车辆尾气处理装置和配备有该车辆尾气处理装置的车辆的制作方法
车辆尾气处理装置和配备有该车辆尾气处理装置的车辆的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种车辆尾气处理装置和配备有车辆尾气处理装置的车辆，其能以较低的成本有效减少车辆尾气造成的污染。车辆尾气处理装置包括尾气管和催化器，还包括切换阀、回气管、第一和第二回气支管、分流阀、第一和第二储罐、第一和第二单向阀以及控制部。在发动机启动后的规定时间内，控制部将切换阀切换至使尾气不朝大气排出而朝回气管排出的第一状态。在发动机启动后经过了规定时间之后，控制部将切换阀切换至使尾气不朝回气管排出而朝大气排出的第二状态。在第一状态下，控制部根据测量到催化器下游的尾气的空燃比控制分流阀，当空燃比小于规定值时，分流阀将尾气分流至第一回气支管，当空燃比大于规定值时，分流阀将尾气分流至第二回气支管。
【专利说明】车辆尾气处理装置和配备有该车辆尾气处理装置的车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车辆尾气处理装置以及配备有该车辆尾气处理装置的车辆。
【背景技术】
[0002]随着社会的日益进步，车辆数量越来越多，使用范围越来越广，车辆尾气对世界环境造成的危害也越来越大。
[0003]为减小车辆尾气对环境造成的污染，在车辆的排气管上常常安装有利用催化剂来对尾气进行净化的三元催化器。不过，由于催化剂只有在达到活性温度之后才能发挥其作用效果，因此，以往在催化剂达到活性之前的那段时间内，尾气并未得到有效的净化。为消除上述时间段内的未净化尾气所造成的影响，以往曾提出了推迟点火时刻来提高排气温度的方法。但是，在这种情况下反而会因HC和CO的排出量的增加而使排放恶化。
[0004]为彻底解决尾气排放问题，在中国专利文献CN102128067A中提出了这样一种尾气净化方法:在车辆上安装可拆卸的压力容器，将车辆尾气全部收集到上述压力容器中。在压力容器装满尾气之后，由集中收集站集中收集并更换上述压力容器，以对所收集的车辆尾气进行集中处理。不过，在这种情况下，对压力容器进行全程回收和集中处理需要投入大量资金，而且每次压力容器装满，就得去集中收集站更换，相当不便。
[0005]日本专利申请JP2013-181424A也公开了一种设有废气再循环系统的发动机。在发动机的进气管和排气管之间设有废气再循环阀，通过控制该阀的开度可以控制废气再循环的数量。当该专利申请公开的发动机运行时，通过传感器检测燃烧恶化率，并且将其与预定限值进行比较。当燃烧恶化率高于预定限值时，则增加选择性催化还原(SCR)催化剂，以降低燃烧恶化率。但是，这样的净化方式依然无法有效地净化催化剂达到活性之前所产生的尾气，而且也不能缩短催化剂达到活性所需要的时间。
[0006]还有一些专利申请试图通过将催化剂达到活性之前所产生的尾气通入到燃烧室内以减缓燃烧速度的方式来缩短催化剂达到活性的时间。但是，实验表明，这样的方式会导致燃烧急剧恶化的后果，因而在实际应用中难以起到先前预期的效果。
[0007]因此，目前需要研发一种有效减少车辆尾气造成的污染的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置能够缩短催化剂达到活性的时间，但不会导致燃烧恶化的不利后果。
【发明内容】
[0008]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种有效减少车辆尾气造成的污染的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置能够缩短催化剂达到活性的时间，但不会导致燃烧恶化的不利后果。
[0009]本发明的另一目的在于提供一种配备有该车辆尾气处理装置的车辆。
[0010]本发明公开了一种车辆尾气处理装置，包括:
[0011]用于将从发动机排出的尾气排出至大气的尾气管，和设置在尾气管上以利用催化剂对尾气进行净化的催化器，其中，[0012]还包括:切换阀，该切换阀在尾气管上设置于比催化器更靠尾气排出方向下游侧的第一部位；
[0013]回气管，该回气管的一端经由切换阀与尾气管连通，另一端与第一回气支管的一端和第二回气支管的一端相连通，第一回气支管的另一端与催化器的尾气排出方向上游侧的入口连通，或与尾气管的比催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，第二回气支管的另一端与发动机的进气道连通；
[0014]分流阀，该分流阀设置在回气管的另一端处；
[0015]第一储罐，该第一储罐设置在第一回气支管上；
[0016]第二储罐，该第二储罐设置在第二回气支管上；
[0017]第一单向阀，该第一单向阀设置在第一回气支管的另一端与第一储罐之间，以防止尾气从第一回气支管的另一端向回气管流动；
[0018]第二单向阀，该第二单向阀设置在第二回气支管的另一端与第二储罐之间，以防止尾气从第二回气支管的另一端向回气管流动；
[0019]控制部，在发动机启动后的规定时间内，控制部将切换阀切换至第一状态，在发动机启动后经过了规定时间之后，控制部将切换阀切换至第二状态，其中，
[0020]在第一状态下，切换阀使尾气不朝大气排出而朝回气管排出，控制部根据测量到催化器下游的尾气的空燃比控制分流阀，当空燃比小于规定值时，分流阀将尾气分流至第一回气支管，当空燃比大于规定值时，所述分流阀将尾气分流至第二回气支管，并且在第二状态下，切换阀使尾气不朝回气管排出而朝大气排出。
[0021]在本发明的另一较佳实施例中，车辆尾气处理装置还可以包括温度传感器，该温度传感器用于检测流经催化器的尾气的温度，若温度传感器检测到的温度没有达到催化剂的活性温度，则控制部判断为处于规定时间内，从而将切换阀切换至第一状态，若温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度，则控制部判断为经过了规定时间，从而将切换阀切换至第二状态。
[0022]在本发明的另一较佳实施例中，第一回气支管的另一端可以与催化器的尾气排出方向上游侧的入口或与尾气管的比催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，在尾气管的比催化器或第二部位更靠尾气排出方向上游侧的部位设置有辅助单向阀，以防止尾气向发动机逆流。
[0023]在本发明的另一更佳实施例中，在第一回气支管的一端与第一储罐之间可以设置有用于将尾气压缩后输送至第一储罐的第一压缩泵，在第一回气支管上，在第一储罐与第一单向阀之间设置有当温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度时打开的第一排气阀。
[0024]在上述更佳实施例中，第一压缩泵可以设置在第一储罐的使尾气流入的入口附近，并且在第一储罐上连接有泄压回路，在泄压回路上可以设有当第一储罐内的压力超过预设储罐压力时打开的泄压阀。
[0025]在上述更佳实施例中，泄压阀可以将第一储罐内的尾气排向大气或发动机的进气道，并且泄压阀可以设置在第一储罐的使尾气流出的出口附近。
[0026]在本发明的另一更佳实施例中，在第二回气支管的一端与第二储罐之间可以设置有用于将尾气压缩后输送至第二储罐的第二压缩泵，在第二回气支管上，在第二储罐与第二单向阀之间可以设置有当第二储罐内的压力超过预设储罐压力时打开的第二排气阀。
[0027]在上述更佳实施例中，第二压缩泵可以设置在第二储罐的使尾气流入的入口附近。
[0028]在本发明的另一更佳实施例中，切换阀可以设置在催化器的尾气排出方向下游侧的出口附近，并且在尾气管上可以设置有比催化器更靠尾气排出方向上游侧的压力传感器，当压力传感器检测到的压力超过预设系统压力时，控制部将切换阀切换至第二状态。
[0029]需要注意的是，当发动机为汽油机时，空燃比的规定值应当确定为14.7，当发动机为柴油机时，空燃比的规定值应当确定为14.3。
[0030]在本发明的另一更佳实施例中，控制部在接收到催化器下游的尾气的空燃比测量值之后，可以经过一段延迟补正时间之后再致动分流阀。
[0031]本发明还公开了一种车辆，该车辆包括发动机和先前所述的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置的尾气管与发动机的排气口连通。
[0032]本发明公开的车辆尾气处理装置从催化器下游抽取车辆尾气，该车辆尾气在与催化器内的催化剂进行热交换之后，温度降低、气体体积减小，在循环排入发动机进气道之后，与上游温度较高的热尾气相比，有利于更多新鲜空气进入燃烧室参与燃烧，因而能够避免燃烧恶化影响发动机的性能。此外，发动机在相同工况下，由于管路较长的原因，其下游尾气的燃烧会更充分，一氧化碳 的含量也比上游尾气要低，也起到了避免燃烧恶化的效果。
[0033]本发明公开的车辆尾气处理装置通过氧传感器检测到的尾气空燃比数值，将尾气区分为浓、稀两类。稀尾气由于含氧量高于浓尾气，再参与燃烧时不会导致燃烧恶化。此外，稀尾气中的二氧化碳不会再次参与燃烧(不消耗氧)，但浓尾气中的一氧化碳会再次参与燃烧(消耗氧)。因此，本发明的车辆尾气处理装置可以根据催化剂的活性状态快速响应，在未活性与活性两种状态下进行切换。
[0034]由于催化剂活化时间得到了缩短，一方面能够相应地减小储罐的体积，另一方面能够有效地提升储罐的储气效率，减少催化剂活化前的尾气排出总量。
[0035]在储罐压力过大的情况下，本发明尽力避免直接向大气排出废气已达到泄压的目的，只有整个系统内压过大时才直接泄压。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]为了进一步说明本发明的车辆尾气处理装置的结构及其工作原理，下面将结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明，其中:
[0037]图1是配备有本发明的车辆尾气处理装置的发动机系统的结构示意图。
[0038]图2至图5是图1所示发动机系统的运行流程图，其中图2是发动机系统运行的总体流程图，图3至5分别是图2中向储罐供气、向大气排气和排出第二储罐内气体等三个步骤的分支流程图。
[0039]图6是氧传感器输出、喷油控制和分流阀控制在横轴为时间(t)的坐标系中的示意图，可以看到分流阀控制与氧传感器输出、喷油控制相比间隔了一段延迟补正时间。
[0040]图7示出了分流阀延迟量修正Map图。
[0041]附图标记
[0042]I车辆尾气处理装置[0043]101尾气管
[0044]IOla 第一尾气管
[0045]IOlb 第二尾气管
[0046]102催化器
[0047]103切换 阀
[0048]104氧传感器
[0049]105回气管
[0050]105a 第一回气支管
[0051]105b 第二回气支管
[0052]105c泄压回路
[0053]106分流阀
[0054]107第一压缩泵
[0055]108第二压缩泵
[0056]109第一储罐
[0057]110第二储罐
[0058]111第一排气阀
[0059]112第二排气阀
[0060]113泄压阀
[0061]114第一单向阀
[0062]115第二单向阀
[0063]116第三单向阀
[0064]2发动机
[0065]201发动机节气门
[0066]202进气道
[0067]203排气口
[0068]P1，P2，P3压力传感器
[0069]T温度传感器
【具体实施方式】
[0070]下面结合【专利附图】
【附图说明】本发明的车辆尾气处理装置的结构及其运行流程。
[0071]车辆尾气处理装置的结构
[0072]首先，根据图1对配备有本发明的车辆尾气处理装置的发动机系统的基本结构进行说明。
[0073]如图1所示，发动机系统包括车辆尾气处理装置I和发动机2。
[0074]车辆尾气处理装置I包括尾气管101和催化器102。尾气管101用于排放从发动机2的排气口 203排出的尾气，催化器102设置在尾气管101的中途，以利用其中的催化剂对流过的尾气进行净化。以催化器102为中间点，将尾气管101分成第一尾气管IOla和第二尾气管101b。第一尾气管IOla的一端(即，第一尾气管在图1中的左端)与大气连通，另一端(即，第一尾气管在图1中的右端)与催化器102的尾气排出方向下游侧的出口连通。第二尾气管IOlb的一端(即，第二尾气管在图1中的左端)与催化器102的尾气排出方向上游侧的入口连通，另一端(即，第二尾气管在图1中的右端)与发动机2的排气口 203连通。
[0075]在一个较佳实施例中，催化器102是三元催化器。当然，本【技术领域】的普通技术人员易于理解的是，也可以采用其它合适类型的催化器。另外，在催化器102上设有温度传感器T，该温度传感器T用于检测流经催化器102的尾气的温度。在催化器102上游的第二尾气管IOlb上安装有压力传感器Pl，以检测第二尾气管IOlb内的气体压力，进而得到发动机系统的整体压力数值。在催化剂102下游的第一尾气管IOla上安装有氧传感器104，以检测第一尾气管IOla内的气体空燃比数值。
[0076]如图1所示，车辆尾气处理装置I还包括切换阀103、回气管105、第一回气支管105a、第二回气支管105b、分流阀106、第一压缩泵107、第二压缩泵108、第一储罐109、第二储罐110、第一排气阀111、第二排气阀112、泄压阀113、第一单向阀114、第二单向阀115和第三单向阀116等部件。下面将逐一介绍这些部件及其布置。
[0077]切换阀103在第一尾气管IOla上设置于比催化器102更靠尾气排出方向下游侧(即，图1中的左侧)的第一部位。在一个较佳实施例中，切换阀103是二位三通电磁阀。在催化剂预热期间，将二位三通电磁阀切换至使P-B管路连通的第一状态，以使尾气不朝大气排出而朝回气管105排出。在催化剂预热完毕之后，将二位三通电磁阀切换至使P-A管路连通的第二状态，以使尾气不朝回气管105排出而朝大气排出。
[0078]回气管105的一端经由切换阀103与尾气管101连通，另一端与第一回气支管105a的一端和第二回气支管105b的一端相连通。换句话说，回气管105在其另一端处分叉成第一回气支管105a和第二回气支管105b。第一回气支管105a的另一端与催化器102的尾气排出方向上游侧的入口连通，或与尾气管101的比催化器102更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通。第二回气支管105b的另一端与发动机2的进气道202连通。
[0079]在回气管105的另一端处，确切地说，在回气管105分叉成第一回气支管105a和第二回气支管105b的分叉处，设有一分流阀106。该分流阀106通过切换与回气管105的连通对象，致使流过回气管105的尾气根据需要进入第一回气支管105a或第二回气支管105b。
[0080]第一储罐109用于储存浓度较高的尾气，其设置在第一回气支管105a的中途。第一单向阀114在第一回气支管105a上设置于第一回气支管105a的另一端与第一储罐109之间的部位，以防止尾气从第一回气支管105a的另一端经由第一储罐109向回气管105回流。
[0081]第二储罐110用于储存浓度较低的尾气，其设置在第二回气支管105b的中途。第二单向阀115在第二回气支管105b上设置于第二回气支管105b的另一端与第二储罐110之间的部位，以防止尾气从第二回气支管105b的另一端经由第二储罐110向回气管105回流。
[0082]另外，在第一回气支管105a内，在第一回气支管105a的一端与第一储罐109之间设置有用于将尾气压缩后输送至第一储罐109的第一压缩泵107。类似地，在第二回气支管105b内，在第二回气支管105b的一端与第二储罐110之间设置有用于将尾气压缩后输送至第二储罐110的第二压缩泵108。
[0083]在第一储罐109和第二储罐110上还安装有压力传感器P2和P3，压力传感器P2用于检测存储在第一储罐109内的尾气的压力，压力传感器P3用于检测存储在第二储罐110内的尾气的压力。
[0084]在第一储罐109与第一单向阀114之间设置有当第一储罐109内的尾气压力达到第一压力限值时打开的第一排气阀111，在第二储罐110与第二单向阀115之间设置有当第二储罐110内的尾气压力达到第二压力限值时打开的第二排气阀112。
[0085]此外，第一储罐109上设有通过泄压阀113通向大气的泄压孔或泄压回路105c。当第一储罐109内的尾气压力超过第一压力限值时，泄压阀113打开，将储存在第一储罐109内的尾气排向大气。在设有泄压回路105c的情况下，在该泄压回路105c内还可以设置防止尾气向第一储罐109回流的单向阀116。
[0086]在一个较佳实施例中，可以将泄压回路105c的另一端与第二回气支管105b的另一端相连通，以使第一储罐109也能够通过泄压回路105c与发动机2的进气道202连通。或者，可以直接将泄压回路105c的另一端连通到发动机2的进气道202。
[0087]另外，虽未图示，但发明的车辆尾气处理装置I还包括对车辆尾气处理装置I的各个部件进行控制的控制部。
[0088]发动机系统运行流程
[0089]接下来，根据图2至5对配备有本发明的车辆尾气处理装置的发动机系统的运行流程进行说明。
[0090]如图2所示，在发动机起动信号发出之后，对发动机进行点火(步骤SI)。对发动机是否成功起动进行判断:如果发动机未成功起动的话，则结合起动失败策略对发动机进行控制并重新进行点火；如果发动机成功起动的话，则继续判断催化器102中的三元催化剂是否为活性状态(步骤S2)。
[0091]在步骤S2中，如果催化剂不是活性状态的话，发动机控制部执行向储罐供气的步骤(步骤S3)，如果催化剂是活性状态的话，发动机控制部执行向大气排气的步骤(步骤S4)。在执行完步骤S3或S4之后，发动机控制部继续执行排出第二储罐中的尾气的步骤(步骤S5)。步骤S3、S4和S5的详细流程示出在图3、4和5中，后文将详细描述上述步骤的具体流程。
[0092]在执行完毕步骤S3至S5之后，判断是否收到发动机停止信号(步骤S6)。如果没有收到停止信号的话，则返回到判断催化剂是否为活性状态的步骤S2并继续执行先前所述的步骤。如果收到了停止信号的话，则陆续确认第一压缩泵107、第二压缩泵108、第一排气阀111、第二排气阀112、泄压阀113是否停止工作，以及切换阀103是否已经断电。在执行完上述指令之后，发动机进入关机模式(步骤S7)。
[0093]请参见图3，其中示出了当催化剂不是活性状态时发动机控制部执行向储罐供气的步骤S3，该步骤包括以下运行流程:
[0094]a)发动机控制部使切换阀103通电(步骤S301)。此时，作为切换阀103的二位三通电磁阀切换成使P-B管路连通的第一状态，以使流经尾气管101的尾气不朝大气排出而朝回气管105排出。
[0095]b)检测氧传感器104，以获得通过氧传感器104所在位置的尾气的空燃比A/F (步骤 S302)。
[0096]c)判断检测到的空燃比A/F是否大于规定值(步骤S303)。当发动机为汽油机时，空燃比的规定值为14.7 ;当发动机为柴油机时，空燃比的规定值为14.3。有关上述规定值如何确定的问题，会在后文中予以说明。
[0097]d)当检测到的空燃比A/F小于规定值(例如，14.7)时，发动机控制部切换分流阀106以使回气管105与第一回气支管105a连通(步骤S304)，以使来自回气管105的尾气进入第一回气支管105a。当检测到的空燃比A/F小于规定值时，发动机控制部切换分流阀106以使回气管105与第二回气支管105b连通(步骤S310)，以使来自回气管105的尾气进入第二回气支管105b。
[0098]e)在来自回气管105的尾气进入第一回气支管105a之后,第一压缩泵107工作而第二压缩泵108停止(步骤S305)，以将通过第一回气支管105a进入第一储罐109的尾气压缩储存在该第一储罐109内。
[0099]f)随着越来越多的尾气被压缩储存在第一储罐109内，需要判断第一储罐109内的压力是否处于安全区域(步骤S306)。此时，压力传感器P2检测存储在第一储罐109内的尾气的压力，并且将其与第一储罐109的第一压力限值进行比较。如果确认第一储罐109内的压力处于安全区域的话，则继续进行之前提到的步骤S5。如果第一储罐109内的压力高于第一压力限值的话，则需要启动泄压阀113。
[0100]g)随着泄压阀113开始工作(步骤S307)，发动机控制部根据废气排出策略对各部件进行控制。然后，再次确认第一储罐109内的压力是否处于安全区域。如果能够确认第一储罐109内的压力处于安全区域的话，则使泄压阀113停止工作(步骤S309)，并继续进行之前提到的步骤S5。
[0101]h)如果第一储罐109内的压力仍然高于第一压力限值的话，需要判断发动机系统整体压力是否过高，以避免产生意外事故。此时，需要读取压力传感器Pi所测量的压力值，并且确认该压力值是否超过系统安全限值(步骤S308)。如果该压力值没有超过系统安全限值的话，则可以让泄压阀113继续工作，直至第一储罐109内的压力低于第一压力限值之后再停止泄压阀113的工作(步骤S309)，并继续进行之前提到的步骤S5。
[0102]但是，如果该压力值超过系统安全限值的话，应当立即开始向大气排气。具体来说，发动机控制部使切换阀103断电，以使二位三通电磁阀切换成使P-A管路连通的第二状态。同时，第一压缩泵107和第二压缩泵108均停止工作。这样，流经尾气管101的尾气将不朝回气管105排出而朝大气排出，从而降低了发动机系统的整体压力。当第一储罐109内的压力低于第一压力限值之后，停止泄压阀113的工作(步骤S309)，并继续进行之前提到的步骤S5。
[0103]请参见图4，其中示出了当催化剂是活性状态时发动机控制部执行向大气排气的步骤S4，该步骤包括以下运行流程:
[0104]由于催化剂已经处于活性状态，因此可以运行催化器102来净化尾气。因此，发动机控制部使切换阀103断电(步骤S41)，以使二位三通电磁阀切换成使P-A管路连通的第二状态。同时，第一压缩泵107和第二压缩泵108均停止工作(步骤S42)。这样，流经尾气管101的尾气可直接朝大气排出。通过压力传感器P2检测第一储罐109内的压力是否为OMPa0如果压力不为OMPa，则使第一排气阀111持续排气，直至排空第一储罐109内的尾气后再关闭第一排气阀111(步骤S44)。在完成上述步骤之后，继续进行之前提到的步骤S5。
[0105]请参见图5，其中示出了发动机控制部继续执行排出第二储罐中的尾气的步骤S5，该步骤包括以下运行流程:
[0106]通过压力传感器P3检测第二储罐110内的压力是否为OMPa (步骤S51)。如果压力为OMPa的话，则可以关闭第二排气阀112 (步骤S53)，并且判断发动机是否收到停止信号。如果压力不为OMPa，则进一步判断第二储罐110内的压力是否低于第二压力限值(步骤S52)。如果第二储罐110内的压力低于第二压力限值，可以进而去判断发动机是否收到停止信号。但是，如果第二储罐110内的压力高于第二压力限值，则需要开始向大气排气。
[0107]与图3中的运行流程类似，发动机控制部使切换阀103断电，以使二位三通电磁阀切换成使P-A管路连通的第二状态。同时，第一压缩泵107和第二压缩泵108均停止工作。这样，流经尾气管101的尾气将不朝回气管105排出而朝大气排出，直至第二储罐109内的压力低于第二压力限值为止。之后，再判断发动机是否收到停止信号。
[0108]空燃比规定值的选取原则
[0109]本发明的车辆尾气处理装置通过氧传感器104的测量值来判断尾气浓度的高低程度。氧传感器104利用其自身的输出电压在理论空燃比(对于汽油机来说，A/F=14.7)附近会发生突变的特性，来实现对氧含量的检测。发动机控制部可以通过识别氧传感器104的输出电压来判别空燃比。具体来说，当空燃比A/F〈14.7时，尾气中的氧含量较低，此时氧传感器的输出电压在1.0V左右；当空燃比A/F=14.7时，氧传感器的输出电压为0.4V?
0.5V，即为基准电压；当空燃比A/F>14.7时，尾气中的氧含量较高，此时氧传感器的输出电压很低，接近于零。
[0110]关于氧传感器104的基准电压，由于传感器的类型、制造商的不同而存在略微区另|J，但基准电压表征的意义都是一样的，即空燃比是14.7。
[0111]对于柴油发动机来说，理论空燃比与汽油机略有不同，数值大约为14.3，但氧传感器的检测原理是一样的。
[0112]分流阀的延迟补正
[0113]需要注意的是，发动机控制部在接收到由氧传感器104检测的催化器下游尾气的空燃比数值之后，需要经过一段延迟补正时间之后再致动分流阀106。
[0114]图6是氧传感器输出、喷油控制和分流阀控制在横轴为时间(t)的坐标系中的示意图。如图6所示，可以看到分流阀控制切换到第一或第二回气支管的动作发生时间比氧传感器输出值经过基准电压的时间和喷油控制动作的时间相比要延迟一段时间， 申请人:将之称为“延迟补正时间”。
[0115]关于分流阀“延迟补正时间”的确定，可以考虑用公式A=B+C(speed，load)进行计算，其中:
[0116]A是分流阀延迟补正设定值；
[0117]B是氧传感器104与分流阀106之间的实际管路长度导致的基础延迟量；
[0118]C是由发动机转速与负荷所确定的延迟量修正，其中speed表示发动机转速，load表示发动机负荷。
[0119]由于实际管路长度决定了基础延迟量，为精确起见，还要考虑对发动机实际工作状况的影响。因此，需要对基础延迟量进行修正，修正后的延迟量才是最终延迟补正量的设定值。
[0120]在上述公式中，C(speed，load)是需要通过大量实验才能确定的数据组。可以考虑将这样的数据组绘制成Map图，其中转速与负荷可以作为Map图的横坐标和纵坐标。在发动机运行过程中，控制部会根据当前的转速与负荷情况选择Map图中对应的横坐标和纵坐标下的实验值作为基础延迟量的修正值。
[0121]如果说要利用Map图的数据再反推出这些数据间的某种明确的计算关系的话，对于发动机的实际控制也不太适用。
[0122]图7示意性地示出了一张分流阀延迟量修正Map图,其中，横轴指示发动机转速，其单位为转/分(rpm)，纵轴指示发动机负荷，其单位为百分比(％)。在该Map图中，代表通过实验所确定的修正量。
[0123]由于所在点的数据完全通过实验确定得到，而发动机可能运行在两个所在点之间，此时控制部利用两个所在点进行比例计算确定最终修正量。无论是横轴方向还是纵轴方向都可适用该方法。
[0124]废气排放控制策略
[0125]关于上述流程图中的废气排放控制策略，可以根据电子节气门开度(α%)进行计算:
[0126]α%= τ %+Q [Ti (speed，load)+Z (*) ]+K [A (P 稀/P 临界安全压力)]+X [B (P 浓/P 临界安全压力)]，其中:
[0127]τ%是基础开度，即维持发动机基本运转(怠速)所需的流量开度；
[0128]Q[]是根据燃油喷射量所决定的电子节气门开度补正量；
[0129]Ti (speed, load)是根据发动机的运转状态(转速、负荷)所决定的燃料喷射量；
[0130]Z(*)是根据其它一些条件(如发动机水温、进气温度等)决定的燃油喷射补正量；
[0131]K[]代表排气阀驱动电压与电子节气门开度补正量之间所对应的函数关系；
[0132]X[]代表泄压阀驱动电压与电子节气门开度补正量之间所对应的函数关系；
[0133]AO代表由储罐实际压力与储罐临界安全压力之间的比例所决定的排气阀驱动电压；
[0134]BO代表由储罐实际压力与储罐临界安全压力之间的比例所决定的泄压阀驱动电压；
[0135]P稀是第二储罐的实际压力；
[0136]P浓是第一储罐的实际压力；
[0137]是第一和第二储罐的临界安全压力。
[0138]对于本领域的技术人员易于理解的是，当Pw=O时(B卩，第二储罐的压力为0，第二
排气阀不工作)，Α(Ρ稀/P临界安全压力)=0、1([八(？稀/P临界安全压力)]=0。当P浓/P临界安全压力〈I时(即，
第一储罐的实际压力未超过临界安全压力，泄压阀不工作)，Β(Ρ.浓/P临界安全压力)=0、Χ[Β(Ρ.浓/
P临界安全压力)]=0。
[0139]虽然以上结合了较佳实施例对本发明的结构、工作原理及运行流程进行了说明，但是本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。
[0140]例如，在上述实施方式中，发动机控制部根据温度传感器T的检测温度对切换阀103进行切换，但也可省去温度传感器Τ，只要在发动机2启动后经过了规定时间，就将切换阀103从第一状态切换至第二状态。
[0141]在上述实施方式中，回气管105的另一端与催化器102的尾气排出方向上游侧的入口连通，但并不局限于此，回气管105的另一端也可与尾气管101的比催化器102更靠尾气排出方向上游侧的部位连通。
[0142]在上述实施方式中，切换阀103远离催化器102的出口设置，但也可将切换阀103设置在催化器102的出口附近。此时，能避免位于催化器102与切换阀103之间的尾气管内的未经催化处理的尾气因切换阀103的切换而被排出至大气。
[0143]在上述实施方式中，在第一回气支管105a和第二回气支管105b上设置有第一压缩泵107和第二压缩泵108，并设置有第一排气阀111、第二排气阀112、泄压回路105c和泄压阀113，但也可省去这些部件，尤其是泄压回路，其也可以完全取消，并且通过泄压孔将尾气排向大气。利用这种设置，可以简化本发明的车辆尾气处理装置的运行流程，例如图3中与步骤S308相关的流程。由于尾气通过泄压孔排向大气，因此不会导致发动机系统整体压力升高。
[0144]另外，在上述实施方式中，第一压缩泵107和第二压缩泵108设置在第一储罐109和第二储罐110的使尾气流入的入口附近，但并不局限于此，可将第一和第二压缩泵设置在第一和第二回气支管、第一和第二储罐与切换阀之间的任意部位。
[0145]在上述实施方式中，第一和第二排气阀111和112设置在第一和第二储罐109和110的使尾气流出的出口附近，但并不局限于此，可将第一和第二排气阀设置在第一和第二回气支管、第一和第二储罐与第一和第二单向阀之间的任意部位。
【权利要求】
1.一种车辆尾气处理装置，包括:用于将从发动机排出的尾气排出至大气的尾气管，和设置在所述尾气管上以利用催化剂对尾气进行净化的催化器，其特征在于，还包括: 切换阀，该切换阀在所述尾气管上设置于比所述催化器更靠尾气排出方向下游侧的第一部位； 回气管，该回气管的一端经由所述切换阀与所述尾气管连通，另一端与第一回气支管的一端和第二回气支管的一端相连通，所述第一回气支管的另一端与所述催化器的尾气排出方向上游侧的入口连通，或与所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，所述第二回气支管的另一端与所述发动机的进气道连通； 分流阀，该分流阀设置在所述回气管的另一端处； 第一储罐，该第一储罐设置在所述第一回气支管上； 第二储罐，该第二储罐设置在所述第二回气支管上； 第一单向阀，该第一单向阀设置在所述第一回气支管的另一端与所述第一储罐之间，以防止尾气从所述第一回气支管的另一端向所述回气管流动； 第二单向阀，该第二单向阀设置在所述第二回气支管的另一端与所述第二储罐之间，以防止尾气从所述第二回气支管的另一端向所述回气管流动； 控制部，在发动机启 动后的规定时间内，所述控制部将所述切换阀切换至第一状态，在发动机启动后经过了所述规定时间之后，所述控制部将所述切换阀切换至第二状态， 其中，在所述第一状态下，所述切换阀使尾气不朝大气排出而朝所述回气管排出，所述控制部根据测量到所述催化器下游的尾气的空燃比控制所述分流阀，当所述空燃比小于规定值时，所述分流阀将尾气分流至所述第一回气支管，当所述空燃比大于规定值时，所述分流阀将尾气分流至所述第二回气支管，并且 在所述第二状态下，所述切换阀使尾气不朝所述回气管排出而朝大气排出。
2.如权利要求1所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述车辆尾气处理装置还包括温度传感器，该温度传感器用于检测流经所述催化器的尾气的温度， 若所述温度传感器检测到的温度没有达到催化剂的活性温度，则所述控制部判断为处于所述规定时间内，从而将所述切换阀切换至第一状态，若所述温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度，则所述控制部判断为经过了所述规定时间，从而将所述切换阀切换至第二状态。
3.如权利要求1所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述第一回气支管的另一端与所述催化器的尾气排出方向上游侧的入口或与所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，在所述尾气管的比所述催化器或所述第二部位更靠尾气排出方向上游侧的部位设置有辅助单向阀，以防止尾气向发动机逆流。
4.如权利要求1至3中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 在所述第一回气支管的一端与所述第一储罐之间设置有用于将尾气压缩后输送至所述第一储罐的第一压缩泵， 在所述第一回气支管上，在所述第一储罐与所述第一单向阀之间设置有当所述温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度时打开的第一排气阀。
5.如权利要求4所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述第一压缩泵设置在所述第一储罐的使尾气流入的入口附近，并且在所述第一储罐上连接有泄压回路，在所述泄压回路上设有当所述第一储罐内的压力超过预设储罐压力时打开的泄压阀。
6.如权利要求5所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述泄压阀将所述第一储罐内的尾气排向大气或所述发动机的进气道，并且所述泄压阀设置在所述第一储罐的使尾气流出的出口附近。
7.如权利要求1至3中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 在所述第二回气支管的一端与所述第二储罐之间设置有用于将尾气压缩后输送至所述第二储罐的第二压缩泵， 在所述第二回气支管上，在所述第二储罐与所述第二单向阀之间设置有当所述第二储罐内的压力超过预设储罐压力时打开的第二排气阀。
8.如权利要求7所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述第二压缩泵设置在所述第二储罐的使尾气流入的入口附近。
9.如权利要求1至3中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述切换阀设置在所述催化器的尾气排出方向下游侧的出口附近，并且 在所述尾气管上设置有比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的压力传感器，当所述压力传感器检测到的压力超过预设系统压力时，所述控制部将所述切换阀切换至第二状态。
10.如权利要求1所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 当所述发动机为汽油机时，所述空燃比的规定值为14.7，或者 当所述发动机为柴油机时，所述空燃比的规定值为14.3。
11.如权利要求1至3中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述控制部在接收到所述催化器下游的尾气的空燃比测量值之后，经过一段延迟补正时间之后再致动所述分流阀。
12.—种车辆，其特征在于，包括发动机和权利要求1所述的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置的尾气管与所述发动机的排气口连通。
【文档编号】F01N9/00GK103953426SQ201410097835
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】赵安成 申请人:日立汽车部件（苏州）有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种车辆尾气处理装置和配备有车辆尾气处理装置的车辆，其能以较低的成本有效减少车辆尾气造成的污染。车辆尾气处理装置包括尾气管和催化器，还包括切换阀、回气管、第一和第二回气支管、分流阀、第一和第二储罐、第一和第二单向阀以及控制部。在发动机启动后的规定时间内，控制部将切换阀切换至使尾气不朝大气排出而朝回气管排出的第一状态。在发动机启动后经过了规定时间之后，控制部将切换阀切换至使尾气不朝回气管排出而朝大气排出的第二状态。在第一状态下，控制部根据测量到催化器下游的尾气的空燃比控制分流阀，当空燃比小于规定值时，分流阀将尾气分流至第一回气支管，当空燃比大于规定值时，分流阀将尾气分流至第二回气支管。
【专利说明】车辆尾气处理装置和配备有该车辆尾气处理装置的车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车辆尾气处理装置以及配备有该车辆尾气处理装置的车辆。
【背景技术】
[0002]随着社会的日益进步，车辆数量越来越多，使用范围越来越广，车辆尾气对世界环境造成的危害也越来越大。
[0003]为减小车辆尾气对环境造成的污染，在车辆的排气管上常常安装有利用催化剂来对尾气进行净化的三元催化器。不过，由于催化剂只有在达到活性温度之后才能发挥其作用效果，因此，以往在催化剂达到活性之前的那段时间内，尾气并未得到有效的净化。为消除上述时间段内的未净化尾气所造成的影响，以往曾提出了推迟点火时刻来提高排气温度的方法。但是，在这种情况下反而会因HC和CO的排出量的增加而使排放恶化。
[0004]为彻底解决尾气排放问题，在中国专利文献CN102128067A中提出了这样一种尾气净化方法:在车辆上安装可拆卸的压力容器，将车辆尾气全部收集到上述压力容器中。在压力容器装满尾气之后，由集中收集站集中收集并更换上述压力容器，以对所收集的车辆尾气进行集中处理。不过，在这种情况下，对压力容器进行全程回收和集中处理需要投入大量资金，而且每次压力容器装满，就得去集中收集站更换，相当不便。
[0005]日本专利申请JP2013-181424A也公开了一种设有废气再循环系统的发动机。在发动机的进气管和排气管之间设有废气再循环阀，通过控制该阀的开度可以控制废气再循环的数量。当该专利申请公开的发动机运行时，通过传感器检测燃烧恶化率，并且将其与预定限值进行比较。当燃烧恶化率高于预定限值时，则增加选择性催化还原(SCR)催化剂，以降低燃烧恶化率。但是，这样的净化方式依然无法有效地净化催化剂达到活性之前所产生的尾气，而且也不能缩短催化剂达到活性所需要的时间。
[0006]还有一些专利申请试图通过将催化剂达到活性之前所产生的尾气通入到燃烧室内以减缓燃烧速度的方式来缩短催化剂达到活性的时间。但是，实验表明，这样的方式会导致燃烧急剧恶化的后果，因而在实际应用中难以起到先前预期的效果。
[0007]因此，目前需要研发一种有效减少车辆尾气造成的污染的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置能够缩短催化剂达到活性的时间，但不会导致燃烧恶化的不利后果。
【发明内容】
[0008]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种有效减少车辆尾气造成的污染的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置能够缩短催化剂达到活性的时间，但不会导致燃烧恶化的不利后果。
[0009]本发明的另一目的在于提供一种配备有该车辆尾气处理装置的车辆。
[0010]本发明公开了一种车辆尾气处理装置，包括:
[0011]用于将从发动机排出的尾气排出至大气的尾气管，和设置在尾气管上以利用催化剂对尾气进行净化的催化器，其中，[0012]还包括:切换阀，该切换阀在尾气管上设置于比催化器更靠尾气排出方向下游侧的第一部位；
[0013]回气管，该回气管的一端经由切换阀与尾气管连通，另一端与第一回气支管的一端和第二回气支管的一端相连通，第一回气支管的另一端与催化器的尾气排出方向上游侧的入口连通，或与尾气管的比催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，第二回气支管的另一端与发动机的进气道连通；
[0014]分流阀，该分流阀设置在回气管的另一端处；
[0015]第一储罐，该第一储罐设置在第一回气支管上；
[0016]第二储罐，该第二储罐设置在第二回气支管上；
[0017]第一单向阀，该第一单向阀设置在第一回气支管的另一端与第一储罐之间，以防止尾气从第一回气支管的另一端向回气管流动；
[0018]第二单向阀，该第二单向阀设置在第二回气支管的另一端与第二储罐之间，以防止尾气从第二回气支管的另一端向回气管流动；
[0019]控制部，在发动机启动后的规定时间内，控制部将切换阀切换至第一状态，在发动机启动后经过了规定时间之后，控制部将切换阀切换至第二状态，其中，
[0020]在第一状态下，切换阀使尾气不朝大气排出而朝回气管排出，控制部根据测量到催化器下游的尾气的空燃比控制分流阀，当空燃比小于规定值时，分流阀将尾气分流至第一回气支管，当空燃比大于规定值时，所述分流阀将尾气分流至第二回气支管，并且在第二状态下，切换阀使尾气不朝回气管排出而朝大气排出。
[0021]在本发明的另一较佳实施例中，车辆尾气处理装置还可以包括温度传感器，该温度传感器用于检测流经催化器的尾气的温度，若温度传感器检测到的温度没有达到催化剂的活性温度，则控制部判断为处于规定时间内，从而将切换阀切换至第一状态，若温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度，则控制部判断为经过了规定时间，从而将切换阀切换至第二状态。
[0022]在本发明的另一较佳实施例中，第一回气支管的另一端可以与催化器的尾气排出方向上游侧的入口或与尾气管的比催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，在尾气管的比催化器或第二部位更靠尾气排出方向上游侧的部位设置有辅助单向阀，以防止尾气向发动机逆流。
[0023]在本发明的另一更佳实施例中，在第一回气支管的一端与第一储罐之间可以设置有用于将尾气压缩后输送至第一储罐的第一压缩泵，在第一回气支管上，在第一储罐与第一单向阀之间设置有当温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度时打开的第一排气阀。
[0024]在上述更佳实施例中，第一压缩泵可以设置在第一储罐的使尾气流入的入口附近，并且在第一储罐上连接有泄压回路，在泄压回路上可以设有当第一储罐内的压力超过预设储罐压力时打开的泄压阀。
[0025]在上述更佳实施例中，泄压阀可以将第一储罐内的尾气排向大气或发动机的进气道，并且泄压阀可以设置在第一储罐的使尾气流出的出口附近。
[0026]在本发明的另一更佳实施例中，在第二回气支管的一端与第二储罐之间可以设置有用于将尾气压缩后输送至第二储罐的第二压缩泵，在第二回气支管上，在第二储罐与第二单向阀之间可以设置有当第二储罐内的压力超过预设储罐压力时打开的第二排气阀。
[0027]在上述更佳实施例中，第二压缩泵可以设置在第二储罐的使尾气流入的入口附近。
[0028]在本发明的另一更佳实施例中，切换阀可以设置在催化器的尾气排出方向下游侧的出口附近，并且在尾气管上可以设置有比催化器更靠尾气排出方向上游侧的压力传感器，当压力传感器检测到的压力超过预设系统压力时，控制部将切换阀切换至第二状态。
[0029]需要注意的是，当发动机为汽油机时，空燃比的规定值应当确定为14.7，当发动机为柴油机时，空燃比的规定值应当确定为14.3。
[0030]在本发明的另一更佳实施例中，控制部在接收到催化器下游的尾气的空燃比测量值之后，可以经过一段延迟补正时间之后再致动分流阀。
[0031]本发明还公开了一种车辆，该车辆包括发动机和先前所述的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置的尾气管与发动机的排气口连通。
[0032]本发明公开的车辆尾气处理装置从催化器下游抽取车辆尾气，该车辆尾气在与催化器内的催化剂进行热交换之后，温度降低、气体体积减小，在循环排入发动机进气道之后，与上游温度较高的热尾气相比，有利于更多新鲜空气进入燃烧室参与燃烧，因而能够避免燃烧恶化影响发动机的性能。此外，发动机在相同工况下，由于管路较长的原因，其下游尾气的燃烧会更充分，一氧化碳 的含量也比上游尾气要低，也起到了避免燃烧恶化的效果。
[0033]本发明公开的车辆尾气处理装置通过氧传感器检测到的尾气空燃比数值，将尾气区分为浓、稀两类。稀尾气由于含氧量高于浓尾气，再参与燃烧时不会导致燃烧恶化。此外，稀尾气中的二氧化碳不会再次参与燃烧(不消耗氧)，但浓尾气中的一氧化碳会再次参与燃烧(消耗氧)。因此，本发明的车辆尾气处理装置可以根据催化剂的活性状态快速响应，在未活性与活性两种状态下进行切换。
[0034]由于催化剂活化时间得到了缩短，一方面能够相应地减小储罐的体积，另一方面能够有效地提升储罐的储气效率，减少催化剂活化前的尾气排出总量。
[0035]在储罐压力过大的情况下，本发明尽力避免直接向大气排出废气已达到泄压的目的，只有整个系统内压过大时才直接泄压。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]为了进一步说明本发明的车辆尾气处理装置的结构及其工作原理，下面将结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明，其中:
[0037]图1是配备有本发明的车辆尾气处理装置的发动机系统的结构示意图。
[0038]图2至图5是图1所示发动机系统的运行流程图，其中图2是发动机系统运行的总体流程图，图3至5分别是图2中向储罐供气、向大气排气和排出第二储罐内气体等三个步骤的分支流程图。
[0039]图6是氧传感器输出、喷油控制和分流阀控制在横轴为时间(t)的坐标系中的示意图，可以看到分流阀控制与氧传感器输出、喷油控制相比间隔了一段延迟补正时间。
[0040]图7示出了分流阀延迟量修正Map图。
[0041]附图标记
[0042]I车辆尾气处理装置[0043]101尾气管
[0044]IOla 第一尾气管
[0045]IOlb 第二尾气管
[0046]102催化器
[0047]103切换 阀
[0048]104氧传感器
[0049]105回气管
[0050]105a 第一回气支管
[0051]105b 第二回气支管
[0052]105c泄压回路
[0053]106分流阀
[0054]107第一压缩泵
[0055]108第二压缩泵
[0056]109第一储罐
[0057]110第二储罐
[0058]111第一排气阀
[0059]112第二排气阀
[0060]113泄压阀
[0061]114第一单向阀
[0062]115第二单向阀
[0063]116第三单向阀
[0064]2发动机
[0065]201发动机节气门
[0066]202进气道
[0067]203排气口
[0068]P1，P2，P3压力传感器
[0069]T温度传感器
【具体实施方式】
[0070]下面结合【专利附图】
【附图说明】本发明的车辆尾气处理装置的结构及其运行流程。
[0071]车辆尾气处理装置的结构
[0072]首先，根据图1对配备有本发明的车辆尾气处理装置的发动机系统的基本结构进行说明。
[0073]如图1所示，发动机系统包括车辆尾气处理装置I和发动机2。
[0074]车辆尾气处理装置I包括尾气管101和催化器102。尾气管101用于排放从发动机2的排气口 203排出的尾气，催化器102设置在尾气管101的中途，以利用其中的催化剂对流过的尾气进行净化。以催化器102为中间点，将尾气管101分成第一尾气管IOla和第二尾气管101b。第一尾气管IOla的一端(即，第一尾气管在图1中的左端)与大气连通，另一端(即，第一尾气管在图1中的右端)与催化器102的尾气排出方向下游侧的出口连通。第二尾气管IOlb的一端(即，第二尾气管在图1中的左端)与催化器102的尾气排出方向上游侧的入口连通，另一端(即，第二尾气管在图1中的右端)与发动机2的排气口 203连通。
[0075]在一个较佳实施例中，催化器102是三元催化器。当然，本【技术领域】的普通技术人员易于理解的是，也可以采用其它合适类型的催化器。另外，在催化器102上设有温度传感器T，该温度传感器T用于检测流经催化器102的尾气的温度。在催化器102上游的第二尾气管IOlb上安装有压力传感器Pl，以检测第二尾气管IOlb内的气体压力，进而得到发动机系统的整体压力数值。在催化剂102下游的第一尾气管IOla上安装有氧传感器104，以检测第一尾气管IOla内的气体空燃比数值。
[0076]如图1所示，车辆尾气处理装置I还包括切换阀103、回气管105、第一回气支管105a、第二回气支管105b、分流阀106、第一压缩泵107、第二压缩泵108、第一储罐109、第二储罐110、第一排气阀111、第二排气阀112、泄压阀113、第一单向阀114、第二单向阀115和第三单向阀116等部件。下面将逐一介绍这些部件及其布置。
[0077]切换阀103在第一尾气管IOla上设置于比催化器102更靠尾气排出方向下游侧(即，图1中的左侧)的第一部位。在一个较佳实施例中，切换阀103是二位三通电磁阀。在催化剂预热期间，将二位三通电磁阀切换至使P-B管路连通的第一状态，以使尾气不朝大气排出而朝回气管105排出。在催化剂预热完毕之后，将二位三通电磁阀切换至使P-A管路连通的第二状态，以使尾气不朝回气管105排出而朝大气排出。
[0078]回气管105的一端经由切换阀103与尾气管101连通，另一端与第一回气支管105a的一端和第二回气支管105b的一端相连通。换句话说，回气管105在其另一端处分叉成第一回气支管105a和第二回气支管105b。第一回气支管105a的另一端与催化器102的尾气排出方向上游侧的入口连通，或与尾气管101的比催化器102更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通。第二回气支管105b的另一端与发动机2的进气道202连通。
[0079]在回气管105的另一端处，确切地说，在回气管105分叉成第一回气支管105a和第二回气支管105b的分叉处，设有一分流阀106。该分流阀106通过切换与回气管105的连通对象，致使流过回气管105的尾气根据需要进入第一回气支管105a或第二回气支管105b。
[0080]第一储罐109用于储存浓度较高的尾气，其设置在第一回气支管105a的中途。第一单向阀114在第一回气支管105a上设置于第一回气支管105a的另一端与第一储罐109之间的部位，以防止尾气从第一回气支管105a的另一端经由第一储罐109向回气管105回流。
[0081]第二储罐110用于储存浓度较低的尾气，其设置在第二回气支管105b的中途。第二单向阀115在第二回气支管105b上设置于第二回气支管105b的另一端与第二储罐110之间的部位，以防止尾气从第二回气支管105b的另一端经由第二储罐110向回气管105回流。
[0082]另外，在第一回气支管105a内，在第一回气支管105a的一端与第一储罐109之间设置有用于将尾气压缩后输送至第一储罐109的第一压缩泵107。类似地，在第二回气支管105b内，在第二回气支管105b的一端与第二储罐110之间设置有用于将尾气压缩后输送至第二储罐110的第二压缩泵108。
[0083]在第一储罐109和第二储罐110上还安装有压力传感器P2和P3，压力传感器P2用于检测存储在第一储罐109内的尾气的压力，压力传感器P3用于检测存储在第二储罐110内的尾气的压力。
[0084]在第一储罐109与第一单向阀114之间设置有当第一储罐109内的尾气压力达到第一压力限值时打开的第一排气阀111，在第二储罐110与第二单向阀115之间设置有当第二储罐110内的尾气压力达到第二压力限值时打开的第二排气阀112。
[0085]此外，第一储罐109上设有通过泄压阀113通向大气的泄压孔或泄压回路105c。当第一储罐109内的尾气压力超过第一压力限值时，泄压阀113打开，将储存在第一储罐109内的尾气排向大气。在设有泄压回路105c的情况下，在该泄压回路105c内还可以设置防止尾气向第一储罐109回流的单向阀116。
[0086]在一个较佳实施例中，可以将泄压回路105c的另一端与第二回气支管105b的另一端相连通，以使第一储罐109也能够通过泄压回路105c与发动机2的进气道202连通。或者，可以直接将泄压回路105c的另一端连通到发动机2的进气道202。
[0087]另外，虽未图示，但发明的车辆尾气处理装置I还包括对车辆尾气处理装置I的各个部件进行控制的控制部。
[0088]发动机系统运行流程
[0089]接下来，根据图2至5对配备有本发明的车辆尾气处理装置的发动机系统的运行流程进行说明。
[0090]如图2所示，在发动机起动信号发出之后，对发动机进行点火(步骤SI)。对发动机是否成功起动进行判断:如果发动机未成功起动的话，则结合起动失败策略对发动机进行控制并重新进行点火；如果发动机成功起动的话，则继续判断催化器102中的三元催化剂是否为活性状态(步骤S2)。
[0091]在步骤S2中，如果催化剂不是活性状态的话，发动机控制部执行向储罐供气的步骤(步骤S3)，如果催化剂是活性状态的话，发动机控制部执行向大气排气的步骤(步骤S4)。在执行完步骤S3或S4之后，发动机控制部继续执行排出第二储罐中的尾气的步骤(步骤S5)。步骤S3、S4和S5的详细流程示出在图3、4和5中，后文将详细描述上述步骤的具体流程。
[0092]在执行完毕步骤S3至S5之后，判断是否收到发动机停止信号(步骤S6)。如果没有收到停止信号的话，则返回到判断催化剂是否为活性状态的步骤S2并继续执行先前所述的步骤。如果收到了停止信号的话，则陆续确认第一压缩泵107、第二压缩泵108、第一排气阀111、第二排气阀112、泄压阀113是否停止工作，以及切换阀103是否已经断电。在执行完上述指令之后，发动机进入关机模式(步骤S7)。
[0093]请参见图3，其中示出了当催化剂不是活性状态时发动机控制部执行向储罐供气的步骤S3，该步骤包括以下运行流程:
[0094]a)发动机控制部使切换阀103通电(步骤S301)。此时，作为切换阀103的二位三通电磁阀切换成使P-B管路连通的第一状态，以使流经尾气管101的尾气不朝大气排出而朝回气管105排出。
[0095]b)检测氧传感器104，以获得通过氧传感器104所在位置的尾气的空燃比A/F (步骤 S302)。
[0096]c)判断检测到的空燃比A/F是否大于规定值(步骤S303)。当发动机为汽油机时，空燃比的规定值为14.7 ;当发动机为柴油机时，空燃比的规定值为14.3。有关上述规定值如何确定的问题，会在后文中予以说明。
[0097]d)当检测到的空燃比A/F小于规定值(例如，14.7)时，发动机控制部切换分流阀106以使回气管105与第一回气支管105a连通(步骤S304)，以使来自回气管105的尾气进入第一回气支管105a。当检测到的空燃比A/F小于规定值时，发动机控制部切换分流阀106以使回气管105与第二回气支管105b连通(步骤S310)，以使来自回气管105的尾气进入第二回气支管105b。
[0098]e)在来自回气管105的尾气进入第一回气支管105a之后,第一压缩泵107工作而第二压缩泵108停止(步骤S305)，以将通过第一回气支管105a进入第一储罐109的尾气压缩储存在该第一储罐109内。
[0099]f)随着越来越多的尾气被压缩储存在第一储罐109内，需要判断第一储罐109内的压力是否处于安全区域(步骤S306)。此时，压力传感器P2检测存储在第一储罐109内的尾气的压力，并且将其与第一储罐109的第一压力限值进行比较。如果确认第一储罐109内的压力处于安全区域的话，则继续进行之前提到的步骤S5。如果第一储罐109内的压力高于第一压力限值的话，则需要启动泄压阀113。
[0100]g)随着泄压阀113开始工作(步骤S307)，发动机控制部根据废气排出策略对各部件进行控制。然后，再次确认第一储罐109内的压力是否处于安全区域。如果能够确认第一储罐109内的压力处于安全区域的话，则使泄压阀113停止工作(步骤S309)，并继续进行之前提到的步骤S5。
[0101]h)如果第一储罐109内的压力仍然高于第一压力限值的话，需要判断发动机系统整体压力是否过高，以避免产生意外事故。此时，需要读取压力传感器Pi所测量的压力值，并且确认该压力值是否超过系统安全限值(步骤S308)。如果该压力值没有超过系统安全限值的话，则可以让泄压阀113继续工作，直至第一储罐109内的压力低于第一压力限值之后再停止泄压阀113的工作(步骤S309)，并继续进行之前提到的步骤S5。
[0102]但是，如果该压力值超过系统安全限值的话，应当立即开始向大气排气。具体来说，发动机控制部使切换阀103断电，以使二位三通电磁阀切换成使P-A管路连通的第二状态。同时，第一压缩泵107和第二压缩泵108均停止工作。这样，流经尾气管101的尾气将不朝回气管105排出而朝大气排出，从而降低了发动机系统的整体压力。当第一储罐109内的压力低于第一压力限值之后，停止泄压阀113的工作(步骤S309)，并继续进行之前提到的步骤S5。
[0103]请参见图4，其中示出了当催化剂是活性状态时发动机控制部执行向大气排气的步骤S4，该步骤包括以下运行流程:
[0104]由于催化剂已经处于活性状态，因此可以运行催化器102来净化尾气。因此，发动机控制部使切换阀103断电(步骤S41)，以使二位三通电磁阀切换成使P-A管路连通的第二状态。同时，第一压缩泵107和第二压缩泵108均停止工作(步骤S42)。这样，流经尾气管101的尾气可直接朝大气排出。通过压力传感器P2检测第一储罐109内的压力是否为OMPa0如果压力不为OMPa，则使第一排气阀111持续排气，直至排空第一储罐109内的尾气后再关闭第一排气阀111(步骤S44)。在完成上述步骤之后，继续进行之前提到的步骤S5。
[0105]请参见图5，其中示出了发动机控制部继续执行排出第二储罐中的尾气的步骤S5，该步骤包括以下运行流程:
[0106]通过压力传感器P3检测第二储罐110内的压力是否为OMPa (步骤S51)。如果压力为OMPa的话，则可以关闭第二排气阀112 (步骤S53)，并且判断发动机是否收到停止信号。如果压力不为OMPa，则进一步判断第二储罐110内的压力是否低于第二压力限值(步骤S52)。如果第二储罐110内的压力低于第二压力限值，可以进而去判断发动机是否收到停止信号。但是，如果第二储罐110内的压力高于第二压力限值，则需要开始向大气排气。
[0107]与图3中的运行流程类似，发动机控制部使切换阀103断电，以使二位三通电磁阀切换成使P-A管路连通的第二状态。同时，第一压缩泵107和第二压缩泵108均停止工作。这样，流经尾气管101的尾气将不朝回气管105排出而朝大气排出，直至第二储罐109内的压力低于第二压力限值为止。之后，再判断发动机是否收到停止信号。
[0108]空燃比规定值的选取原则
[0109]本发明的车辆尾气处理装置通过氧传感器104的测量值来判断尾气浓度的高低程度。氧传感器104利用其自身的输出电压在理论空燃比(对于汽油机来说，A/F=14.7)附近会发生突变的特性，来实现对氧含量的检测。发动机控制部可以通过识别氧传感器104的输出电压来判别空燃比。具体来说，当空燃比A/F〈14.7时，尾气中的氧含量较低，此时氧传感器的输出电压在1.0V左右；当空燃比A/F=14.7时，氧传感器的输出电压为0.4V?
0.5V，即为基准电压；当空燃比A/F>14.7时，尾气中的氧含量较高，此时氧传感器的输出电压很低，接近于零。
[0110]关于氧传感器104的基准电压，由于传感器的类型、制造商的不同而存在略微区另|J，但基准电压表征的意义都是一样的，即空燃比是14.7。
[0111]对于柴油发动机来说，理论空燃比与汽油机略有不同，数值大约为14.3，但氧传感器的检测原理是一样的。
[0112]分流阀的延迟补正
[0113]需要注意的是，发动机控制部在接收到由氧传感器104检测的催化器下游尾气的空燃比数值之后，需要经过一段延迟补正时间之后再致动分流阀106。
[0114]图6是氧传感器输出、喷油控制和分流阀控制在横轴为时间(t)的坐标系中的示意图。如图6所示，可以看到分流阀控制切换到第一或第二回气支管的动作发生时间比氧传感器输出值经过基准电压的时间和喷油控制动作的时间相比要延迟一段时间， 申请人:将之称为“延迟补正时间”。
[0115]关于分流阀“延迟补正时间”的确定，可以考虑用公式A=B+C(speed，load)进行计算，其中:
[0116]A是分流阀延迟补正设定值；
[0117]B是氧传感器104与分流阀106之间的实际管路长度导致的基础延迟量；
[0118]C是由发动机转速与负荷所确定的延迟量修正，其中speed表示发动机转速，load表示发动机负荷。
[0119]由于实际管路长度决定了基础延迟量，为精确起见，还要考虑对发动机实际工作状况的影响。因此，需要对基础延迟量进行修正，修正后的延迟量才是最终延迟补正量的设定值。
[0120]在上述公式中，C(speed，load)是需要通过大量实验才能确定的数据组。可以考虑将这样的数据组绘制成Map图，其中转速与负荷可以作为Map图的横坐标和纵坐标。在发动机运行过程中，控制部会根据当前的转速与负荷情况选择Map图中对应的横坐标和纵坐标下的实验值作为基础延迟量的修正值。
[0121]如果说要利用Map图的数据再反推出这些数据间的某种明确的计算关系的话，对于发动机的实际控制也不太适用。
[0122]图7示意性地示出了一张分流阀延迟量修正Map图,其中，横轴指示发动机转速，其单位为转/分(rpm)，纵轴指示发动机负荷，其单位为百分比(％)。在该Map图中，代表通过实验所确定的修正量。
[0123]由于所在点的数据完全通过实验确定得到，而发动机可能运行在两个所在点之间，此时控制部利用两个所在点进行比例计算确定最终修正量。无论是横轴方向还是纵轴方向都可适用该方法。
[0124]废气排放控制策略
[0125]关于上述流程图中的废气排放控制策略，可以根据电子节气门开度(α%)进行计算:
[0126]α%= τ %+Q [Ti (speed，load)+Z (*) ]+K [A (P 稀/P 临界安全压力)]+X [B (P 浓/P 临界安全压力)]，其中:
[0127]τ%是基础开度，即维持发动机基本运转(怠速)所需的流量开度；
[0128]Q[]是根据燃油喷射量所决定的电子节气门开度补正量；
[0129]Ti (speed, load)是根据发动机的运转状态(转速、负荷)所决定的燃料喷射量；
[0130]Z(*)是根据其它一些条件(如发动机水温、进气温度等)决定的燃油喷射补正量；
[0131]K[]代表排气阀驱动电压与电子节气门开度补正量之间所对应的函数关系；
[0132]X[]代表泄压阀驱动电压与电子节气门开度补正量之间所对应的函数关系；
[0133]AO代表由储罐实际压力与储罐临界安全压力之间的比例所决定的排气阀驱动电压；
[0134]BO代表由储罐实际压力与储罐临界安全压力之间的比例所决定的泄压阀驱动电压；
[0135]P稀是第二储罐的实际压力；
[0136]P浓是第一储罐的实际压力；
[0137]是第一和第二储罐的临界安全压力。
[0138]对于本领域的技术人员易于理解的是，当Pw=O时(B卩，第二储罐的压力为0，第二
排气阀不工作)，Α(Ρ稀/P临界安全压力)=0、1([八(？稀/P临界安全压力)]=0。当P浓/P临界安全压力〈I时(即，
第一储罐的实际压力未超过临界安全压力，泄压阀不工作)，Β(Ρ.浓/P临界安全压力)=0、Χ[Β(Ρ.浓/
P临界安全压力)]=0。
[0139]虽然以上结合了较佳实施例对本发明的结构、工作原理及运行流程进行了说明，但是本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。
[0140]例如，在上述实施方式中，发动机控制部根据温度传感器T的检测温度对切换阀103进行切换，但也可省去温度传感器Τ，只要在发动机2启动后经过了规定时间，就将切换阀103从第一状态切换至第二状态。
[0141]在上述实施方式中，回气管105的另一端与催化器102的尾气排出方向上游侧的入口连通，但并不局限于此，回气管105的另一端也可与尾气管101的比催化器102更靠尾气排出方向上游侧的部位连通。
[0142]在上述实施方式中，切换阀103远离催化器102的出口设置，但也可将切换阀103设置在催化器102的出口附近。此时，能避免位于催化器102与切换阀103之间的尾气管内的未经催化处理的尾气因切换阀103的切换而被排出至大气。
[0143]在上述实施方式中，在第一回气支管105a和第二回气支管105b上设置有第一压缩泵107和第二压缩泵108，并设置有第一排气阀111、第二排气阀112、泄压回路105c和泄压阀113，但也可省去这些部件，尤其是泄压回路，其也可以完全取消，并且通过泄压孔将尾气排向大气。利用这种设置，可以简化本发明的车辆尾气处理装置的运行流程，例如图3中与步骤S308相关的流程。由于尾气通过泄压孔排向大气，因此不会导致发动机系统整体压力升高。
[0144]另外，在上述实施方式中，第一压缩泵107和第二压缩泵108设置在第一储罐109和第二储罐110的使尾气流入的入口附近，但并不局限于此，可将第一和第二压缩泵设置在第一和第二回气支管、第一和第二储罐与切换阀之间的任意部位。
[0145]在上述实施方式中，第一和第二排气阀111和112设置在第一和第二储罐109和110的使尾气流出的出口附近，但并不局限于此，可将第一和第二排气阀设置在第一和第二回气支管、第一和第二储罐与第一和第二单向阀之间的任意部位。
【权利要求】
1.一种车辆尾气处理装置，包括:用于将从发动机排出的尾气排出至大气的尾气管，和设置在所述尾气管上以利用催化剂对尾气进行净化的催化器，其特征在于，还包括: 切换阀，该切换阀在所述尾气管上设置于比所述催化器更靠尾气排出方向下游侧的第一部位； 回气管，该回气管的一端经由所述切换阀与所述尾气管连通，另一端与第一回气支管的一端和第二回气支管的一端相连通，所述第一回气支管的另一端与所述催化器的尾气排出方向上游侧的入口连通，或与所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，所述第二回气支管的另一端与所述发动机的进气道连通； 分流阀，该分流阀设置在所述回气管的另一端处； 第一储罐，该第一储罐设置在所述第一回气支管上； 第二储罐，该第二储罐设置在所述第二回气支管上； 第一单向阀，该第一单向阀设置在所述第一回气支管的另一端与所述第一储罐之间，以防止尾气从所述第一回气支管的另一端向所述回气管流动； 第二单向阀，该第二单向阀设置在所述第二回气支管的另一端与所述第二储罐之间，以防止尾气从所述第二回气支管的另一端向所述回气管流动； 控制部，在发动机启 动后的规定时间内，所述控制部将所述切换阀切换至第一状态，在发动机启动后经过了所述规定时间之后，所述控制部将所述切换阀切换至第二状态， 其中，在所述第一状态下，所述切换阀使尾气不朝大气排出而朝所述回气管排出，所述控制部根据测量到所述催化器下游的尾气的空燃比控制所述分流阀，当所述空燃比小于规定值时，所述分流阀将尾气分流至所述第一回气支管，当所述空燃比大于规定值时，所述分流阀将尾气分流至所述第二回气支管，并且 在所述第二状态下，所述切换阀使尾气不朝所述回气管排出而朝大气排出。
2.如权利要求1所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述车辆尾气处理装置还包括温度传感器，该温度传感器用于检测流经所述催化器的尾气的温度， 若所述温度传感器检测到的温度没有达到催化剂的活性温度，则所述控制部判断为处于所述规定时间内，从而将所述切换阀切换至第一状态，若所述温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度，则所述控制部判断为经过了所述规定时间，从而将所述切换阀切换至第二状态。
3.如权利要求1所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述第一回气支管的另一端与所述催化器的尾气排出方向上游侧的入口或与所述尾气管的比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的第二部位连通，在所述尾气管的比所述催化器或所述第二部位更靠尾气排出方向上游侧的部位设置有辅助单向阀，以防止尾气向发动机逆流。
4.如权利要求1至3中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 在所述第一回气支管的一端与所述第一储罐之间设置有用于将尾气压缩后输送至所述第一储罐的第一压缩泵， 在所述第一回气支管上，在所述第一储罐与所述第一单向阀之间设置有当所述温度传感器检测到的温度达到催化剂的活性温度时打开的第一排气阀。
5.如权利要求4所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述第一压缩泵设置在所述第一储罐的使尾气流入的入口附近，并且在所述第一储罐上连接有泄压回路，在所述泄压回路上设有当所述第一储罐内的压力超过预设储罐压力时打开的泄压阀。
6.如权利要求5所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述泄压阀将所述第一储罐内的尾气排向大气或所述发动机的进气道，并且所述泄压阀设置在所述第一储罐的使尾气流出的出口附近。
7.如权利要求1至3中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 在所述第二回气支管的一端与所述第二储罐之间设置有用于将尾气压缩后输送至所述第二储罐的第二压缩泵， 在所述第二回气支管上，在所述第二储罐与所述第二单向阀之间设置有当所述第二储罐内的压力超过预设储罐压力时打开的第二排气阀。
8.如权利要求7所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述第二压缩泵设置在所述第二储罐的使尾气流入的入口附近。
9.如权利要求1至3中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述切换阀设置在所述催化器的尾气排出方向下游侧的出口附近，并且 在所述尾气管上设置有比所述催化器更靠尾气排出方向上游侧的压力传感器，当所述压力传感器检测到的压力超过预设系统压力时，所述控制部将所述切换阀切换至第二状态。
10.如权利要求1所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 当所述发动机为汽油机时，所述空燃比的规定值为14.7，或者 当所述发动机为柴油机时，所述空燃比的规定值为14.3。
11.如权利要求1至3中任一项所述的车辆尾气处理装置，其特征在于， 所述控制部在接收到所述催化器下游的尾气的空燃比测量值之后，经过一段延迟补正时间之后再致动所述分流阀。
12.—种车辆，其特征在于，包括发动机和权利要求1所述的车辆尾气处理装置，该车辆尾气处理装置的尾气管与所述发动机的排气口连通。
【文档编号】F01N9/00GK103953426SQ201410097835
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】赵安成 申请人:日立汽车部件（苏州）有限公司
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