CN207526556U - 减少发动机尾气排放颗粒物的系统及自清洗过滤器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种减少发动机尾气排放颗粒物的系统，该系统包括对尾气进行过滤的颗粒物处理装置，其中，系统还包括：水温传感器(1)，水温传感器(1)检测发动机的气缸壁的温度；转速传感器(2)，转速传感器(2)检测发动机的转速；以及电磁阀(4)，电磁阀(4)根据水温传感器(1)和转速传感器(2)检测到的数据打开或闭合，以控制尾气进入颗粒物处理装置。上述系统能够针对不同类型和尺寸的颗粒物进行有针对性地分化排除，摈弃根据发动机的工况判断尾气中是否有颗粒物生成，从而在颗粒物生成时对尾气进行过滤。

Description

减少发动机尾气排放颗粒物的系统及自清洗过滤器

技术领域

本实用新型涉及一种减少发动机尾气排放颗粒物的系统。

另一方面，本实用新型涉及一种设置在减少发动机尾气排放颗粒物的系统中的自动清洗元件。

背景技术

机动车尾气超标时会排放出很多有毒气体和颗粒物。这些排放物、尤其是其中的颗粒物不仅会影响环境气候，也会对人体健康产生危害。

尾气中的颗粒物主要包括一次颗粒物和二次颗粒物。一次颗粒物是燃料燃烧后直接形成并被排放的颗粒物，如碳黑。二次颗粒物是燃烧后产生的气态污染物(例如HC、NOx等)在大气中经反应产生的粒子且其它气态污染物冷凝在其上所形成颗粒物。无论是一次颗粒物还是二次颗粒物，对于人体来说都是相当有害的。

在发动机点火阶段，由于启动时喷油量较大，导致空燃比过小，同时由于启动时雾化效果不甚理想，燃烧室中混合气浓度通常会超过正常标准。因为是冷机启动，燃烧中的汽油大部分被吸附在缸壁上，由此导致燃烧不充分，引起颗粒物的生成。

同时，当油气混合比不充分时，部分汽油没有完全燃烧，同样导致颗粒物的生成。此时，发动机的转速波动变化也十分明显，对于机动车经济性的提高也非常不利。

据权威统计，我国大中城市颗粒物首要来源为机动车排放。因此，研制减少机动车发动机尾气排放的装置已经成为当务之急。目前市场上也存在各种旨在减少机动车发动机尾气排放的新产品。

例如，中国专利申请CN103557050A中公开了一种车辆尾气过滤装置。该装置包括管状体的外壳，以及设置在外壳上的进气管口和出气管口。外壳内在进气管口和出气管口之间横向设置有第一水膜喷射器、及竖向设置有第二水膜喷射器。横向的第一水膜喷射器内设置有一过滤机构，外壳上设置一水箱，第一水膜喷射器和第二水膜喷射器通过管道与水箱连接构成水循环系统，其接触第一水膜喷射器和第二水膜喷射器部位处设置有不透气的挡板。该车辆尾气过滤装置能够清除车辆尾气的污染，有效地将固体颗粒物吸附而不至于散发到大气中。

然而，这种车辆尾气过滤装置仍然具有以下不足：

(1)该车辆尾气过滤装置只能简单地过滤所有颗粒物，而无法针对不同类型和尺寸的颗粒物进行分化排除；

(2)该车辆尾气过滤装置自始至终都在对尾气进行过滤，而与发动机的工况无关。

(3)该车辆尾气过滤装置并不具有自动清洗功能，因此当其中的过滤元件失效时只能予以整体更换。

为此，目前急需设计一种根据空燃比状况判断燃烧是否会生成颗粒，从而对尾气进行有针对性的优化处理的减少发动机尾气排放颗粒物的系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种根据空燃比状况判断燃烧是否会生成颗粒，从而对尾气进行有针对性的优化处理的减少发动机尾气排放颗粒物的系统。

本实用新型的第一方面涉及一种减少发动机尾气排放颗粒物的系统，该系统包括对尾气进行过滤的颗粒物处理装置，其中，系统还包括：检测发动机的气缸壁温度的水温传感器；检测发动机转速的转速传感器；以及电磁阀，电磁阀根据水温传感器和转速传感器检测到的数据打开或闭合，以控制尾气进入颗粒物处理装置。

较佳的是，颗粒物处理装置沿尾气进入方向可以依次设置有加热元件、水雾喷射装置和颗粒过滤装置中的至少一个。

在一个较佳实施例中，水雾喷射装置可以由水雾喷射器、储水箱和设置于储水箱内的第一水位传感器构成。

在另一个较佳实施例中，颗粒过滤装置可以由内筒部和外筒部构成，内筒部和外筒部分别安装有压力传感器，内筒部构成为自动清洗元件，并且允许尾气从其中穿过并进行过滤。

更佳的是，自动清洗元件可以由筒状过滤网制成，并且包括设置在自动清洗元件中心的转轴，转轴的一端安装有风扇叶片，刷片从转轴沿径向向外突伸，其突伸的长度基本上等于过滤网的半径。

此外，转轴可以通过风扇支架安装在自动清洗元件的中心。而且，过滤网上可以开设有排水用的排水口。

在有一个较佳实施例中，外筒部可以设有检测外筒部内水位的第二水位传感器、泄水阀和颗粒物吸附元件，其中，颗粒物吸附元件为活性炭。

本实用新型的第二方面涉及一种用在如上所述的减少发动机尾气排放颗粒物的系统中的自清洗过滤器，其中，清洗过滤器由筒状过滤网制成，并且包括设置在自清洗过滤器中心的转轴，转轴的一端安装有风扇叶片，刷片从转轴沿径向向外突伸，其突伸的长度基本上等于过滤网的半径。

上述技术方案的优点在于：

(a)能够针对不同类型和尺寸的颗粒物进行有针对性地分化排除；

(b)能够根据发动机的工况判断尾气中是否有颗粒物生成，从而在颗粒物生成时对尾气进行过滤。

(c)具有自动清洗功能，可以有效地延长过滤元件的使用寿命。

附图说明

为了进一步说明本实用新型的减少发动机尾气排放颗粒物的系统的结构及其工作流程，下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明，其中：

图1是本实用新型的减少发动机尾气排放颗粒物的系统的各部件组成示意图。

图2是图1所示系统中的颗粒过滤装置的各部件组成示意图。

图3和图4各自示出了图2所示颗粒过滤装置中的自动清洗元件两个组成部分。

图5是图3和4所示自动清洗元件的工作流程图。

图6是图1所示系统的工作流程图。

附图标记

1 水温传感器

2 转速传感器

3 触媒

4 旁通控制电磁阀

5 加热元件

6 水雾喷射器

7 第一水位传感器

8 储水箱

9 颗粒过滤装置

10 压力传感器

11 第二水位传感器

12 泄水阀

13 颗粒物吸附元件

14 自动清洗元件

140 转轴

141 刷片

142 风扇叶片

143 过滤网

144 风扇支架

145 排水口

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的减少发动机尾气排放颗粒物的系统，其中，相同的部件由相同的附图标记进行标示。

如先前所述，颗粒物的生成主要是由于燃料燃烧不完全所致。本实用新型旨在对发动机燃烧后排放气体中的颗粒物进行处理，以达到减少颗粒排放量、优化尾气质量的效果。

本实用新型针对颗粒物产生的各种条件有针对性地处理颗粒物，具体地说，通过增加水温传感器来判断气缸壁的温度，并且通过增加转速传感器来判定发动机转速的变化，从而及时地使系统进入工作状态，以达到减少颗粒物排放的目的。

请参见图1，其中示出了本实用新型的减少发动机尾气排放颗粒物的系统的各个部件。

如图所示，减少发动机尾气排放颗粒物的系统不仅包括传统上对尾气进行过滤的颗粒物处理装置，而且还包括设置在发动机内的水温传感器1、转速传感器2，以及设置在发动机排气道内的电磁阀4。水温传感器1设置在发动机的气缸壁上或附近，用来检测发动机气缸壁的温度。转速传感器2设置在发动机的曲轴上，用来检测发动机的转速。

ECU在接收到水温传感器1和转速传感器2检测到的数据之后，判断燃烧是否充分，并进一步确定尾气中是否有颗粒物生成。如果确定尾气中没有颗粒物生成的话，ECU使电磁阀4保持打开，则尾气通过发动机的排气道排出发动机。如果确定尾气中有颗粒物生成的话，ECU使电磁阀4保持闭合，则发动机的排气道暂时封闭，尾气将被迫通过安装在尾气歧管处的颗粒物处理装置并过滤其中的颗粒物。

请继续参见图1，颗粒物处理装置沿尾气进入方向(即，流经尾气歧管) 依次设置有加热元件5、水雾喷射装置和颗粒过滤装置9。当然，对于本领域的普通技术人员易于理解的是，加热元件5、水雾喷射装置和颗粒过滤装置9 并不是颗粒物处理装置的必备部件。事实上，也可以根据实际情况配备其中的一个或多个。这样的变型都应当被视为落在本实用新型的保护范围之内。

加热元件5用于将尾气中可燃的颗粒物分解掉。在本领域中，可燃的颗粒物包括硫酸盐化合物、碳烟等。

水雾喷射装置能够将水雾喷射进尾气中，并且与尾气中的颗粒物相混合。当水雾附着在颗粒物上时，颗粒物的体积会增大。这样，颗粒过滤装置9能够更好地对尾气中的颗粒物进行过滤。

在一个较佳实施例中，加热元件5可以是电热丝。但是，对于本领域普通技术人员易于理解的是，也可以采用其它适当的加热元件来代替电热丝，只要其能够起到分解尾气中可燃的颗粒物的作用即可。

水雾喷射装置较佳地由水雾喷射器6、储水箱8和设置于储水箱8内的第一水位传感器7构成。当水雾喷射装置工作时，水雾喷射器6将储存在储水箱 8中的水抽吸出储水箱8，并将水雾化成水雾之后喷射入通过水雾喷射装置的尾气中。第一水位传感器7检测储水箱8内的水位。一旦第一水位传感器7检测到储水箱8内的水位低于规定下限，则使水雾喷射装置停止作业并向操作人员发送储水箱8需要加水的信息。

关于水雾喷射器6的喷射量，由于水蒸气的密度在一个标准气压下为0.6 千克/米³，为了使水雾与尾气中的颗粒物能够完全混合，将水雾和颗粒的比例设定为1：1。因此，发动机的尾气排量主要取决于不同于工况，最直接的反映参数就是转速。为此，ECU能够通过水温和转速变化量简单地判断排气中是否含有颗粒，并通过ECU反馈转速来控制喷水量。

图2示出了系统中的颗粒过滤装置的各个部件，需要注意的是，图中的黑色箭头代表尾气流入的方向。

如图所示，颗粒过滤装置9较佳地呈双套筒形式。更具体地说，颗粒过滤装置9由内筒部和外筒部构成。内筒部与由允许尾气通过的过滤材料(即，图 3中的过滤网143)制成。这样，当尾气通过内筒部时，由于附着了水雾的颗粒物体积增大，其会被过滤材料的网孔捕获，因而对尾气进行了有效过滤。

外筒部由不透水的材料(例如，塑料、树脂等)制成。在外筒部的底部设置有检测积聚在外筒部内部的液体液位的第二水位传感器11、泄水阀12和颗粒物吸附元件13。在一个较佳示例中，颗粒物吸附元件13为活性炭，其能够吸附落入到外筒部的颗粒物。

当ECU接收到第二水位传感器11检测到的液位数据之后，可以在液位数据达到规定上限的情况下打开泄水阀12，将积聚在外筒部内部的液体排出外筒部。在另一个较佳示例中，泄水阀12可通过管道与储水箱8连通，以将积聚在外筒部内部的液体排放到储水箱8中。

在又一个较佳示例中，外筒部通过焊接方式与内筒部固定在一起。当然，本领域的普通技术人员也可以采用其它适当的方式固定内筒部和外筒部。

内筒部和外筒部分别安装有压力传感器，当ECU发现内筒部的压力传感器与外筒部的压力传感器所检测到的压力数值存在差值时，表明构成内筒部的过滤材料的网孔已经基本上被堵塞。此时，ECU将启动自动清洗元件14对内筒部进行自动清洗。

下面将结合图3和4描述颗粒物处理装置的自动清洗元件14的构造。

事实上，图2中所示的内筒部即构成为自动清洗元件14的主体。因此，自动清洗元件14即由过滤网143(即，先前提及的允许尾气通过的过滤材料) 制成。如图3所示，过滤网143大体呈筒状，并且包括封闭尾气所穿过的入口和出口的过滤盖(图中未示出)，以确保尾气在内筒部中被有效地过滤。

如图4所示，自动清洗元件14包括设置在自动清洗元件14中心(即，图 3中风扇支架144的中心)的转轴140，转轴140的一端安装有类似螺旋桨的风扇叶片142。这样，风扇叶片142可以利用发动机尾气所携带的动能在自动清洗元件14被启动之时使转轴140转动。

刷片141从转轴140沿径向向外突伸，其突伸的长度基本上等于过滤网 143的半径。因此，当转轴140带动刷片141转动时，刷片141的最外边缘与过滤网143保持接触，因此能够将堵塞在过滤网143内中的颗粒物从过滤网143 中清洗出来。随着堵塞在过滤网143内中的颗粒物被逐渐清除，内筒部的压力传感器与外筒部的压力传感器所检测到的压力数值也将逐渐趋于相同。

刷片141上可开设有若干条槽缝，从而不影响刷片141强度的前提下尽可能降低刷片141的重量。

请返回图3，转轴140通过风扇支架144安装在自动清洗元件14的中心。具体而言，自动清洗元件14配备有至少两个风扇支架144，它们分别固定住转轴140的至少两端。风扇支架144较佳地由三根彼此成120°的条杆组成，并且在中心部与金属环部相连接。这样，转轴140可以能转动的方式安装在风扇支架144中。

在一个较佳示例中，过滤网143上还可以开设有排水用的排水口145。因此，当排水口145打开时，残留在被捕获的颗粒物中的水分可以通过该排水口 145排入外筒部，并且经由外筒部的泄水阀12流入储水箱8中。

下面将结合图5和图6分别介绍自动清洗元件和减少发动机尾气排放颗粒物的系统的工作流程图。

首先参见图5，自动清洗元件的工作流程如下：

使发动机工作。然后，利用内筒部的压力传感器与外筒部的压力传感器所检测到的压力数值进行压差判断。当压差达到规定数值(例如，该规定数值为5KPa)时，则认定存在压差。此时，使自动清洗元件14工作。在自动清洗元件14工作期间，随时进行压差判断。当压差低于上述规定数值时，使自动清洗元件14停止工作。

接着参见图6，减少发动机尾气排放颗粒物的系统的工作流程如下：

使发动机启动。然后，利用水温传感器1和转速传感器2检测到的数据判断尾气中是否有颗粒物生成。如果判断没有颗粒物生成，则正常排放尾气。如果判断有颗粒物生成，ECU控制电磁阀4闭合，则尾气将通过颗粒物处理装置接受过滤。随着尾气流经尾气歧管，其中的可燃颗粒物首先被加热元件(如电热丝)分解。ECU根据进气量控制水雾的喷射量，使水雾与尾气中的颗粒物能够完全混合。体积增大后的颗粒物经过颗粒过滤装置。利用内筒部的压力传感器与外筒部的压力传感器所检测到的压力数值进行压差判断，并且在存在压差的情况下启动自动清洗元件14，以确保尾气被颗粒过滤装置有效过滤。过滤后的尾气被排放入大气。

虽然以上结合了若干实施例对本实用新型的减少发动机尾气排放颗粒物的系统及自动清洗元件的结构和工作流程进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本实用新型的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本实用新型进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本实用新型的权利要求书所要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种减少发动机尾气排放颗粒物的系统，所述系统包括对尾气进行过滤的颗粒物处理装置，其特征在于，所述系统还包括：

水温传感器(1)，所述水温传感器(1)检测发动机的气缸壁的温度；

转速传感器(2)，所述转速传感器(2)检测发动机的转速；以及

电磁阀(4)，所述电磁阀(4)根据所述水温传感器(1)和所述转速传感器(2)检测到的数据打开或闭合，以控制尾气进入所述颗粒物处理装置。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述颗粒物处理装置沿尾气进入方向依次设置有加热元件(5)、水雾喷射装置(6、7、8)和颗粒过滤装置(9)中的至少一个。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水雾喷射装置(6、7、8)由水雾喷射器(6)、储水箱(8)和设置于所述储水箱(8)内的第一水位传感器(7)构成。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述颗粒过滤装置(9)由内筒部和外筒部构成，所述内筒部和所述外筒部分别安装有压力传感器，所述内筒部构成为自动清洗元件(14)，并且允许尾气从其中穿过并进行过滤。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述自动清洗元件(14)由筒状过滤网(143)制成，并且包括设置在所述自动清洗元件(14)中心的转轴(140)，所述转轴(140)的一端安装有风扇叶片(142)，刷片(141)从所述转轴(140)沿径向向外突伸，其突伸的长度基本上等于所述过滤网(143)的半径。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述转轴(140)通过风扇支架(144)安装在所述自动清洗元件(14)的中心。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述过滤网(143)上开设有排水用的排水口(145)。

8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述外筒部设有检测外筒部内水位的第二水位传感器(11)、泄水阀(12)和颗粒物吸附元件(13)。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述颗粒物吸附元件(13)为活性炭。

10.一种用在如权利要求1所述的减少发动机尾气排放颗粒物的系统中的自清洗过滤器，其特征在于，所述自清洗过滤器由筒状过滤网(143)制成，并且包括设置在所述自清洗过滤器中心的转轴(140)，所述转轴(140)的一端安装有风扇叶片(142)，刷片(141)从所述转轴(140)沿径向向外突伸，其突伸的长度基本上等于所述过滤网(143)的半径。