CN100383367C

CN100383367C - 一种汽车冷起动排放吸附装置

Info

Publication number: CN100383367C
Application number: CNB2006100896537A
Authority: CN
Inventors: 纪常伟; 何洪
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: CN1908394A

Abstract

本发明涉及一种汽车冷起动排放吸附装置及方法。该装置并联在汽车内燃机排气管(2)上，活性炭块用薄钢板包覆组成活性炭吸附器(8)，电控单元(1)通过获取的发动机冷却水温信号(16)和发动机转速信号(15)，基于相应的控制策略，通过打开或关闭若干电磁阀，确定活性炭吸附器(8)的工作状态，通过活性炭来吸附内燃机冷起动过程中产生的排放物。在发动机热机后，利用发动机进气管节气门(5)后的真空度将存贮在活性炭中的排放物解附后，吸入进气管(4)，进入汽缸烧掉。发动机进入暖机状态后，将该装置旁路掉。发动机台架试验表明，采用该装置可平均降低发动机冷起动HC排放79%，CO排放40%，NO_x排放50%。

Description

一种汽车冷起动排放吸附装置

技术领域

本发明涉及一种汽车冷起动排放吸附装置，属于能源与环保技术领域。

背景技术

随着汽车数量的急剧增加，汽车尾气排放已成为大城市最大的空气污染源，为了减缓空气质量恶化的趋势，必须严格控制汽车的尾气排放。就机动车尾气排放控制标准而言，世界上主要有美国标准、日本标准和欧洲标准，中国的道路和使用条件与欧洲相近，故采用欧洲标准。对于欧2标准，排放限值较低且不计起动后最初40秒的排放，100秒后氧传感器和三元催化器基本处于正常工作状态，发动机排放可以得到良好的净化；对于欧3、欧4标准，排放限值比欧2标准分别低35％和70％且发动机起动后立刻采集排放，此时由于发动机温度和排气温度均较低，氧传感器和三元催化器不能正常工作，导致测量的排放急剧增加，轻型车驾驶循环测试表明，车用汽油机HC排放的70～90％来自冷起动后的第1个200秒，原因是由于冷起动阶段发动机排气温度较低，氧传感器和三元催化器工作不正常。因此，如能采取某种措施控制冷起动时的HC排放，那么车用汽油机就能满足欧3、欧4排放法规要求。

目前国内外正在开发的内燃机冷起动控制技术有：近装催化器、催化器燃油加热、催化器电加热和氟石吸附技术。近装催化器无法转化冷起动后第1个60秒内的HC，因为在此期间发动机排温尚未达到催化器的起活温度，因此它只能转化冷起动60秒以后的HC。燃油加热催化器，则需一个燃烧器，会产生额外排放。电加热催化器，相对燃油加热催化器，结构简单，但要使催化剂温度在短时间内升至300℃以上要消耗蓄电池大量电能，造成蓄电池寿命下降或需增加一块冷起动电池。氟石吸附器可吸附冷起动后60秒内的HC，吸附的HC在排气温度升高到一定值时解附，解附后的HC被催化转化器转换成二氧化碳和水。氟石吸附器串联在排气管上，形成持久背压，增加发动机油耗，且氟石吸附量有限，无法吸附大部分发动机冷起动的HC。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的发动机冷起动时排放控制装置的上述缺陷，提供了一种汽车冷起动排放吸附装置，利用该装置可有效降低发动机冷气动时的废气排放量。

为了实现达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。本装置主要包括有电控单元1、发动机3、排气管2、进气管4，其中，进气管4、排气管2与发动机相连，在进气管4上沿进气方向依次设置有空滤器6、节气门5，在排气管2上沿排气方向依次设置有第四阀门12、三元催化器13，控制单元12与第四阀门12相连并控制第四阀门12的开启，控制单元12还接受发动机转速信号15、发动机冷却液温度信号16；其特征在于：还包括有旁路管17、第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11，吸附器8，旁路管17并联在发动机3的排气管2上并与排气管2连通，旁路管17与排气管2连通处分别位于第四阀门12的两侧，在旁路管17上分别设置有第二阀门10、第三阀门11与排气管2连接，在旁路管17上、位于第二阀门10、第三阀门11之间设置有活性炭吸附器8，活性炭吸附器8通过第一阀门9与进气管4连通；电控单元1分别与第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11相连能够控制其开启和关闭。

所述的活性炭吸附器8的结构为，用薄钢板焊接制成的吸附器壳体19将活性炭块封装。

利用如上所述的汽车冷起动排放吸附装置进行废气吸附，电控单元1是按以下步骤进行控制的：

1)发动机启动，电控单元1接收发动机冷却水温度信号；当电控单元1接收到发动机冷却水温度小于40℃时，电控单元1关闭第一阀门(9)和第四阀门12，同时打开第二阀门10和第三阀门11，电控单元1内的计时器开始计时。

2)电控单元1的计时时间是预先设定并存储于电控单元1中，设定方法为：电控单元1根据发动机冷却水温设定计时器的计时时间，当发动机冷却水温度低于20℃时，设定计时器的计时时间为400s；当发动机冷却水温冷却水温度在20～40℃之间时，设定计时时间为300s；当发动机冷却水温度大于40℃时，设定计时时间为200s。

3)当电控单元1内的计时器记录的时间达到设定值时，电控单元1关闭第一阀门9、第二阀门10和第三阀门11，同时打开第四阀门12。此时，发动机尾气经过第四阀门12和三元催化器13排入大气。

4)当发动机冷却水温度大于85℃且发动机转速大于1500rpm、车辆稳态工况运行时，电控单元1打开第一阀门9，利用节气门5后产生的真空度，使吸附在吸附器8上的HC等物质解附后进入进气管4，进而进入发动机3的气缸内烧掉。

本发明的工作原理：该装置并联在汽车燃机排气管上，活性炭块用薄钢板包覆，一个电控单元通过获取的发动水温和转速信号，基于相应的控制策略，通过打开或关闭若干电磁阀，确定吸附器的工作状态，通过活性炭来吸附内燃机冷起动过程中产生的排放物。在发动机热机后，利用发动机进气管节气门后的真空度将存贮在活性炭中的排放物解附后，吸入进气管，进入汽缸烧掉。由于活性炭耐高温性能差，该装置与排气管并联，冷起动时，排气通过该装置，发动机进入暖机状态后，将该装置旁路掉。

本发明的有益效果是，通过采用电控活性炭尾气吸附装置，大大降低车辆的冷起动排放，发动机台架试验表明，采用该装置可降低发动机冷起动HC排放70％以上，CO排放30％以上，NO_x排放42％以上。使普通车辆通过简单的低成本改造达到欧3以上排放标准。

附图说明

图1本发明的结构和工作原理图。

图2活性炭吸附器结构及工作原理图

图中：1、电控单元，2、排气管，3、发动机，4、进气管，5、节气门，6、空滤器，7、新鲜空气，8、活性炭吸附器，9、第一阀门，10、第二阀门，11、第三阀门，12、第四阀门，13、三元催化器，14、发动机尾气，15、发动机转速信号，16、发动机冷却液温度，17、活性炭块，18、活性炭块轴向定位环，19吸附器壳体。

具体实施方式

下面结合附图1、图2说明本发明的实施例。

本实施例主要包括有电控单元1、发动机3、排气管2、进气管4，其中，进气管4、排气管2与发动机相连，在进气管4上沿进气方向依次设置有空滤器6、节气门5，在排气管2上沿排气方向依次设置有第四阀门12、三元催化器13，控制单元12与第四阀门12相连并控制第四阀门12的开启，控制单元12还接受发动机转速信号15、发动机冷却液温度信号16。还包括有旁路管17、第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11，活性炭吸附器8，旁路管17并联在发动机3的排气管2上，旁路管17与排气管2连通处分别位于第四阀门12的两侧，在旁路管17上分别设置有第二阀门10、第三阀门11与排气管2连接，在旁路管17上、位于第二阀门10、第三阀门11之间设置有活性炭吸附器8，活性炭吸附器8通过第一阀门9与进气管4连通；电控单元1分别与第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11相连能够控制其开启和关闭。

汽车冷起动时排出大量HC，包含了约100种大小不同的HC分子。排气中HC约有10％的甲烷、30％的乙烯和丙烯、30％的戊烷和己烷、20％甲苯和二甲苯和10％的其他种类。如果起动状况不好排气里还会有大量未燃的汽油分子。这些分子属中孔吸附的范围内，需中孔发达的活性炭来吸附这些有机分子，故选择中孔发达的煤质活性炭，其不但中孔发达，而且孔径分布广泛，对大小不一的各种大分子吸附能力都很强。

吸附材料选用煤质活性炭经过特殊定型制成的通气性好且接触表面积大的蜂窝状活性炭块，如图2所示，长、宽、高各为10cm，每块重约300g，蜂窝为1.5mm的正方形空洞，壁厚1mm，可多块串、并联使用，以提高吸附净化效果。

活性炭吸附器8结构如图2所示，若干活蜂窝状性炭块17之间用若干轴向定位环18隔开，以免每组的孔隙因对接不准而影响通气，用薄钢板焊接制成的吸附器壳体19将活性炭块封装。

利用上面所述的汽车冷起动排放吸附装置进行废气吸附，控制单元1是按如下步骤控制各阀门的：

本实施例中分别在发动机水温为20℃、40℃、60℃和85℃的条件下，在内燃机实验台架上进行了活性炭吸附内燃机冷起动排放实验。采用2台AVLDiGas 4000排放分析仪同时测量各个实验条件下的吸附器入口和出口的HC、CO和NO_x排放。活性炭吸附器的吸附效率＝(吸附器入口的累积排放-吸附器出口的累积排放)/吸附器入口的累积排放。

在发动机水温为20℃的条件下，测得活性炭吸附器的HC吸附效率为87％，CO吸附效率为38％，NO_x吸附效率为55％。

在发动机水温为40℃的条件下，活性炭吸附器的HC吸附效率为70％，CO吸附效率为28％，NO_x吸附效率为42％。

在发动机水温为60℃的条件下，活性炭吸附器的HC吸附效率为80％，CO吸附效率为47％，NO_x吸附效率为53％。

在发动机水温为85℃的条件下，活性炭吸附器的HC吸附效率为78％，CO吸附效率为47％，NO_x吸附效率为50％。

上述实例结果表明，采用本发明的所提供的装置可有效降低汽车内燃机的排放，HC的平均吸附率达79％，CO的平均吸附率达40％，NO_x的平均吸附率达50％。汽车驾驶循环测试结果表明，整个循环产生的HC排放的80％来自冷起动，采用该装置可使循环总HC排放降低64％。采用进气真空度解附技术，可把活性炭上吸附的排放物大部分吸入汽缸烧掉，燃烧损失的能量得到部分回收，有利于提高内燃机的热效率。

Claims

1.一种汽车冷起动排放吸附装置，本装置主要包括有电控单元(1)、发动机(3)、排气管(2)、进气管(4)，其中，进气管(4)、排气管(2)与发动机相连，在进气管(4)上沿进气方向依次设置有空滤器(6)、节气门(5)，在排气管(2)上沿排气方向依次设置有第四阀门(12)、三元催化器(13)，其特征在于：还包括有旁路管(17)、第一阀门(9)、第二阀门(10)、第三阀门(11)、活性炭吸附器(8)，旁路管(17)并联在发动机(3)的排气管(2)上，旁路管(17)与排气管(2)连通处分别位于第四阀门(12)的两侧，在旁路管(17)上分别设置有第二阀门(10)、第三阀门(11)，在旁路管(17)上、位于第二阀门(10)、第三阀门(11)之间设置有活性炭吸附器(8)，活性炭吸附器(8)通过第一阀门(9)与进气管(4)连通；电控单元(1)分别与第一阀门(9)、第二阀门(10)、第三阀门(11)、第四阀门(12)相连并控制其开启和关闭，电控单元(1)接受发动机转速信号(15)、发动机冷却水温度信号(16)；

该装置按以下步骤进行控制：

1)发动机启动，电控单元(1)接收发动机冷却水温度信号；当电控单元(1)接收到发动机冷却水温度小于40℃时，电控单元(1)关闭第一阀门(9)和第四阀门(12)，同时打开第二阀门(10)和第三阀门(11)，电控单元(1)内的计时器开始计时；

2)电控单元(1)内的计时时间预先设定并存储在电控单元(1)内，设定方法为：电控单元(1)根据发动机冷却水温设定计时器的计时时间，当发动机冷却水温度低于20℃时，设定计时器的计时时间为400s；当发动机冷却水温度在20～40℃之间时，设定计时器的计时时间为300s；

3)当电控单元(1)内的计时器记录的时间达到设定值时，电控单元(1)关闭第一阀门(9)、第二阀门(10)和第三阀门(11)，同时打开第四阀门(12)；

4)当发动机冷却水温度大于85℃且发动机转速大于1500rpm时，电控单元(1)打开第一阀门(9)。

2.根据权利要求1所述的一种汽车冷起动排放吸附装置，其特征在于：所述的活性炭吸附器(8)的结构为，用薄钢板焊接制成的吸附器壳体(19)将活性炭块封装，吸附器选用煤质活性炭经过特殊定型制成的通气性好且接触表面积大的蜂窝状活性炭块，多块串、并联使用，以提高吸附净化效果。