CN105952516B - 一种汽车冷起动排放吸附脱附系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种汽车发动机冷起动吸附脱附系统及控制方法，属于内燃机领域。在发动机(3)启动后，可以通过控制各个阀门开闭状态使汽车发动机冷起动阶段的排气通过吸附装置(13)后经由排气管(5)排出，并在冷起动阶段结束后使该吸附装置(13)处于旁路状态，并在一级三元催化器(4)与二级三元催化器(18)均达到工作温度后,使汽车发动机的高温尾气通过吸附装置外管路(14)而加热吸附装置(13)外表面，使吸附于该装置中的污染物逐渐脱附，并利用发动机进气管(1)真空度所产生的负压以及从脱附进气管路(17)中进入的空气将吸附于吸附装置(46)中的污染物带回发动机(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之一，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：
一种汽车冷起动排放吸附脱附系统及控制方法，其包括进气管1、空气过滤装置2、发动机3，空气过滤装置2通过发动机进气管1与发动机3相连；一级三元催化器4与二级三元催化器18串联连接并通过排气管5与发动机3相连；吸附管道9与排气管5并联连接，其中，排气管5上设置有第一阀门7，吸附管路9上设置有第二阀门10和单向阀门15，在第二阀门10和单向阀门15之间设置有吸附装置13，吸附装置13外设置有吸附装置外管路14，其中，吸附装置13与吸附外管路14并联连接，并通过第二阀门10控制发动机的排气路径。吸附装置13上设置有脱附管路12，脱附管路12与吸附装置13和发动机进气管1相连接，脱附管路12上设置有脱附阀门11，第一单向阀门15和吸附装置13之间设置有脱附进气管路17，脱附进气管路17上设置有第二单向阀门16；控制单元6获取一级三元催化器4与二级三元催化器18温度并通过电子线路8分别控制第一阀门7、第二阀门10、脱附阀门11的开闭。
利用如上所述汽车冷起动排放吸附脱附系统的方法，其特征在于：
1、排气管5和吸附管路9并联连接，控制单元6通过关闭第一阀门7、脱附阀门11，控制第二阀门10使汽车发动机在冷起动阶段的排气可以通过吸附管路9上的吸附装置13，然后再经过排气管5排出；通过开启第一阀门7，关闭第二阀门10、脱附阀门11，使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气可以通过排气管5后排出；控制单元6通过关闭第一阀门7，开启脱附阀门11，控制第二阀门10使汽车发动机在一级三元催化器4与二级三元催化器18均达到工作温度后的排气通过吸附管路9上的吸附装置外管路14，使汽车发动机的高温尾气通过吸附装置外管路14而加热吸附装置13外表面使吸附于吸附装置13中的污染物逐渐脱附，并利用发动机进气管1真空度所产生的负压以及从脱附进气管路17中进入的空气将吸附于吸附装置13中的污染物带回发动机3燃烧。
2、当发动机3启动时，控制单元6通过关闭第一阀门7、脱附阀门11，控制第二阀门10使汽车发动机在冷起动阶段的排气通过吸附管路9上的吸附装置13，然后再经过后排气管5排出；当汽车发动机冷起动阶段结束如50s后，控制单元6通过开启第一阀门7，关闭第二阀门10、脱附阀门11，使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气可以通过排气管5后排出；当一级三元催化器4与二级三元催化器18均达到工作温度后，控制单元6通过关闭第一阀门7，开启脱附阀门11，控制第二阀门10使汽车发动机的排气通过吸附管路9上的吸附外管路14，利用发动机高温尾气加热吸附装置13外表面而使吸附于该装置中的污染物逐渐脱附，并利用发动机进气管1真空度所产生的负压以及从脱附进气管路17中进入的空气将吸附于吸附装置13中的污染物带回发动机3燃烧，脱附完成。当脱附阶段结束后如20min后，控制单元6通过开启第一阀门7，关闭第二阀门10、脱附阀门11，使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气可以通过排气管5后排出。
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于排气管5的吸附管路9，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通过吸附管路9上的吸附装置13，然后再经过后排气管5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1和吸附管路9之间设置脱附管路12，通过控制各阀门的开闭，使汽车发动机在一级三元催化器4与二级三元催化器18均达到工作温度后的排气通过吸附管路9上的吸附装置外管路14，使汽车发动机的高温尾气通过吸附装置外管路14而加热吸附装置13外表面使吸附于该装置中的污染物逐渐脱附，并利用发动机进气管1真空度所产生的负压以及从脱附进气管路17中进入的空气将吸附于吸附装置13中的污染物带回发动机3燃烧利用，达到节能的目的。
本系统将吸附装置13置于一级三元催化器4和二级三元催化器7之间，可以避免吸附阶段高温尾气对吸附材料吸附性能的影响，提高吸附装置13的吸附效率，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、进气管，2、空气过滤装置，3、发动机，4、一级三元催化器，5、排气管，6、控制单元，7、第一阀门，8、电子线路，9、脱附管路，10、第二阀门，11、脱附阀门，12、脱附管路，13、吸附装置，14、吸附装置外管路，15、第一单向阀门，16、第二单向阀门，17、脱附进气管路，18、二级三元催化器，
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：
本系统包括进气管1、空气过滤装置2、发动机3，空气过滤装置2通过发动机进气管1与发动机3相连；一级三元催化器4与二级三元催化器18串联连接并通过排气管5与发动机3相连；吸附管道9与排气管5并联连接，其中，排气管5上设置有第一阀门7，吸附管路9上设置有第二阀门10和单向阀门15，在第二阀门10和单向阀门15之间设置有吸附装置13，吸附装置13外设置有吸附装置外管路14，其中，吸附装置13外表面为导热良好的材料并与吸附外管路14并联连接，并通过第二阀门10控制发动机的排气路径。吸附装置13上设置有脱附管路12，脱附管路12与吸附装置13和发动机进气管1相连接，脱附管路12上设置有脱附阀门11，第一单向阀门15和吸附装置13之间设置有脱附进气管路17，脱附进气管路17上设置有第二单向阀门16；控制单元6获取一级三元催化器4与二级三元催化器18温度并通过电子线路8分别控制第一阀门7、第二阀门10、脱附阀门11的开闭。
当发动机3启动时，控制单元6通过关闭第一阀门7、脱附阀门11，控制第二阀门10使汽车发动机在冷起动阶段的排气通过吸附管路9上的吸附装置13，然后再经过后排气管5排出；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6通过开启第一阀门7，关闭第二阀门10、脱附阀门11，使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气可以通过排气管5后排出；此时吸附装置13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排气管5排出；
当汽车处于行驶状态，控制单元20检测到一级三元催化器4与二级三元催化器18均达到工作温度后，关闭第一阀门7，开启脱附阀门11，控制第二阀门10，并设定计时时长比如20min，使汽车发动机在一级三元催化器4与二级三元催化器18均达到工作温度后的排气通过吸附管路9上的吸附装置外管路14，使汽车发动机的高温尾气通过吸附装置外管路14而加热吸附装置13外表面使吸附于该装置中的污染物逐渐脱附，并利用发动机进气管1真空度所产生的负压以及从脱附进气管路17中进入的空气将吸附于吸附装置13中的污染物带回发动机3燃烧。当计时结束比如20min，控制单元6开启第一阀门7，关闭第二阀门10、脱附阀门11，使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气可以通过排气管5后排出，脱附完成。当汽车处于行驶状态，控制单元20检测到一级三元催化器4与二级三元催化器18均达到工作温度后，可以认为在条件下，高温尾气通过吸附装置外管路14对吸附装置13外表面加热，足以使吸附于吸附装置13中的污染物逐渐解附，此过程大约持续20min，故脱附时间设定为20min。

Claims (3)

1.一种汽车冷起动排放吸附脱附系统，其特征在于：包括进气管(1)、空气过滤装置(2)和发动机(3)，空气过滤装置(2)通过进气管(1)与发动机(3)相连；一级三元催化器(4)与二级三元催化器(18)串联连接并通过排气管(5)与发动机(3)相连；吸附管路(9)与排气管(5)并联连接，其中，排气管(5)上设置有第一阀门(7)，吸附管路(9)上设置有第二阀门(10)和第一单向阀门(15)，在第二阀门(10)和第一单向阀门(15)之间设置有吸附装置(13)，吸附装置(13)外设置有吸附装置外管路(14)，其中，吸附装置(13)与吸附装置外管路(14)并联连接，并通过第二阀门(10)控制发动机的排气路径；吸附装置(13)上设置有脱附管路(12)，脱附管路(12)与吸附装置(13)和进气管(1)相连接，脱附管路(12)上设置有脱附阀门(11)，第一单向阀门(15)和吸附装置(13)之间设置有脱附进气管路(17)，脱附进气管路(17)上设置有第二单向阀门(16)；控制单元(6)获取一级三元催化器(4)与二级三元催化器(18)温度并通过电子线路(8)分别控制第一阀门(7)、第二阀门(10)、脱附阀门(11)的开闭。
2.控制如权利要求1所述系统的方法，其特征在于：
控制单元(6)通过关闭第一阀门(7)、脱附阀门(11)，控制第二阀门(10)使汽车发动机在冷起动阶段的排气通过吸附管路(9)上的吸附装置(13)，然后再经过排气管(5)排出；通过开启第一阀门(7)，关闭第二阀门(10)、脱附阀门(11)，使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气通过排气管(5)后排出；控制单元(6)通过关闭第一阀门(7)，开启脱附阀门(11)，控制第二阀门(10)使汽车发动机在一级三元催化器(4)与二级三元催化器(18)均达到工作温度后的排气通过吸附管路(9)上的吸附装置外管路(14)，使汽车发动机的高温尾气通过吸附装置外管路(14)而加热吸附装置(13)外表面使吸附于吸附装置(13)中的污染物逐渐脱附，并利用进气管(1)真空度所产生的负压以及从脱附进气管路(17)中进入的空气将吸附于吸附装置(13)中的污染物带回发动机(3)燃烧。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
当脱附完成后，控制单元(6)通过开启第一阀门(7)，关闭第二阀门(10)、脱附阀门(11)，使汽车发动机在冷起动阶段结束后的排气通过排气管(5)后排出。
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