CN104727904A - 一种汽车冷启动排放吸附装置及控制方法 - Google Patents

一种汽车冷启动排放吸附装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种汽车冷启动排放吸附装置及控制方法属于内燃机领域。该装置并联在汽车发动机排气管上，采用活性炭作为吸附材料，一个电控单元通过获取三元催化器和温度控制装置温度信号，基于相应的控制策略，通过打开和关闭若干电磁阀，确定吸附器工作状态，通过活性炭来吸附发动机冷启动过程中产生的排放物，通过温度控制装置来调节进入吸附器的废气温度。当三元催化器都正常工作后，将该装置旁路掉。发动机台架试验表明，采用该装置可降低发动机冷启动HC排放80％以上，CO排放40％以上，NOx排放40％以上；催化器达到起燃温度时间缩短60s。使普通车辆通过简单的低成本改造达到欧4以上排放标准。该装置结构简单、体积小便于安装且成本不高。

Description

一种汽车冷启动排放吸附装置及控制方法
技术领域
本发明提供一种汽车冷启动排放吸附装置及控制方法，具体涉及一种吸附器的运行方式与控制方法，属于内燃机领域。
背景技术
随着汽车数量的急剧增加，汽车排放加剧了大气的污染和环境的恶化，汽车排放物成为城市空气污染的主要源头，降低发动机污染气体排放已经成为内燃机继续发展亟待解决的重要问题之一。最新国家标准，全国将于2018年1月1日起实施第五阶段国家机动车排放标准，北京市将于2016年1月1日起提前实施第五阶段国家机动车排放标准。国五标准，相当于欧盟的欧五标准，欧盟已经从2009年起开始执行，其对氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳和悬浮粒子等机动车排放物的限制更为严苛。从国Ⅰ提至国Ⅳ，每提高一次标准，单车污染减少30％至50％。在排放循环测试中,根据美国环境保护署的FTP-75测试得知,配备三效催化转化器的汽油机近80％的HC、CO排放是在冷起动最初的200s内产生的，原因是由于冷启动阶段发动机排气温度较低，氧传感器和三元催化器不能正常工作。因此，如能采取措施控制启动时的HC排放，车用汽油机就能满足更高的排放法规要求。
目前汽油车冷启动排放控制主流技术是通过使三元催化器快速达到起燃温度来降低HC和CO的排放，在使催化器快速起燃研究方面的有效办法是降低催化器的起燃温度和尽快提高催化器入口温度。而前者由于催化剂技术的限制，效果是有限的，而且还需要加大贵金属的含量，会造成系统成本的增加。故而催化器快速起燃的研究较多的集中在了尽快提高催化器入口温度方面，如近装催化器、催化器燃油加热，催化器电加热等技术。近装催化器无法转化冷启动后第一个60s内的HC；催化器燃油加热，需要一个燃烧室，会产生额外的排放；催化器电加热技术，相对燃油加热催化器结构简单，但要使催化剂温度在短时间内达到起燃温度需要消耗蓄电池大量的电能。
发明内容
本发明的目的是为了客服现有的发动机冷启动时排放控制装置的上述缺陷，提供了一种汽车冷启动排放吸附装置及控制方法，利用该装置可有效降低发动机冷启动时废气排放量。
本发明采用如下技术方案：
一种汽车冷启动排放吸附装置，其包括电控单元1、排气管2、发动机3、进气管4，其中，进气管4、排气管2和发动机3相连，在进气管4上沿进气方向设置有空滤器5，在排气管2上沿排气方向依次设置有第一三元催化器9、第一阀门11、第二三元催化器14，其特征在于：还包括有旁路管13、第二阀门10、第三阀门12、活性炭吸附器7、温度控制装置8，旁路管并联在发动机排气管2上，旁路管13与排气管2的连通处分别位于第一阀门11的两侧，在旁路管13上，分别设置有第二阀门10和第三阀门12，第二阀门10和第三阀门12不安装在排气管2上而是安装在旁路管13上，在旁路管13上、位于第二阀门10、第三阀门12之间设置有活性炭吸附器7、温度控制装置8，其中，温度控制装置8通过第二阀门10与排气管2连通，活性炭吸附器7通过第三阀门12与排气管2连通，温度控制装置8与活性炭吸附器7串联；电控单元1分别与第一阀门11、第二阀门10、第三阀门12相连并控制其开启和关闭，控制单元1接收第一三元催化器温度信号16、温度控制装置进气温度信号17，第二三元催化器温度信号18。
一种汽车冷启动排放吸附装置进行废气吸附的方法，是按照以下步骤进行的：
1)发动机启动，电控单元1接收第一三元催化器温度信号16，当电控单元1接收到的第一三元催化器9温度小于等于250℃时，电控单元1关闭第一阀门11，同时打开第二阀门10和第三阀门12；电控单元1接收到温度控制装置进气温度信号17；当电控单元1接收到的温度控制装置进气温度大于等于100℃时，电控单元1打开温度控制装置8，通过冷却的方式使温度控制装置进气温度保持在100℃；
2)当电控单元1接收到的第一三元催化器9温度大于等于250℃时，电控单元1关闭第二阀门10和第三阀门12，同时打开第一阀门11；当电控单元1接收到的第二三元催化器14温度大于等于250℃时，电控单元1关闭第一阀门11，同时打开第二阀门10和第三阀门12；电控单元1接收到温度控制装置进气温度信号17；当电控单元1接收到的温度控制装置进气温度大于等于200℃时，电控单元1打开温度控制装置8，通过冷却的方式使温度控制装置进气温度保持在200℃；电控单元1中的计时器开始计时，时间为100s；
3)当电控单元1内的计时器记录的时间达到设定值时，电控单元1关闭第二阀门10和第三阀门12，同时打开第一阀门11。
本发明的工作原理：
温度控制装置8的温度控制策略是预先设定并储存在电控单元1中，设定方法为，当第一三元催化器温度信号16小于250℃时，温度控制装置8控制进气温度为100℃，当第一三元催化器温度信号16大于等于250℃时,并且同时第二三元催化器温度信号18大于等于250℃时，温度控制装置8控制进气温度保持在200℃；
电控单元1的计时时间是预先设定并储存在电控单元1中，设定方法为：根据当第一三元催化器温度信号16大于等于250℃时,第二三元催化器温度信号18大于等于250℃时，温度控制装置进气温度信号17控制进气温度等于200℃，这三个条件同时成立时，设定计时器的计时时间为100s。
活性炭对于HC的最佳吸附温度在100℃左右，而对于HC的最佳脱附温度在200℃左右，而汽车发动机70％-90％的HC量都是在发动机冷启动阶段排放的，所以通过温度控制装置对吸附器进气温度进行控制，可以有效提高其对于HC的吸附和脱附。在脱附阶段，利用200℃的高温气体对活性炭吸附器进行脱附处理的一般时间为60S-120S，就可使附着于吸附器上的大部分污染物脱附，出于对吸附器长期可持续利用的考虑，设定脱附时间为100S。
该装置并联在汽车发动机排气管上，采用活性炭作为吸附材料，一个电控单元通过获取第一三元催化器，第二三元催化器和温度控制装置温度信号，基于相应的控制策略，通过打开和关闭若干电磁阀，确定吸附器工作状态，通过活性炭来吸附发动机冷启动过程中产生的排放物，通过温度控制装置来调节进入吸附器的废气温度。在第一三元催化器，第二三元催化器都达到起燃温度后，利用高温气体使吸附在活性炭吸附器上的排放物解附后，进入排气管，进而进入第二三元催化器中净化掉。由于活性炭耐高温性能差，该装置与排气管并联，并通过温度调节装置控制进入吸附器中的气体温度。当第一、第二三元催化器都正常工作后，将该装置旁路掉。
本发明的有益效果是，通过采用电控活性炭尾气吸附装置，大大降低了车辆冷启动排放，通过采用催化器近装，大大提高了催化器达到起燃温度的时间。发动机台架试验表明，采用该装置可降低发动机冷启动HC排放80％以上，CO排放40％以上，NOx排放40％以上；催化器达到起燃温度时间缩短60s。使普通车辆通过简单的低成本改造达到欧4以上排放标准。
附图说明
图1本发明的结构和工作原理图
图中：1、电控单元，2、排气管，3、发动机，4、进气管，5、空滤器，6、新鲜空气，7、活性炭吸附器，8、温度控制装置，9、第一三元催化器，10、第二阀门，11、第一阀门，12、第三阀门，14、第二三元催化器，15、发动机尾气，16、三元催化器1温度信号，17、温度控制装置温度信号，18、三元催化器2温度信号。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：
本装置主要包括电控单元1、排气管2、发动机3、进气管4，其中，进气管4、排气管2和发动机3相连，在进气管4上沿进气方向设置有空滤器5，在排气管2上沿排气方向依次设置有第一三元催化器9、第一阀门11、第二三元催化器14，其特征在于：还包括有旁路管13、第二阀门10、第三阀门12、活性炭吸附器7、温度控制装置8，旁路管并联在发动机排气管2上，旁路管13与排气管2的连通处分别位于第一阀门11的两侧，在旁路管13上，分别设置有第二阀门10和第三阀门12，其特征在于：第二阀门10和第三阀门12不安装在排气管2上而是安装在旁路管13上，在旁路管13上、位于第二阀门10、第三阀门12之间设置有活性炭吸附器7、温度控制装置8，其中，温度控制装置8通过第二阀门10与排气管2连通，活性炭吸附器7通过第三阀门12与排气管2连通，温度控制装置8与活性炭吸附器7串联；电控单元1分别与第一阀门11、第二阀门10、第三阀门12相连并控制其开启和关闭，控制单元1接收第一三元催化器温度信号16、温度控制装置进气温度信号17，第二三元催化器温度信号18。
利用如上所述汽车冷启动排放吸附装置进行废气吸附，是按照以下步骤进行控制的：
1)发动机启动，电控单元1接收第一三元催化器温度信号16，当电控单元1接收到的第一三元催化器9温度小于等于250℃时，电控单元1关闭第一阀门11，同时打开第二阀门10和第三阀门12；电控单元1接收到温度控制装置进气温度信号17；当电控单元1接收到的温度控制装置进气温度大于等于100℃时，电控单元1打开温度控制装置8，通过冷却的方式使温度控制装置进气温度保持在100℃；
2)当电控单元1接收到的第一三元催化器9温度大于等于250℃时，电控单元1关闭第二阀门10和第三阀门12，同时打开第一阀门11；当电控单元1接收到的第二三元催化器14温度大于等于250℃时，电控单元1关闭第一阀门11，同时打开第二阀门10和第三阀门12；电控单元1接收到温度控制装置进气温度信号17；当电控单元1接收到的温度控制装置进气温度大于等于200℃时，电控单元1打开温度控制装置8，通过冷却的方式使温度控制装置进气温度保持在200℃；电控单元1中的计时器开始计时，时间为100s；利用高温蒸汽使吸附在活性炭吸附器7上的HC等物质解附后进入排气管2，进而进入第二三元催化器14中净化掉；
3)当电控单元1内的计时器记录的时间达到设定值时，电控单元1关闭第二阀门10和第三阀门12，同时打开第一阀门11，此时，活性炭吸附器7处于旁路状态。

Claims (2)

1.一种汽车冷启动排放吸附装置，包括电控单元(1)、排气管(2)、发动机(3)、进气管(4)，其中，进气管(4)、排气管(2)和发动机(3)相连，在进气管(4)上沿进气方向设置有空滤器(5)，在排气管(2)上沿排气方向依次设置有第一三元催化器(9)、第一阀门(11)、第二三元催化器(14)，其特征在于：还包括有旁路管(13)、第二阀门(10)、第三阀门(12)、活性炭吸附器(7)、温度控制装置(8)，旁路管并联在发动机排气管(2)上，旁路管(13)与排气管(2)的连通处分别位于第一阀门(11)的两侧，在旁路管(13)上，分别设置有第二阀门(10)和第三阀门(12)，第二阀门(10)和第三阀门(12)不安装在排气管(2)上而是安装在旁路管(13)上，在旁路管(13)上、位于第二阀门(10)、第三阀门(12)之间设置有活性炭吸附器(7)、温度控制装置(8)，其中，温度控制装置(8)通过第二阀门(10)与排气管(2)连通，活性炭吸附器(7)通过第三阀门(12)与排气管(2)连通，温度控制装置(8)与活性炭吸附器(7)串联；电控单元(1)分别与第一阀门(11)、第二阀门(10)、第三阀门(12)相连并控制其开启和关闭，控制单元(1)接收第一三元催化器温度信号(16)、温度控制装置进气温度信号(17)，第二三元催化器温度信号(18)。
2.应用权利要求1所述的一种汽车冷启动排放吸附装置进行废气吸附的方法，其特征在于，是按照以下步骤进行的：
1)发动机启动，电控单元(1)接收第一三元催化器温度信号(16)，当电控单元(1)接收到的第一三元催化器(9)温度小于等于250℃时，电控单元(1)关闭第一阀门(11)，同时打开第二阀门(10)和第三阀门(12)；电控单元(1)接收到温度控制装置进气温度信号(17)；当电控单元(1)接收到的温度控制装置进气温度大于等于100℃时，电控单元(1)打开温度控制装置(8)，通过冷却的方式使温度控制装置进气温度保持在100℃；
2)当电控单元(1)接收到的第一三元催化器(9)温度大于等于250℃时，电控单元(1)关闭第二阀门(10)和第三阀门(12)，同时打开第一阀门(11)；当电控单元(1)接收到的第二三元催化器(14)温度大于等于250℃时，电控单元(1)关闭第一阀门(11)，同时打开第二阀门(10)和第三阀门(12)；电控单元(1)接收到温度控制装置进气温度信号(17)；当电控单元(1)接收到的温度控制装置进气温度大于等于200℃时，电控单元(1)打开温度控制装置(8)，通过冷却的方式使温度控制装置进气温度保持在200℃；电控单元(1)中的计时器开始计时，时间为100s；
3)当电控单元(1)内的计时器记录的时间达到设定值时，电控单元(1)关闭第二阀门(10)和第三阀门(12)，同时打开第一阀门(11)。
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