專利名稱：用于發動機的排氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于發動機的排氣凈化裝置。
背景技術：
傳統類型的用于設有O2反饋式燃料供給系統的發動機的排氣凈化裝置具有位于沿著發動機排氣管的中途的三元催化器；和設置在該三元催化器上游用于檢測排氣中的氧濃度的O2傳感器。該排氣凈化裝置被設計成反饋控制待噴射到發動機的燃料量，使得基于由O2傳感器檢測到的氧濃度而獲得的空燃比被調節為理論空燃比。例如，在日本特開2000-310116號公報中公開了這種排氣凈化裝置。
此外，日本特開平5-321653號公報中提出了另一種此類裝置，具有在三元催化器上游連接到排氣管的二次空氣引入管；和設置在三元催化器下游的O2傳感器。該裝置被設計為反饋控制二次空氣量，使得基于由O2傳感器檢測到的值計算出的空燃比被調節為等于或略濃于理論空燃比，由此對于排氣的NOx、CO和HC成分獲得高的凈化率。
發明內容
但是，任何傳統類型的排氣凈化裝置控制燃料供給量以將空燃比維持在理論空燃比。這導致在理論空燃比附近狹窄的空燃比范圍內的發動機操作。從而，由于發動機操作范圍而不能充分地獲得所需的發動機動力輸出。這產生了如下問題與汽車發動機相比，在上述傳統排氣凈化裝置應用到用于諸如摩托車之類的小型車輛的小排量發動機的情況下，駕乘者可能會由于發動機動力輸出不足而感到不適。
本發明鑒于上述問題而提出，其目的在于提供一種確保高性能的排氣凈化和充分的發動機動力輸出的用于發動機的排氣凈化裝置。
本發明的另一個目的是提供一種通過使用O2傳感器和用于檢測氧濃度和用以獲得經過催化器的排氣的空燃比的其他基礎數據的其他傳感器防止排氣阻力顯著增大的用于發動機的排氣凈化裝置。
為了解決以上問題，本發明提供了一種用于發動機的排氣凈化裝置，包括催化器，該催化器布置在與所述發動機的排氣口連接的排氣管內；二次空氣引入單元，該二次空氣引入單元連接在所述排氣管的設置在所述催化器的上游的連接點處，用于根據在所述連接點處產生的負壓將二次空氣引入所述排氣管內；傳感器，該傳感器在所述二次空氣引入單元的所述連接點的下游布置在所述排氣管內，用于檢測用以獲得經過所述催化器的排氣的空燃比的基礎數據；以及用于控制將從燃料供給系統供給到所述發動機的燃料量使得基于由所述傳感器檢測到的所述基礎數據的所述空燃比變成目標空燃比的裝置。
基礎數據可以包括例如指示排氣中的氧濃度或空燃比自身的數據。此外，目標空燃比可以是理論空燃比。而且，發動機可以是四沖程發動機。催化器是氧化催化器或三元催化器。此外，傳感器可以設置在催化器的上游或下游。
在本發明中，待供給到發動機的混合氣的空燃比可以表現為10-14的濃態，即用于最大動力輸出的空燃比。這導致充分的發動機動力輸出。“用于最大動力輸出的空燃比”表示比14.6(λ＝1)的理論空燃比濃得多的10-14的空燃比。
引入二次空氣允許目標空燃比的排氣供給到催化器。因而可以用催化器將排氣的成分NOx、CO和HC一起凈化。這在確保高性能的排氣凈化的同時導致足夠的發動機動力輸出。因此，即使排氣凈化裝置用于諸如摩托車之類的小型車輛，也可以抑制駕乘者在駕乘時由于發動機輸出不足而感覺不適。
根據本發明的一個方面，所述排氣管的下游端部容納在消聲器內，所述消聲器設有多個膨脹室，并且所述傳感器設置為檢測所述膨脹室中任一個內的所述基礎數據。這可以防止排氣阻力由于傳感器而增大。
本發明還提供了另一個方面的用于發動機的排氣凈化裝置，包括催化器，該催化器布置在與所述發動機的排氣口連接的排氣管內；二次空氣引入單元，該二次空氣引入單元連接在所述排氣管的設置在所述催化器的上游的連接點處，用于將二次空氣引入所述排氣管內；消聲器，該消聲器具有多個膨脹室并容納所述排氣管的下游端部；傳感器，該傳感器用于檢測所述多個膨脹室中任一個內用以獲得經過所述催化器的排氣的空燃比的基礎數據；以及用于基于由所述傳感器檢測到的所述基礎數據控制經過所述催化器的排氣的空燃比的裝置。此發明可以防止排氣阻力由于傳感器而增大。
根據本發明的一個發明，所述傳感器設置為檢測所述多個膨脹室中最上游的膨脹室內的所述基礎數據。這允許傳感器立即檢測到基礎數據的變化。
根據本發明的一個發明，所述排氣管具有形成為U形的彎曲部；所述排氣管的下游端部與所述彎曲部一起容納在所述消聲器內；并且所述傳感器設置為檢測所述多個膨脹室中最接近所述發動機的膨脹室內的所述基礎數據。這允許傳感器布置在定位為最靠近發動機且最上游的膨脹室內，從而有助于傳感器的布線。
根據本發明的一個發明，所述傳感器設置為檢測在所述膨脹室中用于從所述排氣管排放到所述膨脹室的排氣的流動路徑上的所述基礎數據。這允許傳感器立即檢測到基礎數據的變化。
在此情況下，所述傳感器可以設置為檢測所述排氣的下游端部開口前方(在排氣排放方向上)的區域內的所述基礎數據。這允許傳感器進一步立即檢測到基礎數據的變化。
圖1是根據本發明的實施例的用于四沖程發動機的排氣凈化裝置的示意性結構圖；圖2是圖1所示的排氣凈化裝置的設有O2傳感器的消聲器的截面圖；圖3(a)和3(b)是示出O2傳感器安裝到排氣凈化裝置上的另一個示例的示意圖，其中圖3(a)示意性地示出設有O2傳感器的消聲器的截面圖，而圖3(b)示意性地示出從車輛前方觀察的消聲器；圖4(a)和4(b)是示出O2傳感器安裝到排氣凈化裝置上的另一個示例的示意圖，其中圖4(a)示意性地示出設有O2傳感器的消聲器的截面圖，而圖4(b)示意性地示出從車輛前方觀察的消聲器；圖5(a)和5(b)是示出O2傳感器安裝到排氣凈化裝置上的另一個示例的示意圖，其中圖5(a)示意性地示出設有O2傳感器的消聲器的截面圖，而圖5(b)示意性地示出從車輛前方觀察的消聲器；圖6是根據本發明的另一個實施例的用于四沖程發動機的排氣凈化裝置的示意性結構圖。
具體實施例方式
下面將參照
本發明的實施例。
圖1和2是根據本發明的實施例的用于四沖程發動機的排氣凈化裝置的說明性視圖。圖1是排氣凈化裝置的示意性結構圖。圖2是示出設有O2傳感器的消聲器的截面圖。該排氣凈化裝置安裝到例如摩托車上。
在這些圖中，發動機1是優選用于摩托車的四循環(四沖程)發動機。與發動機1的進氣口(未示出)連接的進氣通道2連接有用于將燃料噴射到進氣口的燃料噴射閥(燃料供給部分)3。空氣濾清器4連接到進氣通道2的上游端。空氣濾清器4具有被元件5劃分為進氣側(a)和排氣側(b)的濾清器殼體4a。
用于將排氣排放到外部的排氣系統6連接到發動機1的排氣口(未示出)。排氣系統6包括連接到排氣口的排氣管7和連接到排氣管7的下游端部7a的消聲器8。如圖2所示，排氣管7具有彎曲部7c，該彎曲部形成為大致U形并與排氣管7的下游端部7a一起容納在消聲器8內。
更具體地，消聲器8具有內室，該內室被分隔件32a和32b劃分分別形成第一膨脹室8a、第二膨脹室8c和第三膨脹室8d。貫穿分隔件32a的連通管30a允許第一膨脹室8a與第二膨脹室8c互相連通以使排氣可以流動通過。此外，貫穿分隔件32a和32b的連通管30b允許第二膨脹室8c與第三膨脹室8d互相連通以使排氣可以流動通過。而且，連通管30c安裝到第三膨脹室8d的外壁，第三膨脹室8d內的排氣通過該連通管30c釋放到外部。
如圖2所示，為排氣系統6設有排氣凈化裝置。該排氣凈化裝置具有布置在消聲器8的上游的排氣管7內的三元催化器10。在排氣管7內三元催化器10的上游形成有二次空氣引入口11。二次空氣引入單元連接到該二次空氣引入口11。
如圖2的雙點劃線所示，三元催化器10可以設置在排氣管7內的消聲器8內。
在二次空氣引入單元中，空氣濾清器4的排氣側(b)與二次空氣引入口11通過二次空氣引入管12連通。在沿著二次空氣引入管12的中途，插入了用作止回閥的導向閥(lead valve)13。
導向閥13允許二次空氣僅從空氣濾清器4側流動到排氣管7側，而禁止在另一個方向上的流動。更具體地，由于發動機1的進氣門和排氣門(未示出)的開啟和關閉引起的排氣脈沖在包括二次空氣引入口(連接點)11的排氣管7內產生負壓。然后該負壓使得導向閥13打開，從而空氣濾清器4的排氣側(b)的空氣被吸入排氣管7內。
在排氣管7內二次空氣引入管12的連接點下游，更具體地，在三元催化器10的下游，布置有O2傳感器14。O2傳感器14的基部布置在消聲器8內從第一膨脹室8a劃分得到的傳感器室8b內。O2傳感器14的檢測部14a設置為面對排氣管7的下游端開口7b。O2傳感器14的檢測部14a定位在消聲器8內用于從排氣管7排放到第一膨脹室8a的排氣的流動路徑上。這允許O2傳感器14的檢測部14a恒定地與新鮮排氣進行接觸，提高了檢測精確度。在此實施例中，檢測部14a設置為面對排氣管7的下游端開口7b以允許O2傳感器14檢測下游端開口7b前方(在排氣排放方向上)的區域內的氧濃度。但是，檢測部14a可以定位在消聲器8內不同的位置上。在這種情況下，檢測部14a可以優選地定位在消聲器8內用于排氣的流動路徑上，例如在連通管30a和30b的上游端部或下游端部上。而且，在此情況下，檢測氧濃度的O2傳感器14用作用于檢測用以獲得排氣的空燃比的基礎數據的傳感器。但是，可以使用用于檢測空燃比的空燃比傳感器代替該O2傳感器。
如上所述，在本發明的此實施例中，O2傳感器14布置在消聲器8內從第一膨脹室8a劃分得到的傳感器室8b內。這可以抑制來自排氣的熱的影響。還可以防止O2傳感器14暴露在消聲器8的外側作為外觀部件，保持消聲器8周圍的整齊外觀。此外，在此實施例中這樣布置的O2傳感器14可以防止由惡意損害或外力引起的損壞。此外，布置在消聲器8內的O2傳感器14與布置在排氣管7內相比可以減小排氣阻力。
根據本發明的此實施例的裝置具有控制器15，該控制器15用于控制燃料噴射量使得空燃比被調節到與由O2傳感器14檢測到的排氣中的氧濃度對應的目標空燃比。
在本發明的此實施例中，待由二次空氣引入單元引入的二次空氣量是根據機械特性如導向閥13的容量和二次空氣引入管12的路徑阻力確定的固定量。相反，基本燃料噴射量由控制器15基于發動機速度和節氣門開度而計算。然后該計算量被修正，使得基于在引入二次空氣之后檢測到的排氣中的氧濃度而獲得的混合氣的空燃比變得接近理論空燃比。因此，待供給到發動機1的混合氣的空燃比變為10至14，即用于最大動力輸出的空燃比。這可以導致充分的發動機動力輸出。因而，提供用于諸如摩托車之類的小型車輛的發動機的、根據本發明的此實施例的裝置可以抑制駕乘者在駕乘時由于動力輸出不足而感覺不適。
而且，在本發明的此實施例中，二次空氣引入管12在布置在排氣管7內的三元催化器10的上游與排氣管7連通，以由于排氣脈沖而將二次空氣引入排氣中。這允許待供給到三元催化器10的排氣中的空燃比變得接近理論空燃比。因而可以使用三元催化器10將排氣的三種成分NOx、CO和HC一起凈化，這可以確保如傳統裝置同樣的高性能的排氣凈化。
在圖2中，在消聲器8內設置了傳感器室8b，O2傳感器14的檢測部14a從傳感器室8b朝向第一膨脹室8a延伸。但是，如圖3所示，O2傳感器14可以直接布置位于摩托車的后輪8側向的消聲器8的外側底部，檢測部14a可以從該處延伸到第一膨脹室8a中。在此情況下，O2傳感器14也可以優選地定位為使得從排氣管7的下游端部7a排放的排氣直接流動到檢測部。
如圖4所示，O2傳感器14還可以布置在消聲器8的外側，更具體地，在后輪34側，檢測部可以從該處延伸到第一膨脹室8a中。在此情況下，優選地設置防護板36以保護O2傳感器14的暴露在消聲器8外部的部分。此外，如圖5所示，O2傳感器14還可以布置在筒狀消聲器8的車輛前方側的端面處，檢測部從該處延伸到第一膨脹室8a中。在這種情況下，在消聲器8的外側布置有保護板40以防止駕乘者接觸高溫消聲器8，支承件38置于保護板40與消聲器8之間。如果保護板40朝向車輛前方側延伸以覆蓋O2傳感器14的基部，則其還有助于維持車輛的整齊外觀。在圖3至5中，與圖2相同的標號表示相同或等同的部分。
接下來，圖6是用于說明根據本發明的另一個實施例的用于四沖程發動機的排氣凈化裝置的示意性結構圖。在圖6中，與圖1相同的標號表示相同或等同的部分。
如圖6所示的排氣凈化裝置具有布置在連接到排氣口的排氣管7內的三元催化器10；設置在三元催化器10下游的O2傳感器14；和用于引入二次空氣的二次空氣引入管12，該二次空氣引入管12在三元催化器10的上游與排氣管7連通。這具有與圖1的裝置相同的基本結構。
不同的是，在沿著二次空氣引入管12的中途設有空氣泵20并因此在該空氣泵20的下游設有空氣流量調節閥21。
控制器15控制待從燃料噴射閥3噴射的燃料量，使得待供給到發動機1的混合氣的空燃比變為用于最大動力輸出的空燃比。控制器15還通過打開或關閉空氣流量調節閥21來控制待供給到排氣管7內的二次空氣量，使得基于三元催化器10下游的排氣中的O2濃度獲得的空燃比變得接近理論空燃比。
在本發明的此實施例中，燃料噴射量被控制為使得待供給到發動機1的混合氣的空燃比被調節為實現最大動力輸出。而且，二次空氣量被控制為使得基于三元催化器10下游的排氣中的O2濃度獲得的空燃比變得接近理論空燃比。這可以提供充分的發動機動力輸出和高性能的排氣凈化。
不僅控制燃料噴射量而且控制二次空氣量可以允許在不引入二次空氣的情況下將待供給到發動機的混合氣的空燃比調節到理論空燃比。以使得能夠在保持排氣凈化性能的同時改善燃料效率的方式控制燃料噴射量和二次空氣量。
權利要求
1.一種用于發動機的排氣凈化裝置，包括催化器，該催化器布置在與所述發動機的排氣口連接的排氣管內；二次空氣引入單元，該二次空氣引入單元連接在所述排氣管的設置在所述催化器的上游的連接點處，用于根據在所述連接點處產生的負壓將二次空氣引入所述排氣管內；傳感器，該傳感器在所述二次空氣引入單元的所述連接點的下游布置在所述排氣管內，用于檢測用以獲得經過所述催化器的排氣的空燃比的基礎數據；以及用于控制將從燃料供給系統供給到所述發動機的燃料量使得基于由所述傳感器檢測到的所述基礎數據的所述空燃比變成目標空燃比的裝置。
2.根據權利要求1所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，所述目標空燃比是理論空燃比。
3.根據權利要求1所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，所述排氣管的下游端部容納在消聲器內，所述消聲器設有多個膨脹室，并且所述傳感器設置為檢測所述膨脹室中任一個內的所述基礎數據。
4.一種用于發動機的排氣凈化裝置，包括催化器，該催化器布置在與所述發動機的排氣口連接的排氣管內；二次空氣引入單元，該二次空氣引入單元連接在所述排氣管的設置在所述催化器的上游的連接點處，用于將二次空氣引入所述排氣管內；消聲器，該消聲器具有多個膨脹室并容納所述排氣管的下游端部；傳感器，該傳感器用于檢測所述多個膨脹室中任一個內用以獲得經過所述催化器的排氣的空燃比的基礎數據；以及用于基于由所述傳感器檢測到的所述基礎數據控制經過所述催化器的排氣的空燃比的裝置。
5.根據權利要求3或4所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，所述傳感器設置為檢測所述多個膨脹室中最上游的膨脹室內的所述基礎數據。
6.根據權利要求3或4所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，所述排氣管具有形成為U形的彎曲部；所述排氣管的下游端部與所述彎曲部一起容納在所述消聲器內；并且所述傳感器設置為檢測所述多個膨脹室中最接近所述發動機的膨脹室內的所述基礎數據。
7.根據權利要求3或4所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，所述傳感器設置為檢測在所述膨脹室中用于從所述排氣管排放到所述膨脹室的排氣的流動路徑上的所述基礎數據。
8.根據權利要求7所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，所述傳感器設置為檢測所述排氣的下游端部開口前方的區域內的所述基礎數據。
全文摘要
本發明提供一種可獲得充分的發動機輸出同時排氣被可靠地凈化的用于發動機的排氣凈化裝置。該用于發動機(1)的排氣凈化裝置包括布置在連接到發動機(1)的排氣口的排氣管(7)內的催化器(10)；連接在排氣管(7)的設置在催化器(10)上游的二次空氣引入口(11)處、用于根據在二次空氣引入口(11)處產生的負壓將二次空氣引入排氣管(7)內的二次空氣引入管(12)；在二次空氣引入口(11)的下游布置在排氣管(7)內、用于檢測氧濃度以獲得經過催化器(10)的排氣的空燃比的O
文檔編號F01N99/00GK1918381SQ200580004429
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月8日 優先權日2004年2月9日
發明者西村英浩, 瀧井修, 大場純一 申請人:雅馬哈發動機株式會社