CN103195554A

CN103195554A - 无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置

Info

Publication number: CN103195554A
Application number: CN2013101175066A
Authority: CN
Inventors: 麦镇荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-07
Filing date: 2013-04-07
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明公开了一种无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置，包括由运动接近上止点的活塞、气缸体和缸盖构成的燃烧腔室，进气机构和排气机构通过进气管和排气管连通燃烧腔室的进气口和排气口，三元催化器及氧传感器设于排气管内，所述氧传感器通过线路连接电脑控制喷油器的喷油量；还包括一个抽气机构或吹气机构，于发动机的排气冲程，抽气机构在排气机构提前关闭排气口并开启进气门时从燃烧腔室内抽出残余的废气，或吹气机构在排气机构提前关闭排气口、进气机构提前开启进气口时从燃烧腔室内吹走残余的废气。本发明在排空废气的同时并不影响三元催化器及氧传感器的工作环境，维持三元催化器工作效能，不干扰氧传感器的指令，保证发动机正常的运行工况。

Description

无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置

（一）技术领域：

本发明涉及电喷发动机技术，具体是一种无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置。

（二）背景技术：

随着汽车行业技术的发展，发动机已由化油器时代进入电喷时代，电喷发动机为获得高排气净化率，降低排气中一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物成份（NOx）等有害成分，减少排气污染，必须利用三元催化器二次燃烧和元素分解，当混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比或者三元催化器温度降低，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降。为了能有效使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比，采取的措施是使用氧传感器监控排气中氧的浓度，所述氧传感器与三元催化器一起安装在排气歧管内，并向ECU（电脑）发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。

所述氧传感器具有一种特性，在理论空燃比（14.7：1）附近它输出的电压有突变。这种特性被利用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态（小电动势：O伏）通知ECU；当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态（大电动势：1伏）通知（ECU）电脑，ECU根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高，并相应地控制喷油持续的时间。

综上所述，氧传感器的作用是测定发动机燃烧后的排气中氧是否过剩的信息，即氧气含量，并把氧气含量转换成电压信号传递到发动机计算机，使发动机能够实现以过量空气因数为目标的闭环控制；确保三元催化转化器对排气中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOX）三种污染物都有最大的转化效率，最大程度地进行排放污染物的转化和净化。

如氧传感器有故障使输出的电动势不正常，或机械及电喷系统其它件磨损而引起空燃比的误差，或者人为改变空燃比，（ECU）电脑就不能精确控制空燃比。

此处重点探讨人为改变空燃比的情况。

发动机排气过程中废气和废热无法排尽，这不仅是传统发动机存在的问题，也是当下涡轮增压发动机存在的问题。这是因为运动至气缸上止点的活塞无法排尽燃烧室内的残存废气和废热，下一循环进气时残存无氧废气和废热（约400°～500°）混入新进入的空气中，影响了进入空气的质量，增加了进入空气的温度，影响了进入空气的密度，由于还混入一定量的无氧废气，就更不利于混合燃料完全燃烧做功，发动机的压缩比因为进气温度高为避免爆震无法进一步提高，众所周知缸内压缩比是提高发动机动力的关键条件。

为解决这一问题，现有技术中采用扫气方式，在气缸的活塞做排气运动时、排气装置关闭前向气缸的燃烧室内喷出清扫废气的压缩空气（由增压装置实现），将燃烧室内的残存废气和废热从排气支管经氧传感器和三元催化器排尽。

扫气方式的正面效应是：通过清扫发动机尾气而排空高温无氧废气、降低气缸进气前的温度、提高新进空气的气密度和含氧量，进而提高燃料的燃烧效率和发动机功率；扫气方式负面效应是：改变了排气中的三元催化器温度和废气中的氧含量，导致三元催化器效能降低，氧传感器发出错误指令，造成喷油量和持续时间的误差，使发动机不能正常工作。

（三）发明内容：

为此，本发明提出了一种无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置。

本发明无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置有两种形式：

1、本发明燃烧室换气装置包括，由运动接近上止点的活塞、气缸体和缸盖构成的燃烧腔室，进气机构和排气机构通过进气管和排气管分别连通燃烧腔室的进气口和排气口，三元催化器及氧传感器设于排气管内，所述氧传感器通过线路连接电脑控制喷油器的喷油量，所不同的是还包括一个抽气机构，以及控制抽气机构启闭及调节抽气量的控制中心，并于燃烧腔室增设出气口，所述抽气机构通过抽气管连通出气口，于发动机的排气冲程，所述控制中心控制抽气机构在排气机构提前关闭排气口、进气机构提前开启进气口时，从燃烧腔室内抽出残余的高温废气，使清新空气进入到燃烧腔室中，排气冲程完成关闭出气口，然后开始进气冲程。

所述抽气机构为可以驱动气体的任何机构。

所述抽吸气机构为抽气泵或负压泵。

所述抽气泵或负压泵的动力取自车载蓄电池或发动机。

2、本发明燃烧室换气装置包括由运动接近上止点的活塞、气缸体和缸盖构成的燃烧腔室，进气机构和排气机构通过进气管和排气管分别连通燃烧腔室的进气口和排气口，三元催化器及氧传感器设于排气管内，所述氧传感器通过线路连接电脑控制喷油器的喷油量，所不同的是还包括一个用吹气管接入进气管的吹气机构，以及控制吹气机构启闭及调节吹气量的控制中心，并于燃烧腔室增设出气口，于发动机的排气冲程，所述控制中心控制吹气机构在排气机构提前关闭排气口、进气机构提前开启进气口时从燃烧腔室内吹走残余的废气，排气冲程完成关闭出气口，然后开始进气冲程。

所述吹气机构为小功率机械增压器。

所述机械增压器的动力取自车载蓄电池或发动机。

上述第1、第2中，排气口的提前关闭时间对应于活塞大于或等于90%而小于100%的排气行程。

本发明的优点：

1、本发明无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置采用抽气或吹气的方式通过专用出气口排空废气，降低气缸温度，有利于提高发动机压缩比，提高燃油效率，降低爆燃发生的机率。

2、本发明在排空废气的同时并不影响三元催化器及氧传感器的工作环境，不改变排气管中原有废气温度和氧气含量，可有效维持三元催化器工作效能，不干扰氧传感器发出的指令，保证发动机正常的运行工况。

（四）附图说明：

图1是本发明一种实施方式的结构示意图。

图2是本发明另一种实施方式的结构示意图。

图号标识：1、活塞；2、气缸体；3、缸盖；4、进气管；5、排气管；6、三元催化器；7、氧传感器；8、出气口；9、抽气管；10、抽气泵；11、机械增压器；12、曲柄连杆机构；13、喷油器；14、吹气管。

（五）具体实施方式：

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置涉及一种汽油内燃发动机，发动机为一缸发动机或多缸发动机，如图1、图2所示为发动机的单缸结构及其配套部件。

所述单缸发动机的气缸体2上口由缸盖3封盖，缸盖3中心设置喷油装置的喷油器13，气缸体2的进气口和排气口开设于缸盖3上；气缸体2的下口连接曲柄箱，曲柄箱内设有曲柄连杆机构12；气缸体2内配合有活塞1，所述活塞1连接曲柄连杆机构12；所述气缸体2、运行接近上止点的活塞1以及缸盖3构成发动机的燃烧腔室；所述进气口通过进气管4连通进气机构（包括进气门），排气口通过排气管5连通排气机构（包括排气门），所述排气管5内设有三元催化器6和氧传感器7，所述氧传感器7通过线路连接（ECU）电脑控制喷油器13的喷油量，如图1、图2所示。

本发明燃烧室换气装置有两种方式，但都是通过专用出气口8而实现，所述出气口8开设于缸盖3上，处于进气口和排气口之间。

1、采用抽气机构换气，抽气机构的启闭及调节抽气量由控制中心控制，所述中心控制还同时控制进气机构的进气门开闭、排气机构的排气门开闭和喷油装置的喷油器13喷油量。所述抽气机构为抽气泵10，所述抽气泵10通过抽气管9连通专用出气口8，抽气泵10的动力来自发动机，于发动机的排气冲程，即活塞1向上止点运行，在活塞1的行程末端（活塞1大于或等于90%而小于100%的排气行程），所述控制中心控制排气机构（通过排气门）提前关闭排气口，并同时控制进气机构（通过进气门）同步开启进气口，并控制抽气泵10完成从燃烧腔室内抽出残余的废气而抽进清新空气，等排气冲程完成后关闭出气口8，然后开始通常的进气冲程，如图1所示。

2、采用吹气机构换气，吹气机构的启闭及调节吹气量由控制中心控制，所述中心控制还同时控制进气机构的进气门开闭、排气机构的排气门开闭和喷油装置的喷油器13喷油量。所述吹气机构为小功率机械增压器11，所述机械增压器11的动力来自发动机，机械增压器11通过吹气管14接入进气管4，于发动机的排气冲程，即活塞1向上止点运行，在活塞1的行程末端（活塞1大于或等于90%而小于100%的排气行程），所述控制中心控制排气机构（通过排气门）提前关闭排气口，并同时控制进气机构（通过进气门）同步开启进气口，并控制机械增压器11吹气入燃烧腔室，在补充清新空气的同时将残余的废气从专用出气口8清扫出去，等排气冲程完成后关闭出气口8，然后开始通常的进气冲程，如图2所示。

无论是抽气机构换气还是吹气机构换气，由于此时的排气门均关闭，换气过程中不会影响到已进入排气管5内废气的温度及含氧量，因而三元催化器6和氧传感器7仍然正常工作，发动机的运行工况持续稳定。

Claims

1.无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置，包括由运动接近上止点的活塞（1）、气缸体（2）和缸盖（3）构成的燃烧腔室，进气机构和排气机构通过进气管（4）和排气管（5）分别连通燃烧腔室的进气口和排气口，三元催化器（6）及氧传感器（7）设于排气管（5）内，所述氧传感器（7）通过线路连接电脑控制喷油器（13）的喷油量，其特征在于：还包括一个抽气机构，以及控制抽气机构启闭及调节抽气量的控制中心，并于燃烧腔室增设出气口（8），所述抽气机构通过抽气管（9）连通出气口（8），于发动机的排气冲程，所述控制中心控制抽气机构在排气机构提前关闭排气口、进气机构提前开启进气口时从燃烧腔室内抽出残余的废气。

2.根据权利要求1所述的无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置，其特征在于：所述抽吸气机构为抽气泵（10）或负压泵。

3.根据权利要求2所述的无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置，其特征在于：所述抽气泵（10）或负压泵的动力取自车载蓄电池或发动机。

4.无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置，包括由运动接近上止点的活塞（1）、气缸体（2）和缸盖（3）构成的燃烧腔室，进气机构和排气机构通过进气管（4）和排气管（5）分别连通燃烧腔室上开设的进气口和排气口，三元催化器（6）及氧传感器（7）设于排气管（5）内，所述氧传感器（7）通过线路连接电脑控制喷油器（13）的喷油量，其特征在于：还包括一个用吹气管（14）接入进气管（4）的吹气机构，以及控制吹气机构启闭及调节吹气量的控制中心，并于燃烧腔室增设出气口（8），于发动机的排气冲程，所述控制中心控制吹气机构在排气机构提前关闭排气口、进气机构提前开启进气口时从燃烧腔室内吹走残余的废气。

5.根据权利要求4所述的无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置，其特征在于：所述吹气机构为小功率机械增压器（11）。

6.根据权利要求5所述的无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置，其特征在于：所述机械增压器（11）的动力取自车载蓄电池或发动机。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的无干扰三元催化器及氧传感器工作的燃烧室换气装置，其特征在于：排气口提前关闭时间对应于活塞（1）大于或等于90%而小于100%的排气行程。