一种排气碳颗粒的净化装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车尾气净化领域，特别涉及一种排气碳颗粒的净化装置及方法。

背景技术

随着国家对车辆排放要求的提升，排气后处理技术成为近些年来各大主机厂重点研究领域，尾气碳烟颗粒物收集处理是提升排放要求的重要一环，而目前柴油车辆的碳烟颗粒物质收集装置主要依靠的是DPF(颗粒捕捉器)。

DPF技术是目前使用最为广泛的后处理技术，几乎所有新生产的车辆都带有DPF，其利用碳化硅等材料烧结成圆柱形、蜂窝状、壁流式的碳烟收集载体，载体蜂窝表面涂有铂、钯等贵金属材料，用于促进碳烟物质的再生燃烧。

然而，DPF这种装置非常昂贵，少则几千，多则数万，仅一个后处理的成本就已经接近车辆的变速箱成本。且DPF很容易堵塞、烧蚀、开裂，且需要昂贵的传感器、控制模块等配套使用，在开发阶段关于DPF的数据设定需要通过严苛的冬季、夏季标定研究，开发成本同样非常昂贵。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种排气碳颗粒的净化装置及方法，旨在解决背景技术中记载的技术问题。

本发明提供一种排气碳颗粒的净化装置，包括：排气管、分别设于所述排气管两侧的水泵组件和储水箱组件，以及设于所述排气管内部的PM传感器，所述排气管的两端分别为净化端和排气端，所述排气端设于所述净化端后方，所述水泵组件设于所述排气管净化端，所述PM传感器设于所述水泵组件排气端，所述储水箱组件设于所述水泵组件和所述PM传感器之间，所述储水箱组件和所述排气管之间通过污水处理组件连接，所述储水箱组件和所述水泵组件还通过输送水管连接；

其中，所述水泵组件包括水泵，与所述水泵连接的ECU、多通管路和压力水管，所述压力水管贯穿进所述排气管；

所述储水箱组件包括储水箱、设于所述储水箱内部的水位传感器和设于所述储水箱外部的加注管及口盖；

所述水位传感器、所述PM传感器以及所述水泵均与所述ECU电连接；

汽车行驶过程中，所述水泵通过输送水管从所述储水箱抽取用于净化尾气的净化水，以保证排出的尾气颗粒含量低于标准；

所述水泵组件将由所述储水箱组件输送的净化水转换成水雾，并喷入所述排气管内；

所述ECU用于根据所述水位传感器传递的水位信号和所述PM传感器传递的颗粒含量信号，以控制所述水泵从所述储水箱抽水并对于所述排气管内的尾气进行净化。

进一步的，所述多通管道的进水口连接至所述水泵的出水口，且所述多通管道的若干出水口均设有压力水管，所述压力水管远离所述多通管道的一端安装有喷水压力阀门；

所述压力水管设有所述喷水压力阀门的一端贯穿进所述排气管内，以使所述喷水压力阀门设于所述排气管内顶并向下喷水雾。

进一步的，所述污水处理组件包括一端连接至所述排气管的污水管道和连接于所述污水管道另一端的过滤装置，所述污水处理组件设于所述水泵组件和所述PM传感器之间，以对尾气废水进行处理。

进一步的，汽车尾气由所述排气管净化端进入并流通至所述排气端时，当所述PM传感器检测尾气中颗粒含量超出排放标准时，将颗粒含量信号传递至所述ECU，由所述ECU控制所述水泵向所述储水箱抽水，并经由所述喷水压力阀门向排气管内喷出水雾；

当尾气溶于水雾后，尾气废水流入所述污水处理组件，经由所述过滤装置，过滤后的液体流入所述储水箱，进行二次利用；

所述PM传感器再次检测所述颗粒含量信号，并将所述颗粒含量信号传递至所述ECU，所述ECU根据所述颗粒含量信号以调整所述水泵抽水量，以调整对尾气的净化力度。

本发明还提供一种排气碳颗粒的净化方法，使用上述的排气碳颗粒的净化装置，应用于ECU，所述方法包括：

尾气经由所述PM传感器检测后，将颗粒含量信号传递至所述ECU；

ECU根据获取的所述颗粒含量信号与预设颗粒含量值对比，若所述颗粒含量信号低于所述预设颗粒含量区间，则正常排放尾气；若所述颗粒含量信号高于所述预设颗粒含量区间，向所述ECU传递抽水信号，所述ECU则控制水泵向所述储水箱抽水；

根据所述ECU的抽水信号，所述水位传感器用于获取所述储水箱内实时水位值，当所述水位值处于可抽水区间时，控制所述水泵进行抽水，并向所述排气管内进行喷射水雾；

所述ECU根据所述PM传感器的实时颗粒含量信号，以调整所述水泵的水压，进行动态控制。

进一步的，ECU根据获取的所述颗粒含量信号与预设颗粒含量区间对比，若所述颗粒含量信号低于所述预设颗粒含量区间，则正常排放尾气；若所述颗粒含量信号高于所述预设颗粒含量区间，向所述ECU传递抽水信号，所述ECU则控制水泵向所述储水箱抽水的步骤包括：

所述预设颗粒含量区间为第一颗粒含量值至第二颗粒含量值，所述第一颗粒含量值低于所述第二颗粒含量值，所述第二颗粒含量值为排放标准值；

根据所述颗粒含量信号与所述第一颗粒含量值和所述第二颗粒含量值对比，以判断是否进行抽水。

进一步的，当实时所述颗粒含量信号超出所述第一颗粒含量值时，且持续时间大于或等于第一预设时间后，所述PM传感器传递抽水信号至所述ECU以控制水泵进行抽水；

当实时所述颗粒含量信号超出所述第一颗粒含量值时，但持续时间小于预设时间后，尾气正常排出；

当实时所述颗粒含量信号直接超出所述第二颗粒含量值时，所述PM传感器传递抽水信号至所述ECU以控制水泵进行抽水。

进一步的，所述根据所述ECU的抽水信号，所述水位传感器用于获取所述储水箱内实时水位值，当所述水位值处于可抽水区间时，控制所述水泵进行抽水，并向所述排气管内进行喷射水雾的步骤包括：

所述储水箱内包括水位预警值和水位危险值，所述水位预警值高于所述水位危险值，所述可抽水区间为大于或等于水位危险值；

当所述ECU从所述水位传感器获取的实时水位值高于所述水位预警值时，所述储水箱可正常向所述水泵供水；

当所述ECU从所述水位传感器获取的实时水位值处于所述水位预警值和所述水位危险值之间时，此时所述ECU将在仪表盘显示预警，提示车主加水；

当所述ECU从所述水位传感器获取的实时水位值低于所述水位危险值时，若此时所述ECU接收抽水信号时，所述ECU立即控制发动机停止工作。

进一步的，当所述ECU接收抽水信号，以及所述水位值处于所述可抽水区间内时，所述ECU控制所述水泵进行抽水，对尾气进行净化。

进一步的，所述ECU控制所述水泵进行抽水时，根据实时颗粒含量信号和实时水位值，以调整所述水泵水压，以对排气管内的尾气进行净化。

根据本发明提出的排气碳颗粒的净化装置及方法，具有以下有益效果：

本发明的中的ECU能够根据PM传感器检测出的颗粒含量信号和水位传感器提供的实时水位值，来控制水泵是否从储水箱抽水以对尾气进行净化。

在尾气进入排气管内后，经由PM传感器检测后，将颗粒含量信号传递至ECU，ECU根据获取的实时颗粒含量信号与预设的颗粒含量区间对比，若颗粒含量信号低于预设颗粒含量区间，则正常排放尾气；若颗粒含量信号高于预设颗粒含量区间，向ECU传递抽水信号，ECU则控制水泵向储水箱抽水；根据抽水信号，水位传感器将储水箱内的实时水位值提供至ECU，ECU根据实时水位值来判定当前水位是否可向水泵供水，进行净化；ECU还可根据当前的颗粒含量信号和水位值，以调整水泵的水压，进而调节净化速率。本发明的工作原理和现有DPF后处理技术完全不同，通过水雾和尾气混合来达到净化尾气颗粒物质的目的，通过水路循环来实现整车排气颗粒物净化的目的，同时本发明可减少一半以上的后处理生产成本，工作原理较DPF后处理原理简单，净化水资源广泛，客户使用操作简单,不会存在大额更换成本，大大的降低后处理设计、生产、维修成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例中排气碳颗粒的净化装置的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中喷水压力阀门的布置示意图；

图3为本发明第二实施例中排气碳颗粒的净化方法的流程图。

附图元器件符号说明：

排气管100，PM传感器110，净化端120，排气端130，水泵200，ECU210，多通管路220，压力水管230，喷水压力阀门240，储水箱300，水位传感器310，加注管320，口盖330，输送水管400，过滤装置500，污水管道510。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

如图1和图2所示，本发明的第一实施例提供一种排气碳颗粒的净化装置，包括排气管100、分别设于所述排气管100两侧的水泵组件和储水箱组件，以及设于所述排气管100内部的PM传感器110，所述排气管100的两端分别为净化端120和排气端130，所述排气端130设于所述净化端120后方，所述水泵组件设于所述排气管100净化端120，所述PM传感器110设于所述水泵组件排气端130，所述储水箱组件设于所述水泵组件和所述PM传感器110之间，所述储水箱组件和所述排气管100之间通过污水处理组件连接，所述储水箱组件和所述水泵组件还通过输送水管400连接；

其中，所述水泵组件包括水泵200，与所述水泵200连接的ECU210、多通管路220和压力水管230，所述压力水管230贯穿进所述排气管100。所述水泵200可以是市面上的现有标准水泵，匹配适应性开发的安装支架，或者根据车辆参数开发适合功率大小的水泵；其可以根据车辆排放大小进行功率选型，匹配适应性开发的安装支架，或者外形和水进出口做全新设计，来匹配整车的空间布置，通常固定在车身底盘横梁上，相关固定支架做适应性开发，且尽量和排气管100的净化端120靠近，缩短水泵200到喷水压力阀门240的管路长度。

所述多通管路220的进水口连接至所述水泵200的出水口，且所述多通管道的若干出水口均设有压力水管230，所述压力水管230可以是不锈钢压力水管230，用于输送多通接头流过来的压力水。

所述压力水管230远离所述多通管道的一端安装有喷水压力阀门240，用于给排气管100喷水形成水雾段，喷阀的数量、大小、布置角度根据所需的净化效率来设计，根据排气管100的尺寸，喷阀的数量可以设计在20个左右，在排气管100的同一圆周上相隔120°安装一个喷阀，在排气管100的纵向位置并排设计多圈喷阀，本专利主要介绍3*7组的水雾处理段，不同车型不局限于喷发的数量、大小、位置，根据需求设计。喷阀和水泵200之间连接多通管路220，实现加压后的水向各喷阀供应，压力水管230采用不锈钢钢管制作，适应性设计管型，喷水压力阀门240可以采用焊接或者螺纹连接的方式安装在排气管100上。

所述储水箱组件包括储水箱300、设于所述储水箱300内部的水位传感器310和设于所述储水箱300外部的加注管320及口盖330；水箱可以选择黑色HEPD材质，通过和车身的布置空间及发动机的排量设计水箱的大小、形状，通过吹塑工艺制成水箱，水箱内设计有水位传感器310，一般为浮漂滑动变阻器式，或者超声波检测式。实时水位值通过ECU210反映至仪表盘上，可以实时监测水箱的水量变化，所述储水箱300内包括水位预警值和水位危险值。当储水箱300内的水位值低于所述水位危险值时，应及时通过设计在车身两侧的加注管320加水，打开口盖330机壳向水箱加水。

值得强调的是，所述水位传感器310、所述PM传感器110以及所述水泵200均与所述ECU210电连接，以使ECU210可结合颗粒含量信号和水位值对尾气进行净化。

另外，所述污水处理组件包括一端连接至所述排气管100的污水管道510和连接于所述污水管道510另一端的过滤装置500，所述污水处理组件设于所述水泵组件和所述PM传感器110之间，以对尾气废水进行处理。所述污水管道510设于所述喷水压力阀门240的后端，且开口在垂直向下方向，其设计位置、开口大小根据最优设计进行选择，其可以为金属结构管路，或者橡胶管路。所述过滤装置500通常为滤网，滤网可以是过滤纸，或者陶瓷滤芯，过滤装置500的选择根据过滤效率进行适应性开发。

所述输送水管400可以是橡胶水管，根据整个装置的布置，设计相关的管路走向，输送水管400的粗细、壁厚、走向根据水泵200功率及底盘空间布置适应性开发，输送水管400连通储水箱300和水泵200。

汽车尾气由所述排气管100净化端120进入并流通至所述排气端130时，当所述PM传感器110检测尾气中颗粒含量超出排放标准时，将颗粒含量信号传递至所述ECU210，由所述ECU210控制所述水泵200向所述储水箱300抽水，并经由所述喷水压力阀门240向排气管100内喷出水雾；

当尾气溶于水雾后，尾气废水流入所述污水处理组件，经由所述过滤装置500，过滤后的液体流入所述储水箱300，进行二次利用；

所述PM传感器110再次检测所述颗粒含量信号，并将所述颗粒含量信号传递至所述ECU210，所述ECU210根据所述颗粒含量信号以调整所述水泵200抽水量，以调整对尾气的净化力度。

实施例二

如图3所示，本发明的第二实施例提供了一种排气碳颗粒的净化方法，使用了第一实施例的排气碳颗粒的净化装置，应用于ECU，所述方法包括步骤S01～S04。

步骤S01、尾气经由所述PM传感器检测后，将颗粒含量信号传递至所述ECU；

汽车行驶过程中，尾气经所述排气管净化端进入，并由排气端排出，此时设于所述排气管内靠近所述排气端处的PM传感器将对即将排放的尾气进行检测，并将由所述PM传感器获取的颗粒含量信号传递至所述ECU。

值得说明的是，所述PM传感器设于所述水泵组件和储水箱组件后方，其可对于净化的尾气再进行检测，并实时监控排放尾气中的颗粒含量，对净化强度做出调整。

步骤S02、ECU根据获取的所述颗粒含量信号与预设颗粒含量区间对比，若所述颗粒含量信号低于所述预设颗粒含量区间，则正常排放尾气；若所述颗粒含量信号高于所述预设颗粒含量区间，向所述ECU传递抽水信号，所述ECU则控制水泵向所述储水箱抽水；

当所述ECU接收所述PM传感器传递的颗粒含量信号后，通过与所述预设颗粒含量区间对比，以判断是否需要通过所述ECU控制水泵向储水箱内抽水，对排气管内的废气进行净化。

其中，所述预设颗粒含量区间包含第一颗粒含量值和第二颗粒含量值，所述第一颗粒含量值略低于所述第二颗粒含量值，所述第二颗粒含量值为国家排放标准值。

当实时所述颗粒含量信号超出所述第一颗粒含量值时，且持续时间大于或等于预设时间后，所述PM传感器传递抽水信号至所述ECU以控制水泵进行抽水，所述预设时间为5S；

当实时所述颗粒含量信号超出所述第一颗粒含量值时，但持续时间小于预设时间后，尾气正常排出；

当实时所述颗粒含量信号直接超出所述第二颗粒含量值时，所述PM传感器传递抽水信号至所述ECU以控制水泵进行抽水。

由于本发明中是依靠水雾和排气混合来达到净化尾气颗粒物质的目的，通过水路循环来实现整车排气颗粒物净化的目的。由于其净化成本较低，出于保护环境的目的，故设有第一颗粒含量值和第二颗粒含量值，减少排放尾气中的颗粒含量。

步骤S03、根据所述ECU的抽水信号，所述水位传感器用于获取所述储水箱内实时水位值，当所述水位值处于可抽水区间时，控制所述水泵进行抽水，并向所述排气管内进行喷射水雾；

所述储水箱内包括水位预警值和水位危险值，所述水位预警值高于所述水位危险值，所述可抽水区间为大于或等于水位危险值；

当所述ECU从所述水位传感器获取的实时水位值高于所述水位预警值时，所述储水箱可正常向所述水泵供水；

当所述ECU从所述水位传感器获取的实时水位值处于所述水位预警值和所述水位危险值之间时，此时所述ECU将在仪表盘显示预警，提示车主加水；

当所述ECU从所述水位传感器获取的实时水位值低于所述水位危险值时，若此时所述ECU接收抽水信号时，所述ECU立即控制发动机停止工作。

只有当所述ECU先接收到抽水信号，而后根据实时水位值与可抽水区间的对比结果，当ECU判定水泵可从储水箱抽水时，所述ECU控制水泵开始工作，从储水箱内抽水，并利用喷水压力阀门将水雾喷入排气管内部，对尾气进行净化。

步骤S04、所述ECU根据所述PM传感器的实时颗粒含量信号，以调整所述水泵的水压，进行动态控制；

所述ECU控制所述水泵进行抽水时，根据实时颗粒含量信号和实时水位值，以调整所述水泵水压，进而调整喷入所述排气管内部的水雾数量，以保证排放尾气中颗粒含量低于国排标准。

综上，本发明的中的ECU能够根据PM传感器检测出的颗粒含量信号和水位传感器提供的实时水位值，来控制水泵是否从储水箱抽水以对尾气进行净化。

在尾气进入排气管内后，经由PM传感器检测后，将颗粒含量信号传递至ECU，ECU根据获取的实时颗粒含量信号与预设的颗粒含量区间对比，若颗粒含量信号低于预设颗粒含量区间，则正常排放尾气；若颗粒含量信号高于预设颗粒含量区间，向ECU传递抽水信号，ECU则控制水泵向储水箱抽水；根据抽水信号，水位传感器将储水箱内的实时水位值提供至ECU，ECU根据实时水位值来判定当前水位是否可向水泵供水，进行净化；ECU还可根据当前的颗粒含量信号和水位值，以调整水泵的水压，进而调节净化速率。本发明的工作原理和现有DPF后处理技术完全不同，通过水雾和尾气混合来达到净化尾气颗粒物质的目的，通过水路循环来实现整车排气颗粒物净化的目的，同时本发明可减少一半以上的后处理生产成本，工作原理较DPF后处理原理简单，净化水资源广泛，客户使用操作简单,不会存在大额更换成本，大大的降低后处理设计、生产、维修成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。