CN109026308A - 排气系统及动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种排气系统及动力系统，包括第一管道和第二管道，所述第一管道的进气口用于通入废气，所述第二管道的一端与所述第一管道连通，另一端通入空气，当废气流过催化单元时，被所述催化单元催化发生氧化还原反应，剩余的气体继续流向颗粒捕集单元，颗粒捕集单元捕集剩余气体中的颗粒，所述颗粒与所述第二管道中通入的空气进行氧化反应，由于所述氧化反应放出了大量的热，使所述颗粒捕集单元内的温度上升，使所述颗粒捕集单元内的温度上升后，会使所述颗粒与空气继续进行氧化反应，实现能源主动再生，并且可以避免所述颗粒长期堆积在所述颗粒捕集单元内，造成管道堵塞的情况。

Description

排气系统及动力系统
技术领域
本发明涉及汽车制造设备领域，尤其涉及一种排气系统及动力系统。
背景技术
汽车排气系统是指收集并且排放废气的系统，主要是排放发动机工作所排出的废气，同时使排出的废气污染减小，噪音减小。
现有的汽车排气系统通常包括排气系统、催化器和颗粒捕集器，由于汽车底盘布置等因素，导致排气系统较长，汽车发动机的排气歧管和颗粒捕集器之间距离较长，在而在汽车低速、小负荷以及低温的环境下，会出现颗粒捕集器内部温度低，例如无法超过450℃，无法实现再生，从而长期积累的颗粒容易导致颗粒捕集器堵塞，造成汽车排气系统性能降低甚至排气出现故障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种排气系统及动力系统，以解决现有的排气系统容易出现性能降低或排气故障等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种排气系统，包括第一管道和第二管道，所述第一管道和所述第二管道均具有相对的第一端和第二端；
所述第一管道的第一端设置有第一进气口，所述第一进气口用于通入废气；
所述第一管道上设置有催化单元和颗粒捕集单元，所述催化单元使得流经的废气发生氧化还原反应，所述颗粒捕集单元捕集流经的废气中的颗粒；
所述第二管道的第一端设置有第二进气口，所述第二管道的第二端连通于所述催化单元和所述颗粒捕集单元之间的所述第一管道，所述第二进气口用于通入空气，通入的空气用于与所述颗粒捕集单元捕集的颗粒发生氧化反应。
可选的，所述第一管道的第一端还设置有一第三进气口，所述第三进气口用于通入空气。
可选的，所述排气系统还包括一第三管道，所述第三管道具有相对的第一端和第二端，所述第三管道的第一端设置有第四进气口，所述第四进气口用于通入空气，所述第三管道的第二端与所述第二管道的第二端连通。
可选的，所述第四进气口与所述第三进气口连通。
可选的，所述第三管道的第一端与第二端之间依次设置有电子控制阀和第一单向阀，所述电子控制阀用于控制所述第三管道是否通入空气，所述第一单向阀用于防止所述第一管道内的气体回灌入所述第三管道。
可选的，所述第二管道上设置有空气泵，用于将空气抽入所述第二管道。
可选的，所述第二进气口上设置有过滤单元，以对空气进行过滤。
可选的，所述空气泵与所述第二管道的第二端之间依次设置有空气阀和第二单向阀，所述空气阀用于控制所述第二管道是否通入空气，所述第二单向阀可以防止所述第一管道内的气体回灌入所述第二管道。
可选的，所述废气中包括一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物中的一种或多种。
可选的，所述催化单元包括三元催化器，所述三元催化器将所述废气氧化还原为二氧化碳、水和氮气中的一种或多种。
本发明还提供颗粒一种动力系统，包括发动机和所述排气系统，所述发动机的排气歧管与所述第一进气口连通，所述发动机通过所述排气歧管向所述第一进气口通入所述废气。
可选的，所述发动机的排气歧管中废气的空燃比小于等于1。
在本发明提供的排气系统及动力系统中，包括第一管道和第二管道，所述第一管道的进气口用于通入废气，所述第二管道的一端与所述第一管道连通，另一端通入空气，当废气流过催化单元时，被所述催化单元催化发生氧化还原反应，剩余的气体继续流向颗粒捕集单元，颗粒捕集单元捕集剩余气体中的颗粒，所述颗粒与所述第二管道中通入的空气进行氧化反应，由于所述氧化反应放出了大量的热，使所述颗粒捕集单元内的温度上升，使所述颗粒捕集单元内的温度上升后，会使所述颗粒与空气继续进行氧化反应，实现能源主动再生，并且可以避免所述颗粒长期堆积在所述颗粒捕集单元内，造成管道堵塞的情况。
附图说明
图1为实施例提供的一排气系统的示意图；
图2为实施例提供的又一排气系统的示意图；
图3为实施例提供的排气系统测点距离与温度关系的示意图；
图4为实施例提供的排气系统内废气的空燃比与颗粒捕集单元内温度关系的示意图；
其中，1-第一管道，11-第一进气口，12-第三进气口，13-催化单元，14-颗粒捕集单元，15-压气机，2-第二管道，21-第二进气口，22-空气泵，23-空气阀，24-第二单向阀，3-第三管道，31-第四进气口，32-电子控制阀，33-第一单向阀，4-发动机。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参阅图1，其为本实施例提供的一排气系统的示意图，如图1所示，包括第一管道1和第二管道2，所述第一管道1和所述第二管道2均具有相对的第一端和第二端；所述第一管道1的第一端设置有第一进气口11，所述第一进气口11用于通入废气；所述第一管道1上设置有催化单元13和颗粒捕集单元14，所述催化单元13使得流经的废气发生氧化还原反应，所述颗粒捕集单元14捕集流经的废气中的颗粒；所述第二管道2的第一端设置有第二进气口21，所述第二管道2的第二端连通于所述催化单元13和所述颗粒捕集单元14之间的所述第一管道1，所述第二进气口21用于通入空气，通入的空气用于与所述颗粒捕集单元14捕集的颗粒发生氧化反应，由于所述氧化反应放出了大量的热，使所述颗粒捕集单元14内的温度上升，使所述颗粒捕集单元14内的温度上升后，会使所述颗粒与空气继续进行氧化反应，实现颗粒捕集单元14的主动再生，并且可以避免所述颗粒长期堆积在所述颗粒捕集单元内，造成管道堵塞的情况。
请继续参阅图1，所述第一管道1包括第一端和第二端，所述第一管道1的第一端设置有两个进气口，分别为第一进气口11和第三进气口12，所述第一进气口11与发动机4的排气歧管相连，发动机4排出的废气通过所述第一进气口11进入所述第一管道1，所述废气中常包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)和氮氧化合物(NOx)中的一种或多种，也可以包含一些二氧化碳(CO2)或者硫化物(SOx)，还包括一些颗粒物(PM)，其中颗粒物(PM)中有大量的含碳颗粒，还有一些碳氢化合物、硫化物和含金属成分的颗粒等，从所述发动机排气歧管排出的废气的温度可以高达800摄氏度-900摄氏度。
所述第三进气口12上设置有压气机15，用于向所述第一管道1中通入压缩空气，所述排气系统可以在不同的环境下工作(例如零下30摄氏度、零摄氏度、20摄氏度或40摄氏度)，所述压缩空气的温度大于等于环境温度，所述压气机15具体可以是一涡轮增压器，涡轮增压器主要由泵轮和涡轮组成，泵轮和涡轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排出的废气驱动泵轮，泵轮带动涡轮旋转，压送由第二进气口12送来的空气，使之增压进入所述第一管道1，当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，涡轮就压缩更多的空气进入第一管道1，压缩空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。
高温的废气通入所述第一管道1后，流过所述催化单元13，所述催化单元13具体可以是一三元催化器，所述催化单元13中的催化剂能够增强所述废气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)或氮氧化合物(NOx)等有害气体的活性，促使所述一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)或氮氧化合物(NOx)发生氧化反应或还原反应转变为二氧化碳(CO2)、水和氮气(N2)，具体的，一氧化碳在高温下氧化成无色、无毒的二氧化碳气体；碳氢化合物(CH)在高温下氧化成水和二氧化碳；氮氧化合物(NOx)还原成氮气和氧气。
通过所述催化单元13后，所述废气得以净化，剩余的气体继续流向颗粒捕集单元14，所述颗粒捕集单元14可以过滤剩余的气体中的固体颗粒，由于发动机排放的废气中固体颗粒大部分是含碳颗粒，所述颗粒捕集单元14也将这部分含碳颗粒捕集了。
所述排气系统还包括一第二管道2，所述第二管道2包括第一端和第二端，所述第二管道2的第一端设置有第二进气口21，所述第二管道2的第二端与所述催化单元13和所述颗粒捕集单元14之间的管道连通，所述第二进气口21通入空气后，空气顺着所述第二管道2流入所述第一管道1中，由于所述第二管道2的第二端与所述催化单元13和所述颗粒捕集单元14之间的管道连通，空气进入第一管道1后会流向颗粒捕集单元14，并与所述颗粒捕集单元14捕集到的颗粒发生氧化反应，氧化反应放出的热量又会进一步提高所述颗粒捕集单元14内的温度，促使更多的颗粒与空气发生反应，实现主动再生。
所述第二管道2上设置有空气泵22，用于将空气从第二进气口21抽进所述第二管道2中，并且，所述的第二进气口21上设置有过滤单元，用于过滤空气中的灰尘、颗粒等杂质，避免第二管道2堵塞。所述空气泵22与所述第二管道2的第二端之间可以依次设置空气阀23和第二单向阀24，所述空气阀23用于控制所述第二管道2是否通入空气，以适应性调整所述颗粒捕集单元14内空气的含量，所述第二单向阀24可以防止第一管道1内的气体回灌，避免了废气的泄露。
接下来，请参阅图2，其为本实施例提供的又一排气系统的示意图，所述排气系统还包括一第三管道3，所述第三管道3包括第一端和第二端，所述第三管道的第一端设置有第四进气口31，所述第三管道3的第二端与所述第二管道2的第二端连通，在所述第四进气口31通入压缩空气，以增加空气泵22的流量，进而增加流入所述第一管道1中空气的流量。优选的，所述第四进气口31可以与所述第三进气口12连通，即所述第四进气口31与所述第三进气口12共用一个压缩气源，简化了整个排气系统的结构。所述第二管道2和所述第三管道3可以通过文丘里三通管进行连通，以进一步提升空气泵22的流量。
所述第三管道3的第一端和第二端之间也可以依次设置电子控制阀32和第一单向阀33，所述电子控制阀32用于控制所述第三管道3是否通入压缩空气，以适应性调整所述颗粒捕集单元14内空气的含量，所述第一单向阀33可以防止第一管道1内的气体回灌，避免了废气的泄露。
接着，请参阅图3，申请人通过测试排气系统各个区域的温度，统计出如图3所示的排气系统测点距离与温度关系的示意图，图3中，线条c为不往所述第二进气口21中通入空气时排气系统测点距离与温度关系，线条a、线条b、线条d分别为往所述第二进气口21中通入空气25s时排气系统测点距离与温度关系线条，其中，线条a中所述废气的空燃比为0.75，线条b中所述废气的空燃比为0.85，线条d中所述废气的空燃比为1。将线条a、线条b和线条c对比可以发现，当在所述第二进气口21中通入空气后，靠近所述颗粒捕集单元14的管道温度明显下降了，但是所述颗粒捕集单元14内部的温度急剧上升，说明氧化反应正在进行，并且通过对比线条a和线条b可以发现，所述废气的空燃比越小，所述颗粒捕集单元14内的温度升高的越多，也就更有利于颗粒的氧化。对比线条c和线条d时，可以发现，当往所述第二进气口21中通入空气并且所述废气的空燃比为1时，所述颗粒捕集单元14内的温度相较于不通入空气反而下降了，说明所述废气的空燃比是影响氧化反应继续进行的原因。可以将所述废气的空燃比控制在1以下，以促进颗粒的氧化。
请参阅图4，线条e和线条f分别为当所述第二管道2内空气的流量分别为50kg/h和100kg/h时，所述颗粒捕集单元14内的温度和废气空燃比的关系，线条g为不往所述第二进气口21中通入空气时，所述颗粒捕集单元14内的温度和废气的空燃比的关系，通过图4可以观察出，当不往所述第二进气口21中通入空气时，所述废气的空燃比不管如何发生改变，所述颗粒捕集单元14温度也不会增加，而当往所述第二进气口21中通入空气后，所述废气的空燃比越小，所述颗粒捕集单元14温度升的越高，并且，通过对比线条e和线条f可以得出，当所述第二管道2内空气的流量为50kg/h时，所述颗粒捕集单元14内温度上升显著，当废气的空燃比达到0.84时，所述颗粒捕集单元14的温度可以达到900摄氏度，而当所述第二管道2内空气的流量进一步增大，直至100kg/h时，对所述颗粒捕集单元14内温度影响很小了，所以，优选的可以将所述第二管道2内空气的流量设置为50kg/h，以节约资源、降低系统的功耗。此外，当所述颗粒捕集单元14内温度超过600时，可轻易使所述颗粒发生氧化反应，从图4中也可以得出，所述第二管道2内废气的空燃比小于或等于0.93时，所述颗粒捕集单元14内的温度即可超过600摄氏度，可以将所述第二管道2内废气的空燃比控制在小于或等于0.93的范围内。
此外，本实施例还提供了一种动力系统，包括发动机4和所述排气系统，所述发动机4的排气歧管与所述第一进气口11连通，所述发动机4通过所述排气歧管向所述第一进气口4通入废气，其中，所述发动机的排气歧管中废气的空燃比小于等于1。
综上，在实施例提供的排气系统及动力系统中，包括第一管道和第二管道，所述第一管道的进气口用于通入废气，所述第二管道的一端与所述第一管道连通，另一端通入空气，当废气流过催化单元时，被所述催化单元催化发生氧化还原反应，剩余的气体继续流向颗粒捕集单元，颗粒捕集单元捕集剩余气体中的颗粒，所述颗粒与所述第二管道中通入的空气进行氧化反应，由于所述氧化反应放出了大量的热，使所述颗粒捕集单元内的温度上升，使所述颗粒捕集单元内的温度上升后，会使所述颗粒与空气继续进行氧化反应，实现能源主动再生，并且可以避免所述颗粒长期堆积在所述颗粒捕集单元内，造成管道堵塞的情况。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种排气系统，其特征在于，包括第一管道和第二管道，所述第一管道和所述第二管道均具有相对的第一端和第二端；
所述第一管道的第一端设置有第一进气口，所述第一进气口用于通入废气；
所述第一管道上设置有催化单元和颗粒捕集单元，所述催化单元使得流经的废气发生氧化还原反应，所述颗粒捕集单元捕集流经的废气中的颗粒；
所述第二管道的第一端设置有第二进气口，所述第二管道的第二端连通于所述催化单元和所述颗粒捕集单元之间的所述第一管道，所述第二进气口用于通入空气，通入的空气用于与所述颗粒捕集单元捕集的颗粒发生氧化反应。
2.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述第一管道的第一端还设置有一第三进气口，所述第三进气口用于通入空气。
3.如权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述排气系统还包括一第三管道，所述第三管道具有相对的第一端和第二端，所述第三管道的第一端设置有第四进气口，所述第四进气口用于通入空气，所述第三管道的第二端与所述第二管道的第二端连通。
4.如权利要求3所述的排气系统，其特征在于，所述第四进气口与所述第三进气口连通。
5.如权利要求4所述的排气系统，其特征在于，所述第三管道的第一端与第二端之间依次设置有电子控制阀和第一单向阀，所述电子控制阀用于控制所述第三管道是否通入空气，所述第一单向阀用于防止所述第一管道内的气体回灌入所述第三管道。
6.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述第二管道上设置有空气泵，用于将空气抽入所述第二管道。
7.如权利要求6所述的排气系统，其特征在于，所述第二进气口上设置有过滤单元，以对空气进行过滤。
8.如权利要求6所述的排气系统，其特征在于，所述空气泵与所述第二管道的第二端之间依次设置有空气阀和第二单向阀，所述空气阀用于控制所述第二管道是否通入空气，所述第二单向阀可以防止所述第一管道内的气体回灌入所述第二管道。
9.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述废气中包括一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物中的一种或多种。
10.如权利要求9所述的排气系统，其特征在于，所述催化单元包括三元催化器，所述三元催化器将所述废气氧化还原为二氧化碳、水和氮气中的一种或多种。
11.一种动力系统，其特征在于，包括发动机和如权利要求1-10中任一项所述的排气系统，所述发动机的排气歧管与所述第一进气口连通，所述发动机通过所述排气歧管向所述第一进气口通入所述废气。
12.如权利要求11所述的动力系统，其特征在于，所述发动机的排气歧管中废气的空燃比小于等于1。
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