CN101514651A - 内燃机尾气保温或升温的方法及其装置 - Google Patents

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王海
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Abstract

一种内燃机尾气保温或升温的方法，该方法是发动机尾气处理时，在发动机尾气中注入尿素溶液使之分解出氨，在选择性还原催化剂的作用下将有毒的氮氧化物转化为氮气和水；所述发动机排气管壁上涂设一层或一层以上的绝热涂层，以减少排气热量损失，起到保温效果；或者在发动机排气管壁上设置一个燃烧装置来对尾气进行加热升温。本发明能减少排气热量的损失，起到保温效果，从而维持尾气温度在SCR的最佳反应活性温度范围内，使得SCR技术的适用范围更广，使得更多的发动机和车辆可以采用SCR技术来处理尾气，给用户和社会带来经济与环境效益。

Description

内燃机尾气保温或升温的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机尾气处理的方法及其装置，具体的说，涉及一种内燃机尾气保温或升温的方法及其装置。
背景技术
由于对改进燃油经济性的迫切需要，柴油机及稀薄燃烧(lean burn)汽油机的应用近年来迅速增加。然而，由于发动机燃烧室及其产生的废气中含有过多的氧，使得这些发动机排出大量氮氧化物(NOx)，从而致使采用普通的三元催化剂的方法无法起作用。针对此问题，人们已经提出多种还原氮氧化物的后处理技术。其中，在尾气中注入尿素溶液使之分解出氨在选择性还原催化剂(SCR)的作用下将有毒的氮氧化物(NOx)转化为氮气和水是一种最有效的方法。然而SCR的催化效率(活性)在尾气温度过高或过低时都会有所下降。对于一些柴油发动机，尤其是排气量较小的发动机，经常由于排气温度偏低或排气温度损失太大而导致SCR温度达不到反应所需最佳催化温度，从而无法达到尾气后处理所要求的NOx转化率。现在市面上的SCR的最佳活性温度范围一般在250～550℃之间。在250℃以下，SCR活性明显下降，从而影响NOx的转化率。很不巧的是在实践中有许多发动机，尤其是小排量的发动机，其排气温度在到达SCR催化剂时已降到了250℃以下，导致SCR在这些发动机上的应用受到限制。另外，即使是排量大的发动机，在冷启动时，SCR需要较长一段时间才能被加热到具有催化活性的温度。如果这时采用排气保温法或升温方法，SCR可以提前达到有效状态。
本发明涉及两种方法来提升尾气穿过SCR时的温度。一种方法是在排气管涂上一层或多层绝热涂层以减少排气热量损失，起到保温效果。另一种方法是采用一个燃烧装置来对尾气进行加热升温。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种内燃机尾气保温或升温的方法；该方法是在内燃机尾气的排气管壁涂上一层或多层绝热涂层以减少排气热量损失，起到保温效果；或者采用一个燃烧装置来对尾气进行加热升温。从而维持尾气温度在SCR的最佳反应活性温度范围内。
本发明还要解决的技术问题是提供一种内燃机尾气升温的装置。
为解决上述第一个技术问题，本发明一种内燃机尾气保温或升温的方法，该方法是发动机尾气处理时，在发动机尾气中注入尿素溶液使之分解出氨，在选择性还原催化剂(SCR)的作用下将有毒的氮氧化物(NOx)转化为氮气和水；所述发动机排气管壁上涂设一层或一层以上的绝热涂层，以减少排气热量损失，起到保温效果；或者在发动机排气管壁上设置一个燃烧装置来对尾气进行加热升温。
为解决上述第二个技术问题，本发明一种内燃机尾气处理的装置，它包括发动机、还原剂注射系统和催化反应系统；所述发动机设有排气管，所述催化反应系统设置在排气管上；所述排气管壁上设有一层或一层以上的绝热涂层。
作为上述技术方案的改进，所述绝热涂层是二氧化硅陶瓷材料或以稀土氧化物Y2O3作添加剂的钇稳定化氧化锆陶瓷材料。
作为上述技术方案的改进，所述绝热涂层采用高速氧燃料喷涂法(highvelocity oxy-fuel technology-简称HVOF法)喷涂在排气管壁的内表面、外表面或内外表面上。
为解决上述第二个技术问题，本发明一种内燃机尾气处理的装置，它包括发动机、还原剂注射系统和催化反应系统；所述发动机设有排气管，所述催化反应系统设置在排气管上；所述排气管外覆设有燃烧器。
作为上述技术方案的改进，所述还原剂注射系统包括还原剂储存罐、计量泵和控制器；所述还原剂储存罐通过还原剂输送管与计量泵连接相通，所述计量泵的出口处设有喷嘴，该喷嘴设置在发动机排气管内；所述控制器通过数据传输线分别和发动机、计量泵和燃烧器相连接；所述燃烧器和计量泵通过管道相连接，且在燃烧器和计量泵之间的管道上设有气源；所述燃烧器和一燃油源通过管道相连接。
作为上述技术方案的改进，所述催化系统内设有温度传感器，该温度传感器通过数据传输线和控制器相连接。
作为上述技术方案的改进，所述催化系统内设有氮氧化物传感器，该氮氧化物传感器通过数据传输线和控制器相连接。
作为上述技术方案的改进，所述燃烧器通过管道与一燃油计量泵相通连接，该燃油计量泵通过管道与燃油源相通连接；所述燃油计量泵通过管道与气源相通连接，所述燃油计量泵和气源之间的管道还通过管道进入燃烧器内。
本发明能减少排气热量的损失，起到保温效果，从而维持尾气温度在SCR的最佳反应活性温度范围内，使得SCR技术的适用范围更广，使得更多的发动机和车辆可以采用SCR技术来处理尾气，给用户和社会带来经济与环境效益。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明
图1为本发明一种具体实施例的示意图；
图2为本发明又一种具体实施例的示意图；
图3为本发明的一种燃烧器结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1所示，即本发明绝热涂层的一种形式。该涂层12可以施加在发动机1排气管11壁的内表面、外表面壁或同时在内外表面。该涂层12的特点是导热系数小，即导热慢，可以使发动机排气从气缸被排出后在流向SCR催化剂的途中热量损失减少以达到保温效果。适用于这种涂层的材料至少应该具备以下性质或功能：1)耐热，至少可以在550℃以上长期使用；2)热传导率小；3)便于施加在金属(比如不锈钢)表面。在满足以上条件时，最好其热膨胀系数与排气管材料的热膨胀系数相近以减少热应力。其中，许多绝热陶瓷材料能满足以上要求，比如二氧化硅陶瓷材料或以稀土氧化物Y2O3作添加剂的钇稳定化氧化锆陶瓷材料等。施加涂层的方法有多种，以高速氧燃料喷涂法(highvelocity oxy-fuel technology-简称HVOF法)比较经济，适合于汽车行业。
实施例2
参见图2所示，本发明一种内燃机尾气处理的装置，它包括发动机1、还原剂注射系统(还原剂通常使用尿素)和催化反应系统96；所述发动机1设有排气管11，所述催化反应系统96设置在排气管11上；所述排气管11外覆设有燃烧器105；所述还原剂注射系统包括还原剂储存罐13、计量泵62和控制器52；所述还原剂储存罐13通过还原剂输送管33与计量泵62连接相通，所述计量泵62的出口处设有喷嘴88，该喷嘴88设置在发动机排气管11内；所述控制器52通过数据传输线分别和发动机1、计量泵62和燃烧器105相连接；所述燃烧器105和计量泵62通过管道相连接，且在燃烧器105和计量泵62之间的管道上设有气源80；所述燃烧器105和一燃油源110通过管道相连接；所述催化反应系统96内设有温度传感器92，该温度传感器92通过数据传输线和控制器52相连接，所述催化反应系统96内设有氮氧化物传感器99，该氮氧化物传感器99通过数据传输线和控制器52相连接。
实施例3
参见图3所示，所述燃烧器105通过管道与一燃油计量泵63相连接，该燃油计量泵63通过管道与燃油源111相通连接；所述燃油计量泵63通过管道与气源81相通连接，所述燃油计量泵63和气源81之间的管道还通过管道进入燃烧器105内。
上述实施例2和3的工作原理如下：采用燃烧器105来实现对排气管进行加温，使催化剂反应系统96中的催化剂97达到所需活化性能。该燃烧器105所采用的燃油可以是发动机所用燃油，也可以是其他燃料。燃烧器105所需空气可以由气源80提供，也可以从环境中直接获取。油和气可以提前混合然后喷入燃烧器105的燃烧室106，也可以分别独立的注入燃烧室106。燃烧室106内可装有火花塞点火。该燃烧室106的设计可采用类似涡轮发动机的燃烧室设计，空气和燃油不断被注入燃烧室106，实现稳定燃烧，燃烧所产生的火焰不断被喷射到排气中去。其实排气管11本身也可以当燃烧室使用。此时，燃油被直接注入到排气管11内参与燃烧。燃油的供应与火花塞由控制器52来控制。只有在需要时，比如当温度传感器92测到温度低于一定值，而且排气中N0x含量超过一定值(即需要喷尿素)时，控制器52才指挥燃烧器105工作，燃油被注入并点火，实现稳定燃烧。当催化剂反应系统96的温度达到或超过一定值时，或者排气中NOx含量低于一定值(即不需要喷尿素)时，燃油供应被停止，燃烧结束。如果需要，可采用以单独的计量泵63来实现精确供油。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1、一种内燃机尾气保温或升温的方法，该方法是发动机尾气处理时，在发动机尾气中注入尿素溶液使之分解出氨，在选择性还原催化剂的作用下将有毒的氮氧化物转化为氮气和水；其特征在于：所述发动机排气管壁上涂设一层或一层以上的绝热涂层，以减少排气热量损失，起到保温效果；或者在发动机排气管壁上设置一个燃烧装置来对尾气进行加热升温。
2、一种内燃机尾气处理的装置，其特征在于：它包括发动机、还原剂注射系统和催化反应系统；所述发动机设有排气管，所述催化反应系统设置在排气管上；所述排气管壁上设有一层或一层以上的绝热涂层。
3、根据权利要求2所述的一种内燃机尾气处理的装置，其特征在于：所述绝热涂层是二氧化硅陶瓷材料或以稀土氧化物Y2O3作添加剂的钇稳定化氧化锆陶瓷材料。
4、根据权利要求2所述的一种内燃机尾气处理的装置，其特征在于：所述绝热涂层采用高速氧燃料喷涂法喷涂在排气管壁的内表面、外表面或内外表面上。
5、一种内燃机尾气处理的装置，其特征在于：它包括发动机、还原剂注射系统和催化反应系统；所述发动机设有排气管，所述催化反应系统设置在排气管上；所述排气管外覆设有燃烧器。
6、根据权利要求5所述的一种内燃机尾气处理的装置，其特征在于：所述还原剂注射系统包括还原剂储存罐、计量泵和控制器；所述还原剂储存罐通过还原剂输送管与计量泵连接相通，所述计量泵的出口处设有喷嘴，该喷嘴设置在发动机排气管内；所述控制器通过数据传输线分别和发动机、计量泵和燃烧器相连接；所述燃烧器和计量泵通过管道相连接，且在燃烧器和计量泵之间的管道上设有气源；所述燃烧器和一燃油源通过管道相连接。
7、根据权利要求6所述的一种内燃机尾气处理的装置，其特征在于：所述催化系统内设有温度传感器，该温度传感器通过数据传输线和控制器相连接。
8、根据权利要求6所述的一种内燃机尾气处理的装置，其特征在于：所述催化系统内设有氮氧化物传感器，该氮氧化物传感器通过数据传输线和控制器相连接。
9、根据权利要求5所述的一种内燃机尾气处理的装置，其特征在于：所述燃烧器通过管道与一燃油计量泵相通连接，该燃油计量泵通过管道与燃油源相通连接；所述燃油计量泵通过管道与气源相通连接，所述燃油计量泵和气源之间的管道还通过管道进入燃烧器内。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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