[发明专利]一种发动机空燃比闭环反馈控制装置

说明书

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。

所属技术领域

本发明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。

背景技术

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CO、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CO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CO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(中国实用新型专利032580169)。然而这种方案设计，有些工况下超过900℃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CO排放难以达标。

发明内容

本发明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。

本发明通过以下技术方案实现上述目的，即：

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。