CN104704221A - 用于加热内燃机中的催化剂的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种内燃机，其设置有将燃料向气缸内喷射的燃料喷射器、排气净化催化剂，以及向发动机排气通道供给空气的二次空气供给装置。第一催化剂加热控制执行分层燃烧以延迟点火正时，而第二催化剂加热控制向发动机排气通道供给空气。设定执行第一催化剂加热控制所处的发动机冷却水的第一温度范围以及执行第二催化剂加热控制所处的发动机冷却水的第二温度范围。第二温度范围被设定以便包括在第一温度范围内。

Description

用于加热内燃机中的催化剂的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种内燃机。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

引用清单

专利文献

PTL 1：公布号为11-324765A的日本专利申请

PTL 2：公布号为05-079323A的日本专利申请

PTL 3：公布号为2003-056392A的日本专利申请

PTL 4：公布号为2008-208765A的日本专利申请

PTL 5：公布号为2010-112289A的日本专利申请

PTL 6：公布号为2011-111895A的日本专利申请

发明内容

技术问题

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。

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。

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。

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。

技术方案

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本发明的有益效果

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

图1为实施例中的内燃机的示意图；

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；

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；

图4为实施例中的第一运转控制的流程图；

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；

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；

图7为实施例中的第二运转控制的流程图。

附图标记

1 发动机机体

3 活塞

3a 空腔

5 燃烧室

10 火花塞

11 燃料喷射器

20 排气净化催化剂

21 排气处理装置

25 二次空气供给装置

27 气泵

28 空气开关阀

31 电子控制单元

43 温度传感器

具体实施方式

参照图1至图7，将对实施例中的内燃机进行说明。在本实施例中，将使用安装在车辆中的内燃机作为用于说明的示例。

图1为本实施例的内燃机的示意图。本实施例的内燃机为火花点火型。内燃机设置有发动机机体1。发动机机体1包括气缸体2和气缸盖4。气缸体2的内部布置有活塞3。每个活塞3在形成于气缸体2中的孔内往复运动。

在本实施例中，被活塞3的顶、气缸盖4以及气缸体2的孔包围的空间被称作“燃烧室”。每个气缸均形成有燃烧室5。每个燃烧室5连接至发动机进气通道和发动机排气通道。发动机进气通道是用于向燃烧室5供给空气或者燃料和空气的空气燃料混合物的通道。发动机排气通道是用于从燃烧室5排放由燃料的燃烧而产生的排气的通道。

气缸盖4形成有进气口7和排气口9。进气门6被布置在每个进气口7的端部并且形成为能够打开和关闭与燃烧室5连通的发动机进气通道。排气门8被布置在每个排气口9的端部并且形成为能够打开和关闭与燃烧室5连通的发动机排气通道。气缸盖4具有由固定至其的火花塞10构成的点火装置。

本实施例的内燃机设置有用作向每个燃烧室5的内部喷射燃料的气缸燃料喷射器的燃料喷射器11。燃料喷射器11直接将燃料喷射到气缸内。本实施例的内燃机通过高压燃料泵向燃料喷射器11供给存储在燃料罐中的燃料。在每个活塞3的顶面，形成有从燃料喷射器11的下方延伸到火花塞10的下方的空腔3a。通过在压缩行程中从燃料喷射器11喷射燃料，包含燃料的空气燃料混合物沿着空腔3a流动。燃料在火花塞10附近聚集，由此能够使燃料的浓度升高。也就是，能够提高分层度。

每个气缸的进气口7通过对应的进气流道13连接至浪涌调节槽14。浪涌调节槽14通过进气管道15连接至空气滤清器23。在进气管道15的内部，布置有检测进气量的空气流量计16。此外，在进气管道15的内部，布置有由步进电机17驱动的节气门18。另一方面，每个气缸的排气口9连接至排气歧管19。排气歧管19通过排气管22连接至排气处理装置21。在本实施例中的排气处理装置21包括排气净化催化剂20。能够采用具有用于实现预定的净化率的活化温度的任何催化剂作为排气净化催化剂20。例如三元催化剂、氧化催化剂、氮氧化物除去催化剂或者其他可以采用的催化剂。

在本实施例的内燃机中，设置有起到控制装置作用的电子控制单元31。本实施例中的电子控制单元31包括数字计算机。电子控制单元31包括通过双向总线32相互连接的诸如RAM(随机存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36以及输出端口37的部件。

空气流量计16的输出信号通过对应的AD转换器(模数转换器)38输入至输入端口36。加速踏板40连接至负载传感器41。负载传感器41产生与加速踏板40的压下量成比例的输出电压。所述输出电压通过对应的AD转换器38输入至输入端口36。

例如，每次曲轴旋转预定角度，曲轴转角传感器42产生输出脉冲。所述输出脉冲输入至输入端口36。曲轴转角传感器42的输出可被用于检测发动机转速。此外，曲轴转角传感器42的输出可被用于检测在任何时刻的曲轴转角。

如果将在包括燃烧室5中燃烧过的气体和在排气处理装置21的上游向发动机排气通道等供给的气体的气体中的空气和燃料(碳氢化合物)的比率称作“排气的空燃比(A/F)”，发动机排气通道设置有检测从燃烧室5流出的排气的空燃比的空燃比传感器44。此外，在排气处理装置21处，温度传感器43被布置为检测排气净化催化剂20的温度的温度检测器。温度传感器43起到取得排气净化催化剂20的温度的催化剂温度取得装置的作用。空燃比传感器44的输出以及温度传感器43的输出通过对应的AD转换器38输入至输入端口36。

电子控制单元31的输出端口37通过对应的驱动电路39连接至燃料喷射器11和火花塞10。本实施例中的电子控制单元31形成以便于执行燃料喷射控制和点火控制。也就是，来自燃料喷射器11的燃料喷射正时以及燃料的喷射量由电子控制单元31控制。而且，火花塞10的点火正时由电子控制单元31控制。此外，输出端口37通过对应的驱动电路39连接至驱动节气门18的步进电机17。步进电机17由电子控制单元31控制。

本实施例的内燃机设置有在排气净化催化剂20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25。二次空气供给装置25包括连接进气管道15与排气歧管19的二次空气供给通道26。二次空气供给通道26连接至在空气滤清器23的下游侧且在空气流量计16的上游侧处的进气管道15。此外，二次空气供给装置25包括电机驱动型气泵27和空气开关阀(ASV)28。气泵27对进气管道15内的空气施加压力并将其供给至排气歧管19。此外，在二次空气供给通道26处，布置有用于防止空气回流的止回阀29。在气泵27与空气开关阀28之间，布置有检测二次空气供给通道26的内部压力的压力传感器30。

压力传感器30的输出被输入至电子控制单元31。此外，电子控制单元31的输出端口37通过对应的驱动电路39连接至气泵27和空气开关阀28。这样，二次空气供给装置25由电子控制单元31控制。

本实施例中的二次空气供给装置25，例如，用于在内燃机的冷起动的时候等，排气净化催化剂20未被充分地升高温度的状态下。当用于二次空气供给装置25的起动的条件成立时，空气开关阀28被打开并且气泵27被驱动。通过空气滤清器23的一部分空气通过二次空气供给通道26，以被供给至排气歧管19内。氧气被供给至流过排气歧管19的排气。

从每个燃烧室5流出的排气包含未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳。从燃烧室5流出的排气温度高。通过使用二次空气供给装置来供给氧气，能够使未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳氧化。由于此时氧化的热量，可以使排气的温度升高。能够向排气净化催化剂20供给高温排气以促进排气净化催化剂20的温度升高。

可替换地，当排气净化催化剂20具有氧化功能时，能够向排气供给空气以使排气的空燃比变稀(大于理论空燃比)并且向排气净化催化剂20供给该空燃比变稀的排气。能够在排气净化催化剂20处氧化未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳并且促进排气净化催化剂20的温度升高。

本实施例的内燃机执行用于促进排气净化催化剂20的温度升高的第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。参照图1，在第一催化剂加热控制中，在燃烧循环的压缩行程中从燃料喷射器11喷射燃料。此时，在燃料集中在火花塞10的周围的时刻喷射燃料。火花塞10的周围的燃料浓度上升。这样，形成了用于点火的分层状态。也就是，执行分层燃烧。而且，通过执行分层燃烧，通过火花塞10的可点火周期变得更长并且控制大幅地延迟燃烧室5中的点火正时。执行控制以延迟在一般运转时或者执行第一催化剂加热控制之前的点火正时。通过执行该控制，能够使从燃烧室5流出的排气的温度上升。

此外，在本实施例的第二催化剂加热控制中，驱动二次空气供给装置25。通过驱动二次空气供给装置25，能够向排气歧管19供给空气。能够使包含在排气中的一氧化碳和碳氢化合物氧化并且使排气的温度上升。

本实施例的内燃机执行控制以同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。当同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制时，在燃烧室5中执行分层燃烧并且喷射燃料使得从燃烧室5流出的排气的空燃比变浓(小于理论空燃比)。例如，燃料被喷射使得在燃烧室5中燃烧时的空燃比总体上变浓。在本实施例中，在压缩行程中从燃料喷射器11喷射燃料以及在吸气行程中从燃料喷射器11喷射燃料。通过使用二次空气供给装置25来向排气供给氧气，能够引起从燃烧室5流出的一氧化碳或者未燃烧的碳氢化合物的氧化反应并且使排气的温度升高。

在此，以能够在火花塞10周围形成弱分层状态的时刻和量，在压缩行程中喷射燃料。如果火花塞10周围的燃料浓度变得太高，点火近乎不可能。也就是，如果火花塞10周围的浓度太高，点火变得困难。然而，可在火花塞10周围形成弱分层状态从而引起点火。此外，能够大幅地延迟点火正时。通过延迟点火正时，能够使从燃烧室5流出的排气的温度上升。

将当执行第一催化剂加热控制并且停止第二催化剂加热控制时的燃烧状态称作“分层稀”状态。当使燃烧室5中的空气燃料混合物均质时，燃烧室5的空燃比总体上等于平均空燃比。在中等尺寸和小尺寸的内燃机中，在分层稀状态时，燃烧室5的空燃比总体上例如为15至16或稀的。此外，火花塞10周围的空燃比例如为13至14或浓的。另一方面，将当执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制时的燃烧状态称作“弱分层浓”状态。在弱分层浓状态时，燃烧室5的空燃比总体上例如为12至13或浓的。火花塞10周围的空燃比例如为8至11或浓的。在大幅地延迟点火正时的控制中，执行控制以相比于催化剂加热控制已经结束后怠速状态大幅地延迟点火正时。利用用于大幅地延迟点火正时的控制，例如，点火可能处于上止点后(ATDC)10至20度的范围内。

在此，中等尺寸和小尺寸的内燃机具有例如3升或者更少的排量。当达到排量大于3升的较大尺寸的内燃机时，有时燃烧室5的空燃比总体上被设定为稍微浓的一侧。也就是，如果内燃机变为大尺寸，有时其被设定使得燃料的浓度变得更稠。例如，在六气缸或者八气缸或者其他大尺寸的发动机中，排量变大。在这种情况下，例如，当燃烧状态为分层稀状态时，燃烧室5的空燃比总体上被设定为14.6至16的区域。此外，当燃烧状态为弱分层浓状态时，燃烧室5的空燃比总体上被设定为10至14。

这样，通过同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制，能够向排气净化催化剂20供给高温排气并且能够在短时间内加热排气净化催化剂20。结果，能够缩短排气净化催化剂20处于低于活化温度的状态的时间，并且能够缩短排气的性质降低的时间。出于这个原因，能够减少包含在排气中且应当被除去的成分的释放量。例如，当排气净化催化剂20具有氧化功能时，能够减少在催化剂加热控制时期释放到外部的碳氢化合物的量。

图2为说明了第一比较例和本实施例的第一运转控制的示意图。在本实施例的运转控制中，使用定义为“相关温度”的与排气净化催化剂20的温度关联的部分的温度作为用于催化剂加热控制的依据。可以采用如下部分的温度作为相关温度：该部分的温度升得越高，排气净化催化剂20的温度升得越高。在本实施例中，采用发动机冷却水的温度作为相关温度。发动机冷却水的温度与发动机机体1的温度关联，同时排气净化催化剂20的温度与发动机机体1的温度关联。出于这个原因，发动机冷却水的温度升得越高，排气净化催化剂20的温度升得越高。

此外，内燃机设置有检测相关温度的相关温度取得装置。本实施例中的相关温度取得装置包括布置在发动机冷却水的流动路径中用于检测发动机冷却水的温度的温度检测器。温度检测器的输出被输入至电子控制单元31。

在本实施例的运转控制中，基于发动机冷却水的温度预设第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制的执行范围。在图2中，横坐标示出了发动机冷却水的温度。在第一运转控制中，预设执行第一催化剂加热控制所处的发动机冷却水的温度的第一温度范围和执行第二催化剂加热控制所处的发动机冷却水的温度的第二温度范围。

执行第一催化剂加热控制所处的第一温度范围被设定为温度WT1a至温度WT1b。此外，执行第二催化剂加热控制所处的第二温度范围被设定为温度WT2a至温度WT2b。在本实施例的内燃机中，存在同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制所处的发动机冷却水的温度范围。在第一运转控制中，当发动机冷却水的温度处于第二温度范围时，同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。

当内燃机冷起动时，发动机冷却水的温度刚好在起动之后逐渐上升。当发动机冷却水的温度低于温度WT1a时，不执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制，继续正常运转状态以使排气净化催化剂20的温度升高。例如，在外部空气的温度非常低的情况下，发动机冷却水的温度低于温度WT1a。在这样的情况下，执行控制以优先可靠地使燃料在燃烧室5中燃烧而不执行催化剂加热控制。例如，控制燃烧室5中的燃烧状态使得空气燃料混合物处于均质状态并且燃烧时的空燃比变为理论空燃比。

在发动机冷却水的温度不低于温度WT1a而低于温度WT2a的温度范围内，执行第一催化剂加热控制。此外，在发动机冷却水的温度高于温度WT2b并且不高于温度WT1b的温度范围内执行第一催化剂加热控制。在这些情况下，第二催化剂加热控制停止。当执行第一催化剂加热控制时，使在燃烧室5中燃烧时的空燃比为稀状态。从燃烧室5流出的排气的空燃比也变为稀的。而且，在压缩行程中，从燃料喷射器11喷射燃料以形成用于燃烧的分层状态。此外，能够大幅地延迟点火正时以使排气的温度上升。

在发动机冷却水的温度不低于温度WT2a并且不高于温度WT2b的温度范围内，执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。控制燃烧室5中燃烧时的空燃比总体上变浓并且形成用于燃烧的弱分层状态。此外，大幅地延迟点火正时。而且，二次空气供给装置25被驱动向发动机排气通道供给空气。包含在从燃烧室5流出的排气中的一氧化碳和碳氢化合物能够被氧化。

在发动机冷却水的温度高于温度WT1b的温度范围内，停止第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。在该温度范围内，排气净化催化剂20的温度变得足够高。例如，在高于温度WT1b的温度范围内，能够判断排气净化催化剂20已经达到活化温度或者更高的温度。在该温度范围内，内燃机变为正常运转状态，燃烧室5中的空气燃料混合物被控制变为均质状态，然后，而且，燃烧时的空燃比被控制变为理论空燃比。

这样，在本实施例的第一运转控制中，第二温度范围被设定以便包括在第一温度范围内。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。在本实施例中，第一催化剂加热控制的第一温度范围的下限被设定得低于第二催化剂加热控制的第二温度范围的下限。也就是，温度WT1a被设定得低于温度WT2a。此外，第一温度范围的上限被设定得高于第二温度范围的上限。也就是，温度WT1b被设定得高于温度WT2b。

图2不仅示出了本实施例的第一运转控制，还示出了第一比较例。第一比较例为直接向燃烧室内喷射燃料并且不具有二次空气供给装置的直接喷射型的内燃机的控制的示例。排气净化催化剂的加热控制仅由第一催化剂加热控制执行。执行第一比较例的催化剂加热控制所处的发动机冷却水的温度范围基本上与执行第一运转控制所处的发动机冷却水的温度范围相同。

在本实施例的第一运转控制中，在发动机冷却水不低于温度WT2a并且不高于温度WT2b的区域内，能够不仅执行第一催化剂加热控制，而且也执行第二催化剂加热控制。出于这个原因，能够使排气净化催化剂的温度在比第一比较例更短的时间内升高。也就是，能够使排气净化催化剂在比第一比较例更短的时间内达到活化温度或者更高的温度。

图3为本实施例的第一运转控制和第二比较例的示意图。在第二比较例中，布置燃料喷射器以便将燃料喷射进入发动机进气通道内。第二比较例的内燃机为，例如，进气口喷射型内燃机。此外，第二比较例的内燃机设置有二次空气供给装置。

在执行进气口喷射的内燃机中，在燃烧室内部，空气燃料混合物处于均质状态。也就是，执行均质燃烧。当驱动用于执行第二催化剂加热控制的二次空气供给装置时，喷射燃料使得燃烧室中燃烧时的空燃比变浓。从燃烧室流出的排气的空燃比也变浓。

在这点上，二次空气供给装置25在非常低温的状态下易受到气泵等的冻结的影响。如果保持冻结状态，二次空气供给装置25倾向于无法正常运转，或者二次空气供给装置25的气泵等易于出故障。执行第二催化剂加热控制所处的第二温度范围小，所以第二温度范围的下限变得高于执行第一催化剂加热控制所处的第一温度范围的下限。

在第二比较例中，在温度WT2ac至温度WT2bc的范围内执行第二催化剂加热控制，以便即使很小地拓宽用于执行催化剂加热控制的温度范围。与此相反地，在本实施例的第一运转控制中，增加了第一催化剂加热控制，所以能够使用于执行第二催化剂加热控制的第二温度范围的下限高于第二比较例的温度范围的下限。也就是，能够使用于运转二次空气供给装置25的温度范围比第二比较例的窄。出于这个原因，能够降低二次空气供给装置25无法正常运转或者发生故障的可能性。此外，由于用于驱动二次空气供给装置25的温度范围变得更窄，则能够减少气泵和空气开关阀的驱动时间并且能够抑制二次空气供给装置25中的故障并提高可靠性。

此外，当起动或者停止二次空气供给装置25时，出现噪音或者振动。通过使驱动二次空气供给装置25所处的温度范围变得更窄，能够减少二次空气供给装置25起动的次数并且能够抑制噪音和振动。

而且，当驱动二次空气供给装置25时，流入排气净化催化剂20的排气的空燃比变稀。如果排气净化催化剂20具有氧化功能，那么在排气净化催化剂20上引起氧化反应，并且排气净化催化剂20逐渐劣化。通过使用于驱动二次空气供给装置25的温度范围更窄，能够抑制因催化剂加热控制时的氧化反应导致的排气净化催化剂20的劣化。

同样，关于用于执行第二催化剂加热控制的第二温度范围的上限，本实施例的第一运转控制能够将其设定为低于第二比较例。因此能够使用于驱动二次空气供给装置25的温度范围更窄。

在本实施例的第一运转控制中，能够执行催化剂加热控制所处的温度范围变得比第二比较例的更大，并且排气净化催化剂20的温度能够在比第二比较例更短的时间内升高。而且，存在同时执行第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制所处的温度范围，所以也能够在比第二比较例更短的时间内使排气净化催化剂的温度升高。

这样，在本实施例的内燃机中，能够在短时间内使排气净化催化剂20的温度升高，并且能够改善释放到外部的排气的性质。此外，提高了二次空气供给装置25的可靠性。

在这点上，形成本实施例的内燃机以便于执行在运转期间暂时停止燃烧室中燃料的燃烧的间歇运转控制。作为间歇运转控制，例如，包括当内燃机安装在车辆中且车辆在红灯等处停止时使怠速运转停止的控制。暂时停止燃烧室中燃料的燃烧并且发动机转速变为零。内燃机检测驾驶员驾驶车辆向前的操作，并且再次启动燃烧室中的燃烧。

参照图2，执行间歇运转控制的内燃机具有用于执行间歇运转控制的相关温度的下限温度。在本实施例中，当发动机冷却水处于温度WTx或者更高的温度时，允许间歇运转控制，而当其低于温度WTx时，禁止间歇运转控制。例如，当发动机冷却水的温度低于温度WTx时，排气净化催化剂20的温度并不足够高。因此，如果重复地启动和停止燃烧室5中的燃烧，释放到大气中的排气的性质将劣化。特别地，当再次起动时，通过使燃烧时的空燃比变浓的控制，排气的性质容易劣化。设定实现间歇运转控制的最低温度。

在本实施例中，执行间歇运转控制所处的发动机冷却水的下限的温度WTx被设定为高于第二温度范围的上限的温度WT2b。当停止时，由于间歇运转控制随后再次启动燃烧室中的燃烧，如果发动机冷却水的温度低于第一温度范围的上限，则执行第一催化剂加热控制不执行第二催化剂加热控制。

如果当发动机机体1暂时停止随后再次起动时执行第二催化剂加热控制，则二次空气供给装置25重复地起动和停止。出于这个原因，二次空气供给装置25起动和停止运转的次数增加，并且二次空气供给装置25的可靠性降低。此外，在第二催化剂加热控制中，执行控制使得排气的空燃比变浓，所以在发动机机体再次起动时燃烧时的空燃比出现偏差，并且释放到大气中的排气的性质容易劣化。

在本实施例中，当再次启动燃烧室5中的燃烧时，如果发动机冷却水的温度低于第一温度范围的上限，那么只执行第一催化剂加热控制。此外，执行间歇运转控制所处的发动机冷却水的温度的下限被设定得高于第二温度范围的上限。由于该控制，二次空气供给装置25能够免于重复地起动和停止，并且提高了二次空气供给装置25的可靠性。此外，在再次起动发动机机体1所处的运转区域中，排气的空燃比被控制为稀，所以能够抑制排气的性质的劣化。

图4为本实施例的第一运转控制的流程图。在步骤111，检测到发动机机体1的起动命令。例如，在冷起动等的情况下，检测到钥匙开关装置从关闭位置改变到可移动位置。可替换地，当正在执行间歇运转控制时，检测到发动机机体1的再次起动命令。

在步骤112，取得发动机冷却水的温度WT。在本实施例中，布置在发动机冷却水的流动路径中的温度检测器检测发动机冷却水的温度WT。

接下来，在步骤113，判断发动机冷却水的温度WT是否在构成第一温度范围的第一催化剂加热控制的执行范围内。也就是，判断发动机冷却水的温度WT是否不小于温度WT1a并且不大于温度WT1b。当在步骤113时，当发动机冷却水的温度WT不在第一温度范围内时，程序进行到步骤114。

在步骤114，在正常运转状态下起动发动机机体1。也就是，不执行本实施例的催化剂加热控制而起动发动机机体1。

在步骤113时，当发动机冷却水的温度WT在第一温度范围内时，程序进行到步骤115。在步骤115，判断发动机冷却水的温度WT是否在用于执行第二催化剂加热控制的第二温度范围中。在步骤115，当发动机冷却水的温度WT在第二温度范围中时，程序进行到步骤116。

在步骤116，选择第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制，然后程序进行到步骤118。

在步骤118，起动发动机机体。在步骤119，执行选择的第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。在这种情况下，如以上所说明的，在燃烧室5执行弱分层燃烧，并且进一步从燃烧室5流出的排气的空燃比被控制为变浓。此外，点火正时被大幅地延迟，并且二次空气供给装置25供给空气以便于向排气净化催化剂20供给高温排气。

在步骤115，当发动机冷却水的温度WT不在第二温度范围中时，程序进行到步骤117。在步骤117，选择第一催化剂加热控制，然后程序进行到步骤118。

在步骤118，起动发动机机体。在步骤119，执行选择的第一催化剂加热控制。在这种情况下，在燃烧室5中执行分层燃烧，并且排气的空燃比被控制为变稀。通过大幅地延迟点火正时，温度升高的排气被供给至排气净化催化剂20。这样，在本实施例的运转控制中，发动机冷却水的温度能够被用作选择催化剂加热控制的依据。

值得注意地是，关于催化剂加热控制的终止时刻，当发动机冷却水的温度达到预定的判断温度时，能够终止催化剂加热控制。可替换地，当取得的排气净化催化剂的温度达到活化温度时，也能够取得排气净化催化剂的温度并且终止催化剂加热控制。

接下来，将说明本实施例中的第二运转控制。在本实施例的第二运转控制中，当取得排气净化催化剂20的温度并且排气净化催化剂20处于活化温度或者更高的温度时，执行控制以禁止第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。

此外，在第二运转控制中，当排气净化催化剂20没有达到活化温度，而是达到接近活化温度的温度并且可以实现预定的净化率时，执行第一催化剂加热控制而不执行第二催化剂加热控制。在本发明中，达到接近活化温度的温度且可以实现预定的净化率所处的区域被称作“半活化区域”。此外，该半活化区域的下限温度被称作“半活化温度”。在第二运转控制中，预设半活化温度。

图5为说明了排气净化催化剂与净化率的关系的曲线图。排气净化催化剂20随着温度的升高而提高净化率。能够采用实现净化率Ea的温度作为活化温度CTa，在活化温度CTa处排气的净化率变为待实现的净化率，即大致100％。

此外，设定净化率没有达到大致100％但能够达到相对高净化率所处的半活化区域。在本实施例中，将不小于净化率Eb但小于净化率Ea的区域设定用于半活化区域。此外，设定能够实现净化率Eb的排气净化催化剂20的温度CTb为半活化温度。

图6为说明了本实施例中的第二运转控制的示意图。横坐标示出了发动机冷却水的温度，而纵坐标示出了排气净化催化剂的温度。当发动机冷却水的温度WT在低于温度WT1a的温度区域且高于温度WT1b的温度区域中，即，在第一温度范围以外时，与执行第一运转控制不同，不执行催化剂加热控制。

在第二运转控制中，当发动机冷却水的温度WT在第一温度范围内时，当排气净化催化剂20的温度CT处于活化温度CTa或者更高的温度时，执行控制以禁止催化剂加热控制。

例如，在执行间歇运转控制的车辆等中，不论排气净化催化剂20是否处于活化温度或者更高的温度，内燃机的停止运转都引起发动机冷却水的温度下降，并且有时引起温度范围变为执行第一催化剂加热控制所处的温度范围。然而，在这种情况下，不需要执行催化剂加热控制，所以在第二运转控制中，能够抑制排气净化催化剂20的过量的加热。此外，能够减少二次空气供给装置25的驱动时间，或者减少起动和停止运转的次数。

此外，当发动机冷却水的温度WT在第一温度范围内时，如果排气净化催化剂20的温度CT不小于半活化温度CTb但小于活化温度CTa，则执行第一催化剂加热控制而不执行第二催化剂加热控制。例如，即使当发动机冷却水的温度在从温度WT2a至温度WT2b的第二温度范围中时，如果排气净化催化剂20的温度CT在半活化区域内，第一催化剂加热控制也被用于加热排气净化催化剂20。

当排气净化催化剂20的温度在半活化区域中时，排气净化催化剂20的温度变得接近活化温度并且可以实现相对大的净化率。出于这个原因，几乎不需要既执行第一催化剂加热控制又执行第二催化剂加热控制。能够执行控制以执行第一催化剂加热控制同时禁止第二催化剂加热控制。由于该控制，能够减少二次空气供给装置25的驱动时间或者减少起动或停止运转的次数。此外，能够减少当执行催化剂加热控制时的燃料消耗量，或者能够抑制催化剂劣化等。

图7示出了本实施例中的第二运转控制的流程图。在步骤111，检测到发动机机体1的起动命令，而在步骤112，取得发动机冷却水的温度WT。接下来，在步骤120，取得排气净化催化剂20的温度CT。在本实施例中，温度传感器43被用于检测排气净化催化剂20的温度CT。

在步骤121，判断排气净化催化剂20的温度CT是否处于活化温度或者更高的温度。在步骤121，当排气净化催化剂20的温度CT处于活化温度或者更高的温度时，程序进行到步骤114。在这种情况下，起动发动机机体1而不执行催化剂加热控制。

在步骤121，当排气净化催化剂20的温度CT低于活化温度CTa时，程序进行到步骤113。在步骤113，判断发动机冷却水的温度WT是否在第一温度范围中。在步骤113，当发动机冷却水的温度WT没有在第一温度范围内时，程序进行到步骤114。

在步骤113，当发动机冷却水的温度WT在第一温度范围内时，程序进行到步骤122。在步骤122，判断排气净化催化剂20的温度CT是否处于半活化温度CTb或者更高的温度。也就是，在步骤122，判断排气净化催化剂20是否处于半活化状态。在步骤122，当排气净化催化剂20的温度CT处于半活化温度CTb或者更高的温度时，程序进行到步骤117。

在步骤117，选择第一催化剂加热控制。接下来，在步骤118，起动发动机机体，然后，在步骤119，执行选择的第一催化剂加热控制。

在步骤122，当排气净化催化剂20的温度CT低于半活化温度CTb时，程序进行到步骤115。

在步骤115，判断发动机冷却水的温度WT是否在第二温度范围中。在步骤115，当发动机冷却水的温度WT不在第二温度范围中时，程序进行到步骤117，在步骤117，选择第一催化剂加热控制。

在步骤115，当发动机冷却水的温度WT在第二温度范围中时，程序进行到步骤116。在步骤116，选择第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。在步骤118，起动发动机机体，然后在步骤119，执行选择的第一催化剂加热控制和第二催化剂加热控制。

这样，在本实施例中的第二运转控制中，能够取得排气净化催化剂20的温度，排气净化催化剂20的温度能够被用作限制催化剂加热控制的执行的依据，并且因此能够抑制催化剂加热控制的过度执行。

在本实施例的内燃机中，检测到发动机冷却水的温度，作为随同排气净化催化剂20的温度一起改变的部分的温度。与排气净化催化剂20的温度关联的部分的温度，即，相关温度，并不限于此。例如，可采用发动机机体的温度、从燃烧室流出的排气的温度或者其它与排气净化催化剂20的温度关联的任何部分的温度。

本实施例中的催化剂温度取得装置使用取得排气净化催化剂20的温度的温度传感器43，但是本发明并不限于此。催化剂温度取得装置能够使用取得催化剂温度的任何装置或者控制。例如，还能够检测出流入排气净化催化剂的排气的温度，作为排气净化催化剂的温度。可替换地，还能够利用发动机机体的运转状态作为估计排气净化催化剂的温度的依据。例如，能够利用发动机转速和进气量(或负载)作为估计排气净化催化剂的温度的变化率的依据，并使用估计的变化率作为估计排气净化催化剂的当前温度的依据。

本实施例中的间歇运转控制示出了当车辆停止时暂时停止燃料的燃烧的控制类型，但间歇运转控制并不限于这些。能够执行暂时停止燃料的燃烧的任何控制。

例如，在设置有由内燃机和电机组成的驱动源的混合动力车辆中，有时执行间歇运转。在混合动力车辆中，有时根据车辆的运转状态暂时停止内燃机的发动机机体的运转。例如，当车辆正在以低速行驶时，停止燃烧室中燃料的燃烧，并且电机被用于驱动车轴。此后，当要求的负载增加或者存储在电池中的电量减少时，再次起动发动机机体。本实施例中的运转控制也能够应用于这样的混合动力车辆中。

此外，本实施例中的运转控制能够应用于如下内燃机：所述内燃机不仅设置有将燃料喷射到燃烧室内部的燃料喷射器，还设置有将燃料喷射到发动机进气通道内的燃料喷射器。在这种情况下，当在燃烧室内执行均质燃烧时，燃料能够被喷射到发动机进气通道内。此外，在本实施例的运转控制中，燃料在燃烧循环的吸气行程中被喷射到气缸中，但是代替该燃料喷射，燃料能够被喷射到发动机进气通道内。

在以上控制中，在不改变功能和动作的范围内能够适当地改变步骤的顺序。

在以上的附图中，相同的或等同的零件被指定相同的附图标记。值得注意地是以上实施例是说明性的则并不限定本发明。此外，在实施例中，包括在权利要求书中示出的实施例的改变例。

Claims (6)

1.一种内燃机，包括：

气缸燃料喷射器，其向燃烧室的内部喷射燃料；

排气净化催化剂，其布置在发动机排气通道中；

二次空气供给装置，其在所述排气净化催化剂的上流侧向所述发动机排气通道供给空气；

相关温度取得装置，其取得相关温度，所述相关温度为与所述排气净化催化剂的温度关联的部分的温度；以及

控制装置；其中

所述控制装置被形成以便执行促使所述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，

所述第一催化剂加热控制包括：在压缩行程中从所述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所述燃烧室流出的排气的温度上升的控制，

所述第二催化剂加热控制包括：向所述发动机排气通道供给空气以使包括在所述排气中的成分氧化以及使所述排气的所述温度上升的控制，

执行所述第一催化剂加热控制所处的所述相关温度的第一温度范围以及执行所述第二催化剂加热控制所处的所述相关温度的第二温度范围都被预设在所述控制装置中，并且

所述第二温度范围被设定以便包括在所述第一温度范围内，并且所述第一催化剂加热控制的执行范围被设定得比所述第二催化剂加热控制的执行范围宽。

2.如权利要求1所述的内燃机，其中

所述控制装置被形成以便执行在所述内燃机的运转期间暂时地停止所述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，然后再次启动所述燃烧室中的燃烧时，如果所述相关温度低于所述第一温度范围的上限，则所述控制装置执行所述第一催化剂加热控制而不执行所述第二催化剂加热控制。

3.如权利要求2所述的内燃机，其中

预设执行间歇运转所处的所述相关温度的下限，并且

执行间歇运转控制所处的所述相关温度的所述下限被设定得高于所述第二温度范围的上限。

4.如权利要求1所述的内燃机，其中

所述相关温度为发动机冷却水的温度，

所述相关温度取得装置包括检测所述发动机冷却水的温度的温度检测器，并且

所述第一温度范围的下限被设定得低于所述第二温度范围的下限，而所述第一温度范围的上限被设定得高于所述第二温度范围的上限。

5.如权利要求1所述的内燃机，进一步包括取得所述排气净化催化剂的温度的催化剂温度取得装置，其中

所述排气净化催化剂变为活化所处的活化温度被预设在所述控制装置中，并且

当所述排气净化催化剂处于所述活化温度或更高温度下时，所述控制装置禁止所述第一催化剂加热控制以及第二催化剂加热控制。

6.如权利要求1所述的内燃机，进一步包括取得所述排气净化催化剂的温度的催化剂温度取得装置，其中

所述排气净化催化剂变为活化所处的活化温度以及比所述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被预设在所述控制装置中，并且

当所述相关温度处于所述第一温度范围内并且所述排气净化催化剂的所述温度小于所述活化温度且不小于所述半活化温度时，所述控制装置执行所述第一催化剂加热控制而不执行所述第二催化剂加热控制。