用于加热内燃机中的催化剂的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机。
【背景技术】
[0002]现已知的是在内燃机的发动机排气通道中布置排气净化催化剂从而除去一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)以及包含在排气中的其他成分。排气净化催化剂具有活化温度，在所述活化温度，排气净化催化剂能够高效率地除去排气的这些成分。就在将已长时间停止运转的内燃机起动后，排气净化催化剂变得低于活化温度。因此优选为尽早地将排气催化剂的温度升高至活化温度或者更高的温度。
[0003]公布号为11-324765A的日本专利申请公开了一种直接喷射火花点火内燃机，其从起动内燃机起就加热排气净化催化剂，直到排气净化催化剂变得活化。在该直接喷射火花点火内燃机中，当控制空气燃料混合物的空燃比至适合燃烧的理论配比时，燃料在吸气行程中被喷射从而总体上在燃烧室中形成与理论空燃比相比更稀的均质空气燃料混合物。此外，燃料在压缩行程中被喷射从而在火花塞周围形成与理论空燃比相比更浓的空气燃料混合物层。公开了该内燃机能够增大包含在燃烧废气中的并且容易进行氧化反应的一氧化碳的比率，并且所述内燃机能够降低碳氢化合物的比率。此外，公开了在延迟侧设定点火正时。
[0004]此外，在现有技术中，已知的是在冷起动等的时候，通过布置用于在排气净化催化剂的上游侧向发动机排气通道供给空气的二次空气供给装置，而使排气净化催化剂的温度在短时间内升高(例如，公布号为05-79323A的日本专利申请)。二次空气供给装置向发动机排气通道供给二次空气从而使氧气浓度升高。二次空气的供给引起包含在排气中的未燃烧的一氧化碳(CO)或者碳氢化合物(HC)发生氧化并且使排气温度升高，从而促进排气净化催化剂的加热。
[0005]公布号为2003-056392A的日本专利申请公开了一种内燃机，该内燃机设置有直接将燃料喷射进燃烧室内的喷射器和用于将空气供给到排气通道内的空气供给装置。公开了当使用空气供给装置将空气供给到排气通道内时，该内燃机在压缩行程中喷射燃料，并且将燃烧的空燃比设置成理论空燃比，或者将燃烧的空燃比设置成相比于理论空燃比的燃料浓侧的空燃比。
[0006]公布号为2008-208765A的日本专利申请公开了一种火花点火型内燃机，其设置有将燃料喷射到发动机进气通道内的燃料喷射器，其中所述内燃机设置有布置在内燃机的排气通道中的催化剂、用于使点火正时过度提前的过度提前装置、以及当点火正时被过度提前时用于向催化剂的排气上游供给氧气的氧气供给装置。公布号为2010-112289A的日本专利申请公开了一种内燃机的控制装置，该内燃机设置有二次空气供给装置，其中散热器等的热被引入二次空气供给装置以使二次空气供给装置的冻结部分解冻。公布号为2011-111895A的日本专利申请公开了一种内燃机的控制装置，该控制装置校正二次气泵的排放量，使得流入催化剂的排气的温度变为适宜的温度。
[0007]引用清单
[0008]专利文献
[0009]PTL 1:公布号为11-324765A的日本专利申请
[0010]PTL 2:公布号为05-079323A的日本专利申请
[0011]PTL 3:公布号为2003-056392A的日本专利申请
[0012]PTL 4:公布号为2008-208765A的日本专利申请
[0013]PTL 5:公布号为2010-112289A的日本专利申请
[0014]PTL 6:公布号为2011-111895A的日本专利申请
【发明内容】
[0015]技术问题
[0016]如在上述公布中公开的，当在内燃机的起动等时加热排气净化催化剂时，能够直接将燃料喷射到气缸内，从而引起分层燃烧以及延迟点火正时，并且因此使排气的温度上升。可替换地，能够使用二次空气供给装置向从燃烧室流出的排气供给氧气从而将包含在排气中的一氧化碳等氧化以便使排气的温度上升。通过使排气的温度上升，能够使排气净化催化剂在短时间内升温。
[0017]在这点上，二次空气供给装置存在问题，例如，当发动机在外部空气的温度非常低的环境中起动时，气泵或者空气开关阀等将会容易冻结而无法起动。此外，存在气泵等的使用时间的限制。如果增大用于驱动二次空气供给装置的温度范围，则存在二次空气供给装置稳定性降低的问题。也就是，存在二次空气供给装置出故障的可能性变大的问题。
[0018]此外，近年来，已更进一步要求改善释放到大气中的排气的性质。例如，优选为减少在排气净化催化剂正被加热期间释放到大气中的碳氢化合物等的量。在这点上，仅利用上述用于在气缸中引起分层燃烧从而大幅地延迟点火正时的控制，或者仅利用上述用于使用上述二次空气供给装置向排气供给氧气的控制，排气净化催化剂的加热将花费太多时间并且将会难以改善排气的性质。
[0019]本发明的目的在于提供一种设置有排气净化催化剂和二次空气供给装置的内燃机，其中释放到大气中的排气在性质上得到改善，并且其中二次空气供给装置在可靠性上得到提高。
[0020]技术方案
[0021]本发明的内燃机设置有:向燃烧室的内部喷射燃料的气缸燃料喷射器；布置在发动机排气通道中的排气净化催化剂；在排气净化催化剂的上流侧向发动机排气通道供给空气的二次空气供给装置；取得相关温度的相关温度取得装置，所述相关温度为与排气净化催化剂的温度关联的部分的温度；以及控制装置。控制装置被形成以便执行促使排气净化催化剂的温度上升的第一催化剂加热控制以及第二催化剂加热控制。第一催化剂加热控制包括:在压缩行程中从气缸燃料喷射器喷射燃料以使点火装置周围的燃料浓度上升的控制，以及延迟点火正时以使从燃烧室流出的排气的温度上升的控制。第二催化剂加热控制包括:向发动机排气通道供给空气以使包括在排气中的成分氧化以及使排气的温度上升的控制。执行第一催化剂加热控制所处的相关温度的第一温度范围以及执行第二催化剂加热控制所处的相关温度的第二温度范围都被预设在所述控制装置中。第二温度范围被设定以便包括在第一温度范围内，并且第一催化剂加热控制的执行范围被设定得比第二催化剂加热控制的执行范围宽。
[0022]在上述发明中，内燃机可被形成以便执行在内燃机的运转期间暂时地停止燃烧室中的燃料燃烧的间歇运转控制，并且，当利用间歇运转控制来停止，然后再次启动在燃烧室中的燃烧时，如果相关温度低于第一温度范围的上限，控制装置可执行第一催化剂加热控制而不执行第二催化剂加热控制。
[0023]在上述发明中，执行间歇运转所处的相关温度的下限可被预设，并且执行间歇运转控制所处的相关温度的下限可被设定得高于第二温度范围的上限。
[0024]在上述发明中，相关温度可为发动机冷却水的温度，相关温度取得装置可包括检测发动机冷却水的温度的温度检测器，并且第一温度范围的下限可被设定得低于第二温度范围的下限，而第一温度范围的上限可被设定得高于第二温度范围的上限。
[0025]在上述发明中，发动机可设置有取得排气净化催化剂的温度的催化剂温度取得装置，排气净化催化剂变为活化所处的活化温度可被预设在控制装置中，并且当排气净化催化剂处于活化温度或更高温度下时，控制装置可禁止第一催化剂加热控制以及第二催化剂加热控制。
[0026]在上述发明中，发动机可设置有取得排气净化催化剂的温度的催化剂温度取得装置，排气净化催化剂变为活化所处的活化温度以及比活化温度低并且能够使预定的净化率实现的半活化温度都可被预设在控制装置中，并且当相关温度处于第一温度范围内并且排气净化催化剂的温度小于活化温度且等于或者大于半活化温度时，控制装置执行第一催化剂加热控制而不执行第二催化剂加热控制。
[0027]本发明的有益效果
[0028]根据本发明，能够提供一种设置有排气净化催化剂和二次空气供给装置的内燃机，其中释放到大气中的排气在性质上得到改善，并且其中二次空气供给装置在可靠性上得到提高。
【附图说明】
[0029]图1为实施例中的内燃机的示意图；
[0030]图2为说明了第一比较例和实施例中的第一运转控制的催化剂加热控制的执行范围的示意图；
[0031]图3为说明了第二比较例和实施例中的第一运转控制的催化剂加热控制的执行范围的示意图；
[0032]图4为实施例中的第一运转控制的流程图；
[0033]图5为说明了净化率相对于排气净化催化剂的温度的曲线图；
[0034]图6为说明了实施例中的第二运转控制中的催化剂加热控制的执行范围的示意图；
[0035]图7为实施例中的第二运转控制的流程图。
[0036]附图标记
[0037]I发动机机体
[0038]3 活塞
[0039]3a空腔
[0040]5燃烧室
[004