CN1378617A - 具有内燃机的汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有内燃机的汽车,通过一个安装在排气弯管后面的预催化转化器和一个安装在其后的废气流中的主催化转化器,特别是提供一种NOx－存储式催化转化器对废气进行催化净化,并且在汽车内安装了一个空气导管(1),从而可以在发动机宽广的运转范围内对其废气催化净化进行优化。空气导管在汽车前端面区域内有一个进气口(2),而其末端则接往排气弯管(9)和/或一个废气冷却器。在进气口(2)的区域内可以有一个可控节气门(3,4)。

Description

具有内燃机的汽车
本发明涉及一种具有内燃机的汽车，通过至少一个直接安装在排气弯管后面的预催化转化器和至少一个安装在其后废气流中的主催化转化器，特别是一个NOx-存储式催化转化器，对废气进行催化净化。
已知的燃油直接喷射式汽车发动机以过量的空气在一个宽广的发动机运转特性曲线内工作，从而使燃油消耗明显降低。在这种边界条件下，为了转化氮氧化物而可以不采用传统的三元催化转化器，因此对于稀薄排气中氮氧化物的转化还可采用NOx-存储式催化转化器。
但是，采用这样的NOx-存储式催化转化器只能在一个很窄的排气温度范围内达到高的转换率，从而极大地限制了发动机稀薄混合气的高效运转范围。因此必须使发动机的运转和催化转化器系统相互协调，使存储式催化转化器入口处的排气温度在尽可能宽的发动机运转范围内均处于这个温度范围内。当汽车速度较高时，温度上限在这方面存在问题。因此为了拓宽发动机高速和高负荷时的运转范围，采用废气冷却，从而降低催化转化器温度的措施是很有意义的。
在已知的排气装置DE 41 27 634 A1中，一个传统的三元催化转化器的前方管用一个罩壳环绕，此罩壳作为冷却空气管一直通到排气装置的后端管，并最终止于吸气喷射泵，在那里充分利用排气流。这种已知的排气装置是有缺点的，特别是只有主催化转化器前的排气温度能够受到影响。
本发明的任务在于，提供一种具有内燃机的汽车，其排气的催化净化能够在宽广的发动机运转范围内优化。
这个任务是结合本发明的前序部分，通过实施权利要求1特征部分中所规定的技术特征来解决的。
因此在汽车中安装了一个空气导管，它在汽车前端区域内具有一个进气口，而其末端连到排气弯管和/或一个特殊的排气冷却器上，在进气口区域内可以安装一个可控节气门。
通过这个空气导管，特别是在较高运行速度情况下能够使排气弯管，从而使废气冷却，因此预催化转化器和存储式催化转化器的温度也降低。废气冷却的另一优点是，在发动机高转速和高负荷时预催化转化器和存储式催化转化器的热负荷降低，从而大大延长零部件寿命。
如果在下面本文中论及一个预催化转化器和/或一个主催化转化器，则可能也常常是泛指在一辆汽车中的多个这样的催化转化器。
此外，可以取消燃烧混合气的全负荷加浓，从而明显地降低油耗，并使催化转化器的寿命提高。
本发明其它优选的实施方案是由有关的权利要求及其组合而得出的。
在空气导管进气口区域内可选择安装的节气门可以具有两个控制状态(开启和关闭)或者做成可无级调节的。
本发明一个特别优选的实施方案是，可控节气门做成空气转向装置，因此在一个运转位置上它使冷却空气流偏转向冷却水—热交换器方向，从而可以保障诸如在汽车爬坡时，内燃机在高负荷和过高冷却介质温度情况下，能够利用空气流，得到冷却水—热交换器的附加冷却。在这种很少出现的运转情况下，能够使预催化转化器和存储式催化转化器的零部件在燃烧混合气大幅度加浓时得到保护。
为了加大排气冷却的有效性，进气口可以具有喇叭形的空气导流片，并在进气口区域内安装一个风扇，以便在低速时也能够保障废气和催化转化器得到满意的冷却。
另外，除了这些提高空气流量和流速的措施以外，还在空气导管中安装空气导流片，以便使空气流适当地围绕待冷却零部件流动。此外，可以将整个排气装置整体或有选择地优化，诸如通过加散热片或采用具有较大表面积的特殊管道几何形状；通过排气装置涂层提高辐射系数，从而提高辐射散热，就象提高废气和排气装置之间的传热措施一样。
节气门最好是由发动机管理的一个电子控制装置操纵，使节气门在一个静止位置或非执行位置时开启，并在下列各运转条件时关闭：发动机起动后预催化转化器和主催化转化器加热期间；或在预催化转化器和主催化转化器需要脱硫时；在主催化转化器后面的废气温度低于露点时；或在冷却介质温度低于一个最小的限值时；在预催化转化器前面的废气温度小于一个最小的限值和预催化转化器后面的废气温度小于一个最低限值，同时主催化转化器的温度小于一个最小的限值时；或汽车速度小于一个最低的限值时。
当内燃机冷却介质温度大于一个最大限值时，并且废气温度和催化转化器温度大于一个最大限值时，节气门控制在一个转向位置上。
下面借助附图对本发明的一个实施例详述，即
图1废气冷却原理简图；
图2一种具有空气转向装置方案的原理简图；
图3另一废气冷却方案的侧视图；
图4图3的俯视图；
图5另一废气冷却方案的侧视图；
图6图5方案两种空气流动的示意图。
一个具有内燃机10的汽车，采用一个直接安装在排气弯管9后面的预催化转化器7和一个安装在其后废气流中做成NOx-存储式催化转化器的主催化转化器8，对废气进行催化净化，具有一根冷却废气的空气导管1，它在汽车前端面区域内具有一个进气口2，其末端连接到排气弯管9和/或一个图中未表示出的废气冷却器上，并在进气口2区域内有一个可控的节气门3；4，最好是安装在一个散热器格栅1 2的后方。节气门3；4具有两个控制状态(一个开启状态和一个关闭状态)或做成可无级调节的，从而可将废气温度特别准确地控制在NOx-存储式催化转化器的最佳工作范围内。
如图2所示，可控节气门4设计成空气转向装置，它可以处于一个流通位置，使冷却空气流流向冷却水—热交换器方向，特别是在爬坡的罕见情况下会出现高负荷和过高冷却水温度的情况，此时由于燃烧混合气大幅度加浓而零部件需要保护。
在图3和图4所示的一个具体实施方案中，散热器格栅1 2安装在保险杠15的上方和发动机罩盖14的下方，在该散热器格栅后方有一个空气导管1的进气口2，在进气口前面有空气导流片6，布置成喇叭形。在通风管1内安装一个可控节气门3，在空气导管1中，为了与内燃机10和车体振动隔开，而连接一根挠性件16。空气导管1接入弯管9上的热屏蔽板11，以便能够将预催化转化器7前的炽热废气冷却到希望的温度。在热屏蔽板11内可以安装其它空气导流片，用来均衡流向各气缸排气支管的气流，特别是在倾斜流往排气支管的情况下是很有意义的。
节气门3的控制是由一个控制仪17完成的，控制仪通过一个安装在预催化转化器前方和/或后方和/或主催化转化器前方的温度传感器18提供分析用的过程数据，以补充已知发动机的运转数据。
此外如图1所示，在做成存储式催化转化器的主催化转化器8的前方管可按照已知的类型和方式来冷却，例如通过汽车底部罩壳内附加的空气导流片13，按照需要可控制地实施冷却。
根据本发明其它未图示的实施方案，为了提高空气导管1的空气流量和流速，可以在其进气口2区域内或节气门3的下游安装一个附加风扇；或者为了改善散热可使排气装置具有附加的散热片；或者也可以采用具有较大表面积的特殊的管几何形状；也可以给排气装置敷以涂层，来提高辐射系数，从而可以增加辐射散热；或者可以采用其它已知的措施来提高废气和排气管壁之间或者排气管壁和环境之间的散热。
在图5所示的方案中，冷却空气来自保险杠15的下方，这种方案在发动机罩盖14很低的汽车中，当散热器格栅12的空气入口只有很小的横截面时可以具有特殊的优点。这种方案的优越性还在于冷却空气具有最高的动压头范围。空气导管1从散热器旁或上方倾斜向上，并且弧形通往热屏蔽板11。为了阻止节气门3固死，具有优点的方案是将其布置在倾斜向上的空气导管1中。
在图5所示的方案中，可以通过冷却空气流的多次转向使空气流形成非均匀的结构。图6以不同大小的箭头表示出如何通过节气门3合适的倾斜位置(右图)可使部分前沿范围内较强的冷却空气流(左图)在空气导管的上部分转向，从而使气流均匀。节气门3的倾斜位置通过此气门3最大调节行程相应的结构方案可以保障在开启的静止位置上，当然也可以安装一个固定的或可调的止动缓冲器。节气门3处于静止状态时的倾斜位置可以根据运行速度和/或废气温度以及催化转化器温度调节。
在图1、2、3、4或5的方案中，当废气冷却时空气流动的进一步均匀化，可以通过在节气门上游或下游安装固定的或可调的空气导流片22实现，如图6所示。
                        符号说明1.空气导管2.进气口3.节气门4.节气门5.冷却水—热交换器6.空气导流片7.预催化转化器8.NOx-存储式催化转化器9.排气弯管10.内燃机11.热屏蔽板12.散热器格栅13.车底罩壳处的空气导流板14.发动机罩盖15.保险杠16.挠性件17.控制仪18.温度传感器22.空气导流片

Claims (16)

1.具有内燃机的汽车，通过至少一个安装在排气弯管后方的催化转化器，特别是预催化转化器，最好通过至少一个安装在其后的废气流中的主催化转化器，特别是NOx-存储式催化转化器，对废气进行催化净化，其特征是，在汽车中安装一个空气导管(1)，它在汽车的前端面区域内有一个进气口(2)，它的末端连接在排气弯管(9)和/或一个废气冷却器上。
2.根据权利要求1的汽车，其特征是，在进气口(2)区域内装入一个可控的节气门(3，4)。
3.根据权利要求2的汽车，其特征是，可控节气门(3，4)具有两种控制状态(开启和关闭)或做成可无级调节的。
4.根据权利要求3的汽车，其特征是，节气门(3，4)在“开启”状态时，至少与周围空气流动处于近似平行的状态。
5.根据权利要求2的汽车，其特征是，可控节气门(4)做成为空气转向装置，偏离空气导管(1)中的流通位置的位置冷却空气流对准冷却水—热交换器(5)方向。
6.根据权利要求1的汽车，其特征是，进气口(2)具有空气导流片(6)，并设计成喇叭形。
7.根据权利要求1的汽车，其特征是，在空气导管(1)中进气口(2)的区域内安装一个风扇。
8.根据权利要求7的汽车，其特征是，风扇安装在节气门(4)的前面。
9.根据权利要求7的汽车，其特征是，在节气门(4)和热屏蔽板(11)之间安装风扇。
10.根据权利要求1的汽车，其特征是，围绕排气弯管(9)安装一个热屏蔽板(11)，空气导管(1)固定或可拆卸地连接其上。
11.根据权利要求2的汽车，其特征是，节气门(3，4)在一个静止位置和一个非执行位置上开启，并在下列时间关闭：在发动机起动后至少一个预催化转化器(7)和至少一个存储式催化转化器(8)加热期间；或至少一个预催化转化器(7)或至少一个存储式催化转化器(8)需要脱硫时；或当至少一个存储式催化转化器(8)后面的废气温度低于露点时；或当冷却介质温度低于一个最低限值时；或在至少一个预催化转化器(7)前面的废气温度小于一个最低限值和至少一个预催化转化器(7)后面的废气温度小于一个最低限值，同时至少一个存储式催化转化器(8)的温度小于一个最低限值时；或汽车速度小于一个最低限值时。
12.根据权利要求2的汽车，其特征是，当冷却介质温度高于一个最大限值时，节气门(4)被控制在一个转向位置上。
13.根据权利要求12的汽车，其特征是，在满负荷下和冷却介质温度大于一个最大限值时，节气门(4)被转向，并且至少一个预催化转化器前面或后面或至少一个NOx-存储式催化转化器前面的废气温度大于一个最大限值时，燃烧混合气的燃料加浓由内燃机(19)的控制仪(17)来调节。
14.根据权利要求1的汽车，其特征是，进气口(2)安装在散热器格栅(12)区域内，保险杠(15)的上方和发动机罩盖(4)的内部或下方。
15.根据权利要求1的汽车，其特征是，进气口(2)安置在散热器格栅(12)区域内，在保险杠的内部或下方。
16.根据权利要求2的汽车，其特征是，节气门(3，4)在“开启”状态时，为了使空气在空气导管(1)中更好地分布，而与其周围的空气流成一角度。
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