CN102121411B - 一种汽车尾气三效催化转化器系统及控制方法 - Google Patents

一种汽车尾气三效催化转化器系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种汽车尾气三效催化转化器系统，包括装有载体、捕集体、红外加热器、传感器、壳体、减振层、空气旁通管与比例旁通阀。所述载体为蜂窝陶瓷结构，安装于壳体后端；所述捕集体为表面涂敷红外涂层材料的开孔泡沫金属材料，安装于壳体前端，所述红外加热器镶套在催化转化器进气口扩张段，发动机冷启动阶段ECU控制红外加热器提高尾气温度与催化转化效率；当催化转化器内温度与压差达到一定范围时，ECU控制红外加热器的开启和关闭，促使捕集体上的未燃烧产物与复杂络合物气化，缓解催化转化器堵塞情况。该系统提高了发动机冷启动阶段的转化效率，并对排气中未完全燃烧产物与复杂络合物进行捕集与消除，缓解催化转化器堵塞情况并提高其寿命。

Description

一种汽车尾气三效催化转化器系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽车尾气三效催化转化器系统。
背景技术
目前车用三效催化转化器载体多采用蜂窝陶瓷通孔结构，载体上的贵金属催化剂对未完全燃烧物、硫、磷、铅与锰等分子有强烈吸附作用，车辆行驶达到一定里程数后，载体孔道前端很容易形成成份复杂的化学络合物。同时贵金属催化剂强烈的氧化催化作用，使吸附的不完全燃烧物更容易氧化、缩聚、聚合形成胶质积炭。
如果络合物和积炭过多，将会吸附在三效催化转化器表面，使催化剂和尾气不能充分接触，使得尾气中的NOX和CO不能完全转化成N2和CO2，从而造成排放超标。积炭积累到一定程度时三效催化转化器载体上的孔道会被堵塞，造成排气不畅，压力升高，使发动机加速困难。积炭严重时甚至会导致三效催化转化器堵塞失效。
积炭也会造成三效催化转化器高温失效。当载体积炭严重时，会使三效催化转化器工作温度过高。如果三效催化剂长期暴露在800℃以上的高温环境中，催化剂的活性组分Pt、Pd和Rh等贵金属组分开始随高温挥发。同时，负载催化剂的涂层在高温作用下开始剥落，涂层中的助催化剂CeO2的晶粒明显增大。温度过高时，涂层中的Al2O3甚至会发生相变，加剧了贵金属活性组分和助剂CeO2晶粒的长大烧结和聚集，使催化剂的活性大大下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种汽车尾气三效催化转化器系统，该装置能提高发动机冷启动阶段尾气转化效率；对复杂的化学络合物具有捕集能力，并能对捕集物进行清理，恢复催化剂活性，延长使用寿命。
本发明的技术方案是，所述汽车尾气三效催化转化器系统包括汽车ECU和壳体、泡沫金属捕集体，该壳体依次由进气段、扩张段、主体段、收缩段、排气段组成，蜂窝陶瓷结构载体装在主体段内腔后部且该蜂窝陶瓷结构载体与主体段之间设有减振层，其结构特点是，表面涂敷红外涂层材料的泡沫金属捕集体装在主体内腔前部，进气段设有一端与大气相通的空气旁通管，该空气旁通管中装有电极端子同汽车ECU连接的比例旁通阀；环形红外加热器镶套在扩张段上并通过导电线与汽车ECU相连；第一压力传感器装在进气段并用导电线与汽车ECU相连，第二压力传感器装在排气段并用导电线与汽车ECU相连；温度传感器安装在泡沫金属捕集体外侧并通过导电线与汽车ECU相连。
以下对本发明做出进一步说明。
本发明的技术原理是：发动机冷启动时，采用红外线加热装置提高尾气的温度，使得转化效率提高。发动机冷启动后正常运行时，通过捕集体的开孔泡沫结构使得复杂的络合物逐渐沉积于捕集体而不是载体上，负载于载体上的贵金属催化剂受络合物影响较小。络合物沉积到一定程度时，催化转化器前后压差明显增大。此时采用红外线加热装置提高捕集体的温度，并打开旁通阀引入足量的空气，使得复杂的络合物燃烧或气化，排出催化转化器，消除堵塞情况。由于捕集体采用耐高温的泡沫金属材料，燃烧释放的热量不会影响其开孔泡沫结构。
由以上可知，本发明为一种汽油机车用尾气三效催化转化器系统，它在冷启动时通过红外线加热装置进行加热，提高催化转化器冷启动转化效率；当发动机运行到达一定里程数后催化转化器发生堵塞时，在保证压力损失较小的情况下采用开孔泡沫金属捕集体，对汽油车排气中未完全燃烧产物与复杂络合物进行捕集，并通过红外线加热装置进行加热，消除捕集到的物质，使催化转化器恢复通畅，提高了催化转化器的寿命。
附图说明
图1是本发明一种实施例的轴向剖视结构示意图；
图2是安装在壳体扩张段内的红外线加热器轴向截面结构示意图；
图3是本发明冷启动阶段红外加热装置控制策略图示；
图4是本发明红外加热装置消除堵塞控制策略图示。
在图中：
1-壳体，          2-减振层，        3-蜂窝陶瓷结构载体，
4-第一压力传感器，5-红外加热器，    6-温度传感器，
7-第二压力传感器，8-泡沫金属捕集体，9-空气旁通管，
10-比例旁通阀。
具体实施方式
如图1所示，本发明的汽车尾气三效催化转化器系统包括汽车ECU和壳体1、泡沫金属捕集体8；壳体1依次(图1中从左至右)由进气段、扩张段、主体段、收缩段、排气段组成，蜂窝陶瓷结构载体3装在主体段内腔后部且该蜂窝陶瓷结构载体3与主体段之间设有减振层2；表面涂敷红外涂层材料的泡沫金属捕集体8装在主体内腔前部，进气段设有一端与大气相通的空气旁通管9，该空气旁通管9中装有电极端子同汽车ECU连接的比例旁通阀10；环形的红外加热器5镶套在扩张段内并通过导电线与汽车ECU相连；第一压力传感器4装在进气段并用导电线与汽车ECU相连，第二压力传感器7装在排气段并用导电线与汽车ECU相连；温度传感器6安装在泡沫金属捕集体8外侧并通过导电线与汽车ECU相连。
本发明的汽车尾气三效催化转化器系统控制方法包括在发动机冷启动阶段控制尾气的方法和消除系统中红外加热器5堵塞的控制方法。
冷启动时所述红外加热系统5控制策略如图3所示。发动机冷启动时，ECU控制红外加热系统5开启。红外加热系统5启动后，所产生的红外线被红外涂层材料所吸收。红外涂层产生热量，辐射给泡沫金属捕集体8。气流通过捕集体时吸收热量，温度升高，通过负载贵金属催化剂的载体1时反应速率增加，转化效率提高。当温度到达400℃时，ECU控制红外加热系统5关闭，冷启动加热过程结束。
冷启动后所述红外加热器5控制策略如图4所示。发动机冷启动后正常工作时，压力传感器4与7读取进排气口处的压力信号，温度传感器6读取捕集体上的温度信号，均通过线路传入ECU控制器。ECU控制器将读取的压力与温度数据与事先存储的数据进行比较，判定是否开启红外加热器与比例旁通阀。当压力降大于6kPa，且捕集体温度小于700℃时，红外加热器5与比例旁通阀10开启。ECU通过与存储的数据进行比对，控制比例旁通阀10的开度，使空气流量与捕集体8内发生的燃烧过程相匹配。涂敷在捕集体8上的红外涂层材料吸收红外加热器5产生的红外线生成热，并通过辐射与热传导的方式将热量传递到捕集体8上。当产生的高温使得捕集体8上沉积的未完全燃烧物质与从比例旁通阀10传来的氧气发生燃烧时，释放的热量进一步提高捕集体8的温度，使沉积的复杂络合物气化，微粒被排气带出催化转化器，堵塞情况缓解，压差降低。当温度传感器6读取的温度大于700℃且压差小于6kPa时，ECU通过与存储的数据进行比对后，关闭红外加热器5与比例旁通阀10，沉积物清理过程结束。

Claims (3)

1.一种汽车尾气三效催化转化器系统，包括汽车ECU和壳体（1）、泡沫金属捕集体（8）；壳体（1）依次由进气段、扩张段、主体段、收缩段、排气段组成，蜂窝陶瓷结构载体（3）装在主体段内腔后部且该蜂窝陶瓷结构载体（3）与主体段之间设有减振层（2），其特征是，表面涂敷红外涂层材料的泡沫金属捕集体（8）装在主体内腔前部，进气段设有一端与大气相通的空气旁通管（9），该空气旁通管（9）中装有电极端子同汽车ECU连接的比例旁通阀（10）；环形的红外加热器（5）镶套在扩张段内并通过导电线与汽车ECU相连；第一压力传感器（4）装在进气段并用导电线与汽车ECU相连，第二压力传感器（7）装在排气段并用导电线与汽车ECU相连；温度传感器（6）安装在泡沫金属捕集体（8）外侧并通过导电线与汽车ECU相连。
2.一种利用权利要求1所述汽车尾气三效催化转化器系统在发动机冷启动阶段控制尾气的方法，其特征是，发动机冷启动时，汽车ECU控制红外加热器（5）开启，以提高红外涂层材料热量并辐射给泡沫金属捕集体（8）；尾气通过泡沫金属捕集体（8）时吸收热量，提高转化效率；当泡沫金属捕集体（8）温度到达400℃时，汽车ECU控制红外加热器（5）关闭，冷启动加热过程结束。
3.一种权利要求1所述汽车尾气三效催化转化器系统的堵塞消除方法，其特征是，为消除催化转化器系统的堵塞；第一压力传感器（4）与第二压力传感器（7）读取压力信号，温度传感器（6）读取温度信号，这些信号送至汽车ECU；汽车ECU根据信号判定是否开启红外加热器（5）与比例旁通阀（10）；当压力降大于6kPa，且泡沫金属捕集体（8）温度小于700℃时，红外加热器（5）与比例旁通阀（10）开启；比例旁通阀（10）开启后通过汽车ECU控制该阀的开度，使空气流量与泡沫金属捕集体（8）内燃烧过程匹配；燃烧使泡沫金属捕集体（8）上复杂络合物气化、堵塞情况缓解至压差降低到小于6kPa，且温度传感器（6）读取的泡沫金属捕集体（8）温度大于700℃时，汽车ECU关闭红外加热器（5）与比例旁通阀（10），沉积物清理过程结束。
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