一種汽車冷起動排放吸附裝置的製作方法
2023-06-03 03:34:31
專利名稱：一種汽車冷起動排放吸附裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種汽車冷起動排放吸附裝置，利用該裝置能夠有效吸附內燃機冷起動過程生成HC、CO和NOx。
背景技術：
隨著汽車數量的急劇增加，汽車尾氣排放已成為大城市最大的空氣汙染源，為了減緩空氣品質惡化的趨勢，必須嚴格控制汽車的尾氣排放。就機動車尾氣排放控制標準而言，世界上主要有美國標準、日本標準和歐洲標準，中國的道路和使用條件與歐洲相近，故採用歐洲標準。對於歐2標準，排放限值較低且不計起動後最初40秒的排放，100秒後氧傳感器和三元催化器基本處於正常工作狀態，發動機排放可以得到良好的淨化；對於歐3、歐4標準，排放限值比歐2標準分別低35％和70％且發動機起動後立刻採集排放，此時由於發動機溫度和排氣溫度均較低，氧傳感器和三元催化器不能正常工作，導致測量的排放急劇增加，輕型車駕駛循環測試表明，車用汽油機HC排放的70～90％來自冷起動後的第1個200秒，原因是由於冷起動階段發動機排氣溫度較低，氧傳感器和三元催化器工作不正常。因此，如能採取某種措施控制冷起動時的HC排放，那麼車用汽油機就能滿足歐3、歐4排放法規要求。
目前國內外正在開發的內燃機冷起動控制技術有近裝催化器、催化器燃油加熱、催化器電加熱和氟石吸附技術。近裝催化器無法轉化冷起動後第1個60秒內的HC，因為在此期間發動機排溫尚未達到催化器的起活溫度，因此它只能轉化冷起動60秒以後的HC。燃油加熱催化器，則需一個燃燒器，會產生額外排放。電加熱催化器，相對燃油加熱催化器，結構簡單，但要使催化劑溫度在短時間內升至300℃以上要消耗蓄電池大量電能，造成蓄電池壽命下降或需增加一塊冷起動電池。氟石吸附器可吸附冷起動後60秒內的HC，吸附的HC在排氣溫度升高到一定值時解附，解附後的HC被催化轉化器轉換成二氧化碳和水。氟石吸附器串聯在排氣管上，形成持久背壓，增加發動機油耗，且氟石吸附量有限，無法吸附大部分發動機冷起動的HC。
實用新型內容本實用新型的目的是為了克服現有的發動機冷起動時排放控制裝置的上述缺陷，提供了一種汽車冷起動排放吸附裝置，利用該裝置可有效降低發動機冷氣動時的廢氣排放量。
為了實現達到上述目的，本實用新型採用了如下技術方案。本裝置主要包括有電控單元1、發動機3、排氣管2、進氣管4，其中，進氣管4、排氣管2與發動機相連，在進氣管4上沿進氣方向依次設置有空濾器6、節氣門5，在排氣管2上沿排氣方向依次設置有第四閥門12、三元催化器13，控制單元12與第四閥門12相連並控制第四閥門12的開啟，控制單元12還接受發動機轉速信號15、發動機冷卻液溫度信號16；其特徵在於還包括有旁路管17、第一閥門9、第二閥門10、第三閥門11，吸附器8，旁路管17並聯在發動機3的排氣管2上並與排氣管2連通，旁路管17與排氣管2連通處分別位於第四閥門12的兩側，在旁路管17上分別設置有第二閥門10、第三閥門11與排氣管2連接，在旁路管17上、位於第二閥門10、第三閥門11之間設置有活性炭吸附器8，活性炭吸附器8通過第一閥門9與進氣管4連通；電控單元1分別與第一閥門9、第二閥門10、第三閥門11相連能夠控制其開啟和關閉。
所述的活性炭吸附器8的結構為，用薄鋼板焊接製成的吸附器殼體19將活性炭塊封裝。
本實用新型的工作過程發動機冷起動時，電控單元1根據獲得的發動機水溫16和轉速15信號，確定吸附器9的工作狀態，3階段控制過程如下1)當發動機冷卻水溫度小於40℃時，電控單元1關閉第一閥門9和第四閥門12，同時打開第二閥門10和第三閥門11，電控單元1內的計時器開始計時。此時，發動機冷起動排氣通過電磁閥11進入吸附器8，大部分被吸附後，餘下的尾氣經第二閥門10通過三元催化器13排入大氣。
2)電控單元1根據發動機冷卻水溫設定計時器的計時時間，當發動機冷卻水溫度低於20℃時，設定計時器的計時時間為400s；當發動機冷卻水溫冷卻水溫度在20～40℃之間時，設定計時時間為300s；當發動機冷卻水溫度大於40℃時，設定計時時間為200s。
3)當電控單元1內的計時器記錄的時間達到設定值時，電控單元1關閉第一閥門9、第二閥門10和第三閥門11，同時打開第四閥門12。此時，發動機尾氣經過第四閥門12和三元催化器13排入大氣。
4)當發動機冷卻水溫度大於85℃且發動機轉速大於1500rpm、車輛穩態工況運行時，電控單元1打開第一閥門9，利用節氣門5後產生的真空度，使吸附在吸附器8上的HC等物質解附後進入進氣管4，進而進入發動機3的氣缸內燒掉。
本實用新型的工作原理該裝置並聯在汽車燃機排氣管上，活性炭塊用薄鋼板包覆，一個電控單元通過獲取的發動水溫和轉速信號，基於相應的控制策略，通過打開或關閉若干電磁閥，確定吸附器的工作狀態，通過活性炭來吸附內燃機冷起動過程中產生的排放物。在發動機熱機後，利用發動機進氣管節氣門後的真空度將存貯在活性炭中的排放物解附後，吸入進氣管，進入汽缸燒掉。由於活性炭耐高溫性能差，該裝置與排氣管並聯，冷起動時，排氣通過該裝置，發動機進入暖機狀態後，將該裝置旁路掉。
本實用新型的有益效果是，通過採用電控活性炭尾氣吸附裝置，大大降低車輛的冷起動排放，發動機臺架試驗表明，採用該裝置可降低發動機冷起動HC排放70％以上，CO排放30％以上，NOx排放42％以上。使普通車輛通過簡單的低成本改造達到歐3以上排放標準。
圖1本實用新型的結構和工作原理圖。
圖2活性炭吸附器結構及工作原理圖圖中1、電控單元，2、排氣管，3、發動機，4、進氣管，5、節氣門，6、空濾器，7、新鮮空氣，8、活性炭吸附器，9、第一閥門，10、第二閥門，11、第三閥門，12、第四閥門，13、三元催化器，14、發動機尾氣，15、發動機轉速信號，16、發動機冷卻液溫度，17、活性炭塊，18、活性炭塊軸向定位環，19吸附器殼體。
具體實施方式
下面結合圖1、圖2說明本實施例。
本實施例主要包括有電控單元1、發動機3、排氣管2、進氣管4，其中，進氣管4、排氣管2與發動機相連，在進氣管4上沿進氣方向依次設置有空濾器6、節氣門5，在排氣管2上沿排氣方向依次設置有第四閥門12、三元催化器13，控制單元12與第四閥門12相連並控制第四閥門12的開啟，控制單元12還接受發動機轉速信號15、發動機冷卻液溫度信號16。還包括有旁路管17、第一閥門9、第二閥門10、第三閥門11，活性炭吸附器8，旁路管17並聯在發動機3的排氣管2上，旁路管17與排氣管2連通處分別位於第四閥門12的兩側，在旁路管17上分別設置有第二閥門10、第三閥門11與排氣管2連接，在旁路管17上、位於第二閥門10、第三閥門11之間設置有活性炭吸附器8，活性炭吸附器8通過第一閥門9與進氣管4連通；電控單元1分別與第一閥門9、第二閥門10、第三閥門11相連能夠控制其開啟和關閉。
汽車冷起動時排出大量HC，包含了約100種大小不同的HC分子。排氣中HC約有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％的其他種類。如果起動狀況不好排氣裡還會有大量未燃的汽油分子。這些分子屬中孔吸附的範圍內，需中孔發達的活性炭來吸附這些有機分子，故選擇中孔發達的煤質活性炭，其不但中孔發達，而且孔徑分布廣泛，對大小不一的各種大分子吸附能力都很強。
吸附材料選用煤質活性炭經過特殊定型製成的通氣性好且接觸表面積大的蜂窩狀活性炭塊，如圖2所示，長、寬、高各為10cm，每塊重約300g，蜂窩為1.5mm的正方形空洞，壁厚1mm，可多塊串、並聯使用，以提高吸附淨化效果。活性炭吸附器8結構如圖2所示，若干蜂窩狀活性炭塊17之間用若干軸向定位環18隔開，以免每組的孔隙因對接不準而影響通氣，用薄鋼板焊接製成的吸附器殼體19將活性炭塊封裝。
分別在發動機水溫為20℃、40℃、60℃和85℃的條件下，在內燃機實驗臺架上進行了活性炭吸附內燃機冷起動排放實驗。採用2臺AVL DiGas4000排放分析儀同時測量各個實驗條件下的吸附器入口和出口的HC、CO和NOx排放。吸附器的吸附效率＝(吸附器入口的累積排放-吸附器出口的累積排放)/吸附器入口的累積排放。
在發動機水溫為20℃的條件下，活性炭吸附器的HC吸附效率為87％，CO吸附效率為38％，NOx吸附效率為55％。
在發動機水溫為40℃的條件下，活性炭吸附器的HC吸附效率為70％，CO吸附效率為28％，NOx吸附效率為42％。
在發動機水溫為60℃的條件下，活性炭吸附器的HC吸附效率為80％，CO吸附效率為47％，NOx吸附效率為53％。
在發動機水溫為85℃的條件下，活性炭吸附器的HC吸附效率為78％，CO吸附效率為47％，NOx吸附效率為50％。
上述實例結果表明，採用本實用新型的所提供的裝置可有效降低汽車內燃機的排放，HC的平均吸附率達79％，CO的平均吸附率達40％，NOx的平均吸附率達50％。汽車駕駛循環測試結果表明，整個循環產生的HC排放的80％來自冷起動，採用該裝置可使循環總HC排放降低64％。採用進氣真空度解附技術，可把活性炭上吸附的排放物大部分吸入汽缸燒掉，燃燒損失的能量得到部分回收，有利於提高內燃機的熱效率。
權利要求1.一種汽車冷起動排放吸附裝置，本裝置主要包括有電控單元(1)、發動機(3)、排氣管(2)、進氣管(4)，其中，進氣管(4)、排氣管(2)與發動機相連，在進氣管(4)上沿進氣方向依次設置有空濾器(6)、節氣門(5)，在排氣管(2)上沿排氣方向依次設置有第四閥門(12)、三元催化器(13)，其特徵在於還包括有旁路管(17)、第一閥門(9)、第二閥門(10)、第三閥門(11)，活性炭吸附器(8)，旁路管(17)並聯在發動機(3)的排氣管(2)上，旁路管(17)與排氣管(2)連通處分別位於第四閥門(12)的兩側，在旁路管(17)上分別設置有第二閥門(10)、第三閥門(11)，在旁路管(17)上、位於第二閥門(10)、第三閥門(11)之間設置有活性炭吸附器(8)，活性炭吸附器(8)通過第一閥門(9)與進氣管(4)連通；電控單元(1)分別與第一閥門(9)、第二閥門(10)、第三閥門(11)、第四閥門(12)相連並控制其開啟和關閉，控制單元(1)接受發動機轉速信號(15)、發動機冷卻水溫度信號(16)。
2.根據權利要求1所述的一種汽車冷起動排放吸附裝置，其特徵在於所述的活性炭吸附器(8)的結構為，用薄鋼板焊接製成的吸附器殼體(19)將活性炭塊封裝。
專利摘要本實用新型一種汽車冷起動排放吸附裝置。該裝置並聯在汽車內燃機排氣管(2)上，活性炭塊用薄鋼板包覆組成活性炭吸附器(8)，電控單元(1)通過獲取的發動機冷卻水溫信號(16)和發動機轉速信號(15)，基於相應的控制策略，通過打開或關閉若干電磁閥，確定活性炭吸附器(8)的工作狀態，通過活性炭來吸附內燃機冷起動過程中產生的排放物。在發動機熱機後，利用發動機進氣管節氣門(5)後的真空度將存貯在活性炭中的排放物解附後，吸入進氣管(4)，進入汽缸燒掉。發動機進入暖機狀態後，將該裝置旁路掉。發動機臺架試驗表明，採用該裝置可平均降低發動機冷起動HC排放79％，CO排放40％，NO
文檔編號F01N3/02GK2931804SQ200620023238
公開日2007年8月8日 申請日期2006年7月10日 優先權日2006年7月10日
發明者紀常偉, 何洪 申請人:北京工業大學