CN106368782A - 一种串联式冷起动hc排放主动吸附脱附装置及控制策略 - Google Patents

一种串联式冷起动hc排放主动吸附脱附装置及控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种串联式冷起动HC排放主动吸附脱附装置及控制策略。空气过滤装置、进气管、发动机，空气过滤装置通过进气管与发动机串联连接；第一三元催化器、排气管、吸附装置、吸附材料、第二三元催化器，第一三元催化器、吸附装置、第二三元催化器通过排气管与发动机串联连接，吸附材料放置于吸附装置内；吸附材料表面的每个独立微孔具有2个与外界相连的通道，通道的开闭由排气温度决定。所述装置实现了发动机冷起动HC排放的主动吸附脱附，有效降低发动机冷起动阶段排放。该装置不需要如并联式吸附装置那样额外的管路和阀门；节省汽车底盘空间。该装置解决了老式串联式冷起动排放吸附装置中污染物由于高温尾气吹拂而提前脱附的问题。

Description

一种串联式冷起动HC排放主动吸附脱附装置及控制策略
技术领域
本发明提供一种串联式冷起动HC排放主动吸附脱附装置及控制策略，属于内燃机领域。
背景技术
由于发动机冷起动阶段三元催化器不能达到工作温度，发动机冷起动阶段HC排放不能得到有效的转化，加之控制单元ECU需要加大燃料喷射量以保证发动机顺利起动，大量未燃的燃料以HC的形式排放到大气之中。据有关测试结果表明，在NEDC循环工况测试中，90％的HC排放产生于发动机冷起动阶段。因此，降低发动机冷起动阶段污染气体排放已经成为内燃机继续发展亟待解决的重要问题之一。吸附技术因其低温高压吸附，高温低压解附的特点，是解决发动机冷起动阶段HC排放的一种有效手段。根据相关台架测试结果，在环境温度为20℃的条件下，发动机冷起动阶段HC排放的75％以上能够被吸附于放置了吸附材料的吸附装置之中。
目前，常用的吸附***根据其与排气管的安装方式可分为并联式吸附***和串联式吸附***两大类，在并联式吸附***之中，吸附装置与发动机排气管并联连接，根据发动机不同的运行状态确定排气通过管路。当发动机处于冷起动阶段，控制单元通过阀门的开闭使发动机排气通过吸附装置，当发动机冷起动状态结束后，控制单元通过阀门的开闭使发动机排气通过原来的排气管正常排出。然而，这种吸附装置一般较难实现吸附材料的脱附再生。另外，并联式吸附***往往需要较多的阀门以控制发动机排气通过不同的管路，而且相比于常规的发动机排气***，并联式的连接方式增加了一条额外的排气通道，这会占用额外的汽车底盘空间，不利于吸附装置在汽车上的大规模应用。在串联式吸附***之中，吸附装置与发动机排气管串联连接，安置于第一、二三元催化器之间。当发动机处于冷起动阶段，排气中的HC排放吸附于吸附装置之中，当第二三元催化器达到工作温度后，吸附于吸附装置中的HC排放在高温尾气的作用下脱附至第二三元催化器之中反应，然而，由于HC排放的脱附温度通常低于第二三元催化器工作温度，这导致了相当一部分HC排放在第二三元催化器到达工作温度之前就提前脱附，从而大大降低了吸附效果。
因此，设计一种既可以有效降低发动机冷起动阶段HC排放，又可以实现吸附材料的脱附再生，并且避免吸附的HC出现提前脱附的问题，同时简化吸附***结构，节省汽车底盘空间的吸附装置显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的是为解决汽车发动机冷起动高排放的问题，提供一种串联式冷起动HC排放主动吸附脱附装置及控制策略，利用该***不仅可以有效降低汽车发动机冷起动阶段的HC排放，实现吸附材料的主动脱附再生，并且避免了以往串联式吸附***中HC提前解附的问题。本发明不需要额外的管路和阀门***，节省了汽车底盘空间。
本发明采用如下技术方案：
一种串联式发动机冷起动HC排放主动吸附脱附装置，其包括空气过滤装置1、进气管2、发动机3，第一三元催化器4、排气管5、吸附装置6、吸附材料7、第二三元催化器8，空气过滤装置通过进气管与发动机串联连接；第一三元催化器、吸附装置、第二三元催化器通过排气管与发动机串联连接，吸附材料放置于吸附装置内；所述吸附材料上具有若干独立的微孔结构11，表面的每个独立微孔具有2个与外界相连的通道，两个与外界相连的通道为Ⅰ通道9和Ⅱ通道10。
利用如上所述串联式冷起动HC排放主动吸附脱附装置，其特征在于：
当排气温度低于A(污染物脱附温度)时，Ⅰ通道9开启，Ⅱ通道10关闭，此时发动机冷起动阶段排气通过吸附装置6，利用吸附装置6中吸附材料7的吸附特性降低发动机冷起动阶段HC排放；当排气温度不小于A且不高于B(第二三元催化器8起燃温度)时，Ⅰ通道9关闭，Ⅱ通道10关闭，此时吸附于吸附材料7上独立微孔结构11中的HC排放由于Ⅰ通道9和Ⅱ通道10的关闭而存储于吸附材料7中的独立微孔结构11中；当排气温度不低于B时，Ⅰ通道9关闭，Ⅱ通道10开启，此时吸附于吸附材料7上独立微孔结构11中的HC排放由于Ⅱ通道10的开启，在高温尾气的作用下逐渐解附至第二三元催化器8中反应掉，吸附材料7完成脱附再生。
Ⅰ通道9和Ⅱ通道10的开闭由排气温度决定。当Ⅰ通道9和Ⅱ通道10不全关闭，则发动机3冷起动阶段HC排放的吸附脱附由外界排气温度决定，即当排气温度低于HC脱附温度，此时HC被吸附，当排气温度高于HC脱附温度，此时HC被脱附；当Ⅰ通道9和Ⅱ通道10全部关闭，则发动机3冷起动阶段HC排放不发生吸附脱附。
在第一三元催化器4和第二三元催化器8之中加入了吸附装置6，放置于吸附装置6中的吸附材料7表面的每个独立微孔结构11有且具有2个与外界相连的通道(Ⅰ通道9和Ⅱ通道10)，通道的开闭由排气温度决定。在不同的排气温度下，通过Ⅰ通道9和Ⅱ通道10的自主开闭，实现在发动机冷起动阶段对HC排放的吸附；实现在发动机冷起动阶段结束后并且在第二三元催化器8达到工作温度之前对于已吸附HC排放的储存；实现在发动机冷起动阶段结束后并且在第二三元催化器8达到工作温度之后对于已吸附HC排放的脱附。
本装置在实现吸附材料对发动机冷起动阶段HC排放的主动吸附脱附的前提下，避免了吸附的HC排放提前解附的问题，从而提高了吸附装置的吸附效果；另外，本装置没有额外的管路和阀门***，节省了空间；不需要加入额外的控制单元，大大简化了***的复杂性。
附图说明
图1本发明的结构和工作原理图
图中：1、空气过滤装置，2、进气管，3、发动机，4、第一三元催化器，5、排气管，6吸附装置，7、吸附材料，8、第二三元催化器
图2本发明独立微孔结构通道示意图
图中：7、吸附材料，9、Ⅰ通道，10、Ⅱ通道，11、独立微孔结构
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：
本发明包括：空气过滤装置1、进气管2、发动机3，空气过滤装置1通过进气管2与发动机3串联连接；第一三元催化器4、排气管5、吸附装置6、吸附材料7、第二三元催化器8，第一三元催化器4、吸附装置6、第二三元催化器8通过排气管5与发动机3串联连接，吸附材料7放置于吸附装置6内；所述吸附材料7表面的每个独立微孔结构11有且具有2个与外界相连的通道(Ⅰ通道9和Ⅱ通道10)，通道的开闭由排气温度决定。
该通道材料可由某相变材料构成，当发生相变时，由于材料形态或体积的变化而使得通道处于打开或关闭的情况。例如设定当通道材料为液态时，通道处于打开状态，反之，则通道处于关闭状态；Ⅰ通道9材料相变温度为A，Ⅱ通道10材料相变温度为B，当排气温度低于A时，Ⅰ通道9材料为液态，Ⅱ通道10材料为固态，通道状态为打开；当排气温度介于A和B之间，Ⅰ通道9材料为固态，Ⅱ通道10材料为固态，通道状态为关闭；当排气温度不小于B，Ⅰ通道9材料为固态，Ⅱ通道10材料为液态，通道状态为打开。
当发动机3起动时，即发动机3处于冷起动阶段，空气通过空气过滤装置1经由进气管2进入发动机3燃烧，发动机3产生的排气经由排气管5进入吸附装置6。由于排气温度低于A(比如HC脱附温度120℃)，吸附材料7每个独立微孔结构11上的Ⅰ通道9开启，Ⅱ通道10关闭，HC排放经由Ⅰ通道9吸附于吸附材料7上的微孔结构11当中。
当发动机3冷起动阶段结束，随着排气温度的逐渐升高，当排气温度不小于A时，吸附材料7每个独立微孔结构11上的Ⅰ通道9关闭，Ⅱ通道10关闭，此时吸附于吸附材料7上的微孔结构11当中的HC排放由于Ⅰ通道9和Ⅱ通道10的关闭而没有发生脱附。
随着排气温度继续升高，当排气温度不小于B(比如第二三元催化器8的工作温度350℃)时，吸附材料7每个独立微孔结构11上的Ⅰ通道9关闭，Ⅱ通道10开启，此时吸附于吸附材料7上的微孔结构11当中的HC排放由于Ⅱ通道10的开启而发生脱附，并且经由排气管5进入第二三元催化器8中反应，吸附材料7再生完毕。
当发动机3停止运转后，由于排气温度逐渐下降，直到不高于A时，此时吸附材料7每个独立微孔结构11上的Ⅰ通道9开启，Ⅱ通道10关闭。由于Ⅰ通道的开启，发动机3下一次冷起动阶段的HC排放可以经由Ⅰ通道吸附于吸附材料7上的独立微孔结构11当中。
图2为吸附材料独立微孔结构中通道的示意图，仅为本发明所涉及吸附材料的一种实施例，并不用以限制本发明所涉及的吸附材料。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种串联式发动机冷起动HC排放主动吸附脱附装置，其包括空气过滤装置(1)、进气管(2)、发动机(3)，第一三元催化器(4)、排气管(5)、吸附装置(6)、吸附材料(7)、第二三元催化器(8)，空气过滤装置通过进气管与发动机串联连接；第一三元催化器、吸附装置、第二三元催化器通过排气管与发动机串联连接，吸附材料放置于吸附装置内；所述吸附材料上具有若干独立的微孔结构(11)，表面的每个独立微孔具有2个与外界相连的通道，两个与外界相连的通道为Ⅰ通道(9)和Ⅱ通道(10)。
2.应用如权利要求1所述装置的控制策略，其特征在于：
当排气温度低于污染物脱附温度A时，Ⅰ通道(9)开启，Ⅱ通道(10)关闭，此时发动机冷起动阶段排气通过吸附装置，利用吸附装置中吸附材料的吸附特性降低发动机冷起动阶段HC排放；当排气温度不低于污染物脱附温度A且不高于第二三元催化器起燃温度B时，Ⅰ通道关闭，Ⅱ通道关闭，此时吸附于吸附材料上独立微孔结构中的HC排放由于Ⅰ通道和Ⅱ通道的关闭而存储于吸附材料中的微孔结构中；当排气温度高于B时，Ⅰ通道关闭，Ⅱ通道开启，此时吸附于吸附材料上独立微孔结构中的HC排放由于Ⅱ通道的开启，在高温尾气的作用下逐渐解附至第二三元催化器中反应掉，吸附材料完成脱附再生。
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