CN112922702A - 车辆的排气系统 - Google Patents

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杨建�
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李荣平
李晓娟
宋志辉
王瑞平
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Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种车辆的排气系统，属于汽车技术领域。它解决了现有发动机冷启动时污染排放高等技术问题。本车辆的排气系统包括排气管以及催化器，催化器内设有用于检测气体温度的温度传感器，排气系统还包括储气件和电控件，储气件的入口和出口分别通过管道与催化器的出口和入口对应连通，当温度传感器检测到温度低于设定值时，电控件能连通催化器出口与储气件入口同时断开催化器出口与排气管出口，当温度传感器检测到温度高于或等于设定值时，电控件能断开催化器出口与储气件入口同时连通催化器出口与排气管出口。本发明显著降低了车辆冷启动时的污染排放。

Description

车辆的排气系统
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种车辆的排气系统。
背景技术
汽车尾气的污染物减排通常采用催化处理技术，随着汽车行业的发展以及国Ⅵ排放标准的提前实施，现有催化器的催化转化效率已经非常高。目前汽车尾气的主要污染来源于发动机冷启动阶段，冷启动时发动机排气口排出的废气温度较低，无法达到催化器的起燃温度(约300℃，一般冷启动30s后催化器才能起燃)，导致催化转化效率低、污染排放高。
为了解决这一问题，现有车辆主要采用以下两种方式：第一种，增设碳氢捕集器，可有效降低废气中的碳氢排放，但对碳氢捕集不能捕集的碳氢外其它污染物。第二种，通过物理或化学方法快速加热催化器，如前置催化器或增加管道保温装置(可降低废气对催化器的热传递损失)、使用超薄壁的催化器(可加快废气对催化载体的热传递速率)等，虽然这些都能缩短起燃时间，但效果有限；或者增设催化器的电加热装置，虽然可缩短起燃时间，但仍需要一定时间使催化器加热至起燃温度，在达到起燃温度前的污染物排放仍无法解决。
我国专利文献(授权公告号：CN103835788B)中公开了一种用于车辆的排气系统及具有其的车辆，排气系统包括排气管、催化转化器以及保温储气罐，保温储气罐内设有调温层，在发动机冷启动时，发动机的废气依次流经保温储气罐、催化转化器后从排气管的排气口排出。该技术方案通过调温层对废气进行预加热，可使催化剂加快达到起燃温度，降低污染排放。然而，调温层为镁合金层、锡层或锂层，通过凝固放热，对废气的加热效果有限，容易导致未达到催化剂起燃温度的废气流入催化器，仍然存在冷启动的污染排放问题。同时，调温层的设置，对保温储气罐的结构设计有特殊要求，制造成本较高。
发明内容
本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种车辆的排气系统，本发明所要解决的技术问题是：如何降低车辆冷启动时的污染排放。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种车辆的排气系统，包括排气管以及设置在排气管上且连通排气管的入口与出口的催化器，其特征在于，所述催化器内设有用于检测气体温度的温度传感器，所述排气系统还包括储气件和电控件，所述储气件的入口和出口分别通过管道与催化器的出口和入口对应连通，当所述温度传感器检测到温度低于设定值时，所述电控件能连通催化器出口与储气件入口同时断开催化器出口与排气管出口，当所述温度传感器检测到温度高于或等于设定值时，所述电控件能断开催化器出口与储气件入口同时连通催化器出口与排气管出口。其中，排气管的入口用于与发动机的出口连通，储气件用于存储气体，电控件和温度传感器分别用于与车辆的ECU电连接。
本专利的工作原理为：在发动机冷启动时，从发动机出口流出的废气先依次经排气管入口、催化器入口流入催化器内，温度传感器检测到催化器内的气体温度在设定值以下(设定值大于等于催化剂起燃温度)，ECU控制电控件连通催化器出口与储气件入口并断开催化器出口与排气管出口，使经过催化器预处理的废气依次经催化器出口、储气件入口流入并存储在储气件内；当温度传感器检测到废气的温度达到设定值时，ECU控制电控件连通催化器出口与排气管出口并断开催化器出口与储气件入口，存储在储气件内的废气可依次经储气件出口、催化器入口流入催化器内并与发动机排放的热废气混合形成到达起燃温度的气体，与催化器进行催化反应、降解气体中的有害物质，显著提高催化转化效率，再从排气管的出口排出，从而显著降低车辆冷启动时的污染排放。与现有技术相比，本专利通过储气件先收集冷启动时经催化器预处理(此时催化转化效率较低)的废气，待检测到流入催化器内的气体温度到达设定值后，储气件内的废气流入催化器内与热废气混合并进行催化转化处理，可避免冷启动时由于催化转化效率低导致的污染问题，同时无需额外增设加热装置对催化器或废气进行加热，结构设计简洁合理，有利于降低制造成本，且便于催化器的位置布置(如可将催化器布置在底盘)。
在上述的车辆的排气系统中，所述储气件出口与催化器入口之间的管道上设有电控制阀。电控制阀用于与ECU电连接，当温度传感器检测的气体温度在设定值以下时，ECU在控制电控件的同时控制电控制阀关闭，可防止流入储气件内的废气依次经从储气件出口、催化器入口流入催化器，保障储气件的储气效果；当温度传感器检测到废气的温度达到设定值时，ECU在控制电控件的同时控制电控制阀打开，使储气件收集的废气经电控阀顺利流入催化器内。
在上述的车辆的排气系统中，所述电控件为具有入口、出口一和出口二的电磁阀，所述电控件的入口与催化器的出口连通，所述电控件的出口一与排气管的出口连通，所述电控件的出口二与储气件的入口连通。即电控件为具有一入口两出口的三通电磁阀，可保障气路通断的精确控制，从而保障冷启动的催化转化效率、降低排放污染，同时便于管道连接和布置，有利于降低制造成本。
在上述的车辆的排气系统中，所述电控件的出口二与储气件的入口之间的管道上设有气泵一，所述气泵一的入口与电控件的出口二连通，所述气泵一的出口与储气件的入口连通。气泵一用于与ECU电连接，当温度传感器检测的气体温度在设定值以下时，ECU在控制电控件的同时控制气泵开启，可将催化器内的废气抽入并压缩至储气件内，可提高储气件的储气效果，且可避免催化器内的废气压力过高导致发动机出口排气不畅的问题；当温度传感器检测到废气的温度达到设定值时，ECU在控制电控件的同时控制气泵关闭，避免气泵空转。
在上述的车辆的排气系统中，所述电控件的出口二与储气件的入口之间的管道上还设有单向阀，所述单向阀位于气泵一与储气件之间，所述单向阀的入口与气泵一的出口连通，所述单向阀的出口与储气件的入口连通。单向阀的设置，使催化器流出的气体在冷启动时流向储气件，避免储气件内收集的废气增多、气压增大时流向催化器，确保储气件的储气效果，从而确保后续的催化转化效率，降低冷启动的排放污染。
在上述的车辆的排气系统中，所述电控件包括均具有一入口和一出口的电磁阀一和电磁阀二，所述电磁阀一设置在排气管上且位于催化器的出口与排气管的出口之间，所述电磁阀二设置在催化器的出口与储气件的入口之间的管道上。电控件包括电磁阀一和电磁阀二的设置，可保障气路通断的精确控制，从而保障冷启动的催化转化效率、降低排放污染。优选地，所述电磁阀二的出口与储气件的入口之间的管道上设有气泵一和单向阀，所述气泵一的入口与电磁阀二的出口连通，所述气泵一的出口与单向阀的入口连通，所述单向阀的出口与与储气件的入口连通，气泵一和单向阀的设置，使催化器流出的气体在冷启动时流向储气件，避免储气件内收集的废气增多、气压增大时流向催化器，确保储气件的储气效果，从而确保后续的催化转化效率，降低冷启动的排放污染。
在上述的车辆的排气系统中，所述储气件为储气罐或储气箱，所述电控制阀为电磁阀或调节阀。电磁阀和调节阀均可实现储气件出口与催化器入口的通断控制。调节阀还可调节气体流量，即当温度检测器检测到废气的温度达到设定值时，可通过调节阀控制从储气件流入催化器的气体压力，有利于将储气件内的气体排入催化器内进行催化反应并转化为无害气体，避免储气件内气体过多残余和泄露，降低车辆的排放污染。
在上述的车辆的排气系统中，所述催化器包括壳体和设置于壳体内的催化载体，所述催化器的入口和出口分别设于壳体的前侧壁和后侧壁上，所述温度传感器的感温探头位于催化载体与催化器的出口之间。废气与催化载体发生催化转化作用。当温度传感器测量经过催化载体并与催化载体发生催化转化作用后的废气温度到达设定值时，ECU控制电控件连通催化器出口与排气管出口并断开催化器出口与储气件入口，使从储气件内流入催化器的废气与从发动机流入催化器的热废气混合并与催化器进行催化反应、降解气体中的有害物质，由于此时流入催化器的热废气温度明显高于起燃温度，因此可确保热废气与从储气件内流入催化器的废气混合后的气体温度大于等于起燃温度，从而提高催化转化效率、降低污染排放。
在上述的车辆的排气系统中，连接所述催化器出口与储气件入口的管道末端设有喷射器，所述喷射器位于壳体内且喷嘴朝向催化载体。当电控制阀呈打开状态时，从储气件出口流出的废气经喷嘴喷射至催化载体上，有利于提高废气与壳体内的热废气的混合均匀性，确保混合后的气体的温度均匀性，并提高气体与催化载体的反应均匀性，从而提高催化转化效率，降低污染排放。
在上述的车辆的排气系统中，所述壳体内还设有颗粒捕集器，所述颗粒捕集器位于催化载体和催化器的出口之间。颗粒捕集器用于捕捉气体中的颗粒物，有利于进一步降低污染排放。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过储气件先收集冷启动时经催化器预处理的所有废气，待温度传感器检测到流入催化器内的气体温度到达设定值后，储气件内的废气循环至催化器内与热废气混合并进行催化转化处理，可避免冷启动时由于催化转化效率低导致的污染问题。
2、储气件前端设有气泵一，可提高储气件的储气效果，且可避免催化器内的废气压力过高导致发动机出口排气不畅的问题。
3、储气件前端设有单向阀，避免储气件内收集的废气增多、气压增大时流向催化器，确保储气件的储气效果，从而确保后续的催化转化效率，降低冷启动的排放污染。
4、连接所述催化器出口与储气件入口的管道末端设有喷射器，可确保混合后的气体的温度均匀性，提高气体与催化载体的反应均匀性，从而提高催化转化效率，降低污染排放。
附图说明
图1是本实施例的结构示意图。
图中，1、排气管；2、催化器；21、壳体；22、催化载体；23、颗粒捕集器；3、温度传感器；4、储气件；5、电控件；6、电控制阀；7、单向阀；8、喷射器；9、消声器；10、压力传感器一；11、压力传感器二；12、发动机；13、气泵一。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1所示，本实施例包括排气管1、储气件4、电控件5以及设置在排气管1上且连通排气管1的入口与出口之间催化器2，排气管1的入口用于与发动机12的出口连通，排气管1的出口用于与消声器9连通。催化器2内设有用于检测气体温度的温度传感器3。储气件4为储气罐或储气箱，储气件4的入口和出口分别通过管道与催化器2的出口和入口对应连通。电控件5位于催化器2的出口与储气件4的入口之间的管道和排气管1的交叉连通处，电控件5为具有入口、出口一和出口二的三通电磁阀，电控件5的入口与催化器2的出口连通，电控件5的出口一与排气管1的出口连通，电控件5的出口二与储气件4的入口连通，温度传感器3和电控件5分别用于与车辆的ECU电连接。当温度传感器3检测到温度低于设定值时，ECU控制电控件5连通催化器2出口与储气件4入口同时断开催化器2出口与排气管1出口，当温度传感器3检测到温度高于或等于设定值时，ECU控制电控件5断开催化器2出口与储气件4入口同时连通催化器2出口与排气管1出口。
电控件5的出口二与储气件4入口之间的管道上设有气泵一13和单向阀7，单向阀7位于气泵一13与储气件4之间，气泵一13用于与ECU电连接，气泵一13的入口与电控件5的出口二连通，气泵一13的出口与单向阀7的入口连通，单向阀7的出口与储气件4的入口连通。储气件4的出口与催化器2入口之间的管道上设有气泵二，气泵二的入口与储气件4的出口连通，气泵二的出口与催化器2的入口连通，在储气件4的出口与气泵二的入口之间的管道上还设有电控制阀6，气泵二和电控制阀6分别与ECU电连接。在发动机12冷启动时，从发动机12出口流出的废气先流入催化器2内，温度传感器3检测到催化器2内的气体温度在设定值以下(设定值大于等于催化剂起燃温度)，ECU控制电控件5连通催化器2出口与储气件4入口并断开催化器2出口与排气管1出口，同时控制气泵一13开启、电控制阀6关闭、气泵二关闭，使经过催化器2预处理的废气被气泵一13抽取并依次经催化器2出口、电控件5的出口二、气泵一13、单向阀7、储气件4入口流入并存储在储气件4内。当温度传感器3检测到废气的温度达到设定值时，ECU控制电控件5连通催化器2出口与排气管1出口并断开催化器2出口与储气件4入口，同时控制气泵一13关闭、电控制阀6打开、气泵二打开，使存储在储气件4内的废气被气泵二抽取并依次经储气件4出口、电控制阀6、气泵二、催化器2入口流入催化器2内并与发动机12排放的热废气混合形成到达起燃温度的气体，与催化器2进行催化反应、降解气体中的有害物质，显著提高催化转化效率，再从排气管1的出口排出，从而显著降低车辆冷启动时的污染排放。
电控制阀6为调节阀，调节阀不仅可实现储气件4出口与催化器2入口的通断控制，还可调节气体流量，即当温度检测器检测到废气的温度达到设定值时，可通过调节阀控制从储气件4流入催化器2的气体压力，有利于将储气件4内的气体排入催化器2内进行催化反应并转化为无害气体，避免储气件4内气体过多残余和泄露，降低车辆的排放污染。同时电控制阀6可靠近储气件4的出口设置，有利于确保储气件4二的储气效果。
催化器2包括壳体21和设置于壳体21内的催化载体22，催化器2的入口和出口分别设于壳体21的前侧壁和后侧壁上，温度传感器3的感温探头位于催化载体22与催化器2的出口之间，可确保当温度传感器3检测到的气体温度到达设置值时，流入催化器2的废气温度明显高于起燃温度，从而有利于确保储气件4内的废气流入催化器2与热废气混合后的温度大于等于起燃温度，从而提高催化转化效率、降低污染排放。温度传感器3的感温探头还可设置于催化载体22与催化器2的入口之间或插设于催化载体22上，同时为确保催化转化效率，可将温度传感器3的设定值适当提高。
连接催化器2出口与储气件4入口的管道末端设有喷射器8，喷射器8位于壳体21内且喷嘴朝向催化载体22。当电控制阀6呈打开状态时，从储气件4出口流出的废气经喷嘴喷射至催化载体22上，有利于提高废气与壳体21内的热废气的混合均匀性，确保混合后的气体的温度均匀性，并提高气体与催化载体22的反应均匀性，从而提高催化转化效率，降低污染排放。
壳体21内还设有颗粒捕集器23，颗粒捕集器23位于催化载体22和催化器2的出口之间。颗粒捕集器23用于捕捉气体中的颗粒物，有利于进一步降低污染排放。壳体21内还插设有压力传感器一10和压力传感器二11，压力传感器一10和压力传感器二11分别位于颗粒捕集器23的前后两侧，通过检测颗粒捕集器23的前后压力差，ECU可控制颗粒捕集器23的再生，防止颗粒捕集器23堵塞或再生时烧蚀。
实施例二
本实施例的技术方案与实施例一的技术方案基本相同，其区别点在于，本实施例中的电控件5包括均具有一入口和一出口的电磁阀一和电磁阀二，电磁阀一设置在排气管1上且位于催化器2的出口与排气管1的出口之间，电磁阀二设置在催化器2的出口与储气件4的入口之间的管道上。电磁阀二的出口与储气件4的入口之间的管道上设有气泵一13和单向阀7，气泵一13的入口与电磁阀二的出口连通，气泵一13的出口与单向阀7的入口连通，单向阀7的出口与储气件4的入口连通。
电控制阀6为电磁阀，可实现储气件4出口与催化器2入口的通断控制。
实施例三
本实施例的技术方案与实施例一的技术方案基本相同，其区别点在于，本实施例未在储气件4的出口与催化器2入口之间的管道上设有气泵二，而是在储气件4内设有压力传感器三，在电控制阀6打开时确保储气件4内的废气流向催化器2。当温度传感器3检测到催化器2内的气体温度在设定值以下，ECU控制电控件5连通催化器2出口与储气件4入口并断开催化器2出口与排气管1出口，同时控制气泵一13开启、电控制阀6关闭，使经过催化器2预处理的废气被气泵一13抽取并依次经催化器2出口、电控件5的出口二、气泵一13、单向阀7、储气件4入口流入并存储在储气件4内。当温度传感器3检测到废气的温度达到设定值且当压力传感器三检测到储气件4内的气压到达设定值时，ECU控制电控件5连通催化器2出口与排气管1出口并断开催化器2出口与储气件4入口，同时控制气泵一13关闭、电控制阀6打开，使存储在储气件4内的废气依次经储气件4出口、电控制阀6、催化器2入口流入催化器2内并与发动机12排放的热废气混合形成到达起燃温度的气体，与催化器2进行催化反应、降解气体中的有害物质，显著提高催化转化效率，再从排气管1的出口排出，从而显著降低车辆冷启动时的污染排放。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了1、排气管；2、催化器；21、壳体；22、催化载体；23、颗粒捕集器；3、温度传感器；4、储气件；5、电控件；6、电控制阀；7、单向阀；8、喷射器；9、消声器；10、压力传感器一；11、压力传感器二；12、发动机；13、气泵一等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种车辆的排气系统，包括排气管(1)以及设置在排气管(1)上且连通排气管(1)的入口与出口的催化器(2)，其特征在于，所述催化器(2)内设有用于检测气体温度的温度传感器(3)，所述排气系统还包括储气件(4)和电控件(5)，所述储气件(4)的入口和出口分别通过管道与催化器(2)的出口和入口对应连通，当所述温度传感器(3)检测到温度低于设定值时，所述电控件(5)能连通催化器(2)出口与储气件(4)入口同时断开催化器(2)出口与排气管(1)出口，当所述温度传感器(3)检测到温度高于或等于设定值时，所述电控件(5)能断开催化器(2)出口与储气件(4)入口同时连通催化器(2)出口与排气管(1)出口。
2.根据权利要求1所述的车辆的排气系统，其特征在于，所述储气件(4)出口与催化器(2)入口之间的管道上设有电控制阀(6)。
3.根据权利要求1所述的车辆的排气系统，其特征在于，所述电控件(5)为具有入口、出口一和出口二的电磁阀，所述电控件(5)的入口与催化器(2)的出口连通，所述电控件(5)的出口一与排气管(1)的出口连通，所述电控件(5)的出口二与储气件(4)的入口连通。
4.根据权利要求3所述的车辆的排气系统，其特征在于，所述电控件(5)的出口二与储气件(4)的入口之间的管道上设有气泵一(13)，所述气泵一(13)的入口与电控件(5)的出口二连通，所述气泵一(13)的出口与储气件(4)的入口连通。
5.根据权利要求4所述的车辆的排气系统，其特征在于，所述电控件(5)的出口二与储气件(4)的入口之间的管道上还设有单向阀(7)，所述单向阀(7)位于气泵一(13)与储气件(4)之间，所述单向阀(7)的入口与气泵一(13)的出口连通，所述单向阀(7)的出口与储气件(4)的入口连通。
6.根据权利要求1所述的车辆的排气系统，其特征在于，所述电控件(5)包括均具有一入口和一出口的电磁阀一和电磁阀二，所述电磁阀一设置在排气管(1)上且位于催化器(2)的出口与排气管(1)的出口之间，所述电磁阀二设置在催化器(2)的出口与储气件(4)的入口之间的管道上。
7.根据权利要求1所述的车辆的排气系统，其特征在于，所述储气件(4)为储气罐或储气箱，所述电控制阀(6)为电磁阀或调节阀。
8.根据权利要求1至6任意一项所述的车辆的排气系统，其特征在于，所述催化器(2)包括壳体(21)和设置于壳体(21)内的催化载体(22)，所述催化器(2)的入口和出口分别设于壳体(21)的前侧壁和后侧壁上，所述温度传感器(3)的感温探头位于催化载体(22)与催化器(2)的出口之间。
9.根据权利要求8所述的车辆的排气系统，其特征在于，连接所述催化器(2)出口与储气件(4)入口的管道末端设有喷射器(8)，所述喷射器(8)位于壳体(21)内且喷嘴朝向催化载体(22)。
10.根据权利要求8所述的车辆的排气系统，其特征在于，所述壳体(21)内还设有颗粒捕集器(23)，所述颗粒捕集器(23)位于催化载体(22)和催化器(2)的出口之间。
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