专利名称：用于内燃发动机的排气控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃发动机的排气控制设备。
背景技术：
已知一种内燃发动机，在该内燃发动机中，排气通道经由排气再循环(EGR)通道 连接于节气门下游的进气通道，从而能够将EGR气体供给到进气通道中。然而，该EGR气体含有例如固体碳的颗粒物质(PM)，这种颗粒物质附着于EGR通道 和进气通道的内壁表面以及进气门上，并且在所述内壁表面以及进气门上积聚。其结果是， EGR气体或新鲜空气的量可能偏离正常量。因此，例如日本专利申请公开NO. 2007-120397 (JP-A-2007-120397)描述了一种 将臭氧供给到EGR通道中以氧化颗粒物质从而去除颗粒物质的内燃发动机。在该内燃发动 机中，当积聚在例如布置在EGR通道中的EGR控制阀上的颗粒物质的量超过允许量时，在内 燃发动机怠速运转的同时或者紧随内燃发动机停机之后，供给臭氧。通常，在内燃发动机怠速运转时或者紧随内燃发动机停机时，不供给EGR气体。因 此，在上述内燃发动机中，臭氧是在不供给EGR气体的情况下供给的。然而，当不供给EGR 气体时，难以将臭氧全面供给到整个EGR通道或进气通道，这造成难以可靠地氧化并去除 颗粒物质。
发明内容
因此，本发明的第一方面涉及一种内燃发动机，所述内燃发动机包括排气再循环 通道和排气再循环控制阀，所述排气再循环通道将排气通道连接于节气门下游的进气通 道，所述排气再循环控制阀布置在所述排气再循环通道内并且控制流入所述排气再循环通 道的排气再循环气体的量。所述内燃发动机还设置有排气控制设备，所述排气控制设备包 括臭氧供给装置，所述臭氧供给装置用于将臭氧供给到所述排气再循环通道中以氧化和 去除颗粒物质；以及臭氧供给控制装置，所述臭氧供给控制装置用于控制由所述臭氧供给 装置执行的臭氧供给操作。在所述排气控制设备中，当正在执行排气再循环气体供给操作 并且所述臭氧供给装置的臭氧供给目的地的温度处于预先设定的设定温度范围内时，所述 臭氧供给控制装置控制所述臭氧供给装置执行所述臭氧供给操作。当i)并非正在执行排 气再循环气体供给操作时或者ii)臭氧供给装置的臭氧供给目的地的温度处于设定温度 范围之外时，所述臭氧供给控制装置还可以禁止执行臭氧供给操作。因此，能够可靠地氧化和去除EGR气体中的颗粒物质。
从参照附图对实施方式的以下描述中可以更加清楚本发明的前述和其它目的、特 征和优点，其中，相似的附图标记用于表示相似的元件，并且其中图1是应用了根据本发明第一示例性实施方式的排气控制设备的内燃发动机的
5总体视图；图2是示出执行EGR气体供给操作的区域和不执行EGR气体供给操作的区域的映 射图；图3是示出根据本发明第一示例性实施方式的臭氧供给操作的时间表；图4是根据本发明第一示例性实施方式的臭氧供给控制程序的流程图；图5是应用了根据第一示例性实施方式的改进实施方式的排气控制设备的内燃 发动机的总体视图；图6是应用了根据第一示例性实施方式的另一改进示例的排气控制设备的内燃 发动机的总体视图；图7是应用了根据本发明第二示例性实施方式的排气控制设备的内燃发动机的 总体视图；图8是示出根据本发明第二示例性实施方式的臭氧供给控制程序的流程图；图9是示出根据本发明第三示例性实施方式的臭氧供给操作的时间表；图10是示出根据本发明第三示例性实施方式的臭氧供给控制程序的流程图；图11是示出臭氧供给量与EGR气体供给量之间的关系的映射图；图12是示出臭氧供给量与发动机冷却剂温度之间的关系的映射图；图13是示出臭氧供给量与气门重叠量之间的关系的映射图；图14是示出臭氧浓度与发动机负载率之间的关系的映射图；图15是示出修正系数与空气量之间的关系的映射图；图16是示出用于计算节气门开度的程序的流程图；图17是应用了根据本发明第二示例性实施方式的改进示例的排气控制设备的内 燃发动机的总体视图；图18是示出根据第二示例性实施方式的改进示例的通道长度控制的时间表；以 及图19是示出根据第二示例性实施方式的改进示例的通道长度控制程序的流程 图。
具体实施例方式图1是示出本发明第一示例性实施方式应用于压燃式内燃发动机的情况的图，然 而该示例性实施方式也可应用于火花点火式内燃发动机。参见图1，发动机主体1具有例如四个气缸la。每个气缸Ia经由相应的进气支管 2连接于稳压罐3。稳压罐3经由进气管4连接于空气滤清器5。在进气管4中布置有空气 流量计6和节气门7，空气流量计6产生与进气量成比例的输出电压，节气门7由未示出的 步进马达驱动。每个气缸Ia还经由排气歧管8和排气管9连接于具有氧化功能的辅助催 化剂10。该辅助催化剂10经由排气管11连接于主催化剂12，而主催化剂12连接于排气 管13。辅助催化剂10是小容量催化剂，并且邻近发动机主体1布置。主催化剂12是大容 量催化剂，并且布置在车辆底板下方。窜气通风通道14连接于例如内燃发动机1的曲轴箱内部。窜气通风通道14分叉 成四个流出端14e，每个流出端14e连接于相应的进气支管2。在窜气通风通道14中布置有止回阀15，该止回阀15仅允许窜气从发动机主体1朝进气支管2流动。此外，设置有排气再循环(以下也称作“EGR”)通道16。该EGR通道16的流入端 16 连接于排气管11。EGR通道16分叉成四个流出端16e，每个流出端16e连接于相应的 进气支管2。在该情况下，EGR通道16的流出端16e连接于窜气通风通道14的流出端14e 上游的进气支管2。在EGR通道16中布置有电磁驱动的EGR控制阀17，并且在EGR控制阀 17下游的EGR通道16中布置有具有氧化功能的EGR催化剂18。另外，在EGR催化剂18下 游的EGR通道16中布置有温度传感器19，该温度传感器19用于检测从EGR催化剂18流出 的EGR气体的温度。从EGR催化剂18流出的EGR气体的温度表明EGR催化剂18的温度。此外，在本发明的该示例性实施方式中，设置有用于供给臭氧的臭氧供给设备20。 臭氧供给设备20具有连接于空气源的空气通道21。在空气通道21中布置有放电式臭氧发 生器22和电磁驱动的空气控制阀23。空气通道21的流入端21 i连接于节气门7上游的进 气管4。相应地，在图1所示示例中，空气源由节气门7上游的进气管4形成。同时，空气通 道21或臭氧供给设备20的供给端21e连接于EGR控制阀17与EGR催化剂18之间的EGR 通道16。臭氧发生器22通过向空气通道21中的空气放电而由空气中的氧气产生臭氧。另 外，空气控制阀23控制流过空气通道21的空气量。顺带地，臭氧发生器22还可以布置在 流出端21e下游的EGR通道16中，并且当空气从空气通道21供给到EGR通道16中时，臭 氧发生器22可产生臭氧。然而，与空气和EGR气体均流过EGR通道16不同，仅有空气流过 空气通道21，所以气体中的臭氧浓度比较高。因此，将臭氧发生器22布置在空气通道21中 有利于产生臭氧。电子控制单元(ECU)30由数字计算机构成，该数字计算机包括ROM(只读存储 器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(即微处理器)34、输入端口 35以及输出端口 36，所 有这些都由双向总线31连接在一起。冷却剂温度传感器29安装于发动机主体1，该冷却剂 温度传感器29产生与表明发动机温度的发动机冷却剂温度THW成比例的输出电压。来自空 气流量计6、温度传感器19以及冷却剂温度传感器29的输出电压均经由相应的AD (模数) 转换器37输入到输入端口 35。另外，负载传感器40连接于加速器踏板39，该负载传感器 40产生与加速器踏板39的下压量成比例的输出电压，并且该负载传感器40的输出电压经 由相应的AD转换器37输入到输入端口 35。此外，曲柄角传感器41连接于输入端口 35，例 如每当曲轴转过30°时该曲柄角传感器41产生输出脉冲。基于来自曲柄角传感器41的 输出脉冲在CPU34中计算发动机转速Ne。同时，输出端口 36经由相应的驱动电路38连接 于用于驱动节气门7的步进马达、EGR控制阀17、臭氧发生器22以及空气控制阀23，使得 E⑶30能够控制这些装置中的每一个。在本发明的该示例性实施方式中，基于发动机运转状态，例如发动机负载率KL和 发动机转速Ne，来控制EGR气体供给操作。即，当发动机运转状态处于例如图2中由虚线 绘出的SP区域中时，执行EGR气体供给操作，而当发动机运转状态处于SP区域周围的区 域——ST区域中时，不执行EGR气体供给操作。顺带地，发动机负载率KL指的是发动机负 载与总负载的比值。当执行EGR气体供给操作时，EGR气体经由EGR通道16流到进气支管2中然后与 新鲜空气一起被吸到气缸Ia中。在这种情况下，EGR气体中的颗粒物质与未燃烧的HC (碳 氢化合物)和CO (—氧化碳)一起在EGR催化剂18中被氧化和去除。
然而，例如当EGR催化剂18的温度低时，难以在EGR催化剂18中氧化和去除颗粒 物质。因此，在本发明的该示例性实施方式中，当执行EGR气体供给操作时，将臭氧从臭 氧供给设备20供给到EGR通道16，且这些臭氧用于氧化和去除颗粒物质。S卩，供给到EGR 通道16中的臭氧被EGR气体流携带而遍及EGR通道16，并同时氧化和去除EGR气体或EGR 催化剂18中的颗粒物质。然而，当EGR催化剂温度低于存在臭氧时的EGR催化剂18的活化温度时(即大约 100°C至200°C )，不能充分地氧化和去除EGR催化剂18中的颗粒物质。因此，即使在此时 执行臭氧供给操作，臭氧也不能有效地用于氧化和去除颗粒物质。另外，当EGR催化剂温度 高于不存在臭氧时的EGR催化剂18的活化温度时(即大约250°C至300°C )，即使不执行臭 氧供给操作也能够充分地氧化和去除EGR催化剂18中的颗粒物质。因此，在本发明的该示例性实施方式中，预先设定了设定温度范围，在该设定温度 范围中，将存在臭氧时的EGR催化剂18的活化温度指定为下限阈值，而将不存在臭氧时的 EGR催化剂18的活化温度指定为上限阈值。当正在执行EGR气体供给操作并且EGR催化剂 温度处于该设定温度范围中时，执行臭氧供给操作。另一方面，当并非正在执行EGR气体供 给操作或者EGR催化剂温度处于该设定温度范围之外时，禁止执行臭氧供给操作。在有效 地利用臭氧来氧化和去除颗粒物质的同时，使得能够可靠地氧化和去除颗粒物质。S卩，如图3中的箭头A所示，当并非正在执行EGR气体供给操作且EGR催化剂温度 TEC低于设定温度范围TR的下限阈值TRL时，禁止执行臭氧供给操作。接下来，如图3中的 箭头B所示，即使开始执行EGR气体供给操作，但是只要EGR催化剂温度TEC处于设定温度 范围TR外，则继续禁止执行臭氧供给操作。然而，此时EGR催化剂温度TEC开始上升。当 EGR催化剂温度TEC上升超过设定温度范围TR的下限阈值TRL而使其落入设定温度范围 TR内时，如图3中的箭头C所示，开始执行臭氧供给操作。然后，即使EGR催化剂温度TEC 处于设定温度范围TR内，如果暂时停止执行EGR气体供给操作，则也暂时停止执行臭氧供 给操作，如图3中的箭头D所示。然后，当EGR催化剂温度TEC超过设定温度范围TR的上 限阈值TRU而使其落到设定温度范围TR外时，即使执行EGR气体供给操作，也停止执行臭 氧供给操作。 因此，在本发明的示例性实施方式中，当正在执行EGR气体供给操作且EGR催化剂 温度TEC处于设定温度范围TR内时，执行臭氧供给操作；而当并非正在执行EGR气体供给 操作或者EGR催化剂温度TEC处于设定温度范围TR外时，不执行、即禁止执行臭氧供给操作。当要执行臭氧供给操作时，臭氧发生器22运转同时气体控制阀23打开。其结果 是，空气由EGR通道16中形成的进气负压而流过空气通道21，并且同时臭氧发生器22由流 过空气通道21的空气中的氧气产生臭氧，使得臭氧、或者说含有臭氧的氧气从空气通道21 供给到EGR通道16中。因此，不需要用泵等来将臭氧迫入EGR通道16中。另一方面，当要 禁止执行臭氧供给操作时，空气控制阀23关闭。如上所述，供给到EGR通道16中的臭氧氧化并去除EGR通道16或EGR催化剂18 中的颗粒物质。可替代地，臭氧经由EGR通道16的流出端16e而流到进气支管2中并且也 氧化和去除进气支管2中的颗粒物质。从窜气通风通道14流入进气支管2中的窜气含有润滑油等，这些润滑油等也能够被臭氧氧化。因此，如果EGR通道16的流出端16e布置在 窜气通风通道14的流出端14e下游的进气支管2内，则流入进气支管2中的臭氧也可在氧 化和去除润滑油等而非颗粒物质的过程中被消耗。因此，在本发明的该示例性实施方式中，EGR通道16的流出端16e布置在窜气通 风通道14的流出端14e上游的进气支管2中，使得能够有效地利用臭氧来氧化和去除颗粒 物质。另外，在本发明的该示例性实施方式中，EGR通道16的流入端16i连接于辅助催 化剂10下游的排气管11，从而减少流入EGR通道16中的EGR气体中的颗粒物质等的量。顺带地，设定温度范围TR的上限阈值TRU也可设定成臭氧的分解温度(其约为 250°C至300°C )。如果这样做，则在EGR催化剂温度TEC高于臭氧的分解温度时禁止执行 臭氧供给操作。因此，臭氧能够有效地用于氧化和去除颗粒物质。图4是根据本发明示例性实施方式的臭氧供给控制程序的流程图。该程序以预定 的时间间隔执行。参见图4，首先在第一步骤100中，确定是否正在执行EGR气体供给操作。如果正 在执行EGR气体供给操作，则程序进行到步骤101，在步骤101中，确定EGR催化剂温度TEC 是否处于设定温度范围TR内。如果EGR催化剂温度TEC处于设定温度范围TR内，则程序 进行到步骤102，在步骤102中，执行臭氧供给操作。另一方面，如果并非正在执行EGR气体 供给操作或者EGR催化剂温度TEC处于设定温度范围TR外，则程序进行到步骤103，在步骤 103中，禁止执行臭氧供给操作。图5和图6示出了第一示例性实施方式的改进示例，其中内燃发动机具有涡轮增 压器24。在这些示例中，进气管4连接于涡轮增压器24的压气机24c的输出端口，而压气 机24c的输入端口经由进气管4a连接于空气滤清器5。同时，排气管9连接于涡轮增压器 24的涡轮24t的输入端口，而涡轮24t的输出端口经由排气管9a连接于辅助催化剂10。在图5所示的示例中，EGR通道16的流入端16i连接于涡轮24t上游的排气管9， 这使得能够以较高的排气压力供给大量EGR气体。相反地，在图6所示的示例中，EGR通道16的流入端16i连接于涡轮24t下游的 排气管9，这使得能够降低EGR气体温度。同时，在这两个示例中，空气通道21的流入端21i连接于进气管4a。然而，流入端 21i也可以连接于进气管4。图7示出了本发明第二示例性实施方式。在本发明的该第二示例性实施方式中，EGR冷却器25布置在EGR控制阀17上游 并因此也布置在臭氧供给设备20的臭氧供给端21e上游的EGR通道16中。流过EGR通道 16的EGR气体例如由引入EGR冷却器25的发动机冷却剂进行冷却。顺带地，在该示例性实 施方式中省略了 EGR催化剂18和温度传感器19。当以这种方式设置EGR冷却器25时，EGR冷却器25下游的EGR通道16中的温度 将不会超过上述设定温度范围TR的上限阈值TRU，并且除了排气或EGR气体的温度极低例 如当发动机正在暖机时的情况以外，EGR冷却器25下游的EGR通道16中的温度也不会低 于设定温度范围TR的下限阈值TRL。S卩，EGR冷却器25下游的EGR通道16中的温度保持 在设定温度范围TR内。这使得不需要监测供给臭氧的EGR通道16中的温度，从而使得不
9需要设置温度传感器19。因此，在本发明的第二示例性实施方式中，当正在执行EGR气体供给操作时执行 臭氧供给操作，并且当并非正在执行EGR气体供给操作时禁止执行臭氧供给操作。图8是示出根据本发明第二示例性实施方式的臭氧供给控制程序的流程图。该程 序也以预定的时间间隔执行。参见图8，首先在步骤100中，确定是否正在执行EGR气体供给操作。如果正在执 行EGR气体供给操作，则程序进行到步骤102，在步骤102中，执行臭氧供给操作。另一方 面，如果并非正在执行EGR气体供给操作，则程序进行到步骤103，在步骤103中，禁止执行 臭氧供给操作。图1、图5和图6所示示例中的EGR催化剂18以及图7所示的EGR冷却器25下游 的EGR通道16可视为从臭氧供给设备20供给臭氧的目的地。因此，总体而言，当正在执行 EGR气体供给操作并且从臭氧供给设备20供给臭氧的目的地(也称作“臭氧供给设备20 的臭氧供给目的地”)的温度处于预先设定的设定温度范围TR内时，执行臭氧供给操作；而 当并非正在执行EGR气体供给操作或者臭氧供给设备20的臭氧供给目的地处于设定温度 范围TR之外时，禁止执行臭氧供给操作。顺带地，图1、图5和图6所示的示例中也可以设置EGR冷却器25，并且图7所示 的示例中也可以设置EGR催化剂18。接下来，将描述本发明的第三示例性实施方式。本发明的该第三示例性实施方式的结构与图1、图5、图6和图7所示的示例性实 施方式的结构的不同之处在于发动机主体1设有可变气门正时机构。该可变气门正时机 构根据例如发动机运转状态而改变气门重叠量，该气门重叠量是进气门与排气门均打开的 时间段。以下将描述图7所示的示例性实施方式中设有可变气门正时机构的示例。随着气门重叠量增加，从气缸Ia回流到进气支管2中的燃烧排气的量也增加。该 燃烧排气含有颗粒物质，所以随着气门重叠量增加，回流到进气支管2中的颗粒物质量也 增加。当大量颗粒物质回流到进气支管2中时，颗粒物质会粘附于进气支管2的内壁表面 和进气门的接触表面并在这些表面上积聚。即使并非正在执行EGR气体供给操作，也可能 发生这一情况。因此，在本发明的该第三示例性实施方式中，当气门重叠量大于预先设定的容许 上限时，即使并非正在执行EGR气体供给操作，也执行臭氧供给操作。S卩，如图9中的箭头A所示，当并非正在执行EGR气体供给操作并且气门重叠量OL 小于容许上限OLU时，禁止执行臭氧供给操作。接下来，如图9中的箭头B所示，当气门重 叠量OL超过容许上限OLU时，即使并非正在执行EGR气体供给操作，也执行臭氧供给操作。 在该情况下，臭氧经由EGR通道16流出到进气支管2中，并且氧化和去除进气支管2中的 颗粒物质。然后，如图9中的箭头C所示，即使气门重叠量OL变得小于容许上限0LU，但此 时正在执行EGR气体供给操作，所以继续执行臭氧供给操作。因此，当该结构应用于图1、图5和图6所示的示例性实施方式时，当气门重叠量 OL大于容许上限OLU时，即使并非正在执行EGR气体供给操作或者臭氧供给目的地的温度 处于设定温度范围TR外，也执行臭氧供给操作。图10是示出根据本发明第三示例性实施方式的臭氧供给控制程序的流程图。该
10程序也以预定的时间间隔执行。参见图10，首先在第一步骤100中，确定是否正在执行EGR气体供给操作。如果正 在执行EGR气体供给操作，则程序进行到步骤102，在步骤102中，执行臭氧供给操作。另一 方面，如果并非正在执行EGR气体供给操作，则程序进行到步骤104，在步骤104中，确定气 门重叠量OL是否超过容许上限0LU。如果气门重叠量OL超过容许上限0LU，即OL > 0LU, 则程序进行到步骤102，在步骤102中，执行臭氧供给操作。另一方面，如果气门重叠量OL 等于或小于容许上限0LU，即OL ^ 0LU，则程序进行到步骤103，在步骤103中，禁止执行臭 氧供给操作。在此，将描述本发明示例性实施方式的臭氧供给操作中的臭氧供给控制。与EGR气体量QEGR小时相比，当EGR气体量QEGR大时，流过EGR通道16的颗粒 物质的量更大。因此，如图11所示，与EGR气体量QEGR小时相比，当EGR气体量QEGR大时
增加臭氧供给量QOZ。另外，与发动机冷却剂温度THW高时相比，在发动机冷却剂温度THW低时，EGR气 体含有更多的颗粒物质。因此，如图12所示，与发动机冷却剂温度THW高时相比，当发动机 冷却剂温度THW低时增加臭氧供给量Q0Z。此外，在内燃发动机具有可变气门正时机构的该第三示例性实施方式中，与气门 重叠量OL小时相比，当气门重叠量OL大时，回流到进气支管2中的颗粒物质更多。因此， 如图13所示，与气门重叠量OL小时相比，当气门重叠量OL大时，使臭氧供给量QOZ更大。在该情况下，可通过控制以下方面中的任一个或两个来控制臭氧供给量QOZ :i) 流过空气通道21的空气的量(即，空气控制阀23的打开量)；ii)臭氧发生器22的放电电 流。在本发明的示例性实施方式中，臭氧发生器22的放电电流被控制成使得流过空气通道 21的空气中的臭氧浓度大致恒定，之后通过控制流过空气通道21的空气的量来控制臭氧 供给量QOZ。然而，与发动机负载率KL低时相比，当发动机负载率KL高时，进气负压更低。因 此，当发动机负载率KL高时，不容易使大量空气流过空气通道21，使得难以供给大量臭氧。因此，如图14所示，与发动机负载率KL低时相比，当发动机负载率KL高时，使得 流过空气通道21的空气中的臭氧浓度COZ更高。这使得能够在无需增加从空气通道21流 出到EGR通道16中的空气量的情况下增加臭氧供给量Q0Z。在本发明的示例性实施方式中，基于以下表达式计算节气门开度eth。θ th = θ thbX kth其中θ thb代表基础节气门开度而kth代表修正系数。基础节气门开度θ thb用于使充入到气缸Ia中的新鲜空气的量匹配于目标新鲜 空气量，并且例如根据发动机运转状态而预先设定。同时，修正系数kth(0 < kth < 1)用 于减小基础节气门开度θ thb，并且当不需要修正时设定为1。在臭氧供给操作过程中，如上所述，含有臭氧的空气从空气通道21经由EGR通道 16而流入进气支管2中，并被充入气缸Ia中。然而，这些空气是旁通了节气门7而充入气 缸Ia中的。因此，在臭氧供给操作过程中，实际充入气缸Ia中的新鲜空气或空气的量大于 根据节气门开度9 th设定的量。在该情况下，与经过空气通道21流入气缸Ia中的空气量 QA小时相比，当该空气量QA大时，充入气缸Ia中的额外的新鲜空气的量更大。
因此，在本发明的示例性实施方式中，在臭氧供给操作期间，基于经过空气通道21 流入气缸Ia中的空气量QA来控制节气门开度9 th。更具体地，如图15所示，与经过空气 通道21流入气缸Ia中的空气量QA大时相比，当空气量QA小时，使用更小的修正系数kth， 并且通过用该修正系数kth减小基础节气门开度θ thb而获得最终节气门开度9 th。其 结果是，即使当正在执行臭氧供给操作时，也能够将充入气缸Ia的新鲜空气量保持在目标 量。图16是示出用于计算本发明示例性实施方式中的节气门开度θ th的程序的流程 图。该程序也以预定的时间间隔执行。参见图16，首先在步骤200中，计算基础节气门开度θ thb。接着在步骤201中，确 定是否正在执行臭氧供给操作。如果正在执行臭氧供给操作，则程序进行到步骤202，在步 骤202中基于图15所示的映射图计算修正系数kth，之后程序进行到步骤204。另一方面， 如果禁止执行臭氧供给操作，则程序进行到步骤203，在步骤203中将修正系数kth设定为 1，之后程序进行到步骤204。在步骤204中，计算节气门开度eth(eth= ethbxkth)。图17是示出图7所示第二示例性实施方式的改进示例的图，然而也可以以同样的 方式改进本发明的其它示例性实施方式。参见图17，在臭氧供给设备20的臭氧供给端21e下游的EGR通道16中设有通道 长度改变机构26。该通道长度改变机构26包括通道长度较短的短通道部分27S、通道长度 较长的长通道部分27L、以及通道长度控制阀28，该通道长度控制阀28将EGR通道16选择 性地连接于短通道部分27S或长通道部分27L。当通道长度控制阀28被控制到图17中实线所示的位置时，EGR通道16连接于短 通道部分27S，从而缩短臭氧供给端21e下游的EGR通道16的通道长度。另一方面，当通道 长度控制阀28被控制到图17中虚线所示的位置时，EGR通道16连接于长通道部分27L，从 而增长臭氧供给端21e下游的EGR通道16的通道长度。顺带地，通道长度控制阀28连接 于E⑶30使得E⑶30能够控制通道长度改变机构26。如图18所示，当并非正在执行(即禁止执行)臭氧供给操作时，臭氧供给端21e 下游的EGR通道16的长度缩短。其结果是，排气管11和进气支管2以可能的最短距离相 连，从而能够以良好的响应时间供给EGR气体。相反，当正在执行臭氧供给操作时，臭氧供给端21e下游的EGR通道16的长度增 加。其结果是，臭氧与颗粒物质之间的接触时间增加，从而能够促进颗粒物质的氧化和去 除。关于这一点，如上所述，还可期望在进气支管2中由臭氧来氧化和去除颗粒物质，所以 可以设想，即使当EGR通道16的流出端16e连接于例如进气管4等时，也能够增加臭氧与 颗粒物质之间的接触时间。然而，由于新鲜空气与含有臭氧的空气和含有颗粒物质的EGR 气体都流入进气管4等中，所以臭氧与颗粒物质之间的接触频率未必一定高。相反，如第二 示例性实施方式的改进示例那样，只有含有臭氧的空气和含有颗粒物质的EGR气体流入臭 氧供给端21e下游的EGR通道16中，所以能够在臭氧和颗粒物质的接触频率高的情况下增 加臭氧与颗粒物质的接触时间。其结果是，能够可靠地促进颗粒物质的氧化和去除。图19是示出根据第二示例性实施方式改进示例的通道长度控制程序的流程图。 该程序也以预定的时间间隔执行。参见图19，首先在步骤300中，确定是否正在执行臭氧供给操作。如果正在执行臭氧供给操作，则程序进行到步骤301，在步骤301中，EGR通道16连接于长通道部分27L。 另一方面，如果禁止执行臭氧供给操作，则程序进行到步骤302，在步骤302中，EGR通道16 连接于短通道部分27S。顺带地，将长通道部分27L与例如发动机主体1的气缸体、气缸盖、或气缸盖罩等 一体设置使得能够保持长通道部分27L的温度较高，从而促进颗粒物质的氧化和去除。在上述本发明示例性实施方式中，臭氧供给设备20的臭氧供给端21e连接于EGR 控制阀17下游的EGR通道16，并且通过进气负压将臭氧供给到EGR通道16中。然而，臭氧 供给端21e也可以连接于EGR控制阀17上游的EGR通道16，并且通过泵等将臭氧供给到 EGR通道16中。另外，也可以预先储存臭氧，并且可将储存的臭氧供给到EGR通道16中。臭氧供给设备20可用作为本发明的臭氧供给装置，且ECU30可用作为臭氧供给控 制装置。ECU30和臭氧供给装置20可一起视为臭氧量控制装置和臭氧浓度控制装置。另 外，可将E⑶30与节气门7 —起视为节气门开度控制装置，而将E⑶30与冷却剂温度传感器 29 一起视为发动机温度检测装置。可将E⑶30和通道长度改变机构26 —起视为通道长度 改变装置。虽然已经结合本发明的示例性实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明并 不局限于这些示例性实施方式或结构。相反，本发明意在涵盖各种变型和等同布置。此外， 虽然以多种示例性的结合和构造示出了示例性实施方式的多种元件，但是包括更多、更少 或仅单个元件的其它结合和构造也在本发明的精神和范围内。
权利要求
一种用于内燃发动机的排气控制设备，所述内燃发动机包括排气再循环通道和排气再循环控制阀，所述排气再循环通道将排气通道连接于节气门下游的进气通道，所述排气再循环控制阀布置在所述排气再循环通道内并且控制流入所述排气再循环通道的排气再循环气体的量，所述排气控制设备的特征在于包括臭氧供给装置，所述臭氧供给装置用于将臭氧供给到所述排气再循环通道中以氧化和去除颗粒物质；以及臭氧供给控制装置，所述臭氧供给控制装置用于控制由所述臭氧供给装置执行的臭氧供给操作，其中，当正在执行排气再循环气体供给操作并且所述臭氧供给装置的臭氧供给目的地的温度处于预先设定的设定温度范围内时，所述臭氧供给控制装置执行所述臭氧供给操作。
2.如权利要求1所述的排气控制设备，其中，当i)并非正在执行所述排气再循环气体 供给操作时或者ii)所述臭氧供给装置的所述臭氧供给目的地的温度处于所述设定温度 范围之外时，所述臭氧供给控制装置禁止执行所述臭氧供给操作。
3.如权利要求1或2所述的排气控制设备，还包括排气再循环催化剂，所述排气再循环催化剂具有氧化功能并且布置在所述排气再循环 通道中，其中，所述臭氧供给装置的臭氧供给端连接于所述排气再循环催化剂上游的所述排气 再循环通道。
4.如权利要求3所述的排气控制设备，其中，所述设定温度范围的下限阈值设定为存 在臭氧时的所述排气再循环催化剂的活化温度，而所述设定温度范围的上限阈值设定为不 存在臭氧时的所述排气再循环催化剂的活化温度。
5.如权利要求1或2所述的排气控制设备，其中，所述设定温度范围的上限阈值设定为 臭氧的分解温度。
6.如权利要求1至5中任一项所述的排气控制设备，其中，所述设定温度范围的上限阈 值设定在250至300°C之间，包括端值。
7.如权利要求1至6中任一项所述的排气控制设备，其中，所述设定温度范围的下限阈 值设定在100°C至200°C之间，包括端值。
8.如权利要求1至7中任一项所述的排气控制设备，还包括排气再循环冷却器，所述排气再循环冷却器冷却排气再循环气体并且布置在所述排气 再循环通道中，其中，所述臭氧供给装置的臭氧供给端连接于所述排气再循环冷却器下游的所述排气 再循环通道。
9.如权利要求8所述的排气控制设备，其中，所述排气再循环冷却器对所述排气再循 环气体进行冷却，使得作为所述臭氧供给装置的所述臭氧供给目的地的所述排气再循环通 道中的温度变得低于所述上限阈值。
10.如权利要求1至9中任一项所述的排气控制设备，还包括连接于所述进气通道的窜气通风通道，其中，所述排气再循环通道的流出端连接于所述窜气通风通道的流出端上游的所述进气通道。
11.如权利要求1至10中任一项所述的排气控制设备，其中，所述臭氧供给装置的臭氧 供给端连接于所述排气再循环控制阀下游的所述排气再循环通道。
12.如权利要求11所述的排气控制设备，其中，所述臭氧供给装置包括空气通道，所 述空气通道将所述排气再循环控制阀下游的所述排气再循环通道连接于空气源；空气控制 阀，所述空气控制阀布置在所述空气通道中并且控制流过所述空气通道的空气量；以及臭 氧发生器，所述臭氧发生器布置在所述空气通道中并且由所述空气通道内的空气中的氧来 产生臭氧，并且当所述臭氧供给装置执行所述臭氧供给操作时，所述臭氧发生器运转同时所述空气控 制阀打开；而当禁止所述臭氧供给装置执行所述臭氧供给操作时，所述空气控制阀关闭或 者所述臭氧发生器停止。
13.如权利要求12所述的排气控制设备，还包括臭氧浓度控制装置，所述臭氧浓度控制装置用于控制从所述空气通道流入所述排气再 循环通道的空气中的臭氧浓度，其中，所述臭氧浓度控制装置使得所述臭氧浓度在所述内燃发动机的负载高时比在所 述内燃发动机的负载低时更大。
14.如权利要求12或13所述的排气控制设备，还包括节气门开度控制装置，所述节气门开度控制装置用于基于从所述空气通道流入所述排 气再循环通道的空气量来控制节气门开度，其中，所述空气源由所述节气门上游的进气通道形成。
15.如权利要求11至14中任一项所述的排气控制设备，其中，所述内燃发动机包括可 变气门正时机构，所述可变气门正时机构根据发动机运转状态来改变气门重叠量，并且当所述气门重叠量大于预先设定的容许上限时，即使i)并非正在执行所述排气再循 环供给操作或者ii)所述臭氧供给装置的所述臭氧供给目的地的温度处于所述设定温度 范围之外，所述臭氧供给控制装置也利用所述臭氧供给装置执行所述臭氧供给操作。
16.如权利要求15所述的排气控制设备，还包括臭氧量控制装置，所述臭氧量控制装置用于控制由所述臭氧供给装置供给的臭氧量，其中，所述臭氧量控制装置使得所供给的臭氧量在所述气门重叠量大时比在所述气门 重叠量小时更大。
17.如权利要求1至15中任一项所述的排气控制设备，还包括臭氧量控制装置，所述臭氧量控制装置用于控制由所述臭氧供给装置供给的臭氧量，其中，所述臭氧量控制装置使得所供给的臭氧量在所述排气再循环气体的量大时比在 所述排气再循环气体的量小时更大。
18.如权利要求1至15中任一项所述的排气控制设备，还包括臭氧量控制装置，所述臭氧量控制装置用于控制由所述臭氧供给装置供给的臭氧量；以及发动机温度检测装置，所述发动机温度检测装置用于检测所述内燃发动机的温度，其中，所述臭氧量控制装置使得所供给的臭氧量在所述发动机温度检测装置检测到的 发动机温度高时比在所述发动机温度检测装置检测到的发动机温度低时更大。
19.如权利要求1至18中任一项所述的排气控制设备，还包括通道长度改变装置，所述通道长度改变装置用于改变所述臭氧供给装置的臭氧供给端 下游的所述排气再循环通道的通道长度，其中，所述通道长度改变装置使得所述通道长度在所述臭氧供给装置正在执行所述臭 氧供给操作时比在禁止所述臭氧供给装置执行所述臭氧供给操作时更长。
20.如权利要求1至19中任一项所述的排气控制设备，其中，所述内燃发动机包括布置 在所述排气通道中的催化剂，并且所述排气再循环通道的流入端连接于所述催化剂下游的 所述排气通道。
21.如权利要求1至20中任一项所述的排气控制设备，其中，所述内燃发动机包括布置 在所述排气通道中的涡轮增压器的压气机，并且所述排气再循环通道的流入端连接于所述 压气机上游的所述排气通道。
22.如权利要求1至20中任一项所述的排气控制设备，其中，所述内燃发动机包括布置 在所述排气通道中的涡轮增压器的压气机，并且所述排气再循环通道的流入端连接于所述 压气机下游的所述排气通道。
全文摘要
排气管(11)由EGR通道(16)连接于节气门(7)下游的进气支管(2)。控制EGR气体量的EGR控制阀(17)布置在EGR通道(16)中。EGR催化剂(18)布置在EGR控制阀(17)下游的EGR通道(16)中。设有臭氧供给设备(20)，其供给臭氧以氧化和去除颗粒物质。臭氧供给设备(20)的臭氧供给端(21e)连接于EGR催化剂(18)上游的EGR通道(16)。如果正在执行EGR气体供给操作且EGR催化剂的温度处于预先设定的设定温度范围内，则执行臭氧供给操作。如果并非正在执行EGR气体供给操作或者EGR催化剂的温度处于设定温度范围之外，则禁止执行臭氧供给操作。
文档编号F02M25/07GK101925730SQ200980102680
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月15日 优先权日2008年1月23日
发明者加藤健治, 小岛进 申请人:丰田自动车株式会社