CN1918381A - 用于发动机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可获得充分的发动机输出同时排气被可靠地净化的用于发动机的排气净化装置。该用于发动机(1)的排气净化装置包括：布置在连接到发动机(1)的排气口的排气管(7)内的催化器(10)；连接在排气管(7)的设置在催化器(10)上游的二次空气引入口(11)处、用于根据在二次空气引入口(11)处产生的负压将二次空气引入排气管(7)内的二次空气引入管(12)；在二次空气引入口(11)的下游布置在排气管(7)内、用于检测氧浓度以获得经过催化器(10)的排气的空燃比的O2传感器(14)；和用于控制从燃料喷射阀(3)供给到发动机(1)的燃料量使得基于由O2传感器(14)检测到的氧浓度的空燃比变成目标空燃比的控制器(15)。O2传感器(14)设置为检测消声器(8)的膨胀室内的氧浓度。

Description

用于发动机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及用于发动机的排气净化装置。
背景技术
传统类型的用于设有O2反馈式燃料供给系统的发动机的排气净化装置具有：位于沿着发动机排气管的中途的三元催化器；和设置在该三元催化器上游用于检测排气中的氧浓度的O2传感器。该排气净化装置被设计成反馈控制待喷射到发动机的燃料量，使得基于由O2传感器检测到的氧浓度而获得的空燃比被调节为理论空燃比。例如，在日本特开2000-310116号公报中公开了这种排气净化装置。
此外，日本特开平5-321653号公报中提出了另一种此类装置，具有：在三元催化器上游连接到排气管的二次空气引入管；和设置在三元催化器下游的O2传感器。该装置被设计为反馈控制二次空气量，使得基于由O2传感器检测到的值计算出的空燃比被调节为等于或略浓于理论空燃比，由此对于排气的NOx、CO和HC成分获得高的净化率。
发明内容
但是，任何传统类型的排气净化装置控制燃料供给量以将空燃比维持在理论空燃比。这导致在理论空燃比附近狭窄的空燃比范围内的发动机操作。从而，由于发动机操作范围而不能充分地获得所需的发动机动力输出。这产生了如下问题：与汽车发动机相比，在上述传统排气净化装置应用到用于诸如摩托车之类的小型车辆的小排量发动机的情况下，驾乘者可能会由于发动机动力输出不足而感到不适。
本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种确保高性能的排气净化和充分的发动机动力输出的用于发动机的排气净化装置。
本发明的另一个目的是提供一种通过使用O2传感器和用于检测氧浓度和用以获得经过催化器的排气的空燃比的其他基础数据的其他传感器防止排气阻力显著增大的用于发动机的排气净化装置。
为了解决以上问题，本发明提供了一种用于发动机的排气净化装置，包括：催化器，该催化器布置在与所述发动机的排气口连接的排气管内；二次空气引入单元，该二次空气引入单元连接在所述排气管的设置在所述催化器的上游的连接点处，用于根据在所述连接点处产生的负压将二次空气引入所述排气管内；传感器，该传感器在所述二次空气引入单元的所述连接点的下游布置在所述排气管内，用于检测用以获得经过所述催化器的排气的空燃比的基础数据；以及用于控制将从燃料供给系统供给到所述发动机的燃料量使得基于由所述传感器检测到的所述基础数据的所述空燃比变成目标空燃比的装置。
基础数据可以包括例如指示排气中的氧浓度或空燃比自身的数据。此外，目标空燃比可以是理论空燃比。而且，发动机可以是四冲程发动机。催化器是氧化催化器或三元催化器。此外，传感器可以设置在催化器的上游或下游。
在本发明中，待供给到发动机的混合气的空燃比可以表现为10-14的浓态，即用于最大动力输出的空燃比。这导致充分的发动机动力输出。“用于最大动力输出的空燃比”表示比14.6(λ＝1)的理论空燃比浓得多的10-14的空燃比。
引入二次空气允许目标空燃比的排气供给到催化器。因而可以用催化器将排气的成分NOx、CO和HC一起净化。这在确保高性能的排气净化的同时导致足够的发动机动力输出。因此，即使排气净化装置用于诸如摩托车之类的小型车辆，也可以抑制驾乘者在驾乘时由于发动机输出不足而感觉不适。
根据本发明的一个方面，所述排气管的下游端部容纳在消声器内，所述消声器设有多个膨胀室，并且所述传感器设置为检测所述膨胀室中任一个内的所述基础数据。这可以防止排气阻力由于传感器而增大。
本发明还提供了另一个方面的用于发动机的排气净化装置，包括：催化器，该催化器布置在与所述发动机的排气口连接的排气管内；二次空气引入单元，该二次空气引入单元连接在所述排气管的设置在所述催化器的上游的连接点处，用于将二次空气引入所述排气管内；消声器，该消声器具有多个膨胀室并容纳所述排气管的下游端部；传感器，该传感器用于检测所述多个膨胀室中任一个内用以获得经过所述催化器的排气的空燃比的基础数据；以及用于基于由所述传感器检测到的所述基础数据控制经过所述催化器的排气的空燃比的装置。此发明可以防止排气阻力由于传感器而增大。
根据本发明的一个发明，所述传感器设置为检测所述多个膨胀室中最上游的膨胀室内的所述基础数据。这允许传感器立即检测到基础数据的变化。
根据本发明的一个发明，所述排气管具有形成为U形的弯曲部；所述排气管的下游端部与所述弯曲部一起容纳在所述消声器内；并且所述传感器设置为检测所述多个膨胀室中最接近所述发动机的膨胀室内的所述基础数据。这允许传感器布置在定位为最靠近发动机且最上游的膨胀室内，从而有助于传感器的布线。
根据本发明的一个发明，所述传感器设置为检测在所述膨胀室中用于从所述排气管排放到所述膨胀室的排气的流动路径上的所述基础数据。这允许传感器立即检测到基础数据的变化。
在此情况下，所述传感器可以设置为检测所述排气的下游端部开口前方(在排气排放方向上)的区域内的所述基础数据。这允许传感器进一步立即检测到基础数据的变化。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的用于四冲程发动机的排气净化装置的示意性结构图；
图2是图1所示的排气净化装置的设有O2传感器的消声器的截面图；
图3(a)和3(b)是示出O2传感器安装到排气净化装置上的另一个示例的示意图，其中图3(a)示意性地示出设有O2传感器的消声器的截面图，而图3(b)示意性地示出从车辆前方观察的消声器；
图4(a)和4(b)是示出O2传感器安装到排气净化装置上的另一个示例的示意图，其中图4(a)示意性地示出设有O2传感器的消声器的截面图，而图4(b)示意性地示出从车辆前方观察的消声器；
图5(a)和5(b)是示出O2传感器安装到排气净化装置上的另一个示例的示意图，其中图5(a)示意性地示出设有O2传感器的消声器的截面图，而图5(b)示意性地示出从车辆前方观察的消声器；
图6是根据本发明的另一个实施例的用于四冲程发动机的排气净化装置的示意性结构图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的实施例。
图1和2是根据本发明的实施例的用于四冲程发动机的排气净化装置的说明性视图。图1是排气净化装置的示意性结构图。图2是示出设有O2传感器的消声器的截面图。该排气净化装置安装到例如摩托车上。
在这些图中，发动机1是优选用于摩托车的四循环(四冲程)发动机。与发动机1的进气口(未示出)连接的进气通道2连接有用于将燃料喷射到进气口的燃料喷射阀(燃料供给部分)3。空气滤清器4连接到进气通道2的上游端。空气滤清器4具有被元件5划分为进气侧(a)和排气侧(b)的滤清器壳体4a。
用于将排气排放到外部的排气系统6连接到发动机1的排气口(未示出)。排气系统6包括连接到排气口的排气管7和连接到排气管7的下游端部7a的消声器8。如图2所示，排气管7具有弯曲部7c，该弯曲部形成为大致U形并与排气管7的下游端部7a一起容纳在消声器8内。
更具体地，消声器8具有内室，该内室被分隔件32a和32b划分分别形成第一膨胀室8a、第二膨胀室8c和第三膨胀室8d。贯穿分隔件32a的连通管30a允许第一膨胀室8a与第二膨胀室8c互相连通以使排气可以流动通过。此外，贯穿分隔件32a和32b的连通管30b允许第二膨胀室8c与第三膨胀室8d互相连通以使排气可以流动通过。而且，连通管30c安装到第三膨胀室8d的外壁，第三膨胀室8d内的排气通过该连通管30c释放到外部。
如图2所示，为排气系统6设有排气净化装置。该排气净化装置具有布置在消声器8的上游的排气管7内的三元催化器10。在排气管7内三元催化器10的上游形成有二次空气引入口11。二次空气引入单元连接到该二次空气引入口11。
如图2的双点划线所示，三元催化器10可以设置在排气管7内的消声器8内。
在二次空气引入单元中，空气滤清器4的排气侧(b)与二次空气引入口11通过二次空气引入管12连通。在沿着二次空气引入管12的中途，插入了用作止回阀的导向阀(lead valve)13。
导向阀13允许二次空气仅从空气滤清器4侧流动到排气管7侧，而禁止在另一个方向上的流动。更具体地，由于发动机1的进气门和排气门(未示出)的开启和关闭引起的排气脉冲在包括二次空气引入口(连接点)11的排气管7内产生负压。然后该负压使得导向阀13打开，从而空气滤清器4的排气侧(b)的空气被吸入排气管7内。
在排气管7内二次空气引入管12的连接点下游，更具体地，在三元催化器10的下游，布置有O2传感器14。O2传感器14的基部布置在消声器8内从第一膨胀室8a划分得到的传感器室8b内。O2传感器14的检测部14a设置为面对排气管7的下游端开口7b。O2传感器14的检测部14a定位在消声器8内用于从排气管7排放到第一膨胀室8a的排气的流动路径上。这允许O2传感器14的检测部14a恒定地与新鲜排气进行接触，提高了检测精确度。在此实施例中，检测部14a设置为面对排气管7的下游端开口7b以允许O2传感器14检测下游端开口7b前方(在排气排放方向上)的区域内的氧浓度。但是，检测部14a可以定位在消声器8内不同的位置上。在这种情况下，检测部14a可以优选地定位在消声器8内用于排气的流动路径上，例如在连通管30a和30b的上游端部或下游端部上。而且，在此情况下，检测氧浓度的O2传感器14用作用于检测用以获得排气的空燃比的基础数据的传感器。但是，可以使用用于检测空燃比的空燃比传感器代替该O2传感器。
如上所述，在本发明的此实施例中，O2传感器14布置在消声器8内从第一膨胀室8a划分得到的传感器室8b内。这可以抑制来自排气的热的影响。还可以防止O2传感器14暴露在消声器8的外侧作为外观部件，保持消声器8周围的整齐外观。此外，在此实施例中这样布置的O2传感器14可以防止由恶意损害或外力引起的损坏。此外，布置在消声器8内的O2传感器14与布置在排气管7内相比可以减小排气阻力。
根据本发明的此实施例的装置具有控制器15，该控制器15用于控制燃料喷射量使得空燃比被调节到与由O2传感器14检测到的排气中的氧浓度对应的目标空燃比。
在本发明的此实施例中，待由二次空气引入单元引入的二次空气量是根据机械特性如导向阀13的容量和二次空气引入管12的路径阻力确定的固定量。相反，基本燃料喷射量由控制器15基于发动机速度和节气门开度而计算。然后该计算量被修正，使得基于在引入二次空气之后检测到的排气中的氧浓度而获得的混合气的空燃比变得接近理论空燃比。因此，待供给到发动机1的混合气的空燃比变为10至14，即用于最大动力输出的空燃比。这可以导致充分的发动机动力输出。因而，提供用于诸如摩托车之类的小型车辆的发动机的、根据本发明的此实施例的装置可以抑制驾乘者在驾乘时由于动力输出不足而感觉不适。
而且，在本发明的此实施例中，二次空气引入管12在布置在排气管7内的三元催化器10的上游与排气管7连通，以由于排气脉冲而将二次空气引入排气中。这允许待供给到三元催化器10的排气中的空燃比变得接近理论空燃比。因而可以使用三元催化器10将排气的三种成分NOx、CO和HC一起净化，这可以确保如传统装置同样的高性能的排气净化。
在图2中，在消声器8内设置了传感器室8b，O2传感器14的检测部14a从传感器室8b朝向第一膨胀室8a延伸。但是，如图3所示，O2传感器14可以直接布置位于摩托车的后轮8侧向的消声器8的外侧底部，检测部14a可以从该处延伸到第一膨胀室8a中。在此情况下，O2传感器14也可以优选地定位为使得从排气管7的下游端部7a排放的排气直接流动到检测部。
如图4所示，O2传感器14还可以布置在消声器8的外侧，更具体地，在后轮34侧，检测部可以从该处延伸到第一膨胀室8a中。在此情况下，优选地设置防护板36以保护O2传感器14的暴露在消声器8外部的部分。此外，如图5所示，O2传感器14还可以布置在筒状消声器8的车辆前方侧的端面处，检测部从该处延伸到第一膨胀室8a中。在这种情况下，在消声器8的外侧布置有保护板40以防止驾乘者接触高温消声器8，支承件38置于保护板40与消声器8之间。如果保护板40朝向车辆前方侧延伸以覆盖O2传感器14的基部，则其还有助于维持车辆的整齐外观。在图3至5中，与图2相同的标号表示相同或等同的部分。
接下来，图6是用于说明根据本发明的另一个实施例的用于四冲程发动机的排气净化装置的示意性结构图。在图6中，与图1相同的标号表示相同或等同的部分。
如图6所示的排气净化装置具有：布置在连接到排气口的排气管7内的三元催化器10；设置在三元催化器10下游的O2传感器14；和用于引入二次空气的二次空气引入管12，该二次空气引入管12在三元催化器10的上游与排气管7连通。这具有与图1的装置相同的基本结构。
不同的是，在沿着二次空气引入管12的中途设有空气泵20并因此在该空气泵20的下游设有空气流量调节阀21。
控制器15控制待从燃料喷射阀3喷射的燃料量，使得待供给到发动机1的混合气的空燃比变为用于最大动力输出的空燃比。控制器15还通过打开或关闭空气流量调节阀21来控制待供给到排气管7内的二次空气量，使得基于三元催化器10下游的排气中的O2浓度获得的空燃比变得接近理论空燃比。
在本发明的此实施例中，燃料喷射量被控制为使得待供给到发动机1的混合气的空燃比被调节为实现最大动力输出。而且，二次空气量被控制为使得基于三元催化器10下游的排气中的O2浓度获得的空燃比变得接近理论空燃比。这可以提供充分的发动机动力输出和高性能的排气净化。
不仅控制燃料喷射量而且控制二次空气量可以允许在不引入二次空气的情况下将待供给到发动机的混合气的空燃比调节到理论空燃比。以使得能够在保持排气净化性能的同时改善燃料效率的方式控制燃料喷射量和二次空气量。

Claims (8)

1.一种用于发动机的排气净化装置，包括：
催化器，该催化器布置在与所述发动机的排气口连接的排气管内；
二次空气引入单元，该二次空气引入单元连接在所述排气管的设置在所述催化器的上游的连接点处，用于根据在所述连接点处产生的负压将二次空气引入所述排气管内；
传感器，该传感器在所述二次空气引入单元的所述连接点的下游布置在所述排气管内，用于检测用以获得经过所述催化器的排气的空燃比的基础数据；以及
用于控制将从燃料供给系统供给到所述发动机的燃料量使得基于由所述传感器检测到的所述基础数据的所述空燃比变成目标空燃比的装置。
2.根据权利要求1所述的用于发动机的排气净化装置，
其特征在于，所述目标空燃比是理论空燃比。
3.根据权利要求1所述的用于发动机的排气净化装置，
其特征在于，所述排气管的下游端部容纳在消声器内，
所述消声器设有多个膨胀室，并且
所述传感器设置为检测所述膨胀室中任一个内的所述基础数据。
4.一种用于发动机的排气净化装置，包括：
催化器，该催化器布置在与所述发动机的排气口连接的排气管内；
二次空气引入单元，该二次空气引入单元连接在所述排气管的设置在所述催化器的上游的连接点处，用于将二次空气引入所述排气管内；
消声器，该消声器具有多个膨胀室并容纳所述排气管的下游端部；
传感器，该传感器用于检测所述多个膨胀室中任一个内用以获得经过所述催化器的排气的空燃比的基础数据；以及
用于基于由所述传感器检测到的所述基础数据控制经过所述催化器的排气的空燃比的装置。
5.根据权利要求3或4所述的用于发动机的排气净化装置，
其特征在于，所述传感器设置为检测所述多个膨胀室中最上游的膨胀室内的所述基础数据。
6.根据权利要求3或4所述的用于发动机的排气净化装置，
其特征在于，所述排气管具有形成为U形的弯曲部；
所述排气管的下游端部与所述弯曲部一起容纳在所述消声器内；并且
所述传感器设置为检测所述多个膨胀室中最接近所述发动机的膨胀室内的所述基础数据。
7.根据权利要求3或4所述的用于发动机的排气净化装置，
其特征在于，所述传感器设置为检测在所述膨胀室中用于从所述排气管排放到所述膨胀室的排气的流动路径上的所述基础数据。
8.根据权利要求7所述的用于发动机的排气净化装置，
其特征在于，所述传感器设置为检测所述排气的下游端部开口前方的区域内的所述基础数据。
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