内燃发动机在所示的实施方式中是V型发动机，但本发明不限 于应用于这种发动机，而是可以应用于设有多个气缸且将这些气缸分成 两组并且每组气缸都设有排气歧管的任何类型的发动机。所述多个气缸 可以串联布置。本发明还可以应用于具有三组或更多组气缸的发动机。 在这种情况下，位于排气汇合点上游的三个或更多个排气通道可以粗略 地分成两组，从而本发明能够应用于这种类型的发动机。尽管参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是可以理解，本 发明不限于这些示例性的实施方式或构造。相反，本发明意在涵盖各种 变化和等同布置。另外，尽管示例性实施方式的各种元件以各种结合或 构造示出，但这只是示例性的，包括更多、更少或仅有一个元件的其它 结合或构造也包含在本发明的范围和精神内。
权利要求
1.一种内燃发动机的排气系统，所述内燃发动机具有多个气缸，其中，所有所述气缸分成两个气缸组，第一排气通道和第二排气通道连接于所述两个气缸组各自的排气歧管，所述第一排气通道经由设置在所述第一排气通道中的第一连接点和设置在所述第二排气通道中的第二连接点与所述第二排气通道连通，涡轮增压器的涡轮和设置在所述涡轮下游的第一催化转化器设置在所述第一排气通道的所述第一连接点的下游，并且控制阀设置在所述第二排气通道的所述第二连接点的下游，其特征在于，另一控制阀设置在所述第一排气通道的所述第一连接点的下游，第二催化转化器设置在所述第二排气通道的所述第二连接点的下游，并且控制设置在所述第一排气通道和所述第二排气通道中的所述控制阀的打开量，使得在燃料供应切断期间所有所述气缸的排气主要通过所述第一催化转化器和所述第二催化转化器中的一个。
2.如权利要求1所述的内燃发动机的排气系统，其中，在所述燃 料供应切断期间，测量或估算所述第一催化转化器和所述第二催化转化 器的温度，并且如果所述第二催化转化器的温度低于所述第一催化转化 器的温度，则控制设置在所述第一排气通道和所述第二排气通道中的所 述控制阀的打开量，使得所有所述气缸的排气主要通过所述第二催化转 化器。
3.如权利要求1所述的内燃发动机的排气系统，其中，在所述燃 料供应切断期间，测量或估算所述第二催化转化器的温度，并且如果所 述第二催化转化器的温度低于预定温度，则控制设置在所述第一排气通 道和所述第二排气通道中的所述控制阀的打开量，^^吏得所有所述气缸的 排气主要通过所述第二催化转化器。
4.如权利要求2或3所述的内燃发动机的排气系统，其中，设置在 所述第一排气通道中的所述控制阀被控制成完全关闭，并且设置在所述 第二排气通道中的所述控制阀被控制成完全打开。
5. —种具有多个气缸的内燃发动机的排气系统，包括构成所述发动机的所有气缸的第一气缸组和第二气缸组；连接于所述第一气缸组和所述第二气缸组各自的排气歧管的第一 排气通道和第二排气通道，所述第一排气通道和所述第二排气通道具有 各自的连接点，所述第一排气通道和所述第二排气通道通过所述连接点 彼此连通；设置在所述第 一排气通道的所述连接点下游的涡轮增压器的涡轮； 设置在所述第一排气通道中并位于所述涡轮下游的第一催化转化设置在所述第 一排气通道的所述连接点下游的第 一控制阀；设置在所述第二排气通道的所述连接点下游的第二催化转化器；设置在所述第二排气通道的所述连接点下游的第二控制阀；以及控制器，所述控制器控制设置在所述第一排气通道和所述第二排气 通道中的控制阀的打开量，使得在燃料供应切断期间所有所述气缸的排 气主要通过所述第 一催化转化器和所述第二催化转化器中的 一个。
6.如权利要求5所述的排气系统，其中，在所述燃料供应切断期间，测量或估算所述第一催化转化器和所述 第二催化转化器的温度，并且如果所述第二催化转化器的温度低于所述 第一催化转化器的温度，所述控制器控制设置在所述第一排气通道和所 述第二排气通道的控制阀的打开量，使得所有所述气缸的排气主要通过 所述第二催化转化器。
7.如权利要求5所述的排气系统，其中，在所述燃料供应切断期间，测量或估算所述第二催化转化器的温 度，并且如果所述第二催化转化器的温度低于预定温度，所述控制器控 制设置在所述第一排气通道和所述第二排气通道的控制阀的打开量，使 得所有所述气缸的排气主要通过设置在所述第二排气通道中的所述第 二催化转化器。
8.如权利要求6或7所述的内燃发动机的排气系统，其中，所述控 制器执行控制，使得设置在所述第一排气通道中的所述控制阀完全关 闭，并且使得设置在所述第二排气通道中的所述控制阀完全打开。
全文摘要
第一控制阀(9a)设置在第一排气通道(3a)的连接点(7a)的下游，第二催化转化器(6b)设置在第二排气通道(3b)的连接点(7b)的下游。控制第一控制阀和第二控制阀(9b)，使得在燃料供应切断期间，所有气缸的排气主要通过设置在第一排气通道的第一催化转化器(6a)和设置在第二排气通道的第二催化转化器中的一个。
文档编号F01N13/04GK101326346SQ200680045875
公开日2008年12月17日 申请日期2006年12月7日 优先权日2005年12月8日
发明者宫下茂树 申请人:丰田自动车株式会社