[发明专利]一种利用真空‑相变保温降低冷启动排放的方法

说明书

技术领域

本发明提供一种利用真空-相变保温降低冷启动排放的催化装置，具体涉及一种新型催化装置的设计及控制方法，属于内燃机领域。

背景技术

随着汽车数量的急剧增加，汽车排放加剧了大气的污染和环境的恶化，汽车排放物成为城市空气污染的主要源头，降低发动机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。最新国家标准，全国将于2018年1月1日起实施第五阶段国家机动车排放标准，北京市将于2016年1月1日起提前实施第五阶段国家机动车排放标准。国五标准，相当于欧盟的欧五标准，欧盟已经从2009年起开始执行，其对氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳和悬浮粒子等机动车排放物的限制更为严苛。从国Ⅰ提至国Ⅳ，每提高一次标准，单车污染减少30％至50％。在排放循环测试中,根据美国环境保护署的FTP-75测试得知,配备三效催化转化器的汽油机近80％的HC、CO排放是在冷起动最初的200s内产生的，原因是由于冷启动阶段发动机排气温度较低，氧传感器和三元催化器不能正常工作。因此，如能采取措施控制启动时的HC排放，车用汽油机就能满足更高的排放法规要求。

目前汽油车冷启动排放控制主流技术是通过使三元催化器快速达到起燃温度来降低HC和CO的排放，在使催化器快速起燃研究方面的主要办法是降低催化器的起燃温度和尽快提高催化器温度。而前者由于催化剂技术的限制，效果是有限的，而且还需要加大贵金属的含量，会造成系统成本的增加。故而催化器快速起燃的研究较多的集中在了尽快提高催化器入口温度方面，如近装催化器、催化器燃油加热，催化器电加热等技术。近装催化器无法转化冷启动后第一个60s内的HC；催化器燃油加热，需要一个燃烧室，会产生额外的排放；催化器电加热技术，相对燃油加热催化器结构简单，但要使催化剂温度在短时间内达到起燃温度需要消耗蓄电池大量的电能。

发明内容

本发明的目的是为了客服现有的发动机冷启动时排放控制装置的上述缺陷，利用发动机的余热，提供了一种利用真空-相变保温降低冷启动排放的催化装置及控制方法，利用该装置可有效降低发动机冷启动时废气排放量。

本发明采用如下技术方案：

一种利用真空-相变保温降低冷启动排放的催化装置，其特征在于：包括电控单元5、气泵系统4、气门开关驱动系统3、催化剂载体7、空腔8、相变材料9，相变材料9紧挨着催化剂载体7外侧设置，并且和催化剂载体7都封装在密闭腔内，其外侧是空腔8，空腔8内安装压力传感器15.前段排气管1和后段排气管10靠近空腔8处装有气门开关驱动系统3，其中前段排气管1还安装有温度传感器2。

应用所述的装置的方法，其特征在于步骤如下：

1)该装置根据发动机的启动信号11和停车信号12控制气门6的开启和关闭；发动机处于运行状态下，气门6保持开启；发动机启动时，电控单元5将发动机的启动信号11传递给气门开关驱动系统3，气门开关驱动系统3开启气门6.温度传感器2检测流经前段排气管1内的废气温度并传递给电控单元5；

发动机处于停车状态下，气门6保持闭合，空腔8为真空腔，空腔8内的真空减少装置内热量的散失；

2)当电控单元5接受的温度信号大于800℃时，电控单元5向气泵系统4发出充气信号13，气泵系统4接受到充气信号13后向空腔内充入空气，直到腔内压力与外界压力平衡；随着充入空气量越大，腔内的传热系数越大，有利于废气热量的散失，防止催化剂高温失活；当电控单元5接受的温度信号小于800℃时，电控单元5向气泵系统4发出抽气信号14，气泵系统4接受到抽气信号14后从空腔内向外抽空气；随着空气减少，传热系数减小，热量散失减少；

发动机停车时，电控单元5将发动机的停车信号12传递给气门开关驱动系统3，气门开关驱动系统3关闭气门6，此时通过压力传感器15判断空腔8是否为真空，如果空腔8不是真空，电控单元5向气泵系统4发出抽气信号14，气泵系统接受到抽气信号14后从空腔内向外抽空气，保证停车状态下空腔8为真空腔。

本装置中提到的相变材料为硅铝合金材料，相变材料在发生相变过程中吸收或释放大量的潜热。