專利名稱：內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，特別是涉及在排氣通路內(nèi)的排氣處理裝置的上游側(cè)設(shè)置有用于使排氣溫度升溫的燃燒裝置的內(nèi)燃機。
背景技術(shù)：
存在如下情況在內(nèi)燃機的排氣通路中，在排氣處理裝置(催化劑等)的上游側(cè)設(shè)置有燃燒裝置，利用由燃燒裝置生成的加熱氣體使排氣溫度升溫，對排氣處理裝置進行加熱，從而促進排氣處理裝置的暖機。在專利文獻I中公開了ー種催化劑升溫裝置，該催化劑升溫裝置具備噴射燃料的添加閥和具有用于使噴射燃料點火的發(fā)熱部的點火単元。添加閥和點火単元配設(shè)在從添加閥噴射的燃料與發(fā)熱部直接接觸的位置。這樣，上述燃燒裝置典型來說是利用適當(dāng)?shù)狞c火 単元對噴射到排氣通路內(nèi)的燃料進行點火而使其燃燒的燃燒裝置。然而，燃燒裝置的點火性能具有當(dāng)通過該燃燒裝置的廢氣流量増大到規(guī)定值以上時點火性能降低的傾向。其原因在于當(dāng)廢氣流量大時，點火単元的氣氛氣體溫度降低，以及氣體流速變快，即使進行點火，火種也會消失。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的ー個目的在于提供一種即使在通過燃燒裝置的廢氣流量增大時也能夠確保充分的點火性能的內(nèi)燃機。專利文獻I日本特開2006-112401號公報根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，提供一種內(nèi)燃機，其特征在于，具備設(shè)置于排氣通路的排氣處理裝置；燃燒裝置，該燃燒裝置設(shè)置于上述排氣處理裝置的上游側(cè)，用于使排氣溫度升溫;可變機構(gòu)，該可變機構(gòu)用于使排氣門的配氣相位正時變化；以及控制單元，該控制單元對上述可變機構(gòu)進行控制，使得當(dāng)通過上述燃燒裝置的廢氣流量為規(guī)定值以上時，在膨脹行程中途的活塞下降過程中上述排氣門打開。如果在膨脹行程中途的活塞下降過程中使排氣門打開，則能夠?qū)⒋藭r存在于燃燒室內(nèi)的高溫的廢氣或者燃燒氣體送入燃燒裝置，能夠使燃燒裝置的氣氛氣體溫度上升。因此，即使在廢氣流量増大到規(guī)定值以上時也能夠確保充分的點火性能。優(yōu)選上述內(nèi)燃機還具備檢測單元，該檢測單元檢測作為上述廢氣流量的代用值的進氣量，上述控制單元對上述可變機構(gòu)進行控制，使得當(dāng)由上述檢測單元檢測出的進氣量為規(guī)定值以上時，在膨脹行程中途的活塞下降過程中上述排氣門打開。優(yōu)選上述燃燒裝置包括燃料添加閥、點火單元以及前處理催化轉(zhuǎn)換器。


圖I是本發(fā)明的實施方式的概略圖。圖2是表示燃燒裝置的縱剖側(cè)視圖。圖3是從上游側(cè)觀察燃燒裝置時的縱剖主視圖。圖4是表示排氣門的打開時的樣子的概略圖。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細(xì)說明。不過，本發(fā)明的實施方式并不限定于下述的各方式，必須注意，本發(fā)明包括由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的思想所包含的所有的變形例和應(yīng)用例。實施方式所記載的構(gòu)成要素的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對配置等，只有沒有特意地確定記載，則并非意圖將發(fā)明的技術(shù)范圍僅限于此。 圖I示出實施方式的發(fā)動機主體I及其進排氣系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)。發(fā)動機主體I是車載的四沖程柴油發(fā)送機。在發(fā)動機主體I連接有進氣管2以及排氣管3 (排氣通路)。在進氣管2的中途設(shè)置有輸出與在進氣管2內(nèi)流通的進氣的流量對應(yīng)的信號的空氣流量計4。利用該空氣流量計4來檢測每単位時間流入發(fā)動機主體I的進氣量(即進氣流量)。另外，發(fā)動機主體I具有多個氣缸，在各氣缸設(shè)置有缸內(nèi)燃料噴射閥9，但在圖I中僅示出單ー的缸內(nèi)燃料噴射閥9。排氣管3的末端與未圖示的消音器連接，通過消音器的出口朝大氣敞開。在排氣管3的中途從上游側(cè)開始依次串聯(lián)配置有氧化催化轉(zhuǎn)換器6以及NOx催化轉(zhuǎn)換器26。氧化催化轉(zhuǎn)換器6使HC、CO等未燃成分與O2反應(yīng)而成為CO、CO2, H2O等。作為催化劑物質(zhì)例如能夠使用 Pt/Ce02、Mn/Ce02、Fe/Ce02、Ni/Ce02、Cu/Ce02 等。NOx催化轉(zhuǎn)換器26優(yōu)選由吸留還原型NOx催化轉(zhuǎn)換器(NSR : NOxStorageReduction)構(gòu)成。NOx催化轉(zhuǎn)換器26具有當(dāng)流入的排氣的氧濃度高時吸留排氣中的N0X、當(dāng)流入的排氣的氧濃度低且存在還原成分(例如燃料等)時對所吸留的NOx進行還原的功能。NOx催化轉(zhuǎn)換器26構(gòu)成為在由氧化鋁Al2O3等氧化物形成的基體表面擔(dān)載有作為催化劑成分的鉬Pt這樣的貴金屬以及NOx吸收成分。NOx吸收成分例如包含選自鉀K、鈉Na、鋰Li、銫Cs這樣的堿金屬；鋇Ba、鈣Ca這樣的堿土類金屬；鑭La、釔Y這樣的稀土類中的至少ー個。另外，NOx催化轉(zhuǎn)換器26也可以是選擇還原型NOx催化轉(zhuǎn)換器(SCR SelectiveCatalyticReduction)。除了上述氧化催化轉(zhuǎn)換器6和NOx催化轉(zhuǎn)換器26之外，還可以設(shè)置有用于捕集排氣中的煤等微粒(PM、顆粒)的顆粒過濾器(DPF)。優(yōu)選DPF是擔(dān)載有由貴金屬形成的催化齊IJ，將捕集到的微粒連續(xù)地氧化燃燒的連續(xù)再生式的顆粒過濾器。優(yōu)選DPF至少位于氧化催化轉(zhuǎn)換器6的下游側(cè)，且配置在NOx催化轉(zhuǎn)換器26的上游側(cè)或者下游側(cè)。另外，在火花點火式內(nèi)燃機的情況下，優(yōu)選在排氣通路設(shè)置有三元催化劑。上述氧化催化轉(zhuǎn)換器6、NOjJt化轉(zhuǎn)換器26、DPF以及三元催化劑相當(dāng)于本發(fā)明的排氣處理裝置。在排氣管3的位于氧化催化轉(zhuǎn)換器6的上游側(cè)的位置配置有燃燒裝置30。燃燒裝置30包括燃料添加閥7、作為點火単元的電熱塞21、以及前處理催化轉(zhuǎn)換器8。燃燒裝置30配置在比與發(fā)動機主體I連接的排氣歧管(未圖示)的集合部靠下游側(cè)的位置。如在圖2和圖3中詳細(xì)示出的那樣，燃料添加閥7能夠向排氣中添加液體燃料(輕油)。燃料添加閥7具有單ー的噴孔7a。噴孔7a的中心軸包括橫切排氣管3的方向的分量，且朝向排氣管3的下游向斜下方傾斜。另外，噴孔可以是多個。在排氣管3的位于燃料添加閥7與氧化催化轉(zhuǎn)換器6之間的部分，設(shè)置有對從燃料添加閥7噴射來的燃料進行重整的前處理催化轉(zhuǎn)換器8。該前處理催化轉(zhuǎn)換器8例如能夠構(gòu)成為在沸石制的載體擔(dān)載有銠等的氧化催化轉(zhuǎn)換器。當(dāng)向前處理催化轉(zhuǎn)換器8供給燃料時，如果此時前處理催化轉(zhuǎn)換器8活性化的話，則在前處理催化轉(zhuǎn)換器8內(nèi)燃料被氧化，利用此時產(chǎn)生的氧化反應(yīng)熱使前處理催化轉(zhuǎn)換器8升溫。因此，能夠使通過前處理催化轉(zhuǎn)換器8的廢氣升溫。并且，當(dāng)前處理催化轉(zhuǎn)換器8的溫度變高時，燃料中的碳數(shù)多的烴分解而生成碳數(shù)少且反應(yīng)性高的烴，由此將燃料重整成反應(yīng)性高的燃料。換言之,前處理催化轉(zhuǎn)換器8 —方面構(gòu)成急速發(fā)熱的急速發(fā)熱器,另一方面構(gòu)成排出重整后的燃料的重整燃料排出器。并且，從燃料添加閥7供給的燃料的一部分或者全 部由電熱塞21點火，由此也促進廢氣的升溫。前處理催化轉(zhuǎn)換器8的外徑比排氣管3的內(nèi)徑小，當(dāng)前處理催化轉(zhuǎn)換器8被收納于排氣管3時，排氣能夠通過前處理催化轉(zhuǎn)換器8的外周面與排氣管3的內(nèi)周面之間的間隙亦即催化劑迂回通路3a。前處理催化轉(zhuǎn)換器8是各個単元從上游朝下游連通的所謂的直流型催化轉(zhuǎn)換器。前處理催化轉(zhuǎn)換器8配置在近似圓筒狀的外框8a內(nèi)，該外框8a由近似放射狀地配置的多個支柱8b支承在排氣管3內(nèi)。前處理催化轉(zhuǎn)換器8遍及除支柱Sb的安裝部以外的實質(zhì)上整周都由催化劑迂回通路3a包圍。排氣管3形成為近似圓筒形狀。前處理催化轉(zhuǎn)換器8的排氣流動方向的軸心比排氣管3的排氣流動方向的軸心偏向圖中下方。因此，對于上述的催化劑迂回通路3a，在圖中上側(cè)形成寬廣的寬廣側(cè)迂回通路3b，在下側(cè)形成狹窄的狹小側(cè)迂回通路3c。電熱塞21以其發(fā)熱部21a位于比燃料添加閥7靠下游側(cè)且比前處理催化轉(zhuǎn)換器8靠上游側(cè)的位置的方式設(shè)置。電熱塞21經(jīng)由未圖示的升壓回路與車載直流電源連接，在被通電時發(fā)熱部21a發(fā)熱。能夠利用由發(fā)熱部21a產(chǎn)生的熱對從燃料添加閥7供給的燃料進行點火而產(chǎn)生火焰F。電熱塞21的軸心朝向排氣管3的上游傾斜，但例如也能夠以使電熱塞21的軸心與流動方向正交、或者與后述的碰撞板20的長度方向平行的方式配置等，能夠以任意的姿態(tài)配置。另外，作為點火単元，能夠使用陶瓷加熱器、火花塞等其他裝置、特別是能夠使用電熱式或者火花點火式的裝置。收納前處理催化轉(zhuǎn)換器8的外框8a的前端部的下部成為朝向上游側(cè)突出的檐溝狀的突出部Sc。在突出部Sc的前端部(上游端部)且是上端部固定有由平板構(gòu)成的碰撞板20。碰撞板20位于比排氣管3的軸心靠下側(cè)的位置，且以下游端比上游端靠下側(cè)的方式稍微傾斜。碰撞板20能夠由SUS等耐熱性以及耐沖擊性優(yōu)異的材料形成。燃料添加閥7朝碰撞板20向斜后下方噴射燃料。燃料添加閥7的噴孔7a的中心軸朝向碰撞板20的上表面的中心20a。從燃料添加閥7供給的燃料的軌道包括橫切排氣管3的方向的分量。碰撞板20通過與燃料碰撞來促進燃料的微?；?、霧化，使燃料的分散性、擴散性提高。與碰撞板20碰撞后的燃料借助排氣流偏向下游側(cè)。與碰撞板20碰撞后的燃料被供給至前處理催化轉(zhuǎn)換器8以及電熱塞21的發(fā)熱部21a。
電熱塞21的發(fā)熱部21a配置在前處理催化轉(zhuǎn)換器8的附近、且相對于前處理催化轉(zhuǎn)換器8的前端面配置在稍靠上游側(cè)且是上方的位置，由此能夠與前處理催化轉(zhuǎn)換器8進行熱交換。即，電熱塞21配置在當(dāng)前處理催化轉(zhuǎn)換器8升溫時發(fā)熱部21a的附近因熱輻射以及對流而升溫，從而促進從燃料添加閥7供給的燃料的點火的位置。不過，電熱塞21的發(fā)熱部21a的在流動方向的位置可以與前處理催化轉(zhuǎn)換器8的前端面相同，也可以比前處理催化轉(zhuǎn)換器8的前端面靠下游側(cè)。如圖I所示，在發(fā)動機主體I并設(shè)有電子控制単元(以下稱作E⑶)10，該電子控制単元10用于根據(jù)發(fā)動機主體I的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、駕駛員的要求等對各種設(shè)備進行控制。該ECU10構(gòu)成為具備執(zhí)行與發(fā)動機控制相關(guān)的各種運算處理的CPU、存儲該控制所需要的程序和數(shù)據(jù)的ROM、暫時存儲CPU的運算結(jié)果等的RAM、用干與外部之間進行信號的輸入輸出的輸入輸出端ロ等。在E⑶10，除了連接有上述的空氣流量計4之外，還經(jīng)由電氣配線連接有包括檢測發(fā)動機主體I的曲軸轉(zhuǎn)角的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器24、輸出與油門開度對應(yīng)的電信號的油門開度傳感器25的各種傳感器類，上述各部的輸出信號被輸入到ECU 10。并且，在E⑶10經(jīng)由 電氣配線連接有包括缸內(nèi)燃料噴射閥9、燃料添加閥7以及電熱塞21的各種設(shè)備，這些設(shè)備由ECU 10控制。ECU 10能夠基于空氣流量計4的輸出值檢測進氣量，基于曲軸轉(zhuǎn)角傳感器24的輸出值檢測內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速，基于油門開度傳感器25的輸出值檢測發(fā)動機主體I的要求負(fù)荷。此外，在內(nèi)燃機主體I設(shè)置有用于分別使未圖示的各氣缸的進氣門以及排氣門的配氣相位正時變化的進氣側(cè)可變機構(gòu)41以及排氣側(cè)可變機構(gòu)42。上述可變機構(gòu)41、42分別是變更進氣凸輪軸43以及排氣凸輪軸44相對于曲軸的相對相位，使進氣門以及排氣門的開閉正時在保持同一作用角的狀態(tài)下變更的機構(gòu)。上述可變機構(gòu)41、42也包含在各種設(shè)備中，且由ECU 10控制。在本實施方式中，在實施使用燃燒裝置30進行的升溫控制時，ECUlO對燃料添加閥7和電熱塞21進行控制。即，從燃料添加閥7噴射燃料，對電熱塞21進行適當(dāng)通電而使其處于充分的高溫。噴射燃料由電熱塞21點火而燃燒，由此生成火焰F，生成高溫的加熱氣體。該加熱氣體被供給至氧化催化轉(zhuǎn)換器6以及NOx催化轉(zhuǎn)換器26。并且，利用火焰F和加熱氣體也能夠使從前處理催化轉(zhuǎn)換器8的出ロ排出的重整燃料燃燒。根據(jù)ECU 10的ROM內(nèi)預(yù)先存儲的映射、并基于表示發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的參數(shù)(內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速、油門開度、進氣量等)，設(shè)定從燃料添加閥7噴射的燃料的量。另外，如上所述，燃燒裝置30的點火性能具有當(dāng)通過燃燒裝置30的廢氣流量増大到規(guī)定值以上時點火性能降低的傾向。其原因在于，當(dāng)廢氣流量大時，作為點火単元的電熱塞21的氣氛氣體溫度降低。例如，當(dāng)廢氣流量増大到12g/s時，為了得到良好的點火燃燒，作為處于電熱塞21的氣氛中的廢氣的溫度需要為150°C以上。但是，在這種廢氣流量的條件下實際上難以得到上述的廢氣溫度。因此，在本實施方式中，作為該對策，對排氣側(cè)可變機構(gòu)42進行控制，使得當(dāng)廢氣流量為規(guī)定值以上時，在膨脹行程中途的活塞下降過程中排氣門打開。如圖4所示，如果在膨脹行程或者燃燒行程的中途且活塞12的下降過程中使排氣門13打開(即提前打開)，則能夠?qū)⒋藭r存在于燃燒室14內(nèi)的高溫的廢氣或者燃燒氣體送入排氣管3進而送入燃燒裝置30，能夠使燃燒裝置30的電熱塞21周邊的氣氛氣體溫度上升。因此，即使在廢氣流量増大到規(guī)定值以上時也能夠確保良好且充分的點火性能。另夕卜，在圖4中，15表示進氣門，16表示與進氣管2連通的進氣ロ，17表示與排氣管3連通的排氣ロ。優(yōu)選作為廢氣流量的代用值使用進氣量Ga。利用空氣流量計4以及ECU 10檢測該進氣量Ga。在使用空氣流量計4檢測出的進氣量Ga為規(guī)定值(例如12g/s)以上吋，ECU10對排氣側(cè)可變機構(gòu)42進行控制，使得在膨脹行程中途且活塞下降過程中的規(guī)定的第一正時排氣門13打開(具體而言開始打開)。另ー方面，在使用空氣流量計4檢測出的進氣量Ga不足上述規(guī)定值吋，ECU 10對排氣側(cè)可變機構(gòu)42進行控制，使得排氣門13在比上述第一正時晚的第二正時打開。以上，帶有某種程度的具體性地對本發(fā)明進行了說明，但必須理解，能夠在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求的精神和范圍的前提下進行各種改變、變更。本發(fā)明的實施方式并不限定于上述的各方式，本發(fā)明包括由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的思想所包含的所有的變形例、應(yīng)用例。因而，本發(fā)明不應(yīng)限定性地解釋，也能夠在屬于本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)的其他 任意的技術(shù)中應(yīng)用本發(fā)明。用于解決本發(fā)明的課題的方法能夠在可能的情況下組合使用。前處理催化轉(zhuǎn)換器以及排氣管中的至少一方的截面也可以是橢圓形、長圓形等非圓形。存在于比前處理催化轉(zhuǎn)換器靠下游側(cè)的位置的排氣處理裝置的種類、排列順序是任意的。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機，其特征在于，具備 設(shè)置于排氣通路的排氣處理裝置； 燃燒裝置，該燃燒裝置設(shè)置于所述排氣處理裝置的上游側(cè)，用于使排氣溫度升溫； 可變機構(gòu)，該可變機構(gòu)用于使排氣門的配氣相位正時變化；以及控制單元，該控制單元對所述可變機構(gòu)進行控制，使得當(dāng)通過所述燃燒裝置的廢氣的流量為規(guī)定值以上時，在膨脹行程中途的活塞下降過程中所述排氣門打開。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機，其特征在于， 所述內(nèi)燃機還具備檢測單元，該檢測單元檢測作為所述廢氣流量的代用值的進氣量，所述控制單元對所述可變機構(gòu)進行控制，使得當(dāng)由所述檢測單元檢測出的進氣量為規(guī)定值以上時，在膨脹行程中途的活塞下降過程中所述排氣門打開。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的內(nèi)燃機，其特征在于， 所述燃燒裝置包括燃料添加閥、點火單元以及前處理催化轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及的內(nèi)燃機具備設(shè)置于排氣通路的排氣處理裝置；燃燒裝置，該燃燒裝置設(shè)置于排氣處理裝置的上游側(cè)，用于使排氣溫度升溫；以及可變機構(gòu)，該可變機構(gòu)用于使排氣門的配氣相位正時變化。對可變機構(gòu)進行控制，使得當(dāng)通過燃燒裝置的廢氣流量為規(guī)定值以上時，在膨脹行程中途的活塞下降過程中排氣門打開。如果在該正時使排氣門打開，則能夠?qū)⒋藭r存在于燃燒室內(nèi)的高溫的廢氣或者燃燒氣體送入燃燒裝置，能夠使燃燒裝置的氣氛氣體溫度上升。因此，即使在廢氣流量增大到規(guī)定值以上時也能夠確保充分的點火性能。
文檔編號F01N3/02GK102859137SQ20108002526
公開日2013年1月2日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者宇野幸樹, 橋本英次, 森泰一, 藤原成啟, 花田俊一, 神庭千佳 申請人:豐田自動車株式會社