專利名稱：排氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣系統(tǒng)，并尤其但不局限于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)具有主排氣通道和旁通排氣通道。本申請還涉及一種診斷催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑退化的設(shè)備和方法，其中，該催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在所述旁通排氣通道中，且在內(nèi)燃機(jī)冷起動之后，廢氣立即被引導(dǎo)通過該催化轉(zhuǎn)化器。本發(fā)明的各方面還涉及到一種車輛。
背景技術(shù)：
對于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)來說，已知在排氣系統(tǒng)內(nèi)相對下游處設(shè)置有催化轉(zhuǎn)化器，用于凈化發(fā)動機(jī)排出的廢氣，由此減少環(huán)境污染物的排放。催化轉(zhuǎn)化器凈化廢氣的性能取決于它被“活化”，這需要催化轉(zhuǎn)化器的溫度升高到預(yù)定水平，通常該催化轉(zhuǎn)化器的溫度升高是借助于穿過它的廢氣傳導(dǎo)的熱量而致。另一方面，催化轉(zhuǎn)化器的過熱會導(dǎo)致對催化劑的損害。
因此，隨之而來的是催化轉(zhuǎn)化器在排氣系統(tǒng)中的位置是有關(guān)它的性能的重要因素。例如，如果催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在排氣系統(tǒng)的過于上游處，即，更靠近發(fā)動機(jī)，則由于催化劑的熱退化降低了耐久性。相反，催化轉(zhuǎn)化器位于排氣系統(tǒng)中越下游處，則在發(fā)動機(jī)冷起動之后催化轉(zhuǎn)化器的溫度升高到足以使之活化水平所需的時間越長，結(jié)果，在這個時間期間，不能實現(xiàn)理想的廢氣凈化水平。
日本專利申請未審公開第5-321644號公開了一種旨在解決這個問題的排氣系統(tǒng)。在這種已知的排氣系統(tǒng)中，與其中設(shè)置的主催化轉(zhuǎn)化器上游的主排氣路徑或通道的一部分并行地設(shè)置旁通排氣路徑或通道。旁通催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在該旁通排氣通道中。在這種布置中，在冷起動之后，借助于選擇閥，廢氣立即被導(dǎo)引或轉(zhuǎn)向而通過旁通排氣通道，其中，所述選擇閥能夠采取第一位置和第二位置其中的一個，在第一位置，旁通排氣通道打開，而主排氣通道基本上關(guān)閉，而在第二位置，主排氣通道打開而旁通排氣通道基本上堵塞。由于在排氣系統(tǒng)中，旁通催化轉(zhuǎn)化器與主催化轉(zhuǎn)化器相比位于相對更上游處，由此在發(fā)動機(jī)冷起動之后比主催化轉(zhuǎn)化器更快速地活化，因此，可以有利地更快速起動廢氣凈化作用。一旦內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)升溫和/或已經(jīng)達(dá)到其最佳工作溫度，則選擇閥從第一位置切換到第二位置，由此將廢氣導(dǎo)引到主排氣通道，并進(jìn)而通過主催化轉(zhuǎn)化器。
本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這種已知排氣系統(tǒng)的缺點。已知催化轉(zhuǎn)化器會隨著時間推移經(jīng)歷熱退化，尤其是如果該催化轉(zhuǎn)化器過于靠近作為顯著熱源的發(fā)動機(jī)。因此，對旁通催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行退化診斷是有利的，該旁通催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在相對靠近發(fā)動機(jī)的位置，并因此潛在地在其中承受較大地催化劑退化。這種退化可以監(jiān)控催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑的退化程度，例如通過使用設(shè)置在催化轉(zhuǎn)化器上游和下游處的已知的空燃比傳感器來進(jìn)行。
可以理解到使用這種傳感器監(jiān)控催化轉(zhuǎn)化器的退化需要催化轉(zhuǎn)化器已經(jīng)達(dá)到活化溫度，并且在充足的廢氣流穿過它的情況下工作。然而，在如上所述已知的排氣系統(tǒng)中，僅在主催化轉(zhuǎn)化器18活化之前的相對短的時間段內(nèi)廢氣流過旁通排氣通道和旁通催化轉(zhuǎn)化器。在選擇閥隨著發(fā)動機(jī)升溫從第一位置轉(zhuǎn)換到第二位置而將廢氣導(dǎo)引到主排氣通道之后，很少或沒有廢氣流過旁通排氣通道，或因此很少或沒有廢氣流過旁通催化轉(zhuǎn)化器。
結(jié)果，在旁通催化轉(zhuǎn)化器上執(zhí)行所需的退化診斷的機(jī)會窗(window ofopportunity)很小。對這個問題的一個可能的解決方案是在發(fā)動機(jī)升溫完成后，通過將選擇閥從第一位置切換到第二位置一個短的時間段，暫時將廢氣轉(zhuǎn)向而通過旁通排氣通道，并由此通過旁通催化轉(zhuǎn)化器。
但是，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種方法存在如下的問題。首先，相對于通道選擇閥的耐久性來說，僅為了執(zhí)行退化診斷的目的而在第一和第二位置之間切換選擇閥是不利的；第二，每次將選擇閥從第一位置移動到第二位置以引導(dǎo)廢氣流過旁通排氣通道，由于與排氣通道的變化相關(guān)聯(lián)的背壓升高，出現(xiàn)扭矩差，而這在操作性方面是不利的。另外，退化診斷的頻率必須不可避免地降低，由此降低了診斷的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述缺陷，并改進(jìn)已知技術(shù)。本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將從下面的描述、權(quán)利要求和附圖中變得清楚。
因此，本發(fā)明的各方面在于提供如所附權(quán)利要求書中所述的一種排氣系統(tǒng)、一種設(shè)備、一種方法和一種車輛。
例如，內(nèi)燃機(jī)的排氣通道可以包括耦連到內(nèi)燃機(jī)的氣缸的主通道；旁通通道，該旁通通道在上游側(cè)從主通道分支出來以便旁通主通道的一部分，且在下游側(cè)匯入到主通道中；插入到旁通通道中的旁通催化轉(zhuǎn)化器；設(shè)置在主通道上游一側(cè)上的分支點上和主通道下游一側(cè)上的匯合點之間的通道選擇閥，該通道選擇閥打開或關(guān)閉主通道；廢氣再循環(huán)通道，該廢氣再循環(huán)通道的一端耦連到旁通通道的旁通催化轉(zhuǎn)化器下游一側(cè)上，該廢氣再循環(huán)通道將再循環(huán)的廢氣導(dǎo)引到進(jìn)氣系統(tǒng)；上游空燃比傳感器，該上游傳感器布置在位于旁通通道的旁通催化轉(zhuǎn)化器或主通道的上游的位置；以及下游空燃比傳感器，該下游空燃比傳感器布置在位于旁通通道的旁通催化轉(zhuǎn)化器下游一側(cè)并位于廢氣再循環(huán)通道的分支點上游一側(cè)的位置處。
在如此構(gòu)成的廢氣通道中，可以在廢氣循環(huán)過程中實現(xiàn)催化劑診斷，而無論通道選擇閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)如何。
此外，用于內(nèi)燃機(jī)的催化劑退化診斷設(shè)備可以包括主通道，從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣通過該主通道；旁通通道，該旁通通道在上游側(cè)從主通道分支出來以便旁通主通道的一部分，并在下游側(cè)匯入主通道中；旁通催化轉(zhuǎn)化器，該旁通催化轉(zhuǎn)化器插入到旁通通道內(nèi)；通道選擇閥，該通道選擇閥設(shè)置在主通道的上游側(cè)的分支點和主通道下游側(cè)的匯合點之間，該通道選擇閥打開或關(guān)閉主通道；廢氣再循環(huán)通道，該廢氣再循環(huán)通道一端耦連到旁通通道的旁通催化轉(zhuǎn)化器的下游一側(cè)，且廢氣再循環(huán)通道將再循環(huán)的廢氣導(dǎo)引到進(jìn)氣系統(tǒng)；上游空燃比傳感器，該上游空燃比傳感器布置在位于旁通通道的旁通催化轉(zhuǎn)化器或主通道上游的位置處；下游空燃比傳感器，該下游空燃比傳感器布置在位于旁通通道的旁通催化轉(zhuǎn)化器的下游一側(cè)上并位于廢氣再循環(huán)通道的分支點上游一側(cè)上的位置處；以及退化診斷裝置，用于在廢氣再循環(huán)進(jìn)行的條件下根據(jù)上游空燃比傳感器和下游空燃比傳感器的輸出進(jìn)行催化劑的退化診斷。
替代地或附加地，用于內(nèi)燃機(jī)的催化劑退化診斷設(shè)備可以包括用于對包含在上述廢氣通道內(nèi)的旁通催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行退化診斷的診斷裝置。該設(shè)備可以包括耦連到上游空燃比傳感器和下游空燃比傳感器上的控制器，該控制器在廢氣再循環(huán)進(jìn)行的條件下根據(jù)上游空燃比傳感器和下游空燃比傳感器的輸出進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷。
此外，用于內(nèi)燃機(jī)的催化劑退化診斷方法可以用于這樣的內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)與上面的類似包括主通道，從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣流過該主通道；旁通通道，該旁通通道在上游側(cè)從主通道分支出來以便旁通主通道的一部分，并在下游側(cè)匯入主通道中；旁通催化轉(zhuǎn)化器，該旁通催化轉(zhuǎn)化器插入到旁通通道內(nèi)；和通道選擇閥，該通道選擇閥設(shè)置在主通道的上游側(cè)的分支點和主通道下游側(cè)的匯合點之間，該通道選擇閥打開或關(guān)閉主通道。該方法從旁通通道的旁通催化轉(zhuǎn)化器吸取用于再循環(huán)到進(jìn)氣系統(tǒng)的再循環(huán)廢氣，并且在廢氣再循環(huán)進(jìn)行的條件下根據(jù)上游空燃比傳感器和下游空燃比傳感器的輸出進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷。
在本申請的范圍內(nèi)，可以構(gòu)想到，在前面段落中、在權(quán)利要求中和在下面的描述中陳述的各個方面、實施例和替代方案可以單獨地或它們?nèi)我饨Y(jié)合地取得。


現(xiàn)在僅以示例的方式參照附圖描述本發(fā)明，圖中圖1是說明體現(xiàn)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)的一種形式的示意圖；圖2是詳細(xì)示出圖1的排氣系統(tǒng)的一部分的側(cè)視圖；圖3是示出可診斷區(qū)域的特性圖；圖4是表示診斷過程的一個示例的流程圖；圖5示出廢氣再循環(huán)(EGR)通道的分支點和下游空燃比傳感器之間的位置關(guān)系；圖6示出包括第二旁通催化轉(zhuǎn)化器的體現(xiàn)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)的替代形式；以及圖7示出包括孔口的體現(xiàn)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)的替代形式。
下面，參照附圖描述與直列四缸內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)或裝置相關(guān)的本發(fā)明的一個實施例。
具體實施例方式
圖1示出體現(xiàn)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)或裝置的第一種形式的管道布局。該排氣系統(tǒng)以傳統(tǒng)的方式連接到內(nèi)燃機(jī)的氣缸#1～#4。在所示的實施例中，發(fā)動機(jī)是直列四缸發(fā)動機(jī)，其中，氣缸點火順序為#1-#3-#4-#2。換句話說，相鄰的氣缸不連續(xù)點火。
如圖所示，排氣系統(tǒng)包括上游部分，該上游部分由上游主排氣路徑或通道2#1-2#4構(gòu)成，每個主排氣路徑或通道與相應(yīng)一個氣缸#1-#4流體連通，以允許氣缸內(nèi)產(chǎn)生的廢氣沿著該路徑或通道排出。
連接到氣缸#1和#4的上游主通道2#1、2#4借助于通道選擇閥4匯入到第一中間主通道3a，連接到氣缸#2、#3的上游主通道2#2、2#3借助于通道選擇閥4匯入到第二中間主通道3b。
通道選擇閥4包括兩個閥元件5a、5b，每個閥元件布置成分別將相應(yīng)一對上游主通道匯入到第一或第二中間主通道3a、3b其中之一內(nèi)，如上所述。閥元件5a包括一對封蓋(valving)元件(未示出)，它們用于選擇性地打開或關(guān)閉上游主通道2#1、2#4的端部。類似地，閥元件5b包括一對封蓋元件(未示出)，它們用于選擇性地打開或關(guān)閉上游主通道2#2、2#3的端部。
通道選擇閥4被構(gòu)造成在冷車狀態(tài)下關(guān)閉。在關(guān)閉狀態(tài)下，通道選擇閥4切斷第一對上游主通道2#1、2#4與中間主通道3a之間的流體連通，也切斷第二對上游主通道2#2、2#3與中間主通道3b之間的流體連通。另外，在關(guān)閉狀態(tài)下，通道選擇閥4防止在每一對中的單個上游主通道之間的流體連通。在所示實施例中，通道選擇閥4(包括閥元件5)為相應(yīng)的封蓋元件接觸密封面由此完全切斷流動而不允許泄漏的類型。
位于通道選擇閥4下游的兩個中間主通道3a、3b在匯合點6一起匯入單獨一根下游主通道7。主催化轉(zhuǎn)化器8設(shè)置在該下游主通道內(nèi)，例如在其中點處。用于主催化轉(zhuǎn)化器8的催化劑包括三元催化劑和HC(碳?xì)?捕捉催化劑。主催化轉(zhuǎn)化器8布置在車輛地板之下，并具有較大容量。
在傳統(tǒng)的“4-2-1”管道布局中，上游主通道2#1-2#4、中間主通道3a、3b、下游主通道7以及主催化轉(zhuǎn)化器一起形成主排氣路徑或通道，在車輛正常工作的過程中，由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生廢氣流過該主排氣路徑或通道。這種“4-2-1”管道布局有利地使得廢氣動態(tài)效果相關(guān)的填充效率改善可以實現(xiàn)，公知為“脈沖調(diào)諧”。
排氣系統(tǒng)另外還包括旁通排氣路徑或通道，其通常與主排氣通道并行設(shè)置。旁通排氣通道包括四個上游旁通通道11#1-11#4，每個通道在分支點12從相應(yīng)的上游主通道2#1-2#4分支出來，該分支點12設(shè)置成盡可能上游和/或盡可能靠近發(fā)動機(jī)。每個上游旁通通道11#1-11#4在通道橫截面積上小于相應(yīng)的上游主通道2#1-2#4，下面將解釋其原因。
與彼此相鄰設(shè)置的氣缸#1、#2相關(guān)聯(lián)的上游旁通通道11#1、11#2在匯合點13a匯入到第一中間旁通通道14a。類似地，與彼此相鄰設(shè)置的氣缸#3和#4相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)上游旁通通道11#3、11#4在匯合點13b匯入到第二中間旁通通道14b。
雖然上游旁通通道11#1＝11#4在圖1中示為相對長，但是在實際上需要使它們盡可能短，以便它們在相對短的距離匯入到它們相應(yīng)的中間旁通通道14a、14b內(nèi)。
在旁通排氣通道的更下游處，兩個中間旁通通道14a、14b在匯合點15相互匯入到單獨一根下游旁通通道16內(nèi)。下游旁通通道16的下游端在主催化轉(zhuǎn)化器8下游的匯合點17處連接或匯入到下游主通道7內(nèi)。
類似于主催化轉(zhuǎn)化器8，包括三元催化劑的旁通催化轉(zhuǎn)化器18設(shè)置在下游旁通通道16內(nèi)、盡可能上游的位置處。換句話說，中間旁通通道14a、14b也設(shè)置成盡可能短。旁通催化轉(zhuǎn)化器18包括已知的單體催化劑載體，并且與主催化轉(zhuǎn)化器8相比容量較小。理想地，使用低溫下具有高活性的催化劑。
在圖1的實施例中，四個上游旁通通道11#1-11#4并非長長地盤旋，而是匯入到兩個中間旁通通道14a、14b，以便通過減小旁通排氣通道的總長，即，各個氣缸的旁通通道的總和，來減小管道本身的熱容量和表面積。但是，該配置是任意的。例如，旁通催化轉(zhuǎn)化器18位于偏向直列氣缸中的其中一個氣缸的位置處也可能是理想的。在這種情況下，用于其他氣缸的上游旁通通道可以基本上以直角耦連到從所談到的氣缸線性伸出的那個上游旁通通道上，由此可以減小旁通排氣通道的總長。
形成廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的一部分的廢氣再循環(huán)通道20的一端在分支點19處耦連到下游旁通通道16，其中所述分支點19設(shè)置在旁通催化轉(zhuǎn)化器18的下游。廢氣再循環(huán)通道20的另一端經(jīng)廢氣再循環(huán)閥51延伸到低壓區(qū)，如發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管或進(jìn)氣歧管52。分支點19可以用作再循環(huán)廢氣的出口。
第一上游空燃比傳感器21設(shè)置在旁通催化轉(zhuǎn)化器18的上游或入口側(cè)，而第二下游空燃比傳感器22設(shè)置在旁通催化轉(zhuǎn)化器18的下游或出口側(cè)。每個空燃比傳感器21、22可以是所謂的氧氣傳感器，其布置成輸出與廢氣空燃比中的稀或濃狀況相對應(yīng)的二進(jìn)制信號；或另外，可以是所謂的線性空燃比傳感器，該傳感器能夠產(chǎn)生與空燃比值相對應(yīng)的連續(xù)可變的輸出。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解到的，空燃比傳感器21、22的探測信號不僅用于催化劑退化診斷，而且用于普通的空燃比控制，例如，在廢氣導(dǎo)入到旁通排氣通道時的空燃比控制。
在所示實施例中，為了確保測量精度并降低部件成本，線性空燃比傳感器用于上游空燃比傳感器21，而氧氣空燃比傳感器用于下游空燃比傳感器22。來自空燃比傳感器21和22的信號輸入到退化診斷裝置，該裝置為發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)23的形式。ECU 23還連接到控制對象或目標(biāo)，如通道選擇閥4和廢氣再循環(huán)閥51上。
將理解到ECU 23可以布置成不僅執(zhí)行催化劑退化診斷，而且執(zhí)行內(nèi)燃機(jī)的各種控制操作。這種控制操作例如可以包括空燃比控制、點火正時控制、通道選擇閥4的開關(guān)控制和廢氣再循環(huán)閥51的開關(guān)控制。更具體地說，ECU 23被構(gòu)造成識別或確定通道選擇閥4的打開/關(guān)閉狀態(tài)以及廢氣再循環(huán)的條件。然而，并非所有的控制操作必須由單個ECU 23執(zhí)行。結(jié)構(gòu)可以是這樣的，即對應(yīng)于相應(yīng)控制操作的多個控制單元彼此連接以協(xié)作執(zhí)行控制操作。
除了上述傳感器之外，另外的空燃比傳感器24、25分別設(shè)置在主催化轉(zhuǎn)化器8的上游和下游(即，分別在入口和出口側(cè))，以在廢氣被導(dǎo)引到主排氣通道中時執(zhí)行空燃比控制。但是，根據(jù)本發(fā)明，傳感器24和25與催化劑退化診斷不直接相關(guān)，因此省略了對它們工作的詳細(xì)描述。
現(xiàn)在將描述圖1的排氣系統(tǒng)的操作。剛好在發(fā)動機(jī)冷起動之后，當(dāng)發(fā)動機(jī)溫度由此廢氣溫度較低時，借助于適當(dāng)?shù)闹聞悠鳎ǖ肋x擇閥4關(guān)閉，由此關(guān)閉或切斷主排氣通道。于是，從每個氣缸#1-#4排出或排放的基本上所有廢氣流過旁通排氣通道，從分支點12通過相應(yīng)一個上游旁通通道11#1-11#4和中間旁通通道14a、14b，到達(dá)旁通催化轉(zhuǎn)化器18。
如上所述，旁通催化轉(zhuǎn)化器18位于旁通排氣通道的盡可能上游處，即，相對靠近發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，并尺寸較小。于是，旁通催化轉(zhuǎn)化器的溫度快速升高，因此能夠被相對快地活化。由此，迅速開始排氣凈化。
在這種情況下，通道選擇閥4關(guān)閉，上游主通道2#1-2#4彼此封閉。這防止從一個氣缸排出的廢氣循環(huán)到其他氣缸的上游主通道內(nèi)，從而防止與這種循環(huán)相關(guān)的溫度降低。
隨著發(fā)動機(jī)升溫或廢氣升溫，一旦主催化轉(zhuǎn)化器8的溫度充分升高或到達(dá)預(yù)定水平，通道選擇閥4打開。此后，從每個氣缸#1-#4排出的廢氣主要被引導(dǎo)通過主排氣通道，也就是說，通過相應(yīng)的上游主通道2#1-2#4、中間主通道3a、3b、下游主通道7和主催化轉(zhuǎn)化器8。
如上所述，考慮到防止廢氣干涉并且實現(xiàn)與廢氣動態(tài)效果相關(guān)的填充效率改善效果，主排氣通道側(cè)構(gòu)造成“4-2-1”管路布局。另一方面，雖然在沒有特別考慮任何廢氣干涉效果的前提下布置旁通排氣通道，各個上游旁通通道的通道11#1-11#4橫截面積可以減小。由此，與各個氣缸連通相關(guān)的廢氣干涉可以減小到基本上可忽略的程度。
當(dāng)上游旁通通道11#1-11#4的橫截面積增大到超過預(yù)定上限時，會發(fā)生與廢氣干涉相關(guān)的填充效率降低。相反，當(dāng)橫截面積減小到低于預(yù)定下限時，在通道選擇閥4關(guān)閉期間的廢氣流的體積被過度限制，這就降低了排氣系統(tǒng)的性能。于是，根據(jù)發(fā)動機(jī)廢氣的體積流量，上游旁通通道11#1-11#4的最佳通道橫截面積落入預(yù)定上限和預(yù)定下限之間的范圍內(nèi)。
從上面可以理解到，即使在通道選擇閥4打開時，旁通排氣通道并不特別從其切斷。然而，由于每個上游旁通通道11#1-11#4的橫截面積小于上游主通道2#1-2#4的橫截面積，并由于旁通催化轉(zhuǎn)化器18插入其中，因此，旁通排氣通道所呈現(xiàn)的相對大的阻力導(dǎo)致大部分廢氣流穿過主排氣通道。由此，非常少的廢氣流過旁通排氣通道，并進(jìn)而流過旁通催化轉(zhuǎn)化器18，因此，可以減少旁通催化轉(zhuǎn)化器18的熱退化。
另外，由于旁通排氣通道不完全從主排氣通道切斷，在導(dǎo)致廢氣體積流量增大的高速高負(fù)載情況下，部分廢氣能夠流過旁通排氣通道，由此使得背壓對發(fā)動機(jī)填充效果的不利影響降低。換句話說，有可能防止背壓引起的填充效率下降。
如上所述，為了使空燃比傳感器21、22對旁通催化轉(zhuǎn)化器18執(zhí)行所需的退化診斷，需要使旁通催化轉(zhuǎn)換器18達(dá)到活化溫度并以穿過它的足夠廢氣流量工作。但是，當(dāng)通道選擇閥4關(guān)閉(應(yīng)該是打開？)時，流過旁通排氣通道進(jìn)而流過旁通催化轉(zhuǎn)化器18的廢氣體積不足以使傳感器21、22對旁通催化轉(zhuǎn)化器18執(zhí)行退化診斷。
然而，在所示的實施例中，有可能增大通過旁通排氣通道并由此通過旁通催化轉(zhuǎn)化器18的廢氣流量到足以使傳感器21、22能夠執(zhí)行所需的退化診斷的程度。為了實現(xiàn)通過旁通排氣通道這種流量增加，在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中的廢氣再循環(huán)閥51打開。這具有將下游旁通通道16連接到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣一側(cè)(即，進(jìn)氣系統(tǒng))的低壓區(qū)的效果，同時有效地消除了旁通催化轉(zhuǎn)化器18下游的限制元件，即，主催化轉(zhuǎn)化器8。由此減少了由旁通排氣通道所呈現(xiàn)出的有效阻力。
從而，在排氣系統(tǒng)正常工作條件期間，即，在發(fā)動機(jī)已經(jīng)升溫并且通道選擇閥4打開之后，廢氣再循環(huán)閥51的打開導(dǎo)致從氣缸#1-#4排出的一部分廢氣從分支點12經(jīng)上游旁通通道11#1-11#4和中間旁通通道14a和14b流過旁通催化轉(zhuǎn)化器18。此外，在已經(jīng)穿過旁通催化轉(zhuǎn)化器18之后，廢氣從分支點19流入廢氣再循環(huán)通道20。
換句話說，即使在通道選擇閥4打開使得廢氣流被導(dǎo)引到主排氣通道的狀態(tài)，在廢氣再循環(huán)期間一些再循環(huán)流通過旁通催化轉(zhuǎn)化器18，同時部分體積的再循環(huán)流從下游主通道7的匯合點通過下游旁通通道16反轉(zhuǎn)，并然后被廢氣再循環(huán)通道20吸取。
流過旁通催化轉(zhuǎn)化器18的廢氣的這種增加足以使所需的催化劑退化診斷能夠被上游空燃比傳感器21和下游空燃比傳感器22利用適當(dāng)方法執(zhí)行。例如，催化劑退化程度可以根據(jù)上游和下游側(cè)相對于例如或是與空燃比反饋控制相關(guān)的廢氣空燃比的周期性變化或是對用于診斷的空燃比中的階越變化的響應(yīng)延遲的變化的頻率變化來確定。
反復(fù)地說，在發(fā)動機(jī)已經(jīng)起動之后直到發(fā)動機(jī)(或廢氣)的溫度達(dá)到預(yù)定水平之前，通道選擇閥4最初被控制采取關(guān)閉位置，以便使得來自發(fā)動機(jī)的廢氣流入到旁通排氣通道。一旦已經(jīng)達(dá)到預(yù)定溫度水平，通道選擇閥4然后切換到打開位置，使得來自發(fā)動機(jī)的廢氣流過主排氣通道。在通道選擇閥4的這個打開條件下，即使旁通排氣通道并未特別從主排氣通道切斷，排氣通道的阻力差使得大部分廢氣經(jīng)上游主通道2#1-2#4、中間主通道3a和3b、下游主通道7和主催化轉(zhuǎn)化器8流過主排氣通道。
然后，在通道選擇閥4處于打開狀態(tài)下，通過打開廢氣再循環(huán)閥51，或是在廢氣再循環(huán)的情況下或是在特別出于對旁通催化轉(zhuǎn)化器18執(zhí)行退化診斷的目的的情況下，增大體積的廢氣從分支點12流入到旁通排氣通道，通過旁通催化轉(zhuǎn)化器18，然后通過廢氣再循環(huán)通道20進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)52。
于是，因為在執(zhí)行廢氣再循環(huán)的條件下進(jìn)行操作，足夠所需的退化診斷的一定體積的廢氣流過旁通催化轉(zhuǎn)化器18，而無論通道選擇閥4的打開/關(guān)閉狀態(tài)如何。即，催化劑退化診斷可以完成，而無論通道選擇閥4的打開/關(guān)閉狀態(tài)如何。從而，在發(fā)動機(jī)/廢氣升溫并且通道選擇閥4切換之后，在通道選擇閥4保持在打開狀態(tài)下，有利地實現(xiàn)了退化診斷。
催化劑退化診斷本身可以通過各種已知的處理中的任何一種利用上游空燃比傳感器21和下游空燃比傳感器22來實現(xiàn)。
圖2是示出圖1的排氣裝置的實用實施例的視圖。參照這個圖，包括缸體32和缸蓋33內(nèi)燃機(jī)31以所謂的橫向布置安裝到車輛發(fā)動機(jī)艙(未示出)內(nèi)。形成上游主通道2#1-2#4的至少一部分的廢氣歧管34安裝到缸蓋33的后側(cè)壁。包括一對閥元件5(未示出)的通道選擇閥4連接到廢氣歧管34的出口部分，形成下游主通道7的至少一部分的前管35耦連到通道選擇閥4、在其下游。前管35的上游部分在內(nèi)部分隔開或分成兩個通道，由此形成中間主通道3。主催化轉(zhuǎn)化器8設(shè)置在前管35內(nèi)，在前管35的中點處。
包括旁通催化轉(zhuǎn)化器18和上游、中間和下游旁通通道的旁通排氣通道的各部件布置在主排氣通道之下的空間內(nèi)、從發(fā)動機(jī)向后。廢氣再循環(huán)通道20從旁通催化轉(zhuǎn)化器18下游的下游旁通通道分支出來，并向前延伸經(jīng)廢氣再循環(huán)閥51(圖2中未示出)連接進(jìn)氣系統(tǒng)52(圖2中未示出)。
圖3是示出第一工作區(qū)域A和第二工作區(qū)域B的視圖，在該第一工作區(qū)域A內(nèi)，可以進(jìn)行廢氣再循環(huán)；在該第二工作區(qū)域B(例如該工作區(qū)域由空燃比的點確定)內(nèi)，在內(nèi)燃機(jī)的普通工作狀況(負(fù)載、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速)期間可以進(jìn)行通常的催化劑退化診斷。利用圖1的排氣系統(tǒng)，兩個區(qū)域A和B的重疊區(qū)域C被定義為第三工作區(qū)域，公知為診斷區(qū)域，在該診斷區(qū)域內(nèi)，可以執(zhí)行旁通催化轉(zhuǎn)化器的催化劑退化診斷，而無論通道選擇閥4的打開/關(guān)閉狀態(tài)如何。如這個圖所示，通常區(qū)域A和區(qū)域B彼此靠近，由此有可能在較寬范圍的工作狀況下頻繁執(zhí)行催化劑退化診斷。
圖4是表示由ECU 23執(zhí)行的催化劑退化診斷過程的一個示例的流程圖。最初，在步驟1，確定空燃比反饋控制是否在進(jìn)行中。在本示例中，根據(jù)空燃比反饋控制廢氣空燃比的周期性變化被用作診斷的階段I。為此原因，如果空燃比反饋控制未進(jìn)行，則不執(zhí)行診斷。
在步驟2，確定工作狀況是否在診斷區(qū)域C內(nèi)，且同時確定廢氣再循環(huán)是否實際上進(jìn)行(“ON”)。即使在廢氣再循環(huán)區(qū)域A(且在診斷區(qū)域C)內(nèi)，在例如冷卻水溫度較低時，也禁止廢氣再循環(huán)。如此，除非廢氣再循環(huán)在進(jìn)行中，否則不執(zhí)行診斷。
如果滿足了這些條件，在步驟3開始診斷，且計算診斷參數(shù)，如上游空燃比傳感器21和下游空燃比傳感器22的探測信號的頻率比。
在步驟4，確定診斷參數(shù)是否在允許范圍內(nèi)。如果在上述階段I，確定診斷結(jié)果為“未退化”，第一診斷終止。階段I診斷例如以固定時間段為單位重復(fù)。
另外，如果在步驟4，診斷參數(shù)超出允許范圍，過程進(jìn)行到步驟5開始的階段II，而并不立即確定該情形為異常。雖然未詳細(xì)示出，在階段II，實現(xiàn)目標(biāo)空燃比的空燃比控制中止，此后，目標(biāo)空燃比在相對寬的范圍內(nèi)在稀和濃之間階越變化，且相應(yīng)的上游和下游空燃比傳感器21、22的響應(yīng)與其相比較，由此執(zhí)行退化診斷。換句話說，在階段I進(jìn)行所謂的被動催化劑退化診斷，而在階段II，執(zhí)行所謂的主動催化劑退化診斷，由此提高了診斷精度，并防止診斷錯誤地將目標(biāo)確定為異常。
下面描述減少或基本上消除來自主排氣通道的反轉(zhuǎn)廢氣的影響。如上所述，即使在通道選擇閥4處于打開狀態(tài)下，在廢氣再循環(huán)期間，大部分再循環(huán)流流過旁通排氣通道，并然后通過旁通催化轉(zhuǎn)化器18。但是，一部分體積的再循環(huán)流從下游主通道7的匯合點17通過下游旁通通道反轉(zhuǎn)，并然后被廢氣再循環(huán)通道20吸取。
換句話說，在如上所述的圖1的排氣系統(tǒng)中，在通道選擇閥4設(shè)定為打開狀態(tài)的同時進(jìn)行廢氣再循環(huán)期間，廢氣可以沿相反方向從與下游主通道7的匯合點通過下游旁通通道16流向廢氣再循環(huán)通道20，這取決于實際管路布置和工作狀況。將理解到如此從主排氣通道反轉(zhuǎn)的廢氣當(dāng)它到達(dá)廢氣再循環(huán)通道20時還未流過旁通催化轉(zhuǎn)化器18。一旦一些反轉(zhuǎn)的廢氣與下游空燃比傳感器22相接觸，則會在下游空燃比傳感器22的探測信號中產(chǎn)生誤差，由此降低催化劑退化診斷的精度。
為此原因，下游空燃比傳感器22有利地設(shè)置在下游旁通通道16上、廢氣再循環(huán)通道20的分支點19上游的位置處，并與其間隔開足以減小或基本上消除反轉(zhuǎn)廢氣對傳感器的影響的距離。具體地說，如圖5所示，在廢氣再循環(huán)通道20從下游旁通通道16分支出來的分支點19和布置在分支點19上游的下游空燃比傳感器22之間提供距離L。該距離L足夠大，以減小或基本上防止從下游主通道7通過下游旁通通道16向廢氣再循環(huán)通道20反轉(zhuǎn)的廢氣的影響。距離L的實際值隨特定應(yīng)用而變化，并取決于各種狀況，如排氣系統(tǒng)中各個排氣通道的橫截面積和長度。
圖6示出體現(xiàn)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)的另一種形式，該排氣系統(tǒng)旨在減小通過下游旁通通道的反轉(zhuǎn)氣流的影響。在這個實施例中，第二旁通催化轉(zhuǎn)化器41設(shè)置在下游旁通通道16內(nèi)、旁通催化轉(zhuǎn)化器18和分支點19二者的下游的位置處，因此分支點19位于兩個旁通催化轉(zhuǎn)化器18和41之間。在這種構(gòu)造中，在廢氣再循環(huán)期間，從與下游主通道7的匯合點17沿著下游旁通通道16反向流動的廢氣被第二旁通催化轉(zhuǎn)化器41的壓力損失而限制，由此被相對抑制或減少。于是，對下游空燃比傳感器22的有害效果被減小或基本上消除。
在上述構(gòu)造中，流到進(jìn)氣系統(tǒng)的再循環(huán)的廢氣總是流過至少一個旁通催化轉(zhuǎn)化器18和41。因此，可以實現(xiàn)的另外的優(yōu)點在于廢氣中存在的外來物質(zhì)(如果有的話)可以被更輕易地去除掉，使得它不會流到進(jìn)氣系統(tǒng)中。
圖7示出體現(xiàn)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)的再一替代形式。在這個實施例中，用于減小下游旁通通道16的橫截面積的孔口或節(jié)流口42設(shè)置在下游旁通通道16內(nèi)、旁通催化轉(zhuǎn)化器18和分支點19二者下游的位置處，由此，分支點19處于旁通催化轉(zhuǎn)化器18和節(jié)流口42之間。以與上述實施例類似的方式，在廢氣再循環(huán)期間，從與下游主通道7的匯合點17沿著下游旁通通道16反向流動的廢氣被孔口42限制，因此，被相對抑制或減少。于是，對下游空燃比傳感器22的影響被減小或基本上被消除。
從前面可以理解到，在根據(jù)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)或裝置中，無論用于將廢氣流引導(dǎo)到旁通排氣通道和主排氣通道的通道選擇閥4的打開/關(guān)閉狀態(tài)如何，可以實現(xiàn)旁通催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷，使得例如在升溫完成后處于打開位置的通道選擇閥不必移動或切換到關(guān)閉位置。于是，可以確保更寬的可診斷工作區(qū)域，診斷頻率可以增加，并且可以防止不利影響，如與通道切換相關(guān)的扭矩差。
僅僅為了圖示和描述本發(fā)明的可能的實施例而給出前面的描述，并非意圖在于徹底描述本發(fā)明或?qū)⒈景l(fā)明限制到所公開的特定形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到在不背離本發(fā)明的精髓和范圍的前提下，可以作出各種變化，并且可以用等價物替代各元件。因此，意圖在于本發(fā)明并不局限于作為實現(xiàn)本發(fā)明的最佳形式而公開的特定實施例，而是本發(fā)明可以廣泛采用于包括主通道和旁通通道的各種布局的排氣裝置中，并且將包括落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)，包括主排氣通道；旁通排氣通道，該旁通排氣通道與所述主排氣通道流體連通，以便旁通所述主排氣通道在上游匯合點和下游匯合點之間的一部分；旁通催化轉(zhuǎn)化器，該旁通催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在所述旁通排氣通道內(nèi)；通道選擇閥，該通道選擇閥設(shè)置在所述主排氣通道內(nèi)并用于打開或關(guān)閉所述主排氣通道；上游空燃比傳感器，該上游空燃比傳感器設(shè)置在所述旁通排氣通道內(nèi)、所述旁通催化轉(zhuǎn)化器的上游；以及下游空燃比傳感器，該下游空燃比傳感器設(shè)置在所述旁通排氣通道內(nèi)、所述旁通催化轉(zhuǎn)化器的下游，其中，所述旁通排氣通道與所述主排氣通道的上游匯合點設(shè)置在所述通道選擇閥的上游。
2.如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，還包括廢氣再循環(huán)通道，該廢氣再循環(huán)通道具有第一端和第二端，所述第一端在設(shè)置于所述旁通催化轉(zhuǎn)化器下游的匯合點處與旁通排氣通道流體連通，而所述第二端與低壓區(qū)流體連通。
3.如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中所述廢氣再循環(huán)通道的第二端與所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)流體連通。
4.如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，還包括廢氣再循環(huán)閥，該廢氣再循環(huán)閥設(shè)置在所述廢氣再循環(huán)通道內(nèi)，并用于打開或關(guān)閉所述廢氣再循環(huán)通道，由此允許或阻止所述旁通排氣通道和所述低壓區(qū)之間的流體連通。
5.如權(quán)利要求4所述的排氣系統(tǒng)，還包括診斷設(shè)備，該診斷設(shè)備用于執(zhí)行旁通催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷，所述診斷設(shè)備包括控制器，該控制器連接到所述上游空燃比傳感器并連接到所述下游空燃比傳感器，并用于根據(jù)所述上游空燃比傳感器和所述下游空燃比傳感器的輸出進(jìn)行所述旁通催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷。
6.如權(quán)利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其中所述控制器連接到所述廢氣再循環(huán)閥上，用于在關(guān)閉和打開位置之間控制所述廢氣再循環(huán)閥，并用于在廢氣再循環(huán)處于進(jìn)行中的情況下執(zhí)行所述旁通催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷。
7.如權(quán)利要求6所述的排氣系統(tǒng)，其中所述控制器用于確定所述通道選擇閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)，并用于在所述通道選擇閥打開的狀態(tài)下進(jìn)行所述旁通催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷。
8.如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中所述下游空燃比傳感器設(shè)置在所述旁通排氣通道中、所述旁通排氣通道和所述廢氣再循環(huán)通道之間的匯合點上游的位置處，并與所述匯合點間隔開這樣的距離，該距離是減小或基本上消除在所述通道選擇閥打開狀態(tài)下從所述主排氣通道通過所述旁通排氣通道反轉(zhuǎn)到所述廢氣再循環(huán)通道的廢氣的影響所需要的。
9.如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中所述旁通排氣通道包括第二旁通催化轉(zhuǎn)化器，該第二旁通催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在所述旁通排氣通道內(nèi)、所述旁通排氣通道和所述廢氣再循環(huán)通道之間的匯合點下游的位置處。
10.如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中所述旁通排氣通道包括孔口或節(jié)流口，該孔口或節(jié)流口設(shè)置在所述旁通排氣通道內(nèi)、所述旁通排氣通道和所述廢氣再循環(huán)通道之間的匯合點下游的位置處。
11.如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中所述控制器連接到所述通道選擇閥上，并用于在發(fā)動機(jī)冷機(jī)狀態(tài)期間關(guān)閉所述通道選擇閥，而在預(yù)定的升溫狀態(tài)下打開所述通道選擇閥。
12.一種用于診斷排氣系統(tǒng)中催化轉(zhuǎn)化器退化的設(shè)備，包括主排氣通道；旁通排氣通道，該旁通排氣通道與所述主排氣通道流體連通，以旁通所述主排氣通道的一部分；旁通催化轉(zhuǎn)化器，該旁通催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在所述旁通排氣通道內(nèi)；通道選擇閥，所述通道選擇閥設(shè)置在所述主排氣通道內(nèi)，并用于打開或關(guān)閉所述主排氣通道；以及廢氣再循環(huán)通道，該廢氣再循環(huán)通道具有第一端并用于將再循環(huán)廢氣導(dǎo)引到進(jìn)氣系統(tǒng)，其中所述第一端在設(shè)置于所述旁通催化轉(zhuǎn)化器下游的匯合點處與所述旁通排氣通道流體連通，其中，所述設(shè)備包括第一空燃比傳感器，該第一空燃比傳感器被構(gòu)造成插入到所述旁通排氣通道內(nèi)、所述旁通催化轉(zhuǎn)化器的上游；第二空燃比傳感器，該第二空燃比傳感器被構(gòu)造成插入到所述旁通排氣通道內(nèi)、所述旁通催化轉(zhuǎn)化器的下游；以及控制器，所述控制器連接到所述第一和第二空燃比傳感器上，并在排氣系統(tǒng)之內(nèi)進(jìn)行廢氣再循環(huán)期間根據(jù)所述第一和第二空燃比傳感器的輸出執(zhí)行所述旁通催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷。
13.一種內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中設(shè)置的旁通催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷方法，該排氣系統(tǒng)包括主排氣通道；旁通排氣通道，該旁通排氣通道與所述主排氣通道流體連通，以旁通所述主排氣通道的一部分；旁通催化轉(zhuǎn)化器，該旁通催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在所述旁通排氣通道內(nèi)；通道選擇閥，所述通道選擇閥設(shè)置在所述主排氣通道內(nèi)，并用于打開或關(guān)閉所述主排氣通道；以及廢氣再循環(huán)通道，該廢氣再循環(huán)通道具有第一端并用于將再循環(huán)廢氣導(dǎo)引到進(jìn)氣系統(tǒng)，其中所述第一端在設(shè)置于所述旁通催化轉(zhuǎn)化器下游的匯合點處與所述旁通排氣通道流體連通，所述診斷方法包括通過所述旁通催化轉(zhuǎn)化器吸取再循環(huán)廢氣，以用于再循環(huán)到所述進(jìn)氣系統(tǒng)；測量所述旁通催化轉(zhuǎn)化器上游和下游的廢氣空燃比；以及在排氣系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行廢氣再循環(huán)期間，根據(jù)所述空燃比執(zhí)行所述催化轉(zhuǎn)化器的退化診斷。
14.如權(quán)利要求13所述的診斷方法，其中，所述退化診斷是在所述通道選擇閥打開狀態(tài)下進(jìn)行的。
15.如權(quán)利要求13所述的診斷方法，其中，所述通道選擇閥在發(fā)動機(jī)處于冷機(jī)狀態(tài)期間關(guān)閉，而在發(fā)動機(jī)的預(yù)定的升溫狀態(tài)下打開。
16.一種車輛，所述車輛具有如權(quán)利要求1所述排氣系統(tǒng)或如權(quán)利要求12所述的設(shè)備。
全文摘要
上游主通道分別耦連到相應(yīng)的氣缸并將中間主通道匯入單獨一根下游主通道。主催化轉(zhuǎn)化器插入到所述下游主通道的中間。作為旁通通道，上游旁通通道從相應(yīng)的上游主通道分支出來，并最終匯入所述單獨的下游主通道，旁通催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在所述旁通通道內(nèi)。廢氣再循環(huán)通道從所述旁通催化轉(zhuǎn)化器的下游分支出來。通道選擇閥僅在冷機(jī)狀態(tài)下關(guān)閉，由此轉(zhuǎn)移廢氣流。即使在選擇閥打開時，由于廢氣再循環(huán)的進(jìn)行，廢氣流過旁通催化轉(zhuǎn)化器。于是，根據(jù)上游和下游空燃比傳感器的探測信號，可以實現(xiàn)催化劑退化診斷。
文檔編號F01N3/20GK1978873SQ20061016404
公開日2007年6月13日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者李先基, 佐藤健一, 西澤公良 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社