CN103711553A - 车辆尾气处理装置和发动机系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆尾气处理装置及发动机系统，能减少催化剂活化时间来避免长时间将车辆尾气回收在储罐，并在理论空燃比下同时对发动机排放的尾气和储罐内储存的尾气进行净化，同时在发动机长时间处于低排温的状态下，避免车辆尾气排放恶化。车辆尾气处理装置包括构成三通管的空气总管、第一空气进入管和第二空气进入管。在空气总管与第一空气进入管及第二空气进入管的连接部位处设置有流量控制阀，在催化剂温度没有达到活性温度下，控制部将流量控制阀切换为使外部空气经由第一空气进入管进入发动机的排气管中，在达到活性温度下，控制部将流量控制阀切换为使外部空气同时经由第一空气进入管和第二空气进入管，分别进入发动机的排气管和催化器中。

Description

车辆尾气处理装置和发动机系统

技术领域

本发明涉及车辆尾气处理装置以及包括该车辆尾气处理装置的发动机系统，更具体来说，涉及一种减少或避免车辆尾气在催化剂活化前直接向大气排放的车辆尾气处理装置以及包括该车辆尾气处理装置的发动机系统。 

背景技术

随着车辆数量越来越多，使用范围越来越广，车辆尾气对世界环境造成的危害也越来越大。 

为减小车辆尾气对环境造成的污染，在车辆的排气管上常常安装有利用催化剂来对尾气进行净化的三元净化器，不过，由于催化剂只有在达到活性温度之后才能发挥其作用效果，因此，以往在催化剂达到活性之前的那段时间内，尾气并未得到有效的净化。为消除上述时间段内的尾气所造成的影响，以往曾提出了推迟点火时刻来提高排气温度的方法，但在这种情况下反而会因HC和CO的排出量的增加而使排放恶化。 

为彻底解决尾气排放问题，在专利文献1中提出了这样的方法：在车辆上安装可拆卸的压力容器，将车辆尾气全部收集到上述压力容器中，在上述压力容器装满尾气之后，由集中收集站集中收集、更换上述压力容器，以对所收集的车辆尾气进行集中处理。不过，在这种情况下，对压力容器进行全程回收和集中处理需要投入大量资金，而且每次压力容器装满，就得去集中收集站更换，相当不便。 

鉴于专利文献1存在上述问题，申请人曾提出将在催化器中的催化剂活化之前排放的车辆尾气朝回气管排出并收集在储罐中，在催化剂活化之后，将储罐中储存的、未经处理的车辆尾气经由单向阀输送至催化器中净化后朝大气排出的技术方案。具体来说，申请人提出如下技术方案：包括尾气管和设置在尾 气管上催化器，同时还包括：在尾气管上设置于比催化器更靠尾气排出方向下游侧的第一部位的切换阀；一端经由切换阀而与所述尾气管连通，另一端则与催化器的尾气排出方向上游侧的入口连通的回气管；设置在回气管上的储罐；在回气管上设置于回气管的另一端与储罐之间的部位的第一单向阀；以及控制部，在发动机启动后的规定时间内，所述控制部将所述切换阀切换至第一状态，在发动机启动后的规定时间内，控制部将切换阀切换至使尾气不朝大气排出而朝所述回气管排出的第一状态，在发动机启动后经过了规定时间之后，控制部将切换阀切换至使尾气不朝回气管排出而朝大气排出的第二状态。 

专利文献1：CN102128067A 

申请人提出的上述技术方案能够以较低的成本有效地减少车辆尾气造成的污染，但是，在上述技术方案中仍旧有可以加以改进的余地。 

·在对催化剂活性前的尾气进行回收时，由于催化器中的催化剂活化需要较长的时间，因此，若长时间对上述车辆尾气进行回收，则一方面增大了储罐的体积，同时储罐内的压力也容易过高而突破安全压力。 

·在催化剂活化之后，将储罐内的气体通过催化器中的催化剂净化后朝大气排出时，催化剂在同一时间既要对发动机排放的尾气进行处理，又要对储罐内储存的尾气进行处理，从而导致催化剂的净化效率出现下降。申请人在对净化效率降低的原因进行深入研究后，认为这是由于在催化器中进行净化的混合气体的浓度过高、该浓度偏离理论空燃比的缘故。 

·在系统运行以后，由于发动机所处的工作状况不同，会导致排气温度处于不同的温度区间，因而会直接对催化剂的温度造成影响。也就是说，当发动机长时间处于低排温（排气温度处于较低的区间）的状态下，催化剂仍有可能从已活化状态转变为非活化状态，进而造成车辆尾气排放的恶化。 

因此，如何减少催化剂活化的时间来避免长时间将车辆尾气回收在储罐 中、如何使催化器中的催化剂在合理的理论空燃比下同时对发动机排放的尾气和储罐内储存的尾气进行净化、以及如何在发动机长时间处于低排温的状态下避免车辆尾气排放恶化便成为亟待解决的问题 

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种车辆尾气处理装置以及包括该车辆尾气处理装置的发动机系统，能在以较低的成本有效地减少车辆尾气造成的污染的前提下，减少催化剂活化的时间来避免长时间将车辆尾气回收在储罐，并使催化器中的催化剂在合理的理论空燃比下同时对发动机排放的尾气和储罐内储存的尾气进行净化，同时能够在发动机长时间处于低排温的状态下，避免车辆尾气排放恶化而使排放效果最优化。 

为了实现上述目的，本发明的第一方面的车辆尾气处理装置包括：尾气管，该尾气管用于将从发动机排出的尾气排出至大气；催化器，该催化器设置在所述尾气管上，以利用催化剂对尾气进行净化；切换阀，该切换阀在所述尾气管上设置于比所述催化器更靠尾气排出方向下游侧的第一部位；回气管，该回气管的一端经由所述切换阀而与所述尾气管连通，另一端则与所述催化器的尾气排出方向上游侧的入口连通，或与所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通；储罐，该储罐设置在所述回气管上；第一单向阀，该第一单向阀在所述回气管上设置于所述回气管的另一端与所述储罐之间的部位，以防止尾气从所述回气管的另一端经由所述储罐向所述回气管的一端流动；以及控制部，所述控制部能使所述切换阀在第一状态与第二状态之间切换，其中，在所述第一状态下，所述切换阀使尾气不朝大气排出而朝所述回气管排出，在所述第二状态下，所述切换阀使尾气不朝所述回气管排出而朝大气排出，其特征是，所述车辆尾气处理装置还包括空气进气通路，该空气进气通路具有构成三通管的空气总管、第一空气进入管和第二空气进入管，所述第一空气进入管的一端与所述空气总管连通，另一端与所述发动机的、和所述车辆尾气处理装置的所述尾气管连通的排气管相连通，所述第二空气进入管的一端与所述 空气总管连通，另一端与所述催化器相连通，在所述空气总管与所述第一空气进入管的一端及所述第二空气进入管的一端的连接部位处设置有流量控制阀，在所述第一状态下，所述控制部将所述流量控制阀切换为使外部空气从所述空气总管经由所述第一空气进入管进入所述发动机的所述排气管中，在所述第二状态下，所述控制部将所述流量控制阀切换为使外部空气从所述空气总管同时经由所述第一空气进入管和所述第二空气进入管，分别进入所述发动机的所述排气管和所述催化器中。 

本发明第二方面的车辆尾气处理装置是在本发明第一方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，所述车辆尾气装置设置有用于对所述储罐内的尾气压力进行检测的第一压力传感器和用于对从所述发动机的所述排气管经由所述尾气管进入所述催化器的气体压力进行检测的第二压力传感器，在所述第二状态下，所述控制部对所述流量控制阀的开度、即流向所述第一空气进入管的外部空气的量与流向所述第二空气进入管的外部空气的量间的关系进行控制，以使从所述储罐经由所述回气管进入所述催化器的气体压力接近于由所述第二压力传感器检测出的所述气体压力。 

本发明第三方面的车辆尾气处理装置是在本发明第一方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，所述车辆尾气处理装置还包括温度传感器，该温度传感器用于检测流经所述催化器的尾气的温度，若所述温度传感器检测到的温度没有达到催化剂的活性温度，则所述控制部将所述切换阀切换至所述第一状态，若所述温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度，则所述控制部将所述切换阀切换至所述第二状态。 

本发明第四方面的车辆尾气处理装置是在本发明第一方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，在所述空气总管的入口处设置有空气压缩泵，以将外部空气抽吸至空气总管中，在所述第一空气进入管的中途设置有第二单向阀，在所述第二空气进入管的中途设置有第三单向阀，所述第二单向阀和所述第三单向阀均用于防止从外部进入的外部空气逆流。 

本发明第五方面的车辆尾气处理装置是在本发明第四方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，所述回气管的另一端与所述催化器的尾气 排出方向上游侧的入口连通，在所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的部位设置有第四单向阀，以防止尾气向发动机逆流。 

本发明第六方面的车辆尾气处理装置是在本发明第四方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，所述回气管的另一端与所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，在所述尾气管的比所述第二部位更靠尾气排出方向上游侧的部位设置有第四单向阀，以防止尾气向发动机逆流。 

本发明第七方面的车辆尾气处理装置是在本发明第一方面至第六方面中任一方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，在所述回气管上，在所述回气管的一端与所述储罐之间设置有用于将尾气压缩后输送至所述储罐的尾气压缩泵，在所述回气管上，在所述储罐与所述单向阀之间设置有排气阀，在所述储罐上连接有泄压回路，在该泄压回路上设有泄压阀。 

本发明第八方面的车辆尾气处理装置是在本发明第一方面至第六方面中任一方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，所述切换阀设置在所述催化器的尾气排出方向下游侧的出口附近。 

本发明第九方面的车辆尾气处理装置是在本发明第七方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，所述尾气压缩泵设置在所述储罐的使尾气流入的入口附近。 

本发明第十方面的车辆尾气处理装置是在本发明第七方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，所述排气阀设置在所述储罐的使尾气流出的出口附近。 

本发明第十一方面的车辆尾气处理装置是在本发明第二方面的车辆尾气处理装置的基础上，其特征是，所述流量控制阀的开度是通过下式进行控制的，α％=τ％＋Z(S(V_排气阀))＋[Q（转速，负荷）＋W（J（V _{空气压缩泵}））]×R[f(V₁₃)/f(V₁₄)]，其中： 

τ％：基础开度； 

V_排气阀：排气阀的驱动电压； 

S（）：排气阀的驱动电压与排气阀的排出气体浓度之间所对应的函数 关系； 

Z（）：根据排气阀的排出气体的浓度所确定的流量控制阀的开度补正； 

Q（转速，负荷）：根据发动机的运转状态（转速、负荷）所确定的流量控制阀的开度补正； 

V_{空气压缩泵}：空气压缩泵的输出电压； 

J（）：空气压缩泵的驱动电压与抽吸到的空气量之间所对应的函数关系； 

W（）：根据空气压缩泵抽吸到的空气量所确定的流量控制阀的开度补正； 

V₁₃、V₁₄：空燃比传感器的输出电压； 

f(V₁₃)、f(V₁₄)：空燃比传感器的输出电压与被测气体的浓度之间所对应的函数关系； 

R（）：由空燃比传感器间的浓度比例所确定的流量控制阀的开度系数。 

本发明第十二方面的发动机系统包括发动机和本发明第一方面至第十一方面中任一项所述的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置的尾气管与所述发动机的排气口连通。 

通过如上所述构成，能使在催化剂活化前的气体（空气＋尾气）储存在储罐中，同时，由于尾气在进入催化器前的发动机的排气管中与外部空气混合，因此，车辆尾气中没有燃烧完全的燃料与外部空气接触后，进一步与其中的氧气发生燃烧反应，而产生热量。通过这种燃烧产生的热量，能够迅速提高催化剂的温度，藉此来缩短催化剂活化所需要的时间，从而大量减少气体存储的量。 

此外，通过如上所述构成，能防止储存在储罐内的压力过高，来防止压力突破安全压力范围。 

通过如上所述构成，进入发动机的排气管中的外部空气与从发动机中产生的车辆尾气混合，车辆尾气中没有燃烧完全的燃料与外部空气接触后，进一步与其中的氧气发生燃烧反应，而产生热量，并通过这种燃烧产生的 热量，来保持催化器中的催化剂的温度。同时，由于在催化剂活化前储存在储罐中的气体（尾气＋空气）的压力比从发动机中产生的车辆尾气的压力大，因此，通过适当增加外部空气，来确保两者的气体压力大致相同，以避免气体倒灌。另外，进入催化器中的空气与从储罐中排出的气体（尾气＋空气）及从发动机的排气管排出的气体（尾气＋空气）混合，来调节在催化器中的混合气体的浓度，以使其处于理论空燃比，从而能使催化剂的转换效率维持在较高的水平。 

此外，根据如上所述设置的发动机系统，由于在该发动机系统中增加了催化剂活性的实时判断，并依据活性判断结果，使发动机系统在催化剂活化对策和催化剂非活化对策这两种运行状态下进行实时切换，以使排放效果最优化。 

附图说明

图1是表示本发明的发动机系统的结构的示意图。 

图2是表示本发明的发动机系统包括的车辆尾气处理装置的动作流程的流程图。 

图3是表示本发明的发动机系统在催化器中的催化剂活化前的气体（空气＋尾气）的流动路径的示意图，此时，储罐内的压力尚未达到临界安全压力。 

图4是表示本发明的发动机系统在催化器中的催化剂活化前的气体（空气＋尾气）的流动路径的示意图，此时，储罐内的压力达到临界安全压力。 

图5是表示本发明的发动机系统在催化器中的催化剂活化后的气体（空气＋尾气）的流动路径的示意图，此时，储罐内尚有气体（空气＋尾气），压力不为零。 

图6是表示本发明的发动机系统在催化器中的催化剂活化后的气体（空气＋尾气）的流动路径的示意图，此时，储罐内没有气体，压力为零。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。 

首先，参照图1，对本实施方式的发动机系统的基本结构进行说明。 

如图1所示，本实施方式的发动机系统包括车辆尾气处理装置1和发动机2，其中，车辆尾气处理装置1包括尾气管101和催化器102，所述尾气管101用于将从发动机2的排气口排出的尾气沿着图1中的粗虚线箭头排出至大气，所述催化器102设置在所述尾气管101的中途，以利用三元催化剂对流过的尾气进行净化。另外，所述尾气管101包括第一尾气管101a和第二尾气管101b，所述第一尾气管101a的一端（图1中的左端）与大气连通，另一端（图1中的右端）与所述催化器102的尾气排出方向下游侧的出口102OUT连通，所述第二尾气管101b的一端（图1中的左端）与所述催化器102的尾气排出方向上游侧的入口102IN连通，另一端（图1中的右端）与发动机2的排气管连通。 

在所述发动机2的排气管的中途，设置有第一空气进入管TA1。在车辆尾气处理装置1所包括的催化器102上，设置有第二空气进入管TA2。所述第一空气进入管TA1和所述第二空气进入管TA2与空气总管MA连通。 

在所述第一空气进入管AT1的中途设置有单向阀（第二单向阀）VA1，在所述第二空气进入管AT2的中途设置有单向阀（第三单向阀）VA2。在所述空气总管MA与所述第一空气进入管TA1及所述第二空气进入管TA2的连通部位处设置有流量控制阀V1，该流量控制阀V1能对从外部进入空气总管MA的空气向所述第一空气进入管TA1进入的量及向所述第二空气进入管TA2进入的量的比例进行调节。在所述空气总管MA的空气入口处设置有空气压缩泵PA。 

另外，上述车辆尾气处理装置1还包括：切换阀103，该切换阀103在所述尾气管101（具体是第一尾气管101a）上设置于比所述催化器102更靠尾气排出方向下游侧（即图1中的左侧）的第一部位；回气管104，该回气管104的一端经由所述切换阀103而与所述尾气管101连通，另一端则与所述催化器102的尾气排出方向上游侧的入口102IN连通；储罐105，该储罐105设置在所述回气管104的中途；单向阀（第一单向阀）V4，该单向阀V4在所述回气管104上设置于所述回气管104的另一端与所述储罐 105之间的部位，以防止尾气从所述回气管104的另一端经由所述储罐105向所述回气管104的一端流动。在图1所示的例子中，作为切换阀103，使用了二位三通电磁阀，在催化剂的预热期间，将所述切换阀103切换至使P-B管路连通的第一状态，以使尾气不朝大气排出而朝所述回气管104排出，在催化剂的预热期间之后，将所述切换阀103切换至使P-A管路的第二状态，以使尾气不朝所述回气管104排出而朝大气排出。 

另外，上述车辆尾气处理装置1还包括温度传感器T1，该温度传感器T1用于检测流经所述催化器102的尾气的温度。 

另外，上述车辆尾气处理装置1中，在所述回气管104上，在所述回气管104的一端与所述储罐105之间设置有用于将尾气压缩后输送至所述储罐105的压缩泵106，并且，在所述储罐105与所述单向阀V4之间设置有排气阀V2，在所述储罐105上连接有泄压回路，在该泄压回路上设有泄压阀V3。 

另外，上述车辆尾气处理装置1还包括压力传感器P1和压力传感器P2，所述压力传感器P1用于检测所述储罐105内的尾气的压力，所述压力传感器P2用于检测所述第二尾气管101b内的尾气的压力。在本实施方式中，压力传感器P1设置在储罐105内，压力传感器P2设置在第一尾气管101a上。 

另外，虽未图示，但本实施方式的车辆尾气处理装置1还包括对车辆尾气处理装置1的各个部件进行控制的控制部。 

以下，参照图2，并结合图3～图6，对本发明的发动机系统所进行的控制流程、以及气体（空气＋尾气）在不同情况下的流动路径进行说明。 

如图2所示，在发动机启动（步骤S100）后，对电磁阀103（二位三通电磁阀）通电（步骤S110），所述控制部预先将所述切换阀103切换至P－B管路连通（储气回路（第一状态））。 

接着，发动机2点火（步骤S120），所述控制部对所述发动机2是否点火成功进行判断（步骤S130）。 

当控制部判断为所述发动机2点火失败（在步骤S130中判断为“否”）时，控制部结合启动失败策略进行控制（步骤S140），并再次点火（步骤S120）。 

直至所述控制部判断为所述发动机2成功点火（在步骤S130中判断为“是”）后，对催化剂是否为活化状态进行判断（步骤S200）。 

当控制部判断为催化剂处于非活化状态（在步骤S200中判断为“否”）时，所述控制部使所述压缩泵（尾气压缩泵）106工作（步骤S211），同时，所述控制部使所述空气压缩泵PA工作（步骤S212）。 

在初始状态下，此时，设置在所述空气总管MA与所述第一空气进入管TA1及所述第二空气进入管TA2的连通部位处的流量控制阀V1被控制成使外部空气在所述空气压缩泵PA的抽吸作用下，从所述空气总管MA，经由所述第一空气进入管TA1，进入发动机2的排气管。此时，从发动机2中产生的车辆尾气与所述外部空气在发动机2的排气管中混合，并在尾气压缩泵106的抽吸作用下，经过所述催化器102，并经由此时的P－B管路连通而从所述回气管104进入所述储罐105，并储存在其中。 

由于在催化剂活化前，外部空气从所述空气总管MA经由第一空气进入管TA1，进入发动机2的排气管，并在其中与发动机2中产生的车辆尾气混合，因此，车辆尾气中没有燃烧完全的燃料与外部空气接触后，进一步与其中的氧气发生燃烧反应，而产生热量。通过这种燃烧产生的热量，能够迅速提高催化剂的温度，藉此来缩短催化剂活化所需要的时间。 

接着，所述控制部对储罐105内储存的气体的压力是否超过临界安全压力进行判断（步骤S300）。 

在所述控制部判断为储罐105内的气体压力没有超过临界安全压力（步骤S300中判断为“否”）时，所述控制部判断发动机2是否有停止信号（步骤S310）。 

在所述控制部判断为发动机2有停止信号（步骤S310中判断为“是”）时，所述控制部使所述发动机2熄火（步骤S311），并且使所述尾气压缩泵106停止（步骤S312），同时使空气压缩泵PA停止（步骤S313）。接 着，所述控制部使电磁阀103（二位三通电磁阀）断电（步骤S314），所述控制部将所述切换阀103切换至P－A管路连通（排气回路（第二状态））。 

在所述控制部判断为发动机2没有停止信号（步骤S310中判断为“否”）时，所述控制部继续返回步骤S200，继续对催化剂是否为活化状态进行判断。 

在步骤S300中，当所述控制部判断为储罐105内的气体压力超过临界安全压力（步骤S300中判断为“是”）时，所述控制部使所述泄压阀V3工作（步骤S320），来将储罐105内的气体压力排出。 

接着，所述控制部对催化剂是否为活化状态进行判断（步骤S321）。在所述控制部判断为催化剂已处于活化状态（步骤S321中判断为“是”）时，则进入后述的在催化剂活化状态下的控制步骤。 

在所述控制部判断为催化剂仍处于非活化状态（步骤S321中判断为“否”）时，所述控制部对储罐105内储存的气体的压力是否处于安全压力区域进行判断（步骤S322）。 

在所述控制部判断为储罐105内的气体压力仍没有处于安全压力区域（步骤S322中判断为“否”）时，回到步骤S321，使所述控制部使所述泄压阀V3工作，来将储罐105内的气体压力排出。 

在所示控制部判断为储罐105内的气体压力已处于安全压力区域（步骤S322中判断为“是”）时，所示控制部使所示泄压阀V3停止（步骤S323），接着进入所述的步骤S310，来判断发动机2是否有停止信号。 

在反复执行步骤S200、步骤S211、步骤S212、步骤S300、步骤S31、步骤S200、……时，如图3中的虚线所示，设置在所述空气总管MA与所述第一空气进入管TA1及所述第二空气进入管TA2的连通部位处的流量控制阀V1被控制成使外部空气在所述空气压缩泵PA的抽吸作用下，从所述空气总管MA，经由所述第一空气进入管TA1，进入发动机2的排气管。此时，从发动机2中产生的车辆尾气与所述外部空气在发动机2的排气管中混合，并在尾气压缩泵106的抽吸作用下，经过所述催化器102，并经由此时的P －B管路连通而从所述回气管104进入所述储罐105，并储存在其中。 

通过如上所述构成，能使在催化剂活化前的气体（空气＋尾气）储存在储罐105中，同时，由于尾气在进入催化器102前的发动机2的排气管中与外部空气混合，因此，车辆尾气中没有燃烧完全的燃料与外部空气接触后，进一步与其中的氧气发生燃烧反应，而产生热量。通过这种燃烧产生的热量，能够迅速提高催化剂的温度，藉此来缩短催化剂活化所需要的时间。 

在反复执行步骤S300、步骤S320、步骤S321、步骤S322、步骤S320、……时，如图4中的虚线所示，设置在所述空气总管MA与所述第一空气进入管TA1及所述第二空气进入管TA2的连通部位处的流量控制阀V1被控制成使外部空气在所述空气压缩泵PA的抽吸作用下，从所述空气总管MA，经由所述第一空气进入管TA1，进入发动机2的排气管。此时，从发动机2中产生的车辆尾气与所述外部空气在发动机2的排气管中混合，并在尾气压缩泵106的抽吸作用下，经过所述催化器102，并经由此时的P－B管路连通而从所述回气管104进入所述储罐105，同时通过泄压阀V3排出到外部。 

通过如上所述构成，能防止储存在储罐105内的压力过高，来防止压力突破安全压力范围。 

接着，在步骤S200或步骤S321中判断为催化剂已处于活性状态（步骤S200、步骤S321中判断为“是”）时，所述控制部使电磁阀103（二位三通电磁阀）断电（步骤S350），所述控制部将所述切换阀103切换至P－A管路连通（排气回路（第二状态））（步骤S221），接着，使所述尾气压缩泵106停止（步骤S222）。 

此时，所述控制部使所述流量控制阀V1工作（步骤S223），流量控制阀V1结合控制策略在0％～100％内调节（步骤S224）。 

具体来说，所述控制策略的控制方法如下式所示。 

[计算式1] 

流量控制阀的开度(α%)计算公式：

α％=τ％＋Z(S(V_排气阀))＋[Q（转速，负荷）＋W（J（V_{空气压缩泵}））]×R[f(V₁₃)/f(V₁₄)] 

其中： 

τ％：基础开度，可通过实验设置给出（所谓基础开度是指，催化剂在活化状态下，发动机2处于怠速且泄压阀V3关闭时，催化剂转换效率最高时的流量控制阀V1的开度）； 

V_排气阀：排气阀V2的驱动电压； 

S（）：排气阀V2的驱动电压与排气阀V2的排出气体浓度之间所对应的函数关系； 

Z（）：根据排气阀V2的排出气体的浓度所确定的流量控制阀V1的开度补正； 

Q（转速，负荷）：根据发动机2的运转状态（转速、负荷）所确定的流量控制阀V1的开度补正； 

V_{空气压缩泵}：空气压缩泵PA的输出电压； 

J（）：空气压缩泵PA的驱动电压与抽吸到的空气量之间所对应的函数关系； 

W（）：根据空气压缩泵PA抽吸到的空气量所确定的流量控制阀V1的开度补正； 

V₁₃、V₁₄：空燃比传感器（未图示）的输出电压； 

f(V₁₃)、f(V₁₄)：空燃比传感器的输出电压与被测气体的浓度之间所对应的函数关系； 

R（）：由空燃比传感器间的浓度比例所确定的流量控制阀V1的开度系数。 

在所述控制部结合上述控制策略对所述流量控制阀V1的开度进行调 节的同时，所述控制部对所述储罐105中的气体压力是否为0MPa进行判断（步骤S225）。 

当所述控制部判断为所述储罐105中仍储存有气体，而使气体压力不等于0MPa（步骤S225中判断为“否”）时，所述控制部使所述排气阀V2工作，来释放储罐105中的气体（步骤S226），同时结合压力传感器P1的信号来协同控制（步骤S227）。 

此时，流量控制阀V1被控制成外部空气在空气压缩泵PA的作用下，从所述空气总管MA同时经由所述第一空气进入管TA1和所述第二空气进入管TA2，分别进入发动机2的排气管和催化器102中。 

进入发动机2的排气管中的外部空气与从发动机2中产生的车辆尾气混合，车辆尾气中没有燃烧完全的燃料与外部空气接触后，进一步与其中的氧气发生燃烧反应，而产生热量，并通过这种燃烧产生的热量，来保持催化器中的催化剂的温度。同时，由于在催化剂活化前储存在储罐105中的气体（尾气＋空气）的压力比从发动机2中产生的车辆尾气的压力大，因此，通过适当增加外部空气，来确保两者的气体压力大致相同，以避免气体倒灌。此时，所述储罐105内的尾气的压力通过所述压力传感器P1检测，所述第二尾气管101b内的尾气的压力通过所述压力传感器P2检测。 

另外，进入催化器102中的空气与从储罐105中排出的气体（尾气＋空气）及从发动机2的排气管排出的气体（尾气＋空气）混合，来调节在催化器102中的混合气体的浓度，以使其处于理论空燃比，从而能使催化剂的转换效率维持在较高的水平。 

当所述控制部判断为所述储罐105中不再储存有气体，而使气体压力等于0MPa（步骤S225中判断为“是”）时，所述控制部使所述排气阀V2停止（步骤S228）。 

接着，所述控制部判断发动机2是否有停止信号（步骤S230）。 

在所述控制部判断为发动机2有停止信号（步骤S230中判断为“是”）时，所述控制部使所述排气阀V2关闭（步骤S231），并且使所述发动机2 熄火（步骤S232），同时使流量控制阀V1停止（步骤S233），并使空气压缩泵PA停止（步骤S234）。 

在所述控制部判断为发动机2没有停止信号（步骤S230中判断为“否”）时，所述控制部对催化剂是否为活化状态进行判断（步骤S240）。在所述控制部判断为催化剂仍处于活化状态（步骤S240中判断为“是”）时，则返回步骤S224，结合控制策略在0％～100％内调节。 

在所述控制部判断为催化剂已处于非活化状态（步骤S240中判断为“否”）时，所述控制部使排气阀V2关闭（步骤S241），并返回至步骤S211，使所述尾气压缩泵106工作。 

在反复执行步骤S223、步骤S224、步骤S225、步骤S226、步骤S227、步骤S230、步骤S240、步骤S224、……时，如图5中的虚线所示，设置在所述空气总管MA与所述第一空气进入管TA1及所述第二空气进入管TA2的连通部位处的流量控制阀V1被控制成使外部空气在所述空气压缩泵PA的抽吸作用下，从所述空气总管MA同时经由所述第一空气进入管TA1和所述第二空气进入管TA2，分别进入发动机2的排气管和催化器102中，此时，只有少量的外部气体进入发动机2的排气管，而大多数的外部空气则进入催化器102中。同时，因排气阀V2工作，而使储存在储罐105中的气体（尾气＋空气）经由单向阀V4，从催化器102的尾气排出方向上游侧的入口102IN进入所述催化器102中。进入发动机2的排气管中的外部空气与从发动机2中产生的车辆尾气混合，进入催化器102中的外部空气与从储罐105中排出的气体（尾气＋空气）及从发动机2的排气管排出的气体（尾气＋空气）混合。在所述催化器102中的催化剂对浓度处于理论空燃比的状态的所述混合气体（尾气＋空气）进行净化后，从所述催化器102的出口102OUT，经由所述第一尾气管101a，并通过P－A管路排出到外部。 

在反复执行步骤S223、步骤S224、步骤S225、步骤S228、步骤S230、步骤S240、步骤S224、……时，如图6中的虚线所示，设置在所述空气总管MA与所述第一空气进入管TA1及所述第二空气进入管TA2的连通部位处 的流量控制阀V1被控制成使外部空气在所述空气压缩泵PA的抽吸作用下，从所述空气总管MA同时经由所述第一空气进入管TA1和所述第二空气进入管TA2，分别进入发动机2的排气管和催化器102中，此时，外部气体大致均等地进入发动机2的排气管及催化器102中。排气阀V2被关闭，进入发动机2的排气管中的外部空气与从发动机2中产生的车辆尾气混合，进入催化器102中的外部空气与从发动机2的排气管排出的气体（尾气＋空气）混合。在所述催化器102中的催化剂对浓度处于理论空燃比的状态的所述混合气体（尾气＋空气）进行净化后，从所述催化器102的出口102OUT，经由所述第一尾气管101a，并通过P－A管路排出到外部。 

通过如上所述构成，进入发动机2的排气管中的外部空气与从发动机2中产生的车辆尾气混合，车辆尾气中没有燃烧完全的燃料与外部空气接触后，进一步与其中的氧气发生燃烧反应，而产生热量，并通过这种燃烧产生的热量，来保持催化器中的催化剂的温度。同时，由于在催化剂活化前储存在储罐105中的气体（尾气＋空气）的压力比从发动机2中产生的车辆尾气的压力大，因此，通过适当增加外部空气，来确保两者的气体压力大致相同，以避免气体倒灌。另外，进入催化器102中的空气与从储罐105中排出的气体（尾气＋空气）及从发动机2的排气管排出的气体（尾气＋空气）混合，来调节在催化器102中的混合气体的浓度，以使其处于理论空燃比，从而能使催化剂的转换效率维持在较高的水平。 

此外，根据如上所述设置的发动机系统，由于在该发动机系统中增加了催化剂活性的实时判断，并依据活性判断结果，使发动机系统在催化剂活化对策和催化剂非活化对策这两种运行状态下进行实时切换，以使排放效果最优化。 

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明的具体实现并不受上述实施方式的限制。熟悉本领域的技术人员易于想到其它的优点和修改。因此，在其更宽泛的方面上来说，本本发明不局限于这里 所示和所描述的具体细节和代表性实施例。因此，可以在不脱离如所附权利要求书及其等价物所限定的本总体发明概念的精神或范围的前提下作出各种修改。 

在上述实施方式中，在所述催化器102上设置有温度传感器T1，该温度传感器T1对所述催化器102中的催化剂的温度进行检测，并将检测数据发送至所述控制部，所述控制部根据所述温度传感器T1的检测温度来切换所述切换阀103（二位三通电磁阀），但也可通过其它方式来切换所述控制阀103。例如说，省去所述温度传感器T1，而在所述催化器102上设置有计时器，当在发动机启动后经过了规定时间，就将所述切换阀从所述第一状态切换至所述第二状态。但通过设置温度传感器T1，能够增加催化剂活性的实时判断，并依据活性判断结果，使发动机系统在催化剂活化对策和催化剂非活化对策这两种运行状态下进行实时切换，以使排放效果最优化。 

在上述实施方式中，所述回气管104的另一端与所述催化器102的尾气排出方向上游侧的入口102IN连通，但本发明不局限于此，所述回气管104的另一端也可与所述尾气管的比所述催化器102更靠尾气排出方向上游侧的部位连通。 

在上述实施方式中，所述切换阀103远离所述催化器102的出口102OUT设置，但也可将切换阀设置在所述催化器的出口附近。此时，能避免位于所述催化器与所述切换阀之间的尾气管内的未经催化处理的尾气因所述切换阀的切换而被排出至大气。 

在上述实施方式中，在所述回气管104上设置有压缩泵106，并设置有排气阀V2、泄压回路和泄压阀V3，但也可省去该压缩泵106、排气阀V2、泄压回路和泄压阀V3。此时，例如可通过增大储罐105的容量、或者是增大储罐105的耐压强度，来避免因储罐105内的过高而突破安全压力。 

另外，在上述实施方式中，所述压缩泵106设置在所述储罐105的使尾气流入的入口（图1中左侧的端口）附近，但本发明不局限于此，可将所述压缩泵设置在所述回气管的、所述储罐与所述切换阀103之间的任意部位。 

在上述实施方式中，所述排气阀V2设置在所述储罐105的使尾气流出的出口（图1中右侧的端口）附近，但本发明不局限于此，可将所述排气阀设置在所述回气管的、所述储罐与所述单向阀V4之间的任意部位。 

在上述实施方式中，在所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的部位没有设置单向阀，但本发明不局限于此，也可以在所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的部位设置有第四单向阀，以防止尾气向发动机逆流。 

在上述实施方式中，压力传感器P1设置在储罐105内，压力传感器P2设置在第一尾气管101a上，但本发明不局限于此，只要压力传感器P1能够对从储罐105经由回气管104进入催化器102中的气体（尾气＋空气）压力进行检测、压力传感器P2能够对从发动机2的排气管经由第一尾气管101a进入催化器102中的气体（尾气或是尾气＋空气）压力进行检测，则可以任意地确定压力传感器P1、P2的设置位置。 

Claims (12)

1.一种车辆尾气处理装置，包括：

尾气管，该尾气管用于将从发动机排出的尾气排出至大气；

催化器，该催化器设置在所述尾气管上，以利用催化剂对尾气进行净化；

切换阀，该切换阀在所述尾气管上设置于比所述催化器更靠尾气排出方向下游侧的第一部位；

回气管，该回气管的一端经由所述切换阀而与所述尾气管连通，另一端则与所述催化器的尾气排出方向上游侧的入口连通，或与所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通；

储罐，该储罐设置在所述回气管上；

第一单向阀，该第一单向阀在所述回气管上设置于所述回气管的另一端与所述储罐之间的部位，以防止尾气从所述回气管的另一端经由所述储罐向所述回气管的一端流动；以及

控制部，所述控制部能使所述切换阀在第一状态与第二状态之间切换，其中，在所述第一状态下，所述切换阀使尾气不朝大气排出而朝所述回气管排出，在所述第二状态下，所述切换阀使尾气不朝所述回气管排出而朝大气排出，

其特征在于，

所述车辆尾气处理装置还包括空气进气通路，该空气进气通路具有构成三通管的空气总管、第一空气进入管和第二空气进入管，

所述第一空气进入管的一端与所述空气总管连通，另一端与所述发动机的、和所述车辆尾气处理装置的所述尾气管连通的排气管相连通，

所述第二空气进入管的一端与所述空气总管连通，另一端与所述催化器相连通，

在所述空气总管与所述第一空气进入管的一端及所述第二空气进入管的一端的连接部位处设置有流量控制阀，

在所述第一状态下，所述控制部将所述流量控制阀切换为使外部空气从所述空气总管经由所述第一空气进入管进入所述发动机的所述排气管中，

在所述第二状态下，所述控制部将所述流量控制阀切换为使外部空气从所述空气总管同时经由所述第一空气进入管和所述第二空气进入管，分别进入所述发动机的所述排气管和所述催化器中。

2.如权利要求1所述的车辆尾气处理装置，其特征在于，

所述车辆尾气装置设置有用于对所述储罐内的尾气压力进行检测的第一压力传感器和用于对从所述发动机的所述排气管经由所述尾气管进入所述催化器的气体压力进行检测的第二压力传感器，

在所述第二状态下，所述控制部对所述流量控制阀的开度、即流向所述第一空气进入管的外部空气的量与流向所述第二空气进入管的外部空气的量间的关系进行控制，以使从所述储罐经由所述回气管进入所述催化器的气体压力接近于由所述第二压力传感器检测出的所述气体压力。

3.如权利要求1所述的车辆尾气处理装置，其特征在于，

所述车辆尾气处理装置还包括温度传感器，该温度传感器用于检测流经所述催化器的尾气的温度，

若所述温度传感器检测到的温度没有达到催化剂的活性温度，则所述控制部将所述切换阀切换至所述第一状态，

若所述温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度，则所述控制部将所述切换阀切换至所述第二状态。

4.如权利要求1所述的车辆尾气处理装置，其特征在于，

在所述空气总管的入口处设置有空气压缩泵，以将外部空气抽吸至空气总管中，

在所述第一空气进入管的中途设置有第二单向阀，

在所述第二空气进入管的中途设置有第三单向阀，

所述第二单向阀和所述第三单向阀均用于防止从外部进入的外部空气逆流。

5.如权利要求4所述的车辆尾气处理装置，其特征在于，

所述回气管的另一端与所述催化器的尾气排出方向上游侧的入口连通，在所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的部位设置有第四单向阀，以防止尾气向发动机逆流。

6.如权利要求4所述的车辆尾气处理装置，其特征在于，

所述回气管的另一端与所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，

在所述尾气管的比所述第二部位更靠尾气排出方向上游侧的部位设置有第四单向阀，以防止尾气向发动机逆流。

7.如权利要求1至6中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于，

在所述回气管上，在所述回气管的一端与所述储罐之间设置有用于将尾气压缩后输送至所述储罐的尾气压缩泵，

在所述回气管上，在所述储罐与所述单向阀之间设置有排气阀，

在所述储罐上连接有泄压回路，在该泄压回路上设有泄压阀。

8.如权利要求1至6中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于，

所述切换阀设置在所述催化器的尾气排出方向下游侧的出口附近。

9.如权利要求7所述的车辆尾气处理装置，其特征在于，

所述尾气压缩泵设置在所述储罐的使尾气流入的入口附近。

10.如权利要求7所述的车辆尾气处理装置，其特征在于，

所述排气阀设置在所述储罐的使尾气流出的出口附近。

11.如权利要求2所述的车辆尾气装置，其特征在于，

所述流量控制阀的开度是通过下式进行控制的，

α％=τ％＋Z(S(V_排气阀))＋[Q（转速，负荷）＋W（J（V_{空气压 缩泵}））]×R[f(V₁₃)/f(V₁₄)]，其中：

τ％：基础开度；

V_排气阀：排气阀的驱动电压；

S（）：排气阀的驱动电压与排气阀的排出气体浓度之间所对应的函数关系；

Z（）：根据排气阀的排出气体的浓度所确定的流量控制阀的开度补正；

Q（转速，负荷）：根据发动机的运转状态（转速、负荷）所确定的流量控制阀的开度补正；

V_{空气压缩泵}：空气压缩泵的输出电压；

J（）：空气压缩泵的驱动电压与抽吸到的空气量之间所对应的函数关系；

W（）：根据空气压缩泵抽吸到的空气量所确定的流量控制阀的开度补正；

V₁₃、V₁₄：空燃比传感器的输出电压；

f(V₁₃)、f(V₁₄)：空燃比传感器的输出电压与被测气体的浓度之间所对应的函数关系；

R（）：由空燃比传感器间的浓度比例所确定的流量控制阀的开度系数。

12.一种发动机系统，其特征在于，包括发动机和权利要求1至11中任一项所述的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置的尾气管与所述发动机的排气口连通。

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