專利名稱：一種降低輕型車柴油機排放的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低輕型車柴油機排放的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
柴油機的燃燒過程屬于噴霧的擴散燃燒。由于燃油噴霧與空氣的混合時間很短，混合 氣不均勻，在燃燒過程中形成了高溫過濃區(qū)和高溫火焰區(qū)。在高溫過濃區(qū)由于缺氧的氛圍生
成了較多的碳煙；而在燃燒形成的高溫火焰區(qū)，則生成大量的N0x。柴油機碳煙和N0x生成條 件的差異使降低一種排放的措施往往會導(dǎo)致另一種排放的增多，即通常所說的存在一種此消 彼長的trade-off關(guān)系，改善碳煙和N0x之間的trade-off關(guān)系是降低柴油機排放的關(guān)鍵。
從生成機理上看，碳煙主要生成于混合氣較濃的一定溫度范圍，混合氣的濃度是影響碳 煙的最主要因素；而N0x在溫度大于2200K時生成較多，降低燃燒溫度是減少NOx排放的最有 效措施。廢氣再循環(huán)對降低NOx排放的有效作用已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)可，但在具體實施中往往 會造成碳煙排放的升高。廢氣再循環(huán)對燃燒溫度的降低作用和對進(jìn)氣的稀釋作用(氧濃度降 低)是其減少NOx生成的主要因素，但廢氣再循環(huán)一般使得進(jìn)入氣缸的新鮮空氣減少，造成 混合氣變濃，同時燃燒速度和溫度的下降也減緩了碳煙的氧化，從而造成碳煙排放增多。因 此在采用廢氣再循環(huán)技術(shù)措施時，如何保持好的碳煙排放是重點要解決的問題。
輕型車的常用工況是部分負(fù)荷工況，排放測試工況點主要分布在中、低負(fù)荷工況(50%
負(fù)荷左右及以下)。發(fā)動機在中、低負(fù)荷時一般空燃比較高，采用較小比例的廢氣再循環(huán)對 煙度帶來的負(fù)面影響相對較小，而在廢氣再循環(huán)率較高的情況下(對N0x排放要求較高時) ，就需要采取適當(dāng)措施增加進(jìn)氣量，來保持足夠的空燃比，從而在獲得NOx排放有效降低的 同時保證良好的碳煙排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種降低輕型車用柴油機排放，使其滿足 國標(biāo)4和國5階段排放要求的一種降低輕型車柴油機排放的方法及其裝置。 本發(fā)明的一種降低輕型車柴油機排放的方法，它包括以下步驟(1) 控制單元分別讀取安裝在發(fā)動機曲軸上的傳感器的轉(zhuǎn)速信號、安裝在油門踏板上 的傳感器的發(fā)動機負(fù)荷信號并根據(jù)所述的轉(zhuǎn)速信號和發(fā)動機負(fù)荷信號判斷發(fā)動機是運行在中 、低負(fù)荷的工況還是運行在大負(fù)荷的工況；
(2) 如果步驟(1)中的判斷結(jié)果為中、低負(fù)荷的工況，則所述的控制單元向安裝在發(fā) 動機進(jìn)氣管路上的機械增壓控制閥發(fā)出關(guān)閉信號，同時向電磁離合器發(fā)出工作信號，所述的 電磁離合器與曲軸傳動系嚙合從而帶動機械增壓器與渦輪增壓器同時工作，同時所述的控制 單元根據(jù)標(biāo)定過的控制脈譜圖向安裝在發(fā)動機排氣管上的背壓閥、以及廢氣再循環(huán)管路的廢 氣再循環(huán)閥發(fā)出開度信號；
(3) 如果步驟(1)中的判斷結(jié)果為大負(fù)荷的工況，則所述的控制單元向安裝在進(jìn)氣管 路上的機械增壓控制閥發(fā)出打開信號，同時向電磁離合器發(fā)出斷開信號，渦輪增壓器單獨工 作；同時所述的控制單元根據(jù)標(biāo)定過的控制脈譜圖向安裝在發(fā)動機排氣管上的背壓閥、以及 廢氣再循環(huán)管路的廢氣再循環(huán)閥發(fā)出開度信號。
本發(fā)明的降低輕型車柴油機排放的裝置，它包括裝有廢氣渦輪增壓器的廢氣渦輪增壓系 統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，兩級氧化反應(yīng)器，它還包括機械增壓系統(tǒng)，所述的機械增壓系統(tǒng)包括 安裝在發(fā)動機進(jìn)氣管路上的機械增壓控制閥，與所述的機械增壓控制閥并聯(lián)相連的機械增壓 器，所述的機械增壓器的轉(zhuǎn)軸與第一皮帶傳動系相連， 一個第二皮帶傳動系與發(fā)動機的曲軸 相連，在所述的第一、二皮帶傳動系之間裝有電磁離合器，所述的兩級氧化反應(yīng)器分別安裝 在所述的廢氣渦輪增壓器前、后的發(fā)動機排氣管上。
本發(fā)明的輕型車柴油機排放控制方法，其系統(tǒng)組成主要包括復(fù)合增壓系統(tǒng)(由普通渦輪 增壓器和機械增壓器組成)、電控廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和兩級氧化反應(yīng)器(D0C)后處理裝置。 在輕型車常用工況，機械增壓器參與工作，即采用復(fù)合增壓模式，可以較大幅度提高增壓壓 力和進(jìn)氣量，通過控制廢氣再循環(huán)率、實現(xiàn)低溫燃燒來有效降低NOx排放，而復(fù)合增壓提供 的較充足的新鮮空氣量也可以將碳煙排放控制在較好的水平，通過兩級D0C可以滿足國4/5排 放要求。在大負(fù)荷工況，則由普通渦輪增壓器單獨工作即可。


圖l是本發(fā)明的一種降低輕型車柴油機排放的方法及其裝置的系統(tǒng)示意圖2是本發(fā)明的控制原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖l所示的本發(fā)明的降低輕型車柴油機排放的裝置，它包括廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，廢氣
再循環(huán)系統(tǒng)，所述的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)通常包括安裝在發(fā)動機進(jìn)氣管路上的空氣濾清器io、
廢氣渦輪增壓器l，進(jìn)氣中冷器ll、本發(fā)明裝置在所述的空氣濾清器10之后的發(fā)動機進(jìn)氣管 路上加裝了機械增壓控制閥7。目前通常的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)動機排氣分成兩路， 一路與 大氣相通，在該排氣管上裝有背壓閥。另一路與發(fā)動機進(jìn)氣管相連通，在該廢氣再循環(huán)管路 上依次裝有廢氣再循環(huán)冷卻器9和廢氣再循環(huán)閥8。本發(fā)明裝置還包括機械增壓系統(tǒng)，所述的 機械增壓系統(tǒng)包括安裝在發(fā)動機進(jìn)氣管路上的所述的機械增壓控制閥7，與所述的機械增壓 控制閥7并聯(lián)相連的機械增壓器3，所述的機械增壓器3的轉(zhuǎn)軸與第一皮帶傳動系5相連， 一個 第二皮帶傳動系6與發(fā)動機的曲軸相連，在所述的第一、二皮帶傳動系之間裝有電磁離合器 4。兩級氧化反應(yīng)器12、 13分別安裝在所述的廢氣渦輪增壓器1前、后的發(fā)動機排氣管上。
如圖l、 2所示的本發(fā)明的一種降低輕型車柴油機排放的方法，它包括廢氣渦輪增壓器l 、背壓閥2、機械增壓器3、電磁離合器4、皮帶傳動系統(tǒng)5和6、機械增壓控制閥7、廢氣再循 環(huán)閥8。在發(fā)動機運行過程中，控制單元接受轉(zhuǎn)速和油門踏板(對應(yīng)發(fā)動機的負(fù)荷)信號， 根據(jù)上述信號確定發(fā)動機的運行工況，判斷機械增壓器是否工作。如果發(fā)動機運行在中、低 負(fù)荷的常用工況，電磁離合器4與曲軸傳動系嚙合，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動通過皮帶傳動系統(tǒng)5和 6傳遞給機械增壓器的軸系，機械增壓器開始工作，此時，機械增壓控制閥7關(guān)閉，進(jìn)氣通過 機械增壓器和廢氣渦輪增壓器兩級增壓后進(jìn)入發(fā)動機的的氣缸，同時，控制單元(ECU)根 據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號，根據(jù)標(biāo)定過的控制脈譜(MAP)圖，控制廢氣再循環(huán)閥8和背壓閥2的開 度，從而實現(xiàn)廢氣在循環(huán)率(EGR)率的控制，控制脈譜(MAP)圖的標(biāo)定以控制NOx排放滿 足國標(biāo)4或國5排放要求進(jìn)行標(biāo)定。這樣，在部分負(fù)荷工況，可以同時保證NOx排放控制需要 的EGR率和碳煙排放控制需要的足夠的進(jìn)氣量。在大負(fù)荷工況，為了減小發(fā)動機的機械負(fù)荷 ，電磁離合器4與曲軸傳動系脫離，機械增壓器停止工作，機械增壓控制閥打開，進(jìn)氣繞過 機械增壓器直接進(jìn)入渦輪增壓器的進(jìn)口，發(fā)動機處于單級增壓的模式，同時所述的控制單元 根據(jù)標(biāo)定過的控制脈譜(MAP)圖向安裝在發(fā)動機排氣管上的背壓閥、廢氣再循環(huán)閥發(fā)出開 度信號，由于此時排氣能量比較充足，單純由廢氣渦輪增壓器也能提供足夠的增壓壓力和進(jìn) 氣量，同樣可以保證發(fā)動機的性能和排放。同時，兩級氧化反應(yīng)器(D0C)后處理系統(tǒng)可以 將微粒(碳煙)排放進(jìn)一步降低，這樣，就可以實現(xiàn)輕型車柴油機的高效、低排放燃燒過程
實施例l控制單元分別讀取轉(zhuǎn)速信號和油門踏板信號，如果根據(jù)所述的轉(zhuǎn)速信號和油門踏板信號 判斷發(fā)動機是運行在中、低負(fù)荷的工況；所述的控制單元向安裝在發(fā)動機進(jìn)氣管路上的機械 增壓控制閥發(fā)出關(guān)閉信號，同時向電磁離合器發(fā)出工作信號，所述的電磁離合器與曲軸傳動 系嚙合帶動機械增壓器與渦輪增壓器同時工作，同時所述的控制單元根據(jù)標(biāo)定過的控制脈譜
(MAP)圖向安裝在發(fā)動機排氣管上的背壓閥、廢氣再循環(huán)閥發(fā)出開度信號，控制廢氣再循 環(huán)率。如果發(fā)動機運行在高負(fù)荷工況，所述的控制單元向安裝在發(fā)動機進(jìn)氣管路上的機械增 壓控制閥發(fā)出打開信號，同時向電磁離合器發(fā)出停止工作信號，所述的電磁離合器與曲軸傳 動系脫離，渦輪增壓器單獨工作，同時所述的控制單元根據(jù)標(biāo)定過的控制脈譜(MAP)圖向 安裝在發(fā)動機排氣管上的背壓閥、廢氣再循環(huán)閥發(fā)出開度信號，控制廢氣再循環(huán)率。結(jié)果表 明，在各排放測試工況，廢氣再循環(huán)率為20%-30%的情況下，排氣經(jīng)兩級氧化反應(yīng)器進(jìn)行后 處理，具有滿足國4/5排放的能力。
權(quán)利要求
1.一種降低輕型車柴油機排放的方法，其特征在于它包括以下步驟(1)控制單元分別讀取安裝在發(fā)動機曲軸上的傳感器的轉(zhuǎn)速信號、安裝在油門踏板上的傳感器的發(fā)動機負(fù)荷信號并根據(jù)所述的轉(zhuǎn)速信號和發(fā)動機負(fù)荷信號判斷發(fā)動機是運行在中、低負(fù)荷的工況還是運行在大負(fù)荷的工況；(2)如果步驟(1)中的判斷結(jié)果為中、低負(fù)荷的工況，則所述的控制單元向安裝在發(fā)動機進(jìn)氣管路上的機械增壓控制閥發(fā)出打開關(guān)閉信號，同時向電磁離合器發(fā)出工作信號，所述的電磁離合器與曲軸傳動系嚙合從而帶動機械增壓器與渦輪增壓器同時工作，同時所述的控制單元根據(jù)標(biāo)定過的控制脈譜圖向安裝在發(fā)動機排氣岐管上的背壓閥、以及廢氣再循環(huán)管路的廢氣再循環(huán)閥發(fā)出開度信號；(3)如果步驟(1)中的判斷結(jié)果為大負(fù)荷的工況，則所述的控制單元向安裝在進(jìn)氣管路上的機械增壓控制閥發(fā)出打開信號，同時向電磁離合器發(fā)出斷開信號，渦輪增壓器單獨工作；同時所述的控制單元根據(jù)標(biāo)定過的控制脈譜圖向安裝在發(fā)動機排氣歧管上的背壓閥、以及廢氣再循環(huán)管路的廢氣再循環(huán)閥發(fā)出開度信號。
2 一種實現(xiàn)權(quán)利要求l所述的降低輕型車柴油機排放的方法的裝置，它包括裝有廢氣渦輪增壓器的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，兩級氧化反應(yīng)器，其特征在于它還包括機械增壓系統(tǒng)，所述的機械增壓系統(tǒng)包括安裝在發(fā)動機進(jìn)氣管路上的機械增壓控制閥，與所述的機械增壓控制閥并聯(lián)相連的機械增壓器，所述的機械增壓器的轉(zhuǎn)軸與第一皮帶傳動系相連， 一個第二皮帶傳動系與發(fā)動機的曲軸相連，在所述的第一、二皮帶傳動系之間裝有電磁離合器，所述的兩級氧化反應(yīng)器分別安裝在所述的廢氣渦輪增壓器前、后的發(fā)動機排氣歧管上
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低輕型車柴油機排放的方法及其裝置，本方法包括以下步驟(1)控制單元分別讀取轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機負(fù)荷信號并根據(jù)信號判斷發(fā)動機是運行在中、低負(fù)荷還是運行在大負(fù)荷；(2)如果步驟(1)中的判斷結(jié)果為中、低負(fù)荷，則控制單元向機械增壓控制閥發(fā)出打開關(guān)閉信號，同時向電磁離合器發(fā)出工作信號，電磁離合器與曲軸傳動系嚙合從而帶動機械增壓器與渦輪增壓器同時工作，同時控制單元向背壓閥、廢氣再循環(huán)閥發(fā)出開度信號；(3)如果步驟(1)中的判斷結(jié)果為大負(fù)荷的工況，則控制單元向機械增壓控制閥發(fā)出打開信號，渦輪增壓器單獨工作；同時控制單元向背壓閥、廢氣再循環(huán)閥發(fā)出開度信號。采用本方法可以滿足國4/5排放要求。
文檔編號F02D21/08GK101592090SQ20091030431
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者堯命發(fā), 滸 王, 鄭尊清 申請人:天津大學(xué)