内燃机的废气净化装置和方法

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技术领域\n本发明涉及内燃发动机(内燃机)的废气净化装置和方法，该 发动机具有装有排气(或者废气)净化催化剂的排气通道。当预定条 件成立时，本发明废气净化装置和方法，进行排气净化催化剂的毒物 释放控制。\n背景技术\n于2001年10月5日首次公开的No.2001-271685号日本专利申 请，举例说明了以前提出的，用于燃料直接喷入气缸型(direct cylinder fuel injection)内燃机的催化剂温度控制装置和方法。\n在以前提出的催化剂温度控制方法和装置中，在防止NOx捕获 催化剂的硫毒物的同时，也要进行毒物释放，将气缸中的空气-燃料 比设置为λ＝1，并且将燃料喷射分解为吸气冲程喷射(在吸气冲程 中的燃料喷射)以及压缩冲程喷射(在压缩冲程中的燃料喷射)实 施，以提高排气(或者废气)温度。由此，使得NOx捕获催化剂的 温度升高到能进行硫毒物释放的高温。在毒物释放进行期间，除了抑 制燃料消耗量的恶化外，由于对催化剂温度升高的需求(或要求)变 得更高，因而减弱了吸入空气波动的强度，并且延迟了压缩冲程燃料 喷射的时间。当压缩冲程燃料喷射量相对于四冲程发动机每个气缸总 燃料喷射量的比率为20％-60％时，废气温度随着压缩冲程燃料喷 射量比率的增大而升高。\n然而，在上述的已提出的催化剂温度的控制装置和方法中，只 有在催化剂温度达到所要求的能释放毒物的高温前后，才能进行相似 的控制。由于没有考虑排气(或者废气)的成分，毒物释放性能最适 的排气成分，随催化剂的温度而变化。除此以外，没有有效利用该方 法，完成毒物释放总共需要相当长的时间。不能节约燃料。\n发明内容\n由于毒物释放控制不能靠促进后燃提高废气温度来节约燃料， 因此希望在尽可能短的时间周期内完成毒物释放。\n因此，本发明的目的在于提供内燃机的废气净化装置和方法， 当实施排气净化催化剂的毒物释放时，能够改善毒物释放的效率，并 能够缩短毒物释放所需的时间，以及能够抑制节约燃料的恶化。\n根据本发明的第一方面，提供了一种内燃机废气净化装置，包 括：安放在发动机排气通道中的废气净化催化剂；以及一个控制器， 该控制器当预定条件成立时进行废气净化催化剂硫毒物释放控制，硫 毒物释放控制包括正常模式和在正常模式之前的废气构成模式，与废 气构成有关的一个发动机操作参数以这样的方式得到操纵，即使得废 气构成模式下的废气中的氢气浓度高于正常模式下的废气中的氢气 浓度。\n根据本发明的第二方面，提供了一种内燃机废气净化装置，包 括：安放在发动机排气通道中的废气净化催化剂；以及一个控制器， 该控制器当预定条件成立时，进行废气净化催化剂硫毒物释放控制， 硫毒物释放控制包括正常模式以及在正常模式之前的废气构成模式， 在废气构成模式下的一个点火时序沿着比正常模式下的点火时序更 加提前的角度方向而得到设定，在硫毒物释放控制期间，将经由燃料 喷射阀用于直接喷射的燃料喷射，分解为压缩冲程中的燃料喷射和吸 气冲程中的燃料喷射。\n根据本发明的第三方面，提供了一种内燃机废气净化方法，其 中内燃机包括：安放在发动机排气通道中的废气净化催化剂，且所述 废气净化方法包括：当预定条件成立时，进行废气净化催化剂的硫毒 物释放控制，硫毒物释放控制包括正常模式以及在正常模式之前的废 气构成模式；以及对与废气构成有关的一个发动机操作参数进行操 纵，从而使得在废气构成模式下的废气中的氢气浓度高于正常模式下 的废气中的氢气浓度。\n根据本发明的第四方面，提供了一种内燃机废气净化方法，其 中内燃机包括安放在发动机排气通道中的废气净化催化剂，所述废气 净化方法包括：当预定条件成立时，进行废气净化催化剂的硫毒物释 放控制，硫毒物释放控制包括正常模式以及在正常模式之前的废气构 成模式；以及沿着比正常模式下的点火时序更为提前的角度方向，设 定废气构成模式下的点火时序，在硫毒物释放控制期间，将经由燃料 喷射阀用于直接喷射的燃料喷射，分解为压缩冲程中的燃料喷射和吸 气冲程中的燃料喷射。\n此发明概述没有对所有的必要特征进行必要地描述，所以本发 明还可以是这些描述特征的组合。\n附图说明\n图1是本发明废气净化装置所适用的内燃机系统配置略图；\n图2是表示氢气(H2)浓度和以各自催化剂温度作为参数的毒 物释放特性之间关系的特征曲线图；\n图3是表示催化剂温度和毒物释放时间周期之间关系的特征曲 线图；\n图4A是表示点火时序和氢气(H2)浓度之间关系的特征曲线 图；\n图4B是表示点火时序和氧气(O2)浓度之间关系的特征曲线 图；\n图5是表示分解比例(压缩冲程中的喷射比率)和废气温度之间关 系的特征曲线图；\n图6是表示分解比例和氢气(H2)浓度之间的特征曲线图；\n图7是在本发明废气净化装置的第一优选实施例中进行的毒物 释放控制流程；\n图8A、8B、8C、8D、8E、8F和8G在整体上是用于解释在图 1和图7中示出的第一实施例中进行毒物释放控制的操作时间表；\n图9A和9B整体上是用于解释第一实施例中的废气净化装置相 对于对比实施例优势的时间表；\n图10是在本发明废气净化装置的第二优选实施例中进行的毒物 释放控制流程；\n图11A、11B、11C、11D、11E、11F和11G整体上是用于解释 在本发明废气净化装置第二优选实施例的情况下，毒物释放控制的操 作时间表；\n图12是在本发明废气净化装置的第三优选实施例中进行的毒物 释放控制流程；\n图13A、13B、13C、13D、13E、13F和13G整体上是用于解释 在本发明废气净化装置第三优选实施例的情况下，毒物释放控制的操 作时间表；\n图14是在本发明废气净化装置的第四优选实施例中进行的毒物 释放控制流程；\n图15A、15B、15C、15D、15E、15F和15G整体上是用于解释 在本发明废气净化装置第四优选实施例中进行的毒物释放控制的操作 时间表。\n具体实施方式\n为了便于更好的理解本发明，在下文中给附图指定了标记。\n图1示出了本发明废气净化装置所适用的内燃机系统配置略 图。由1表示的内燃机具有进气通道2，其中设置有用来控制进入空 气量的节流阀3。节流阀3是由制动器例如电动机(DC电动机)激 活的电子控制节流阀。来自控制单元(或者也称为控制器)20的驱 动信号驱动节流阀3打开或关闭。旋动控制阀(SCV)4设置在分支 到每个气缸的集流腔的下游。来自控制单元20的另一个驱动信号驱 动旋动控制阀4打开或者关闭。燃料喷射器(或称为燃料喷射阀)8 暴露于内燃机1每个气缸的燃烧室7，该燃烧室由气缸盖5和活塞6 限定。在活塞6的冠面(crown surface)离心偏向进气阀一侧的位置 上，形成碗状部件(凹入部件)6a。燃料喷射器8通过进气阀一侧， 倾斜地朝向于活塞6冠面上形成的碗状部件6a。燃料喷射器8具有 供电螺线管，响应来自控制单元20的喷射脉冲信号，打开燃料喷射 器。由此，将预定压力下预定数量的燃料直接喷射到燃烧室7中。在 吸气冲程中通过燃料喷射器8来实施燃料喷射的情况下，所喷射的燃 料扩散到燃烧室中形成均匀的空气/燃料混合物，并由火花塞9点燃 并燃烧。上述这种燃烧方式称为均匀燃烧。结合空气/燃料混合物比 例控制，将均匀燃烧分成均匀理想配比燃烧和均匀贫稀燃烧。在压缩 冲程(特别是在冲程的后半部分)中通过燃料喷射器8进行燃烧喷射的 另一种情况下，所喷射的燃料气流利用活塞冠面的碗状部件6a形成 浓缩在火花塞9周围的层似空气/燃料混合物，由火花塞9点燃并燃 烧。上文所述的这种燃烧方式称为分层燃烧。通常，由于空气-燃料 比非常的贫稀，因此也将该燃烧方式称为分层贫稀燃烧。\n另一方面，NOx捕获锥化剂11作为废气净化催化剂用于排气通 道10中。当将空气-燃料比设置为接近理想配比时，NOx捕获催化 剂11具有三元催化剂的功能，进行废气中CO和HC(碳氢化合物)的 氧化以及NOx的还原，以便当废气空气-燃料比为贫稀时捕集废气中 的NOx，以及当废气空气-燃料比为理想空气-燃料比或者比理想空 气-燃料比更丰富时，减少并净化捕集的NOx。\n将来自各种各样传感器的各种信号输入到控制单元20中，进行 对发动机1的控制。曲柄转角(crank angle)传感器21根据发动机 转数，同步产生曲柄基准信号以及曲柄单元转角信号。控制单元20 测量曲柄转角传感器21的曲柄基准角信号的周期，或者在恒定时间 周期内计算曲柄单元转角信号，以检测发动机速度Ne，加速踏板传 感器22用来检测加速踏板，该加速踏板是由车辆运转员踩下不同的 深度来进行不同的操作。将气流量表(airflow meter)23设置在进气 通道2节流阀3的上游，用于检测进入的气体量Qa。节流传感器24 检测节流阀3的开启转角TVO。在节流传感器24中加入了怠速开关 (idle switch)，当节流阀3完全关闭时，该怠速开关打开(变成 ON)。冷却液温度传感器25至于发动机1的水套中，检测冷却液温 度Tw。车速传感器26用于检测车速VSP。空气-燃料比传感器27 设置于排气通道10中NOx捕获催化剂11的上游。空气-燃料比传感 器27用于检测吸入的空气/燃料混合物的空气-燃料比，或者通过 检测废气中氧气(O2)的浓度来检测排出空气/燃料混合物的空气- 燃料比，并用于空气-燃料比的反馈控制中。应该注意到，在NOx捕获催化剂11的下游还设置有另一个空气-燃料比传感器28。该位 于下流侧的空气-燃料比传感器28，基于空气-燃料比传感器27的 已测值，来校正空气-燃料比的反馈控制，并且用来抑制因空气-燃 料比传感器27的老化所引起的控制误差。催化剂温度传感器29设置 在NOx捕获催化剂11中，用来检测催化剂温度Tc。催化剂温度Tc 用于转换NOx捕获催化剂11的毒物释放控制模式(将稍后进行说 明)。然而，催化剂温度Tc可以不使用任何传感器从发动机运转条 件估算出来。\nNOx浓度传感器30设置于排气通道10中NOx捕获催化剂11 的下游一侧中，用来检测废气中NOx的浓度。该NOx浓度传感器 30用于检测毒物状态(因硫毒物而使NOx捕集能力恶化的状态或者 因毒物释放而使NOx捕集能力(性能)恢复的状态)，但是在没有 上述任何传感器时，可以通过另一种估算技术来估算毒物状态。\n控制单元20包括微型计算机，微型计算机具有CPU(中央处理 单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、A/D转换器、 输入/输出接口、以及公共总线。控制单元20控制节流阀3的打开角 度，控制旋动控制阀4的打开和关闭，设置并控制通过燃料喷射器8 的燃料喷射起始时间和燃料喷射量，并且在根据运转条件来设置的时 间上，根据基于上述各种传感器信号而检测到的运转条件控制火花塞 9的点火时序。\n然后，根据运转条件进行燃烧方式的控制。也就是说，在正常 运转的时候，例如，在低发动机载荷下压缩冲程期间燃料喷射时的分 层贫稀燃烧。在另一方面，例如在高发动机载荷下由压缩冲程期间喷 射引起的均匀理想配比燃烧，或者由吸气冲程期间喷射引起的均匀贫 稀燃烧。当排放的空气-燃料比为贫稀时，NOx捕获催化剂11捕集 废气中的NOx(例如，氮氧化物)。同时，NOx捕获催化剂11捕集 SOx(例如，硫氧化物)。SOx毒物引起了NOx捕集性能(包括NOx 还原性能)的降低。因此，随着SOx的毒物释放控制，废气温度在 预定条件下升高。为此，催化剂温度升高到需要释放SOx毒物的温 度上，并且在预定的时间周期中保持升高的温度，以便能够释放SOx毒物。\n具体地，将燃料喷射划分(分解)为在吸气冲程中的喷射和在 压缩冲程中的喷射，以便在火花塞9的周围形成相对丰富(A/F＝近 似10-16)的分层空气/燃料混合物，并且在装有火花塞9的整个燃 烧室7中形成相对贫稀(A/F＝19比24)的分层空气/燃料混合物。 应该注意到，控制总空气/燃料混合物比(整个燃料室)以提供基本 上理想的空气-燃料比。上述这种燃烧方式也称为分层理想配比燃烧 (分层理想配比燃烧是由上述这种分解燃料喷射引起的)。\n以下(1)至(4)项描述了分层理想配比燃烧的概念。\n(1)由吸气冲程期间的燃料喷射引起，在邻近燃烧室7的壁面 形成贫稀空气/燃料混合物，以确保获得补燃所需要的(氧气)O2。\n(2)在压缩冲程期间的燃料喷射在火花塞9周围形成丰富的空 气/燃料混合物，以改善起燃。从而能够改善燃烧的稳定性。\n(3)在燃烧室壁面邻近的贫稀空气/燃料混合物燃烧产生CO， 促进贫稀空气/燃料混合物和O2补燃，以便还原HC(碳水化合物) 和升高排气温度。\n(4)因起燃的改善使得点火时序能够延迟，并且进一步改善了 由点火时序延迟而引起的，因补燃作用而使排气(废气)温度升高。\n因此，在毒物释放控制的正常模式中，将经由直列气缸喷射型 燃料喷射器8的燃料喷射分解为在吸气冲程期间的燃料喷射以及在压 缩冲程期间的燃料喷射，并且将经由火花塞9的点火时序设定为延迟 角方向。\n在本发明毒物释放控制中，为了缩短释放毒物所需时间，并使 燃料消耗量的恶化最小化，在催化剂温度达到释放毒物所要求的温度 (毒物释放性能变得稳定时的温度)之前，改善了毒物释放的效率。 此外，为了改善废气温度上升性能，将废气构成模式设置在毒物释放 控制的正常模式之前，并且此外，将排气(废气)温度上升模式设置 在排气(废气)成分模式之前。根据催化剂的温度，毒物释放控制按 照以下顺序进行，即废气温度上升模式→废气构成模式→正常模式。\n对在本发明废气净化装置中进行的毒物释放控制进行详细描述 之前，将在下文描述基于本发明毒物释放控制的图2至6中的特征 (实验结果)。图2示出了废气中H2浓度(CO浓度)和以催化剂 温度作为参数的毒物释放性能之间的特征曲线图。应该意识到，随着 催化剂温度Tc的升高，毒物释放性能也逐渐得到改善。在毒物释放 开始时相对低的温度下(600℃)，特征线向右上升(随着H2或者 CO浓度变高，毒物释放性能逐渐上升)。当在毒物释放稳定进行的 相对高的温度(650℃)下或者在比该温度(650℃)更高的温度 (700℃)下，随着特征线接近水平线，H2(或者CO)的浓度下 降。因此，如果HC浓度(H2(或者CO)浓度)变低，就表明获得了 足够的毒物释放作用。因而能够意识到，在废气构成模式中从600℃ 到650℃的范围中，废气中高浓度的氢气(H2)能够改善毒物释放性 能。应该注意到废气中的H2浓度与CO浓度和HC浓度实际上是成 比例的。图3示出了催化剂温度和毒物释放时间之间的关系。随着催 化剂温度变高，能够缩短毒物释放时间。\n图4A示出了点火时序和H2浓度(CO浓度)之间的关系，并 且是依照正常喷射(吸气冲程喷射)和分解燃料喷射(在吸气冲程期 间的燃料喷射+压缩冲程期间的燃料喷射)的燃料喷射时间划分的。 图4B示出了正常喷射(吸气冲程喷射)和分解喷射(吸气冲程喷射 +压缩冲程喷射)的点火时序和废气中O2浓度之间的关系。在分解喷 射情况下，将点火时序提前进行，以便能够提高废气中的O2浓度。\n图5示出了分解比例(压缩冲程喷射比率)以及排气(废气) 温度之间的关系。随着在压缩冲程中燃料喷射量在每个气缸中的四次 冲程中的总燃料喷射量中所占比率变大，排气(废气)温度上升。图 6示出了分解比例(在压缩冲程中喷射的燃料的上述比率)和废气中 的H2(氢)浓度(CO(一氧化碳)浓度)之间的关系。当压缩冲程 中燃料喷射量的比率接近50％时，H2浓度变小。当压缩冲程期间的 燃料喷射比率大于50％时，H2浓度增大。\n在本发明废气净化装置第一个实施例中进行的毒物释放控制， 将参考在第一个实施例中所述图7的流程图和图8A到8G的整体时 间表进行描述。\n在步骤S1处，控制器(控制单元)20确定是否出现毒物释放命 令。特别是，控制器20采样每个时间单元中与废气流量相关的进入 空气量Qa，累计所采样的进入空气量，并且基于上述累计值来估计 NOx捕获催化剂11的SOx毒物量。如果NOx捕获催化剂11SOx毒 物量的估计值与预定的估计阈值相比较。那么，如果Sox捕集量＞ 阈值，控制器20就确定出现毒物释放命令。或者，如果通过在NOx捕获催化剂11下游检测NOx浓度来测定捕获催化剂11下游的NOx浓度。那么，如果控制器20确定NOx浓度大于其预定阈值，控制器 20就确定出现毒物释放命令。或者作为替换，如果由NOx浓度传感 器30检测的NOx催化剂11下游一侧的NOx浓度大于另一个预定阈 值时，控制器20就确定存在毒物释放命令。应注意到，除了OR条 件，也可以使用AND条件来确定毒物释放的命令出现。如果在步骤 S1处的回答是“YES”，那么程序转到步骤S2。\n在步骤S2处，控制器20确定预定的释放条件是否成立。毒物 释放条件例如是运转条件为均匀理想配比燃烧，以及在预定范围内 (从车速下限到车速上限)的车速VSP。如果毒物释放条件成立，那 么程序转到步骤S3。在步骤S3处，在毒物释放控制开始之前，将旋 动控制阀(SCV)4设置为关闭状态。在步骤S4处，点火时序从 MBT(Minimum Advance for Best Torque，最佳转矩的最小行进) 点火时序点逐渐延迟。在步骤S5处，控制器20确定是否将旋动控制 阀4控制在完全关闭位置。然后，在步骤S5处，控制器20确定旋动 控制阀4是否是完全关闭的(从关闭命令发出时所经过的预定时 间)。如果在步骤S5处是“是”，那么程序转到步骤S6。在步骤 S6处，控制器20执行毒物释放控制第一阶段的废气温度上升模式。 在废气温度上升模式中，在整体空气-燃料比保持在理想空气-燃料 比(λ＝1)的同时，将燃料喷射分解成吸气冲程喷射和压缩冲程喷 射。此外，将压缩冲程中喷射的喷射量(分解比例)与发动机每个气 缸四次冲程中的总燃料喷射量的比率设置为大于50％。例如，设置 为60％到70％，而且压缩冲程喷射量大于(＞)吸气冲程喷射量。\n换言之，可从图5中看到，在温度升高特性上的改善是使用大 分解比例以实现较大程度废气温度上升来实现的。极大地延迟了点火 时序。废气温度的上升通过该点火时序的延迟来实现。应该注意到， 设定为延迟角度方向的点火时序比正常均匀燃烧期间的点火时序更加 延迟。在步骤S7处，控制器20确定由催化剂温度传感器29检测的 催化剂温度Tc是否超过第二预定催化剂温度T2，T2是毒物释放控 制开始时的温度(例如，600℃)。如果在步骤S7处没有超出 (NO)，那么继续进行步骤S6处的废气温度上升模式。如果催化剂 温度Tc变高，并超出第二预定值T2(YES)，那么程序转到步骤 S8。在步骤S8处，进行作为毒物释放控制第二阶段的废气构成模式 中的毒物释放控制。在废气构成模式中，在总空气-燃料比保持在理 想空气-燃料比(λ＝1)的同时，将燃料喷射分解成吸气冲程喷射 和压缩冲程喷射，并且压缩冲程喷射量的比率(分解比例)是50 ％。压缩冲程燃料喷射量＝吸气冲程燃料喷射量。而后，很大程度地 提前了点火时序。换言之，就像图4A中显示出的那样，由于很大程 度地提前了点火时序，废气中H2的浓度增加。由此，毒物释放性能 就像图2所示出的那样得到改善。然而应该注意到，设定为提前角度 方向的点火时序，比正常均匀燃烧时的还要延迟。在下一个步骤S9 处，控制器20确定催化剂温度Tc是否超出第一预定值T1，T1是毒 物释放性能变得稳定时的温度(例如，650℃)。如果在步骤S9处没 有超出(NO)，那么程序转到步骤S8继续执行废气构成模式。在步 骤S9，如果催化剂温度Tc升高，并且超出第一预定值T1 (YES)，那么程序转到步骤S10。\n在步骤S10处，进行作为毒物释放控制第三阶段的正常模式控 制。在正常模式中，在总空气-燃料比保持在理想空气-燃料比(λ ＝1)的同时，将燃料喷射分成吸气冲程燃料喷射以及压缩冲程燃料 喷射，并且压缩冲程中燃料喷射量的比率(分解比例)是50％。如 图2所示出的那样，这是因为能够获得足够的毒物释放性能，甚至当 废气中的H2浓度减少时。当然，设定为延迟角度方向的点火时序， 比在正常均匀燃烧时设定的还要延迟。在下一个步骤S11处，控制器 20确定毒物释放是否已经完成。特别的是，在毒物释放控制期间， 从基于吸入空气量Qa累计值的NOx捕获催化剂11的估计值中减去 预定的毒物释放量，以估计每个时间单元SOx毒物释放量的剩余 量。如果将SOx毒物量的估计值，与阈值中预定下限相比较，那么 当SOx收集量＜阈值时，控制器20确定毒物释放控制完成(步骤 S11)。此外，由NOx浓度传感器30在NOx捕获催化剂11的下游 一侧检测NOx浓度，并且浓度小于阈值的预定下限时，控制器20确 定毒物释放控制完成。然而，除了使用Sox累计量和在NOx捕获催 化剂11下游NOx浓度的OR条件，也可以使用AND条件来确保毒 物释放控制的完成。\n如果控制器20确定毒物释放控制没有完成，那么继续回到步骤 S10处的正常模式。如果确定毒物释放完成，那么程序转到步骤 S12，将燃烧控制转换为正常燃烧控制。在步骤S12处，在转换为正 常燃烧控制之前，控制器20驱动旋动控制阀(SCV)4到打开方 向。在步骤S13处，控制器20朝向MBT点火时序点逐渐提前点火 时序。在步骤S14处，控制器20确定是否将SCV4控制为完全打 开，是否已经经过了发出打开命令时的预定时间周期。如果在步骤 S14处的回答是“是”，那么程序转到步骤S15。在步骤S15处，控 制器20将燃烧控制转换为正常燃烧控制(均匀理想配比燃烧)。也 就是说，在分解喷射完成的基础上，燃料喷射模式又返回到正常喷射 (通常，在吸气冲程期间)，并且点火时序点控制在MBT点。应该 注意到，在毒物释放控制期间，当具有较高优先权的燃烧控制命令出 现时暂停毒物释放控制，暂停毒物释放命令以便将控制转换为符合要 求的燃烧控制。接下来，将在下文中对毒物释放控制中的每种模式 (废气温度上升模式、废气构成模式以及正常模式)进行进一步详细 描述。\n【废气温度上升模式】\n接下来，将在下文对毒物释放控制中的每种模式(废气温度上 升模式、废气构成模式以及正常模式)的进一步细节进行描述。连同 毒物释放控制的开始(在SCV4完全关闭之后提供)，分解喷射和点 火时序延迟的进行与正常模式中的方式一样，在废气温度上升模式中 在催化剂温度升高到SOx毒物释放开始时的温度下，开始进行控 制。不同于正常模式的一点是，将压缩冲程中燃料喷射量的比率设置 为大于正常模式(接近50％)的任意百分比值(60％到70％)。\n由分解喷射导致废气温度的一种特性是随着分解比例变大，也 就是说，随着压缩冲程喷射量的比率变大，废气温度趋于升高，就象 在图5中从分解比例(在压缩冲程中喷射量的比率)和废气温度之间 的关系中所看到的那样。这是因为，随着压缩冲程中喷射量的提高， 存在于火花塞9附近的未燃燃料形成了CO和HC，并且在临近气缸 壁面处形成了贫稀空气/燃料混合物。在燃料点火之后随即的起燃间 隔期间，燃烧室7中火花塞9周围的部分空间是非常的且局部的丰 富。因此，导致了火焰传播速度减慢的减速燃烧。此外，在从中期到 后期的燃烧间隔期间，在临近气缸壁面处空气/燃料混合物变得贫 稀。这导致了进一步的减速燃烧。因为最后燃烧间隔的扩大，燃烧期 间在火花塞9周围形成的CO和HC逐渐与存在于临近气缸壁面处的 O2进行化学反应。由此促进了补燃。因而，具有大压缩冲程喷射量 比率的废气温度上升模式，允许废气温度的快速上升以及催化剂温度 Tc的上升。因此，能够缩短毒物释放时间。\n【废气构成模式】\n当催化剂温度Tc达到一定温度(第二预定值T2，例如600℃) 后，控制转换为废气构成模式，其中燃烧后废气成分中的H2(氢 气)浓度增大，改变废气组成以改善毒物释放性能。在废气构成模式 中，以与正常模式和废气温度上升模式相同的方式进行分解喷射。与 正常模式和废气温度上升模式的不同点在于：即，将点火时序设定为 提前角度方向。应该注意到，分解比例(压缩冲程期间喷射量的比 率)设定成与正常模式(大约50％)一样，而按照与废气温度上升 模式相反的方式来减少。通过图2和3可以看出，当催化剂温度Tc 达到毒物释放控制开始时的温度后，对于毒物释放性能来说由于低催 化剂温度，不能立即获得足够的控制释放量。此外，作为改善在低温 条件下的毒物释放性能的因素，在燃烧过程中实际上要增加用来还原 Sox、CO和HC的H2由此，需要增加毒物释放量。此外将能够意 识到，毒物释放性能在Sox还原期间，因O2的出现而进一步被改 善。于是即使在低催化剂温度下进行控制也能够实现足够的毒物释放 量。涉及到实际的废气特性，图4A和4B示出了在分解喷射情况下 的点火时序和H2(O2浓度)浓度之间的关系。通过图4A和4B可以 看出，考虑到点火时序的延迟角度方向(10°BTDC)通过提前点 火方向，例如25°BTDC(Before Top Dead Center，上死点中心 前)，能够使H2浓度(CO浓度)以及O2浓度加倍或者更多。因 此，在要求快速升高温度的废气温度上升模式中，将点火时序设定为 延迟角度方向。然而，在毒物释放性能方面需要进行改善，以便开始 快速升温的废气构成模式中，点火时序设定为提前角度方向。为了在 废气温度上升处理过程中改善毒物释放控制的性能，能够实现改善毒 物释放性能的废气成分。此外，O2的提供促进了氧化反应。氧化反 应的促进导致废气温度上升特性的降低由于随点火时序角度的提前使 废气容量降低而得到补偿。温度上升特性没有恶化。将在分解喷射的 情况下来描述燃烧功效。如果延迟点火时序，那么就将点火延后以减 少热量产生速率，并且减少出现的总产生热量，为了获得相同的打开 扭矩(development torque)，通过将点火时序设定为提前角度(在 实际方法中是增大节流阀的打开角度)来提高空气量。由此增加了总 的燃料喷射量，从而增加了燃烧后的废气量。因此，在分解喷射情况 下将点火时序延迟设定不能避免燃料消耗量的恶化。在废气温度上升 模式中，因点火提前角设定为延迟角度方向，从而不能忽视燃料消耗 量的恶化。由于废气温度上升是废气温度上升模式的主要目的。因而 在这点上，在废气构成模式中，可以将点火时序设定在提前角度上， 以改善燃料消耗量。此外，在废气构成模式中，与废气温度上升模式 相反，分解比例(压缩冲程期间的喷射量)的减少，在减轻燃料消耗 量的恶化方面是好方法。\n【正常模式】\n在催化剂温度Tc达到预定温度(第一预定温度(第一预定值 T1)，例如650℃)后，将控制转换为正常模式以保持催化剂温度。 在正常模式中，按照与废气温度上升模式和废气构成模式相同的方式 进行分解喷射。与废气构成模式的不同点在于，按照与废气温度上升 模式相同的方式将点火时序设定为延迟角度方向。该温度范围是如图 2所示的那样，在毒物释放性能几乎达到对废气成分产生影响的区域 中，以及如图2所示的那样，在毒物释放性能由温度进行控制的区域 中。因此，由于毒物释放性能变差，保持催化剂温度Tc是非常重要 的。由于没有要求(命令)快速升高温度，降低了废气温度上升模式 的分解比例(在压缩冲程中的燃料喷射量)，以便能够减轻燃料消耗 量的恶化，并且在另一方面，点火时序再次设定为延迟角度方向。然 而，由于出现温度上升命令不是必须的，因而不必使用分解比例的设 定值，以免出现燃料经济性的极端恶化。然而，如果燃料经济性的恶 化因压缩冲程期间的燃料喷射而减轻，那么可以降低废气温度。由 此，喷射时间设定为延迟角度方向，而不是提前角度方向，以便增加 排气容量，并且在不降低催化剂温度Tc的情况下保持排气容量。\n以平衡方式进行这一系列的控制模式，以便能够在考虑到毒物 释放性能的情况下进行毒物释放控制。最终，能够在最短的必要时间 限制下进行毒物释放控制。燃料消耗量的恶化能够减到最小。\n图9A和9B显示出，与图9A和9B的虚线所表示的对比实施 例相比，在第一个实施例中的上述毒物释放控制，能够在减少燃料恶 化的同时，缩短毒物释放时间。应该注意到，在对比实施例中，在废 气构成模式的间歇期间，点火时序不是设定为提前角度方向，而是设 定为延迟角度方向。也就是说，在第一个实施例的情况下，在废气构 成模式期间，将点火时序提前以增加废气中的H2成分，以便使此模 式期间的SOx释放量能够增加，并因此使毒物释放时间能够缩短。 在废气构成模式期间，将点火时序提前以改善发动机的输出性能。尤 其是在高发动机载荷范围期间，不会出现扭矩减少(torque hesitation，扭矩延迟)。获得相同输出扭矩的燃料喷射量也能够减 少，因此，能够缩短毒物释放时间并且抑制燃料经济性的恶化。\n根据废气净化装置的第一个实施例，实现毒物释放控制包括正 常模式以及在正常模式之前的废气构成模式，在废气构成模式中，处 理有关废气成分的发动机操作参数(或者称为运转参数)，以使废气 中的H2浓度高于正常模式。为此，在催化剂温度达到毒物释放所需 要的温度的前后，最适宜的废气成分在此前和此后形成。由此，毒物 释放性能的提高导致了毒物绎放时间缩短，以使燃料经济性的恶化减 少到最小。在此例中，当催化剂温度Tc超过第一预定值T1，将废气 构成模式转换为正常模式时，可根据本发明执行与催化剂温度Tc不同 的命令，此外，通过将毒物释放性能稳定时的温度设定为第一预定值 T1，可以实现从废气构成模式到正常模式的最佳模式转换。\n此外，根据第一个实施例的废气净化装置，废气构成模式中的 点火时序设定为比正常模式中更为提前的角度方向。由此，增加了废 气中的H2浓度，以便能够显著地改善毒物释放性能。\n此外，根据废气净化装置的第一个实施例，在毒物释放控制期 间，将经由直接点火的燃料喷射阀(燃料喷射器8)的燃料喷射分解 为吸气冲程喷射和压缩冲程喷射，以使废气温度快速上升到毒物释放 所需要的温度。此外，在分解喷射中的总空气-燃料比基本上为理想 空气-燃料比。由此抑制了燃料消耗量的恶化。此外，在第一个实施 例中，毒物释放控制以进一步包括在废气构成模式之前的废气温度上 升模式的方式进行。在废气温度上升模式中，燃料喷射量的比例大于 正常模式(以及废气构成模式)，以改善废气温度上升模式中的温度 上升效率。此外，废气温度上升模式中的压缩冲程喷射比例大于废气 构成模式，小于废气构成模式。由此，能够抑制废气构成模式中燃料 消耗量的恶化。\n此外，在本发明废气净化装置的第一个实施例中，将废气温度 上升模式中的点火时序设定为比废气构成模式中更延迟的角度方向， 以改善废气温度上升模式中的温度上升效率。在优选的实施例中，当 催化剂温度Tc超出第二预定值T2时，模式从废气温度上升模式转 换为废气构成模式。由此，废气净化装置能够执行不同的命令中。此 外，由于将第二预定值设定为毒物释放开始时的温度，因而能够实现 最佳模式转换。\n根据废气净化装置的第一个实施例，在废气温度上升模式中的 分解喷射中，压缩冲程中的燃料喷射量吸气冲程中的燃料喷射量。 因此，能够抑制燃料消耗量的恶化。\n此外，在本发明废气净化装置的第一个实施例中，在废气构成 模式压缩冲程中的喷射比例小于废气温度上升模式，并且废气构成模 式中的点火时序比废气温度上升模式更为提前。或者，在废气构成模 式中压缩冲程中的喷射比例等于正常模式，并且废气构成模式中的点 火时序，比正常模式更为提前。从而，在废气构成模式中抑制燃料消 耗量恶化的同时改善了毒物释放性能。\n下面将参考图10中的流程以及参考图11A到11G的整体时间 表来说明在本发明废气净化装置的第二优选实施例中执行的毒物释放 控制。第二实施例中废气净化装置的结构，与所述第一实施例中的废 气净化装置的结构一样。因此，下面仅描述与第一实施例的不同点。 这也同样适用于将在后文描述的第三和第四优选实施例。\n在第二实施例中的废气构成模式的步骤S8处(参考图10)，将 燃料喷射分解成吸气冲程中的喷射和压缩冲程中的喷射，并且分解比 例(压缩冲程中的喷射的比率)设定为大于50％，例如，设定为60 ％到70％，且压缩冲程中的燃料喷射量＞吸气冲程中的燃料喷射量。 然后，将点火时序大幅度的提前。也就是说，在第二个实施例的废气 构成模式中，按照与废气温度上升模式相同的方式，将压缩冲程中喷 射量的比例设定的较大。由此，废气中H2的浓度如图6所示的那样 增加。点火时序设定为提前角度方向导致H2浓度增加(参考图4A 和4B)。H2浓度更大程度的增加，旨在进一步改善毒物释放性能 (参考图2)。在第二个实施例中，与废气温度上升模式相同，废气 构成模式中压缩冲程期间的喷射量比例大于正常模式中。因此，在废 气构成模式中进一步加深了增大H2浓度的影响，并且能够更大程度 的改善毒物释放性能。\n接下来，将参考图12所示的流程和图13A至13G所示的时间 表来描述废气净化装置的第三个实施例中执行的毒物释放控制。在第 三个实施例中，只有步骤S8处的废气构成模式控制不同于第一个实 施例。在第三个实施例中所述的步骤S8处的废气构成模式中(参考 图12)，总空气-燃料比是丰富的(λ＞1)，将燃料喷射分解为吸 气冲程中的喷射以及压缩冲程中的喷射，并且将分解比例(压缩冲程 中的喷射量比率)设定为50％。这就意味着在压缩冲程中的燃料喷 射量等于吸气冲程中的燃料喷射量。而后，将点火时序大幅度的提 前。换句话说，在废气净化装置第三个实施例的废气构成模式中，空 气-燃料比是丰富的，并且点火时序设定为提前角度方向。加之废气 中的CO增加，H2浓度也增加，因而能够进一步改善毒物释放性 能。在第三个实施例中，废气构成模式中的总空气-燃料比与正常模 式或者废气温度上升模式更为丰富。在废气构成模式中对增加H2浓 度的影响更高，以进一步改善毒物释放性能。\n接下来，图14和图15A至15G示出了在本发明废气净化装置 第四个实施例中执行的毒物释放控制操作流程和时间表。第四个实施 例与第一个实施例的不同仅仅在于图14中步骤S8处的废气构成模式 的控制。在第四个实施例中(参考图14)，在废气构成模式的步骤 S8处，在总空气-燃料比保持在理想空气-燃料比(λ＝1)的同 时，将燃料喷射分解为吸气冲程喷射和压缩冲程喷射，并且分解比例 (在压缩冲程中的喷射量比率)为50％。由此，在压缩冲程中的喷 射量等于吸气冲程中的喷射量。然后，点火时序设定为大幅度提前方 向。此外，压缩冲程中的燃料喷射时间设定为提前角度方向。在第四 个实施例的废气构成模式中，点火时序设定为更为提前的角度方向， 并且压缩冲程中的燃料喷射起始时间设定为提前角度方向。连同废气 中CO浓度增加，氢气(H2)浓度也增加。因此，进一步改善了毒物 释放性能。对于本发明废气净化装置的第四个实施例，压缩冲程中的 燃料喷射时间与废气温度上升模式和正常模式相比，设定为更为提前 的角度方向。在废气构成模式中加深了增加H2浓度的影响。因此进 一步改善了毒物释放性能。对于本发明废气净化装置的第四个实施 例，压缩冲程中的燃料喷射时间与废气温度上升模式和正常模式相 比，设定为更为提前的角度方向。废气构成模式中显著改善了增加 H2浓度的影响。并且能够进一步改善毒物释放性能。应该注意到， 在此说明书中，术语排气和废气具有相同的含义。\n日本专利申请号2002-225239(2002年8月1日提交)的全部内 容在此一并作为参考。本发明的保护范围由之后的权利要求来限定。