CN107476857A

CN107476857A - 一种蓄热式车载吸附器

Info

Publication number: CN107476857A
Application number: CN201710676100.XA
Authority: CN
Inventors: 纪常伟; 徐溥言; 汪硕峰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2017-12-15

Abstract

本发明为一种蓄热式车载吸附器，其特征在于：进气管与发动机串联连接，三元催化器、第一阀门与发动通过排气管串联连接；吸附管路、第二阀门、吸附装置、蓄热材料、保温壳体、第三阀门，吸附管路设置于三元催化器下游、第一阀门上游，吸附器装置设置于吸附管路上并通过吸附管路与排气管并联连接，在吸附装置前端设置有第二阀门，第二阀门控制发动机排气通过吸附装置或是蓄热材料。该装置以发动机转速信号P及冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料温度c信号为控制依据，实现了对发动机冷起动HC排放的吸附脱附，有效降低发动机冷起动阶段排放。该装置克服了高温尾气带来的HC排放提前脱附的问题；使得吸附材料的充分脱附再生。

Description

一种蓄热式车载吸附器

技术领域

本发明提供一种蓄热式车载吸附器及控制策略，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，高温低压脱附的特点，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，限制吸附装置应用的技术瓶颈是如何实现吸附材料的脱附再生，传统的电加热模式会增加能量的消耗，而高温尾气的直接吹扫又会破坏吸附材料表面微孔结构。试验台架表明：通过加热脱附再生的方式，实现吸附材料的充分再生需要至少60分钟的时间，因此，过短的加热时间也无法使得吸附材料再生充分。

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充分脱附再生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，提供一种蓄热式车载吸附器及控制策略，利用该系统不仅可以有效降低汽车发动机冷起动阶段的HC排放，实现吸附材料的充分脱附再生，并且避免了老式吸附系统中HC提前解附以及吸附材料使用寿命短的问题。

本发明采用如下技术方案：

1.一种蓄热式车载吸附器，其特征在于包括进气管1、发动机2、三元催化器3、第一阀门5、排气管6，进气管1与发动机2串联连接，三元催化器3、第一阀门5与发动2通过排气管6串联连接；吸附管路10、第二阀门8、吸附装置9、蓄热材料13、保温壳体14、第三阀门7，吸附管路10设置于三元催化器3下游、第一阀门5上游，吸附器装置9设置于吸附管路10上并通过吸附管路10与排气管6并联连接，在吸附装置9前端设置有第二阀门8，第二阀门8可以控制发动机排气通过吸附装置9或是蓄热材料13，在吸附装置9外侧设置有蓄热材料13和保温壳体14，吸附装置9与蓄热材料13之间设置有高传热系数的壳体15，保温壳体14设置于蓄热材料13外侧，第三阀门7通过吸附管路10与吸附装置9串联连接，脱附管路11、储气装置12，储气装置12与进气管1和吸附装置9通过脱附管路11串联连接；控制单元4接收发动机转速信号P及冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料13温度c信号并通过信号线d、e、f、g控制第一阀门5、第二阀门8、第三阀门7和储气装置12。

2.应用所述的蓄热式车载吸附器的方法，其特征在于：

当发动机2起动时，控制单元4接收发动机转速信号P、冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料13温度c信号，当发动机转速信号P不为零，冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料13温度c信号分别不大于设定温度L、M、N时，L为发动机暖机冷却液温度，M为三元催化剂起燃温度，N为吸附剂最小脱附温度，此时，由于发动机2没有暖机三元催化器3不能正常工作，所以此时发动机尾气污染物较高；控制单元4通过信号线d、e、f、g关闭第一阀门5、储气装置12并打开第二阀门8、第三阀门7，使发动机尾气通过吸附装置9，进入吸附状态，降低发动机尾气污染物；当冷却液温度信号a大于设定温度L或三元催化器温度信号b大于设定温度M时，此时由于发动机2进入暖机状态或三元催化器3达到工作温度，冷起动阶段结束，所以发动机尾气中污染物相比于冷起动阶段降低明显，控制单元4通过信号线d、e、f、g关闭第一阀门5、储气装置12并打开第二阀门8、第三阀门7，使发动机尾气通过蓄热材料13，吸附阶段结束，进入蓄热材料蓄热阶段；当蓄热材料13温度c达到设定温度Q时，Q介于吸附剂最小脱附温度N和吸附剂使用极限温度O之间，控制单元4通过信号线d、e、f、g打开第一阀门5并关闭第二阀门8、第三阀门7，使发动机尾气通过排气管6排出，同时打开储气装置12，使得脱附下来的污染物经过储气装置进入进气管1，进入直接脱附阶段，当蓄热材料13温度c小于吸附剂最小脱附温度N时，控制单元4通过信号线d、e、f、g关闭第一阀门5、储气装置12并打开第二阀门8、第三阀门7，使发动机尾气通过蓄热材料13，重新进入蓄热材料蓄热阶段；而当发动机转速信号P为零即发动机停止运转，蓄热材料13温度c不小于吸附剂最小脱附温度N时，储气装置12将脱附污染物储存，进入脱附储存阶段，当蓄热材料13温度c小于设定温度N时，控制单元4关闭储气装置12，脱附阶段结束；

当控制单元4所接收到的发动机转速信号P不为零时，则控制储气装置12直接将脱附污染物通入进气管1，当控制单元4所接收到的发动机转速信号P为零时，即发动机停止运转，则控制储气装置12将脱附污染物储存。

本发明的有益效果是，在吸附装置9外侧设置有蓄热材料13，使得高温尾气的热量可以较长时间储存，即使在发动机2停止工作以后，蓄热材料13仍然可以继续对吸附装置9进行加热。

根据相关试验数据表明，以活性炭吸附材料为例，在320℃的加热条件下，至充分脱附再生，需要60分钟以上，再生后二次冷起动HC吸附效率为75％左右。这就导致短途行驶下，吸附材料难以有充足的脱附时间；而本发明中的蓄热脱附办法，以450℃尾气可在20-25分钟内加热蓄热材料至300℃左右，在数小时内蓄热材料维持不低于200℃的加热温度，仍以活性炭材料为例，即使在200℃的加热条件下，加热80分钟再生后二次冷起动HC吸附效率为70％左右。相比于320℃加热条件，再生后二次冷起动HC吸附率略有衰减，但是仍然可以控制大部分污染物。

本装置在实现吸附材料对发动机冷起动阶段HC排放的吸附脱附的前提下，避免了吸附装置再生不充分问题，从而提高了吸附装置的再吸附效果。

附图说明

图1.本发明的结构和工作原理图

图中：1、进气管，2、发动机，3、三元催化器，4、控制单元，5、第一阀门，6、排气管，7、第三阀门，8、第二阀门，9、吸附装置，10、吸附管路，11、脱附管路，12、储气装置，13、蓄热材料，14、保温壳体，15高传热系数壳体

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：

如图1包括：进气管1、发动机2、三元催化器3、第一阀门5、排气管6，进气管1与发动机2串联连接，三元催化器3、第一阀门5与发动2通过排气管6串联连接；吸附管路10、第二阀门8、吸附装置9、蓄热材料13、保温壳体14、第三阀门7，吸附管路10设置于三元催化器3下游、第一阀门5上游，吸附器装置9设置于吸附管路10上并通过吸附管路10与排气管6并联连接，在吸附装置9前端设置有第二阀门8，第二阀门8可以控制发动机排气通过吸附装置9或是蓄热材料13，在吸附装置9外侧设置有蓄热材料13和保温壳体14，吸附装置9与蓄热材料13之间设置有高传热系数壳体15，保温壳体14设置于蓄热材料13外侧，第三阀门7通过吸附管路10与吸附装置9串联连接，脱附管路11、储气装置12，储气装置12与进气管1和吸附装置9通过脱附管路11串联连接。控制单元4接收发动机转速信号P及冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料13温度c信号并通过信号线d、e、f、g控制第一阀门5、第二阀门8、第三阀门7和储气装置12。

当发动机2起动时，控制单元4接收发动机转速信号P、冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料13温度c信号，当发动机转速信号P不为零，冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料13温度c信号均不大于设定温度L(发动机暖机冷却液温度，如60℃-80℃之间某一温度)、M(三元催化剂起燃温度，如大于250℃某一温度)、N(吸附剂最小脱附温度，如160℃)时，此时，由于发动机2没有暖机三元催化器3不能正常工作，所以此时发动机尾气污染物较高。控制单元4通过信号线d、e、f、g关闭第一阀门5、储气装置12并打开第二阀门8、第三阀门7，使发动机尾气通过吸附装置9，进入吸附状态，降低发动机尾气污染物；当冷却液温度信号a或三元催化器温度信号b大于设定温度L、M时，此时由于发动机2进入暖机状态或三元催化器3达到工作温度，冷起动阶段结束，所以发动机尾气中污染物相比于冷起动阶段降低明显，控制单元4通过信号线d、e、f、g关闭第一阀门5、储气装置12并打开第二阀门8、第三阀门7，使发动机尾气通过蓄热材料13，吸附阶段结束，进入蓄热材料蓄热阶段。当蓄热材料13温度c达到设定温度Q(介于吸附剂最小脱附温度N和吸附剂使用极限温度O，如400℃)时，控制单元4通过信号线d、e、f、g打开第一阀门5并关闭第二阀门8、第三阀门7，使发动机尾气通过排气管6排出，同时打开储气装置12，使得脱附下来的污染物经过储气装置进入进气管1，进入直接脱附阶段，当蓄热材料13温度c小于吸附剂最小脱附温度N时，控制单元4通过信号线d、e、f、g关闭第一阀门5、储气装置12并打开第二阀门8、第三阀门7，使发动机尾气通过蓄热材料13，重新进入蓄热材料蓄热阶段。而当发动机转速信号P为零(发动机停止运转)，蓄热材料13温度c不小于吸附剂最小脱附温度N时，储气装置12将脱附污染物储存，进入脱附储存阶段，当蓄热材料13温度c小于设定温度N时，控制单元4关闭储气装置12，脱附阶段结束。

Claims

1.一种蓄热式车载吸附器，其特征在于：包括进气管、发动机、三元催化器、第一阀门、排气管，进气管与发动机串联连接，三元催化器、第一阀门与发动通过排气管串联连接；吸附管路、第二阀门、吸附装置、蓄热材料、保温壳体、第三阀门，吸附管路设置于三元催化器下游、第一阀门上游，吸附器装置设置于吸附管路上并通过吸附管路与排气管并联连接，在吸附装置前端设置有第二阀门，第二阀门控制发动机排气通过吸附装置或是蓄热材料，在吸附装置外侧设置有蓄热材料和保温壳体，吸附装置与蓄热材料之间设置有壳体，保温壳体设置于蓄热材料外侧，第三阀门通过吸附管路与吸附装置串联连接，脱附管路、储气装置，储气装置与进气管和吸附装置通过脱附管路串联连接；控制单元接收发动机转速信号P及冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料温度c信号并通过信号线d、e、f、g控制第一阀门、第二阀门、第三阀门和储气装置。

2.应用如权利要求1所述的蓄热式车载吸附器的方法，其特征在于：

当发动机起动时，控制单元接收发动机转速信号P、冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料温度c信号，当发动机转速信号P不为零，冷却液温度信号a、三元催化器温度信号b、蓄热材料温度c信号分别不大于设定温度L、M、N时，L为发动机暖机冷却液温度，M为三元催化剂起燃温度，N为吸附剂最小脱附温度，此时，由于发动机没有暖机三元催化器不能正常工作，所以此时发动机尾气污染物较高；控制单元通过信号线d、e、f、g关闭第一阀门、储气装置并打开第二阀门、第三阀门，使发动机尾气通过吸附装置，进入吸附状态，降低发动机尾气污染物；当冷却液温度信号a大于设定温度L或三元催化器温度信号b大于设定温度M时，此时由于发动机进入暖机状态或三元催化器达到工作温度，冷起动阶段结束，所以发动机尾气中污染物相比于冷起动阶段降低明显，控制单元通过信号线d、e、f、g关闭第一阀门、储气装置并打开第二阀门、第三阀门，使发动机尾气通过蓄热材料，吸附阶段结束，进入蓄热材料蓄热阶段；

当蓄热材料温度c达到设定温度Q时，Q介于吸附剂最小脱附温度N和吸附剂使用极限温度O之间，控制单元通过信号线d、e、f、g打开第一阀门并关闭第二阀门、第三阀门，使发动机尾气通过排气管排出，同时打开储气装置，使得脱附下来的污染物经过储气装置进入进气管，进入直接脱附阶段，当蓄热材料温度c小于吸附剂最小脱附温度N时，控制单元通过信号线d、e、f、g关闭第一阀门、储气装置并打开第二阀门、第三阀门，使发动机尾气通过蓄热材料，重新进入蓄热材料蓄热阶段；而当发动机转速信号P为零即发动机停止运转，蓄热材料温度c不小于吸附剂最小脱附温度N时，储气装置将脱附污染物储存，进入脱附储存阶段，当蓄热材料温度c小于设定温度N时，控制单元关闭储气装置，脱附阶段结束；

当控制单元所接收到的发动机转速信号P不为零时，则控制储气装置直接将脱附污染物通入进气管，当控制单元所接收到的发动机转速信号P为零时，即发动机停止运转，则控制储气装置将脱附污染物储存。