專利名稱：促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，是涉及利用排氣管之前段觸媒來提高廢氣溫度，再借高溫廢氣加熱含氧感知器內(nèi)之鉑金，促使含氧感知器能夠在引擎冷起動后快速的達到檢測空燃比的正常工作溫度。
背景技術(shù)：
一般汽車及機車所排放的廢氣特別對人體有害的，主要有三種一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)，其中CO與HC只要使汽油完全地燃燒即可將這兩者廢氣減至最低，然而當汽油達到完全燃燒時溫度容易升高，連帶的也就使得氮氧化物(NOx)劇增，在這部份可利用廢氣再循環(huán)的降溫作用來減少其發(fā)生量，但這對于廢氣的管制顯然還不夠的，要使引擎所有的轉(zhuǎn)運范圍皆達到其控制標準，必須在引擎的廢氣流道間設(shè)置觸媒轉(zhuǎn)化器(CatalystConverter)來加以控制，才是解決之道。
且知，引擎的廢氣流道包含有排氣管及其相銜接的消音器(如圖1所示)，現(xiàn)有技術(shù)的觸媒轉(zhuǎn)化器皆是裝設(shè)在鄰近消音室的排氣管內(nèi)或(及)消音室內(nèi)。觸媒轉(zhuǎn)化器基本上就是對廢氣進行氧化與還原的作用，所述觸媒包括在—金屬載體上披覆鉑(氧化型觸媒)及銠(還原型觸媒)等貴金屬，將上述三種有害的氣體借由氧化及還原的作用，轉(zhuǎn)化成無害的氣體或是一般的廢氣，其化學作用如下
披覆在載體上的觸媒在與廢氣接觸時會產(chǎn)生升溫作用，且觸媒作用廢氣時的最大凈化效率是引擎燃燒必須控制在14.7∶1的空燃比(即空氣與燃油的混合比例)條件之下，要達到此細微之標準并不容易，因此現(xiàn)有技術(shù)便在排氣管上設(shè)置含氧感知器(O2sensor)，使之能夠檢測得知引擎排放廢氣中的空燃比，并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)回饋至引擎的電子控制單元(ECU)，進而將空燃比逐次修正并調(diào)整至趨近于14.7∶1的最佳范圍。
且知，排氣管內(nèi)的廢氣溫度必須升高至350℃以上時，含氧感知器才能逐漸的發(fā)揮檢知空燃比的訊號回饋作用。但以目前現(xiàn)有技術(shù)通用無加熱能力的含氧感知器而言，在引擎冷起動約略90秒之后，排氣管內(nèi)的廢氣溫度才能上升至350℃以上，換言之，引擎冷起動0至90秒過程中含氧感知器是不能發(fā)揮作用的，致使上述裝載于鄰近消音室的排氣管內(nèi)或(及)消音室內(nèi)的觸媒轉(zhuǎn)化器無法發(fā)揮其最大凈化效率，造成引擎冷起動時易于排放廢氣的問題。
再者，現(xiàn)有技術(shù)另有一種具備自我加熱能力的含氧感知器，它是將一陶瓷加熱組件裝載于含氧感知器內(nèi)，使含氧感知器在引擎冷起動后約略20秒左右即能夠迅速的達到500℃以上的溫度，但此種加熱型含氧感知器的成本較高，控制上較為復雜，且耗電量較大，對于僅具有較低供應電壓且用電幾近呈現(xiàn)飽和的機車引擎而言，并不適合裝設(shè)此種加熱型含氧感知器，為其缺點所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在利用一前段觸媒來提高廢氣溫度，再藉由高溫廢氣去加熱含氧感知器內(nèi)的鉑金，使其快速達到工作溫度，特別是在引擎冷起動當時，得以盡速檢知及調(diào)整引擎之最佳空燃比，以縮短后段觸媒凈化廢氣的反應時間，達到快速凈化冷起動當時引擎廢氣的目的。
為了達到上述之目的，本發(fā)明乃涉及將該一前段觸媒組設(shè)于排氣管的前段位置，特別是指引擎排氣端至含氧感知器裝設(shè)位置之間的排氣管壁內(nèi)。
同時本發(fā)明之前段觸媒優(yōu)選金屬質(zhì)地的載體，例如耐熱性不銹鋼，內(nèi)披覆鉑或(及)銠等貴金屬而制成，使前段觸媒具有加熱廢氣溫度的能力。之所以稱之為“金屬內(nèi)披覆貴金屬”，是因為該觸媒的載體是用一層平坦狀的金屬薄板，以及另一層波浪狀的金屬薄板卷繞成型有如蜂巢狀的結(jié)構(gòu)體，因此載體內(nèi)具有極多的金屬薄板表面積可供披覆(coating)觸媒之用。
載體內(nèi)披覆鉑/銠的配比可為0.1/9.9～9.9/0.1，此一披覆配比的可變性非常大，而且并不是本案發(fā)明的重點，本發(fā)明之重點是在于觸媒(或稱觸媒轉(zhuǎn)化器)的擺放位置及與含氧感知器之間的關(guān)連位置。
前段觸媒是以提高廢氣溫度來加溫含氧感知器為主要目的，所以選用氧化型觸媒，其貴金屬組成如下0.5％至15％的鉑(Pt)及0.5％至15％的鈀(Pd) 添加0.1％至5％的銠(Rh)。
因此前段觸媒也具有將廢氣中有害的CO及HC氣體氧化成無害的CO2及H2O的能力。
本發(fā)明甚至還包含在前段觸媒與含氧感知器之后的廢氣流道上裝設(shè)有后段觸媒，特別是指裝設(shè)于含氧感知器后方之排氣管與消音室內(nèi)的后段觸媒，當引擎冷起動瞬間，含氧感知器借由前段觸媒的加溫作用而快速升高至350℃以上的工作溫度后，能夠與引擎的電子控制單元(ECU)之間不斷的傳遞訊號并修正、調(diào)整空燃比至趨近于14.7∶1的最佳范圍，使后段觸媒在作用廢氣時能夠發(fā)揮最大的凈化效率。
后段觸媒是以凈化廢氣中有害物質(zhì)為主，所以可以選用氧化型觸媒(組成如上) 還原型觸媒，還原型觸媒中貴金屬的組成如下0.5％至15％的銠(Rh)加0.2％至10％的鉑(Pt)和/ 加入0.2％--5％的鈀(Pd)。
前段觸媒及后段觸媒其載體內(nèi)的貴金屬披覆量可以是25～75克/立方英呎。
再者，本發(fā)明設(shè)置前段觸媒的技術(shù)，不但可以讓沒有加熱能力的含氧感知器快速升溫至350℃以上的工作溫度，同時也能夠輔助具有加熱能力之含氧感知器的升溫速度得以更加快速。
為能實踐本發(fā)明之上述內(nèi)容，現(xiàn)配合圖式及實施方式而詳加說明如后述


圖1為一構(gòu)件配置剖示圖，說明本發(fā)明排氣管內(nèi)的構(gòu)件形態(tài)。
圖2為本發(fā)明運作方塊圖，說明本發(fā)明利用前段觸媒加熱廢氣并使含氧感知器升溫的作用特征。
圖3為無加熱型含氧感知器的局部剖示圖，說明熱廢氣作用內(nèi)、外層鉑金產(chǎn)生電動勢的的特征。
圖4為設(shè)有加熱組件的含氧感知器的局部剖示圖，說明可加快其到達工作溫度的特征。
圖5為一曲線圖，說明空燃比與電動勢之輸出電壓的關(guān)系。
具體實施例方式
首觀圖1所示，是一機車排氣管內(nèi)的構(gòu)件配置圖，用以說明本發(fā)明之實施方式，包括有引擎1，其排氣端是與另一排氣管2相銜接；排氣管2之末段形成為一消音室21，排氣管2內(nèi)構(gòu)成一排放引擎廢氣的廢氣流道22；含氧感知器3(O2Sensor)是裝設(shè)于排氣管2之前段位置上，植入于廢氣流道22內(nèi)；前段觸媒4，是裝設(shè)在含氧感知器3裝設(shè)位置之前的排氣管2的廢氣流道22內(nèi)，特別是指裝設(shè)在引擎1排氣端至含氧感知器3裝設(shè)位置之間的排氣管壁20內(nèi)，使廢氣流道22內(nèi)的引擎廢氣10，能順暢的通過前段觸媒4，隨后吹拂式的接觸含氧感知器3。
除此之外，本發(fā)明甚至可以在含氧感知器3之后的廢氣流道22內(nèi)裝設(shè)有一只或一只以上的后段觸媒5、51、52，包括可將該后段觸媒5裝設(shè)在排氣管2與消音室21之交接端的排氣管壁20內(nèi)，或(及)將后段觸媒51、52裝設(shè)于消音室21內(nèi)的隔板23上。
上述之前段觸媒4以及各個后段觸媒5或51或52在實施上均是由一金屬載體內(nèi)披覆所需定量的鉑或(及)銠等貴金屬而制成的觸媒轉(zhuǎn)化器。使其具有加熱廢氣溫度或(及)凈化廢氣的能力。
依據(jù)上述配置，當激活引擎1產(chǎn)生排氣11動作時(配合圖2所示)，廢氣10會自引擎排氣端加載于排氣管2的廢氣流道22內(nèi)，先行通過前段觸媒4，隨后吹拂式的接觸含氧感知器3，再逐一通過一只或一只以上的后段觸媒5、51、52，終而排出外界。其中本發(fā)明促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，即在于當引擎冷起動產(chǎn)生廢氣排放的瞬間，利用該只前段觸媒4內(nèi)的貴金屬執(zhí)行加熱廢氣40的作用，使冷激活當時排放較為低溫的廢氣10在通過前段觸媒4時，其廢氣10溫度能夠瞬間快速升高至350℃以上，然后再藉高溫廢氣10吹拂接觸含氧感知器3，特別是藉350℃以上高溫廢氣10來加熱含氧感知器3內(nèi)的鉑金(容后詳述)，使含氧感知器3能夠在短時間內(nèi)(小于90秒)快速達到350℃以上的正常工作溫度，以便于快速檢知廢氣中的空燃比，并傳遞至引擎1的電子控制單元(ECU)15內(nèi)，且不斷的往返傳遞訊號并修正及調(diào)校引擎1的進氣及供油系統(tǒng)，以利于將供應引擎燃燒的空燃比控制在14.7∶1的最佳區(qū)段，在此情況下，后段觸媒5、51、52能夠發(fā)揮最大的凈化廢氣50的效率，促使隨后通過后段觸媒5、51、52之廢氣10中的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)等有害物質(zhì)，得以被充分的凈化殆盡，以利于將無害的廢氣排放至外界。
本發(fā)明實施中的含氧感知器，可采用沒有加熱能力的單線式含氧感知器3(如圖3所示)，例如使用一種氧化鋯型的含氧感知器(ZrO2Oxygen Sensor)，該氧化鋯(ZrO2)為固態(tài)電解質(zhì)的一種，它有一種在高溫時氧離子易于移動的特性。此型含氧感知器是將氧化鋯31燒結(jié)成管狀，并涂覆有內(nèi)層鉑金32及外層鉑金33，具有氧化觸媒的作用。且內(nèi)層鉑金32面是與大氣12接觸，外層鉑金33面則是被植入于排氣管壁20的廢氣流道22內(nèi)而與廢氣10接觸，且因大氣12中的氧氣濃度高，廢氣10中的氧氣濃度低，當廢氣中的氧離子移動時即會產(chǎn)生電動勢，而電動勢的大小是依氧化鋯兩側(cè)的白金所接觸到的氧而定。例如當廢氣中的空燃比較高(空氣與燃油的混合比＞14.7)時(如圖5所示)，廢氣中所含的氧相對地減少，因此氧化鋯31兩側(cè)的內(nèi)、外層鉑金32及33所接觸到的氧氣高低落差大，所產(chǎn)生的電動勢也相對高(將近1V)；當空燃比較稀(空氣與燃油的混合比＜14.7)時，廢氣10中多余的氧氣較多，氧化鋯31兩側(cè)的內(nèi)、外層鉑金32及33所接觸到的氧氣落差小，因此所產(chǎn)生的電動勢低(將近0V)。所以引擎10便可藉由電子控制單元(ECU)來接收此類的電壓訊號，即可偵測到當時廢氣中空燃混合比的實際狀況。
本發(fā)明亦可采用具加熱能力的復線式含氧感知器30(如圖4所示)，例如在圖3所示氧化鋯型含氧感知器內(nèi)加裝一陶瓷加熱組件34，來加快感知器自身迅速達到正常工作溫度。此型感知器在本發(fā)明未揭露之前(即無前段觸媒4)，通?？墒挂?0在冷激活30秒之后，使含氧感知器達到正常工作溫度(350℃以上)。然而，在本發(fā)明加裝前段觸媒4之后，該款加熱型含氧感知器30是可藉由已加熱的廢氣10來輔助并縮短達到正常工作溫度(350℃以上)的時間(小于30秒)，促使其升溫速度更加快速。
本發(fā)明內(nèi)容并不局限于此，事實上尚包括其它設(shè)有引擎及排氣管之汽車或其它內(nèi)燃機具的應用也包含于本發(fā)明之中，因此任何熟知該項技藝者在上述技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思及的變化或修飾，皆應隸屬本發(fā)明的專利范圍。
權(quán)利要求
1.一種促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，是在引擎排氣管上裝設(shè)含氧感知器位置之前的廢氣流道上設(shè)置一前段觸媒，利用前段觸媒先行提高廢氣溫度，再藉高溫廢氣加熱含氧感知器內(nèi)的鉑金，使含氧感知器快速的達到正常工作溫度。
2.如權(quán)利要求1所述促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，其中該前段觸媒是設(shè)在引擎排氣端至含氧感知器裝設(shè)位置之間的排氣管壁內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，其中該前段觸媒是用金屬載體內(nèi)披覆鉑金所制成的觸媒轉(zhuǎn)化器。
4.如權(quán)利要求1所述促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，其中該前段觸媒是在金屬載體內(nèi)披覆鉑而制成的觸媒轉(zhuǎn)化器。
5.如權(quán)利要求1所述促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，其中該前段觸媒是在金屬載體內(nèi)披覆鉑及銠而制成。
6.如權(quán)利要求1所述促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，其中該含氧感知器是未裝設(shè)加熱組件的單線型含氧感知器。
7.如權(quán)利要求1所述促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，其中該含氧感知器為已加裝加熱組件的復線型含氧感知器。
8.如權(quán)利要求1所述促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，其中排氣管的廢氣流道內(nèi)設(shè)有后段觸媒。
9.如權(quán)利要求8所述促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，其中該后段觸媒是設(shè)在排氣管與消音室之交接端的排氣管壁內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，其中該后段觸媒是設(shè)在消音室內(nèi)的隔板上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種促進含氧感知器快速達到工作溫度的方法，主要是在引擎排氣管上裝設(shè)含氧感知器位置之前的廢氣流道上設(shè)置一前段觸媒，利用前段觸媒先行提高廢氣溫度，再借高溫廢氣加熱含氧感知器內(nèi)的鉑金，特別是在引擎冷起動之瞬間，促使含氧感知器快速的達到正常工作溫度，以便于快速檢知并調(diào)整引擎的最佳空燃比，進而快速凈化冷起動時引擎所排放之廢氣。
文檔編號F02D41/26GK1676907SQ20041002962
公開日2005年10月5日 申請日期2004年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者吳孝忠 申請人:廈門信源交通器材有限公司