TW201408863A - 二次空氣供給系統及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種二次空氣供給系統及其方法，主要是以觸媒溫感器及車輛狀態感知器偵測得到觸媒溫度與車輛狀態資訊，電子控制單元先判斷觸媒溫度是否大於一觸媒溫度門檻，若是，則控制驅動器驅動電動空氣泵於一全速轉速；若否，則將至少一車輛狀態資訊對應至一內建之查詢表以得到一表定轉速，並控制驅動器驅動電動空氣泵於表定轉速。藉此，針對車輛實際狀態改變即時地調整二次空氣流量，使觸媒能處於較佳工作條件。

Description

二次空氣供給系統及其方法

本發明係關於一種二次空氣供給系統及方法，尤指一種達到精準調控二次空氣流量至最佳效率點之二次空氣供給系統及方法。

為因應環保法規降低污染排放，習知技術採用一種供給空氣至引擎排氣管路之二次空氣供給裝置。該裝置提供空氣至較高溫之排氣氣體所在處，使排氣氣體中有害之一氧化碳或碳氫化合物產生氧化反應，而形成無害之水或二氧化碳。

習知技術如中華民國專利公告號I354728，係使用了包括一簧片閥1之二次空氣供給裝置2(如圖1與圖2所示)，其因應排氣管路3內之負壓而供給空氣。然在高負荷狀態下此種設置並無法供給足夠之空氣，導致觸媒效率不彰。雖上述空氣供給裝置包括有一流量控制閥件，但因其是依據壓力差條件來達到流量控制目的，對應實際需求狀況常會有不一致的問題。

另有一種習知技術係利用一空氣泵撘配引擎驅動而直接供給相當之空氣量，此種裝置除增加引擎裝配複雜外，亦會有多消耗引擎性能導致效率下降之缺點。

而習知技術如中華民國專利公開號201013036，利用排氣管之流道設計使得在觸媒反應區域產生超音速流增進觸 媒轉換效率，然裝置為達超音速流必須將排氣通道設計為漸縮再漸擴，並於上游側增設分歧部，然此裝置須特別針對不同排氣量與管徑管長做調校，且有影響引擎性能輸出之缺點。

本發明之主要目的係在提供一種二次空氣供給系統，俾能確保二次空氣供給量達到實際所需限度。

本發明之主要目的係在提供一種二次空氣供給方法，俾能在不同引擎轉速與負荷條件使觸媒轉化效率控制在較佳效率點、有效維持觸媒裝置壽命。

為達成上述目的，本發明之二次空氣供給系統包括一排氣管路、一觸媒、一電子控制單元、一電動空氣泵、一驅動器、一觸媒溫感器以及至少一車輛狀態感知器。上述排氣管路自一汽缸頭排氣道延伸而出，觸媒則容設於排氣管路。

上述電子控制單元內建有一觸媒溫度門檻。電動空氣泵包括有一泵入口與一泵出口，其中泵出口透過一輸入管連接到排氣管路。上述驅動器電性連接於電子控制單元與電動空氣泵之間。

上述觸媒溫感器是電性連接於電子控制單元，用於偵測得到觸媒之溫度，並將此溫度資訊傳送至電子控制單元。車輛狀態感知器是用於偵測得到對應的車輛狀態資訊，並將車輛狀態資訊傳送至電子控制單元。

據此，當觸媒之溫度大於觸媒溫度門檻，電子控制單元便控制驅動器驅動電動空氣泵，使空氣泵運轉於一全速轉速，避免觸媒因不當的高溫而損壞。

更佳地，電子控制單元更內建有一查詢表，當觸媒之溫度不大於觸媒溫度門檻，電子控制單元將上述至少一車輛狀態資訊對應至查詢表以得到一表定轉速，並控制驅動器驅動電動空氣泵於表定轉速，其中查詢表係指示出至少一車輛狀態資訊與表定轉速之對應關係。

車輛狀態感知器例如為引擎轉速感知器、油門開度感知器等，且不以此為限。引擎轉速感知器所偵測得到之車輛狀態資訊係指引擎轉速資訊，油門開度感知器所偵測得到之車輛狀態資訊係指油門開度資訊。

二次空氣供給系統可更包括一逆止閥，安裝於輸入管上，用以防止從排氣管路朝電動空氣泵之逆流。二次空氣供給系統可更包括一空氣濾清器，設置於電動空氣泵之泵入口，確保二次空氣之純淨。

輸入管對排氣管路之連接點可位於汽缸頭排氣道與觸媒之間。

本發明之另一態樣係為一種二次空氣供給方法，其用於透過一電動空氣泵供給一二次空氣至組設有一觸媒之一排氣管路，二次空氣供給方法包括：偵測得到觸媒之一溫度及至少一車輛狀態資訊；判斷溫度是否大於一觸媒溫度門檻；若溫度大於觸媒溫度門檻，則驅動電動空氣泵於一全 速轉速運轉；以及若溫度不大於觸媒溫度門檻，則依據一查詢表提供對應至少一車輛狀態資訊之一表定轉速，並驅動電動空氣泵於表定轉速運轉。

車輛狀態參數可包括有一引擎轉速資訊及/或一油門開度資訊。

參考圖3與圖4，為一較佳實施例之二次空氣供給系統示意圖及其電子元件連接圖。圖中示出一機車內之引擎10與二次空氣供給系統，其中引擎10包括有一進氣閥11、一排氣閥12、一燃燒室13、一汽缸頭進氣道14及一汽缸頭排氣道15。進氣閥11與排氣閥12配置在相對側，且分別位於汽缸頭進氣道14與汽缸頭排氣道15中。上述二閥11,12之開閉分別關聯於汽缸頭進氣道14與汽缸頭排氣道15相對於燃燒室13之連通，也就是若進氣閥11開啟，則引擎10外部空氣經汽缸頭進氣道14進入燃燒室13以提供燃燒所需氧成分；若排氣閥12開啟，則燃燒室13燃燒過的廢氣經汽缸頭排氣道15排出引擎10。

引擎10之汽缸頭排氣道15出口位置連接一排氣管路16之主管160，用於提供一延長路徑以將引擎10產生的廢氣排出。而且排氣管路16上通常裝設一或更多之觸媒17，如圖所示一觸媒17設置於主管160後端。

二次空氣供給相關構件包括有一空氣濾清器20、一電 動空氣泵21、一驅動器22、一逆止閥23、一電子控制單元31、一觸媒溫感器33及至少一車輛狀態感知器。空氣濾清器20用於接收並過濾來自一空氣源之一空氣，例如本實施例中係以車輛外部環境作為新鮮空氣來源。但當然也可以是其它空氣源，例如透過一連接管件將空氣濾清器入口連接到引擎之進氣管路，亦即將進氣管路作為空氣源。

驅動器22電性連接於電動空氣泵21及電子控制單元31之間，電子控制單元31例如以脈寬調變方式(Pulse Width Modulation；PWM)來對驅動器22進行控制，驅動器22進而以對應之轉速條件驅動電動空氣泵21。

電動空氣泵21以其泵入口211連接於空氣濾清器20，而其泵出口212透過一輸入管18連接至排氣管路16之主管160，使得被電動空氣泵21強制抽取之空氣沿空氣濾清器20、電動空氣泵21以及輸入管18依序流過。較佳如本實施例使用一簧片閥作為逆止閥23設置在輸入管18上，以防止排氣管路16之氣體非預期地逆流入電動空氣泵21。

因此，本發明欲以電動空氣泵之強制進氣手段完全取代習知的負壓式進氣手段。考量空氣泵需高頻率長時間操作，較佳採用無刷馬達式空氣泵，以避免採用有刷馬達會遭遇到的碳刷因高溫與長時磨耗損壞。

由圖式中可看出輸入管18對排氣管路16之連接點P係位於汽缸頭排氣道15與觸媒17之間。而在設置有多個觸媒之場合，輸入管18對排氣管路16之連接點P可選擇位於相鄰兩觸媒之間。

為使觸媒17處於最佳效率工作點，通常與二次空氣進入之流量有關。另一方面，由於二次空氣流量隨不同操作點會有不同之流量需求，從理論可推導出空氣流量與空氣流速成正比；而空氣流速是由空氣泵之葉片旋轉來產生，又葉片操作點並非旋轉越快就有空氣量越多且效率越高之結果，而是依據一葉片尖端速度比X=Rω/V之公式，R為葉片半徑、ω為葉片轉速、V為空氣流速，由流體力學理論可得知葉片保持在某尖端速度比X下會維持最佳效率，故空氣流速需求不同則葉片轉速需要調整才可使葉片保持最佳效率。總言之可透過改變電動空氣泵轉速以間接改變空氣流量。

因此本發明中電子控制單元31同時依據觸媒溫感器33及至少一車輛狀態感知器之傳回資訊來達到電動空氣泵21之轉速調整控制，也相當於調整控制二次空氣流量。車輛狀態感知器例如是引擎轉速感知器34或油門開度感知器35，但當然不限於此，也可以是其他感知器像是噴油量感知器。

大致上而言，本發明二次空氣供給方法主要包括如下步驟：偵測得到觸媒之溫度及至少一車輛狀態資訊；判斷觸媒溫度是否大於觸媒溫度門檻；若觸媒溫度大於觸媒溫度門檻，則驅動電動空氣泵於全速轉速運轉；以及若觸媒溫度不大於觸媒溫度門檻，則依據查詢表提供對應該至少一車輛狀態資訊之表定轉速，並驅動電動空氣泵於表定轉速運轉。

參考圖3~5，圖5顯示本發明二次空氣供給方法之實施流程。在前述系統建置基礎下，二次空氣供給方法更詳細的實施情形如下述。此實施例中係同時使用二車輛狀態感知器來作為調整電動空氣泵轉速之依據：引擎轉速感知器34及油門開度感知器35。首先，在步驟S1中，觸媒溫感器33、前述引擎轉速感知器34及油門開度感知器35偵測得到觸媒17之溫度、引擎轉速資訊及油門開度資訊，並將這些資訊傳遞至電子控制單元31，即步驟S2。

電子控制單元31接收到觸媒溫度及車輛狀態資訊之後，是先判斷所偵測之觸媒溫度是否大於內建之觸媒溫度門檻(例如400度C)，即步驟S3。若是，表示觸媒17所處環境之溫度不恰當地高，必須採取急迫手段使其降溫，也就是提高二次空氣流量。因此須事先設定成使電子控制單元31在此情況下控制驅動器22去驅動電動空氣泵21轉動於全速狀態，即步驟S4。

若觸媒溫度不大於電子控制單元31內建之觸媒溫度門檻，則電動空氣泵21之轉速需求要透過查詢表32來得到。詳而言之，因為查詢表32本身記載著車輛狀態資訊(本例中包括引擎轉速及油門開度資訊)與電動空氣泵21最佳轉速的對應關係(於本文稱已建立在表中之轉速為表定轉速)，電子控制單元31便可輕易依據來自各感知器之車輛狀態資訊來得到應使電動空氣泵21運轉於何種速度之指引，進而傳送包含此轉速資訊的控制訊號給驅動器22，使驅動器確實驅動電動空氣泵21於對應之表定轉速運轉，即步驟S5。 此後，重複相同步驟運行。

當然，查詢表的建立還是要事先以實驗方式建立出，而這些工作對熟知本技術領域人士而言並不困難。

由上述可知，本發明是要透過流量調控使觸媒轉化效率盡可能維持在最佳的點。因為是採用實際驗證所建立的查詢表來作為空氣泵轉速變化之依據，在二次空氣供給流量控制精準度方面非常優異。明顯地，本發明已淘汰流量控制閥等習知組件，並架構出全新的二次空氣系統，可即時控制空氣泵轉速進而達到二次空氣流量之即時變化。

本文所指電子控制單元含括所謂引擎控制單元或整車控制單元。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1‧‧‧簧片閥

2‧‧‧二次空氣供給裝置

3‧‧‧排氣管路

10‧‧‧引擎

11‧‧‧進氣閥

12‧‧‧排氣閥

13‧‧‧燃燒室

14‧‧‧汽缸頭進氣道

15‧‧‧汽缸頭排氣道

16‧‧‧排氣管路

160‧‧‧主管

17‧‧‧觸媒

18‧‧‧輸入管

20‧‧‧空氣濾清器

21‧‧‧電動空氣泵

211‧‧‧泵入口

212‧‧‧泵出口

22‧‧‧驅動器

23‧‧‧逆止閥

31‧‧‧電子控制單元

32‧‧‧查詢表

33‧‧‧觸媒溫感器

34‧‧‧引擎轉速感知器

35‧‧‧油門開度感知器

P‧‧‧連接點

S1~S5‧‧‧步驟

圖1係習知二次空氣系統上視圖。

圖2係習知二次空氣系統側視圖。

圖3係本發明一較佳實施例之二次空氣供給系統示意圖。

圖4係本發明一較佳實施例之二次空氣供給系統之電子元件連接圖。

圖5係本發明二次空氣供給方法流程圖。

10‧‧‧引擎

11‧‧‧進氣閥

12‧‧‧排氣閥

13‧‧‧燃燒室

14‧‧‧汽缸頭進氣道

15‧‧‧汽缸頭排氣道

16‧‧‧排氣管路

160‧‧‧主管

17‧‧‧觸媒

18‧‧‧輸入管

20‧‧‧空氣濾清器

21‧‧‧電動空氣泵

211‧‧‧泵入口

212‧‧‧泵出口

22‧‧‧驅動器

23‧‧‧逆止閥

31‧‧‧電子控制單元

P‧‧‧連接點

Claims (9)

1. 一種二次空氣供給系統，包括：一排氣管路，自一汽缸頭排氣道延伸而出；一觸媒，容設於該排氣管路；一電子控制單元，內建有一觸媒溫度門檻；一電動空氣泵，包括有一泵入口與一泵出口，該泵出口透過一輸入管連接到該排氣管路；一驅動器，電性連接於該電子控制單元與該電動空氣泵之間；一觸媒溫感器，電性連接於該電子控制單元，用於偵測得到該觸媒之一溫度，並將該溫度傳送至該電子控制單元；以及至少一車輛狀態感知器，用於偵測得到至少一車輛狀態資訊，並將該至少一車輛狀態資訊傳送至該電子控制單元；其中，當該觸媒之該溫度大於該觸媒溫度門檻，該電子控制單元控制該驅動器驅動該電動空氣泵於一全速轉速。
2. 如申請專利範圍第1項所述之二次空氣供給系統，其中，該電子控制單元更內建有一查詢表，當該觸媒之該溫度不大於該觸媒溫度門檻，該電子控制單元將該至少一車輛狀態資訊對應至該查詢表以得到一表定轉速，並控制該驅動器驅動該電動空氣泵於該表定轉速，該查詢表係指示出該至少一車輛狀態資訊與該表定轉速之對應關係。
3. 如申請專利範圍第1項所述之二次空氣供給系統，其中，該至少一車輛狀態感知器包括下列至少其一：用於偵測得到一引擎轉速資訊之一引擎轉速感知器以及用於偵測得到一油門開度資訊之一油門開度感知器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之二次空氣供給系統，更包括一逆止閥，安裝於該輸入管上，防止從該排氣管路朝該電動空氣泵之逆流。
5. 如申請專利範圍第1項所述之二次空氣供給系統，更包括一空氣濾清器，設置於該電動空氣泵之該泵入口。
6. 如申請專利範圍第1項所述之二次空氣供給系統，其中，該輸入管對該排氣管路之連接點係位於該汽缸頭排氣道與該觸媒之間。
7. 一種二次空氣供給方法，係用於透過一電動空氣泵供給一二次空氣至組設有一觸媒之一排氣管路，該方法包括：偵測得到該觸媒之一溫度及至少一車輛狀態資訊；判斷該溫度是否大於一觸媒溫度門檻；若該溫度大於該觸媒溫度門檻，則驅動該電動空氣泵於一全速轉速運轉；以及若該溫度不大於該觸媒溫度門檻，則依據一查詢表提供對應該至少一車輛狀態資訊之一表定轉速，並驅動該電動空氣泵於該表定轉速運轉。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，該至少一車輛狀態參數包括有一引擎轉速資訊。
9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，該至少一車輛狀態參數包括有一油門開度資訊。