内燃机的废气净化装置

摘要

本发明公开了一种具有多个燃烧排气系统的内燃机的废气净化装置。各个燃烧排气系统包括：含多个气缸的气缸组；气缸盖；排气集管及连接排气集管并导出废气的排气通路。多个气缸组的各个气缸中，时间间隔不等地开始排出废气且存在不从气缸排出废气的空闲期间。净化装置设有净化部、添加剂供给装置及计算机。上述净化部净化排气通路内废气中的杂质。添加剂供给装置提供添加剂给净化部。上述计算机控制上述添加剂供给装置，以使上述各添加剂供给装置间歇地进行添加剂的连续供给，并在覆盖对应的燃烧排气系统的上述空闲期间内进行添加剂的连续供给。

权利要求

1.一种内燃机的废气净化装置，其中：

所述内燃机设有多个燃烧排气系统，且各燃烧排气系统包括：含有分别容纳活塞的多个气缸的气缸组；在所述气缸内界定燃烧室并设有分别对应于所述气缸的排气口的气缸盖；与所述气缸盖连接并使来自所述多个排气口的废气汇合的排气集管；以及与所述排气集管连接并排出所述汇合的废气的排气通路，在多个气缸组中的各组气缸中，时间间隔不等地开始从气缸排出废气，并存在不进行从气缸排出废气的空闲期间，所述净化装置设有：

对应于所述各燃烧排气系统而设的、将对应的所述排气通路内的废气中所含杂质净化的净化部；

对应于所述各燃烧排气系统而设于所述排气口或所述排气集管的歧管处、给对应的所述净化部提供添加剂的添加剂供给装置；以及控制所述添加剂供给装置的控制部，使所述各添加剂供给装置间歇地进行添加剂的连续供给，且跨越对应的燃烧排气系统的所述空闲期间而进行添加剂的连续供给。

2.如权利要求1所述的装置，其中：

所述控制部控制所述添加剂供给装置，使所述添加剂的连续供给期间包含所述空闲期间即将开始前排出废气的气缸的排气冲程期间的至少一部分。

3.如权利要求1所述的装置，其中：

所述控制部控制所述添加剂供给装置，以在所述内燃机的曲轴旋转180°的期间以上的时间范围内连续供给添加剂。

4.如权利要求3所述的装置，其中：

所述添加剂供给装置在对应的燃烧排气系统中的多个排气口中的一个排气口设有喷射添加剂的添加喷嘴。

5.如权利要求4所述的装置，其中：

所述添加喷嘴在与该喷嘴喷射添加剂的排气口对应的气缸结束排气冲程的正时，结束添加剂的连续供给。

6.如权利要求1所述的装置，其中：

所述净化部含有还原NOX用的催化剂。

7.如权利要求1～6中任一项所述的装置，其中：所述燃烧排气系统的数量为2个，所述内燃机是该2个燃烧排气系统中的气缸组分别设有4个气缸的V型8缸内燃机。

说明书

内燃机的废气净化装置

技术领域

[0001] 本发明涉及内燃机的废气净化装置，该废气净化装置设有添加剂供给装置，该装置将添加剂提供给用以净化废气中所含杂质的催化剂。

背景技术

[0002] 一般采用通过在发动机的排气路径中设置催化剂来净化废气的废气净化装置，例如，催化剂通过使废气中的氮氧化合物NOX与碳氢化合物HC发生反应而净化NOX。然而，柴油机的废气中并不含有充分的HC。为此，专利文献1～3中提出，从供给装置将汽油燃料作为添加剂提供给催化剂来补偿HC的不足。

[0003] 在专利文献1、2公开的结构中，供给添加剂的添加喷嘴装于排气集管的歧管处。这种结构存在的问题是，由于添加喷嘴喷出的添加剂受到气缸排出废气的压力而被回吹，致使回吹的添加剂在添加喷嘴内堵塞。

[0004] 专利文献1：特开2001-280125号公报

[0005] 专利文献2：特开2003-201836号公报

[0006] 专利文献3：特开2006-22787号公报

发明内容

[0007] 本发明目的在于抑制内燃机中从添加喷嘴喷出的添加剂被回吹，上述内燃机中，多个气缸组中各组气缸时间间隔不等地开始废气排出。

[0008] 为达到上述目的，本发明一实施例中提供了一种内燃机的废气净化装置。上述内燃机设有多个燃烧排气系统，各燃烧排气系统含有气缸组、气缸盖、排气集管及排气通路。上述气缸组含有分别容纳活塞的多个气缸。上述气缸盖界定上述气缸内燃烧室区域并设有与上述气缸分别对应的排气口。上述排气集管与上述气缸盖连接并使从上述多个排气口的废气汇合。上述排气通路连接上述排气集管并排出上述汇合的废气。多个气缸组中的各组气缸时间间隔不等地开始排出废气，并且还存在不进行气缸的废气排出的空闲期间。上述净化装置设有净化部、添加剂供给装置及控制部。上述净化部对应于上述各燃烧排气系统而设，用来净化对应的上述排气通路内废气中的杂质。对应于上述各燃烧排气系统，上述添加剂装置设于上述排气口或上述排气集管的歧管处，并给对应的上述净化部提供添加剂。
上述控制部控制上述添加剂供给装置，以使上述各添加剂供给装置间歇地进行添加剂的连续供给，并覆盖对应的燃烧排气系统的上述空闲期间而进行添加剂的连续供给。

附图说明

[0009] 图1为本发明一实施例的排气净化装置的整体结构图。

[0010] 图2为说明图1的净化装置添加剂喷射期间的时序图。

[0011] 图3为图1的第1气缸组的添加喷嘴附近添加剂的浓度曲线图。

[0012] 图4(a)、(b)为图1中气缸的侧面剖视图。

具体实施方式

[0013] 以下参照图1～图4就本发明具体实施例进行说明。

[0014] 如图1所示，装配于车辆的柴油机11设有多个气缸1、2、3、4、5、6、7、8。该发动机11为V型8缸4冲程发动机。气缸1、3、5、7构成第1气缸组12A；气缸2、4、6、8构成第2气缸组12B。在与第1气缸组12A对应的气缸盖13A上，装有分别与气缸1、3、5、7对应的燃料喷嘴141、143、145、147。在与第2气缸组12A对应的气缸盖13B上，装有分别与气缸2、
4、6、8对应的燃料喷嘴142、144、146、148。燃料喷嘴141～148向对应的气缸1～8内喷射燃料(即汽油)。

[0015] 气缸盖13A上形成有多个吸气口131及多个排气口132。如图4(a)所示，各吸气口131的一端接通到对应的气缸1、3、5、7内的燃烧室34；另一端与对应的总进气管15的歧管(参照图1)连接。各排气口132的一端接通到对应的气缸1、3、5、7内的燃烧室34；另一端与对应的排气集管23A的歧管231(参照图1)连接。

[0016] 气缸盖13B形成有多个吸气口131及多个排气口132。如图4(b)所示，各吸气口131的一端接通到对应的气缸2、4、6、8内的燃烧室34；另一端与对应的总进气管15的歧管(参照图1)连接。各排气口132的一端接通到对应的气缸2、4、6、8内的燃烧室34；另一端与对应的排气集管23B的歧管231(参照图1)连接。

[0017] 吸气口131由吸气阀32开、闭；吸气口132由吸气阀33开、闭。确定各气缸1～8内燃烧室34的活塞35通过连杆36与曲轴37连接。活塞35的往复运动通过连杆36转换成曲轴37的旋转运动。

[0018] 如图1所示，总进气管15与吸气支路16A、16B连接。吸气支路16A的途中设有增压机17A的压缩器171A；吸气支路16B的途中设有增压机17B的压缩器171B。各增压机17A、17B是公知的由废气流驱动的可变喷嘴式涡轮增压机。

[0019] 吸气支路16A、16B与主吸气通路18连接。主吸气通路18与空气滤清器19连接，并经该空气滤清器19与外气连通。增压机17A与总进气管15之间的吸气支路16A上设有节流阀20A。增压机17B与总进气管15之间的吸气支路16B上设有节流阀20B。各节流阀20A、20B调整经由空气滤清器19和主吸气通路18吸入对应吸气支路16A、16B的空气流量。
由后述的计算机C根据油门踏板(未图示)的踩踏量或其他发动机运转状态来调整各节流阀20A、20B的开度。

[0020] 通过踩踏量检测器21检测踏板的踩踏量。并通过曲柄角检测器22检测图4中(a)、(b)所示的曲轴37的旋转角度(曲柄角)。将踩踏量检测器21检测的踩踏量信息和曲柄角检测器22检测的曲柄角信息送至计算机C。然后，计算机C根据踩踏量信息和曲柄角信息，计算出各燃料喷嘴141～148的燃料喷射期间(喷射开始时间及喷射结束时间)，从而控制各燃料喷嘴141～148的喷射。另外，计算机C可根据曲柄角信息计算出发动机转速。计算机C和曲柄角检测器22构成发动机转速检测部。

[0021] 主吸气通路18中吸入的空气在吸气支路16A、16B中分流后，流过吸气支路16A、16B并在总进气管15内汇合。换言之，从两增压机17A、17B对应的压缩器171A、171B送出的吸入气体在总进气管15内汇合后进入气缸1～8。

[0022] 气缸1、3、5、7中产生的废气进入排气集管23A后排出；气缸2、4、6、8中产生的废气进入排气集管23B后排出。排气集管23A经由增压机17A的涡轮机172A与第1排气通路24A连接。排气集管23B经由增压机17B的涡轮机172B与第2排气通路24B连接。

[0023] 第1气缸组12A、排气集管23A及第1排气通路24A构成第1燃烧排气系统；第2气缸组12B、排气集管23B及第2排气通路24B构成第2燃烧排气系统。

[0024] 空气流量表25A设置在增压机17A的压缩器171A上游的吸气支路16A上。空气流量表25B设置在增压机17B的压缩器171B上游的吸气支路16B上。空气流量表25A用于检测吸气支路16A内的吸气流量；空气流量表25B用于检测吸气支路16B内的吸气流量。并将空气流量表25A检测的吸气流量信息和空气流量表25B检测的吸气流量信息送至计算机C。

[0025] 节流阀20A下游的吸气支路16A和排气集管23A经由废气供给通路26A而连接。废气供给通路26A中设有流量调节阀27A。节流阀20B下游的吸气支路16B和排气集管
23B经由废气供给通路26B而连接。废气供给通路26B中设有流量调节阀27B。流量调节阀27A、27B由计算机C控制。

[0026] 总进气管15上设有压力检测器28。压力检测器28用于检测总进气管15中的压力(增压)。并将压力检测器28检测的增压信息送至计算机C。

[0027] 计算机C根据发动机转速和发动机负载，并参照预先设定的映射表确定目标增压。计算机C根据曲柄角检测器22检测的曲柄角随时间的变化求得发动机转速。另外，计算机C以上述踏板的踩踏量作为发动机负载来执行控制。换言之，踩踏量检测器21用作发动机负载检测部件，它是一种运动状态检测部件。而且，计算机C控制各增压机17A、17B对应的涡轮机172A、172B的叶片开度，使压力检测器28检测的增压成为目标增压。

[0028] 另外，计算机C根据上述燃料喷射期间(燃料喷射量)确定需要的吸气流量，进而确定废气目标供给率。计算机C根据各空气流量表25A、25B检测的吸气流量信息算出各流量调节阀27A、27B的开度，以得到上述目标供给率。然后，计算机C控制各流量调节阀27A、27B，使该调节阀27A、27B的开度成为算出开度。在各流量调节阀27A、27B的开度不为零时，排气集管23A内废气的一部分和排气集管23B内废气的一部分经由对应的废气供给通路26A、26B进入总进气管15。从而，降低各气缸1～8燃烧室内的燃烧温度，并减少杂质即氮氧化合物NOX的产生。

[0029] 排气通路24A、24B分别设有净化部29A、29B。并在净化部29A、29B中使用吸收还原型NOX催化剂或选择还原型NOX催化剂。

[0030] 气缸盖13A上设有添加喷嘴30A；气缸盖13B上设有添加喷嘴30B。添加喷嘴30A面向气缸7的排气口132而设；添加喷嘴30B临近气缸8的排气口132而设。添加喷嘴30A、30B分别与泵31A、31B连接。泵31A向添加喷嘴30A供给添加剂(即汽油)；泵31B向添加喷嘴30B供给添加剂(即汽油)。添加喷嘴30A向气缸7排气口132内喷射供给的添加剂；
添加喷嘴30B向气缸8排气口132内喷射供给的添加剂。各泵31A、31B的动作由计算机C控制。泵31A和添加喷嘴30A构成向净化部29A供给添加剂的添加剂供给装置；泵31B和添加喷嘴30B构成向净化部29B供给添加剂的添加剂供给装置。控制燃料喷嘴141～148喷射的计算机C还控制泵31A、31B的动作。

[0031] 图2中，表H1表示第1气缸组12A的气缸1、3、5、7的燃烧顺序(也就是燃料喷射顺序)；表H2表示第2气缸组12B的气缸2、4、6、8的燃烧顺序(也就是燃料喷射顺序)。表H1、H2中的数字1、2、3、4、5、6、7、8表示气缸1、2、3、4、5、6、7、8。表H1、H2中的曲柄角
0°、90°、180°...1260°、1350°表示燃烧冲程中活塞35的下死点位置的正时。计算机C按气缸1、2、7、3、4、5、6、8的顺序使燃料喷射(燃烧)进行。该喷射顺序可减少8缸V型发动机即柴油机11的振动，且适于提高吸气效率。另外，4冲程发动机即柴油机11以曲柄角720°为1个周期运转。

[0032] 图2中，期间E1、E3、E5、E7分别表示气缸1、3、5、7的排气冲程期间。另外，期间F2、F4、F6、F8分别表示气缸2、4、6、8的排气冲程期间。排气冲程期间是从排气冲程开始到排气冲程结束的期间，具体而言，是处于燃烧冲程刚结束的下死点位置的活塞35从该下死点位置移动到上死点位置的期间。稍早于排气冲程的开始正时(例如提早到曲柄角为50°左右时)，用于开、闭排气口132的排气阀33就开始打开排气口132。

[0033] 根据图2所示的期间E1、E3、E5、E7的各开始正时可知，第1气缸组12A中的气缸1与气缸7中废气的排出正时之差、气缸7与气缸3中废气的排出正时之差、气缸3与气缸
5中废气的排出正时之差、气缸5与气缸1中废气的排出正时之差分别相当于曲柄角转过
180°、90°、180°、270°的角度。也就是，第1气缸组12A中废气的排出正时按气缸1、7、
3、5的顺序间隔不等地进行。期间E5的开始正时与期间E1的开始正时之间的间隔T1为第1气缸组12A中的最大间隔。从期间E1向期间E7的过渡、从期间E7向期间E3的过渡及从期间E3向期间E5的过渡没有设置间隔时间，而期间E5向期间E1的过渡设置了相当于曲柄角转过90°的间隔时间，即在空闲期间t1内进行过渡。空闲期间t1包含在第1气缸组12A中的最大间隔T1中。

[0034] 根据图2所示的期间F2、F4、F6、F8的各开始正时可知，第2气缸组12B中气缸4与气缸6中废气的排出正时之差、气缸6与气缸8中废气的排出正时之差、气缸8与气缸2中废气的排出正时之差、气缸2与气缸4中废气的排出正时之差分别相当于曲柄角转过
180°、90°、180°、270°。也就是，第2气缸组12B中废气的排出正时按气缸4、6、8、2的顺序间隔不等地进行。期间F2的开始正时与期间F4的开始正时之间的间隔T2为第2气缸组12B中的最大间隔。从期间F4向期间F6的过渡、从期间F6向期间F8的过渡及从期间F8向期间F2的过渡没有设置间隔时间，而期间F2向期间F4的过渡设置了相当于曲柄角转过90°的间隔时间，即在空闲期间t1内进行过渡。空闲期间t2包含在第2气缸组12B中的最大间隔T2中。

[0035] 图2中的期间Ka为泵31A的工作期间，即添加喷嘴30A的喷射期间；期间Kb为泵31B的工作期间，即添加喷嘴30B的喷射期间。计算机C使泵31A在第1气缸组12A中从气缸5的排气冲程开始正时(期间E5的开始正时)到气缸3的排气冲程开始正时(期间E3的开始正时)的期间工作；另外，计算机C使泵31B在第2气缸组12B中从气缸2的排气冲程开始正时(期间F2开始正时)到气缸8的排气冲程开始正时(期间F8开始正时)的期间工作。

[0036] 添加喷嘴30A的喷射期间Ka包含即覆盖整个排气冲程期间E5与排气冲程期间E3之间的空转时间t1；添加喷嘴30B的喷射期间Kb包含即覆盖整个排气冲程期间F2与排气冲程期间F4之间的空转时间t2。

[0037] 本实施例中，对使用NOX还原用催化剂的净化部29A、29B进行再生，而且在相当于曲柄角转过180°的间隔期间内，进行从各添加喷嘴30A、30B的添加剂喷射，例如进行4～6次。

[0038] 计算机C起到控制添加剂供给装置的添加剂供给的控制部的作用。计算机C控制添加剂的供给，从而在包含空闲期间t1、t2的各喷射期间Ka、Kb内进行添加剂的连续供给(喷射)。「连续供给」指基本上连续供给添加剂的状态，也包括细微而间歇地供给添加剂的供给方法，例如，以小间隔重复开、关的工作控制方式来小间隔地重复添加剂的供给等方法。

[0039] 图3中的曲线D表示在将泵31A的工作期间(添加喷嘴30A的喷射期间)设为图2所示的期间Kd1的情况下，添加喷嘴30A附近添加剂的浓度变化。曲线G表示添加喷嘴
30A的喷射期间设为图2所示的期间Ka的情况下，添加喷嘴30A附近添加剂的浓度变化。
曲线图中的横轴θ表示曲柄角；纵轴表示添加剂的浓度。

[0040] 在添加喷嘴30B的喷射期间设为图2所示的期间Kd2的情况下，添加喷嘴30B附近添加剂的浓度变化曲线与曲线D相同。并且，在添加喷嘴30B的喷射期间设为图2所示的期间Kb的情况下，添加喷嘴30B附近添加剂的浓度变化也与曲线G相同。

[0041] 本实施例具有如下优点：

[0042] (1)从图3易见，第1气缸组12A中，在覆盖最大空闲期间t1的喷射期间Ka内喷射添加剂，与未覆盖最大空闲期间t1的喷射期间Kd1内喷射添加剂的情况相比，这时添加喷嘴30A附近的添加剂的浓度较低。这是因为：在包含了最大空闲期间t1的喷射期间Ka内喷射(连续供给)添加剂时，添加喷嘴30A喷射的添加剂不容易受到气缸1、3、5排气时的压力，从而可抑制添加喷嘴30A喷射的添加剂的回吹。

[0043] 同理，第2气缸组12B中在覆盖最大空闲期间t2的喷射期间Kb内喷射添加剂。与未包含最大空闲期间t1的喷射期间Kd1内喷射添加剂的情况相比，这时添加喷嘴30B附近添加剂的浓度较低。这是因为：在包含最大空闲期间t2的喷射期间Kb内喷射(连续供给)添加剂的情况下，添加喷嘴30B喷射的添加剂不容易受到气缸2、4、6排气时的压力，从而可抑制添加喷嘴30B喷射的添加剂的回吹。

[0044] (2)添加喷嘴30A的喷射从排气冲程期间E5的最初时间开始，以包含紧接于空闲期间t1之前进行排气的气缸5排气冲程期间E5。并且，添加喷嘴30B的喷射从排气冲程期间F2的最初时间开始，以包含紧接于空闲期间t2之前进行排气的气缸2排气冲程期间F2。这种添加剂供给控制方式，可有效利用受排气压力影响小的空闲期间t1、t2。

[0045] (3)在从气缸盖13A上装有的添加喷嘴30A向气缸7的排气口132内喷射添加剂的结构中，添加剂易受气缸1、3、5的排气气流压力而被回吹。同样，在从气缸盖13B上装有的添加喷嘴30B向气缸8的排气口132内喷射添加剂的结构中，添加剂易受气缸2、4、6的排气气流压力而被回吹。因此，对于在从设于气缸盖13A、13B上的添加喷嘴30A、30B向气缸7、8的排气口132内喷射添加剂的结构而言，本发明尤其有效。

[0046] (4)为了还原NOX，需要提高排气中添加剂的浓度。因此，需要延长在相当于活塞35往复运动2次的期间内的喷射添加剂的时间。如果在整个相当于活塞35往复运动2次的期间内供给添加剂时，则添加剂被回吹的部分会变多。然而在本实施例中，由于在不足相当于活塞35往复运动2次的期间(曲轴37旋转2圈的期间)但覆盖空闲期间t1、t2的期间内连续供给添加剂，所以适于NOX的还原。

[0047] (5)本实施例中，V型8缸内燃机具有分别设有4个气缸的第1气缸组12A和第2气缸组12B，按气缸1、2、7、3、4、5、6、8的顺序进行燃料喷射控制，下面就该控制进行说明。该V型8缸内燃机的第1气缸组12A、12B中，时间间隔不等地从气缸开始排出废气。这种内燃机非常适合本发明的应用对象。此外，专利文献3的图1(a)、(b)、(c)、(d)公开了气缸
1～8燃烧顺序(排气顺序)的各种形态。然而，不论发动机的气缸燃烧顺序如何设定，只要该发动机的多个气缸组中的各组气缸时间间隔不等地开始排出废气，就可采用本发明。

[0048] (6)作为控制部发挥作用的计算机C控制添加剂供给装置，从而在整个曲轴旋转180°的期间以上的范围内进行添加剂的连续供给。若如此，则添加剂的连续供给定然可覆盖受排气压力影响小的空闲期间。再有，曲轴旋转180°的期间相当于活塞35的1个冲程的期间，即活塞35从上死点位置运动到下死点位置的期间。

[0049] (7)通常，排气阀33的开阀正时比从燃烧冲程到排气冲程的转换正时早。本实施例中，由于在整个排气阀33的开启期间以上范围内连续供给添加剂，所以添加剂的连续供给定然可覆盖受排气压力影响小的空闲期间。

[0050] 本发明也可用如下方式实施。

[0051] 喷射期间Ka可在期间E5的途中开始；喷射期间Kb可在期间F2的途中开始。

[0052] 也可使喷射期间Ka的结束正时与期间E7的结束正时相同。若如此，则喷射期间Ka开始正时最好设在期间E5的途中。期间E7的排气为从气缸7排气，从气缸7排出的气体将气缸7的排气口132内的添加剂向排气集管23A吹散。总之，从气缸7排气对抑制添加剂的回吹有效。因此，在整个期间E7内从添加喷嘴30A喷射添加剂，可抑制添加剂的回吹，同时有利于增加添加剂的进入量。

[0053] 喷射期间Kb的结束正时可与期间F8的结束正时相同。若如此，则喷射期间Kb开始正时最好设在期间F2的途中。期间F8的排气为从气缸8排气，从气缸8排出的气体将气缸8的排气口132内的添加剂向排气集管23B吹散。总之，从气缸8排气对抑制添加剂的回吹有效。因此，在整个期间F8内从添加喷嘴30B喷射添加剂，可抑制添加剂的被回吹，同时有利于增加添加剂的进入量。

[0054] 最好间歇地进行添加剂的连续供给，具体地说，最好在活塞35的2次往复(4个冲程)的期间以内间歇地进行添加剂的连续供给。若在活塞35的一个冲程的期间以上且活塞35的2次往复的期间以内间歇地进行添加剂的连续供给则更好。例如，也可以在活塞35的一个冲程的期间内间歇地进行添加剂的连续供给。若在活塞35的一个冲程的期间以上(曲轴旋转180°的期间以上)内间歇地进行添加剂的连续供给，则添加剂的连续供给定然可覆盖受排气压力影响小的空闲期间。

[0055] 可在气缸1的排气口132内设置添加喷嘴30A来喷射添加剂；也可在气缸2的排气口132内设置添加喷嘴30B来喷射添加剂。

[0056] 可在气缸1、7以外的气缸排气口132内设置添加喷嘴30A来喷射添加剂；也可在气缸2、8以外的气缸排气口132内设置添加喷嘴30B来喷射添加剂。

[0057] 本发明也适用于颗粒物质(Particulate Matter)杂质的净化部的再生或硫磺(Sulfur)杂质的净化部的再生。

[0058] DPNR(Diesel Particulate NOX Reduction)系统也可用作净化部29A、29B。DPNR的结构相当于在DPF(Diesel Particulate Filter)的过滤材料上包覆吸收还原型NOX催化剂，它具有净化PM和NOX两者的功能。

[0059] 本发明也适用于除8缸以外的偶数气缸量的V型柴油机。

[0060] 本实施例中将添加喷嘴配置在排气口处，也可将其配置在排气集管的歧管处。