一种汽车尾气颗粒处理器及尾气处理装置的制作方法

1.本公开涉及环保领域，具体涉及到一种汽车尾气颗粒处理器及尾气处理装置。


背景技术：

2.从2019年7月1日起，全国部分地区开始实施gb18352《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》，对轻型汽车提出了严格的颗粒物(pm&pn)排放要求，国六a阶段要求颗粒物排放pm＜4.5mg/km，颗粒数pn＜6
×
10个/km,国六a阶段要求颗粒物排放pm＜3.0km，颗粒数pn＜6
×
10个/km。
3.目前针对排气颗粒物的机外净化技术，汽油机采用gpf(gasoline particulate filter)汽油机颗粒捕集器，柴油机采用dpf(diesel particulate filter)柴油机颗粒捕集器。颗粒捕集器过滤材料主要为堇青石或是碳化硅，结构主要为壁流式载体，排气进入入口开放而出口堵塞的孔道，经过多孔性壁面过滤后，由入口堵塞而出口开发的相邻孔道排出。随着过滤下来的微粒积存，捕集器的过滤孔逐渐堵塞，使得排气背压增加，导致发动机动力性和燃油经济性恶化。除去捕集器中存积微粒的过程称为再生，微粒氧化需要足够的高温、富氧和氧化时间，例如在氧浓度5％以及排温650℃条件下，微粒的氧化时间需要约2min,而实际采油机排温一般小于500℃。另外，捕集器中的微粒存积过多，一旦遇到合适的温度和氧化气氛就开始氧化燃烧，温度可达到2000℃以上，很容易导致捕集器损坏。因此再生问题技术上具有很大难度，设计标定周期较长，且为保证发动机性能以及再生可控，需再排气系统增加温度传感器、压力传感器，成本昂贵。


技术实现要素：

4.为了克服现有机外净化技术的缺陷，本公开提供了一种汽车尾气颗粒处理器及尾气处理装置，通过静电场驱动的方式使汽车尾气中的颗粒物带电并做定向运动以产生颗粒物的堆积，堆积的颗粒物会进一步被燃烧消耗，通过该实施方式可有效降低汽车尾气中的颗粒物含量，具有良好的环保性。
5.相应的，本公开提供了一种汽车尾气颗粒处理器，包括若干个捕捉单元，任一所述捕捉单元包括捕捉流道和若干组电极组；
6.所述捕捉流道具有进气口和排气口；
7.任一组所述电极组包括相互绝缘的正极单元和负极单元，同一组所述电极组中的正极单元和负极单元配合设置在捕捉流道的预设位置上。
8.在一些实施例中，所述捕捉流道包括弯曲流道，所述弯曲流道中对应设置有一组所述电极组。
9.在一些实施例中，所述捕捉流道由结构件构成，同一组所述电极组中的正极单元和负极单元配合设置在所述结构件的预设位置上。
10.在一些实施例中，所述结构件包括第一结构件和第二结构件，所述第一结构件和所述第二结构件均为u型结构，所述第一结构件和所述第二结构件交错设置以形成s型的所
述捕捉流道。
11.在一些实施例中，所述第一结构件和所述第二结构件均为电极片，所述同一组所述电极组中的正极单元设置在所述第一结构件以及所述负极单元设置在所述第二结构件中。
12.在一些实施例中，所述结构件包括第一结构件和第二结构件；
13.所述第一结构件具有若干个第一凹槽结构，所述第二结构件具有对应的若干个第一凸起结构，任一个所述第一凸起结构位于对应的一个第一凹槽结构中，所述凹槽结构的开口基于所述第一凸起结构划分为第一入口和第一出口，且所述第一凹槽结构的内部基于所述第一凸起结构划分出自所述第一入口至所述第一出口的支流道；
14.所述第二结构件具有若干个第二凹槽结构，所述第一结构件具有对应的若干个第二凸起结构，任一个所述第二凸起结构位于对应的一个第二凹槽结构中，所述第二凹槽结构的开口基于所述第二凸起结构划分为第二入口和第二出口，且所述第二凹槽结构的内部基于所述第二凸起结构划分出自所述第二入口至所述第二出口的支流道；
15.所有所述支流道组合形成所述捕捉流道。
16.在一些实施例中，所述第一结构件和第二结构件的制作材料均为导电材料；
17.所述第一结构件为正极单元，所述第二结构件为负极单元；
18.或所述第一结构件为负极单元，所述第二结构件为正极单元。
19.在一些实施例中，相邻的两个所述捕捉单元之间基于绝缘材料分隔。
20.本公开还提供一种尾气处理装置，包括电源模块和上述任一方案所述的汽车尾气颗粒处理器，所述电源模块与所述汽车尾气颗粒处理器的电极组电性连接，用于为所述电机组的正极单元提供正电压且为所述电机组的负极单元提供负电压。
21.在一些实施例中，尾气处理装置还包括控制器，所述控制器与所述电源模块电性连接，所述控制器用于控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
22.在一些实施例中，所述控制器还用于接收发动机电喷系统输出的发动机的相关参数并根据所述相关参数控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
23.在一些实施例中，所述相关参数包括所述发动机的转速，所述控制器用于根据发动机的转速确定出所述发动机的排气流量进而根据所述排气流量控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
24.在一些实施例中，所述相关参数还包括所述发动机的负荷系数，所述控制器用于根据所述发动机的转速以及所述发动机的负荷系数确定出所述发动机的排气流量进而根据所述排气流量控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
25.在一些实施例中，所述相关参数包括所述发动机的排气温度，所述控制器用于确定出所述发动机的排气流量之后根据所述排气温度对所述排气流量进行修正，得到修正后的排气流量；
26.所述控制器用于根据所述修正后的排气流量控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
27.在一些实施例中，所述相关参数包括所述发动机的空燃比，所述控制器用于确定出所述发动机的排气流量并根据所述排气流量确定出控制电压值，进而根据所述空燃比对所述控制电压值进行修正，得到修正后的控制电压值；
28.所述控制器用于根据所述修正后的控制电压值控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
29.在一些实施例中，所述电源模块包括逆变器，所述逆变器具有一个输入端、一个输出端和一个控制端；所述输入端用于与汽车端电源连接，所述输出端用于与所述汽车尾气颗粒处理器的电极组连接，所述控制端与所述控制器连接。。
30.综上，本公开提供了一种汽车尾气颗粒处理器及尾气处理装置，该汽车尾气颗粒处理器通过在捕捉流道上设置电极组，利用电极组的强电场电离气体以产生正负电荷以供颗粒物带电，颗粒物带电后会产生定向运动并形成堆积，利用电极组的放电击穿以及短路等方式使颗粒物温度升高至燃点以上，颗粒物燃烧转化为气体排放物；通过该汽车尾气颗粒处理器处理的汽车尾气中的颗粒物含量大量降低，可满足苛刻的排放要求，具有良好的环保性；相应的，该尾气处理装置可根据汽车尾气的排放情况调节汽车尾气颗粒处理器的供给电压，从而达到了能耗与功能之间的平衡，具有优秀的能耗比。
附图说明
31.图1为本公开实施例一的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元剖面结构示意简图；
32.图2为本公开实施例二的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元剖面结构示意简图；
33.图3为本公开实施例三的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元剖面结构示意简图；
34.图4示出了本公开实施例四的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元三维结构示意图；
35.图5示出了本公开实施例五的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元三维结构示意图；
36.图6示出了本公开实施例五的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元正视结构示意图；
37.图7示出了本公开实施例六的尾气处理装置的结构示意图；
38.图8示出了本公开实施例六的直流电电压控制原理示意图；
39.图9示出了本公开实施例七发动机全负荷下不同发动机转速的排气流量。
具体实施方式
40.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
41.实施例一：
42.图1为本公开实施例的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元剖面结构示意简图。
43.本公开实施例提供了一种汽车尾气颗粒处理器，包括若干个捕捉单元，任一所述捕捉单元包括设置在所述捕捉单元的捕捉流道5和若干组电极组。
44.具体的，所述捕捉流道5具有进气口和排气口，所述捕捉流道5中的气体流动方向为进气口至排气口。
45.具体的，任一组所述电极组包括相互绝缘的正极单元11和负极单元12，同一组所述电极组中的正极单元11和负极单元1222配合设置在捕捉流道5的预设位置上。需要说明的是，正极单元11和负极单元12主要用于强调二者在工作状态下的极性是相反的，具体实施中，正极单元11和负极单元12一般采用导电金属制成，且可根据实施情况采用相同的结
构，因此，就物理结构而言，正极单元11和负极单元12是相同的，正极和负极的标识用于对其工作时的极性进行限制。
46.具体的，该汽车尾气颗粒处理器在作业时，实际上是其中的每一个捕捉单元产生作用，具体的，该捕捉单元在作业时，外部设备分别向正极单元11和负极单元12提供合适的电压，相应的，正极单元11和负极单元12之间的捕捉流道5中会产生所需的静电场。在汽车尾气(含pm和pn的尾气流)从进气口进入捕捉流道5中并经过所述正极单元11和负极单元12之间时，在静电场的作用下，汽车尾气中的气体发生电离并产生相应的电子和正离子；汽车尾气的颗粒物在流经静电场时会相应的负上电荷，并在库仑力的作用下向与其所负电荷极性相反的电极单元运动，颗粒物最终被吸附在对应的电极单元上；在持续的作业工况下，颗粒物在电极单元上发生堆积，颗粒物的堆积高度持续增加，正极单元11和负极单元12的间距变相减小，在正极单元11和负极单元12带电的条件下，堆积的颗粒物的高度增加使正极单元11和负极单元12之间产生类似于尖端放电的放电情况的概率增加，颗粒物在被电弧击穿时会产生大量的热；在堆积的颗粒物未被击穿时，持续堆积的颗粒物最终也会使正极单元11和负极单元12导通，使其短路并会使堆积的颗粒物的电流通量增加，产生大量的热；颗粒物在达到燃点后与尾气中的氧气反应燃烧，并产生气体排放物，减少排放的汽车尾气中的颗粒物含量；该汽车尾气颗粒处理器能够使汽车尾气中的颗粒物进一步反应并转换为气体排放物，以满足相关的排放要求。
47.需要说明的是，本公开实施例仅用于对本公开所提供的汽车尾气颗粒处理器的原理进行说明，其所采用的结构为最简化的结构，具体实施中可根据实际实施情况进行调整。
48.实施例二：
49.图2为本公开实施例的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元剖面结构示意简图。
50.具体的，在实施例一的基础上，本公开实施例对捕捉流道5的结构进行改进，以为具体实施提供参考。
51.具体的，实施例一的捕捉流道5为直流道结构，进一步的，本公开实施例的汽车尾气颗粒处理器，所述捕捉流道5包括弯曲流道，所述弯曲流道中对应设置有一组所述电极组。一方面，由于运动惯性的原因，颗粒物在弯曲流道中更容易撞到捕捉流道5两侧的侧壁上，另一方面，在弯曲流道中能够适当的对流道的截面尺寸进行调整，从而在弯曲流道处形成捕集槽4用于容纳颗粒物。
52.在实施例二中，可以看到弯曲流道的完全角度为180
°
，通过大角度的弯曲流道，可使颗粒物直接撞击吸附到相应的电极单元上。
53.另外，基于实际的管道接驳情况考虑，汽车尾气颗粒处理器的所述进气口和排气口的朝向应相反，以更好的满足实际使用需求；相应的，弯曲流道的设置可根据进气口和排气口的方向需求进行调整，进气口和排气口的位置也可以根据实际实施需求进行调整，以更好的满足使用需求。
54.针对图2所示出的捕捉单元进行进一步分析，具体的，捕捉流道5由结构件构成，同一组所述电极组中的正极单元11和负极单元12配合设置在所述结构件的预设位置上。
55.在一些实施例中，所述结构件10包括第一结构件21和第二结构件22；所述第一结构件21和所述第二结构件22均为u型结构，所述第一结构件21和所述第二结构件22交错设置以形成s型的所述捕捉流道5。所述第一结构件21具有若干个第一凹槽结构，所述第二结
构件22具有对应的若干个第一凸起结构，任一个所述第一凸起结构位于对应的一个第一凹槽结构中，所述凹槽结构的开口基于所述第一凸起结构划分为第一入口和第一出口，且所述第一凹槽结构的内部基于所述第一凸起结构划分出自所述第一入口至所述第一出口的支流道；
56.所述第二结构件22具有若干个第二凹槽结构，所述第一结构件21具有对应的若干个第二凸起结构，任一个所述第二凸起结构位于对应的一个第二凹槽结构中，所述第二凹槽结构的开口基于所述第二凸起结构划分为第二入口和第二出口，且所述第二凹槽结构的内部基于所述第二凸起结构划分出自所述第二入口至所述第二出口的支流道；
57.所有所述支流道组合形成所述捕捉流道5。
58.图2所示出的捕捉单元中复合使用所述第一凹槽结构、所述第一凸起结构、所述第二凹槽结构和所述第二凸起结构，具体的，凸起结构可作为对应的凹槽结构的组成部分，即凸起结构可用于形成对应的凹槽结构；通过结构的复合以及使用，可较为便利的形成所需的捕捉流道5，简化实施难度。需要说明的是，结合图2所示结构，任一处的捕捉流道5均由第一结构件21和第二结构件22配合组成，相应的，在所述支流道预设位置上的电极组，所述电极组中的正极单元设置在所述第一结构件21上，所述电极组中的负极单元设置在所述第二结构件22上；或所述电极组中的正极单元设置在所述第二结构件22上，所述电极组中的负极单元设置在所述第一结构件21上。
59.实施例三：
60.图3为本公开实施例的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元剖面结构示意简图。
61.进一步的，电极单元的设置位置是离散的，由于颗粒物的运动是类似于弧线运动，若颗粒物未能堆积到电极单元上则会产生无用的堆积，影响捕捉流道5的通过性能，因此，进一步的，所述第一结构件21和第二结构件22的制作材料均为导电材料；所述第一结构件21为正极单元11，所述第二结构件22为负极单元12；或所述第一结构件21为负极单元12，所述第二结构件22为正极单元11。
62.为了便于描述并与前述实施例形成区分，本发明实施例的第一结构件21为第一电极板1，第二结构件22为第二电极板2。
63.本公开实施例将第一结构件21和第二结构件22整体作为电极单元，具体实施中，第一结构件21和第二结构件22可直接通过金属材料制成，以满足电场形成条件；相应的，在捕捉流道5中的任一位置均有静电场，均能对颗粒物进行运动驱动，颗粒物在捕捉流道5任意位置的堆积最终都会燃烧清除，不会对捕捉流道5的通过性造成影响。
64.具体实施中，由于结构件10采用导电材料制成，为了保证相邻的捕捉单元不会短路，相邻的两个所述捕捉单元之间基于绝缘材料3分隔。
65.实施例四：
66.图4示出了本公开实施例的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元三维结构示意图。基于实施例三的实施原理，将图3所示的截面示意图所示出的结构部件直接拉伸得到本公开实施例的捕捉单元。具体的，充当电极单元的结构件10为板式结构，实际实施中可通过弯折等工艺加工形成，然后通过表面设置绝缘材料3以得到该捕捉单元，通过捕捉单元的阵列形成所需的汽车尾气颗粒处理器。
67.实施例五：
68.图5示出了本公开实施例的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元三维结构示意图，图6示出了本公开实施例的汽车尾气颗粒处理器的捕捉单元正视结构示意图。基于实施例三的实施原理，将图3所示的截面示意图所示出的结构部件沿一定轴旋转得到本公开实施例的捕捉单元。具体的，充当电极单元的结构件10为桶状结构，实际实施中可通过冲压等工艺加工形成，在本公开实施例中，进气口为圆形，排气口为环形。
69.实施例六：
70.图7示出了本公开实施例的尾气处理装置的结构示意图,图8示出了本公开实施例的直流电电压控制原理示意图。
71.相应的，本公开提供了一种尾气处理装置，包括电源模块和以上汽车尾气颗粒处理器，所述电源模块与所述汽车尾气颗粒处理器的电极组电性连接。
72.具体的，电源模块是指用于为汽车尾气颗粒处理器进行供电的模块，由于汽车尾气颗粒处理器是安装于汽车上的，在一些实施例中，一般直接采用汽车电源作为供电电源，电源模块将汽车电源所提供的能源转换为汽车尾气颗粒处理器所需的电压。转换后的电压用于汽车尾气颗粒处理器的电极组，以为电极组的正极单元提供正电压以及为电极组的负极单元提供负电压。此外，还可以通过设置独立电源的方式为汽车尾气颗粒处理器进行供电。
73.具体的，由于汽车的尾气流速并不恒定的，为了更好的清除颗粒物，在一些实施例中，所述汽车尾气颗粒处理器还包括控制器，所述控制器与所述电源模块电性连接。所述控制器用于控制所述电源模块输入到汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
74.在一些实施例中，如图8所示，所述电源模块包括逆变器，所述逆变器具有一个输入端、一个输出端和一个控制端；所述输入端用于与汽车端电源连接，所述输出端用于与所述汽车尾气颗粒处理器的电极组连接，所述控制端与所述控制器连接。
75.具体地，逆变器用于接收汽车端电源的电压，并将接收到的电压转化为高压电或脉冲高压电，进而向汽车尾气颗粒处理器提供转化后的高压电或脉冲高压电。同时，通过控制器控制逆变器输入到汽车尾气颗粒处理器的电压的大小，从而使得汽车尾气颗粒处理器基于合适的电压进行颗粒捕捉。
76.在一实施例中，所述控制器还用于接收发动机电喷系统输出的发动机的相关参数并根据所述相关参数控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
77.具体实施中，控制器接收发动机电喷系统控制器(ecu)信号，即发动机的相关参数。相关参数包含发动机转速、发动机负荷系数、空燃比a/f、排气温度(排气歧管气体温度)等信息。控制器根据相关参数控制电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
78.在一实施例中，所述相关参数包括所述发动机的转速，所述控制器用于根据发动机的转速确定出所述发动机的排气流量进而根据所述排气流量控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
79.在本公开实施例所提供的尾气处理装置中，控制器用于控制汽车尾气颗粒处理器的供给电压，即捕捉单元中的电极组的供电电压。具体的，控制器根据气体尾气的实时变化情况，控制电压的大小。例如，当发动机负荷低的时候，汽车尾气颗粒处理器的气流流量小，压力小，电压需求小，控制器控制输入到汽车尾气颗粒处理器的供给电压变小；当发动机负
荷高的时候，气流流量大，压力大，电压需求较大，控制器控制输入到汽车尾气颗粒处理器的供给电压变大。
80.具体地，发动机的排气流量与发动机的转速基本成正比关系。如图9所示，发动机全负荷下不同发动机转速的排气流量。通过排气流量可确定出汽车尾气颗粒处理器的气流流量，进而确定出汽车尾气颗粒处理器的电压需求情况。因此，可实现基于发动机的转速控制输入到汽车尾气颗粒处理器的电压的大小，满足汽车尾气颗粒处理器的实际需求。
81.在一实施例中，所述相关参数还包括所述发动机的负荷系数，所述控制器用于根据所述发动机的转速以及所述发动机的负荷系数确定出所述发动机的排气流量进而根据所述排气流量控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
82.具体地，发动机的负荷系数是指发动机在转速不变的情况下，不同燃油消耗量所能产生的功率。相同转速条件下，发动机的排气流量与发动机的负荷系数成正比关系。因此，可进一步控制输入到汽车尾气颗粒处理器的电压的大小，满足汽车尾气颗粒处理器的实际需求。
83.在一实施例中，所述相关参数包括所述发动机的排气温度，所述控制器用于确定出所述发动机的排气流量之后根据所述排气温度对所述排气流量进行修正，得到修正后的排气流量；所述控制器用于根据所述修正后的排气流量控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。即，前面实施例确定出排气流量之后，控制器再获取排气温度，根据排气温度对得到的排气流量进行修正。具体为：相同质量的气体的体积与温度成正比，因此不同温度下的气体流量不一样，该参数用于修正气体流量。
84.具体地，相同质量的气体的体积与温度成正比，因此不同温度下的排气流量不一样，该排气温度用于修正发动机的排气流量。当处理器处理器基于发动机的转速以及发动机的负荷系数确定出发动机的排气流量之后，进而基于发动机的排气温度地排气流量进行修正，修正后的排气流量更加精准，因此根据修正后的排气流量控制电源模块输入到汽车尾气颗粒处理器的电压的大小时，汽车尾气颗粒处理器的电压更加符合实际需求。
85.在一实施例中，所述相关参数包括所述发动机的空燃比，所述控制器用于确定出所述发动机的排气流量并根据所述排气流量确定出控制电压值，进而根据所述空燃比对所述控制电压值进行修正，得到修正后的控制电压值；所述控制器用于根据所述修正后的控制电压值控制所述电源模块输入到所述汽车尾气颗粒处理器的电压的大小。
86.具体地，空燃比是指发动机的进气量与燃料之间质量的比例，闭环控制下汽油发动机空燃比为14.7，柴油发动机空燃比为14.3；当空燃比较小时，颗粒物产生较多。该空燃比主要用于修正输入到汽车尾气颗粒处理器的电压。因此，当控制器确定出发动机的排气流量并根据排气流量确定出控制电压值之后，进一步根据空燃比对该控制电压值进行修正，修正后的控制电压值更加精准。当控制器基于修正后的控制电压值控制电源模块输入到汽车尾气颗粒处理器的电压的大小时，汽车尾气颗粒处理器的电压更加符合实际需求。
87.综上，控制器通过对多种输入参数的处理和校正，实时控制电源模块的逆变器的运行，从而调节输出的高压电流电的电压；逆变器的输出电压可以控制捕捉单元中的静电场生成情况，静电场的大小影响电极组对颗粒物的作用力，在保证对颗粒物的处理的前提条件下，静电场越小越节能，通过电压控制器的设置，可达到能耗与功能的平衡，更高效率的对汽车尾气中的颗粒物进行处理。
88.综上，本公开实施例提供了一种汽车尾气颗粒处理器及尾气处理装置，该汽车尾气颗粒处理器通过在捕捉流道上设置电极组，利用强电场电离气体以产生正负电荷以供颗粒物带电，颗粒物带电后会产生定向运动并形成堆积，利用电极组的放电击穿以及短路等方式使颗粒物温度升高至燃点以上，颗粒物燃烧转化为气体排放物；通过该汽车尾气颗粒处理器处理的汽车尾气中的颗粒物含量大量降低，可满足苛刻的排放要求，具有良好的环保性；相应的，该尾气处理装置可根据汽车尾气的排放情况调节汽车尾气颗粒处理器的供给电压，从而达到了能耗与功能之间的平衡，具有优秀的能耗比。
89.以上对本公开实施例所提供的一种汽车尾气颗粒处理器及尾气处理装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。