專利名稱：凈化內(nèi)燃機排氣的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于凈化內(nèi)燃機排氣的方法和裝置；尤其它涉及一種通過貧油燃燒控制來凈化排氣的方法和裝置，或是結(jié)合貧油燃燒方法和催化劑方法來凈化排氣的方法和裝置。
催化轉(zhuǎn)換器或三種元素催化劑的使用是作為凈化內(nèi)燃機廢氣排出的方法，這已在現(xiàn)有技術(shù)中公開了，其中催化轉(zhuǎn)換器的使用是用氧化催化劑除去CO和HC和用還原催化劑除去CO和NOx等的。這些主要用于汽車發(fā)動機。
另一方面，已知的貧油燃燒也是凈化排放物的有效方法，尤其是在減少NOx排放物方面。一種實施此貧油燃燒的方法已在日本申請公開號Hei 6-288365(1994)中公開，驅(qū)動用超貧油范圍內(nèi)的空燃比的汽油發(fā)動機，并根據(jù)發(fā)動機加速度數(shù)據(jù)監(jiān)測振動振幅率，從而用控制來保持允許的低于導(dǎo)致不穩(wěn)定燃燒的振幅水平。那文獻描述了計算從裝在汽油發(fā)動機上的振動傳感器輸出的振動振幅率的現(xiàn)有技術(shù)的過程，然后使用一種裝置反饋控制以穩(wěn)定燃料流量使其保護預(yù)定范圍內(nèi)的振動振幅率。
再一方面，還有用在空調(diào)系統(tǒng)中的熱泵型空調(diào)裝置，它使用廢熱回收熱交換有效地利用汽油發(fā)動機的廢熱。這種空調(diào)裝置在發(fā)動機的排氣和燃料問題上也有重要的影響。
然而，由于在上面引用的資料中描述的現(xiàn)在技術(shù)，通過控制燃料供給，實現(xiàn)貧油燃燒以保持振動振幅在允許的范圍內(nèi)，而該范圍是由振動傳感器的輸出計算出來的，當接近此貧油極限時，在振動傳感器的性能上有明顯的發(fā)動機重量的因素。即使點火損失產(chǎn)生它不能被檢測出來除非超過貧油燃燒極限范圍。因此，在貧油燃燒極限范圍內(nèi)，點火損失的靈敏性是差的，并且在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，如果點火損失繼續(xù)，結(jié)果，未燃燃氣流入排氣系統(tǒng)并且燃料經(jīng)濟性也很低。
在現(xiàn)有技術(shù)中使用的熱泵型空調(diào)裝置里，沒有設(shè)法回收排氣的廢熱，或者是在考慮貧油燃燒以更有效地驅(qū)動發(fā)動機或凈化排氣的情況下使用它們，而與排氣有關(guān)的設(shè)計步驟僅僅是包括把催化轉(zhuǎn)換器放入排氣系統(tǒng)中。
在考慮現(xiàn)有技術(shù)的上述問題之后，開發(fā)了本發(fā)明，發(fā)明目的是提供凈化內(nèi)燃機排氣的裝置和方法，借助于在貧油燃燒范圍內(nèi)可靠地檢測點火損失，據(jù)此來控制空/燃比，為了減少NOx排放物，在貧油燃燒范圍內(nèi)超貧油燃燒，同時通過阻止來自貧油燃燒的未燃燃料流入排氣系統(tǒng)而提高了燃料經(jīng)濟性，并且進一步進行排氣系統(tǒng)的改進，使其通過催化轉(zhuǎn)換器更進一步凈化排氣。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于內(nèi)燃機的貧油燃燒控制方法，其特征是當發(fā)動機在貧油狀態(tài)下運轉(zhuǎn)時，基于排氣壓力檢測點火損失，然后基于點火損失的有無，增加或減少空/燃比。
在較佳具體實施例中，當發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時，此方法的特征是按預(yù)定步驟逐漸稀化直到檢測出點火損失，然后在檢測時，按預(yù)定增量加濃。
本發(fā)明還提供了一種用于內(nèi)燃機的貧油燃燒控制的裝置，其特征是它裝配有裝在排氣系統(tǒng)上的排氣壓力傳感器，一曲柄角度傳感器和一測定是否有點火損失產(chǎn)生的控制回路，它是通過把排氣壓力和在規(guī)定曲柄角處所規(guī)定的值進行比較來測定的，并且基于是否有點火損失產(chǎn)生來驅(qū)動燃料控制閥。
還有，為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種凈化內(nèi)燃機排氣的方法，它包括當檢測點火不足時，逐漸稀化燃料混合物，使用一種貧油燃燒的方法，當檢測點火損失時它允許通過加濃燃料從點火損失恢復(fù)，并且還把催化轉(zhuǎn)換器裝在排氣系統(tǒng)中，其中凈化內(nèi)燃機排氣的方法的特征是點火不足的檢測是基于排氣通道中排氣的壓力，以及上述催化轉(zhuǎn)換器是設(shè)置在排氣壓力檢測的下游。
再有，本發(fā)明提供了凈化內(nèi)燃機排氣的裝置，其特征是它包括在排氣通道中的排氣壓力檢測器，以及點火不足的確定裝置，它是通過上述排氣壓力檢測器檢測的壓力數(shù)據(jù)測定點火損失的，一個設(shè)置在上述排氣通道中的廢熱回收熱交換器，以及催化轉(zhuǎn)換器，它設(shè)置在上述排氣壓力檢測裝置的排氣通道下游中。
在最佳實施例中，本發(fā)明的特征還有，即把上述廢熱回收熱交換器設(shè)置在上述催化轉(zhuǎn)換器的下游端。
在另一最佳實施例中，本發(fā)明的特征還有即把上述廢熱回收熱交換器設(shè)置在上述催化轉(zhuǎn)換器的上游端。
當點火損失產(chǎn)生時，在排氣沖程中，保持低壓的燃氣在排氣沖程排出燃燒室進入排氣系統(tǒng)，結(jié)果在排氣系統(tǒng)中表示出的排氣壓力的波形不同于正常點火產(chǎn)生的波形。當點火損失產(chǎn)生時，排氣壓力立刻下降，或在一些情況下增加。由于本發(fā)明在點火損失產(chǎn)生之后檢測點火損失是基于直接檢測在排氣系統(tǒng)中排氣壓力的下降，故它提供了一種用于點火損失可靠檢測的非常靈敏的方法。這樣做，它可能在點火損失范圍內(nèi)進行超貧油燃燒控制，以大大減少NOx的排放，并提高了燃料的經(jīng)濟性。另外，由于該結(jié)構(gòu)是一種不在燃燒室中檢測排氣壓力的結(jié)構(gòu)，而是在排氣通道中檢測的結(jié)構(gòu)，所以使用的壓力傳感器可以是小而簡單的結(jié)構(gòu)，并且還能可靠地檢測點火損失。
在排氣通道中設(shè)置催化轉(zhuǎn)換器可以凈化排氣。
在這種情況下，而且由于在催化轉(zhuǎn)換器的下游端設(shè)置廢熱回收熱交換器，通過從未燃燃氣的氧化的熱回收，就可以更有效地實現(xiàn)能量利用。
或者，由于在催化轉(zhuǎn)換器的上游端設(shè)置廢熱回收熱交換器，它可以通過降低排氣的溫度來阻止催化劑的過熱和穩(wěn)定催化劑的作用。
當點火損失產(chǎn)生時，排氣沖程的壓力是低的，同時燃氣從燃燒室排入排氣系統(tǒng)，而且在催化轉(zhuǎn)換器的排氣系統(tǒng)的上游的排氣壓力立刻下降，這是因為此排氣的壓力不受催化轉(zhuǎn)換器4燃氣正常的氯化或還原作用的影響。由于在本發(fā)明中進行點火損失的檢測是基于對排氣壓力的檢測，在點火損失產(chǎn)生時，排氣壓力的立刻下降，使它提供了一種可靠的，高靈敏度的檢測點火損失的方法。這樣，超貧油燃燒的控制成為可能，這就大大地減少了NOx排放物并提高了燃料經(jīng)濟性。另外，因為是在排氣通道而不是在燃燒室中檢測排氣壓力，所以使用有簡單結(jié)構(gòu)的小傳感器就可能對點火損失進行精確的檢測。
驅(qū)動一熱泵(空調(diào)器)的燃氣發(fā)動機的例子將作為具體實施例參照附圖進行描述。


圖1是本發(fā)明具體實施例中該發(fā)動機的部件圖；圖2是它的驅(qū)動控制機構(gòu)的部件框圖；圖3顯示了該具體實施例的主要部件；圖4是發(fā)動機所采用的熱泵空調(diào)裝置的部件圖。圖5是在圖4的熱泵中顯示了冷卻劑狀態(tài)變化的信息曲線圖(P-i曲線圖)。
在圖1中顯示的水冷燃氣發(fā)動機1中，6是活塞，7是連接活塞6和上述曲軸3的連桿，8是圍繞汽缸1a所形成的冷卻套，9和10是相應(yīng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM)和曲柄角度傳感器，它們是附在曲軸端部的傳感電動機，并且通過附在曲軸箱1b底部外側(cè)的環(huán)齒輪的外圓周來驅(qū)動。
一空氣進氣管11和排氣管12分別與燃氣發(fā)動機1的汽缸頭部1處形成的空氣進氣通道1d和排氣通道13相連?？諝膺M氣通道1d和排氣通道1e是根據(jù)由搖臂13和14驅(qū)動的空氣進氣閥15和排氣閥1在適當?shù)臅r刻開啟和關(guān)閉的。
上述空氣進氣管11還與空氣凈化器17和混合空氣和氣體燃料的混合器18相連，節(jié)流閥19設(shè)置在混合器18的空氣進氣管11的下游內(nèi)。上述混合器18通過燃料供給管20與從燃料缸(未示出)出來的燃氣供給相通。設(shè)置在所述燃氣供給管20中間的是兩個開/關(guān)燃料閥21，一調(diào)整燃氣壓力至低水平的零位調(diào)節(jié)器22，和一燃氣流量控制閥23。
火花塞24也裝在燃氣發(fā)動機1的氣缸頭部1C中，并且所述火花塞24與點火線圈25和點火控制電路26相連。
另一方面，排氣熱交換器27設(shè)置在上述排氣管內(nèi)，并且排氣壓力傳感器65設(shè)置在此排氣熱交換器的內(nèi)部。2(2A，2B)代表由燃氣發(fā)動機/驅(qū)動的兩個壓縮機并且該燃氣發(fā)動機1的曲軸3與增速裝置4相連。增速裝置4的輸出軸通過電磁離合器5A與壓縮機之一2A相連。另外，齒輪G1與上述增速裝置4的輸出軸相連，通過較小直徑的齒輪G2與和齒輪G1直徑相等的齒輪G3嚙合。齒輪G3通過電磁離合器5B與另一壓縮機2B相連。
如圖2所示，上述致動器28，30-32，發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM)傳感器9，曲柄角度傳感器10，電磁離合器5A，5B和點火控制電路26都與控制機構(gòu)33相連。上述節(jié)流閥19的開度借助節(jié)流閥開度控制致動器30控制，該致動器30基于從控制單元33傳到的控制信號來操作。同樣的，開啟和關(guān)閉致動器31，32控制上述開關(guān)燃料閥21的開度和燃氣流量控制閥23的開度。
另外，熱交換器27安裝在排氣管12中，并且催化轉(zhuǎn)換器66可以設(shè)置在上游端排氣管12內(nèi)。這使其可能從催化劑中回收反應(yīng)的熱量，作為廢熱的再次有效的利用。
相反地，如果催化轉(zhuǎn)換器設(shè)置在熱交換器27的下游端，那么它可能降低排氣的溫度并且阻止了催化劑過熱，從而保持了穩(wěn)定的催化作用。但無論使用哪種構(gòu)造，都必須考慮空調(diào)裝置的尺寸，催化劑的類型，和安裝的條件和空間。
無論催化轉(zhuǎn)換器66設(shè)置在哪里，最好是在壓力傳感器65的下游。原因是避免容積變化對壓力檢測方面的影響，該容積變化是由于催化轉(zhuǎn)換器的作用，通過化學的氧化或還原過程生成的排氣而導(dǎo)致的。
也可能在熱交換器27內(nèi)部包括有催化轉(zhuǎn)換器66。這樣做，有可能減小整個裝置的尺寸并節(jié)省了空間，另外，增加了布置裝置的設(shè)計范圍。
在這種情況下，當點火損失產(chǎn)生時，用氧化催化劑，就能凈化未燃燃氣中的CO和HC，或通過使用三種成份的催化劑，對CO和NOx的還原會更有效。
如圖4所示，熱泵包括由含有上述壓縮機2(2A，2B)的閉合環(huán)路構(gòu)成的冷卻劑回路34，和冷卻劑回路36，它包括含有水泵35的閉合環(huán)路。在圖中冷卻劑回路34中，箭頭顯示了當四通閥38是處于加熱位置并進行加熱操作時，冷卻劑流動的方向。
在上述致冷回路34中的壓縮機2使致冷劑如氟里昂圍繞回路循環(huán)，該回路34包括從壓縮機2A，2B的輸出端至油分離器37的致冷劑管線34a，還有從四通閥38至三個內(nèi)部熱交換器39的致冷劑管線34其從內(nèi)部熱交換器39通過膨脹閥40至蓄存器41的內(nèi)部，至兩個外部熱交換器34e，至在四通閥38和上述蓄存器41之間的致冷劑管線34的致冷劑管線34d，從蓄存器41至副蓄存器43的致冷劑管線34g，和從副蓄存器43至壓縮機2A，2B的相應(yīng)輸入端的致冷劑管線34i。
從上述油分離器37引出了回油管線44和旁通管線34j；回油管線44與上述致冷劑管線34g相通，旁通管線34j與上述致冷劑管線34f相通。在此旁通管線34j中設(shè)置有旁通閥45。在蓄存器41和副蓄存器43中還設(shè)置有液面?zhèn)鞲衅?6和47，用來檢測其中的液相致冷劑的表面水平，在蓄存器41底部的旁通管線34K主要是用來與上述致冷劑管線34g相通，并且旁通閥48設(shè)置在旁通管線34K內(nèi)。
在上述致冷回路34的上述致冷劑管線34b中設(shè)置有高壓端壓力傳感器49，它檢測致冷劑高壓端的壓力，并且在致冷劑管線34i中還設(shè)置有低壓端壓力傳感器50，它檢測低壓端的壓力。在上述內(nèi)部熱交換器39附近還安裝有內(nèi)部溫度傳感器51，在上述外部熱交換器42的附近設(shè)置有外部溫度傳感器52。如圖2所示，上述高溫端壓力傳感器49，低溫端壓力傳感器50，內(nèi)部溫度傳感器51，和外部溫度傳感器52均與控制機構(gòu)3 3相連。再者，如圖2所示，致冷劑循環(huán)傳感器53，主開關(guān)和設(shè)定理想的內(nèi)部溫度的開關(guān)55也都與控制機構(gòu)33相連。
另一方面，上述冷卻回路36是通過由水泵35循環(huán)冷卻燃氣發(fā)動機1的冷卻劑而形成的。它包括冷卻劑管線26a，它從水泵35的輸出端通過上述排氣熱交換器至燃氣發(fā)動機1的冷卻劑進口(如圖所示的水套8的進口)；還包括冷卻劑管線36b，它從燃氣發(fā)動機1的冷卻劑出口(水套9的出口)，至感溫轉(zhuǎn)換閥56；還包括冷卻劑管線36C，它從感溫轉(zhuǎn)換閥56至線性三通閥57；還包括冷卻劑管線36d它從線性三通閥57通過上述蓄存器41至水泵35的進口端；還包括冷卻劑管線36e、36f，分別從上述感溫轉(zhuǎn)換閥56和線性三通閥至上述冷卻劑管線36d。還有裝在冷卻劑管線36f上的熱輻射狀的熱交換器58。
當燃氣發(fā)動機1運轉(zhuǎn)時，借助于增速裝置4增加曲軸的轉(zhuǎn)動，在ON狀態(tài)下，電磁離合器5A傳遞驅(qū)動力至壓縮機2A，同時，在ON狀態(tài)下齒輪G1，G2和G3通過電磁離合器5B來傳遞驅(qū)動力至另一壓縮機2B使兩個壓縮機2A，2B具有相同轉(zhuǎn)速。
當以上描述的壓縮機2A，2B被驅(qū)動時，圖5的(1)所示的位置處，(壓力P1，焓i1)，氣相致冷劑從致冷劑管線34i排入壓縮機2A，2B并被壓縮，然后，它變成圖5的(2)處，(壓力P2，焓i2)的高溫，高壓致冷劑。此時，用于驅(qū)動壓縮機2A，2B所需的(壓縮熱)AL表示為(i2i1)。氣相致冷劑排入壓縮機2A，2B的壓力P1由上述低壓端壓力傳感器50檢測，并輸入上述控制機構(gòu)33。
上述高溫，高壓氣相致冷劑再通過致冷劑管線24a至油分離器37，在那里油被分離。那么，在油被分離之后，氣相致冷劑通過致冷劑管線34b，到達四通閥38。從油分離器37中的致冷劑分離出的油通過上述回油管線44進入上述致冷劑管線34g。上述高壓端壓力傳感器49檢測流過冷卻管34b的高溫，高壓致冷劑的壓力P2，并且傳送該信息至上述控制機構(gòu)33。
當進行加熱操作時，四通閥38的孔38a，38c，和孔38b，38d均分別相通，然后，高溫，高壓氣相致冷劑通過四通閥38流至通往內(nèi)部熱交換器39的致冷劑管線34c，而內(nèi)部熱交換器的功用是作為冷凝器的。那么，已流入內(nèi)部熱交換器39的高溫，高壓氣相致冷劑釋放聚凝熱Q2進入內(nèi)部空氣，并使高溫，高壓氣相冷卻劑液化。在圖5所示的(3)狀態(tài)(壓力P2，焓i3)處，它成為液相致冷劑，并且此時，釋放的熱量Q2(＝i2-i3)對空調(diào)室進行加熱。
其次，在內(nèi)部熱交換器39中被液化的高壓液相致冷劑通過膨脹閥40降低了它的壓力，于是它處于圖5所示的狀態(tài)(4)(壓力P1，焓i)，其中部分轉(zhuǎn)化成燃氣，然后它通過致冷劑管線34d進入內(nèi)部熱交換器42。
另一方面，水泵35的驅(qū)動致使冷卻劑在循環(huán)期間，在排氣熱交換器27中，通過冷卻劑回路36循環(huán)，從燃氣發(fā)動機1放出的進入排氣管12的排氣熱量被回收，然后，所述燃氣發(fā)動機通過燃氣發(fā)動機1的冷卻套循環(huán)冷卻。那么，由排氣熱交換氣27加熱的冷卻劑和燃氣發(fā)動機的流量通過冷卻劑管線26b至感溫轉(zhuǎn)換閥56。
僅在燃氣發(fā)動機1啟動之后，冷卻劑溫度仍較低，這樣感溫轉(zhuǎn)換閥56循環(huán)冷卻劑至冷卻劑管線36e，并阻止冷卻劑流過冷卻劑管線36C。(I1＝0)在燃氣發(fā)動機1達到正常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，在排氣熱交換器中和燃氣發(fā)動機1中交換的熱量增加，并且隨著冷卻劑溫度的升高，感溫轉(zhuǎn)換閥56使流過冷卻劑管線36e的流量中斷(I2＝0)，并且允許冷卻劑流過管36C。三通線性閥57按照控制機構(gòu)33分配冷卻劑I的數(shù)量，如進入冷卻劑管線36d的流量I2和進入冷卻劑管線36f的流量I4。
在蓄存器方面，通過冷卻劑管線36d的流量加熱了在蓄存器4中儲存的并且流過上述致冷劑管線34d的液相致冷劑，因此，利用了從燃氣發(fā)動機1排出的廢熱(從排氣和冷卻劑中收集的熱)。例如外部溫度越低，從外部熱交換器42吸收的熱就越少，那么，通過增加流量I4(并減少流量I3)，傳入致冷劑的廢熱得以增加以確保所需的Q1數(shù)量。
如上所述，在通過致冷劑管線34d的致冷劑在蓄存器41中被冷卻為液相致冷劑之后，它到達外部熱交換器42，而外部熱交換器4是作為蒸發(fā)器使用的；如果外部溫度是在某一水平之上，那么驅(qū)動外部熱交換器上的風扇43a，并且如以上的描述，外部熱交換器42中的臻冷劑從外部空氣中收集熱量并蒸發(fā)。
然后，從外部熱交換器42流出的致冷劑通過致冷劑管線34e至四通閥38，從那里，它通過致冷劑管線34f并進入蓄存器41。
從上述蓄存器41中的致冷劑中分離出液相，從燃氣發(fā)動機1出來的，流過冷卻劑管線36d的冷卻劑的部分熱量傳給液相致冷劑，致使部分液相致冷劑蒸發(fā)。
在蓄存器41中的氣相致冷劑通過致冷劑管線34g流進副蓄存器43，從那里，它通過另一致冷劑管線34i進入壓縮機2A，2B。排入壓縮機2A，2B的氣相致冷劑又返回圖5所示的狀態(tài)(1)(壓力P1，焓i1)以使此氣相致冷劑通過壓縮機2A，2B再壓縮，然后，重復(fù)上述過程。
相應(yīng)地，從當膨脹閥40降低致冷劑的壓力至它排入壓縮機2A，2B，從燃氣發(fā)動機1帶出的熱量傳給蓄存器41的致冷劑，并且通過外部熱交換器42應(yīng)用從外部空氣傳來外部熱量，結(jié)果，致冷劑的熱量Q1(＝i1-i3)耗散并且蒸發(fā)，然后再受熱。
以上是在空調(diào)裝置的熱泵型中本發(fā)明的一個應(yīng)用例子。
在運用上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的燃氣發(fā)動機中，在點火損失的范圍內(nèi)進行空/燃比的貧油燃燒控制。在這種情況下，用全開節(jié)流閥(WOT)進行發(fā)動機控制，如圖9所示，并且在扭矩高于點火損失產(chǎn)生的扭矩(點劃線)的情況下，所需扭矩僅用燃料控制就能得到；在扭矩低了點火損失產(chǎn)生的扭矩的情況下，必須進行節(jié)流開度和燃料的控制來獲得在點火損失范圍內(nèi)的空/燃比。
圖6是一框圖，它顯示了運用上述結(jié)構(gòu)的燃氣發(fā)動機的貧油燃燒的控制。ECU(控制機構(gòu))收到了發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM)的輸入和負載信息，因此，如圖2所示，它收到了從各個傳感器傳來的檢測信息?？刂茩C構(gòu)首先測定運轉(zhuǎn)條件(步驟S1)。如果處于轉(zhuǎn)變或靜止條件下，那么測定就基于節(jié)流閥開度的變化。如果處在轉(zhuǎn)變狀態(tài)，那么就不進行貧油燃燒控制，驅(qū)動燃料控制閥(步驟S2)以類似于加速泵的方式供給較濃一點的混合物。當發(fā)動機負載和發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM達到一個穩(wěn)定狀態(tài)時，下面的貧油燃燒控制計量將被用來進行貧油燃燒控制。首先，通過一步貧油供給氣體燃料(步驟S3)。在這點處無論如何得測定產(chǎn)生的點火損失(步驟S4)。測定是通過調(diào)整從廢氣壓力傳感器65傳出的輸出信號的波形的檢測電路用下述方法進行的。如果不產(chǎn)生點火損失，那么燃料再次貧油并且重點火損失的檢測。只要不產(chǎn)生點火損失，就重復(fù)貧油步驟。當檢測點火損失極限時，點火損失測定步驟停止，并且通過從貧油損失回收的一個增加量來加濃燃料(步驟S5)。通過驅(qū)動燃料供給閥的步進電動機的脈沖控制進行單一增量/步驟的稀化或加濃。當點火損失產(chǎn)生，并額外加濃燃料時，就產(chǎn)生了一個基于儲存在只讀存儲器(ROM)中圖象數(shù)據(jù)的用于貧油燃燒控制的預(yù)定空氣/燃料混合物的改變。
圖7是一點火損失測定的框圖。從n脈沖中得到的脈沖信號a和脈沖信號b來源于用以每轉(zhuǎn)的曲柄角度傳感器。從此脈沖信息，可以計算出改變來源于點火損失的排氣壓力的曲柄角d。信號c通常作為處于α位置和α+180°位置(處于每轉(zhuǎn)的兩個位置)的一個脈沖。計算控制時間用以相應(yīng)于此α位置的排氣壓力的檢測，信號形成于此一所述周期之內(nèi)。在這點處，從排氣壓力傳感器傳出的檢測信號f值在信號d的控制時間之內(nèi)得到檢測，并獲得輸出數(shù)據(jù)e。由于引用了壓力數(shù)據(jù)控制，所以壓力數(shù)據(jù)是該周期內(nèi)的平均值?？刂蒲b置比較上述平均值和在α和α+180°曲柄角度位置處的排氣壓力值，當它們之間的壓力差超過一特定值g時，測定出點火損失已產(chǎn)生。
圖8顯示了上述的時間信號。例如，信號a是在上死點處的脈沖信號；信號c顯示了從相應(yīng)于α曲柄角的上死點脈沖的相位移。此時控制時間信號d與排氣壓力e的平均值相比。在當前值和平均值之間有較大的偏差時，測定出點火損失已產(chǎn)生。
由于理解了具體實施例的上述解釋，故本發(fā)明可以概括如下。
(1)點火損失的測定是基于對在排氣系統(tǒng)(例如排氣管線)中已檢測的排氣壓力的分析。
(2)作為此分析的一個例子，進行的測定是基于用于某一汽缸的某一曲柄角的壓力的讀出，如果在與平均排氣壓力值比較時，該值有顯著的不同，那么測定出點火損失已產(chǎn)生。
(3)直到這點即點火損失被檢測出來，那么就用有效的步驟對空/燃混合物進行稀化，然后在點火損失被檢測出是增加時，并且通過轉(zhuǎn)化該反饋為預(yù)定的空/燃數(shù)據(jù)，就可能控制發(fā)動機至超貧油燃燒運轉(zhuǎn)來降低NOx排放并防止未燃燃氣進入排氣系統(tǒng)。
(4)在本發(fā)明中排氣壓力檢測的特征如下1)在正常的運轉(zhuǎn)過程中，對于四缸發(fā)動機，基本的排氣壓力波形有一峰值(正壓力波)，并且在伴隨燃燒的排氣閥打開之后，顯示出曲柄角每180°轉(zhuǎn)動所伴隨的負壓力波通常的圖形。
2)在多種負載和轉(zhuǎn)速(RPM)之后，波動圖形受到在排氣管中產(chǎn)生的干涉波的干擾的情況下，由點火損失產(chǎn)生的波形的變形在示波器中能明顯地看到。
3)正壓力波的振幅與節(jié)流開度和RPM成正比。
4)當在示波屏上觀察時，正常的燃燒波形和有點火損失時的正壓力波和負壓力波之間的差可以顯示為a)某一曲柄角所顯示的正壓力波減弱，b)某一曲柄角所顯示的負壓力波減弱，c)在某曲柄角所顯示的正壓力波和/或負壓力波的大小明顯減弱，d)在某一曲柄角所顯示的負壓力波的大小變得很大，這也增加了下一正壓力波的振幅。
(5)在節(jié)流閥開度不變時，通過比較某一曲柄角的排氣壓力和平均排氣壓力值，測定出點火損失。相應(yīng)地，如果所用的絕對壓力值不需要的話，那么高精確度是必須的，并且即使在絕對值產(chǎn)生零漂移的情況下，也能夠準確地檢測出壓力波動。
(6)在正常操作過程中，在朝著貧油端轉(zhuǎn)動一步燃料閥時，測定出點火損失。此時，用于燃氣熱泵設(shè)備的控制程序總可以通過逐漸打開節(jié)流閥，補償貧油操作的低扭矩，但點火損失的測定控制將繼續(xù)。
(7)當在點火損失范圍內(nèi)的空/燃比從反饋中獲得時，儲存在ROM中的燃料閥數(shù)據(jù)能夠轉(zhuǎn)化成符合此空/燃比的數(shù)據(jù)。這樣，連續(xù)的反饋控制作用在反饋控制過程中產(chǎn)生。
(8)在多缸汽油發(fā)動機中，壓力傳感器能夠裝在排氣歧管中，其在從每缸出來的管線的匯合點之后，或在作為排氣歧管連接器的排氣熱交換器中……(9)可能避免點火損失檢測精度的下降，并且通過設(shè)置在排氣壓力傳感器下游端的催化轉(zhuǎn)換器，來增加排氣凈化作用，該催化轉(zhuǎn)換器設(shè)置是為了排除壓力變化的影響。
(10)未燃燃氣的氧化熱能夠通過設(shè)置廢熱回收熱交換器，在催化劑下游回收。
(11)催化劑的過熱能夠通過設(shè)置廢熱回收熱交換器，在催化劑上游被阻止。
(12)催化轉(zhuǎn)換器能夠設(shè)置在熱交換器內(nèi)部，以節(jié)省空間。
還有，使用發(fā)動機驅(qū)動型熱泵(空調(diào)器或致冷器)，運轉(zhuǎn)得很貧油的燃燒損失能夠通過排氣壓力檢測出來，并且當檢測時，空/燃混合物能夠被加濃來阻止點火損失。因為此點火損失在它產(chǎn)生之后立刻被校準，排氣溫度處于一高水平，并且排氣熱交換器27有足夠的熱量供給以傳遞給冷卻劑。在加熱期間，當外部溫度較低時，熱吸收(Q1)不充分，并且當必須給不是從第二壓縮機出來的致冷劑加能量時，從發(fā)動機冷卻劑中有穩(wěn)定的熱供給致冷劑，因此，確保了用于發(fā)動機驅(qū)動熱泵的加熱能量，而且改善了發(fā)動機的排放物和燃料經(jīng)濟性。當使用氧化催化劑時，控制以避免點火損失，保持由于點火損失而產(chǎn)生的未燃燃氣量下降，以使它們不被氧化，燃燒和排出。
另外，當用于冷卻的四通閥被轉(zhuǎn)向來連通孔38a和38b，以及38和38d以制成一致冷劑時，基至當外部溫度較低時，冷卻或冷凝的情況是所需的。在這種情況下，從外部熱交換器42(相應(yīng)于蒸發(fā)器)放出的熱過剩，以使液相致冷劑聚集在外部熱交換器42的內(nèi)部和膨脹閥40的上游，致冷劑循環(huán)停止。然而，熱量供給在蓄存器內(nèi)部的致冷劑，并且由于吸收的熱量(Q1)是可觀的，故仍保持所需的致冷循環(huán)。就是即使由于混合物太稀而導(dǎo)致了點火損失，空/燃比也會馬上加濃來避免它再發(fā)生。這樣，使用發(fā)動機驅(qū)動的冷卻裝置或空調(diào)設(shè)備，發(fā)動機的排放物和燃料經(jīng)濟性就會得到改善，從而保持穩(wěn)定的冷卻能量。
在上述具體實施例中，在低壓端使用的低壓循環(huán)熱交換器，通過在高壓端設(shè)置一收集箱也可獲得上面獲得的類似效果，在收集箱內(nèi)部，液相致冷劑收集在循環(huán)冷卻劑中的發(fā)動機廢熱。
當混合物已經(jīng)很貧油并且產(chǎn)生點火損失時，也能夠控制線性三通閥，在某一時間內(nèi)，早于點火損失增加冷卻劑I3，使其超過已循環(huán)的數(shù)量。這就能保持冷卻或冷凝能力，或加熱能力，直到點火損失得到回收。
也可能在排氣熱交換器中設(shè)置排氣壓力傳感器65，它作為歧管重合于從多缸發(fā)動機每一缸引出的排氣通道1e。這可能立刻加濃在任一缸中形成點火損失之后的混合物。還有，在排氣熱交換27中排氣膨脹，因此，減少了在排氣壓力傳感器65中的熱負載和壓力負載，因此增加了它的耐久性。
也可能控制每缸的空/燃混合氣，例如，在多缸發(fā)動機中每缸均使用獨立的空氣進氣通管1e，節(jié)流閥1d，混合器18和氣體燃油流量控制閥23。然后排氣壓力傳感器65′設(shè)置在每一個排氣通道1e中。用于每一缸所供給的氣體燃料數(shù)量和節(jié)流開度是基于每一排氣通道1e的壓力并且通過上述方法來控制以保持稀空/燃混合氣的范圍。與現(xiàn)有技術(shù)點火損失的控制的振動相比，點火損失能更穩(wěn)定地被防止。
如上所述，本發(fā)明可能通過檢測在排氣通道中排氣壓力來進行在點火損失范圍內(nèi)的超貧油燃燒，并且通過檢測點火損失使用適合于已改進的合適比率進行貧油燃燒控制，因此，有效地減少了NOx的排放。另外，點火損火的穩(wěn)定的檢測防止了未燃燃氣通過排氣系統(tǒng)流出，因此改善了燃料經(jīng)濟性。
另外，催化劑的化合作用不僅能夠有效地回收廢熱，而且還能有效地提高排氣的凈化并有助于保持穩(wěn)定的催化作用。
圖1是本發(fā)明燃氣發(fā)動機的具體實施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是用于圖1發(fā)動機的驅(qū)動控制機構(gòu)的框圖。
圖3是本發(fā)明燃氣發(fā)動機具體實施例的主要部件結(jié)構(gòu)圖。
圖4是使用空調(diào)機熱泵型的圖1發(fā)動機的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是顯示壓力VS致冷劑焓的曲線圖。
圖6是顯示本發(fā)明貧油燃燒控制的框圖。
圖7是流程圖用來解釋圖6的貧油燃燒控制中點火損失的檢測圖8解釋了在圖7流程圖中顯示的各種信號。
圖9顯示了本發(fā)動機的控制原理。
權(quán)利要求
1.一種通過貧油燃燒控制來凈化內(nèi)燃機排氣的方法，其特征在于，基于排氣壓力檢測貧油燃燒狀況，并且基于點火損失的有無，增加或減少空燃比。
2.如權(quán)利要求1所述的通過貧油燃燒控制來凈化內(nèi)燃機排氣的方法，其特征在于，按規(guī)定步驟連續(xù)稀化空/燃混合物，直至檢測到點火損失，然后，在檢測點火損失時，按規(guī)定步驟加濃它。
3.如權(quán)利要求1所述的通過貧油燃燒控制來凈化內(nèi)燃機排氣的裝置，其特征在于，它裝配有一裝在排氣系統(tǒng)上的排氣壓力傳感器一曲柄角傳感器和一測定是否有點火損失產(chǎn)生的控制回路，它是通過把排氣壓力和在上述曲柄角處所描述的值進行比較來測定的，并且基于是否有點火損失產(chǎn)生來驅(qū)動燃料控制閥。
4.一種凈化內(nèi)燃機排氣的方法，它包括當檢測點火損失時，逐漸稀化燃料混合物，當檢測點火損失時，使用一種貧油燃燒的方法，它通過加濃燃料從點火損失恢復(fù)，并且還把催化轉(zhuǎn)換器裝在排氣系統(tǒng)中，其中凈化內(nèi)燃機排氣的方法的特征是點火損失的檢測是基于排氣通道中排氣的壓力，以及上述催化轉(zhuǎn)換器是設(shè)置在排氣壓力檢測的下游。
5.凈化內(nèi)燃機排氣的裝置，其特征是包括在排氣通道中的排氣壓力檢測器，以及點火損失的確定裝置，它是通過上述排氣壓力檢測器檢測的壓力數(shù)據(jù)測定點火不足的，還有設(shè)置在上述排氣通道中的廢熱回收熱交換器，以及催化轉(zhuǎn)換器，它設(shè)置在上述排氣壓力檢測裝置的排氣通道的下游，用來凈化排氣。
6.如權(quán)利要求5所述的凈化內(nèi)燃機排氣的裝置，其特征是把上述廢熱回收熱交換器安裝在上述催化轉(zhuǎn)換器的下游端。
7.如權(quán)利要求5所述的凈化內(nèi)燃機排氣的裝置，其特征是把上述廢熱回收熱交換器安裝在上述催化轉(zhuǎn)換器的上游端。
全文摘要
凈化內(nèi)燃機排入物的裝置和方法，通過在貧油范圍內(nèi)可靠地檢測點火損失來控制空/燃比實現(xiàn)點火損失的回收，在點火損失范圍內(nèi)，通過使用超貧油燃燒來減少NO
文檔編號F02D41/14GK1140793SQ9611003
公開日1997年1月22日 申請日期1996年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月19日
發(fā)明者岸田肇, 大場達次 申請人:雅馬哈發(fā)動機株式會社