本发明涉及一种降低车辆颗粒物排放的方法，特别是涉及一种基于汽车工况降低轻型车颗粒物数量排放的方法。

汽车排出的颗粒物(Particulate Matter,PM)已成为大气环境污染物的主要来源之一，对汽车污染物排放，特别是颗粒物质量和数量排放的要求日趋严格。发动机颗粒按照粒径大小可分为粗态(1～10μm)、聚集态(100～300nm)和核态(粒径小于50nm)。国内外学者研究表明，颗粒质量排放峰值集中在聚集态和粗态，颗粒数量排放峰值集中在核态。同时降低发动机颗粒物质量和数量排放，对于满足更高排放法规的要求，具有重要的意义。

目前降低发动机颗粒物排放的方法，第一类是通过优化燃油喷射等方式，改善发动机缸内燃烧过程，减少颗粒物的生成，从而降低颗粒物排放；第二类是通过加装颗粒捕集器，捕集发动机排出的颗粒物，从而降低颗粒物排放。第一类优化燃烧过程的方法，主要减少的是粒径较大的粗态颗粒物排放，能够实现颗粒物质量排放的大幅下降。但是，优化燃烧过程的方法降低核态颗粒物(占颗粒物数量排放的90％以上)的效果非常有限，特定工况下，甚至有核态颗粒物数量排放增加的现象。第二类加装颗粒捕集器的方法，对颗粒物排放的捕集效率能够达到90％左右，可以有效地降低颗粒物排放。但是，颗粒捕集器在使用过程中存在一些问题，如捕集颗粒达到一定量时，排气背压升高，捕集效率下降、捕集器需要再生等。此外，对纳米级颗粒物的捕集效率取决于捕集器的捕集原理、结构、材料等因素，无法实现对纳米级颗粒物的高效捕集。

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于汽车工况降低轻型车颗粒物数量排放的方法，解决颗粒捕集器再生周期短的问题，延长捕集器使用寿命，实现同时降低颗粒物质量和数量排放。

本发明技术方案如下：一种基于汽车工况降低轻型车颗粒物数量排放的方法，包括以下步骤：S1、由车速、发动机水温、发送机转速及车辆加速度确定车辆工况，所述车辆工况包括冷启动工况、热启动工况、暖机工况、怠速工况、匀速高速工况、匀速中低速工况、缓慢加速工况、急加速工况和减速工况；S2、使发动机排气通过第一颗粒捕集通路；S3、车辆处于冷启动工况或暖机工况时，使第一颗粒捕集通路的排气通过第二颗粒捕集通路；车辆处于热启动工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的65％～70％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；车辆处于怠速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气通过第三颗粒捕集通路；车辆处于匀速高速工况或减速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的55％～60％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；车辆处于匀速中低速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的45％～50％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；车辆处于缓慢加速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的35％～40％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；车辆处于缓慢加速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的35％～40％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；车辆处于急加速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的75％～80％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路。

进一步的，所述第一颗粒捕集通路包括第一颗粒捕集器，所述第一颗粒捕集器平均孔径22～25μm、孔隙率72～76％、壁厚7～8mil、长度直径比0.5～0.7。

进一步的，所述第二颗粒捕集通路包括第三颗粒捕集器，所述第三颗粒捕集器平均孔径15～18μm、孔隙率65～68％、壁厚10～12mil、长度直径比0.9～1.1。

进一步的，所述第三颗粒捕集通路包括第五颗粒捕集器，所述第五颗粒捕集器平均孔径10～12μm、孔隙率58～62％、壁厚14～16mil、长度直径比1.3～1.5。

进一步的，所述第一颗粒捕集通路包括与第一颗粒捕集器并联的第二颗粒捕集器，所述第二颗粒捕集器平均孔径22～25μm、孔隙率72～76％、壁厚7～8mil、长度直径比0.5～0.7，所述发动机排气以第一颗粒捕集器或第二颗粒捕集器为第一工作颗粒捕集器。

进一步的，所述第二颗粒捕集通路包括与第三颗粒捕集器并联的第四颗粒捕集器，所述第四颗粒捕集器平均孔径15～18μm、孔隙率65～68％、壁厚10～12mil、长度直径比0.9～1.1，所述第一颗粒捕集通路的排气以第三颗粒捕集器或第四颗粒捕集器为第二工作颗粒捕集器。

进一步的，所述第三颗粒捕集通路包括与第五颗粒捕集器并联的第六颗粒捕集器，所述第六颗粒捕集器平均孔径10～12μm、孔隙率58～62％、壁厚14～16mil、长度直径比1.3～1.5，所述第一颗粒捕集通路的排气以第五颗粒捕集器或第六颗粒捕集器为第三工作颗粒捕集器。

进一步的，所述发动机排气通过第一颗粒捕集通路后，排气的压力降大于5kPa时，切换第一工作颗粒捕集器，第一颗粒捕集通路的另一颗粒捕集器燃烧再生。

进一步的，所述第一颗粒捕集通路的排气通过第二颗粒捕集通路后，排气的压力降大于15kPa时，切换第二工作颗粒捕集器，第二颗粒捕集通路的另一颗粒捕集器燃烧再生。

进一步的，所述第一颗粒捕集通路的排气通过第三颗粒捕集通路后，排气的压力降大于20kPa时，切换第三工作颗粒捕集器，第三颗粒捕集通路的另一颗粒捕集器燃烧再生。

进一步的，所述冷启动工况为发动机水温小于50℃、发动机5s内转速变化率大于2.0r/s2、发动机水温小于报警临界温度、车速为0的工况；所述热启动工况为发动机水温大于等于50℃、发动机5s内转速变化率大于2.0r/s2、发动机水温小于报警临界温度、车速为0的工况；所述暖机工况为发动机转速n1大于怠速转速n0、发动机5s内转速变化率小于等于2.0r/s2、发动机水温小于报警临界温度、车速为0的工况；所述怠速工况为发动机转速n1小于等于怠速转速n0且|n1-n0|≤n0×1％、发动机5s内转速变化率小于等于2.0r/s2、发动机水温小于报警临界温度、车速为0的工况；所述匀速高速工况为车速大于最高车速的40％、汽车加速度a满足-0.1m/s2≤a≤0.1m/s2的工况；所述匀速中低速工况为车速小于等于最高车速的40％、汽车加速度a满足-0.1m/s2≤a≤0.1m/s2的工况；所述缓慢加速工况为车速不为0、汽车加速度a满足0.1m/s2＜a≤1.5m/s2的工况；所述急加速工况为为车速不为0、汽车加速度a满足a＞1.5m/s2的工况；所述减速工况为车速不为0、汽车加速度a满足a＜-0.1m/s2的工况。

进一步的，所述车辆工况由以下步骤确定：

S11、判断车速是否为0，如为是进入S21，如为否进入S22；

S21、判断发动机水温是否小于报警临界温度，如为是进入S31，如为否进入S32；

S22、判断汽车加速度a，如果加速度满足“0.1m/s2＜a≤1.5m/s2”，确定汽车处于缓慢加速工况并结束流程，如果加速度满足“a＞1.5m/s2”，确定汽车处于急加速工况并结束流程，如果加速度满足“a＜-0.1m/s2”，确定汽车处于减速工况并结束流程，其余状况进入S33；

S31、判断发动机5s内转速变化率大于2.0r/s2，如为是进入S41，如为否进入S42；

S32、进行水温异常报警并结束流程；

S33、判断车速是否大于最高车速的40％，如为是，确定汽车处于匀速高速工况并结束流程，如为否确定汽车处于匀速中低速工况并结束流程；

S41、判断发动机水温是否小于50℃，如为是，确定汽车处于冷启动工况并结束流程，如为否，确定汽车处于热启动工况并结束流程；

S42、判断发动机转速n1是否大于怠速转速n0，如为是，确定汽车处于暖机工况并结束流程；如为否进入S51；

S51、判断n1和n0是否满足|n1-n0|≤n0×1％，如为是，确定汽车处于怠速工况并结束流程，如为否，进行怠速异常报警并结束流程。

本发明所提供的技术方案的优点在于：根据车辆在不同的运行工况下颗粒物排放特点的不同使发动机排气通过不同的颗粒捕集路径，降低了颗粒物数量排放。采用本发明的颗粒捕集器和捕集方案后，相比于普通颗粒捕集器，颗粒物数量排放下降幅度分别为63.9％、52.9％、43％、43.8％。本发明的颗粒捕集方案对于汽车不同运转工况下的颗粒物数量排放，有明显的降低效果。

图1为本发明车辆工况确定方法流程示意图。

图2为本发明排气通路结构示意图。

图3为实施例中汽车低速行驶时速度曲线图。

图4为实施例中汽车中速行驶时速度曲线图。

图5为实施例中汽车高速行驶时速度曲线图。

图6为实施例中汽车超高速行驶时速度曲线图。

图7为颗粒排放结果示意图。

下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。

请结合图1所示，实施例所涉及的基于汽车工况降低轻型车颗粒物数量排放的方法是这样的：首先进行车辆工况的确定，本发明中车辆工况分为冷启动工况、热启动工况、暖机工况、怠速工况、匀速高速工况、匀速中低速工况、缓慢加速工况、急加速工况和减速工况，具体确定步骤如下：

S11、判断车速是否为0，如为是进入S21，如为否进入S22；

S21、判断发动机水温是否小于报警临界温度，如为是进入S31，如为否进入S32；

S22、判断汽车加速度a，如果加速度满足“0.1m/s2＜a≤1.5m/s2”，确定汽车处于缓慢加速工况并结束流程，如果加速度满足“a＞1.5m/s2”，确定汽车处于急加速工况并结束流程，如果加速度满足“a＜-0.1m/s2”，确定汽车处于减速工况并结束流程，其余状况进入S33；

S31、判断发动机5s内转速变化率大于2.0r/s2，如为是进入S41，如为否进入S42；

S32、进行水温异常报警并结束流程；

S33、判断车速是否大于最高车速的40％，如为是，确定汽车处于匀速高速工况并结束流程，如为否确定汽车处于匀速中低速工况并结束流程；

S41、判断发动机水温是否小于50℃，如为是，确定汽车处于冷启动工况并结束流程，如为否，确定汽车处于热启动工况并结束流程；

S42、判断发动机转速n1是否大于怠速转速n0，如为是，确定汽车处于暖机工况并结束流程；如为否进入S51；

S51、判断n1和n0是否满足|n1-n0|≤n0×1％，如为是，确定汽车处于怠速工况并结束流程，如为否，进行怠速异常报警并结束流程。

为了实现针对不同工况车辆排气通路结构如图2所示，发动机排气连接第一流量控制阀1，第一流量控制阀1出口分别连接第一颗粒捕集器2和第二颗粒捕集器3，第一颗粒捕集器2的出口通过第二流量控制阀4分别连接至第一流量控制阀1入口构成第一再生回路，以及连接至第四流量控制阀6入口；第二颗粒捕集器3的出口通过第三流量控制阀5分别连接至第一流量控制阀1入口构成第二再生回路，以及连接至第四流量控制阀6入口。由并联的第一颗粒捕集器2和第二颗粒捕集器3构成了第一颗粒捕集通路，第一颗粒捕集器2和第二颗粒捕集器3都采用壁流式颗粒捕集器，蜂窝陶瓷具体结构参数为平均孔径22～25μm、孔隙率72～76％、壁厚7～8mil、长度直径比0.5～0.7。第四流量控制阀6出口分别连接第五流量控制阀7入口和第八流量控制阀8入口。

第五流量控制阀7出口分别连接第三颗粒捕集器9和第四颗粒捕集器10，第三颗粒捕集器9的出口通过第六流量控制阀11分别连接至第五流量控制阀7入口构成第三再生回路，以及直接作为排气出口；第四颗粒捕集器10的出口通过第七流量控制阀12分别连接至第五流量控制阀7入口构成第四再生回路，以及直接作为排气出口。由并联的第三颗粒捕集器9和第四颗粒捕集器10构成了第二颗粒捕集通路，第三颗粒捕集器9和第四颗粒捕集器10都采用壁流式颗粒捕集器，蜂窝陶瓷具体结构参数为平均孔径15～18μm、孔隙率65～68％、壁厚10～12mil、长度直径比0.9～1.1。

第八流量控制阀8出口分别连接第五颗粒捕集器13和第六颗粒捕集器14，第五颗粒捕集器13的出口通过第九流量控制阀15分别连接至第八流量控制阀8入口构成第五再生回路，以及直接作为排气出口；第六颗粒捕集器14的出口通过第十流量控制阀16分别连接至第八流量控制阀8入口构成第六再生回路，以及直接作为排气出口。由并联的第五颗粒捕集器13和第六颗粒捕集器14构成了第二颗粒捕集通路，第五颗粒捕集器13和第六颗粒捕集器14都采用壁流式颗粒捕集器，蜂窝陶瓷具体结构参数为平均孔径10～12μm、孔隙率58～62％、壁厚14～16mil、长度直径比1.3～1.5。

在所有工况下，车辆的排气都先通过第一颗粒捕集通路，然后根据不同的工况调整第四流量控制阀6使第一颗粒捕集通路的排气流向不同的颗粒捕集通路，具体的：

车辆处于冷启动工况或暖机工况时，使第一颗粒捕集通路的排气通过第二颗粒捕集通路；

车辆处于热启动工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的65％～70％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；

车辆处于怠速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气通过第三颗粒捕集通路；

车辆处于匀速高速工况或减速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的55％～60％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；

车辆处于匀速中低速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的45％～50％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；

车辆处于缓慢加速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的35％～40％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；

车辆处于缓慢加速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的35％～40％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路；

车辆处于急加速工况时，使第一颗粒捕集通路的排气的75％～80％通过第二颗粒捕集通路，其余排气通过第三颗粒捕集通路。

第一颗粒捕集通路中，第一颗粒捕集器2和第二颗粒捕集器3的工作与再生切换是这样的，首先控制第一流量控制阀1使发动机排气全部流向第一颗粒捕集器2，此时第一颗粒捕集器2为第一工作颗粒捕集器，控制第二流量控制阀4使第一颗粒捕集器2的排气流向第四流量控制阀6。这个过程中检测第一颗粒捕集器2前后压力降，压力降大于5kPa时，控制第一流量控制阀1使发动机排气全部流向第二颗粒捕集器3，此时第二颗粒捕集器3为第一工作颗粒捕集器，控制第三流量控制阀5使第二颗粒捕集器3的排气流向第四流量控制阀6。对第一颗粒捕集器2进行燃烧再生，控制第二流量控制阀4使第一颗粒捕集器2的排气回流至第一流量控制阀1入口。第二颗粒捕集器3为第一工作颗粒捕集器时，检测第二颗粒捕集器3前后压力降，压力降大于5kPa时，再次切换第一颗粒捕集器2为第一工作颗粒捕集器。

第二颗粒捕集通路中，第三颗粒捕集器9和第四颗粒捕集器10的工作与再生切换是这样的，首先控制第五流量控制阀7使第四流量控制阀6后排气流向第三颗粒捕集器9，此时第三颗粒捕集器9为第二工作颗粒捕集器，控制第六流量控制阀11使第三颗粒捕集器9的排气直接排出。这个过程中检测第三颗粒捕集器9前后压力降，压力降大于15kPa时，控制第五流量控制阀7使第四流量控制阀6后排气流向第四颗粒捕集器10，此时第四颗粒捕集器10为第二工作颗粒捕集器，控制第七流量控制阀12使第四颗粒捕集器10的排气直接排出。对第三颗粒捕集器9进行燃烧再生，控制第六流量控制阀11使第三颗粒捕集器9的排气回流至第五流量控制阀7入口。第四颗粒捕集器10为第二工作颗粒捕集器时，检测第四颗粒捕集器10前后压力降，压力降大于15kPa时，再次切换第三颗粒捕集器9为第二工作颗粒捕集器。

第三颗粒捕集通路中，第五颗粒捕集器13和第六颗粒捕集器14的工作与再生切换是这样的，首先控制第八流量控制阀8使第四流量控制阀6后排气流向第五颗粒捕集器13，此时第五颗粒捕集器13为第三工作颗粒捕集器，控制第九流量控制阀15使第五颗粒捕集器13的排气直接排出。这个过程中检测第五颗粒捕集器13前后压力降，压力降大于20kPa时，控制第八流量控制阀8使第四流量控制阀6后排气流向第六颗粒捕集器14，此时第六颗粒捕集器14为第三工作颗粒捕集器，控制第十流量控制阀16使第六颗粒捕集器14的排气直接排出。对第五颗粒捕集器13进行燃烧再生，控制第九流量控制阀15使第五颗粒捕集器13的排气回流至第八流量控制阀8入口。第六颗粒捕集器14为第三工作颗粒捕集器时，检测第六颗粒捕集器14前后压力降，压力降大于20kPa时，再次切换第五颗粒捕集器13为第三工作颗粒捕集器。

为了比较本发明方法的效果，将发动机排气直接通过颗粒捕集器作为对比例，请结合图3至图7所示，汽车分别在低速、中速、高速和超高速下进行正常行驶，分别检测实施例排放、对比例排放和直接排放，具体结构为与不加装颗粒捕集器的直接排放相比，采用对比例方案，对于降低颗粒物数量排放有一定的作用，在低速、中速、高速和超高速工况下，颗粒物数量排放的下降幅度分别为16.8％、15.7％、19.4％、23.8％。采用实施例方案后，相比于对比例方案，颗粒物数量排放又进一步下降了，下降幅度分别为63.9％、52.9％、43％、43.8％。本发明方法对于汽车不同运转工况下的颗粒物数量排放，有明显的降低效果。