專利名稱：帶有壓力波增壓器的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的制作方法
到如今火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)已生產(chǎn)了100余年了，在這100多年中此種發(fā)動機(jī)被不斷改進(jìn)，使得輸出功率增加油耗減少。盡管改進(jìn)很顯著，但只能逐漸減少常用火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的油耗。再有，近期人們正極力減少污染排放物，由此產(chǎn)生了采用不同催化器的廢氣凈化系統(tǒng)，在所用的這些催化器中受控三元催化器最為成功，因?yàn)槠淇梢酝瑫r(shí)轉(zhuǎn)化三種主要污染成分。
壓力波增壓器本身是公知的，在該壓力波增壓器中廢氣與空氣在一些兩側(cè)敞開的蜂窩內(nèi)暫時(shí)發(fā)生相互接觸。各公司都想把壓力波增壓器用于汽車結(jié)構(gòu)中，力圖增加發(fā)動機(jī)的輸出功率。但是，從迄今為止公知的資料中可以獲悉，壓力波增壓器僅與柴油機(jī)串聯(lián)結(jié)合。
歐洲專利EP-A-0415128公開了一種如權(quán)利要求1前序部分所述的發(fā)動機(jī)，其將催化器置于發(fā)動機(jī)附近并由進(jìn)氣對其進(jìn)行冷卻以圖盡可能減小帶有一壓力波增壓器的內(nèi)燃機(jī)中的催化器的老化過程。
日本專利摘要第11卷第392(M-653)號的1987年12月22日J(rèn)P-A-62-159717公開了一增壓發(fā)動機(jī)，在該發(fā)動機(jī)的出口處設(shè)置有一僅在低速發(fā)揮作用的三元催化器。
DE-C-3732301公開了一種用于凈化內(nèi)燃機(jī)廢氣的凈化裝置，其中用到了一三元催化器，該三元催化器后接一氧化催化器。此氧化催化器內(nèi)的溫度增量被測量并被用于一反饋控制。
在此現(xiàn)有背景技術(shù)基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的是提供一種火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)不僅可以極大地增加特定的輸出功率而且可以極大地減小污染排放物。此目的可以由權(quán)利要求1限定的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)達(dá)到，該權(quán)利要求1公開了一種火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)與一壓力波增壓器、一三元催化器及一輔加氧化催化器的結(jié)合體。
從屬權(quán)利要求對本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)作了進(jìn)一步限定，并限定了用于克服冷起動工況下存在的弊端的裝置。
下面將結(jié)合實(shí)施例的附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。單獨(dú)一幅附圖示意性地示出了帶有一高效廢氣凈化系統(tǒng)的本發(fā)明火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)。
該附圖示出了火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)1，也即一個(gè)內(nèi)燃機(jī)，在該發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管3中設(shè)置有一節(jié)氣門2，在排氣口15處設(shè)置有一三元催化器4。圖中所示發(fā)動機(jī)可以是任何公知的內(nèi)燃機(jī)，例如汽車發(fā)動機(jī)或航空發(fā)動機(jī)，圖中還示出了該發(fā)動機(jī)的吸管16、風(fēng)扇17和輸出裝置18，該發(fā)動機(jī)與三元催化器4一同形成了一如前所述的現(xiàn)有技術(shù)常用火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)。
該常用火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)還包括一個(gè)壓力波增壓器5，該增壓器5最好與一設(shè)置在進(jìn)氣管上的進(jìn)氣冷卻器6協(xié)同工作，如有必要的話該增壓器5包括一個(gè)電動或機(jī)械驅(qū)動裝置7，但是，如若將壓力波增壓器制成合適的形狀和尺寸，可以去掉該驅(qū)動裝置7。進(jìn)氣管8上裝有一空濾器9和進(jìn)氣節(jié)流閥10，這是與公知壓力波增壓器不一樣的。排氣部分11包括一第二催化器，此催化器是一氧化催化器12。該催化器由λ探測器13、溫度探測器14和所謂的廢氣穩(wěn)壓閥片19進(jìn)行控制。
氣道中的箭頭示出了空氣流與燃?xì)饬鞯牧鲃勇肪€，該簡圖示出了新鮮空氣被吸入空氣進(jìn)氣管8內(nèi)并經(jīng)空濾器9和進(jìn)氣節(jié)流閥10提供給壓力波增壓器5。在該壓力波增壓器中，大部分新鮮空氣在廢氣的作用下被壓縮，而后經(jīng)進(jìn)氣冷卻器6和節(jié)氣門2提供給內(nèi)燃機(jī)1。一小部分新鮮空氣則以掃氣的形式穿過壓力波增壓器5輸入到排氣部分11中與廢氣相混合。從內(nèi)燃機(jī)1排出的廢氣經(jīng)三元催化器4流到壓力波增壓器5，在壓力波增壓器5中這些廢氣與新鮮空氣進(jìn)行混合，隨后經(jīng)過氧化催化器12從排氣部分11輸出。
當(dāng)進(jìn)氣壓力過大時(shí)，廢氣穩(wěn)壓閥片19可以被打開，以便使一部分廢氣直接流過壓力波增壓器5，從而產(chǎn)生很小的增壓比。這樣，驅(qū)動裝置就可以達(dá)到一更高的總效率，進(jìn)而減小燃油消耗率?？梢杂闷渌墓M(jìn)氣壓力控制裝置來取代廢氣穩(wěn)壓閥片。
進(jìn)氣節(jié)流閥10用來控制空氣的掃氣。它可以減小流入排氣部分的新鮮空氣的比例。這就使得氧化催化器12處的廢氣溫度增加，從而使該氧化催化器12更快地達(dá)到其啟動溫度，進(jìn)而獲得一更高的轉(zhuǎn)化率。溫度探測器14的信號被用作一控制進(jìn)氣節(jié)流閥的控制變量。發(fā)動機(jī)的速度和節(jié)氣門2下游的壓力可用作另外的控制變量。λ探測器13提供了混合控制的控制變量。
發(fā)動機(jī)在λ比為1的情況下或燃油略為過量的情況下工作?，F(xiàn)有技術(shù)中普遍認(rèn)為，一與一電子控制混合裝置(λ探測器)相結(jié)合的三元催化器目前代表著最高效率的廢氣催化凈化系統(tǒng)。它可以同時(shí)轉(zhuǎn)化所有三種污染成分，但是其要求盡可能精確的理想空燃(λ1)混合。這三種成分是HC、CO和NOx。通過轉(zhuǎn)換控制范圍λ1使其移向較濃側(cè)，就可以極高的效率轉(zhuǎn)化和消除NOx成分。但是，這樣做將導(dǎo)致另兩種成分的轉(zhuǎn)化率降低，因此如果僅使用一個(gè)三元催化器時(shí)這樣做并不可取。
采用壓力波增壓器可以提高內(nèi)燃機(jī)的效率，并且可以通過壓力波增壓器在排氣系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生過量空氣，鑒于此采用壓力波增壓器允許在此使用一氧化催化器將主要為HC和CO的殘余污染物徹底地轉(zhuǎn)化。借助于催化器的涂敷物，在氧化催化器中同時(shí)還可獲得一可觀的NOx轉(zhuǎn)化率。
如果出口15處的廢氣溫度較低，例如在冷起動情況下，催化器的轉(zhuǎn)化率變小，從而產(chǎn)生較高的廢氣排放物。
再有，廢氣溫度越低，則增壓器中的壓力波增壓過程越成問題，在極端情況下，該過程甚至可能完全停止。結(jié)果，當(dāng)發(fā)動機(jī)較冷時(shí)，最先僅能得到一較小的增壓壓力，這就使得發(fā)動機(jī)的輸出功率降低。
以上兩個(gè)問題可以被設(shè)置于出口15和三元催化器4之間在廢氣溫度較低時(shí)啟動的一燃燒器22克服。按照這種方式，一方面催化器可以更快地達(dá)到其最佳工作溫度，另一方面燃?xì)膺_(dá)到增壓器時(shí)的溫度較高。因此即便當(dāng)發(fā)動機(jī)仍處于冷狀態(tài)時(shí)，壓力波增壓過程也會進(jìn)行，從而發(fā)動機(jī)可以發(fā)出其最大功率。

圖1還示出了燃燒器22的空氣供給裝置20和燃油供給裝置21。
除上述燃燒器22外，還可以采用其它的加熱裝置，例如，一電加熱器。上文所述之重要一點(diǎn)是催化器和增壓器的功率被朝好的方面改善了。
因此，將一壓力波增壓器與火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)相結(jié)合不僅可以使輸出功率得到極大提高，而且還可充分應(yīng)用一后接的氧化催化器，此氧化催化器一方面可使三元催化器與其通常應(yīng)用相比能更有效地消除有害成分中的一種，即NOx，另一方面由于在該氧化催化器中存在過量空氣，所以在該氧化催化器中可獲得一特別高的殘余污染物HC和CO的轉(zhuǎn)化率。
該系統(tǒng)與常用的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)相比顯著地減少了污染物?？梢岳斫?，比照同功率的常用火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，壓力波增壓器的應(yīng)用在顯著減小了污染排放物的同時(shí)允許采用更小的油耗更低的或者總重量更輕的發(fā)動機(jī)。
權(quán)利要求
1．與一壓力波增壓器(5)和一受控三元催化器(4)相結(jié)合的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，其特征在于所述三元催化器(4)后接一個(gè)氧化催化器(12)，該氧化催化器(12)設(shè)置在所述壓力波增壓器(5)的出口與排氣部分(11)之間。
2．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于在所述壓力波增壓器(5)的進(jìn)口處設(shè)置有一進(jìn)氣節(jié)流閥(10)以便控制掃氣空氣的量。
3．如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于在所述壓力波增壓器(5)的出口處設(shè)置有控制裝置以調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力。
4．如權(quán)利要求3所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述控制裝置包括一個(gè)廢氣穩(wěn)壓閥片(19)。
5．如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述壓力波增壓器(5)包括一個(gè)驅(qū)動裝置(7)，該驅(qū)動裝置(7)用于穩(wěn)定所述壓力波增壓器內(nèi)的蜂窩轉(zhuǎn)子的速度，該驅(qū)動裝置(7)由電或機(jī)械驅(qū)動。
6．如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于在該發(fā)動機(jī)的出口(15)與所述三元催化器(4)之間設(shè)置有一個(gè)加熱裝置(22)以便在廢氣溫度低時(shí)使所述三元催化器(4)更快地達(dá)到其最佳工作溫度并使所述壓力波增壓器更快地開始工作。
7．如權(quán)利要求6所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述加熱裝置是一個(gè)燃燒器(22)，該燃燒器(22)包括一個(gè)空氣供給裝置(20)和一個(gè)燃油供給裝置(21)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有一壓力波增壓器(5)和一三元催化器(4)的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)(1)。為了高效率地除去污染成分HC、CO和NO
文檔編號F01N3/24GK1212744SQ97192832
公開日1999年3月31日 申請日期1997年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月5日
發(fā)明者烏爾斯·溫格納 申請人:斯威薩托工程股份有限公司