CN104405482B - 排气处理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排气处理***，其通过压气机和喷射器将空气引入到排气管，然后与排气管中的废气混合后再流向催化转化器。通过本发明的排气处理***可以对排气管路中废气的温度和过量空气系数进行调节，以满足催化转化器最佳的化学反应条件；同时，在发动机启动时，高浓度的燃料生成大量的HC和CO，在催化转化器中与引入的空气混合燃烧，加热催化转化器，使其温度快速升高，缩短催化转化器起燃时间，提前工作时间，减少了因发动机启动所造成的有害物排放增加的问题。

Description

排气处理***

技术领域

本发明属于车辆排气***，特别是一种排气处理***。

背景技术

以内燃机为动力的汽车已经发展了100多年，对人类社会的发展和进步产生了巨大地影响。同时，由于汽车尾气的排放，也使人类的生存环境遭到了严重的破坏，能否解决内燃机的尾气污染已成为该产业生存与否的先决条件。

汽油发动机在混合燃烧时，产生一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，氧气和氮气在高温下生成氮氧化物(NOx)。此外，燃油不可能全部燃烧，因此排放物中还包括碳氢化合物(HC)。CO、NOx和HC是主要的污染物，会对人体和环境造成严重危害。过量空气系数对以上污染物的生成影响较大，过浓和过稀都将使燃烧恶化，致使其含量升高。通常，汽油发动机的最佳过量空气系数为1，但为了满足某些特殊的运行工况，如怠速、冷启动以及最大功率输出，实际的过量空气系数会在1左右浮动，如到达0.8或者更低。

为了处理和净化汽油机排放的有害气体，在发动机的排气处理***中引入了催化转化器。在催化转化器内，排放物通过一系列的的转化，最终完成HC、CO、NOx被还原为CO₂、N₂和水蒸汽等无害气体的化学过程。常温下催化转化器不具备催化能力，其催化剂必须加热到一定温度才具有氧化或还原的能力，通常催化转化器的起燃温度在250—350℃，正常工作温度一般在350—700℃。催化转化器工作时会因氧化反应而释放热量，促使其温度进一步升高，当温度超过850—1000℃时，其内涂层的催化剂很可能会脱落，载体碎裂。催化转化器的反应条件不仅受温度的影响，而且受废气中的过量空气系数的影响。过浓或过稀都会影响反应过程，致使催化效率降低。

催化转化器在发动机刚启动时，其温度为常温水平，低于起燃温度250—350℃，催化转化器则尚未开始工作，随着发动机工作时间的增长，催化转化器的温度也逐渐升高，当达到其起燃温度的时候，催化反应才开始。在发动机启动后到催化转化器开始工作的这段时间内，燃烧产物未经处理就直接排放到了大气，有害气体也一同流出，对环境造成了危害。由于现有技术未对催化转化器进行任何的辅助加热，从而使得其起燃时间较长，造成发动机启动阶段有害气体的排放量大。

在发动机怠速时，由于发动机运行特性的要求，低过量空气系数使催化转化器的效率降低，最终导致整机的排放水平变差。

当燃烧室中的温度升高时，发动机排气***的废气温度自然会相应的升高，当该温度超过催化转化器的最佳反应温度时，必须对燃烧温度进行控制，以实现其正常工作的条件，保证合理的反应效率和维持催化器的使用寿命。现代主流汽油发动机采用的是预混合燃烧模式，合理的过量空气系数在0.8～1.2范围，可燃混合气体浓度范围较小，难以稀燃。当燃烧温度过高时，很难通过提高过量空气系数来达到有效降低反应温度。通常采用降低燃烧温度的方法是降低过量空气系数，这意味着可燃混合气中的燃料的质量分数增加，浓度升高，采用高浓度的燃料恶化燃烧反应，降低燃烧效率，最终使燃烧温度降低。然而，达到燃烧温度降低的目的是以增加燃料消耗率为代价的，对发动机的经济性指标产生负面影响，同时，高浓度的可燃混合气燃烧后，使燃烧产物中的有害物浓度增加，当废气流经催化转化器时，使其负荷增加，废气流动速度较大，存在转化不完全的情况。于是，在现有技术条件下，温度的控制策略存在顾此失彼的困境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种将外界空气经增压后引入到排气管、缩短催化转化器起燃时间、确保催化转化器维持最佳反应效率的排气处理***。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种排气处理***，包括：

通过管路相连的压气机和喷射器；

排气管，其设置在所述喷射器上；

控制器，其与所述压气机电连接。

优选地，所述压气机和所述喷射器之间的管路上设置有稳压腔。

优选地，所述压气机和所述稳压腔之间的管路上设置有第一阀门，该第一阀门与所述控制器电连接。

优选地，所述稳压腔和所述喷射器之间的管路上设置有第二阀门，该第二阀门与所述控制器电连接。

优选地，所述稳压腔内设置有与所述控制器电连接的第一压力传感器。

优选地，所述压气机和所述喷射器之间的管路上设置有第一阀门，该第一阀门与所述控制器电连接。

优选地，排气处理***，还包括：

进风扩压管，其后端与所述压气机相连。

优选地，所述进风扩压管的前端截面小于后端截面。

优选地，所述排气管内设置有与所述控制器电连接的传感器，该传感器包括温度传感器、第二压力传感器和含氧量传感器。

本发明排气处理***通过压气机和喷射器将空气引入到排气管，然后废气再流向催化转化器。通过本发明的排气处理***可以对排气管路中废气的温度和过量空气系数进行调节，以满足催化转化器最佳的化学反应条件；同时，在发动机启动时，高浓度的燃料生成大量的HC和CO，在催化转化器中与引入的空气混合燃烧，加热催化转化器，使其温度快速升高，缩短催化转化器起燃时间，提前工作时间，减少了因发动机启动所造成的有害物排放增加的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的排气处理***的连接图。

图1中附图标记为：1进风扩压管、2压气机、3第一阀门、4稳压腔、5第二阀门、6发动机、7排气管、8喷射器、9催化转化器、11控制器、12第一控制线路、13第三控制线路、14第二控制线路、18第二检测线路、19第一检测线路、21第一压力传感器、22传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例一：

如图1所示，一种排气处理***，包括：压气机2、喷射器8、排气管7和控制器11。其中压气机2和喷射器8通过管路相连，排气管7安装在喷射器8上，控制器11通过第一控制线路12与压气机2电连接。压气机2为电驱动压气机，控制器11可选择PLC、单片机或其它逻辑控制器或控制电路。

使用时，排气管7分别通过管路与发动机6和催化转化器9相连，压气机2将环境中的空气压缩推进到喷射器8，喷射器8将增压后的空气喷入排气管7，这一空气与发动机6排出的尾气在排气管7混合后流向催化转化器9进行氧化还原处理。压气机2的转速在一定范围内可变，以实现对压比的调节，控制器11对压气机2进行调控，调节压气机2压缩推进的空气流量。

优选地，压气机2通过管路与进风扩压管1的后端相连，进风扩压管1安装在整车前部，与外界环境相通。在汽车行驶时，环境中的空气以一定速度从进风扩压管1的前端流入，优选进风扩压管1的前端截面小于后端截面，空气流在其中膨胀，压力升高，速度降低。对空气流降速升压的目的主要是为了和本***中的压气机2匹配，使流入到压气机2中的空气流速不致过大,压气机的工作转速可以相对较低。压气机2对空气流再一进步增压后将空气推进到喷射器8。

进一步优选地，排气管7内设置有通过第一检测线路19与控制器11电连接的传感器22，该传感器22包括温度传感器、第二压力传感器和含氧量传感器。传感器22将废气的状态参数经第一检测线路19反馈至控制器11中，控制器11依据废气参数，计算排气管7中所需要的空气流量，再依据该流量大小调节压气机2，最终获得***要求的空气流量。

和以上工作过程类似，当废气中的空燃比异常时或者在发动机刚启动时，可以将新鲜空气添加到废气中。在发动机6中生成的废气到达排气管7，传感器22将废气的氧气浓度经第一检测线路19反馈至控制器11，控制器11依据该浓度大小，计算排气管7中所需要的空气流量。该股气流由压气机2向喷射器8流动，流量的大小受压气机2的转速影响。

实施例二

一种排气处理***，在实施例一的基础之上加以改进，不再将压气机2和喷射器8直连，而是在压气机2和喷射器8之间加装第一阀门3，第一阀门3通过管路与压气机2和喷射器8相连，该第一阀门3还通过控制线路与控制器11电连接，其它结构与实施例一相同。这一设计的优势在于，控制器11可通过直接调控第一阀门3的开度来调节空气的流量。第一阀门3对于整个***而言，增加了一个可控点，从而提升了排气处理***的可控性和稳定性。

实施例三

如图1所示，一种排气处理***，在实施例一的基础之上加以改进，不再将压气机2和喷射器8直连，而是在压气机2和喷射器8之间加装稳压腔4，稳压腔4通过管路分别与压气机2和喷射器8相连，其它结构与实施例一相同。稳压腔4的作用在于汇集气流，稳定***压力。优选地，稳压腔4内设置有第一压力传感器21，该第一压力传感器21通过第二检测线路18与控制器11电连接。稳压腔4内的压力值通过第一压力传感器21获取并反馈给控制器11，控制器11根据稳压腔4的压力值与标准值对比，依据对比结果输出控制信号，经控制线路12传输到压气机2，改变压气机2的工作转速，最终使稳压腔4中的压力保持恒定。

实施例四

如图1所示，一种排气处理***，在实施例三的基础之上加以改进，不再将压气机2和稳压腔4直连，而是在压气机2和稳压腔4之间加装第一阀门3，第一阀门3通过管路分别与压气机2和稳压腔4相连，该第一阀门3还通过第三控制线路13与控制器11电连接，其它结构与实施例三相同。这一设计的优势在于，控制器11可通过直接调控第一阀门3的开度来调节空气的流量。第一阀门3对于整个***而言，增加了一个可控点，从而提升了排气处理***的可控性和稳定性。

实施例五

如图1所示，一种排气处理***，在实施例三的基础之上加以改进，不再将稳压腔4和喷射器8直连，而是在稳压腔4和喷射器8之间加装第二阀门5，第二阀门5通过管路分别与稳压腔4和喷射器8相连，该第二阀门5还通过第二控制线路14与控制器11电连接，其它结构与实施例三相同。这一设计的优势在于，控制器11可通过直接调控第二阀门5的开度来调节空气的流量。第二阀门5对于整个***而言，增加了一个可控点，从而提升了排气处理***的可控性和稳定性。

实施例六

如图1所示，一种排气处理***，在实施例五的基础之上加以改进，不再将稳压腔4和压气机2直连，而是在稳压腔4和压气机2之间加装第一阀门3，第一阀门3通过管路分别与稳压腔4和压气机2相连，该第一阀门3还通过第三控制线路13与控制器11电连接，其它结构与实施例四相同。控制器11通过控制压气机2、第二阀门5和第一阀门3来调节空气流量，进一步提升了排气处理***的可控性和稳定性。

在上述各个实施例中，空气由汽车前端流入，气源为外界环境，与发动机进气***相互独立。

排气处理***通过压气机2和喷射器8将空气引入到排气管，然后废气再流向催化转化器9。发动机在启动时，为了保证启动性能，采用小空燃比，燃料浓度偏高，燃烧不充分，在生成的废气中，HC和CO的浓度大。在催化转化器9前将废气和适量的空气进行混合，使废气中的HC和CO氧化燃烧，利用反应放出的热量加热催化转化器，使其温度快速升高，达到其起燃温度。这样，就使催化转化器9的起燃时间缩短，工作时间提前，解决了因发动机启动所造成的有害物排放增加的问题。在发动机怠速时，新鲜空气可以调节废气中的空燃比系数，使该空燃比与催化转化器的最佳值相吻合，保持催化转化器9的最佳反应效率。即使在正常的发动机工作状态，也可以对废气中的空燃比进行适当的调节。

另外一方面，该排气处理***可以冷却流经催化转化器9的废气气流，控制催化转化器9温度。由于燃料浓度在发动机燃烧的合理范围内，未造成燃烧恶化，反应效率降低，热循环效率变坏等后果。同时，燃料的质量分数增加而不会导致的燃烧产物中有害物浓度升高，也不会增加催化转化器9的工作负荷。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述实施例中，本领域的技术人员可以根据本发明的指导思想轻易提出其它实施方式，这些实施方式都包括在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种排气处理***，其特征在于，包括：

通过管路相连的压气机(2)和喷射器(8)；

排气管(7)，其设置在所述喷射器(8)上；

控制器(11)，其与所述压气机(2)电连接；

所述排气处理***还包括：

进风扩压管(1)，安装在整车前部，与外界环境相通，以便在汽车行驶时，环境中的空气以一定速度从所述进风扩压管(1)的前端流入，其后端与所述压气机(2)相连，所述进风扩压管(1)的前端截面小于后端截面。

2.根据权利要求1所述的排气处理***，其特征在于：所述压气机(2)和所述喷射器(8)之间的管路上设置有稳压腔(4)。

3.根据权利要求2所述的排气处理***，其特征在于：所述压气机(2)和所述稳压腔(4)之间的管路上设置有第一阀门(3)，该第一阀门(3)与所述控制器(11)电连接。

4.根据权利要求3所述的排气处理***，其特征在于：所述稳压腔(4)和所述喷射器(8)之间的管路上设置有第二阀门(5)，该第二阀门(5)与所述控制器(11)电连接。

5.根据权利要求2所述的排气处理***，其特征在于：所述稳压腔(4)和所述喷射器(8)之间的管路上设置有第二阀门(5)，该第二阀门(5)与所述控制器(11)电连接。

6.根据权利要求2所述的排气处理***，其特征在于：所述稳压腔(4)内设置有与所述控制器(11)电连接的第一压力传感器(21)。

7.根据权利要求1所述的排气处理***，其特征在于：所述压气机(2)和所述喷射器(8)之间的管路上设置有第一阀门(3)，该第一阀门(3)与所述控制器(11)电连接。

8.根据权利要求1所述的排气处理***，其特征在于：所述排气管(7)内设置有与所述控制器(11)电连接的传感器(22)，该传感器(22)包括温度传感器、第二压力传感器和含氧量传感器。