一種縮短三效催化轉化器起燃時間的裝置及控制方法與流程
2024-04-08 05:17:05
本發明涉及汽車後處理技術領域，特別涉及一種縮短三效催化轉化器起燃時間的裝置及控制策略。
背景技術：
機內淨化技術通過改善發動機燃燒過程，對降低排氣汙染起到較大作用，但其效果有限，且不同程度地給汽車的動力性和經濟性帶來負面影響。隨著對發動機排放要求越來越嚴格，改善發動機工作過程的難度越來越大，能統籌兼顧動力性、經濟性和排放性能的發動機越來越複雜，成本也急劇上升。因此，世界各地都先後開發了廢氣後處理淨化技術，在不影響或少影響發動機其他性能的同時，在排氣系統中安裝各種淨化裝置。
三效催化轉化器是目前應用最多的汽油機後處理裝置，然而其轉化效率的高低與溫度密切相關，只有達到一定溫度才開始工作，當轉化效率達到50％所需要的時間稱為起燃時間。而在冷啟動時，排氣溫度溫度較低，起燃時間較長，故縮短起燃時間以改善冷起動的淨化性能尤為重要。
技術實現要素：
本發明的目的在於有效縮短起燃時間，改善冷起動時的淨化性能，提供一種縮短三效催化轉化器起燃時間的裝置及控制策略，通過保溫上一次發動機停機前的廢氣溫度，向三效催化轉化器直接通入高溫的壓縮空氣以及廢氣加熱這三種方式同時進行，從而使三效催化轉化器在較短的時間內達到起燃溫度，達到改善汽車冷起動排放的目的。
為了解決上述技術問題，本發明提出的一種縮短三效催化轉化器起燃時間的裝置，包括電能儲存單元、ECU控制單元、渦輪機、壓氣機、中冷器和三效催化轉化器，所述渦輪機與所述三效催化轉化器之間連接有排氣管，所述排氣管的兩端分別設有排氣管進口閥和排氣管出口閥，所述排氣管外設有保溫裝置，所述排氣管上設有溫度傳感器，所述排氣管的出口處設有電熱器，位於所述三效催化轉化器的出口上連接有熱電器；所述壓氣機的進口端與所述渦輪機連接，所述壓氣機出口端與所述中冷器連接；該裝置還設有一進氣旁路管，所述進氣旁路管的一端連接在所述壓氣機與中冷器之間的管路上，所述進氣旁路管的另一端連接在所述三效催化轉化器與排氣管出口閥之間的管路上；所述進氣旁通管上設有單向閥和進氣旁通閥；所述ECU控制單元、電熱器和熱電器均連接至所述電能儲存單元；所述排氣管進口閥、排氣管出口閥、溫度傳感器和進氣旁通閥均連接至所述ECU控制單元。
本發明中，所述保溫裝置包括由內向外依次套在排氣管上的保溫材料、真空層和金屬外體。
利用上述縮短三效催化轉化器起燃時間裝置實現的縮短三效催化轉化器起燃時間的控制方法，包括如下過程：
發動機正常工況時，所述ECU控制單元控制進氣旁通閥關閉、排氣管進口閥、排氣管出口閥和單向閥均開啟，同時，電熱器未加熱；廢氣沿排氣管流向電熱器、三效催化轉化器、熱電器，最終排出大氣；其中，廢氣通過三效催化轉化器淨化後，流向熱電器，熱電器將廢氣能量轉換為電能，通過所述電能儲存單元儲存起來；
發動機停機時，ECU控制單元控制排氣管進口閥和排氣管出口閥均關閉，所述單向閥保持開啟，排氣管中高溫廢氣儲存在排氣管中；
發動機冷起動時，ECU控制單元控制進氣旁通閥、排氣管進口閥、排氣管出口閥均開啟，所述單向閥保持開啟，通過所述壓氣機未經過所述中冷器的一小部分高溫的壓縮空氣沿著進氣旁通管經單向閥和開啟的進氣旁通閥流向三效催化轉化器，與此同時，ECU控制單元控制所述電能儲存單元對電熱器通電加熱；上一次發動機工作時儲存在排氣管中的高溫廢氣縮短所述三效催化轉化器的起燃時間，廢氣通過所述電熱器加熱後再通過三效催化轉化器，縮短了所述三效催化轉化器的起燃時間；當所述溫度傳感器的讀取溫度大於330℃時，所述ECU控制單元控制所述電能儲存單元停止對電熱器通電；
在上述整個過程中，所述熱電器持續將排氣能量轉化成電能，並儲存至所述電能儲存單元。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
1、通過廢氣保溫、廢氣加熱以及旁通高溫的壓縮空氣這3種方式同時進行，能最大程度的縮短起燃時間。
2、通入壓縮空氣還能解決改善冷起動時CO和HC的催化氧化因為缺氧而不能有效進行的缺陷。
3、將廢氣能量轉換成電能，在冷起動時，將電能轉換成熱量對廢氣加熱，縮短起燃時間。
附圖說明
圖1為一種縮短三效催化轉化器起燃時間的裝置及控制策略的結構示意圖。
圖2為保溫裝置的結構示意圖。
圖3為一種縮短三效催化轉化器起燃時間的裝置及控制策略的控制策略圖。
圖中：1-電能儲存單元，2-溫度傳感器，3-ECU控制單元，4-排氣管，5-保溫裝置，6-排氣管進口閥，7-渦輪機，8-壓氣機，9-中冷器，10-單向閥，11-進氣旁通閥，12-進氣旁通管，13-電熱器，14-排氣管出口閥，15-三效催化轉化器，16-熱電器，51-金屬殼體，52-第一薄片，53-真空層，54-第二薄片，55保溫材料。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本發明進行解釋說明，並不用以限制本發明。
如圖1所示，本發明提出的一種縮短三效催化轉化器起燃時間的裝置，包括電能儲存單元1、ECU控制單元3、渦輪機7、壓氣機8、中冷器9和三效催化轉化器15，所述渦輪機7與所述三效催化轉化器15之間連接有排氣管4，所述排氣管4的兩端分別設有排氣管進口閥6和排氣管出口閥14，所述排氣管4外設有保溫裝置5，如圖2所示，所述保溫裝置5包括由內向外依次套在排氣管4上的保溫材料55、真空層53和金屬外體51。所述排氣管4上設有溫度傳感器2，所述排氣管4的出口處設有電熱器13，位於所述三效催化轉化器15的出口上連接有熱電器16；所述壓氣機8的進口端與所述渦輪機7連接，所述壓氣機8出口端與所述中冷器9連接。
本發明的裝置中還設有一進氣旁路管12，所述進氣旁路管12的一端連接在所述壓氣機8與中冷器9之間的管路上，所述進氣旁路管12的另一端連接在所述三效催化轉化器15與排氣管出口閥14之間的管路上；所述進氣旁通管12上設有單向閥10和進氣旁通閥11；
所述ECU控制單元3、電熱器13和熱電器16均連接至所述電能儲存單元1；所述排氣管進口閥6、排氣管出口閥14、溫度傳感器2和進氣旁通閥11均連接至所述ECU控制單元3。
如圖3所示，利用上述縮短三效催化轉化器起燃時間的裝置實現縮短三效催化轉化器起燃時間的控制方法，包括如下過程：
發動機正常工況時，所述ECU控制單元3控制進氣旁通閥11關閉、排氣管進口閥6、排氣管出口閥14和單向閥10均開啟，同時，電熱器13未加熱；使得廢氣沿排氣管流向電熱器13、三效催化轉化器15、熱電器16，最終排出大氣；使得廢氣沿排氣管4流向電熱器13、三效催化轉化器15、熱電器16，最終排出大氣；在正常工況時，廢氣流向的電熱器並未通電加熱，因為此時的廢氣溫度已達到三效催化轉化器高轉化效率的工作溫度，無需再通過電熱器進行加熱，廢氣通過三效催化轉化器15淨化後，流向熱電器16，熱電器16將此時的廢氣能量轉換為電能，通過所述電能儲存單元1儲存起來。
發動機停機時，ECU控制單元3控制排氣管進口閥6和排氣管出口閥14均關閉，所述單向閥10保持開啟，排氣管4中高溫廢氣儲存在排氣管4中，因為排氣管外層纏繞著保溫裝置，使得排氣管的絕熱性良好，儘可能使排氣管中的廢氣溫度保持一段較長時間。
發動機冷起動時，ECU控制單元3控制進氣旁通閥11、排氣管進口閥6、排氣管出口閥14均開啟，所述單向閥10保持開啟，通過所述壓氣機8未經過所述中冷器9的一小部分(15％左右)高溫的壓縮空氣沿著進氣旁通管12經單向閥10和開啟的進氣旁通閥11流向三效催化轉化器，能提高三效催化轉化器15的工作溫度，且通入壓縮空氣，能改善冷起動時CO和HC的催化氧化因為缺氧而不能有效進行的缺陷，其中，單向閥10可防止廢氣沿進氣旁通管流向進氣管。在冷起動同時，ECU控制單元3控制所述電能儲存單元1對電熱器13通電，使電熱器加熱；冷起動時的廢氣溫度較低，但是上一次發動機工作時儲存在排氣管4中的高溫廢氣能一定程度上的縮短所述三效催化轉化器15的起燃時間，且廢氣通過所述電熱器13加熱後再通過三效催化轉化器15，能進一步縮短所述三效催化轉化器15的起燃時間。
所述ECU控制單元3通過溫度傳感器讀取溫度數據，當所述溫度傳感器2的讀取溫度大於330℃(三效催化轉化器高轉化效率的工作溫度)時，所述ECU控制單元3控制所述電能儲存單元1停止對電熱器13通電。
在上述整個過程中，所述熱電器16持續將排氣能量轉化成電能，並儲存至所述電能儲存單元1。
儘管上面結合附圖對本發明進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬於本發明的保護之內。