[发明专利]用于直喷式发动机的催化剂触发方法和催化剂触发设备

说明书

本发明涉及用于直接喷射式发动机的催化剂触发方法和催化剂触发设备，该设备有一个喷嘴，用于把燃油直接喷射进燃烧室。

对于有一个喷嘴、用来把燃油直接喷射进燃烧室的直喷式发动机，已经广为人知。与在进气通道安置喷嘴不同，直喷式发动机不会造成燃油在通道壁的冷凝这一问题，并能够提供例如优良的气-油比控制稳定性和响应特性。另外，如果燃烧室被设计成一种气-油混合物绕火花塞局部分布的形状，当在每个压缩冲程的后半部分喷射燃油时，通过使用所谓的分层进料技术有可能增加气-油比(较贫油的混合物)，从而达到节省燃油的目的。

从机动车发动机排出的尾气含有，例如，烃(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)，目前需要尽可能降低这些有害成分的产生和释放，以改善这些释放物的特性。常规采用的一种方法是向尾气通道中供应催化剂，在上述直喷式发动机中通常也是在尾气通道中提供催化剂。这些催化剂最常见的例子是一种三向催化剂，能够以化学计量的气-油比催化清除HC、CO和NOx。为了适应于上述直接喷射发动机中的贫油燃烧运转，已经开发了另一种催化剂，该催化剂即使在“贫油”运转范围中也能清除NOx。

例如，在未审的日本专利公开号4-231645中公开了一种燃油喷射设备，它是一种公知的，在例如这种直接喷射发动机中改善催化剂在低温下的转化率效率的设备。在尾气通道中有贫油NOx催化剂的直喷式发动机中，贫油NOx催化剂还原NOx需要有HC，这样安置该设备，使得在压缩冲程的后期从喷嘴首先喷射，除了首先喷射外在进气冲程到压缩冲程的早期再一次进行喷射，喷射出少量燃油，用来向贫油NOx催化剂供应HC，这时催化剂的温度较低，或者除了上述首先喷射外，在燃烧冲程后期到排气冲程早期这段时间，这时催化剂的温度较高，进行所述的再一次喷射。在该设备中，通过设定再一次喷射过程喷射的燃油量到很低的水平，使得它的量基本上不影响在燃烧室的燃烧，把后一次喷射过程喷射的燃油的HC供应到尾气通道中的催化剂中，通过改变上述方式中低温和高温下后一次喷射的喷油时序，使HC的低沸点成分供应到低温下的催化剂中，HC的高沸点成分供应到高温下的催化剂中。

当催化剂还没有被加热，催化温度比其活化温度低时，用来转化尾气的催化剂不能充分表现其转化效果。在这种情况下就容易大量释放HC和NOx。尽管有克服这一问题的已知技术，该技术通过降低HC和NOx，延迟点火时序以升高尾气温度进行催化剂触发运转。但是，点火时序的延迟易于引起燃烧稳定性的恶化。因而，为了确保燃烧稳定性，就得限制点火时序延迟的长短。因此，要达到降低HC和NOx并增加尾气温度，就需要通过增加燃烧稳定性来增加点火时序延迟的可能范围，而不是只依赖延迟点火时序。然而，在传统的直喷式发动机中不能充分满足这些要求。

尽管在上述刊物中公开的设备除了在压缩冲程的后期进行首先喷射外，在催化剂温度较低时接着首先喷射进行再一次喷射，目的是改善低温催化剂的性能，但是后一次喷油喷射的燃料的量极少，在燃烧室中几乎不经燃烧就被传递到尾气通道中的催化剂。因此，该设备只有在使用需要用HC还原NOx的贫油型的催化剂时才是有利的。而且，该设备只有在催化剂活化到一定程度之后，同时供应HC下才有可能达到NOx的转化效果，尽管这时催化剂还在较低的温度状态。因为HC在此之前以未加热的状态释放，该设备就不能很好达到改善尾气排放的目的。而且，该设备没有通过增加尾气温度进行催化剂迅速点火运转的功能。

另一种解决直喷式发动机低温启动的方法，例如日本未审专利4-187841公开的那样，通过在压缩冲程中增加喷射的燃油量维持可燃性，同时，汽缸的内部温度较低。更具体地说，控制发动机，使得它在压缩冲程的低-载荷范围喷油，在随后的进气冲程到压缩冲程的中-载荷范围中进行二次喷油，在进气冲程的高-载荷范围喷油，这时发动机处于热运转状态下，其中上述分开喷油的范围可以扩大到发动机还处于低温状态的高-载荷范围附近。

然而，这一设备仅仅是通过增加在压缩冲程喷射中的燃油的量来维持可燃性，喷射的燃油的量太多，恶化了汽化和雾化，而同时发动机处于低温状态，由于催化剂始终处于未加热状态，设备不能通过增加尾气温度来完成迅速点火和改善尾气排放。

基于上述的情况，本发明的目的是提供一种直喷式发动机，该发动机能降低从发动机排出的尾气例如HC和NOx的量，提供一种通过增加尾气的温度使得催化剂迅速进行点火运转燃烧状态，通过增加燃烧稳定性使得点火时序的延迟增加，其协同效果使得它能显著增加催化剂的迅速点火并改善排气效果。