CN113586207B - 一种乘用车发动机冷启动排气处理系统以及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乘用车发动机冷启动排气处理系统以及处理方法，解决冷启动排放的问题。处理系统包括催化器总成、储气组件、进气管路、排气管路和控制器，催化器总成的进气端和出气端分别与进气管路和排气管路连通，催化器总成上设置有催化剂温度传感器；储气组件包括抽气管路、放气管路和用于存储冷启动废气的储气罐，抽气管路、储气罐、放气管路和催化器总成顺序连通，放气管路上设有第一阀门；排气管路上设有第二阀门。控制器以催化剂温度传感器为输入信号判断催化器是否达到工作温度，如未达到工作温度则启动废气储存操作，如达到工作温度，则终止废气储存操作，同时释放储气罐中的废气，在不增加汽车贵金属含量的情况下提高废气转化效率。

Description

一种乘用车发动机冷启动排气处理系统以及处理方法

技术领域

本申请属于汽车尾气排放技术领域，具体涉及一种乘用车发动机冷启动排气处理系统以及处理方法。

背景技术

随着人们环保意识逐渐提高，环境保护的呼声越来越高，作为重要污染源，汽车排放控制也成为人们关注的重点，各国的地区陆续加严排放法规，目前中国已经开始实施国六标准。随着排放法规的加严，对汽车尾气排放得控制将越来严格。

由于发动机冷启动时温度低，催化剂尚未起作用，导致冷启动排放(主要成分为一氧化碳CO、碳氢HC、氮氧化物NO_X)很难处理，为满足严格排放法规，汽车厂需要采用电加热技术来提前加热TWC催化剂(Three-Way Catalyst，三元催化剂)使其起作用来处理冷启动排放，这需要采用48伏供电系统和EHC(Electric Heating Catalyst，电热催化剂)电加热载体，大大增加了汽车厂的生产成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种乘用车发动机冷启动排气处理系统以及处理方法，提高废气转化效率。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种乘用车发动机冷启动排气处理系统，包括催化器总成、储气组件、进气管路、排气管路和控制器，其中：

所述催化器总成的进气端和出气端分别与所述进气管路和所述排气管路连通，所述催化器总成上设置有与所述控制器电连接的催化剂温度传感器；

所述储气组件包括抽气管路、放气管路和用于存储冷启动废气的储气罐，所述抽气管路、所述储气罐、所述放气管路和所述催化器总成顺序连通，构成用于处理冷启动废气的循环通路，所述循环通路上设置有与所述控制器电连接的第一阀门；

所述排气管路上设置有与所述控制器电连接的第二阀门。

可选的，所述抽气管路上设置有第一单向阀，所述放气管路上设置有第二单向阀，所述第一单向阀和所述第二单向阀的导通顺序设置为允许冷启动废气自抽气管路向放气管路流通。

可选的，所述排气管路上设置有与所述控制器电连接的压力传感器。

可选的，所述循环通路上设置有与所述控制器电连接的抽气装置。

可选的，所述第一阀门为流量调节阀；所述第二阀门为开关阀。

可选的，所述第一阀门设置于所述放气管路上；沿排气方向，所述第二阀门设置于所述排气管路上与所述抽气管路的连通处的后端。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种基于上述的乘用车发动机冷启动排气处理系统的处理方法，包括如下步骤：

发动机启动后，所述控制器接收所述催化剂温度传感器的温度信号，当所述温度信号在设定值以下时，所述控制器控制所述第二阀门关闭，以使发动机排气经所述催化器总成转换后进入所述储气罐中；当所述温度信号高于所述设定值时，所述控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门均开启，以使所述储气罐中存储的冷启动废气释放至所述催化器总成中，经所述催化器总成转换的冷启动废气以及发动机排气通过所述排气管路排出。

进一步地，所述控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门均开启，以使所述储气罐中存储的冷启动废气释放至所述催化器总成中，具体包括：所述控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门均开启，且所述控制器根据所述排气管路的排气压力调节所述第一阀门和/或所述第二阀门的开度，以调节所述储气罐释放冷启动废气的压力，并使得所述排气管路的气压在设定压力范围内。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和与所述存储器连接的处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器用于从所述存储器中读取所述计算机程序，以执行上述的处理方法。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以实现上述的处理方法。

由上述技术方案可知，本发明提供的乘用车发动机冷启动排气处理系统，包括催化器总成、储气组件、进气管路、排气管路和控制器，催化器总成的进气端和出气端分别与进气管路和排气管路连通，催化器总成上设置有与控制器电连接的催化剂温度传感器；储气组件包括抽气管路、放气管路和用于存储冷启动废气的储气罐，循环通路上设置有与控制器电连接的第一阀门；排气管路上设置有与控制器电连接的第二阀门。通过在催化器总成外设置储气组件，并且储气组件与催化器总成相连通形成循环通路，该循环通路可以暂存冷启动阶段发动机的废气，避免直接排放。

本发明提供的乘用车发动机冷启动排气处理方法，在发动机启动后，也即冷启动阶段，控制器接收催化剂温度传感器的温度信号，可以监测催化剂的温度，当温度信号在设定值以下时，此时催化器总成未达到有效的工作温度，其转化效率非常低，无法对汽车排放污染物完全进行氧化还原反应，导致尾气中有害污染物含量较高，此时控制器控制第二阀门关闭，也就是将排气通过关闭。此时催化器总成处理后的气体经抽气管路进入储气罐，冷启动废气在储气罐中暂存。当温度信号高于设定值时，催化器总成达到有效的工作温度，其转化效率较高，此时控制器控制第一阀门和第二阀门均开启，一方面，发动机产生的排气经催化器总成转换后通过排气管路直接排出，另一方面，储气罐中暂存的冷启动废气释放至催化器总成中，经催化器总成转换后通过排气管路排出，从而降低尾气污染物含量。

与现有技术相比，本发明提供的乘用车发动机冷启动排气处理系统以及处理方法，通过设置储气罐可以暂存发动机冷启动阶段的排气，待催化器总成达到有效的工作温度后，再将暂存的冷启动废气重新通入催化器总成，经催化器总成转换后通过排气管路排出，从而提高废气转化效率，降低尾气污染物含量。

附图说明

图1为本发明实施例1中乘用车发动机冷启动排气处理系统的结构示意图。

图2为本发明实施例2中乘用车发动机冷启动排气处理方法的流程框图。

附图标记说明：1-第二单向阀，2-放气管路，3-第一阀门，4-储气罐，5-抽气管路，6-抽气装置，7-第一单向阀，8-控制器，9-第二阀门，10-催化剂温度传感器，11-催化剂，12-催化器总成，13-压力传感器，14-排气管路，15-进气管路，16-储气组件。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

实施例1：

为了解决车辆冷启动排放的问题，本发明实施例提供一种乘用车发动机冷启动排气处理系统，该系统直接设置于乘用车上，具体安装位置视车辆实际情况而定。参见图1，该乘用车发动机冷启动排气处理系统包括催化器总成12、储气组件16、进气管路15、排气管路14和控制器8。

催化器总成12是车辆发动机系统已有的设备，催化器总成12的进气端通过进气管路15与发动机排气管连通，催化器总成12的出气端与排气管路14连通，排气管路14是发动机尾气管的其中一部分。催化器总成12内部装填催化剂11，最为常见的催化剂为TWC催化剂(Three-Way Catalyst，三元催化剂)，发动机排气经三元催化剂催化，可将排气中的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。本发明未对催化器总成12以及催化器总成12与现有排气管的连通关系作出改变，因此未详述的内容均可参考现有技术的相关公开，此处不展开说明。

催化器总成12上设置催化剂温度传感器10，催化剂温度传感器10用于检测催化剂11的温度，催化剂温度传感器10与控制器8电连接，催化剂温度传感器10输出的温度信号直接传输至控制器8。

储气组件16是该乘用车发动机冷启动排气处理系统的重要部件，储气组件16包括抽气管路5、放气管路2和储气罐4。抽气管路5连通于催化器总成12的出气端，即催化器总成12的出气端同时与抽气管路5和排气管路14连通。放气管路2连通于催化器总成12的进气端，即催化器总成12的进气端同时与放气管路2和进气管路15连通。储气罐4连通于抽气管路5与放气管路2之间，用于存储冷启动阶段的废气。储气罐4是高压容器，能够承受1MPa的气压，以在有限的空间中尽可能多地存储冷启动废气。

抽气管路5、储气罐4、放气管路2和催化器总成12顺序连通，构成一条循环通路。该循环通路具有固定的循环方向，即冷启动废气经催化器总成12转化后进入抽气管路5，由抽气管路5输送至储气罐4中存储，在合适的条件下，储气罐4中存储的废气经放气管路2排放至催化器总成12的进气端。

为了确保循环通路内的废气流通方向固定，参见图1，本实施例中，抽气管路5上设置有第一单向阀7，放气管路2上设置有第二单向阀1，第一单向阀7和第二单向阀1的导通顺序设置为仅允许冷启动废气自抽气管路5向放气管路2流通，从而确保冷启动废气只能从催化器总成12的进气端进入、从催化器总成12的出气端排出。

此外，还可通过设置抽气装置来控制废气流通方向，例如，在某些实施例中，循环通路上设置有抽气装置6，抽气装置6与控制器8电连接，控制器8控制抽气装置6的启停，以及抽气装置6的转速等工作参数。通过将抽气装置6安装为抽气端朝向抽气管路5、排气端朝向放气管路2，同样能够实现冷启动废气只能从催化器总成12的进气端进入、从催化器总成12的出气端排出。

循环通路上设置有与控制器8电连接的第一阀门3，第一阀门3控制循环通路的通断和/或开启大小，第一阀门3可选择安装于抽气管路5或放气管路2上，阀门类型也采用现有的任一阀门，第一阀门3的具体内容本发明不做限制。

排气管路14上设置有第二阀门9，第二阀门9与第一阀门3相同，均为电控阀，第二阀门9和第一阀门3均与控制器8电连接，由控制器8控制其工作状态。第二阀门9的阀门类型也采用现有的任一阀门，第二阀门9的具体内容本发明不做限制。

为了更好的提高废气转化效率，本实施例中第一阀门3为流量调节阀，即第一阀门3既可控制循环通路的通断，又可调节阀门开度，第一阀门3设置于放气管路2上，主要控制储气罐4中废气的排放，本实施例中第一阀门3具体采用常闭放气电动阀板总成。第二阀门9为开关阀，实现排气管路14通断控制，本实施例中第二阀门9具体采用常开排气电动阀板总成。沿排气方向，第二阀门9设置于排气管路14上与抽气管路5的连通处的后端，即第二阀门9关闭时，催化器总成12的排气仍可顺利进入抽气管路5。

在某些实施例中，排气管路14上还设置有压力传感器13，压力传感器13用于检测排气管路14中尾气的压力，压力传感器13与控制器8电连接，控制器8可以通过压力传感器13的信号输入实时监测排气管路14中的压力波动，并通过控制第一阀门3和第二阀门9的工作状态，避免发动机正常工作工况下，循环通路的导通影响发动机正常排气。

控制器8以催化剂温度传感器为输入信号判断催化器是否达到工作温度，如未达到工作温度则启动废气储存操作，如达到工作温度，则终止废气储存操作，同时释放储气罐中的废气。控制器8可直接采用现有车辆中的ECU(电子控制单元)，或者在车辆中另外设置一单片机、控制主板等常规控制装置作为控制器8。本实施例中将车辆已配置的ECU作为该乘用车发动机冷启动排气处理系统的控制器8。

实施例2：

基于同样的发明构思，本发明实施例提供一种乘用车发动机冷启动排气处理方法，该处理方法基于上述实施例1的乘用车发动机冷启动排气处理系统而实施，可大幅度降低冷启动排放，进而实现以低成本方式满足国家排放法规要求。

参见图1和图2，该处理方法包括如下步骤：

发动机启动后，控制器8实时接收催化剂温度传感器10的温度信号，监测催化器总成12中催化剂11的实时温度。控制器8内部预先设定一个催化剂温度的设定值，作为控制基准。

当催化剂温度传感器10反馈的温度信号在设定值以下时，此时判定为催化剂温度在催化剂正常转化的温度要求以下，此情况一般为冷启动阶段，当然在某些极寒情况下发动机正常工作过程中也可能出现。发动机排气进入催化器总成12，由于催化剂温度温度低，催化剂11不能将发动机中的排气完全转化，冷启动排气中含有CO、HC、NO_X有害污染物。

温度信号在设定值以下时，控制器8控制第二阀门9关闭，使得排气管路14完全关闭，含有CO、HC、NO_X的冷启动排气只能通过抽气管路5进入储气罐4，此过程中产生的冷启动排气全部存储于储气罐4中。

当催化剂温度传感器10反馈的温度信号高于设定值时，此时判定为催化剂温度达到催化剂正常转化的温度要求，发动机进入正常工作工况。此时控制器8控制第一阀门3和第二阀门9均开启，此时循环通路和排气管路14均导通，发动机排气经催化器总成12转换后，由排气管路14顺序排出。由于循环通路导通，储气罐4中存储的冷启动废气可以顺利释放至催化器总成12中，控制器8按设定比例调整第一阀门3的开度，使高压储气罐4中的排气逐步通入到催化剂11前方，并完成转换。经催化器总成12二次转换的冷启动废气同样通过排气管路14排出，由于此时催化剂11已经起作用，可将发动机排气以及冷启动废气中的CO、HC、NO_X有害污染物转变为无害的二氧化碳、水和氮气。储气罐4中存储的冷启动废气完全释放后，储气罐4恢复到常压，以供下次使用。

由于储气罐4是高压容器，当其内部存储的废气较多时，则放气管路2具有一定压力，在第一阀门3和第二阀门9均开启，循环通路和排气管路14均导通的情况下，放气管路2会产生排气背压。如放气管路2压力高于排气管路14压力，势必造成排气背压过大，造成发动机动力波动，NVH变大。

因此，在释放储气罐4中存储的冷启动废气时，必须考虑高压储气罐4中气体释放压力对排气管路14中压力的影响。本实施例中，控制器8与压力传感器13电连接，控制器8可以通过压力传感器13的信号输入实施监测排气压力，并根据排气压力调节高压气罐释放排气的压力，以便在提高排气转化效率的同时，又不影响发动机动力和NVH特性。

具体的，当催化剂温度传感器10反馈的温度信号高于设定值时，此时判定为催化剂温度达到催化剂正常转化的温度要求，发动机进入正常工作工况。控制器8控制第一阀门3和第二阀门9均开启，且控制器8根据排气管路14的排气压力调节第一阀门3、第二阀门9的开度，可选择仅调节第一阀门3的开度，即第一阀门3采用流量调节阀；也可选择仅调节第二阀门9的开度，即第二阀门9采用流量调节阀。当然，在某些实施例中，也可选择同时调节第一阀门3和第二阀门9的开度，此时第一阀门3和第二阀门9均采用流量调节阀。

通过调节第一阀门3和/或第二阀门9的开度，可以调节储气罐4释放冷启动废气的压力，例如控制第一阀门3的开度逐渐增加，而控制第二阀门9直接完全打开。使得储气罐4释放冷启动废气的压力始终小于排气压力，并且储气罐4释放冷启动废气的压力与排气压力之间具有较大的压差，例如压差控制在10KPa以上，以降低背压，并使得排气管路14的气压维持在设定压力范围(正常排气系统压力15～60KPa)内，减小发动机动力波动，改善NVH性能。

与现有技术相比，本发明实施例提供的乘用车发动机冷启动排气处理方法，整个过程为自动控制过程，不需要人工参与。以一种替代方式降低发动机冷机启动排放，而没有采用成本和对车身结构改动较大的EHC和48V系统，节省了排气转化用贵金属，以及整车制造成本。

本发明实施例提供的乘用车发动机冷启动排气处理方法以催化剂温度为输入，利用自动控制机构在低温转化效率低时储存废气，在高温转化效率高时释放废气以进行彻底转化，可大幅度降低冷启动排放，进而实现以低成本方式满足国家排放法规要求。

实施例3：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种计算机设备，包括存储器和与存储器连接的处理器，存储器上存储有计算机程序，处理器用于从存储器中读取计算机程序，以执行上述实施例2的处理方法。该计算机设备具体可为PLC控制器、工控机等。本实施例采用ECU。

实施例4：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现上述实施例2的处理方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(模块、系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种乘用车发动机冷启动排气处理系统，其特征在于：包括催化器总成、储气组件、进气管路、排气管路和控制器，其中：

所述催化器总成的进气端和出气端分别与所述进气管路和所述排气管路连通，所述催化器总成上设置有与所述控制器电连接的催化剂温度传感器；

所述储气组件包括抽气管路、放气管路和用于存储冷启动废气的储气罐，所述抽气管路、所述储气罐、所述放气管路和所述催化器总成顺序连通，构成用于处理冷启动废气的循环通路，所述循环通路上设置有与所述控制器电连接的第一阀门，所述第一阀门设置于所述放气管路上；

所述排气管路上设置有与所述控制器电连接的第二阀门，沿排气方向，所述第二阀门设置于所述排气管路上与所述抽气管路的连通处的后端；

所述排气管路上设置有与所述控制器电连接的压力传感器。

2.如权利要求1所述的乘用车发动机冷启动排气处理系统，其特征在于：所述抽气管路上设置有第一单向阀，所述放气管路上设置有第二单向阀，所述第一单向阀和所述第二单向阀的导通顺序设置为允许冷启动废气自抽气管路向放气管路流通。

3.如权利要求1所述的乘用车发动机冷启动排气处理系统，其特征在于：所述循环通路上设置有与所述控制器电连接的抽气装置。

4.如权利要求1-3中任一项所述的乘用车发动机冷启动排气处理系统，其特征在于：所述第一阀门为流量调节阀；所述第二阀门为开关阀。

5.一种基于权利要求1-4中任一项所述的乘用车发动机冷启动排气处理系统的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

发动机启动后，所述控制器接收所述催化剂温度传感器的温度信号，当所述温度信号在设定值以下时，所述控制器控制所述第二阀门关闭，以使发动机排气经所述催化器总成转换后进入所述储气罐中；当所述温度信号高于所述设定值时，所述控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门均开启，以使所述储气罐中存储的冷启动废气释放至所述催化器总成中，经所述催化器总成转换的冷启动废气以及发动机排气通过所述排气管路排出。

6.如权利要求5所述的处理方法，其特征在于：所述控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门均开启，以使所述储气罐中存储的冷启动废气释放至所述催化器总成中，具体包括：所述控制器控制所述第一阀门和所述第二阀门均开启，且所述控制器根据所述排气管路的排气压力调节所述第一阀门和/或所述第二阀门的开度，以调节所述储气罐释放冷启动废气的压力，并使得所述排气管路的气压在设定压力范围内。

7.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器和与所述存储器连接的处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器用于从所述存储器中读取所述计算机程序，以执行权利要求5或6所述的处理方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时以实现权利要求5或6所述的处理方法。

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