CN102383902A - 非电控柴油机排放物的控制处理方法及系统 - Google Patents

非电控柴油机排放物的控制处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非电控柴油机排放物的控制处理方法及系统，属于柴油机排放物的后处理技术领域。本发明将具有还原性特征的后处理模块，和具有氧化性特征的后处理模块结合应用，通过采集非电控柴油机转速、油门和进气歧管压力的信号信息，根据该信息计算出还原排放物中氮氧化物所需还原剂的量，并将所述量的还原剂加注到还原反应中，实现对排放物中氮氧化物的还原，再通过氧化反应实现对排放物中颗粒物、碳氢和一氧化碳的氧化，从而实现对非电控柴油机排放物的净化。

Description

非电控柴油机排放物的控制处理方法及系统
技术领域
本发明涉及柴油机排放物的控制和处理，具体地说是一种非电控柴油机排放物的控制处理方法及系统。
背景技术
目前，对于柴油机自身而言，其排放物的控制一般通过喷油延迟技术和增压中冷技术实现。
喷油延迟技术，其特征是使柴油机的滞燃期缩短，可以有效降低柴油机氮氧化物(NOX)的排放，但随着喷油的推迟，后燃期延长，会导致柴油机颗粒物(Particulate Matter，简称PM)的排放恶化。
增压中冷技术，其特征是通过增压技术增加进气量、增大燃烧平均空燃比，以此降低柴油机PM的排放。但增压后进气温度升高，混合气中氧浓度增加，会导致柴油机NOX的排放增加。采用将增压后使空气再冷却的中冷技术，可以降低柴油机的进气温度，不仅降低了柴油机的热负荷，而且进一步提高了空气密度和功率，同时降低了最高燃烧温度，从而减少了NOX的生成。但是从总体效果上，增压中冷技术在降低PM排放的同时，也增加了NOX的排放。
喷油延迟技术与增压中冷技术同属机内净化技术，两者在使用过程中会导致PM和NOX之间存在此消彼长，且两者都无法完全净化柴油机排放物中的PM和NOX。对于国四及更高级别的排放标准，仅依靠机内净化技术难以满足排放要求。
非电控柴油机，由于其不具备电控柴油机灵活控制的特点，使得其PM排放和NOX排放均不能达国IV的标准的要求；为了达到国四或更高级别排放标准的要求，必须同时对PM和NOX进行控制。
发明内容
本发明目的在于提供一种非电控柴油机排放物的控制处理方法及系统，通过氧化和还原的组合方式同时控制处理非电控柴油机排放物，使排放物指标达到国四及更高级别的排放标准。
实现本发明目的采用的技术方案是：一种非电控柴油机排放物的控制处理方法，将非电控柴油机排放物先经过氧化反应，直至排放物中的颗粒、碳氢和一氧化碳被充分氧化，然后经过还原反应，直至排放物中的氮氧化物被充分还原；
或者将非电控柴油机排放物先经过还原反应，直至排放物中的氮氧化物被充分还原，然后经过氧化反应，直至排放物中的颗粒、碳氢和一氧化碳被充分氧化；
其中，在进入还原反应前，先采集非电控柴油机的工况信息，以及根据该工况信息计算出还原排放物中氮氧化物所需还原剂的量，并将所述量的还原剂加注到还原反应中。
进一步地，所述非电控柴油机的工况信息包括非电控柴油机转速、油门位置和进气歧管压力的信号。
更进一步地，所述的还原剂为尿素水溶液或氨气，用于还原排放物中的氮氧化物。
此外，本发明还提供一种非电控柴油机排放物的控制处理系统，包括：
具有还原性特征的后处理模块，用于还原非电控柴油机排放物中的氮氧化物；
具有氧化性特征的后处理模块，与具有还原性特征的后处理模块连通，用于处理、反应非电控柴油机排放物中的颗粒物、碳氢和一氧化碳；
信号采集模块，用于采集非电控柴油机的工况信息；
控制装置，接收并处理非电控柴油机的工况信息，计算所需还原剂的量并控制喷射出还原剂；
所述具有还原性特征的后处理模块或者具有氧化性特征的后处理模块与非电控柴油机的排放口连通；所述控制装置分别与信号采集模块和具有还原性特征的后处理模块连接，控制装置根据接收信号采集模块采集的工况信息计算出还原排放物中氮氧化物所需还原剂的量，并发出控制信号将所述量的还原剂加注到具有还原性特征的后处理模块中。
进一步地，所述具有还原性特征的后处理模块的进口端与非电控柴油机的排放口连通，其出口端与具有氧化性特征的后处理模块进口端连通；或者具有氧化性特征的后处理模块进口端与非电控柴油机的排放口连通，其出口端与具有还原性特征的后处理模块的进口端连通。
进一步地，具有氧化性特征的后处理模块为柴油机氧化催化器(以下简称DOC)与颗粒氧化催化器(POC)的组合；具有还原性特征的后处理模块为选择性催化还原(以下简称SCR)催化器；
进一步地，具有氧化性特征的后处理模块还可以为颗粒捕集器(DPF)。颗粒捕集器设有防止被排放物中颗粒堵塞的附加再生系统。
进一步地，信号采集模块通过传感器采集非电控柴油机的工作信息，所述工作信息包括非电控柴油机转速、油门位置和进气歧管压力的信号。
本发明信号采集模块通过传感器采集非电控柴油机的转速、油门位置、进气歧管压力信号，经处理后的信号作为控制装置的输入，控制装置依据柴油机工况决定还原剂的需求流量，并控制还原剂加注装置，将相应流量的还原剂供给具有还原性特征的后处理模块。
本发明分别独立处理氮氧化物与颗粒物、碳氢、一氧化碳的净化，即：单独还原氮氧化物，单独地氧化颗粒物、碳氢和一氧化碳，达到高度净化非电控柴油机排气的目的，本发明的整体效果实现了对氮氧化物与颗粒物、碳氢、一氧化碳的同时净化，解决了现有技术中“此消彼长”的问题，从而达到国四或更高级别排放标准的要求。
附图说明
图1是实施例1非电控柴油机排放物的控制处理系统的结构框图。
图2是非电控柴油机排放物经图1所示系统的控制处理流程图。
图3是实施例2排放控制处理系统的结构框图。
图4是非电控柴油机排放物经图3所示系统的控制处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，非电控柴油机排放物的控制处理系统，包括：
具有氧化性特征的后处理模块102，用于氧化非电控柴油机排放物中的颗粒、碳氢和一氧化碳，本实施例中后处理模块102为氧化催化器(DOC)和颗粒氧化催化器(POC)的组合。
具有还原性特征的后处理模块103，用于还原非电控柴油机排放物中的氮氧化合物，本实施例中后处理模块103为选择性催化还原(SCR)催化器。
信号采集模块105，用于采集非电控柴油机的工况信息；
控制装置106，接收信号采集模块采集的工况信息，并处理该工况信息；
本实施例中，具有氧化性特征的后处理模块102的进口端与非电控柴油机101的排放口连通，具有氧化性特征的后处理模块102的出口端与具有还原性特征的后处理模块103的进口端连通，具有还原性特征的后处理模块103的出口端即为经控制处理后的排放物104。信号采集模块105通过传感器与非电控柴油机101中待测信号部件连接，用于监测非电控柴油机转速、油门位置和进气歧管压力的信号。控制装置106分别与信号采集模块105和具有还原性特征的后处理模块103连接，其中，控制装置106与具有还原性特征的后处理模块103之间装有还原剂加注模块107，本实施例还原剂加注模块107为尿素水溶液加注系统。控制装置106可控制还原剂加注模块107加注还原剂的量。控制装置106根据接收信号采集模块105采集的工作信息计算出还原排放物中氮氧化物所需还原剂的量，并将所需的还原剂通过还原剂加注装置107加注到具有还原性特征的后处理模块103中。
非电控柴油机的排放物通过上述的排放控制处理系统时控制处理流程如图2所示，包括以下步骤：
(1)步骤201所示，信号采集模块105通过传感器采集非电控柴油机的工作信息，包括非电控柴油机转速、油门和进气歧管压力的信号。优先依据转速和油门信号的组合区分柴油机工况，在转速和油门信号其中之一不可用的情况下，引入进气歧管压力信号区分柴油机的工况。
(2)步骤202所示，控制装置106根据采集的非电控柴油机工作信息计算出还原排放物中氮氧化物所需还原剂的量，并控制还原剂加注装置107向具有还原性特征的后处理模块103中加注上述计算出还原剂的量，所用还原剂为一种叫添蓝(Adblue)的尿素水溶液，尿素水溶液在排气管内迅速分解为氨气。
(3)步骤203所示，非电控柴油机排放物进入具有氧化性特征的后处理模块102，充分发生氧化反应，直至PM、HC、CO被充分氧化。非电控柴油机的排气流经DOC时，排气中的HC、CO在DOC内部被氧化，并将部分一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)，为下游POC提供氧化剂。排气气流流经POC时，由于POC的通道形状复杂，气流不断改变流线，跟不上流线的PM脱离气流被吸附到POC的壁面上，实现对PM的捕捉。NO2将POC捕捉的碳烟氧化成二氧化碳，实现POC的再生。通过应用DOC和POC的组合，实现非电控柴油机排放物中HC、CO、PM的排放控制。
(4)步骤204所示，步骤203的排放物进入具有还原性特征的后处理模块103中，与步骤202产生的氨气充分发生还原反应，至NOX被充分还原，NOX被还原为N2，实现非电控柴油机NOX的排放控制。
(5)步骤205所示，排出经步骤203、204后的气体，所得的排放物符合国四及更高级别的排放标准。
实施例2
本实施例与实施例1区别仅仅只是非电控柴油机排放物先通过具有还原性特征的后处理模块103进行还原反应，然后再通过具有氧化性特征的后处理模块102进行氧化反应，具体连接关系为：非电控柴油机101的排放口与具有还原性特征的后处理模块103的进口端连通，具有还原性特征的后处理模块103出口端与具有氧化性特征的后处理模块102的进口端连通，具有氧化性特征的后处理模块102的出口端即为经控制处理后的排放物104。其它结构与实施例1中一致，此处不再累述。
使用本实施例对电控柴油机的排放物进行控制排放处理，其流程如图4所示，与实施例1的区别也仅仅是非电控柴油机排放物先进行还原反应，至NOX
被充分还原后再进行氧化反应，直至PM、HC、CO被充分还原。本实施例中还原剂为氨气。
非电控柴油机的转速、油门和进气歧管压力信号用于区分柴油机的工况。优先依据转速和油门信号的组合区分柴油机工况；在转速和油门信号其中之一不可用的情况下，引入进气歧管压力信号区分柴油机的工况；排气背压信号用于判断具有氧化性特征的后处理模块是否需要维护。通过对柴油机若干个工作循环的进气歧管压力信号取平均的方式，获得平稳可信的进气歧管压力信号。
本实施例所用具有氧化性特征的后处理模块102为颗粒捕集器，颗粒捕集器内装有再生系统，用以疏通吸附在颗粒捕集器壁面上的颗粒物，以保证处理装置不被PM堵塞。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种非电控柴油机排放物的控制处理方法，其特征在于：
将非电控柴油机排放物先经过氧化反应，直至排放物中的颗粒、碳氢和一氧化碳被充分氧化，然后经过还原反应，直至排放物中的氮氧化物被充分还原；
或者将非电控柴油机排放物先经过还原反应，直至排放物中的氮氧化物被充分还原，然后经过氧化反应，直至排放物中的颗粒、碳氢和一氧化碳被充分氧化；
其中，在进入还原反应前，先采集非电控柴油机的工况信息，以及根据该工况信息计算出还原排放物中氮氧化物所需还原剂的量，并将所述量的还原剂加注到还原反应中。
2.根据权利要求1所述的非电控柴油机排放物的控制处理方法，其特征在于：所述非电控柴油机的工况信息包括非电控柴油机转速、油门位置和进气歧管压力的信号。
3.根据权利要求1或2所述的非电控柴油机排放物的控制处理方法，其特征在于：所述的还原剂为尿素水溶液或氨气。
4.一种非电控柴油机排放物的控制处理系统，其特征在于：
具有还原性特征的后处理模块，用于还原非电控柴油机排放物中的氮氧化物；
具有氧化性特征的后处理模块，与具有还原性特征的后处理模块连通，用于处理、反应非电控柴油机排放物中的颗粒物、碳氢和一氧化碳；
信号采集模块，用于采集非电控柴油机的工况信息；
控制装置，接收并处理非电控柴油机的工况信息，计算所需还原剂的量并控制喷射出还原剂；
所述具有还原性特征的后处理模块或者具有氧化性特征的后处理模块与非电控柴油机的排放口连通；所述控制装置分别与信号采集模块和具有还原性特征的后处理模块连接，控制装置根据接收信号采集模块采集的工况信息计算出还原排放物中氮氧化物所需还原剂的量，并发出控制信号将所述量的还原剂加注到具有还原性特征的后处理模块中。
5.根据权利要求4所述的非电控柴油机排放物的控制处理系统，其特征在于：所述具有还原性特征的后处理模块的进口端与非电控柴油机的排放口连通，其出口端与具有氧化性特征的后处理模块进口端连通；或者具有氧化性特征的后处理模块进口端与非电控柴油机的排放口连通，其出口端与具有还原性特征的后处理模块的进口端连通。
6.根据权利要求5所述的非电控柴油机排放物的控制处理系统，其特征在于：具有氧化性特征的后处理模块为柴油机氧化催化器与颗粒氧化催化器的组合；具有还原性特征的后处理模块为选择性催化还原催化器；
7.根据权利要求5所述的非电控柴油机排放物的控制处理系统，其特征在于：具有氧化性特征的后处理模块为颗粒捕集器，具有还原性特征的后处理模块为选择性催化还原催化器。
8.根据权利要求7所述的非电控柴油机排放物的控制处理系统，其特征在于：所述颗粒捕集器设有防止被排放物中颗粒堵塞的附加再生系统。
9.根据权利要求4～8任一所述的非电控柴油机排放物的控制处理系统，其特征在于：信号采集模块通过传感器采集非电控柴油机的工况信息，所述工况信息包括非电控柴油机转速、油门和进气歧管压力的信号。
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