一种旁通型汽车发动机催化器快速起燃系统的制作方法

1.本实用新型属于发动机催化器技术领域，涉及一种旁通型汽车发动机催化器快速起燃系统。


背景技术：

2.如今，汽车排放问题日益受到重视，汽车减排刻不容缓。由于汽车发动机起动后的冷机运转阶段三元催化器温度低，对污染物的转化效率极低，发动机产生的大量污染物未经有效转化即排入大气当中，因此该阶段污染物排放量在汽车运转总排放量中占比较大。随着发动机的运转，发动机气缸内燃烧产生的废气热量逐渐在三元催化器中累积，三元催化器温度逐渐升高，从自然的环境温度逐渐升高到起燃温度(此过程称为三元催化器的起燃)，再快速升高到高效工作温度，三元催化器对污染物的转化效率伴随温度升高而逐渐增大到最大转化效率。因此，加快三元催化器的起燃速率是降低冷机阶段污染物排放的有效手段。
3.为提高三元催化器的起燃速率，目前主要有提高发动机怠速转速、推迟点火角等控制方法，以及在排气管或者三元催化器上安装加热装置等硬件方案。单纯采用提高发动机怠速转速、推迟点火角的控制方法，对加快起燃速率有一定作用，但效果十分有限，对三元催化器中的贵金属含量仍然具有较高要求；采用在排气管或者三元催化器上安装加热装置的方案，对加热装置的耐热性要求极高，对加热功率的要求也较高，会大幅增加硬件成本。另外，在排气主通道上安装加热装置，对排气气流具有明显的节流作用，增大排气背压，大负荷工况燃油经济性变差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种旁通型汽车发动机催化器快速起燃系统。
5.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种旁通型汽车发动机催化器快速起燃系统，包括发动机本体、发动机控制器、排气管路和三元催化器，所述发动机本体上设置有传感器模块；所述排气管路包括废气主通道和废气旁通管，所述废气主通道的一端与发动机本体的排气口连接，另一端与三元催化器连接，所述废气主通道上设有第一接口和第二接口，在所述第一接口和第二接口之间设有主通道控制阀；所述废气旁通管的两端分别与第一接口和第二接口连接，所述废气旁通管上设有旁通管控制阀，以及废气加热装置，所述发动机本体、传感器模块、主通道控制阀、旁通管控制阀和废气加热装置均与发动机控制器电连接。
7.进一步的，所述第一接口设于所述废气主通道上靠近所述发动机本体的一端，所述第二接口设于所述废气主通道上靠近所述三元催化器的一端，所述废气旁通管的进气端与所述第一接口连通，所述废气旁通管的出气端与所述第二接口连通。
8.进一步的，所述主通道控制阀设于所述第一接口后方且靠近所述第一接口的位置
处。
9.进一步的，所述废气旁通管控制阀位于所述废气加热器的前端且靠近所述第一接口的位置处。
10.进一步的，所述传感器模块包括水温传感器，所述水温传感器用于测量发动机冷却液温度，所述水温传感器与发动机控制器电连接。
11.进一步的，所述传感器模块还包括转速传感器和进气压力温度传感器，所述转速传感器用于测量发动机本体的曲轴转速，所述进气压力温度传感器用于测量进入发动机本体的新鲜空气的压力和温度，所述转速传感器和进气压力温度传感器均与发动机控制器电连接。
12.进一步的，所述废气旁通管的管壁上设置有保温层。
13.进一步的，所述废气加热装置包括废气加热器、升压器和蓄电池，所述废气加热器设置在废气旁通管上，所述废气加热器与升压器电连接，所述升压器与蓄电池电连接。
14.进一步的，所述主通道控制阀和旁通管控制阀均为阀片式电子开关阀。
15.进一步的，所述三元催化器在温度升高到350℃后起燃，在温度升高到500℃后其转化效率达到峰值平台。
16.本实用新型中，在排气管路上安装废气旁通管，并将加热装置设置在废气旁通管上，通过灵活控制主通道控制阀与旁通管控制阀的开启与关闭，实现在发动机低温状态下对废气进行加热，有效提高三元催化器起燃速率；在高温状态下将废气切换到主通道，不会增加发动机排气背压，且可避免加热装置经受热冲击，同时保证发动机热机状态下的排气背压和燃油经济性不受影响，有效降低了加热装置的硬件成本，结构简单，实用性强。
附图说明
17.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
18.图1为本实用新型的一个优选实施例的结构框图。
19.图2为本实用新型的另一优选实施例的结构框图。
20.图中：1.发动机本体，2.传感器模块，3.发动机控制器，4.主通道控制阀，5.旁通管控制阀，6.废气主通道，7.废气旁通管，9.三元催化器，61.第一接口，62.第二接口，71.保温层，81.废气加热器，82.升压器，83.蓄电池。
具体实施方式
21.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.实施例1
23.如图1所示，本实用新型一种旁通型汽车发动机催化器快速起燃系统的一个优选
实施例包括发动机本体1、发动机控制器3、排气管路和三元催化器9，所述发动机控制器3与发动机本体1电连接，用于控制发动机本体1的进气量、怠速转速和点火角等。所述发动机本体1上设置有传感器模块2；所述传感器模块2用于检测发动机本体1的温度等参数，所述传感器模块2优选为包括水温传感器，所述水温传感器用于测量发动机冷却液温度，所述水温传感器与发动机控制器3电连接。
24.所述排气管路包括废气主通道6和废气旁通管7，所述废气主通道6的一端与发动机本体1的排气口连接，另一端与三元催化器9连接，所述三元催化器9用于对发动机废气中的污染物进行转化处理，在三元催化器9未达到起燃温度时，其转化效率很低，在达到起燃温度后转化效率可大幅提高，三元催化器9在温度升高到350℃后起燃，在温度升高到500℃后其转化效率即可以达到峰值平台。所述废气主通道6上设有第一接口61和第二接口62，所述第一接口61和第二接口62优选为采用三通接头。在所述第一接口61和第二接口62之间设有主通道控制阀4，所述主通道控制阀4与发动机控制器3电连接，用于控制废气是否流经废气主通道6。所述主通道控制阀4优选为阀片式电子开关阀，所述主通道控制阀4的安装位置优选为临近第一接口61，当然，所述主通道控制阀4也可安装在废气主通道6的中部或安装在临近第二接口62的位置处。
25.所述废气旁通管7的两端分别与第一接口61和第二接口62连接，为加快废气旁通管7中废气的加热速度，所述废气旁通管7的管壁上优选为设置有保温层71，用于废气旁通管7的保温，避免废气的热量过度散失。所述废气旁通管7上设有旁通管控制阀5，所述旁通管控制阀5与发动机控制器3电连接，用于控制废气是否流经废气旁通管7。所述旁通管控制阀5优选为阀片式电子开关阀，所述旁通管控制阀5的安装位置优选为临近第一接口61。
26.所述旁通管控制阀5和第二接口62之间设有废气加热装置，所述废气加热装置受发动机控制器3的控制进行工作，在三元催化器9快速起燃功能激活时，对流经废气旁通管7的废气进行加热，在三元催化器9快速起燃功能关闭时，废气加热装置停止加热。所述废气加热装置包括废气加热器81、升压器82和蓄电池83，所述废气加热器81设置在废气旁通管7上，所述废气加热器81与发动机控制器3电连接，所述废气加热器81还与升压器82电连接，所述升压器82与蓄电池83电连接，所述升压器82将蓄电池83的电压升压后供给废气加热器81使用，以满足大功率加热要求。
27.本实施例的工作原理如下：
28.发动机启动时，发动机控制器3通过水温传感器获取发动机的冷却液温度；由于冷却液温度和发动机排出的废气的温度正相关，因此可根据冷却液温度来判断是否需要对废气进行加热。可预先在发动控制器设置第一温度阈值a1(例如a1可设置为60℃)。
29.当发动机启动时冷却液温度高于第一温度阈值a1时，发动机控制器3使主通道控制阀4打开，同时使旁通管控制阀5关闭，发动机废气通过废气主通道6进入三元催化器9；此时，发动机控制器3使废气加热器81不工作。
30.当发动机启动时冷却液温度低于第一温度阈值a1时，发动机控制器3使主通道控制阀4关闭，同时使旁通管控制阀5打开，发动机废气通过废气旁通管7进入三元催化器9；并使废气加热器81工作，对流经废气旁通管7的废气进行加热；使三元催化器9快速达到起燃温度，进而快速达到催化器高效工作温度，对废气中的污染物进行快速转化。当发动机控制器3检测到冷却液温度高于第一温度阈值a1时，认为三元催化器9的温度已经升高到峰值平
台温度，发动机控制器3使废气加热器81停止工作，并使旁通管控制阀5关闭，同时使主通道控制阀4打开，发动机废气不再经过废气旁通管7，直接通过废气主通道6进入三元催化器9。
31.另外，在发动机的工作过程中，如果发动机长时间处于断油反拖状态，则发动机控制器3使主通道控制阀4关闭，同时使旁通管控制阀5打开，使发动机废气通过废气旁通管7进入三元催化器9；并使废气加热器81工作，对流经废气旁通管7的废气进行加热，从而对三元催化器9进行保温，使三元催化器9保持工作在峰值平台温度。当发动机脱离反拖状态后，发动机控制器3使废气加热器81停止工作，并使旁通管控制阀5关闭，同时使主通道控制阀4打开，发动机废气不再经过废气旁通管7，直接通过废气主通道6进入三元催化器9。
32.本实施例创新性提出在排气管路上安装废气旁通管7，将加热装置设置在废气旁通管7上，通过灵活控制主通道控制阀4与旁通管控制阀5的开启与关闭，实现在发动机低温状态下对废气进行加热，有效提高三元催化器9起燃速率；高温状态下避免加热装置经受热冲击，同时保证发动机热机状态下的排气背压和燃油经济性不受影响，有效降低加热装置硬件成本。
33.实施例2
34.为结合提高发动机怠速转速、推迟点火角的控制方法，进一步优化对三元催化器9的起燃控制，本实施例的传感器模块2在实施例1的基础上增加了转速传感器和进气压力温度传感器，所述转速传感器用于测量发动机本体1的曲轴转速，所述进气压力温度传感器用于测量进入发动机本体1的新鲜空气的压力和温度，所述转速传感器和进气压力温度传感器均与发动机控制器3电连接。
35.本实施例的工作原理如下：
36.发动机启动时，发动机控制器3通过水温传感器获取发动机的冷却液温度；由于冷却液温度和发动机排出的废气的温度正相关，因此可根据冷却液温度来判断是否需要对废气进行加热。可预先在发动控制器设置第一温度阈值a1(例如a1可设置为60℃)、第二温度阈值a2(例如a2可设置为40℃)和第三温度阈值a3(例如a3可设置为10℃)。
37.当发动机启动时冷却液温度高于第一温度阈值a1时，则发动机温度较高，能够使三元催化器快速达到峰值平台，无需进行快速起燃控制；发动机控制器3使主通道控制阀4打开，同时使旁通管控制阀5关闭，发动机废气通过废气主通道6进入三元催化器9；此时，废气加热器81不工作，发动机控制器3也不对发动机怠速转速和点火角进行额外控制(即不提高发动机怠速转速、不推迟点火角)。
38.当发动机启动时冷却液温度低于第一温度阈值a1且高于第二温度阈值a2时，则发动机温度偏低，可通过提高发动机怠速转速、推迟点火角的方式进行快速起燃控制；发动机控制器3使主通道控制阀4打开，同时使旁通管控制阀5关闭，发动机废气通过废气主通道6进入三元催化器9；此时，废气加热器81不工作，发动机控制器3控制发动机本体1增大进气量、提高怠速转速、延迟点火角，以加快三元催化器9的起燃速率。当发动机控制器3通过进气压力温度传感器检测到发动机进气量积分值达到第一进气量标定值b1(例如b1可设置为2～3kg)时，认为三元催化器9的温度已经升高到峰值平台温度，发动机控制器3停止对发动机怠速转速和点火角的额外控制。发动机控制器3通过提高发动机怠速转速、推迟点火角的控制方法加快三元催化器9的起燃速率为现有技术，在此不做赘述。
39.当发动机启动时冷却液温度低于第二温度阈值a2且高于时第三温度阈值a3，则发
动机温度较低，可结合废气加热和提高发动机怠速转速、推迟点火角的方式进行快速起燃控制；发动机控制器3使主通道控制阀4关闭，同时使旁通管控制阀5打开，发动机废气通过废气旁通管7进入三元催化器9；并使废气加热器81工作，对流经废气旁通管7的废气进行加热；另外，发动机控制器3还同时控制发动机本体1增大进气量、提高怠速转速、延迟点火角，使发动机气缸温度以及冷却液加速升温，并使一部分燃油不在发动机气缸内燃烧，而是被排出缸外进入排气管路以及三元催化器9内，当排气管路及三元催化器9达到燃油的燃点并有空气时，未在缸内燃烧的燃油即发生“后燃”，“后燃”燃烧释放的热量对三元催化器9具有加热作用，从而使三元催化器9快速达到起燃温度，进而快速达到催化器高效工作温度，对废气中的污染物进行快速转化。当发动机控制器3通过进气压力温度传感器检测到发动机进气量积分值达到第二进气量标定值c1(例如c1可设置为3～5kg)时，认为三元催化器9的温度已经升高到峰值平台温度，发动机控制器3使废气加热器81停止工作，并使旁通管控制阀5关闭，同时使主通道控制阀4打开，发动机废气不再经过废气旁通管7，直接通过废气主通道6进入三元催化器9。
40.当发动机启动时冷却液温度低于第三温度阈值a3时，则发动机温度过低，此时不进行快速起燃控制；发动机控制器3使主通道控制阀4打开，同时使旁通管控制阀5关闭，发动机废气通过废气主通道6进入三元催化器9；此时，废气加热器81不工作，发动机控制器3也不对发动机怠速转速和点火角进行额外控制。
41.另外，在发动机的工作过程中，如果发动机长时间处于断油反拖状态，则发动机控制器3使主通道控制阀4关闭，同时使旁通管控制阀5打开，使发动机废气通过废气旁通管7进入三元催化器9；并使废气加热器81工作，对流经废气旁通管7的废气进行加热，从而对三元催化器9进行保温，使三元催化器9保持工作在峰值平台温度。当发动机脱离反拖状态后，发动机控制器3使废气加热器81停止工作，并使旁通管控制阀5关闭，同时使主通道控制阀4打开，发动机废气不再经过废气旁通管7，直接通过废气主通道6进入三元催化器9。
42.本实施例保留提高发动机怠速转速与推迟点火角的传统控制方法，并结合在排气管路上安装废气旁通管7，将加热装置设置在废气旁通管7上，控制方式更加灵活。
43.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。