CN101466927A - 用于内燃机的排气净化设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于内燃机的排气净化设备。该设备包括第一气缸组；第二气缸组；排气通道，其具有连接到第一气缸组的第一分支通道和连接到第二气缸组的第二分支通道；连通通道，其将第一分支通道与第二分支通道彼此连接；排气净化装置，其设置在排气通道中并且位于连接到连通通道的位置的下游；以及排气流控制装置，其用于控制排气流以使在预定的排气流切换条件成立时，从第一气缸组和第二气缸组中的一个排出的排气通过连通通道被引入连接到另一气缸组的分支通道中，其中连通通道的流道横截面比第一分支通道和第二分支通道的流道横截面小，并且连通通道设置有用于从排气净化装置的上游向排气添加燃料的燃料添加阀。

Description

用于内燃机的排气净化设备
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气净化设备，其具有两个气缸组，不同的排气通道连接到两个气缸组，并且两个气缸组的排气通道通过连通通道彼此连接。
背景技术
已知有一种V型内燃机，其中不同的排气通道连接到各列的气缸组，并且排气通道通过连通通道彼此连通(参见公开号为5-106449的日本专利申请)。
作为一种用于内燃机的排气净化设备，已知有一种诸如存储还原型NOx催化剂的再生式排气净化催化剂。通过将燃料添加到排气、利用燃料使排气的空燃比比理论空燃比浓以及将排气净化催化剂的温度加热到用于恢复处理的目标温度来实现排气净化催化剂的恢复处理。通过将燃料从燃料添加阀喷射到排气中来将燃料添加到排气。当排气的流速在燃料喷射时低时，燃料难以被分散在排气中，这样，燃料在到达排气净化催化剂之前可能没有被充分地雾化。
因此，本发明的目的是提供一种能够促进燃料分散到排气中以及促进燃料雾化的用于内燃机的排气净化设备。
发明内容
以上问题通过根据本发明的用于内燃机的排气净化设备来解决，该设备包括第一气缸组；第二气缸组；排气通道，其具有连接到第一气缸组的第一分支通道和连接到第二气缸组的第二分支通道；连通通道，其将第一分支通道与第二分支通道彼此连接；排气净化装置，其设置在排气通道中并且位于连接到连通通道的位置的下游；以及排气流控制装置，其用于控制排气流以使在预定的排气流切换条件成立时从第一气缸组和第二气缸组中的一个排出的排气通过连通通道被引入连接到另一气缸组的分支通道中，其中连通通道的流道横截面比第一分支通道和第二分支通道的流道横截面小，并且连通通道设置有将燃料添加到排气的燃料添加阀。
由于连通通道的流道横截面比第一分支通道和第二分支通道的流道横截面小，因此如果排气的流量相同，则连通通道中的排气的流速变得高于排气通道中的排气的流速。因为在本发明的排气净化设备中，连通通道设置有燃料添加阀，所以可以将燃料添加到具有高流速的排气。因此，可以促进燃料分散到排气中以及促进燃料的雾化。
本发明的排气净化设备进一步包括第一涡轮增压器，其涡轮机设置在第一分支通道中，以及第二涡轮增压器，其涡轮机设置在第二分支通道中，其中连通通道可以将从第一涡轮增压器的涡轮机起的第一分支通道的上游段与从第二涡轮增压器的涡轮机起的第二分支通道的上游段彼此连接。在该情况下，已经通过连通通道的排气被引入第一涡轮增压器或第二涡轮增压器的涡轮机中。因此，当燃料从燃料添加阀被添加到排气时，燃料和排气能够通过第一涡轮增压器或第二涡轮增压器的涡轮机来搅拌。这样，可以进一步促进燃料分散到排气中以及促进燃料的雾化。
在本发明的排气净化设备中，排气流控制装置控制排气流以使在预定的排气流切换条件成立时从第一气缸组排出的排气通过连通通道被引入第二分支通道中，并且连通通道可以设置有位置比燃料添加阀更靠近第一分支通道的排气净化催化剂。在该情况下，因为排气中的粒状物质(PM)能够被排气净化催化剂除去，所以可以阻止PM附着到燃料添加阀上。因此，可以抑制燃料添加阀的喷射口的阻塞，这样能够从燃料添加阀适当地喷射被添加到排气的燃料量。
在本发明的排气净化设备中，排气流控制装置控制排气流以使在预定的排气流切换条件成立时从第一气缸组排出的排气通过连通通道被引入第二分支通道中，并且用于将排气的一部分返回到内燃机的进气***中的EGR通道可以连接到从第一分支通道与连通通道彼此连接的位置起的第一分支通道的上游段。如果EGR通道连接到所述段，则可以阻止从燃料添加阀添加的燃料流入进气***。
本发明的另一种排气净化设备包括第一气缸组；第二气缸组；排气通道，其具有连接到第一气缸组的第一分支通道和连接到第二气缸组的第二分支通道；连通通道，其将第一分支通道与第二分支通道彼此连接；排气净化装置，其设置在排气通道中并且位于连接到连通通道的位置的下游，以及排气流控制装置，其用于控制在第一分支通道中的排气流以使在预定的排气流切换条件成立时从第一气缸组排出的排气通过连通通道被引入第二分支通道中，其中连通通道设置有从排气净化装置的上游添加燃料的燃料添加阀，并且将排气的一部分返回到内燃机的进气***中的EGR通道连接到从第一分支通道与连通通道彼此连接的位置起的第一分支通道的上游段。
如果EGR通道连接到燃料添加阀附近，则从燃料添加阀添加到排气的燃料可能通过EGR通道流入内燃机的进气***中。根据本发明的另一种排气净化设备，EGR通道连接到当从第一气缸组排出的排气被排气流控制装置控制以通过连通通道流入第二分支通道中时变为燃料添加阀的上游侧的位置。因此，即使当从燃料添加阀添加燃料时，也可以阻止燃料流入EGR通道中。这样，可以阻止燃料流入进气***中。
如上所说明的，根据本发明，由于燃料添加阀设置在具有比排气通道中的排气的流速更高的排气流速的连通通道中，因此可以促进燃料分散到排气中以及促进燃料的雾化。
附图说明
图1为示出了用于包括根据本发明的排气净化设备的内燃机的一个实施例的图；以及
图2为示出了用于包括根据本发明的排气净化设备的内燃机的另一个实施例的图。
附图标记的简要描述
1 内燃机
3 气缸
5 排气通道
10 主涡轮增压器
10b 涡轮机
11 副涡轮增压器
11b 涡轮机
12L 排气分支通道(第一分支通道)
12R 排气分支通道(第二分支通道)
14 连通通道
16 排气开关阀(排气流控制装置)
17 排气净化单元(排气净化装置)
20 EGR通道
30 排气净化催化剂
31 燃料添加阀
具体实施方式
图1示出了用于包括根据本发明的排气净化设备的内燃机的一个实施例。如图1所示，内燃机为左列2L和右列2R分别具有三个气缸3的六缸V型柴油发动机1。发动机1作为驱动动力源安装在诸如汽车的车辆中。在发动机1中，左列2L上的气缸3构成一个气缸组，而右列2R上的气缸3构成另一个气缸组。
发动机1包括用于把进气引入气缸3中的进气通道4、用于把从气缸3排出的排气引到预定的排气位置的排气通道5、主涡轮增压器10以及副涡轮增压器11。进气通道4包括与左列2L和右列2R对应设置的分支进气通道6L和6R，以及分支进气通道6L和6R合并而成的合并进气通道7。与左列2L相对应的分支进气通道6L设置有输出与进气量相对应的信号的空气流量计8，以及副涡轮增压器11的压缩机11a。与右列2R相对应的分支进气通道6R设置有另一个空气流量计8以及主涡轮增压器10的压缩机10a。合并进气通道7设置有用于调节进气量的进气节流阀9。
排气通道5包括作为连接到左列2L上的气缸3的第一分支通道的排气分支通道12L、作为连接到右列2R上的气缸3的第二分支通道的排气分支通道12R、排气分支通道12L和12R合并而成的合并排气通道13以及连通通道14。在下文中，左列2L的排气分支通道12L也将称为左排气分支通道，而右列2R的排气分支通道12R也将称为右排气分支通道。通过连通通道14，形成左排气分支通道12L的一部分的排气歧管15L与形成右排气分支通道12R的一部分的排气歧管15R彼此连通。连通通道14的流道横截面比排气分支通道12L和12R以及合并排气通道13的流道横截面小。因此，连通通道14中的排气的流速比排气分支通道12L和12R以及合并排气通道13中的排气的流速高。如图1所示，左排气分支通道12L设置有副涡轮增压器11的涡轮机11b以及打开和关闭左排气分支通道12L的排气开关阀16。右排气分支通道12R设置有主涡轮增压器10的涡轮机10b。在排气分支通道12L和12R分别设置有涡轮增压器10和11的涡轮机10b和11b的结构中，本发明的第一涡轮增压器与副涡轮增压器11相对应，而第二涡轮增压器与主涡轮增压器10相对应。合并排气通道13设置有作为排气净化装置的排气净化单元17，其中在捕集排气中的PM的过滤器基材上支撑有存储还原型NOx催化剂。
左排气分支通道12L和合并进气通道7通过EGR通道20彼此连接。EGR通道20设置有EGR冷却器21和EGR阀22。EGR通道20连接到左列2L的排气歧管15L。如图1所示，在离第一分支通道与连通通道14彼此连接的位置最远的位置处设置了EGR通道20的排气输出口20a。
连通通道14设置有排气净化催化剂30，以及将燃料添加到排气的燃料添加阀31。如图1所示，排气净化催化剂30布置为比燃料添加阀31更靠近左排气分支通道12L。排气净化催化剂30设置有诸如能够除去排气中的PM的氧化催化剂的催化剂。
接下来，将对排气开关阀16的控制进行说明。排气开关阀16根据发动机1的转数来控制。当发动机1的转数在低转数范围内时，关闭排气开关阀16和进气开关阀32。在该情况下，从左列2L的气缸3排出的排气通过连通通道14被引入右列2R的排气歧管15R中。从右列2R的气缸3排出的排气也被引入排气歧管15R中。排气通过主涡轮增压器10的涡轮机10b和排气净化单元17排出。因此，在低转数范围内，发动机1仅被主涡轮增压器10增压。当发动机1的转数在设定为比低转数范围高的高转数范围内时，打开排气开关阀16和进气开关阀32。在该情况下，由于左列2L的排气歧管15L与右列2R的排气歧管15R之间的压力差几乎变为零，因此从左列2L的气缸3排出的排气通过左排气分支通道12L被引入合并排气通道13中，而从右列2R的气缸3排出的排气通过右排气分支通道12R被引入合并排气通道13中。在该情况下，副涡轮增压器11的涡轮机11b由通过左排气分支通道12L的排气来驱动，而主涡轮增压器10的涡轮机10b由通过右排气分支通道12R的排气来驱动。因此，当发动机1的转数在高转数范围内时，发动机1通过主涡轮增压器10和副涡轮增压器11两者来增压。通过以该方式控制涡轮增压器10和11，发动机1起到所谓的双向的双涡轮发动机的作用。通过以该方式切换排气流，发动机1的转数在低转数范围内的情况与本发明的预定的排气流切换条件成立的情况相对应，并且排气开关阀16起到本发明的排气流控制装置的作用。
接下来，将对设置在排气净化单元17中的存储还原型NOx催化剂(下面略称为NOx催化剂)进行说明。当排气空燃比比理论空燃比稀时，NOx催化剂存储NOx，而当排气空燃比等于或浓于理论空燃比时，NOx催化剂释放存储的NOx并且将NOx原成氮气(N2)。NOx催化剂中可存储的NOx量具有上限。因此，NOx催化剂的排气净化性能通过每隔预定间隔执行NOx还原来维持在高水准，在NOx还原中，NOx从NOx催化剂被释放并且被还原成N2以使存储的NOx量不达到上限。此外，排气中包括的硫氧化物(SOx)使NOx催化剂中毒。因此，执行S-恢复，其中NOx催化剂被加热到硫(S)从NOx催化剂释放的温度范围，并且排气的空燃比被设定为等于或浓于理论空燃比以使NOx催化剂的功能从硫中毒中恢复。此外，执行PM-恢复，其中NOx催化剂被加热到PM被氧化和除去的温度范围以使附着到NOx催化剂的PM被除去。下面，NOx还原、S-恢复以及PM-恢复的组合还可以称为功能恢复处理。
在本发明中，存储还原型NOx催化剂可以为能够保持NOx的催化剂，并且NOx的保持不被术语“存储”局限于吸收和吸附的模式中的一个。包含有由SOx引起的任何类型的中毒。此外，包含有任何类型的NOx和SOx的释放。
通过将燃料从燃料添加阀31添加到排气、利用添加的燃料使排气的空燃比比理论空燃比浓以及将排气净化单元17的温度加热到用于功能恢复处理的目标温度，来执行功能恢复处理。涉及NOx催化剂的功能恢复处理的控制方法，例如当功能恢复处理被执行时的时刻或将要在排气中添加的燃料量的控制可能与传统控制方法的相同。因此，其详细的说明将被省略。然而，由于连通通道14设置有图1中所示的发动机1中的燃料添加阀31，因此，当排气通过连通通道14时，即当发动机1的转数在低转数范围内以及排气开关阀16和进气开关阀32关闭时，燃料从燃料添加阀31被添加。
如上所说明的，在图1中的发动机1中，连通通道14的流道横截面比排气分支通道12L和12R以及合并排气通道13的流道横截面小，并且连通通道14具有燃料添加阀31。因此，燃料能够添加到具有高流速的排气。这能够促进燃料分散到排气中以及燃料的雾化。排气开关阀16关闭的低转数范围一般被设定为使得低转数范围和当发动机1正常运行时的转数范围重叠。因此，即使在燃料添加阀31设置在连通通道14中的情况下，在必要时也能够执行NOx催化剂的功能恢复处理。
通过连通通道14，从主涡轮增压器10的涡轮机10b起的排气分支通道12R的上游段与从副涡轮增压器11的涡轮机11b起的排气分支通道12L的上游段彼此连通。因此，可以将包括燃料的排气引入涡轮机10b中，并且排气能够通过涡轮机10b来搅拌。因此，这能够进一步促进燃料分散到排气中以及燃料的雾化。
连通通道14设置有位置比燃料添加阀31更靠近左列2L的排气歧管15L的排气净化催化剂30。因此，当排气开关阀16关闭并且左列2L的气缸3中的排气通过连通通道14被引入排气分支通道12R中时，排气中的PM等等能够被排气净化催化剂30除去。这样，可以阻止PM附着到燃料添加阀31上，抑制燃料添加阀31的喷射口的阻塞，以及抑制将从燃料添加阀31被喷射的燃料量的减少。
在发动机1中，在左列2L的排气歧管15L上离第一分支通道与连通通道14彼此连接的位置最远的位置处，设置有EGR通道20的排气输出口20a。当排气开关阀16关闭时，左列2L的排气歧管15L就排气流而言位于燃料添加阀31的上游。因此，这能够阻止从燃料添加阀31添加的燃料流入排气歧管15L中。这样，可以阻止燃料流入进气***中。
接下来，将参考图2对包括本发明的排气净化设备的内燃机的另一个实施例进行说明。在图2中，与图1中的元件相同的元件用相同的附图标记来表示，并且其描述将被省略。该实施例与前面的实施例不同之处在于不包括涡轮增压器，并且为左排气分支通道12L和右排气分支通道12R中的每一个设置排气开关阀16和排气净化单元17。在下文中，设置在左排气分支通道12L中的排气开关阀16和排气净化单元17可以称为左排气开关阀16L和左排气净化单元17L，而设置在右排气分支通道12R中的排气开关阀16和排气净化单元17可以称为右排气开关阀16R和右排气净化单元17R。
在图2中示出的发动机1中，控制两个排气开关阀16L和16R以使它们中的一个在另一个关闭时打开。通过以该方式控制排气开关阀16L和16R，从发动机1的气缸3排出的排气能够选择性地引入两个排气净化单元17L和17R中的任何一个。例如，当左排气开关阀16L关闭时，右排气开关阀16R打开。在该情况下，从发动机1的气缸3排出的排气被引入右排气净化单元17中并且被净化。排气开关阀16L和16R的打开/关闭状态每隔预定间隔被切换。例如，切换排气开关阀16L和16R的状态，以使排气被引入其中的排气净化单元17在应该为迄今为止一直在净化排气的排气净化单元17执行功能恢复处理时的时刻被改变。
在图2中示出的发动机1中，通过连通通道14，从左排气净化单元17L起的左排气分支通道12L的上游段与从右排气净化单元17R起的右排气分支通道12R的上游段彼此连通。在该实施例中，连通通道14的流道横截面同样比排气分支通道12L和12R的流道横截面小。燃料添加阀31设置在连通通道14中。
此外，在图2中示出的发动机1中，由于燃料添加阀31设置在具有比排气分支通道12L和12R的流道横截面小的流道横截面的连通通道14中，因此燃料能够添加到具有更高流速的排气。这能够促进燃料分散到排气中以及燃料的雾化。
本发明不局限于上述实施例，并且本发明能够以各种模式来执行。例如，本发明不局限于柴油发动机，并且可以被应用于利用汽油或其它燃料的各种内燃机。本发明可以应用于排气通道连接到两个气缸组并且排气通道通过连通通道彼此连通的各种发动机。除V型发动机以外，本发明还可以应用于直列式发动机。
作为排气净化装置而设置的排气净化单元不局限于过滤器基材支撑存储还原型NOx催化剂的单元。例如，其中承载体支撑存储还原型NOx催化剂的排气净化催化剂可以作为排气净化单元而设置。可选择地，可以仅提供捕集PM的过滤器基材。即使当这些作为排气净化单元而设置时，也可以设置燃料添加阀以用于每隔预定间隔将燃料添加到排气。这样，当应用本发明时，可以促进燃料的雾化。

Claims (5)

1、一种用于内燃机的排气净化设备，包括：
第一气缸组；
第二气缸组；
排气通道，其具有连接到所述第一气缸组的第一分支通道和连接到所述第二气缸组的第二分支通道；
连通通道，其将所述第一分支通道与所述第二分支通道彼此连接；
排气净化装置，其设置在所述排气通道中并且位于连接到所述连通通道的位置的下游；以及
排气流控制装置，其用于控制排气流以使在预定的排气流切换条件成立时，从所述第一气缸组和所述第二气缸组中的一个排出的排气通过所述连通通道被引入连接到另一气缸组的分支通道中，其中
所述连通通道的流道横截面比所述第一分支通道和所述第二分支通道的流道横截面小，并且
所述连通通道设置有从所述排气净化装置的上游添加燃料的燃料添加阀。
2、根据权利要求1所述的排气净化设备，进一步包括：
第一涡轮增压器，其涡轮机设置在所述第一分支通道中；以及
第二涡轮增压器，其涡轮机设置在所述第二分支通道中，其中
所述连通通道将从所述第一涡轮增压器的所述涡轮机起的所述第一分支通道的上游段与从所述第二涡轮增压器的所述涡轮机起的所述第二分支通道的上游段彼此连接。
3、根据权利要求1或2所述的排气净化设备，其中
所述排气流控制装置控制排气流以使在所述预定的排气流切换条件成立时，从所述第一气缸组排出的排气通过所述连通通道被引入所述第二分支通道中，并且
所述连通通道设置有位置比所述燃料添加阀更靠近所述第一分支通道的排气净化催化剂。
4、根据权利要求1到3中任一项所述的排气净化设备，其中
所述排气流控制装置控制排气流以使在所述预定的排气流切换条件成立时，从所述第一气缸组排出的排气通过所述连通通道被引入所述第二分支通道中，并且
用于将排气的一部分返回到所述内燃机的进气***中的EGR通道连接到从所述第一分支通道与所述连通通道彼此连接的位置起的所述第一分支通道的上游段。
5、一种用于内燃机的排气净化设备，包括：
第一气缸组；
第二气缸组；
排气通道，其具有连接到所述第一气缸组的第一分支通道和连接到所述第二气缸组的第二分支通道；
连通通道，其将所述第一分支通道与所述第二分支通道彼此连接；
排气净化装置，其设置在所述排气通道中并且位于连接到所述连通通道的位置的下游；以及
排气流控制装置，其用于控制在所述第一分支通道中的排气流以使在预定的排气流切换条件成立时，从所述第一气缸组排出的排气通过所述连通通道被引入所述第二分支通道中，其中
所述连通通道设置有从所述排气净化装置的上游添加燃料的燃料添加阀，并且
用于将排气的一部分返回到所述内燃机的进气***中的EGR通道连接到从所述第一分支通道与所述连通通道彼此连接的位置起的所述第一分支通道的上游段。
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