CN101542096B - 内燃发动机的废气净化装置 - Google Patents
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Abstract
一种内燃发动机，其中，来自气缸组(1、2)的废气供应至共用的NOx(氮氧化物)储存催化剂(12)。当NOx储存催化剂(12)应当释放SOX(硫氧化物)时，使一个气缸组(1)的平均空燃比为浓并使另一个气缸组(2)的平均空燃比为稀。此时，使一个气缸组(1)的气缸(3)的空燃比成为从两个预定目标浓空燃比中选择出的一个目标浓空燃比，同时使另一个气缸组(2)的气缸(3)的空燃比成为从两个预定目标稀空燃比中选择出的一个目标稀空燃比。
Description
技术领域
本发明涉及内燃发动机的废气净化装置。
背景技术
在现有技术中已知这样的内燃发动机，在发动机排气通道中设置有NOX(氮氧化物)储存催化剂，当流入的废气的空燃比为稀空燃比时该NOx储存催化剂储存废气中所包含的NOx，并且当流入的废气的空燃比变为化学计量空燃比或浓空燃比时该NOx储存催化剂释放所储存的NOx，在该内燃发动机中，气缸被划分成第一气缸组和第二气缸组，并且第一气缸组的排气通道和第二气缸组的排气通道汇合并连接至共用的NOx储存催化剂(例如，参见日本专利公开(A)No.8-189388)。通常，在这种内燃发动机中，在所有气缸中都是以稀空燃比进行燃烧。此时所产生的NOx储存于NOx储存催化剂中。另一方面，如果NOx储存催化剂的NOx储存能力接近饱和，则暂时使流入NOx储存催化剂中的废气的空燃比为浓，以便从NOx储存催化剂中释放NOx并对其进行还原。
在这点上，燃料和润滑油包含硫。因此，废气包括有SOX(硫氧化物)。此SOX与NOx一起储存于NOx储存催化剂中。但是，仅通过使废气的空燃比为浓不能从NOx储存催化剂中释放此SOX，所以储存于NOx储存催化剂中的SOX的量逐渐增加。因而，可储存的NOx量最终将逐渐减小。因此，当储存于NOx储存催化剂中的SOX量增加时，必须使NOx储存催化剂释放SOX。
在这种情况下，如果使NOx储存催化剂的温度上升至大体600℃或更高的SOX释放温度并使流入NOx储存催化剂中的废气的空燃比为浓，则能够使NOx储存催化剂释放SOX。但是，在上面提到的内燃发动机中，如果使第一气缸组的每个气缸的空燃比为浓并使第二气缸组的每个气缸的空燃比为稀，则从第一气缸组排出的大量未燃烧的HC(碳氢化合物)在NOx储存催化剂中被从第二气缸组排出的过剩氧氧化。可以使用此时的氧化反应热来升高NOx储存催化剂的温度。此时，如果使从气缸组排出的未燃烧的HC的量和过剩氧的量维持于根据发动机的运转状态的最佳量，即，如果使第一气缸组的浓度和第二气缸组的稀度维持于根据发动机的运转状态的最佳程度，则能够使NOx储存催化剂的温度维持于SOX释放温度。
因此，在上面提到的内燃发动机中，对于发动机的每种运转状态存储使NOx储存催化剂的温度维持于SOX释放温度所需的第一气缸组的浓度和第二气缸组的稀度。当应当从NOx储存催化剂中释放SOX时，根据发动机的运转状态使第一气缸组的浓度成为所存储的浓度并且根据发动机的运转状态使第二气缸组的稀度成为所存储的稀度。
但是，当试图使第一气缸组的浓度和第二气缸组的稀度成为对应于发动机的运转状态的所存储的浓度和稀度时，必须使喷射正时、点火正时等相匹配，所以对于为发动机的每种运转状态设定的每种浓度和稀度而言，必需进行大量的匹配操作。因此，作为实际问题，利用这种方法，存在难以使NOx储存催化剂的温度保持于SOX释放温度的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于内燃发动机的废气净化装置，所述装置不需要大量的顺应性工作并能够使催化剂的温度维持于目标温度。
根据本发明，提供了一种内燃发动机的废气净化装置，其中气缸被划分成一对气缸组，从每个气缸组排出的废气排至共用的催化剂，并且，当应当使所述催化剂保持于升高的温度状态时，使一个气缸组的平均空燃比为浓并使另一个气缸组的平均空燃比为稀，使得流入所述催化剂的所述废气的空燃比变为近似化学计量空燃比，其中，当要使平均空燃比为浓时，对于所述发动机的每种运转状态为所述一个气缸组的每个气缸的空燃比预设至少两个不同的目标空燃比，当要使平均空燃比为稀时，对于所述发动机的每种运转状态为所述另一个气缸组的每个气缸的空燃比预设至少两个不同的目标空燃比，并且，使所述一个气缸组的每个气缸的空燃比成为从对应于所述发动机的运转状态的相应的至少两个目标空燃比中选择出的目标空燃比并使所述一个气缸组的每个气缸的空燃比在至少一部分所述气缸中不同，并且，使所述另一个气缸组的每个气缸的空燃比成为从对应于所述发动机的运转状态的相应的至少两个目标空燃比中选择出的目标空燃比并使所述另一个气缸组的每个气缸的空燃比在至少一部分所述气缸中不同，从而使所述催化剂的温度变为预定目标温度。
附图说明
图1是内燃发动机的总体图。
图2是NOx储存催化剂的催化剂载体的表面部分的截面图。
图3是储存NOx量NOXA等的映射图。
图4是NOx释放控制和SOX释放控制的时序图。
图5是对NOx储存催化剂执行处理的流程图。
图6是示出每个气缸的浓度和稀度的视图。
图7是SOX释放控制的时序图。
图8是每个气缸的浓度和稀度的视图。
图9是第一目标空燃比和第二目标空燃比的映射图。
图10是每个气缸的浓度和稀度的视图。
图11是每个气缸的浓度和稀度的视图。
图12是每个气缸的浓度和稀度的视图。
图13是每个气缸的浓度和稀度的视图。
图14是每个气缸的浓度和稀度的视图。
图15是每个气缸的空燃比组合模式的视图。
图16是切换许可数目C的映射图。
图17是增加系数的映射图。
图18是比例常数KP和积分常数KI的视图。
图19是节气门开度的映射图。
图20是用于说明发动机输出扭矩因空燃比不同而改变的视图。
图21是节气门开度的校正量的映射图。
图22是用于说明根据空燃比组合模式来求得节气门开度的校正量的方法的视图。
图23是用于计算空燃比组合模式的流程图。
图24是用于执行SOX释放控制的流程图。
具体实施方式
图1示出了本发明应用于V型六缸火花点火式内燃发动机的情况。注意，不言而喻，本发明还能够应用于直列六缸内燃发动机或者其它直列式内燃发动机，并且还能够应用于除六缸之外的内燃发动机。
参考图1，一个气缸列由第一气缸组1形成，所述第一气缸组1包括按照点火顺序隔开一个位置的三个气缸3，即，一号气缸#1、三号气缸#3、以及五号气缸#5，同时，另一个气缸列由第二气缸组2形成，所述第二气缸组2包括按照点火顺序隔开一个位置的三个气缸3，即，二号气缸#2、四号气缸#4、以及六号气缸#6。第一气缸组1和第二气缸组2的气缸3连接至共用的进气歧管4。进气歧管4的入口部经空气流量计5连接至空气滤清器6。在进气歧管4的入口部处，设置有由致动器7控制以打开和关闭的节气门8。
另一方面，第一气缸组1的气缸#1、#3、#5经共用的第一排气歧管9a连接至三元催化剂10a的入口部，同时，第二气缸组2的气缸#2、#4、#6经共用的第二排气歧管9b连接至三元催化剂10b的入口部。三元催化剂10a的出口部和三元催化剂10b的出口部经相应的排气管11a、11b连接至共用的具有氧化功能的催化剂12的入口部。在根据本发明的实施方式中，该共用的催化剂12包括NOx(氮氧化物)储存催化剂。
电子控制单元20包括数字计算机，所述数字计算机设置有由双向总线21彼此连接的ROM(只读存储器)22、RAM(随机存取存储器)23、CPU(微处理器)24、输入端口25、以及输出端口26。共用的催化剂---即NOx储存催化剂12---的入口部和出口部设置有空燃比传感器13和温度传感器14。该空燃比传感器13和温度传感器14的输出信号经相应的AD(模数)转换器27输入至输入端口25。
加速器踏板30连接有负荷传感器31，该负荷传感器31生成与加速器踏板30的下压量L成比例的输出电压。负荷传感器31的输出电压经相应的AD转换器27输入至输入端口25。此外，输入端口25连接有曲柄角传感器32，该曲柄角传感器32在每当曲轴例如转动30°时生成输出脉冲。另一方面，输出端口26经相应的驱动电路28连接至用于将燃料喷射至气缸#1至#6的燃料喷射器33以及连接至节气门8的致动器7。
接着，将对NOx储存催化剂12进行说明。NOx储存催化剂12的基体承载着包括例如铝的催化剂载体。图2示意性地示出了这种催化剂载体40的表面部分的截面。如图2所示，催化剂载体40的表面承载着散布在其上的贵金属催化剂41。此外，催化剂载体40的表面形成有一层NOx吸收剂42。
在根据本发明的实施方式中，使用铂Pt作为贵金属催化剂41。使用例如从钾K、钠Na、铯Cs以及其它碱金属元素、钡Ba、钙Ca以及其它碱土元素、镧La、钇Y以及其它稀土元素中选择出的至少一种元素作为形成NOx吸收剂42的成分。
如果将供应至发动机进气通道、燃烧室以及NOx储存催化剂12的上游的排气通道内的空气和燃料的比率表示为“废气的空燃比”，则当所述废气空燃比为稀空燃比时NOx吸收剂42吸收NOx，并且当废气中的氧浓度下降时NOx吸收剂42释放所吸收的NOx，即，执行NOx的吸收和释放作用。
即，如果通过以使用钡Ba作为形成NOx吸收剂42的成分的情况为例来说明这一点，则当废气的空燃比为稀空燃比时，即当废气中的氧浓度高时，如图2所示，包含在废气中的NO(一氧化氮)在铂Pt 41上被氧化并变为NO2(二氧化氮)。接着，此NO2被吸收在NOx吸收剂42中，与氧化钡BaO结合，并以硝酸根离子NO3 -的形式散布在NOx吸收剂42中。通过这种方式，NOx被吸收在NOx吸收剂中。只要废气中的氧浓度高，就会在铂Pt41的表面上形成NO2。只要NOx吸收剂42的NOx吸收能力未饱和，NO2就会被吸收在NOx吸收剂42中并生成硝酸根离子NO3 -。
与此相反，如果使废气的空燃比为浓或者化学计量空燃比，则废气中的氧浓度下降，所以反应沿反方向(NO3 -→NO2)进行，且NOx吸收剂42中的硝酸根离子NO3 -因此而以NO2的形式从NOx吸收剂42中释放。接着，所释放的NOx由包含在废气中的未燃烧的HC(碳氢化合物)与CO(一氧化碳)还原。
通过这种方式，当废气的空燃比为稀空燃比时，即当燃烧是在稀空燃比状态下进行时，废气中的NOx被吸收在NOx吸收剂42中。但是，如果稀空燃比状态下的燃烧继续进行，则NOx吸收剂42的NOx吸收能力最终变为饱和，且NOx吸收剂42因此而不再能够吸收NOx。因此，在根据本发明的本实施方式中，在NOx吸收剂42的吸收能力变为饱和之前，暂时使废气的空燃比为浓，籍此使NOx吸收剂42释放NOx。
但是，废气包含SOx(硫氧化物)，即SO2(二氧化硫)。当此SO2流入NOx储存催化剂12中时，此SO2在铂Pt 41处被氧化并变为SO3(三氧化硫)。接着，此SO3被吸收在NOx吸收剂42中，与氧化钡BaO结合，以硫酸根离子SO4 2-的形式散布在NOx吸收剂42中，并形成稳定的硫酸盐BaSO4。但是，NOx吸收剂42具有强碱性，所以此硫酸盐BaSO4是稳定的且难以分解。在仅使废气的空燃比为浓的情况下，硫酸盐BaSO4难以分解并保持原样。因此，在NOx吸收剂42中，随着时间的流逝，硫酸盐BaSO4增加且NOx吸收剂42能够吸收的NOx的量因此而下降，所以当NOx吸收剂42中的硫酸盐BaSO4的量增加时，必须使NOx吸收剂42释放SOx。
但是，在这种情况下，如果在NOx储存催化剂12的温度升高至600℃或者更高的SOx释放温度的状态下使流入NOx储存催化剂12中的废气的空燃比为浓，则SOx得以从NOx吸收剂42中释放。因此，当应当从NOx吸收剂42中释放SOx时，首先，在NOx储存催化剂12的温度升高控制中将NOx储存催化剂12的温度升高至SOx释放温度，然后，使NOx储存催化剂12的温度保持于SOx释放温度，并在SOx释放控制中使流入NOx储存催化剂12中的废气的空燃比为浓。
接着，在参考图3至图5的同时，将简要说明在本发明的实施方式中执行的NOx释放控制和SOx释放控制。
从发动机排出的NOx量根据发动机的运转状态而改变。因此，吸收在NOx吸收剂42中的NOx量也根据发动机的运转状态而改变。因此，在根据本发明的实施方式中，将每单位时间储存于NOx储存催化剂12中的NOx量NOXA作为发动机负荷Q/N和发动机转速N的函数以图3(A)所示映射的形式预先存储于ROM 22中。通过累加NOx量NOXA，计算出储存于NOx储存催化剂12中的NOx量∑NOX。如图4所示，在根据本发明的实施方式中，每当此NOx量∑NOX达到容许值NX时，暂时使流入NOx储存催化剂12中的废气的空燃比A/F为浓，籍此从NOx储存催化剂12释放NOx。
另一方面，燃料包含一定比率的硫。因此，包含在废气中的SOx量---即储存于NOx储存催化剂12中的SOx量---与燃料喷射量成比例。燃料喷射量是发动机负荷和发动机转速的函数，因此，储存于NOx储存催化剂12中的SOx量也成为发动机负荷和发动机转速的函数。在根据本发明的实施方式中，将每单位时间储存于NOx储存催化剂12中的SOx量SOXA作为发动机负荷Q/N和发动机转速N的函数以图3(B)所示映射的形式预先存储于ROM 22中。通过累加此SOx量SOXA，计算出储存于NOx储存催化剂12中的SOx量∑SOX。如图4所示，在根据本发明的实施方式中，当此SOx量∑SOX已达到容许值SX时，将NOx储存催化剂12的温度T升高达SOx释放目标温度TX。在使NOx储存催化剂12的温度T保持于SOx释放目标温度TX的状态下，使流入NOx储存催化剂12中的废气的空燃比为浓。
图5示出了用于NOx储存催化剂12的处理程序。
参考图5，首先，在步骤50，根据图3(A)所示映射计算出每单位时间所储存的NOx量NOXA。接着，在步骤51，将此NOXA加到储存于NOx储存催化剂12中的NOx量∑NOX。接着，在步骤52，判断储存NOx量∑NOX是否超出容许值NX。如果∑NOX＞NX，则程序行进至步骤53，在步骤53中增加燃料喷射量，籍此执行加浓处理以暂时将流入NOx储存催化剂12中的废气的空燃比从稀空燃比改变为浓空燃比，并清除∑NOX。
接着，在步骤54，根据图3(B)所示映射计算出每单位时间所储存的SOx量SOXA。接着，在步骤55，将此SOXA加到储存于NOx储存催化剂12中的SOx量∑SOX。接着，在步骤56，判断储存SOx量∑SOX是否已超过容许值SX。当∑SOX＞SX时，程序行进至步骤57，在步骤57中，在温度升高控制中将NOx储存催化剂12的温度T升高至SOx释放目标温度TX。接着，在步骤58，在SOx释放控制中，使NOx储存催化剂12的温度保持于SOx释放目标温度TX，并使流入NOx储存催化剂12中的废气的空燃比为浓，然后清除∑SOX。
现在，在根据本发明的实施方式中，在NOx储存催化剂12的温度升高控制时以及在SOx释放控制时以各种方式改变每个气缸3处的空燃比。以下，为了说明这一点，将使用如图6所示的仅取出并示意性地示出第一气缸组1和第二气缸组2的视图。
注意，在图6中，为了容易理解本发明，使用当处于化学计量空燃比下的燃料量被标示为1.0时的燃料量来表示气缸#1至#6处的浓度和稀度。所述值相比1.0越大，则浓度越高，同时，所述值相比1.0越小，则稀度越大。
注意，在气缸#1至#6中示出的数值与空燃比之间的关系示于下表中：
气缸所示数值 空燃比
1.3 11.2
0.7 20.7
注意，图6示出了在NOx储存催化剂12的温度升高控制时气缸#1至#6的浓度和稀度。
图7示出了在NOx储存催化剂12的温度升高控制之后所执行的根据本发明的SOx释放控制的实施方式。在图7中，纵坐标T表示NOx储存催化剂12的温度，而横坐标表示所经过的时间。如图7所示，当执行SOx释放控制时，NOx储存催化剂12的温度T被保持于SOx释放目标温度TX。此时的气缸#1至#6的浓度和稀度的示例示于图8中。注意，在图8所示的示例中，点火顺序为#1-#2-#3-#4-#5-#6。
此外，如将从图8理解到，在根据本发明的实施方式中，在SOx释放控制时，使第一气缸组1的所有气缸#1、#3、以及#5形成浓空燃比，并使第一气缸组1的平均空燃比为浓。而且，使第二气缸组2的所有气缸#2、#4、以及#6形成稀空燃比，并使第二气缸组2的平均空燃比为稀。但是，在这种情况下，能够使气缸组1和气缸组2各自的任意气缸的空燃比成为化学计量空燃比。此外，在根据本发明的实施方式中，在第一气缸组1的气缸以及接着进行燃烧的第二气缸组2的气缸处，即在#1和#2、#3和#4、以及#5和#6处，空燃比被设定为使得平均空燃比变为化学计量空燃比，因此，第一气缸组1的平均空燃比和第二气缸组2的平均空燃比的平均值变为化学计量空燃比。
但是，如上所述，当使NOx储存催化剂12释放SOx时，有必要将NOx储存催化剂12的温度T升高至SOx释放温度，并使流入NOx储存催化剂12中的废气的空燃比为浓。稍微更准确地说明这一点，如果NOx储存催化剂12的表面处的空燃比局部变为浓空燃比，则局部变浓的部分会释放SOx，因而使NOx储存催化剂12释放SOx，使NOx储存催化剂12的表面处的空燃比局部为浓即足够。
因此，即使当流入NOx储存催化剂12中的废气被保持于近似化学计量空燃比时，NOx储存催化剂12的表面上的空燃比通常也会局部变为浓空燃比。当反复地形成浓和稀空燃比而使得平均空燃比变为近似化学计量空燃比时，NOx储存催化剂12在浓空燃比时释放SOx。因此，即使将流入NOx储存催化剂12中的废气的空燃比保持于近似化学计量空燃比，NOx储存催化剂12也会释放SOx。但是，为了促使NOx储存催化剂12在短时间内释放SOx，必须使流入NOx储存催化剂12中的废气持续地保持为浓空燃比。
在根据本发明的实施方式中，如上面图8所说明的，现在，使一个气缸组例如第一气缸组1的平均空燃比为浓，同时，使另一个气缸组例如第二气缸组2的平均空燃比为稀。此外，在这种情况下，在本发明中，当要使平均空燃比为浓时，对于发动机的每种运转状态为第一气缸组1的每个气缸#1、#3、#5的空燃比预先设定至少两个不同的目标空燃比，同时，当要使平均空燃比为稀时，对于发动机的每种运转状态为第二气缸组2的每个气缸#2、#4、#6的空燃比预先设定至少两个不同的目标空燃比。
通过这种方式，在本发明中，对于发动机的每种运转状态为气缸组1、2的每个气缸的空燃比预先设定至少两个不同的目标空燃比。以下，使用对于发动机的每种运转状态为气缸组1、2的每个气缸的空燃比预设两个不同的目标空燃比的实施方式作为示例来对本发明进行说明。
图9(A)和图9(B)示出了用于第一气缸组1的第一目标空燃比A和第二目标空燃比B。这些第一目标空燃比A和第二目标空燃比B例如作为发动机负荷Q/N(进气量Q/发动机转速N)和发动机转速N的函数以映射的形式预先存储于ROM 22中。注意，这些目标空燃比A、B以示出如图6和图8所示的浓度或稀度的数值的形式存储。
另一方面，用于第二气缸组2的第一目标空燃比和第二目标空燃比能够以如图9所示映射的形式预先存储。但是，在根据本发明的实施方式中，用于第二气缸组2的第一目标空燃比和第二目标空燃比是根据用于第一气缸组1的第一目标空燃比A和第二目标空燃比B求得的，所以，未特别存储用于第二气缸组2的第一目标空燃比和第二目标空燃比。
在图9(A)和图9(B)所示的实施方式中，使第一目标空燃比A成为大于第二目标空燃比B的空燃比。通过插值法根据图9(A)和图9(B)所示映射来计算出对应于每种发动机负荷Q/N和每种发动机转速N的第一目标空燃比A和第二目标空燃比B。
在这种情况下，在本发明中，使第一气缸组1的气缸#1、#3、#5的空燃比成为通过插值法求得的第一目标空燃比A或第二目标空燃比B的空燃比。在图8所示的示例中，使气缸#5的空燃比成为第一目标空燃比A，并使气缸#1和#3的空燃比成为第二目标空燃比B。
另一方面，如上所述，如图8所示，设定第二气缸组2的气缸#2、#4、#6的空燃比使得气缸#1和#2的平均值、气缸#3和#4的平均值、以及气缸#5和#6的平均值变为化学计量空燃比。如果以这种方式确定用于第一气缸组1的第一目标空燃比A和第二目标空燃比B，则第二气缸组2的气缸的空燃比得以确定，所以，如图9(A)和图9(B)所示，在根据本发明的实施方式中，仅存储了用于第一气缸组1的第一目标空燃比A和第二目标空燃比B。
现在，在图8中，第一气缸组1的气缸#1、#3、#5的数值中的超过1.0的部分的总和(0.23+0.23+0.13)表示从第一气缸组1排出的未燃烧的HC的量，同时，第二气缸组2的气缸#2、#4、#6的数值中的少于1.0的部分的总和(0.23+0.23+0.13)表示从第二气缸组2排出的过剩氧的量。因此，这些总和的值越大，则氧化反应的热生成量越大，且因此NOx储存催化剂12的温度T越高。
再回到图7，图7示出了两个收敛温度Tmin和Tmax，当发动机在相同的运转条件下以稳定状态运转时NOx储存催化剂12的温度T最终收敛于所述收敛温度Tmin和Tmax。在根据本发明的实施方式中，在图9(A)所示的每种运转状态下的第一目标空燃比A被设定为使得当发动机在下述稳定状态下运转时收敛温度变为图7所示的收敛温度Tmin，所述稳定状态即：使第一气缸组1的所有气缸的空燃比成为该第一目标空燃比，并使第二气缸组2的所有气缸的空燃比成为程度与所述第一目标空燃比的浓度相同的稀空燃比。在图9(B)所示的每种运转状态下的第二目标空燃比B被设定为使得当发动机在下述稳定状态下运转时收敛温度变为图7所示的收敛温度Tmax，所述稳定状态即：使第一气缸组1的所有气缸的空燃比成为该第二目标空燃比，并使第二气缸组2的所有气缸的空燃比成为程度与所述第二目标空燃比的浓度相同的稀空燃比。
即，当发动机在稳定状态下运转时，如果每个气缸的空燃比是基于图9(A)设定的，则NOx储存催化剂12的温度T最终变为收敛温度Tmin，同时，如果每个气缸的空燃比是基于图9(B)设定的，则NOx储存催化剂12的温度T最终变为收敛温度Tmax。在根据本发明的实施方式中，使收敛温度Tmin成为SOx释放目标温度TX或者仅略微低于SOx释放目标温度TX的温度，同时，使收敛温度Tmax成为当第一气缸组1的每个气缸的空燃比成为可容许的最小的浓空燃比时或者当第二气缸组2的每个气缸的空燃比成为可容许的最大的稀空燃比时的收敛温度。
接着，将参考图10至图15所示的具体示例对本发明的SOx释放控制的方法进行说明。在该具体示例中，是在这样的情况下进行说明的：当SOx释放控制在特定运转状态下执行时，用表示浓度的数值来表示，此时用于第一气缸组1的第一目标空燃比A为1.1，同时，用表示浓度的数值来表示，用于第一气缸组1的第二目标空燃比B为1.2。
图10示出了使第一气缸组1的所有气缸形成第一目标空燃比A即1.1的情况。此时，第一气缸组1的气缸#1、#3、#5的数值的平均值是小值1.1，因此，从第一气缸组1排出的未燃烧的HC的氧化反应热相对较低。此时，如果发动机稳定运转，则NOx储存催化剂12的温度T收敛于图7所示的收敛温度Tmin。根据点火顺序的气缸的数值的变化以及气缸组1和2的数值的平均值示于图15的No.1中。
另一方面，图14示出了使第一气缸组1的所有气缸形成第二目标空燃比B即1.2的情况。此时，第一气缸组1的气缸#1、#3、#5的平均值是大值1.2，因此，从第一气缸组1排出的未燃烧的HC的氧化反应热高。此时，如果发动机稳定运转，则NOx储存催化剂12的温度T收敛于图7所示的收敛温度Tmax。根据点火顺序的气缸的数值的变化以及气缸组1和2的数值的平均值示于图15的No.5中。
另一方面，在图11至图13所示的示例中，不同于图10和图14所示的示例，使第一气缸组1的部分气缸的空燃比成为第一目标空燃比即1.1，同时，使第一气缸组1的其余气缸的空燃比成为第二目标空燃比即1.2。在这种情况下，如图11至图13所示，存在由第一气缸组1的气缸和第二气缸组2的气缸连续地执行的燃烧操作组，例如，第一组燃烧操作包括在第一气缸组1中以第一目标浓空燃比即1.1进行的燃烧以及在第二气缸组2中以第一目标稀空燃比即0.9进行的燃烧，并且第二组燃烧操作包括在第一气缸组1中以第二目标浓空燃比即1.2进行的燃烧以及在第二气缸组2中以第二目标稀空燃比即0.8进行的燃烧。
首先，参考图11，图11示出了使第一气缸组1的两个气缸#1和#3形成第一目标空燃比即1.1并使第一气缸组1的一个气缸#5形成第二目标空燃比即1.2的情况。此时的根据点火顺序的气缸的数值的变化以及气缸组1和2的数值的平均值示于图15的No.2中。此时，如将从图15理解到，每当执行两次第一组燃烧操作时，执行一次第二组燃烧操作。
另一方面，此时，第一气缸组1的气缸#1、#3、#5的数值的平均值为1.13或者略大于No.1的情况，因此，从第一气缸组1排出的未燃烧的HC的氧化反应热也略高于No.1的情况。因此，当发动机此时在稳定状态下运转时，NOx储存催化剂12的温度T收敛于略高于图7所示的收敛温度Tmin的温度。
图12示出了交替地重复由(A)示出的燃烧和由(B)示出的燃烧的情况。即，在图12中，在第一气缸组1中，对于进行燃烧的每个气缸，交替地切换第一目标空燃比即1.1和第二目标空燃比即1.2。此时的根据点火顺序的气缸的数值的变化以及气缸组1和2的数值的平均值示于图15的No.3中。如将从图15理解到，此时，每当执行一次第一组燃烧操作时，执行一次第二组燃烧操作。
此时，第一气缸组1的气缸#1、#3、#5的数值的平均值为1.15或者处于No.1的情况与No.5的情况之间，因此，从第一气缸组1排出的未燃烧的HC的氧化反应热变为处于No.1的情况与No.5的情况之间。如果发动机此时稳定运转，则NOx储存催化剂12的温度T收敛于图7所示的收敛温度Tmin与Tmax之间的温度。
图13示出了使第一气缸组1的一个气缸#1形成第一目标空燃比即1.1并使第一气缸组1的两个气缸#3和#5形成第二目标空燃比即1.2的情况。此时的根据点火顺序的气缸的数值的变化以及气缸组1和2的数值的平均值示于图15的No.4中。如图15所示，此时，每当执行两次第二组燃烧操作时，执行一次第一组燃烧操作。
此时，第一气缸组1的气缸#1、#3、#5的数值的平均值为1.17或者高于No.3的情况，因此，从第一气缸组1排出的未燃烧的HC的氧化反应热变为高于No.3的情况。因此，如果发动机此时在稳定状态下运转，则NOx储存催化剂12的温度T收敛于略低于图7所示的收敛温度Tmax的温度。
如将从图15理解到，设定根据图10至图14所示的气缸的空燃比组合模式，使得表示第一气缸组1的平均空燃比的数值以分级方式增大，即，使得所生成的氧化反应的热量以分级方式增加。根据图10至图14所示的气缸的空燃比组合模式是在发动机的特定运转状态时的组合模式。这些组合模式根据发动机的运转状态而改变。
即，如上所述，在根据本发明的实施方式中，存在第一组燃烧操作和第二组燃烧操作，所述第一组燃烧操作包括连续地以第一目标浓空燃比A进行的燃烧以及以第一目标稀空燃比进行的燃烧，所述第二组燃烧操作包括连续地以第二目标浓空燃比B进行的燃烧以及以第二目标稀空燃比进行的燃烧。根据发动机的运转状态来改变第一组燃烧操作的频率和第二组燃烧操作的频率。因而，空燃比组合模式根据发动机的运转状态而改变。
具体而言，在根据本发明的实施方式中，每当执行一次、两次......以及C次(C为正整数)第一组燃烧操作时，允许切换至第二组燃烧操作，同时，每当执行一次、两次......以及C次第二组燃烧操作时，允许切换至第一组燃烧操作。发动机转速越低，则使此C的数目越小。
即，当发动机以低转速运转时，每当执行一次第一组燃烧操作时，执行一次第二组燃烧操作，同时，每当执行一次第二组燃烧操作时，允许执行一次第一组燃烧操作。即，仅允许交替地执行第一组燃烧操作和第二组燃烧操作。
另一方面，当发动机以中等转速运转时，不仅如同当发动机以低转速运转时那样允许交替地执行第一组燃烧操作和第二组燃烧操作，而且，每当执行两次第一组燃烧操作时执行一次第二组燃烧操作并且每当执行两次第二组燃烧操作时允许执行一次第一组燃烧操作。从图10至图15示出了这种情况。
另一方面，当发动机以高转速运转时，除了当发动机以中等转速运转时的空燃比组合模式之外，每当执行三次第一组燃烧操作时，执行一次第二组燃烧操作，并且每当执行三次第二组燃烧操作时，允许执行一次第一组燃烧操作。此外，相比稳定状态运转区域，在加速运转区域中，能够使上述切换许可数目C较大。该切换许可数目C作为发动机负荷Q/N和发动机转速N的函数以图16所示映射的形式预先存储于ROM 22中。
现在，如在参考图15的同时已经说明的，在根据本发明的实施方式中，设定气缸的空燃比组合模式，使得表示第一气缸组1的平均空燃比的数值以分级方式增大，即，使得所生成的氧化反应的热量以分级方式增加。在这种情况下，存在这样的空燃比组合模式：生成用于使NOx储存催化剂12的温度T成为图7所示的SOx释放目标温度TX的最佳氧化反应热。因此，在根据本发明的实施方式中，从这些空燃比组合模式中选择出使NOx储存催化剂12的温度T成为SOx释放目标温度TX所需的空燃比组合模式，并且使气缸组1和2的气缸的空燃比成为取决于所选择的空燃比组合模式的空燃比。
稍微更具体地说明这一点，在根据本发明的实施方式中，对于一个气缸组例如第一气缸组1根据发动机的运转状态求出可设定的空燃比组合模式，求得处于这些可设定的空燃比的组合时的平均浓度，求得使NOx储存催化剂12的温度T成为SOx释放目标温度TX所需的目标浓度，选择出提供最接近于该目标浓度的平均浓度的空燃比组合模式，并使气缸的空燃比成为所选择的空燃比组合模式的空燃比。
接着，还将对这一点进行稍微更详细地说明。当发动机在稳定状态下运转时，能够通过实验求得使NOx储存催化剂12的温度T成为SOx释放目标温度TX所需的第一气缸组1的目标浓度。在根据本发明的实施方式中，表示该浓度的数值，即燃料的增加系数KG，作为发动机负荷Q/N和发动机转速N的函数以图17所示映射的形式预先存储于ROM 22中。该增加系数KG对应于图15所示的第一气缸组的平均值。因此，如果在发动机的特定运转状态下发动机以稳定状态运转时的增加系数的值为KGij，则如果使用使第一气缸组1的浓度的平均值变为最接近于增加系数的值KGij的空燃比组合模式作为此时的空燃比组合模式，则NOx储存催化剂12的温度T变为最接近于SOx释放目标温度TX的温度。
注意，在根据本发明的本实施方式中，即使当NOx储存催化剂12的温度T偏离SOx释放目标温度TX时，也会基于NOx储存催化剂12的温度T与SOx释放目标温度TX之间的温度差对第一气缸组1的浓度---即增加系数KG的值---进行PI控制或PID控制，使得快速接近SOx释放目标温度TX。具体地，根据由温度传感器14检测到的废气的温度来估计NOx储存催化剂12的温度T。基于以下以所估计的NOx储存催化剂12的温度T与SOx释放目标温度TX之间的温度差(TX-T)为基础的公式来计算目标增加系数KGO：
I←I+KI·(TX-T)
KGO←KP·(TX-T)+I+KG
其中，KI是积分常数，且KP是比例常数。如图18所示，废气量即进气量GA越大则这些积分常数KI和比例常数KP变得越小。
当计算出目标增加系数KGO时，从空燃比组合模式中选择出使第一气缸组1的浓度的平均值变为最接近于该目标增加系数KGO的组合模式，并使气缸的空燃比成为根据该所选择的空燃比组合模式的空燃比。通过这样做，使NOx储存催化剂12的温度T维持于SOx释放目标温度TX。
但是，在根据本发明的本实施方式中，在正常运转时，使所有气缸#1至#6在稀空燃比或化学计量空燃比状态下燃烧燃料。燃烧时的节气门8的目标开度作为发动机负荷Q/N和发动机转速N的函数以映射的形式预先存储于ROM 22中。图19示出了在化学计量空燃比状态下燃烧时的节气门8的目标开度θ的映射。
现在，图20示出了当发动机在稳定状态下运转时在化学计量空燃比状态下进行燃烧时的每个气缸的输出扭矩TQo，以及在使喷射至气缸的燃料喷射量的总和保持相同、并使第一气缸组1形成浓空燃比且第二气缸组2形成稀空燃比的状态下的第一气缸组1的每个气缸的输出扭矩TQa和第二气缸组2的每个气缸的输出扭矩TQb。如将从图20理解到，相比当空燃比从化学计量空燃比改变为浓空燃比时的输出扭矩TQa的增加量，当空燃比从化学计量空燃比改变为稀空燃比时的输出扭矩TQb的减小量较大，所以，这些输出扭矩TQa和TQb的平均值TQm变得小于TQo。即，相对于在化学计量空燃比状态下进行燃烧的状态，如果使喷射至每个气缸的燃料喷射量的总和保持相同、同时使第一气缸组1形成浓空燃比且第二气缸组2形成稀空燃比，则输出扭矩将降低。
在这种情况下，在根据本发明的本实施方式中，增大节气门8的开度以补偿输出扭矩的降低。将用于补偿该输出扭矩的降低的节气门8的开度的增大量存储作为图19所示的目标开度θ的校正量。
具体地，将根据下述发动机的运转状态的节气门8的开度的校正量ΔθA作为发动机负荷Q/N和发动机转速N的函数以图21(A)所示映射的形式预先存储于ROM 22中，其中所述发动机的运转状态为当使第一气缸组1的所有气缸的空燃比成为图9(A)所示的根据发动机运转状态的第一目标空燃比A时的状态，同时，将根据下述发动机的运转状态的节气门8的开度的校正量ΔθB作为发动机负荷Q/N和发动机转速N的函数以图21(B)所示映射的形式预先存储于ROM 22中，其中所述发动机的运转状态为当使第一气缸组1的所有气缸的空燃比成为图9(B)所示的根据发动机运转状态的第二目标空燃比B时的状态。
在根据本发明的本实施方式中，节气门8的开度的校正量是根据用于每个气缸的空燃比组合模式从图21(A)和图21(B)所示的校正量ΔθA和ΔθB通过插值法而求得的。将基于图22所示的具体示例来对这一点进行说明。注意，图22的横坐标表示第一气缸组1的浓度，即增加系数的值。参考图22，ΔθA表示当第一目标空燃比A的浓度为1.1时的校正量，同时，ΔθB表示当第二目标空燃比B的浓度为1.2时的校正量。处于特定的空燃比组合模式时的节气门8的开度的校正值是基于当时的第一气缸组1的浓度---即增加系数的值，从由黑点所示的校正量ΔθA和ΔθB通过插值法而求得的。
图23示出了用于计算空燃比组合模式的程序。
参考图23，首先，在步骤60，根据图9(A)所示映射计算出根据发动机运转状态的第一目标空燃比A。接着，在步骤61，根据图9(B)所示映射计算出根据发动机运转状态的第二目标空燃比B。接着，在步骤62，根据图16计算出根据发动机运转状态的切换许可数目C。
接着，在步骤63，根据第一目标空燃比A、第二目标空燃比B、以及切换许可数目C计算出所有可设定的空燃比组合模式。接着，在步骤64，计算出处于所有这些可设定的空燃比组合模式下的第一气缸组1的浓度，即增加系数的值。接着，在步骤65，根据图21(A)所示映射计算出根据发动机运转状态的节气门8的开度的校正值ΔθA。接着，在步骤66，根据图21(B)所示映射计算出根据发动机运转状态的节气门8的开度的校正值ΔθB。
图24示出了SOx释放控制程序。
参考图24，首先，在步骤70，根据温度传感器14的输出信号估计NOx储存催化剂12的温度T。接着，在步骤71，根据图17所示映射计算出根据发动机运转状态的增加系数KG的值。接着，在步骤72，基于图18所示的关系计算出比例常数KP和积分常数KI。接着，在步骤73，基于以下等式、根据SOx释放目标温度TX与NOx储存催化剂12的温度T之间的温度差通过PI控制来计算出目标增加系数KGO：
I←I+KI·(TX-T)
KGO←KP·(TX-T)+I+KG
接着，在步骤74，为所有气缸求出最佳的空燃比组合模式，于是，从计算出的所有可设定的空燃比组合模式中选择出增加系数变为最接近于目标增加系数KGO的组合模式。接着，在步骤75，使每个气缸的空燃比成为根据所选择的组合模式的空燃比。接着，在步骤76，根据图19所示映射计算出根据发动机运转状态的节气门8的开度θ。接着，在步骤77，将从图21(A)和图21(B)所示的校正值ΔθA、ΔθB通过插值法求得的校正量加到节气门8的开度θ，并将节气门8的开度控制为增加了该校正量的开度。
Claims (11)
1.一种内燃发动机的废气净化装置，其中气缸被划分成一对气缸组，从每个气缸组排出的废气排至共用的催化剂，并且，当应当使所述催化剂保持于升高的温度状态时，使一个气缸组的平均空燃比为浓并使另一个气缸组的平均空燃比为稀，使得流入所述催化剂中的所述废气的空燃比变为近似化学计量空燃比，其中，对于所述发动机的每种运转状态，为平均空燃比要为浓的所述一个气缸组的每个气缸的空燃比预设至少两个不同的目标浓空燃比，对于所述发动机的每种运转状态，为平均空燃比要为稀的所述另一个气缸组的每个气缸的空燃比预设至少两个不同的目标稀空燃比，并且，使所述一个气缸组的每个气缸的空燃比成为从对应于所述发动机的运转状态的相应的至少两个所述目标浓空燃比中选择出的目标浓空燃比并使所述一个气缸组的每个气缸的空燃比在所述一个气缸组的至少一部分气缸中不同，并且，使所述另一个气缸组的每个气缸的空燃比成为从对应于所述发动机的运转状态的相应的至少两个所述目标稀空燃比中选择出的目标稀空燃比并使所述另一个气缸组的每个气缸的空燃比在所述另一个气缸组的至少一部分气缸中不同，从而使所述催化剂的温度变为预定目标温度。
2.如权利要求1所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，对应于所述发动机的运转状态为所述一个气缸组的每个气缸的空燃比预设的所述至少两个目标浓空燃比包括第一目标浓空燃比和浓度高于所述第一目标浓空燃比的第二目标浓空燃比，对应于所述发动机的运转状态为所述另一个气缸组的每个气缸的空燃比预设的所述至少两个目标稀空燃比包括第一目标稀空燃比和稀度高于所述第一目标稀空燃比的第二目标稀空燃比，所述第一目标浓空燃比和所述第一目标稀空燃比的平均值为化学计量空燃比，并且所述第二目标浓空燃比和所述第二目标稀空燃比的平均值为化学计量空燃比。
3.如权利要求2所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，在所述发动机的每种运转状态下的所述第一目标浓空燃比和所述第一目标稀空燃比是在该运转状态下以稳定状态运转时所述催化剂的收敛温度变为所述目标温度或仅略微低于所述目标温度的情况下的空燃比，并且，处于所述发动机的每种运转状态下的所述第二目标浓空燃比和所述第二目标稀空燃比是在每种运转状态下所容许的最小浓空燃比或最大稀空燃比。
4.如权利要求2所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，求出在根据所述发动机的运转状态使所述一个气缸组的每个气缸的空燃比成为所述第一目标浓空燃比和所述第二目标浓空燃比中的任一个的情况下的为所有气缸的空燃比组合模式，求出在根据所述发动机的运转状态使所述另一个气缸组的每个气缸的空燃比成为所述第一目标稀空燃比和所述第二目标稀空燃比中的任一个的情况下的为所有气缸的空燃比组合模式，从这些空燃比组合模式中选择出使所述催化剂的温度成为预定目标温度所需的空燃比组合模式，并且，使每个气缸组的每个气缸的空燃比成为对应于所选择的空燃比组合模式的空燃比。
5.如权利要求4所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，使所述一个气缸组的形成所述第一目标浓空燃比的气缸数目等于所述另一个气缸组的形成所述第一目标稀空燃比的气缸数目，并且，使所述一个气缸组的形成所述第二目标浓空燃比的气缸数目等于所述另一个气缸组的形成所述第二目标稀空燃比的气缸数目。
6.如权利要求4所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，根据所述空燃比组合模式，相继地执行在所述一个气缸组中以所述第一目标浓空燃比进行的燃烧和在所述另一个气缸组中以所述第一目标稀空燃比进行的燃烧，相继地执行在所述一个气缸组中以所述第二目标浓空燃比进行的燃烧和在所述另一个气缸组中以所述第二目标稀空燃比进行的燃烧，根据所述发动机的运转状态改变包括以所述第一目标浓空燃比进行的燃烧和以所述第一目标稀空燃比进行的燃烧的第一组燃烧操作被连续执行的频率以及包括以所述第二目标浓空燃比进行的燃烧和以所述第二目标稀空燃比进行的燃烧的第二组燃烧操作被连续执行的频率。
7.如权利要求6所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，每当执行一次、两次......以及C次所述第一组燃烧操作时，允许切换至所述第二组燃烧操作，每当执行一次、两次......C次所述第二组燃烧操作时，允许切换至所述第一组燃烧操作，其中C为正整数，并且，所述发动机转速越低，则使所述C的数目越小。
8.如权利要求4所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，为所述一个气缸组求出根据所述发动机的运转状态能够设定的空燃比组合模式，求得当组合能够设定的空燃比时的平均浓度，求得使所述催化剂的温度成为预定目标温度所需的目标浓度，选择出提供最接近于所述目标浓度的平均浓度的空燃比组合模式，并且使每个气缸的空燃比成为对应于所选择的空燃比组合模式的空燃比。
9.如权利要求8所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，估计所述催化剂的温度，并且基于所估计的催化剂温度与所述目标温度之间的温度差来求得目标浓度。
10.如权利要求4所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，对于使空燃比成为所述目标空燃比的每种情况存储用于对当一个气缸组的平均空燃比为浓并且另一个气缸组的平均空燃比为稀时的所述发动机的输出降低进行补偿的节气门开度的校正量，并且，根据所设定的空燃比组合模式从所述已存储的校正量计算出所述节气门开度的校正量。
11.如权利要求1所述的内燃发动机的废气净化装置，其中，所述催化剂包括NOx储存催化剂，所述NOx储存催化剂在流入的废气的空燃比为稀空燃比时储存废气中所包含的NOx并且在流入的废气的空燃比变为化学计量空燃比或浓空燃比时释放所储存的NOx。
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