CN101223344B - 内燃机的排气净化装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

发动机具有第一气缸组(1)和第二气缸组(2)。第一气缸组(1)和第二气缸组(2)分别经由其对应的排气通道(7、10)和其对应的三元催化剂(9、12)连接到共用的NOx储存还原催化剂(13)。当要升高NOx储存还原催化剂(13)的温度时，使第一气缸组(1)的平均空燃比为浓，并使第二气缸组(2)的平均空燃比为稀，从而使得流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比为化学计量空燃比或位于其浓的一侧。此时，根据一种实施方式，在第一气缸组(1)中，使两个气缸中的空燃比为浓而使一个气缸中的空燃比为稀，并且，在第二气缸组(2)中，使两个气缸中的空燃比为稀而使一个气缸中的空燃比为浓。

Description

内燃机的排气净化装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置及其控制方法。
背景技术
在公知的6缸内燃机(参见例如日本专利申请JP-A-2004-68690号公报)中，气缸分成由三个气缸组成的第一气缸组和由另三个气缸组成的第二气缸组，且第一气缸组的气缸连接到共用的第一排气通道，而第二气缸组的气缸连接到共用的第二排气通道。第一排气通道和第二排气通道中的每一个都设置有空燃比传感器和三元催化剂。在这些三元催化剂的下游，第一排气通道和第二排气通道连接到共用的NOx储存还原催化剂。
NOx储存还原催化剂的温度有时需要升高以从SOx中毒恢复。当要升高NOx储存还原催化剂的温度时，调节空燃比；例如，采用流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比变得与化学计量空燃比相等的方式，使第一气缸组的三个气缸中的空燃比为浓(低于化学计量比)、第二气缸组的三个气缸中的空燃比为稀。此时，通过设置在第一排气通道和第二排气通道中的空燃比传感器来对浓度和稀度进行反馈控制，使得流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比变得与化学计量空燃比精确相等。
如上所述地，如果使第一气缸组的三个气缸的空燃比为浓、第二气缸组的三个气缸的空燃比为稀而由此使得流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比变得与化学计量空燃比相等，则来自于第一气缸组的包含大量未燃烧HC及CO的排气与来自于第二气缸组的包含大量过剩氧气的排气在NOx储存还原催化剂处相汇。由此，大量未燃烧的HC及CO被大量的氧气氧化，进而，由此产生的氧化反应热使NOx储存还原催化剂的温度升高。
在此情形下，为了增加NOx储存还原催化剂的温度升高量，需要增加第一气缸组中的浓度并增加第二气缸组中的稀度。然而，在实际中，以此方式增加浓度和稀度通常导致偏离可由空燃比传感器精确检测的空燃比的范围。由此，出现了不能将流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比精确地控制为化学计量空燃比的问题。
另外，NOx储存还原催化剂也具有三元催化剂的功能。因此，当排气的空燃比为化学计量时，此NOx储存还原催化剂具有同时除去或减少排气中的未燃烧HC及CO和NOx的功能。在浓空燃比的排气以及稀空燃比的排气流入NOx储存还原催化剂后，在位于NOx储存还原催化剂的上游部分时，这些排气并没有充分混合，而是作为浓空燃比部分和稀空燃比部分保持分开。直到它们抵达NOx储存还原催化剂的下游部分时，它们的空燃比才变成等于化学计量空燃比。因此，仅仅在NOx储存还原催化剂的下游部分内去除未燃烧的HC及CO和NOx。
如果第一气缸组的浓度增加且第二气缸组的稀度增加，则其中浓空燃比的排气与稀空燃比的排气未充分混合的区域膨胀到NOx储存还原催化剂的下游侧。由此，出现了必须增加NOx储存还原催化剂的容量以确保其中排气空燃比变为化学计量的区域足以用于去除未燃烧HC及CO和NOx的问题。
发明内容
依据本发明的第一方面，在具有六个或更多个气缸的内燃机中，其中，气缸分成由至少三个气缸组成的第一气缸组和由至少三个气缸组成的第二气缸组，且第一气缸组的所述至少三个气缸连接到共用的第一排气通道，而第二气缸组的所述至少三个气缸连接到共用的第二排气通道，且第一排气通道和第二排气通道分别设置有催化剂，且第一排气通道和第二排气通道连接到位于催化剂下游的共用NOx储存还原催化剂，且其中，当要升高NOx储存还原催化剂的温度时，使第一气缸组和第二气缸组中的一个气缸组的平均空燃比为浓，而使第一气缸组和第二气缸组中的另一个气缸组的平均空燃比为稀，从而使得流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比为化学计量空燃比或位于其浓的一侧，内燃机的排气净化装置操作如下。对于当要升高NOx储存还原催化剂的温度时平均空燃比为浓的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量或为稀，或者是使至少一个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量。对于当要升高NOx储存还原催化剂的温度时平均空燃比为稀的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量或为浓，或者是使至少一个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量。
依据本发明的第二方面，在具有六个或更多个气缸的内燃机中，其中，气缸分成由至少三个气缸组成的第一气缸组和由至少三个气缸组成的第二气缸组，且第一气缸组的所述至少三个气缸连接到共用的第一排气通道，而第二气缸组的所述至少三个气缸连接到共用的第二排气通道，且第一排气通道和第二排气通道分别设置有催化剂，且第一排气通道和第二排气通道连接到位于催化剂下游的共用NOx储存还原催化剂，且其中，当要升高NOx储存还原催化剂的温度时，使第一气缸组和第二气缸组中的一个气缸组的平均空燃比为浓，而使第一气缸组和第二气缸组中的另一个气缸组的平均空燃比为稀，从而使得流入NOx储存还原催化剂的排气的空燃比为化学计量空燃比或位于其浓的一侧，内燃机的排气净化装置的控制方法操作如下。对于当要升高NOx储存还原催化剂的温度时平均空燃比为浓的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量或为稀，或者是使至少一个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量。对于当要升高NOx储存还原催化剂的温度时平均空燃比为稀的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量或为浓，或者是使至少一个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量。
因此，所述装置及用于该装置的控制方法能够增加供应到NOx储存还原催化剂的排出的未燃烧HC及CO的量以及排出的过剩氧气的量而没有明显地增加各气缸组的平均空燃比的浓度和稀度。
附图说明
通过下文参照附图对优选实施方式的描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得明显，其中类似的标号用于指代类似的元件，且其中：
图1为V型6缸发动机的整体视图；
图2为仅示出图1所示发动机的第一气缸组与第二气缸组的示图；
图3为V型8缸发动机的整体视图；
图4为仅示出图3所示发动机的第一气缸组与第二气缸组的示图；
图5为直列式6缸发动机的整体视图；
图6为仅示出图5所示发动机的第一气缸组与第二气缸组的示图；
图7A和7B为示出V型6缸发动机中气缸布置的优选示例的示图；
图8A和8B为示出V型6缸发动机中气缸布置的非优选示例的示图；
图9A和9B为示出V型8缸发动机中气缸布置的优选示例的示图；
图10A和10B为示出V型8缸发动机中气缸布置的非优选示例的示图；
图11A和11B为示出直列式6缸发动机中气缸布置的优选示例的示图；
图12A和12B为示出直列式6缸发动机中气缸布置的非优选示例的示图；
图13A至13D为示出用于V型6缸发动机的多种气缸布置的示图，其中添加了化学计量气缸；
图14A和14B为示出V型6缸发动机中气缸布置的优选示例的示图；
图15A和15B为示出V型6缸发动机中气缸布置的非优选示例的示图；
图16A和16B为示出V型6缸发动机中气缸布置的非优选示例的示图；
图17A和17B为示出V型6缸发动机中气缸布置的优选示例的示图；
图18A和18B为示出V型6缸发动机中气缸布置的非优选示例的示图；
图19A和19B为示出V型6缸发动机中气缸布置的优选示例的示图；
图20A和20B为示出V型6缸发动机中气缸布置的非优选示例的示图；
图21A和21B为示出V型6缸发动机中气缸布置的优选示例的示图；
图22A和22B为示出V型6缸发动机中气缸布置的非优选示例的示图；
图23A和23B的示图示出在V型6缸发动机中至少其中一个化学计量气缸的点火正时延迟的一种情形；
图24A和24B的示图示出在V型6缸发动机中至少其中一个化学计量气缸的点火正时延迟的另一种情形；
图25A和25B的示图示出在V型6缸发动机中至少其中一个化学计量气缸的点火正时延迟的再一种情形；
图26A和26B的示图示出在V型6缸发动机中至少其中一个化学计量气缸的点火正时延迟的又一种情形；
图27A和27B的示图示出在V型6缸发动机中至少其中一个化学计量气缸的点火正时延迟的再又一种情形；
图28A和28B的示图示出在V型6缸发动机中至少其中一个化学计量气缸的点火正时延迟的还又一种情形；
图29A和29B的示图示出在V型6缸发动机中至少其中一个化学计量气缸的点火正时延迟的又一种情形；以及
图30A和30B的示图示出在V型6缸发动机中至少其中一个化学计量气缸的点火正时延迟的又一种情形。
具体实施方式
图1示出具有第一气缸列1及第二气缸列2的V型6缸发动机。如图1所示，由第一气缸列1组成的第一气缸组具有三个气缸5，即一号气缸#1、三号气缸#3和五号气缸#5，每个气缸都配备有燃料喷射阀3和火花塞4。类似地，由第二气缸列2组成的第二气缸组具有三个气缸5，即二号气缸#2、四号气缸#4和六号气缸#6，每个气缸都配备有燃料喷射阀3和火花塞4。通过共用的进气通道6为气缸5供应进气。
第一排气通道7连接到第一气缸组1。空燃比传感器8和三元催化剂9设置在第一排气通道7中。类似地，第二排气通道10连接到第二气缸组2。空燃比传感器11和三元催化剂12也设置在第二排气通道10中。第一排气通道7和第二排气通道10汇合到一起并与共用的NOx储存还原催化剂13相连。另一空燃比传感器14设置在NOx储存还原催化剂13的下游。
电子控制单元20由数字计算机形成，并设有通过双向总线21相互连接的ROM(只读存储器)22、RAM(随机存储器)23、CPU(微处理器)24、输入端口25和输出端口26。空燃比传感器8、11、14的输出信号通过对应的模拟-数字转换器27输入到输入端口25。产生与加速器踏板30的压下量成比例的输出电压的负载传感器31连接到该加速器踏板30。负载传感器31的输出电压通过对应的一个模拟-数字转换器27输入到输入端口25。此外，曲柄角传感器32连接到输入端口25。例如，曲柄角传感器32在曲轴每转30°时就产生一个输出脉冲。在另一方面，输出端口26通过对应的驱动回路28连接到燃料喷射阀3和火花塞4。
图1所示的NOx储存还原催化剂13具有在流入NOx储存还原催化剂13的排气的空燃比稀时存储来自于排气的NOx、在流入NOx储存还原催化剂13的排气的空燃比浓时释放和还原所存储的NOx的功能。通常地，在图1所示的内燃机中，第一气缸组1与第二气缸组2具有稀空燃比。因此，在通常状况下，含于排气中的NOx存储在NOx储存还原催化剂13中。此外，在这种内燃机中，在存储于NOx储存还原催化剂13内的NOx的量达到饱和程度之前，使流入NOx储存还原催化剂13内的排气的空燃比暂时为浓，由此存储在NOx储存还原催化剂13中的NOx得以释放。
排气还含有SOx，所述SOx也存储在NOx储存还原催化剂13中。随着存储于NOx储存还原催化剂13内的SOx的量的增加，可存储的NOx的量减少。因此，当所存储的SOx的量增加时，需要从NOx储存还原催化剂13中释放所存储的SOx。然而，SOx比NOx更不易释放。为了从NOx储存还原催化剂13中释放出SOx，需要升高NOx储存还原催化剂13的温度并将流入NOx储存还原催化剂13的排气的空燃比保持在化学计量空燃比处或者位于其浓的一侧。
因而，为了从NOx储存还原催化剂13中释放出SOx，需要首先升高NOx储存还原催化剂13的温度。因此，在本发明的第一方面中，当要升高NOx储存还原催化剂13的温度时，使两个气缸组中的一个气缸组(例如第一气缸组1)的平均空燃比为浓而使另一个气缸组(例如第二气缸组2)的平均空燃比为稀，从而使得流入NOx储存还原催化剂13的排气的空燃比变为等于化学计量空燃比。具体地，含有大量未燃烧的HC和CO的排气从第一气缸组1送入NOx储存还原催化剂13，而含有大量过剩氧气的排气从第二气缸组2送入NOx储存还原催化剂13。由于未燃烧的HC和CO与过剩氧气的氧化反应热，NOx储存还原催化剂13的温度升高。
接下来将参照图2对此进行详细的描述。图2仅示出图1所示V型6缸发动机的第一气缸组1与第二气缸组2。在下文中，当示出V型6缸发动机时，仅仅示出第一气缸组1与第二气缸组2而省去其它气缸部件等，如图2所示。另外，在本发明实施方式的气缸#1到#6中，燃烧浓空燃比的混合物、化学计量空燃比的混合物或稀空燃比的混合物。在下文中，如果气缸经历浓空燃比的混合物的燃烧，则以在虚线圆内示出的“R”指代该气缸。此气缸称为浓气缸。类似地，如果气缸经历化学计量空燃比的混合物的燃烧，则以在虚线圆内示出的“S”指代该气缸。此气缸称为化学计量气缸。此外，如果气缸经历稀空燃比混合物的燃烧，则以在虚线圆内示出的“L”指代该气缸。此气缸称为稀气缸。另外，图1和2所示V型6缸发动机的气缸的燃烧顺序为#1-#2-#3-#4-#5-#6。
图2示出在NOx储存还原催化剂13的温度需要升高时气缸组的空燃比的示例情形。在此示例情形中，如图2所示，在第一气缸组1中，1号气缸#1是浓气缸R，3号气缸#3是稀气缸L，且5号气缸#5是浓气缸R。在另一方面，在第二气缸组2中，2号气缸#2是稀气缸L，4号气缸#4是浓气缸R，且6号气缸#6是稀气缸L。也就是说，在此示例情形中，第一气缸组1的排气的平均空燃比浓，而第二气缸组2的排气的平均空燃比稀。
现有技术的布置与图2中布置的不同之处在于3号气缸#3是浓气缸R、4号气缸#4是稀气缸L。也就是说，在现有技术中，第一气缸组1中的所有气缸都是浓气缸R，而第二气缸组2中的所有气缸都是稀气缸L。在此情形下，从第一气缸组1排出的未燃烧HC和CO的量越大，则产生使NOx储存还原催化剂13的温度升高的氧化反应热所需要的第一气缸组1的浓度越高。而且，第二气缸组2的稀度变高。因此，出现了本说明书开始部分所述的无法将流入NOx储存还原催化剂13的排气的空燃比精确地控制为化学计量空燃比的问题。此外，为了充分地确保获得具有化学计量的排气空燃比的区域，需要增加NOx储存还原催化剂13的容量，这引出了另一问题。
然而，如图2所示，如果使平均空燃比为浓的第一气缸组1中的一个气缸(例如3号气缸#3)为稀气缸L，并使平均空燃比为稀的第二气缸组1中的一个气缸(例如4号气缸#4)为浓气缸R，则可以增加排出的未燃烧HC和CO的量并由此增加氧化反应热而不会导致上述的问题。也就是说，如果如图2所示示例表明地，浓气缸R的浓度增加且稀气缸L的稀度增加，则排出的未燃烧HC和CO的量增加且排出的过剩氧气的量增加，从而使得氧化反应热增加。然而，虽然浓气缸R的浓度增加且稀气缸L的稀度增加，但是第一气缸组1的平均浓度不会变得非常高，且第二气缸组2的平均稀度不会变得非常高，如可从图2所示示例中观察到的那样。因此，上述问题不会出现。
在此应当注意，图2中所示出的、可以增加所排出的未燃烧HC和CO的量而不会导致上述问题的浓气缸R和稀气缸L的布置仅仅是一个示例。对于第一气缸组1而言，只要气缸中的任意两个为浓气缸R而另一个气缸为稀气缸L，任何布置都是允许的。对于第二气缸组2而言，只要气缸中的任意两个为稀气缸L而另一个气缸为浓气缸R，任何布置都是允许的。
图3示出本发明一个实施方式应用到V型8缸发动机的情形。在这个实施方式中，第一气缸组1的一号气缸#1、三号气缸#3、五号气缸#5和七号气缸#7连接到共用的第一排气通道7，而第二气缸组2的二号气缸#2、四号气缸#4、六号气缸#6和八号气缸#8连接到共用的第二排气通道10。与图2类似地，图4仅示出图3所示的第一气缸组1与第二气缸组2。另外，此V型8缸发动机的气缸的燃烧顺序为#1-#8-#7-#3-#6-5-#4-#2。
参见图4，在第一气缸组1中，一号气缸#1、三号气缸#3和七号气缸#7为浓气缸R，五号气缸#5为稀气缸L。在第二气缸组2中，二号气缸#2、六号气缸#6和八号气缸#8为稀气缸L，四号气缸#4为浓气缸R。图4所示的为浓气缸R与稀气缸L的布置仅仅是一个示例。对于第一气缸组1而言，只要气缸中的任意三个为浓气缸R而另一个气缸为稀气缸L，任何布置都是允许的。对于第二气缸组2而言，只要气缸中的任意三个为稀气缸L而另一个气缸为浓气缸R，任何布置都是允许的。
图5示出本发明一个实施方式应用到直列式6缸发动机的情形。在这个实施方式中，第一气缸组1的一号气缸#1、二号气缸#2和三号气缸#3连接到共用的第一排气通道7，而第二气缸组2的四号气缸#4、五号气缸#5和六号气缸#6连接到共用的第二排气通道10。与图2类似地，图6仅示出图5所示的第一气缸组1与第二气缸组2。另外，此直列式6缸发动机的气缸的燃烧顺序为#1-#5-#3-#6-#2-#4。
参见图6，在第一气缸组1中，一号气缸#1和三号气缸#3为浓气缸R，二号气缸#2为稀气缸L。在第二气缸组2中，四号气缸#4和五号气缸#5为稀气缸L，六号气缸#6为浓气缸R。图6所示的为浓气缸R与稀气缸L的布置仅仅是一个示例。对于第一气缸组1而言，只要气缸中的任意两个为浓气缸R而另一个气缸为稀气缸L，任何布置都是允许的。对于第二气缸组2而言，只要气缸中的任意两个为稀气缸L而另一个气缸为浓气缸R，任何布置都是允许的。
由此，在确定将哪个气缸选作浓气缸R及将哪个气缸选作稀气缸L时具有相对大的自由度。然而，优选地，在确定将哪个气缸选作浓气缸R或稀气缸L时考虑振动的发生情况。具体地，发动机中的反复燃烧用作在车体等中引起振动的起振力。在此情形下，因为频率越高则与车体等的共振频率相差越大，因此，发动机中出现的起振力的频率越高，车体等中出现振动的可能性就越低。除此之外，发动机中出现的起振力的频率越高，则发动机中出现的起振力变得越小，因而车体等中发生振动的可能性就越低。简而言之，为了使车体等中更不易于发生振动，优选地将出现在发动机中的起振力的频率增加到尽可能高的频率。
因此，优选的是浓气缸R和稀气缸L确定为使得出现在发动机中的起振力的频率变高。首先，参见图7A和7B，将对浓气缸R和稀气缸L的一种布置进行描述。图7A示出V型6缸发动机中浓气缸R和稀气缸L的一种布置。图7B示出图7A所示气缸#1至#6中每个气缸的空燃比和爆炸力。空燃比由R(浓)、S(化学计量)和L(稀)来标示，而爆炸力(即，燃烧时的输出)按照#1-#2-#3-#4-#5-#6的顺序以实线表示。除此之外，图7B还以虚线示出发动机所产生的起振力。刚刚结合图7A和7B描述的标示与图8A和8B及随后的附图相同。
不用说，浓气缸R的爆炸力(即，其燃烧时的输出)大于化学计量气缸S的爆炸力(即，其燃烧时的输出)，而化学计量气缸S的爆炸力(即，其燃烧时的输出)大于稀气缸L的爆炸力(即，其燃烧时的输出)。图7B中的实线示意性地示出每个气缸的爆炸力(即，燃烧时的输出)。从图7B中可以理解到，由发动机导致的起振力在爆炸力大的浓气缸R燃烧时变得较高，而在爆炸力小的稀气缸L燃烧时变得较低。
在图7A和7B所示的示例中，稀气缸#2位于浓气缸#1与浓气缸#3、#4之间，因此起振力虚线在一个周期中有两个峰值。图8A和8B示出连续三次在浓气缸R中发生燃烧的情形。在此情形中，起振力虚线在一个周期中仅有一个峰值。因此，在图7A和7B所示情形中的起振力的频率高于图8A和8B所示的情形。也就是说，图7A所示的浓气缸R和稀气缸L的布置是优选的。
在另一方面，如图8A所示的浓气缸R和稀气缸L的布置是非优选的。也就是说，需要避免使得连续三次在浓气缸R中发生燃烧的情形的浓气缸R和稀气缸L的布置。因此，在本发明的实施方式中，浓气缸R和稀气缸L的布置确定为使得当依据预定的燃烧顺序依次在气缸中发生燃烧时不会连续三次或更多次在浓气缸R中发生燃烧。
虽然图7A示出了浓气缸R和稀气缸L的布置的一个优选示例，但还有与图7A所示布置不同的优选布置。例如，可将图7A所示布置改变为三号气缸#3是稀气缸L、五号气缸#5是浓气缸R，或者改变为四号气缸#4是稀气缸L、六号气缸#6是浓气缸R。
图9A和9B以及图10A和10B示出上述原理应用到V型8缸发动机中的情形。图11A和11B以及图12A和12B示出上述原理应用到直列式6缸发动机中的情形。图9A和9B示出V型8缸发动机中浓气缸R和稀气缸L的一个优选示例布置，其中不会连续三次或更多次在浓气缸R中发生燃烧，而图10A和10B示出浓气缸R和稀气缸L的一个非优选示例布置，其中连续三次或更多次在浓气缸R中发生燃烧。虽然存在有许多与图9A和9B所示布置不相同的优选布置以及许多与图10A和10B所示布置不相同的非优选布置，但是在此省去了对这些布置的描述。
在另一方面，图11A和11B示出直列式6缸发动机中浓气缸R和稀气缸L的一个优选示例布置，其中不会连续三次或更多次在浓气缸R中发生燃烧。图12A和12B示出浓气缸R和稀气缸L的一个非优选示例布置，其中连续三次或更多次在浓气缸R中发生燃烧。虽然存在有许多与图11A所示布置不相同的优选布置和许多与图12A布置所示不相同的非优选布置，但是在此省去了对这些布置的描述。
接下来，对将化学计量气缸S添加到浓气缸R和稀气缸L的情形进行描述。图13A到13D示出其中添加有化学计量气缸S的V型6缸发动机的气缸组合的各种示例。具体地，在图13A所示的示例组合中，第一气缸组1由两个浓气缸R和一个化学计量气缸S组成，而第二气缸组2由两个稀气缸L和一个化学计量气缸S组成。在图13B所示的示例组合中，第一气缸组1由一个浓气缸R和两个化学计量气缸S组成，而第二气缸组2由一个稀气缸L和两个化学计量气缸S组成。在图13C所示的示例组合中，第一气缸组1由一个浓气缸R和两个化学计量气缸S组成，而第二气缸组2由两个稀气缸L和一个化学计量气缸S组成。在图13D所示的示例组合中，第一气缸组1由两个浓气缸R和一个化学计量气缸S组成，而第二气缸组2由一个稀气缸L和两个化学计量气缸S组成。
另外，在图13A到13D所示的任一示例布置中，第一气缸组1的平均空燃比为浓，而第二气缸组2的平均空燃比为稀。因此，在同样包括图13A到13D所示的情形的本发明的实施方式中，发动机如下地操作。也就是说，当要升高NOx储存还原催化剂13的温度时，对于平均空燃比为浓的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为浓、其他气缸中的空燃比为化学计量或为稀，或者使至少一个气缸中的空燃比为浓、其他气缸中的空燃比为化学计量。
进一步地，在本发明的实施方式中，当要升高NOx储存还原催化剂13的温度时，对于平均空燃比为稀的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为稀、其他气缸中的空燃比为化学计量或为浓，或者使至少一个气缸中的空燃比为稀、其他气缸中的空燃比为化学计量。
在如图13A到13D所示添加了化学计量气缸S的情形中，根据添加化学计量气缸S的方式，改变获得高频率起振力的布置并使得对所产生的氧化反应热的量的控制更为容易。在下文中，将首先描述对氧化反应热的控制，然后描述获得高频率起振力的布置。
在图13A所示的情形中，设有两个浓气缸R和两个稀气缸L，因而在图13A到13D所示的四种情形中将提供的氧化反应热最大。相反地，在图13B所示的情形中，仅设有一个浓气缸R和一个稀气缸L，因而将提供的氧化反应热最小。在图13C所示的情形和图13D所示的情形中，认为被氧化的未燃烧的HC和CO的量将大于图13B所示的情形。因此，在图13C和13D所示的每种情形中的氧化反应热的量均介于在图13A的情形中的氧化反应热的量和在图13B的情形中的氧化反应热的量之间。因而，通过改变浓气缸R的数量或改变稀气缸L的数量，能够改变所产生的氧化反应热的量。这又可以改变NOx储存还原催化剂13的温度升高速率及其在稳定时的温度。
接下来，对于图13A到13D所示的组合，顺次地描述获得高频率起振力的优选布置。对于图13A所示的第一气缸组1由两个浓气缸R和一个化学计量气缸S组成、第二气缸组2由两个稀气缸L和一个化学计量气缸S组成的组合而言，图14A中示出优选布置，图15A和图16A中示出非优选布置。
在图14A所示的布置中，每当发生燃烧，则爆炸力(即，燃烧时的输出)就在高侧与低侧之间交变，如图14B所示。由此，起振力虚线在一个周期中具有三个峰值，从而使得起振力的频率高。在另一方面，在图15A和15B及图16A和16B所示的示例中，有连续两次在化学计量气缸S中的燃烧，因此起振力虚线在一个周期中仅具有两个峰值。从而使得起振力的频率相对较低。
因此，可以说为了获得高频率的起振力，优选地，浓气缸R、化学计量气缸S和稀气缸L的布置确定为使得每当依据预定的气缸燃烧顺序发生燃烧时所述燃烧时的输出就在高侧和低侧之间交变。
接下来，对于图13B所示的第一气缸组1由一个浓气缸R和两个化学计量气缸S组成、第二气缸组2由一个稀气缸L和两个化学计量气缸S组成的组合而言，在图17A中示出优选布置，在图18A中示出非优选布置。
在图18A所示的布置中，浓气缸R中的燃烧和稀气缸L中的燃烧以相等的间隔(例如每360°曲柄角)交替地发生，如图18B所示。然而，浓气缸R中的燃烧和稀气缸L中的燃烧以相等的间隔发生，起振力如图18B所示的以低频率大幅地波动，从而导致车体等的振动。
相反地，在如图17A和17B所示的情形中，浓气缸R中的燃烧和稀气缸L中的燃烧不以相等的间隔交替地发生，因而不会出现大的起振力。即，可以说优选的是浓气缸R、化学计量气缸S和稀气缸L的布置确定为使得在依据预定的燃烧顺序在气缸中依次发生燃烧时浓气缸R中的燃烧和稀气缸L中的燃烧不以相等的间隔交替地发生。
接下来，对于图13C所示的第一气缸组1由一个浓气缸R和两个化学计量气缸S组成、第二气缸组2由两个稀气缸L和一个化学计量气缸S组成的组合而言，在图19A中示出优选布置，在图20A中示出非优选布置。
在图19A所示的布置中，浓气缸R中的燃烧和稀气缸L中的燃烧不以相等的间隔发生，如图19B所示。因而，不会产生大的起振力。另一方面，在图20A所示的布置中，浓气缸R中的燃烧和稀气缸L中的燃烧以相等的间隔发生，如图20B所示。由此，产生了大的起振力。
接下来，对于图13D所示的第一气缸组1由两个浓气缸R和一个化学计量气缸S组成、第二气缸组2由一个稀气缸L和两个化学计量气缸S组成的组合而言，在图21A中示出优选布置，在图22A中示出非优选布置。
在图21A所示的布置中，浓气缸R中的燃烧和稀气缸L中的燃烧不以相等的间隔进行，如图21B所示。从而，不会产生大的起振力。在另一方面，在图22A所示的布置中，浓气缸R中的燃烧和稀气缸L中的燃烧以相等的间隔进行，如图22B所示。由此，产生了大的起振力。
附及地，为了实现高频率的起振力，优选地使爆炸力(即，燃烧时的输出)如上所述地在高侧和低侧之间交变。在下文描述的实施方式中，通过延迟至少其中一个化学计量气缸S的点火正时来使爆炸力(即，燃烧时的输出)在高侧和低侧之间交变。将参照图13A到13D所示的组合顺次地对其进行描述。
在图23A和23B及图24A和24B中示出上述原理应用到图13A所示的第一气缸组1由两个浓气缸R和一个化学计量气缸S组成、第二气缸组2由两个稀气缸L和一个化学计量气缸S组成的组合的示例。如果在至少其中一个化学计量气缸S中延迟了点火正时，则在点火正时被延迟的所述至少一个化学计量气缸S中的燃烧时的输出变得小于点火正时未被延迟的一个或多个化学计量气缸S。在图23B和24B中，对于点火正时被延迟的化学计量气缸S，以虚线表示其在点火正时未被延迟时所产生的爆炸力。也就是说，在图23B和24B中以虚线表示爆炸力的情形中，化学计量气缸S的点火正时被延迟了，这对图25B到30B也同样适用。
在图23A所示的布置中，作为化学计量气缸S的四号气缸#4的点火正时被延迟了，从而使得爆炸力(即，燃烧时的输出)在高侧和低侧之间交变，如图23B所示。在图24A所示的布置中，作为化学计量气缸S的六号气缸#6的点火正时被延迟了，从而使得爆炸力(即，燃烧时的输出)在高侧和低侧之间交变，如图24B所示。
在图25A和25B及图26A和26B中示出上述原理应用到图13B所示的第一气缸组1由一个浓气缸R和两个化学计量气缸S组成、第二气缸组2由一个稀气缸L和两个化学计量气缸S组成的组合的示例。
具体地，在图25A所示的布置中，化学计量气缸S的四号气缸#4和六号气缸#6的点火正时被延迟了，从而使得爆炸力(即，燃烧时的输出)在高侧和低侧之间交变，如图25B所示。在图26A所示的布置中，作为化学计量气缸S的二号气缸#2和六号气缸#6的点火正时被延迟了，从而使得爆炸力(即，燃烧时的输出)在高侧和低侧之间交变，如图26B所示。
在图27A和27B及图28A和28B中示出上述原理应用到图13C所示的第一气缸组1由一个浓气缸R和两个化学计量气缸S组成、第二气缸组2由两个稀气缸L和一个化学计量气缸S组成的组合的示例。
具体地，在图27A所示的布置中，作为化学计量气缸S的四号气缸#4的点火正时被延迟了，从而使得爆炸力(即，燃烧时的输出)在高侧和低侧之间交变，如图27B所示。在图28A所示的布置中，作为化学计量气缸S的六号气缸#6的点火正时被延迟了，从而使得爆炸力(即，燃烧时的输出)在高侧和低侧之间交变，如图28B所示。
在图29A和29B及图30A和30B中示出上述原理应用到图13D所示的第一气缸组1由两个浓气缸R和一个化学计量气缸S组成、第二气缸组2由一个稀气缸L和两个化学计量气缸S组成的组合的示例。
具体地，在图29A所示的布置中，作为化学计量气缸S的四号气缸#4和六号气缸#6的点火正时被延迟了，从而使得爆炸力(即，燃烧时的输出)在高侧和低侧之间交变，如图29B所示。在图30A所示的布置中，作为化学计量气缸S的六号气缸#6的点火正时被延迟了，从而使得爆炸力(即，燃烧时的输出)在高侧和低侧之间交变，如图30B所示。
另外，图23A到30B所示的示例可以其它措辞描述。即，可以说在本发明的实施方式中，确定一个或多个浓气缸R、一个或多个点火正时不延迟的化学计量气缸S、一个或多个点火正时延迟的化学计量气缸S以及一个或多个稀气缸L的布置，使得每当依据预定的气缸燃烧顺序发生燃烧时燃烧时的输出都在高侧和低侧之间交变。

Claims (12)

1.一种具有六个或更多个气缸的内燃机的排气净化装置，其中，所述气缸分成由至少三个气缸组成的第一气缸组(1)和由至少三个气缸组成的第二气缸组(2)，且所述第一气缸组(1)的所述至少三个气缸连接到共用的第一排气通道(7)，所述第二气缸组(2)的所述至少三个气缸连接到共用的第二排气通道(10)，且所述第一排气通道(7)和所述第二排气通道(10)分别设置有催化剂(9，12)，且所述第一排气通道(7)和所述第二排气通道(10)连接到位于所述催化剂(9，12)下游的共用NOx储存还原催化剂(13)，且其中，当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时，使所述第一气缸组(1)和所述第二气缸组(2)中的一个气缸组的平均空燃比为浓，且使所述第一气缸组(1)和所述第二气缸组(2)中的另一个气缸组的平均空燃比为稀，从而使得流入所述NOx储存还原催化剂(13)的排气的空燃比为化学计量空燃比或位于其浓的一侧，其特征在于：
对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为浓的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量或为稀，或者是使至少一个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量，以及
对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为稀的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量或为浓，或者是使至少一个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为浓的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为稀，而对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为稀的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为浓，以及
其中，将浓空燃比气缸和稀空燃比气缸的布置设置为使得当依据预定的燃烧顺序在所述气缸中依次发生燃烧时不会连续三次或更多次在所述浓空燃比气缸中发生燃烧。
3.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述内燃机为6缸内燃机，
其中对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为浓的气缸组而言，至少一个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量，而对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为稀的气缸组而言，至少一个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量，以及
其中通过改变平均空燃比为浓的气缸组中的浓空燃比气缸的数量或者改变平均空燃比为稀的气缸组中的稀空燃比气缸的数量来改变所述NOx储存还原催化剂(13)的温度升高速度。
4.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述内燃机为具有至少一个浓空燃比气缸、至少一个化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的6缸内燃机，
其中，所述至少一个浓空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都大于所述至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，
其中，所述至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都大于所述至少一个稀空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，以及
其中，将所述至少一个浓空燃比气缸、至少一个化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的布置设置为使得每当在所述气缸中依据预定的燃烧顺序发生燃烧时所述燃烧时的输出都在高侧和低侧之间交变。
5.如权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述化学计量空燃比气缸中至少一个的点火正时被延迟而使得所述至少一个点火正时延迟的化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都小于点火正时未延迟的至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，以及
其中，所述至少一个浓空燃比气缸、至少一个点火正时未延迟的化学计量空燃比气缸、至少一个点火正时被延迟的化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的布置设置为使得每当在所述气缸中依据预定的燃烧顺序发生燃烧时所述燃烧时的输出都在高侧和低侧之间交变。
6.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述内燃机为具有至少一个浓空燃比气缸、至少一个化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的6缸内燃机，
其中，所述至少一个浓空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都大于所述至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，并且
其中，所述至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都大于所述至少一个稀空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，
其中，所述至少一个浓空燃比气缸、至少一个化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的布置设置为使得当依据预定的燃烧顺序在所述气缸中依次发生燃烧时在所述至少一个浓空燃比气缸中的任一个中的燃烧以及在所述至少一个稀空燃比气缸中的任一个中的燃烧不以相等的间隔交替地发生。
7.一种用于具有六个或更多个气缸的内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，所述气缸分成由至少三个气缸组成的第一气缸组(1)和由至少三个气缸组成的第二气缸组(2)，且所述第一气缸组(1)的所述至少三个气缸连接到共用的第一排气通道(7)，所述第二气缸组(2)的所述至少三个气缸连接到共用的第二排气通道(10)，且所述第一排气通道(7)和所述第二排气通道(10)分别设置有催化剂(9，12)，且所述第一排气通道(7)和所述第二排气通道(10)连接到位于所述催化剂(9，12)下游的共用NOx储存还原催化剂(13)，且其中，当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时，使所述第一气缸组(1)和所述第二气缸组(2)中的一个气缸组的平均空燃比为浓，且使所述第一气缸组(1)和第二气缸组(2)中的另一个气缸组的平均空燃比为稀，从而使得流入所述NOx储存还原催化剂(13)的排气的空燃比为化学计量空燃比或位于其浓的一侧，包括以下步骤：
对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为浓的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量或为稀，或者使至少一个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量，以及
对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为稀的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量或为浓，或者使至少一个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量。
8.如权利要求7所述的控制方法，其中，对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为浓的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为稀，而对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为稀的气缸组而言，使至少两个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为浓，以及
其中，将所述浓空燃比气缸和稀空燃比气缸的布置设置为使得当依据预定的燃烧顺序在气缸中依次发生燃烧时不会连续三次或更多次在所述浓空燃比气缸中发生燃烧。
9.如权利要求7所述的控制方法，其中，所述内燃机为6缸内燃机，
其中，对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为浓的气缸组而言，使至少一个气缸中的空燃比为浓而其它气缸中的空燃比为化学计量，而对于当所述NOx储存还原催化剂(13)的温度要升高时平均空燃比为稀的气缸组而言，使至少一个气缸中的空燃比为稀而其它气缸中的空燃比为化学计量，以及
其中，通过改变所述平均空燃比为浓的气缸组中的浓空燃比气缸的数量或者改变平均空燃比为稀的气缸组中的稀空燃比气缸的数量来改变所述NOx储存还原催化剂(13)的温度升高速度。
10.如权利要求7所述的控制方法，其中，所述内燃机为具有至少一个浓空燃比气缸、至少一个化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的6缸内燃机，
其中，所述至少一个浓空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都大于所述至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，
其中，所述至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都大于所述至少一个稀空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，以及
其中，将所述至少一个浓空燃比气缸、至少一个化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的布置设置为使得每当在所述气缸中依据预定的燃烧顺序发生燃烧时所述燃烧时的输出都在高侧和低侧之间交变。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中，所述化学计量空燃比气缸中的至少一个的点火正时被延迟而使得所述至少一个点火正时延迟的化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都小于点火正时未延迟的至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，以及
其中，将所述至少一个浓空燃比气缸、点火正时未延迟的至少一个化学计量空燃比气缸、至少一个点火正时延迟的化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的布置设置为使得每当在所述气缸中依据预定的燃烧顺序发生燃烧时所述燃烧时的输出都在高侧和低侧之间交变。
12.如权利要求7所述的控制方法，其中，所述内燃机为具有至少一个浓空燃比气缸、至少一个化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的6缸内燃机，
其中，所述至少一个浓空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都大于所述至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，并且
其中，所述至少一个化学计量空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出都大于所述至少一个稀空燃比气缸中的任一个燃烧时的输出，
其中，将所述至少一个浓空燃比气缸、至少一个化学计量空燃比气缸以及至少一个稀空燃比气缸的布置设置为使得当依据预定的燃烧顺序在气缸中依次发生燃烧时在所述至少一个浓空燃比气缸中的任一个中的燃烧以及在所述至少一个稀空燃比气缸中的任一个中的燃烧不以相等的间隔交替地发生。
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