专利名称：促进含氧感知器快速达到工作温度的方法
技术领域：
一种促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，是涉及利用排气管之前段触媒来提高废气温度，再借高温废气加热含氧感知器内之铂金，促使含氧感知器能够在引擎冷起动后快速的达到检测空燃比的正常工作温度。
背景技术：
一般汽车及机车所排放的废气特别对人体有害的，主要有三种一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)，其中CO与HC只要使汽油完全地燃烧即可将这两者废气减至最低，然而当汽油达到完全燃烧时温度容易升高，连带的也就使得氮氧化物(NOx)剧增，在这部份可利用废气再循环的降温作用来减少其发生量，但这对于废气的管制显然还不够的，要使引擎所有的转运范围皆达到其控制标准，必须在引擎的废气流道间设置触媒转化器(CatalystConverter)来加以控制，才是解决之道。
且知，引擎的废气流道包含有排气管及其相衔接的消音器(如图1所示)，现有技术的触媒转化器皆是装设在邻近消音室的排气管内或(及)消音室内。触媒转化器基本上就是对废气进行氧化与还原的作用，所述触媒包括在—金属载体上披覆铂(氧化型触媒)及铑(还原型触媒)等贵金属，将上述三种有害的气体借由氧化及还原的作用，转化成无害的气体或是一般的废气，其化学作用如下
披覆在载体上的触媒在与废气接触时会产生升温作用，且触媒作用废气时的最大净化效率是引擎燃烧必须控制在14.7∶1的空燃比(即空气与燃油的混合比例)条件之下，要达到此细微之标准并不容易，因此现有技术便在排气管上设置含氧感知器(O2sensor)，使之能够检测得知引擎排放废气中的空燃比，并转换成数据回馈至引擎的电子控制单元(ECU)，进而将空燃比逐次修正并调整至趋近于14.7∶1的最佳范围。
且知，排气管内的废气温度必须升高至350℃以上时，含氧感知器才能逐渐的发挥检知空燃比的讯号回馈作用。但以目前现有技术通用无加热能力的含氧感知器而言，在引擎冷起动约略90秒之后，排气管内的废气温度才能上升至350℃以上，换言之，引擎冷起动0至90秒过程中含氧感知器是不能发挥作用的，致使上述装载于邻近消音室的排气管内或(及)消音室内的触媒转化器无法发挥其最大净化效率，造成引擎冷起动时易于排放废气的问题。
再者，现有技术另有一种具备自我加热能力的含氧感知器，它是将一陶瓷加热组件装载于含氧感知器内，使含氧感知器在引擎冷起动后约略20秒左右即能够迅速的达到500℃以上的温度，但此种加热型含氧感知器的成本较高，控制上较为复杂，且耗电量较大，对于仅具有较低供应电压且用电几近呈现饱和的机车引擎而言，并不适合装设此种加热型含氧感知器，为其缺点所在。
发明内容
本发明旨在利用一前段触媒来提高废气温度，再藉由高温废气去加热含氧感知器内的铂金，使其快速达到工作温度，特别是在引擎冷起动当时，得以尽速检知及调整引擎之最佳空燃比，以缩短后段触媒净化废气的反应时间，达到快速净化冷起动当时引擎废气的目的。
为了达到上述之目的，本发明乃涉及将该一前段触媒组设于排气管的前段位置，特别是指引擎排气端至含氧感知器装设位置之间的排气管壁内。
同时本发明之前段触媒优选金属质地的载体，例如耐热性不锈钢，内披覆铂或(及)铑等贵金属而制成，使前段触媒具有加热废气温度的能力。之所以称之为“金属内披覆贵金属”，是因为该触媒的载体是用一层平坦状的金属薄板，以及另一层波浪状的金属薄板卷绕成型有如蜂巢状的结构体，因此载体内具有极多的金属薄板表面积可供披覆(coating)触媒之用。
载体内披覆铂/铑的配比可为0.1/9.9～9.9/0.1，此一披覆配比的可变性非常大，而且并不是本案发明的重点，本发明之重点是在于触媒(或称触媒转化器)的摆放位置及与含氧感知器之间的关连位置。
前段触媒是以提高废气温度来加温含氧感知器为主要目的，所以选用氧化型触媒，其贵金属组成如下0.5％至15％的铂(Pt)及0.5％至15％的钯(Pd) 添加0.1％至5％的铑(Rh)。
因此前段触媒也具有将废气中有害的CO及HC气体氧化成无害的CO2及H2O的能力。
本发明甚至还包含在前段触媒与含氧感知器之后的废气流道上装设有后段触媒，特别是指装设于含氧感知器后方之排气管与消音室内的后段触媒，当引擎冷起动瞬间，含氧感知器借由前段触媒的加温作用而快速升高至350℃以上的工作温度后，能够与引擎的电子控制单元(ECU)之间不断的传递讯号并修正、调整空燃比至趋近于14.7∶1的最佳范围，使后段触媒在作用废气时能够发挥最大的净化效率。
后段触媒是以净化废气中有害物质为主，所以可以选用氧化型触媒(组成如上) 还原型触媒，还原型触媒中贵金属的组成如下0.5％至15％的铑(Rh)加0.2％至10％的铂(Pt)和/ 加入0.2％--5％的钯(Pd)。
前段触媒及后段触媒其载体内的贵金属披覆量可以是25～75克/立方英呎。
再者，本发明设置前段触媒的技术，不但可以让没有加热能力的含氧感知器快速升温至350℃以上的工作温度，同时也能够辅助具有加热能力之含氧感知器的升温速度得以更加快速。
为能实践本发明之上述内容，现配合图式及实施方式而详加说明如后述
图1为一构件配置剖示图，说明本发明排气管内的构件形态。
图2为本发明运作方块图，说明本发明利用前段触媒加热废气并使含氧感知器升温的作用特征。
图3为无加热型含氧感知器的局部剖示图，说明热废气作用内、外层铂金产生电动势的的特征。
图4为设有加热组件的含氧感知器的局部剖示图，说明可加快其到达工作温度的特征。
图5为一曲线图，说明空燃比与电动势之输出电压的关系。
具体实施例方式
首观图1所示，是一机车排气管内的构件配置图，用以说明本发明之实施方式，包括有引擎1，其排气端是与另一排气管2相衔接；排气管2之末段形成为一消音室21，排气管2内构成一排放引擎废气的废气流道22；含氧感知器3(O2Sensor)是装设于排气管2之前段位置上，植入于废气流道22内；前段触媒4，是装设在含氧感知器3装设位置之前的排气管2的废气流道22内，特别是指装设在引擎1排气端至含氧感知器3装设位置之间的排气管壁20内，使废气流道22内的引擎废气10，能顺畅的通过前段触媒4，随后吹拂式的接触含氧感知器3。
除此之外，本发明甚至可以在含氧感知器3之后的废气流道22内装设有一只或一只以上的后段触媒5、51、52，包括可将该后段触媒5装设在排气管2与消音室21之交接端的排气管壁20内，或(及)将后段触媒51、52装设于消音室21内的隔板23上。
上述之前段触媒4以及各个后段触媒5或51或52在实施上均是由一金属载体内披覆所需定量的铂或(及)铑等贵金属而制成的触媒转化器。使其具有加热废气温度或(及)净化废气的能力。
依据上述配置，当激活引擎1产生排气11动作时(配合图2所示)，废气10会自引擎排气端加载于排气管2的废气流道22内，先行通过前段触媒4，随后吹拂式的接触含氧感知器3，再逐一通过一只或一只以上的后段触媒5、51、52，终而排出外界。其中本发明促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，即在于当引擎冷起动产生废气排放的瞬间，利用该只前段触媒4内的贵金属执行加热废气40的作用，使冷激活当时排放较为低温的废气10在通过前段触媒4时，其废气10温度能够瞬间快速升高至350℃以上，然后再藉高温废气10吹拂接触含氧感知器3，特别是藉350℃以上高温废气10来加热含氧感知器3内的铂金(容后详述)，使含氧感知器3能够在短时间内(小于90秒)快速达到350℃以上的正常工作温度，以便于快速检知废气中的空燃比，并传递至引擎1的电子控制单元(ECU)15内，且不断的往返传递讯号并修正及调校引擎1的进气及供油系统，以利于将供应引擎燃烧的空燃比控制在14.7∶1的最佳区段，在此情况下，后段触媒5、51、52能够发挥最大的净化废气50的效率，促使随后通过后段触媒5、51、52之废气10中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)等有害物质，得以被充分的净化殆尽，以利于将无害的废气排放至外界。
本发明实施中的含氧感知器，可采用没有加热能力的单线式含氧感知器3(如图3所示)，例如使用一种氧化锆型的含氧感知器(ZrO2Oxygen Sensor)，该氧化锆(ZrO2)为固态电解质的一种，它有一种在高温时氧离子易于移动的特性。此型含氧感知器是将氧化锆31烧结成管状，并涂覆有内层铂金32及外层铂金33，具有氧化触媒的作用。且内层铂金32面是与大气12接触，外层铂金33面则是被植入于排气管壁20的废气流道22内而与废气10接触，且因大气12中的氧气浓度高，废气10中的氧气浓度低，当废气中的氧离子移动时即会产生电动势，而电动势的大小是依氧化锆两侧的白金所接触到的氧而定。例如当废气中的空燃比较高(空气与燃油的混合比＞14.7)时(如图5所示)，废气中所含的氧相对地减少，因此氧化锆31两侧的内、外层铂金32及33所接触到的氧气高低落差大，所产生的电动势也相对高(将近1V)；当空燃比较稀(空气与燃油的混合比＜14.7)时，废气10中多余的氧气较多，氧化锆31两侧的内、外层铂金32及33所接触到的氧气落差小，因此所产生的电动势低(将近0V)。所以引擎10便可藉由电子控制单元(ECU)来接收此类的电压讯号，即可侦测到当时废气中空燃混合比的实际状况。
本发明亦可采用具加热能力的复线式含氧感知器30(如图4所示)，例如在图3所示氧化锆型含氧感知器内加装一陶瓷加热组件34，来加快感知器自身迅速达到正常工作温度。此型感知器在本发明未揭露之前(即无前段触媒4)，通常可使引擎10在冷激活30秒之后，使含氧感知器达到正常工作温度(350℃以上)。然而，在本发明加装前段触媒4之后，该款加热型含氧感知器30是可藉由已加热的废气10来辅助并缩短达到正常工作温度(350℃以上)的时间(小于30秒)，促使其升温速度更加快速。
本发明内容并不局限于此，事实上尚包括其它设有引擎及排气管之汽车或其它内燃机具的应用也包含于本发明之中，因此任何熟知该项技艺者在上述技术领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆应隶属本发明的专利范围。
权利要求
1.一种促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，是在引擎排气管上装设含氧感知器位置之前的废气流道上设置一前段触媒，利用前段触媒先行提高废气温度，再藉高温废气加热含氧感知器内的铂金，使含氧感知器快速的达到正常工作温度。
2.如权利要求1所述促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，其中该前段触媒是设在引擎排气端至含氧感知器装设位置之间的排气管壁内。
3.如权利要求1所述促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，其中该前段触媒是用金属载体内披覆铂金所制成的触媒转化器。
4.如权利要求1所述促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，其中该前段触媒是在金属载体内披覆铂而制成的触媒转化器。
5.如权利要求1所述促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，其中该前段触媒是在金属载体内披覆铂及铑而制成。
6.如权利要求1所述促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，其中该含氧感知器是未装设加热组件的单线型含氧感知器。
7.如权利要求1所述促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，其中该含氧感知器为已加装加热组件的复线型含氧感知器。
8.如权利要求1所述促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，其中排气管的废气流道内设有后段触媒。
9.如权利要求8所述促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，其中该后段触媒是设在排气管与消音室之交接端的排气管壁内。
10.如权利要求1所述促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，其中该后段触媒是设在消音室内的隔板上。
全文摘要
本发明提供一种促进含氧感知器快速达到工作温度的方法，主要是在引擎排气管上装设含氧感知器位置之前的废气流道上设置一前段触媒，利用前段触媒先行提高废气温度，再借高温废气加热含氧感知器内的铂金，特别是在引擎冷起动之瞬间，促使含氧感知器快速的达到正常工作温度，以便于快速检知并调整引擎的最佳空燃比，进而快速净化冷起动时引擎所排放之废气。
文档编号F02D41/26GK1676907SQ20041002962
公开日2005年10月5日 申请日期2004年3月29日 优先权日2004年3月29日
发明者吴孝忠 申请人:厦门信源交通器材有限公司