一种发动机排放控制装置，包括发动机本体、燃油喷射装置、发动机排气系统，所述燃油喷射装置包括电控单元(ECU)、非自热型氧传感器和燃油喷射器，所述排气系统包括排气阀、三元催化触媒转换器，其特征在于，所述非自热型氧传感器在所述发动机排气系统中的安装区域满足：位于所述三元催化触媒转换器之上游，排气接近充分燃烧氧化临界点之下游，排气温度接近最高值。本发明专利技术使得即使采用较低成本的非自热型氧传感器，也能够反馈调节燃油喷射量非常接近理论当量空燃比，使三元催化触媒转换器高效工作，有效控制CO、HC和NOx三种有害废气的排放。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种发动机排放控制装置，包括发动机本体、燃油喷射装置、发动机排气系统，所述燃油喷射装置包括电控单元(ECU)、非自热型氧传感器和燃油喷射器，所述排气系统包括排气阀、三元催化触媒转换器，其特征在于，所述非自热型氧传感器在所述发动机排气系统中的安装区域满足：位于所述三元催化触媒转换器之上游，排气接近充分燃烧氧化临界点之下游，排气温度接近最高值。本专利技术使得即使采用较低成本的非自热型氧传感器，也能够反馈调节燃油喷射量非常接近理论当量空燃比，使三元催化触媒转换器高效工作，有效控制CO、HC和NOx三种有害废气的排放。【专利说明】一种发动机空燃比闭环反馈控制装置 所属
本专利技术涉及火花点火发动机排放控制技术，尤其是带有三元催化触媒转换器的摩 托车等小型火花点火发动机排放控制技术，具体涉及氧传感器在发动机排气系统中的优化 布置设计，防止空燃比偏离三元催化触媒转换器高效转换窗口的技术。
技术介绍
电控燃油/燃气喷射技术是控制火花点火发动机有害气体排放和提高发动机性 能的主要技术之一。采用闭环反馈电控燃油/燃气喷射技术和废气三元催化转换技术，能 够按照三元催化转换器的要求精确控制发动机的空燃比，从而使CO、HC和NOx这三种有害 气体排放量同时得到大幅度降低。 在这样的闭环控制系统中，一般通过安装在排气系统中的氧传感器实时监测并反 馈调整发动机混合气的空燃比，如果氧传感器测量结果有偏差，必将导致排气成分偏离三 元催化转换器的高效转换窗口（见图4)，结果就可能使C0、HC和NOx中的一种或者数种有 害物不能够被充分转换，排放超标。 导致氧传感器测量结果出现偏差的原因很多，包括氧传感器本身的特性品质，以 及发动机废气的特性，前者取决于氧传感器的设计制造品质控制水平，而后者取决于氧传 感器在发动机排气系统中的布置设计。常用的氧化锆型氧传感器能够测量的是发动机废气 中的剩余氧气浓度，而且只能够在合适的温度范围内可靠工作，为了准确地换算为发动机 燃烧混合气的空燃比，必须排除废气中的未完全燃烧的C0和HC的影响。为了解决上述问 题，氧传感器探头上都设置了一定的氧化触媒以尽可能将未完全燃烧的C0和HC氧化后再 测量氧气浓度，并且设置内部加热装置来保证合适的传感器探头温度。然而，对于摩托车及 小型发电机等总体成本较低的产品，采用这样的带有内部加热装置的自热式氧传感器，在 耗电量和成本等诸多方面难以满足要求。因此，非自热式的氧传感器就成为了首选。 非自热式的氧传感器必须依靠发动机排气所含热量加热到合适的工作温度，因此 在发动机排气系统中的布置设计就尤其关键。如果氧传感器距离排气阀太远，那么由于流 过排气系统时的散热过多，氧传感器工作温度就难以保证，因此就有了将氧传感器布置在 发动机气缸盖上的方案（中国技术专利032580169)。然而这种方案设计，有些工况下 超过900°C的排气温度加上氧传感器探头表面大量未燃HC的催化燃烧，有可能使氧传感器 探头温度超过其使用许可温度，传感器工作可靠性及寿命可能受到不利的影响。另一方面， 由于有些工况燃烧之后，未完全燃烧HC会在氧传感器位置存在过多，不能够被氧传感器探 头的氧化触媒催化氧化完全，结果氧传感器就可能出现较大的测量偏差，反馈控制结果偏 浓导致C0排放难以达标。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要通过优化布置设计氧传感器在排气系统中的位置来解决上 述问题，即保证使用较低成本的非自热式的氧传感器能够达到其温度使用条件，又保证在 需要严格控制发动机混合气空燃比为理论当量比的工况不会出现氧传感器测量结果有大 的偏差，从而实现三元催化转换器对所有有害气体的高效转换，排放得到有效控制。 本专利技术通过以下技术方案实现上述目的，即： -种发动机排放控制装置，包括发动机本体、燃油喷射装置、发动机排气系统，所 述燃油喷射装置包括电控单元（ECU)、非自热型氧传感器和燃油喷射器，所述排气系统包括 排气阀、三元催化触媒转换器，其特征在于，所述非自热型氧传感器在所述发动机排气系统 中的安装区域满足：位于所述三元催化触媒转换器之上游，排气接近充分燃烧氧化临界点 之下游，排气温度接近最高值。 根据本专利技术的技术方案，非自热型氧传感器处于发动机排气温度较高区域，同时 氧气浓度接近真实的完全燃烧反应的剩余氧气浓度，因此能够用来反馈调节燃油喷射量非 常接近理论当量空燃比，即相对空燃比λ在三元催化触媒转换器的高效转换窗口以内，达 到有效控制CO、HC和NOx三种有害废气的目的。 对上述技术方案的改进或限制包括，所述排气接近充分燃烧氧化临界点按照下述 方法确定：在此点的上游安装开关型氧传感器正常闭环反馈控制发动机空燃比，其结果将 使真实相对空燃比λ小于等于0.98;所述氧传感器安装区域在下述发动机工况条件下确 定：发动机转速为2倍怠速转速?5倍怠速转速，油门开度在80%以内。 影响发动机排放总量的主要工况是常用骑行工况。作为摩托车用发动机，最常用 的工况为发动机转速为2倍怠速转速?5倍怠速转速，油门开度在80 %以内，而怠速和高速 或大负荷工况重点需要保证的是发动机运转稳定性或动力性或热负荷控制，往往需要偏浓 的混合气。因此上述技术方案将排除这些非排放重点控制工况点对所述氧传感器安装区域 的可能的矛盾限制，例如这些高速工况点的燃烧可能滞后太多，如果以这些工况点排气接 近充分燃烧氧化点之下游为条件，来确定氧传感器安装位置，那么就必然使氧传感器位置 很靠下游，这有可能难以保证小油门低速工况点的氧传感器有足够的温度，另外氧传感器 在冷态启动后的过渡过程（活化过程）可能变得很长，发动机初期排放就无法有效控制。 对上述技术方案的进一步限制包括，所述氧传感器安装区域限定在排气接近充分 燃烧氧化临界点之下游的200mm范围内。这样能进一步保证氧传感器有足够的工作温度。 本专利技术的另一个技术方案之发动机排放控制装置，其特征在于，所述氧传感器探 头伸入排气中的突出长度根据所述安装区域距离排气阀的远近来确定，离排气阀越近，所 述伸入突出长度越短。所述氧传感器探头伸入排气中的突出长度最好在5-12mm。 根据本专利技术的这一技术方案，在所述氧传感器安装位置距离排气阀较近时，因为 排气温度要高一些，所以允许所述氧传感器探头伸入排气中的突出长度短一些，仍然能够 保证氧传感器有足够的温度，在冷态启动后的过渡过程（活化过程）也可以较快，同时由于 传感器自身向外散热能力的增强和受热热流量的减小，也不至于使所述氧传感器探头在高 速大负荷条件下温度超过许可极限而损坏。而如果所述氧传感器安装位置距离排气阀较 远，那么可以通过增加所述氧传感器探头伸入排气中的突出长度来增加所述氧传感器探头 被发动机废气加热的速度。 本专利技术所述发动机排放控制装置，所述氧传感器可以为较低成本的非自热、开关 型氧化锆传感器。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的一个实施例之系统构成图。 图2为发动机排气温度随测量位置距离排气阀的长度而变化的曲线图例。 图3为开关型氧传感器安装位置距离排气阀的长度不同时反馈控制空燃比的结 果例。 图4为三元催化触媒转换器转换效率与相对空燃比λ的典本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种发动机排放控制装置，包括发动机本体、燃油喷射装置、发动机排气系统，所述燃油喷射装置包括电控单元(ECU)、非自热型氧传感器和燃油喷射器，所述排气系统包括排气阀、三元催化触媒转换器，其特征在于，所述非自热型氧传感器在所述发动机排气系统中的安装区域满足：位于所述三元催化触媒转换器之上游，排气接近充分燃烧氧化临界点之下游，排气温度接近最高值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郗大光，杨延相，张平，
申请(专利权)人：浙江福爱电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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