CN1306156A

CN1306156A - 机动车尾气污染处理装置及方法

Info

Publication number: CN1306156A
Application number: CN 00113714
Authority: CN
Inventors: 汤初高; 贾健平
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2001-08-01

Abstract

本发明涉及一种机动车尾气污染处理装置及方法。该装置与方法主要解决机动车排放中的CO、HC、NOx有害气体问题。采用由传感器检测信号,输送给CPU中央处理单元与理论空燃比值比较后输出控制信号给驱动电路,驱动自动流量调节阀开度,使氧气体流量根据CPU要求量进入燃烧室,以充分燃烧。具有,节省燃油10%－20%,增加机动车动力15－25%,碳氢化合物HC下降85%,一氧化碳CO下降99%,零尾气排放基本上达到“O”排放的效果,可广泛用于各种机动车的尾气排放净化处理。

Description

机动车尾气污染处理装置及方法

本发明涉及一种一氧化碳可燃气体化学组合物的净化和改良技术领域，具体地说是一种关于机动车尾气污染处理装置及其控制方法。

众所周知，机动车尾气排放的有害气体主要有一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NO_x)，这些气体均是污染城市空气的主要来源。目前采用的液化石油气和压缩天燃气作为汽车和柴油的替代燃料，虽然可以有效的减少一氧化碳和碳氢化合物的颗粒排放，但由于机动车尾气排放的氮氧化物其中有95％以上是一氧化氮，这种气体进入大气后逐渐氧化成一种毒性很强的二氧化氮棕色气体，资料表明，这种二氧化氮气体占据了城市空气污染的40％。目前，解决机动车尾气排放污染的技术主要有两种，一种是在气缸前的油路中采用电子燃油喷射技术，另一种是在气缸后采用对排放尾气的三元催化转换器。这两种方案虽说可以减少机动车运行时尾气排放，但均不能完全解决机动车尾气排放的污染问题，而且发动机功率要下降。例如，使用三元催化转换器进行排气净化，需要将过量空气系数精确地控制在1左右时，才能有效地同时降低排气中的一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，及氮氧化物(NO_x)。但实际操作中很难将过量空气系数控制为1，从而不能有效地降低这些有害气体的排放，而且浪费燃油并降低机动车的动力。中国专利96242545所提供的“减少汽车排放气体中污物含量的装置”采用加大油、气混合空间体、补氧调控器和氧气输送管道的方案，由于设有二级储氧磁化室和旋扭及磁铁块，又存在体积大，安装使用不便的缺陷。

本发明的目的是提供一种结构简单，净化效果显著的机动车尾气排放污染的处理装置及其控制方法，既能控制空燃化，又能节省燃油，增加机动车动力。

实现本发明目的的技术方案是根据机动车由于燃烧缺氧而引起超标排放的原因，利用排放废气中的氧含量和燃烧室入口空燃比A/F的关系，在气路中对燃油进行前处理，增加空气中的氧含量以起到助燃之效果。其工作原理是由氧传感器测出废气中的氧含量，采用现代计算机技术，对机动车发动机的燃烧过程和不同工作状态分别进行闭环控制，以控制氧气和油的比例，使发动机的空燃比A/F达到最佳状态。燃料得到充分燃烧，尾气接近零排放。本发明装置主要包括信号检测、控制电路、执行电路、自动调节阀和加氧助燃管路。其中信号检测部分主要由氧量传感器及信号调整电路S₁、节气门位置传感器及信号调整电路S₂、冷却水温度传感器及信号调整电路S₃，发动机启动及转速信号传感器及信号调整电路S₄四路信号构成；控制电路是由可进行闭环控制的中央控制处理单元CPU构成，CPU中固化有空燃比理论值18；执行电路是由驱动电路和执行部件构成，自动调节阀是执行电路中的执行部件，通过驱动电路接收CPU输出的阀门开度信号，使阀门开关开到所需要的开度。加氧助燃管路是由自动调节阀和高压气体罐组成，气体罐内装有氧气和添加剂。气体罐上的减压阀与自动调节阀相连接，自动调节阀的另一端与燃烧室相连接。尾气净化处理方法为：由各类传感器S₁、S₂、S₃、S₄将机动车的各种运行显示状态和当前排气状况信号通过各自的放大调整电路放大后，送入CPU中央控制单元与理论空燃比数值相比较后，输出一个控制阀门开度的电压信号给驱动电路，由驱动电路将此电压信号进行电流放大后，驱动自动调节阀开关开到CPU所需的开度，自动调节阀再去驱动气体罐上的减压阀开度，使气体罐中的氧气和添加剂进入燃烧室的流量达到理论空燃比值，以保燃料得到充分燃烧，从而消除由于缺氧燃烧而生成的CO、HC、NO_x有害气体。

本发明的CPU闭环控制过程如图2所示，具体叙述如下：

1．由机动车点火钥匙控制，给系统加电，发动机启动；

2．当发动机启动及转速信号传感器信号S₄＞0时，节气门位置传感器有信号输出，当信号S₂=0时，表示节气门未打开，机动车处于怠速状态，通过冷却水温度传感信号S₃，控制自动阀门开度，当信号S₂≠0时，自动阀门打开，按其开度流入气体流量；

3．当水温传感信号的水温为50°≤S₃＜80℃时，控制自动调节阀开度为K₂级，使气体流量为4L/m，

当水温传感信号的水温为S₃＜50℃时，控制自动调节阀开度为K₃级，使气体流量为6L/m，

当水温传感信号的水温为S₃＞80℃时，控制自动调节阀开度为K₄级，使气体流量为8L/m；

4．当节气门开度全开，即S₂=3时，自动调节阀气体按8L/m流入燃烧室；当节气门开度为2/3，即S₂=2时，自动调节阀气体流量按6L/m，流入燃烧室，当节气门开为1/3，即S₂=1时，自动调节阀气体流量按4L/m流入燃烧室；

5．当氧气量与理论空燃比相比过剩，即S₁=1时，减少阀门开度，当氧气量与理论空燃比比较不足时，增大阀门开度。

本发明由于采用对机动车发动机的燃烧过程和不同工作状态分别进行闭环控制的开度，以给燃烧室增、减氧气和添加剂，因而可以有效的解决尾气排放污染问题。实测表明，使用本发明达到了天燃气汽车的排放结果，与目前国内外诸多尾气处理技术相比，零尾气排放基本上可达到“零”，并可节省燃油10％-20％，增加机动车动力15-25％，碳氢化合物HC下降85％，一氧化碳CO下降99％，整个装置具有安装简单，使用方便之优点。

以下结合附图进一步叙述本发明的结构及控制原理。

图1是本发明的方框图

图2是本发明CPU闭环控制过程图

图3是本发明的驱动电路图

图4中的a、b、c、d分别是本发明的发动机起停及转速信号，节气门位置信号，水温传感信号、氧浓度传感器的调整电路原理图。

图1中检测氧含量的传感器S₁、安装在机动车的排气筒内，检测节气门位置传感器S₂安装在节气门轴上，冷却水温传感器S₃安装在发动机水循环总管上，发动机启动及转速传感器S₄安装在机动车的分电器上。各路传感器之后连接的调整电路，CPU芯片和驱动电路均安装在一个线路盒体内，该线路盒安装在机动车驾驶仪表盘下，即各路传感器的输出线与线路盒的输入端相连接，线路盒的输出线与自动调节阀相连接。

图3所示的驱动电路，是一个由集成电路块A₅与输入电阻R₉、R₁₀组成的电流放大器，从CPU输出的电压信号经驱动电路后变成大功率的电流信号，直接驱动自动调节气阀的开度。

图4所示的各传感器连接的调整电路构成及原理分别是：

图4a所示的发动机启停及转速信号调整电路是由运算放大器A₁与输入电阻R₁、R₂组成，发动机启停及转速信号传感器S₄通过电阻R₁、R₂与集成块A₁的正端相连接，负端与输出端连接到A/D变换，将S₄的模拟信号经过放大后送入A/D变换器，变为数字信号。

图4b所示的节气门位置信号调节电路由三极管G₁、G₂，集成块A₂和输入电阻R₃、R₄、R₈相连接构成。S₂感应信号通过三极管G₁、G₂分别与A₂的D端和CLK端相连接，从A₂的Q⁺输出信号直接进入CPU，驱动储气瓶出气量加速，从A₂的Q^-输出的信号进入CPU，驱动储气瓶出气量减速。

图4C所示的水温传感信号调整电路由运算放大器A₃与输入电阻R₅组成。水温传感器感应的模拟信号S₃，通过A₃放大后输出到A/D变换器变成数字信号。

图4d所示的氧浓度传感信号调整电路由集成块A₄与外围电阻R₆，R₇组成。氧浓度传感信号经A₄放大后输出到CPU控制器，当传感器S₁输出信号在0.4V以下时，认为氧量少，当传感器S₁输出信号在0.4V以上时，则认为氧量浓，CPU控制器根据氧量的大小输出大功率电流信号调节自动调节阀开度。

上述电路中的集成块型号分别如下：

A₁:CA358

A₂:CA358

A₃:LM317LH

A₄:LM317LH

CPU芯片：HT89C2051

Claims

1．一种机动车尾气污染处理装置，包括检测电路、控制电路、执行电路、加氧助燃管路，其特征在于加氧助燃管路的一端连接装有氧气和添加剂的气体罐，另一端通过自动流量调节阀与燃烧室相连接；信号控制电路是由可进行闭环控制的中央处理单元CPU构成，CPU中固化有空燃比理论值；检测电路主要由氧传感器S₁，节气门位置传感器S₂，冷却水温度传感器S₃，发动机启动及转速信号传感器S₄，与各传感器的放大调整电路构成；执行电路主要由驱动电路与自动流量调节阀构成，信号检测电路的输出连接到CPU中央处理单元，CPU输出连接到驱动电路，驱动电路的输出与自动流量调节阀相连接。

2．一种机动车尾气污染处理方法，利用排放废气中的氧含量和燃烧室入口的空燃比A/F的关系，增加空气中的氧含量以起到助燃效果，其特征在于，首先由氧量传感器S₁、节气门位置传感器S₂、冷却水温度传感器S₃、发动机启动及转速信号传感器S₄，将机动车的各种运行显示状态和当前废气中的氧含量通过各自的放大调整电路放大，再利用计算机技术对机动车发动机的燃烧过程和不同工作状态分别进行闭环控制，控制步骤如下：

①由机动车点火钥匙控制，给系统加电，发动机启动；

②当发动机启动及转速信号传感器信号S₄＞0时，节气门位置传感器有信号输出，当信号S₂=0时，表示节气门未打开，机动车处于怠速状态，通过冷却水温度传感信号S₃，控制自动阀门开度，当信号S₂≠0时，自动阀门打开，按其开度流入气体流量；

③当水温传感信号的水温为50°≤S₃＜80℃时，控制自动调节阀开度为K₂级，使气体流量为4L/m，

④当节气门开度全开，即S₂=3时，自动调节阀气体按8L/m流入燃烧室；当节气门开度为2/3，即S₂=2时，自动调节阀气体流量按6L/m，流入燃烧室，当节气门开为1/3，即S₂=1时，自动调节阀气体流量按4L/m流入燃烧室；

⑤当氧气量与理论空燃比相比过剩，即S₁=1时，减少阀门开度，当氧气量与理论空燃比比较不足时，增大阀门开度。