CN105221221B - 一种汽车冷起动排放吸附脱附系统及控制方法 - Google Patents

一种汽车冷起动排放吸附脱附系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种汽车发动机冷起动吸附脱附系统及控制方法。系统包括第一空气过滤装置(1)、发动机进气管(2)和发动机(3),第一空气过滤装置(1)通过发动机进气管(2)与发动机(3)相连;一级三元催化器(4)与二级三元催化器(6)串联连接并通过前排气管(5)与发动机相连;前Y型管道(7)与前排气管(5)串联连接,主排气管路(10)与吸附管路(11)通过前Y型管道(7)并联连接。控制各个阀门使汽车发动机冷起动阶段的排气通过吸附装置(19)后经由后排气管(14)排出,并在冷起动阶段结束后使该吸附装置(19)处于旁路状态,并在发动机转速提高后利用发动机进气管(2)真空度所产生的负压以及从脱附进气管路(16)中进入的空气将吸附于吸附装置(19)上的污染物吹拂进入发动机(3)燃烧,从而达到节能减排的目的。

Description

一种汽车冷起动排放吸附脱附系统及控制方法
技术领域
本发明提供一种汽车冷起动排放吸附脱附系统及控制方法,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污染和环境恶化,汽车排放物成为城市空气污染的主要源头,降低发动机冷起动阶段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,原因是由于冷起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。吸附技术作为应对汽车冷起动尾气排放所引起的大气污染的对策,受到了越来越多的重视。以安装了活性炭吸附装置的汽车为例,通过发动机台架试验,这类汽车在冷起动排放上可降低发动机冷起动HC排放60%以上,CO排放30%以上,NOx排放20%以上。但是目前为止,真正将吸附技术应用于汽车冷起动排放控制方面的产品非常少,主要是受限于吸附材料的耐温性差、脱附控制策略较为复杂,吸附脱附系统对汽车经济性的影响等方面。因此,设计一种集吸附脱附功能于一身、可反复使用、结构简单、经济性好的减排系统及控制方法就显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的是为解决汽车发动机冷起动高排放的问题,提供一种汽车冷起动排放吸附脱附系统及控制方法,利用该系统不仅可有效降低汽车发动机冷起动阶段污染物的排放,而且可以延长吸附装置的使用寿命,提高汽车发动机燃料的利用率。
本发明采用如下技术方案:
本系统其包括第一空气过滤装置(1)、发动机进气管(2)、发动机(3),第一空气过滤装置(1)通过发动机进气管(2)与发动机(3)相连;一级三元催化器(4)与二级三元催化器(6)串联连接并通过前排气管(5)与发动机相连;前Y型管道(7)与前排气管(5)串联连接,主排气管路(10)与吸附管路(11)通过前Y型管道(7)并联连接;其中,主排气管路(10)上设置有第一阀门(9),吸附管路(11)上设置有第二阀门(8)和第三阀门(12),在第二阀门(8)和第三阀门(12)之间设置有吸附装置(19),吸附装置(19)中放置有柱状蜂窝吸附材料,第二阀门(8)和吸附装置(19)之间设置有脱附管路(22),脱附管路(22)与吸附管路(11)和发动机进气管(2)相连接,脱附管路(22)上设置有第四阀门(21),第三阀门(12)和吸附装置(19)之间设置有脱附进气管路(16),脱附进气管路(16)上设置有第五阀门(15)与第二空气过滤装置(17);主进气管路(10)与吸附管路(11)通过后Y型管道(13)与后排气管(14)相连接;控制单元(20)通过电子线路(18)分别控制第一阀门(9)、第二阀门(8)、第三阀门(12)、第四阀门(21)和第五阀门(15)的开闭。
利用如上所述汽车冷起动排放吸附脱附系统,其特征在于:
1)主排气管路(10)和吸附管路(11)在前Y型管路(7)和后Y型管路(13)之间并联连接,通过关闭第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),打开第二阀门(8)和第三阀门(12),使汽车发动机在冷起动阶段的排气可以通过吸附管路(11)上的吸附装置(19),然后再经过后排气管(14)排出;通过开启第一阀门(9),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12)、第五阀门(15)和第四阀门(21),使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气可以通过主排气管路(10)至后排气管(14)排出;通过开启第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12),使汽车发动机利用发动机进气管(2)真空度所产生的负压以及从脱附进气管路(16)中进入的空气将吸附于吸附装置(19)中的污染物吹拂脱附,并经由脱附管路(22)和发动机进气管(2)进入发动机(3)燃烧。
2)当发动机(3)启动时,通过控制单元(20)关闭第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),打开第二阀门(8)和第三阀门(12),使汽车发动机在冷起动阶段的排气通过吸附管路(11)上的吸附装置(19),然后再经过后排气管(14)排出;当汽车发动机冷起动阶段结束(一般为40s-60s,可以设定为50s后),通过控制单元(20)开启第一阀门(9),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12)、第五阀门(15)和第四阀门(21),使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气可以通过主排气管路(10)至后排气管(14)排出;当发动机(3)在行驶过程中的转速不小于一定数目(如每分钟1800转),开启第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12),并设定计时时长(可以设定为50-70s),使汽车发动机利用发动机进气管(2)真空度所产生的负压以及从脱附进气管路(16)中进入的空气将吸附于吸附装置(19)中的污染物吹拂脱附,并经由脱附管路(22)和发动机进气管(2)进入发动机(3)燃烧,当计时结束(比如60s),控制单元(20)开启第一阀门(9),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12)、第五阀门(15)和第四阀门(21),脱附完成。
本发明的有益效果是,根据权利要求所述,在排气系统中加入并联的主排气管路(10)和吸附管路(11),通过控制各阀门的开闭使汽车发动机在冷起动阶段的排气可以通过吸附管路(11)上的吸附装置(19),然后再经过后排气管(14)排出,这样可以有效降低汽车发动机冷起动阶段污染物的排放,达到减排的目的;
在发动机进气管(2)和吸附管路(12)之间设置脱附管路(22),通过控制各阀门的开闭,在汽车在行驶过程中,利用发动机进气管(2)真空度所产生的负压以及从脱附进气管路(16)中进入的空气将吸附于吸附装置(19)中的污染物吹拂脱附,并经由脱附管路(22)和发动机进气管(2)进入发动机(3)燃烧。达到节能的目的。
本系统将脱附装置(19)置于第一三元催化器(4)和第二三元催化器(6)之后,可以避免高温对吸附材料性能的影响,延长吸附装置(19)的使用寿命,而且该系统安装于发动机排气系统后部,对原排气系统影响较小,便于改装。
附图说明
图1本发明的结构和工作原理图
图中:1、第一空气过滤装置,2、发动机进气管,3、发动机,4、一级三元催化器,5、前排气管,6、二级三元催化器,7、前Y型管路,8、第二阀门,9、第一阀门,10、主排气管路,11、吸附管路,12、第三阀门,13、后Y型管路,14、后排气管,15、第五阀门,16、脱附进气管路,17、第二空气过滤装置,18、阀门控制线路,19、吸附装置,20、控制单元,21、第四阀门,22脱附管路。
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:
本系统包括第一空气过滤装置(1)、发动机进气管(2)、发动机(3),第一空气过滤装置(1)通过发动机进气管(2)与发动机(3)相连;一级三元催化器(4)与二级三元催化器(6)串联连接并通过前排气管(5)与发动机相连;前Y型管道(7)与前排气管(5)串联连接,主排气管路(10)与吸附管路(11)通过前Y型管道(7)并联连接;其中,主排气管路(10)上设置有第一阀门(9),吸附管路(11)上设置有第二阀门(8)和第三阀门(12),在第二阀门(8)和第三阀门(12)之间设置有吸附装置(19),吸附装置(19)中放置有柱状蜂窝吸附材料,第二阀门(8)和吸附装置(19)之间设置有脱附管路(22),脱附管路(22)与吸附管路(11)和发动机进气管(2)相连接,脱附管路(22)上设置有第四阀门(21),第三阀门(12)和吸附装置(19)之间设置有脱附进气管路(16),脱附进气管路(16)上设置有第五阀门(15)与第二空气过滤装置(17);主进气管路(10)与吸附管路(11)通过后Y型管道(13)与后排气管(14)相连接;控制单元(20)通过电子线路(18)分别控制第一阀门(9)、第二阀门(8)、第三阀门(12)、第四阀门(21)和第五阀门(15)的开闭。
当发动机(3)启动时,控制单元(20)关闭第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),打开第二阀门(8)和第三阀门(12),使汽车发动机在冷起动阶段的排气可以通过吸附管路(11)上的吸附装置(19),然后再经过后排气管(14)排出,控制单元(20)开始计时(比如50s)。冷起动阶段开始后,HC排放迅速增加,约在10s-20s之间达到峰值,在此后迅速下降,约在40s-60s的时刻,HC排放量保持在某一数值并在此后时间逐渐趋于稳定,故设定时间50s。
当计时结束(比如50s),控制单元(20)开启第一阀门(9),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12)、第五阀门(15)和第四阀门(21),此时吸附装置(19)处于旁路状态,汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气通过主排气管路(10)至后排气管(14)排出;
当汽车处于行驶状态,控制单元(20)检测到发动机转速不小于每分钟1800转时,开启第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12),并设定计时时长(比如60s),使汽车发动机利用发动机进气管(2)真空度所产生的负压以及从脱附进气管路(16)中进入的空气将吸附于吸附装置(19)中的污染物吹拂脱附,并经由脱附管路(22)和发动机进气管(2)进入发动机(3)燃烧,当计时结束(比如60s),控制单元(20)开启第一阀门(9),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12)、第五阀门(15)和第四阀门(21),脱附完成。当发动机转速达到1800转时,就已经能够维持车辆行驶提速的换挡动力要求,可以认为在该转速下,车辆处于正常行驶状态;在该转速发动机排气管负压作用下,脱附效率约在脱附时间50s-70s之间达到峰值,故将脱附发动机转速设定为每分钟1800转,脱附时间设定为60s。

Claims (2)

1.一种汽车冷起动排放吸附脱附方法,应用以下系统,该系统包括第一空气过滤装置(1)、发动机进气管(2)和发动机(3),第一空气过滤装置(1)通过发动机进气管(2)与发动机(3)相连;一级三元催化器(4)与二级三元催化器(6)串联连接并通过前排气管(5)与发动机相连;前Y型管道(7)与前排气管(5)串联连接,主排气管路(10)与吸附管路(11)通过前Y型管道(7)并联连接;其中,主排气管路(10)上设置有第一阀门(9),吸附管路(11)上设置有第二阀门(8)和第三阀门(12),在第二阀门(8)和第三阀门(12)之间设置有吸附装置(19),吸附装置(19)中放置有吸附材料,第二阀门(8)和吸附装置(19)之间设置有脱附管路(22),脱附管路(22)与吸附管路(11)和发动机进气管(2)相连接,脱附管路(22)上设置有第四阀门(21),第三阀门(12)和吸附装置(19)之间设置有脱附进气管路(16),脱附进气管路(16)上设置有第五阀门(15)与第二空气过滤装置(17);主排气气管路(10)与吸附管路(11)通过后Y型管道(13)与后排气管(14)相连接;控制单元(20)通过电子线路(18)分别控制第一阀门(9)、第二阀门(8)、第三阀门(12)、第四阀门(21)和第五阀门(15)的开闭;
主排气管路(10)和吸附管路(11)在前Y型管路(7)和后Y型管路(13)之间并联连接,通过关闭第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),打开第二阀门(8)和第三阀门(12),使汽车发动机在冷起动阶段的排气通过吸附管路(11)上的吸附装置(19),然后再经过后排气管(14)排出;通过开启第一阀门(9),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12)、第五阀门(15)和第四阀门(21),使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气通过主排气管路(10)至后排气管(14)排出;通过开启第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12),使汽车发动机利用发动机进气管(2)真空度所产生的负压以及从脱附进气管路(16)中进入的空气将吸附于吸附装置(19)中的污染物吹拂脱附,并经由脱附管路(22)和发动机进气管(2)进入发动机(3)燃烧。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
当发动机(3)启动时,通过控制单元(20)关闭第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),打开第二阀门(8)和第三阀门(12),使汽车发动机在冷起动阶段的排气通过吸附管路(11)上的吸附装置(19),然后再经过后排气管(14)排出;当汽车发动机冷起动阶段结束,通过控制单元(20)开启第一阀门(9),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12)、第五阀门(15)和第四阀门(21),使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气通过主排气管路(10)至后排气管(14)排出;当发动机(3)在行驶过程中的转速每分钟1800转,开启第一阀门(9)、第五阀门(15)和第四阀门(21),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12),并设定计时时长,使汽车发动机利用发动机进气管(2)真空度所产生的负压以及从脱附进气管路(16)中进入的空气将吸附于吸附装置(19)中的污染物吹拂脱附,并经由脱附管路(22)和发动机进气管(2)进入发动机(3)燃烧,设定的计时时长为50-70s,当计时结束后,控制单元(20)开启第一阀门(9),关闭第二阀门(8)、第三阀门(12)、第五阀门(15)和第四阀门(21),脱附完成。
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