CN106762063B - 一种提高稀燃NOx捕集器转换效率的装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高稀燃NOX捕集器转换效率的装置及控制方法,发动机正常过程中，排气中的NOX在稀燃NOX捕集器的第二部分中被吸附，还原剂通入排气第一通道，然后还原剂进入稀燃NOX捕集器的第一部分与第一部分因再生释放的NOX发生还原反应，使NOX转变成不污染环境的N2；当稀燃NOX捕集器的第二部分达到其最大的吸附容量时，发动机排气中的NOX在已经完成再生的稀燃NOX捕集器的第一部分中被吸附，稀燃NOX捕集器的第二部分进行再生。采用本方法使得稀燃NOX捕集器的转换效率得到提高。

Description

一种提高稀燃NOx捕集器转换效率的装置及控制方法
技术领域
本发明涉及柴油机NOX机外净化技术领域，特别是涉及一种提高稀燃NOX捕集器转换效率的装置及控制方法。
背景技术
有效降低NOX排放是内燃机有害排放物控制的难点和重点。由于机内净化控制不能完全净化NOX排放采取机外控制技术很有必要。稀燃NOX捕集器是基于发动机周期性稀燃和富燃工作的一种NOX净化技术。
当发动机正常运转时处于稀燃阶段，NOX被吸附剂以硝酸盐的形式存储起来，当吸附达到饱和时，需要再生吸附剂使其能够继续正常工作，通过人为调整发动机的工况，使其产生富燃条件，使硝酸盐分解释放出NOX，NOX再被还原剂还原为N2。故在富氧阶段，还原剂除了要还原吸附剂所释放的NOX，还要还原排气中所含有的NOX，易造成还原剂的还原速度可能过慢，使得少量NOX未被还原直接排向大气。而且稀燃和富燃工况的来回切换，对发动机管理系统提出更高的要求。
在富燃再生阶段，排气中主要含有CO及少量CH，故还原剂主要以CO为主。研究表明CO作为还原剂时，其还原速度较长，大量NOX脱附而未能及时被还原且直接从出口处溢出,CO 不是最佳的还原剂。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种可以提高稀燃NOX捕集器的转换效率，并降低对发动机管理系统要求的提高稀燃NOX捕集器转换效率的装置及控制方法。
为了达到上述目的，本发明的一种提高稀燃NOX捕集器转换效率的装置，包括排气通道，在所述的排气通道中间安装有分隔板，所述的排气通道通过分隔板分隔为排气第一通道和排气第二通道，在所述的分隔板的前端安装有排气分流阀，所述的排气第一通道和排气第二通道的进口端与排气管的出口端固定相连，所述的排气第一通道和排气第二通道的进口能够通过排气分流阀交替与排气管的出口连通，在所述的排气第一通道和排气第二通道的出口端固定有一个稀燃NOX捕集器，所述的稀燃NOX捕集器通过中间插板分隔为第一部分和第二部分，所述的第一部分与排气第一通道的出口连通，所述的第二部分与排气第二通道的出口连通；一个排气旁通管的一端与增压器前的排气管相连通并且另一端依次与排气单向阀和反应器的进口相连通，在所述的反应器内安装有喷射器，所述的喷射器的燃料进口与安装有输送泵的燃料总管的出口相连通，一个与装有柴油的柴油箱相连通的柴油通道的出口端以及一个与装有乙醇和水的乙醇水箱相连通的乙醇水道的出口端和燃料总管的进口端固定相连，在所述的乙醇水道和柴油通道的出口汇聚处的管道内安装有重整分流阀，所述的乙醇水道和柴油通道能够在所述的重整分流阀的作用下交替与燃料总管的进口相连通；所述的反应器出口通过总通道与还原剂分流阀的入口相连，所述的还原剂分流阀的两个出口分别与还原剂第一通道的进口、还原剂第二通道的进口分别相连，所述的还原剂第一通道的出口与排气第一通道连通，还原剂第二通道的出口与排气第二通道连通，在所述的排气第一通道上安装有第一温度传感器以检测排气第一通道内的温度，在所述的排气第二通道上安装有第二温度传感器以检测排气第二通道内的温度，ECU 通过控制线与喷射器、反应器、还原剂分流阀、第一温度传感器、第二温度传感器、排气分流阀和重整分流阀连接。
一种提高稀燃NOX捕集器转换效率的方法，包括以下步骤：
发动机正常过程中，ECU控制排气分流阀关闭排气第一通道，使发动机排气经排气管进入排气第二通道，排气中的NOX在稀燃NOX捕集器的第二部分中被吸附；与此同时，部分高温排气在增压器前经与发动机的排气管连通的排气旁通管、排气单向阀进入反应器，ECU读取安装在排气第一通道上的第一温度传感器输出的排气第一通道内的温度信号，若温度信号小于250℃，则ECU控制重整分流阀关闭柴油通道、打开乙醇水道，通过输送泵将乙醇和水的混合物送入喷射器并经喷射器喷入反应器内，乙醇和水吸收反应器内的高温排气的热量反应生成氢气，若温度信号不小于250℃，则ECU控制重整分流阀关闭乙醇水道、打开柴油通道，通过输送泵将柴油送入喷射器并经喷射器喷入反应器内，柴油吸收反应器内的高温排气的热量生成丙烯，还原剂氢气或者还原剂丙烯离开反应器进入总通道，ECU控制还原剂分流阀关闭还原剂第二通道，使还原剂通过还原剂第一通道通入排气第一通道，然后还原剂进入稀燃NOX捕集器的第一部分与第一部分因再生释放的NOX发生还原反应，使NOX转变成不污染环境的 N2；当稀燃NOX捕集器的第二部分达到其最大的吸附容量时，ECU向排气分流阀输出控制信号以控制排气分流阀关闭排气第二通道，使发动机排气经排气管进入排气第一通道，排气中的 NOX在已经完成再生的稀燃NOX捕集器的第一部分中被吸附；与此同时，部分高温排气在增压器前经与发动机的排气管连通的排气旁通管、排气单向阀进入反应器，ECU读取安装在所述的排气第二通道上的第二温度传感器的温度信号，若温度信号小于250℃，ECU控制重整分流阀关闭柴油通道、打开乙醇水道，通过输送泵将乙醇和水送入喷射器并经喷射器喷入反应器内，乙醇和水吸收反应器内的高温排气的热量反应生成氢气，若温度信号不小于250℃，ECU 控制重整分流阀关闭乙醇水道、打开柴油通道，通过输送泵将柴油送入喷射器并经喷射器喷入反应器内，柴油吸收反应器内的高温排气的热量生成丙烯，还原剂氢气或者还原剂丙烯离开反应器进入总通道，ECU通过控制与还原剂第一通道相连的还原剂分流阀关闭还原剂第一通道，使还原剂通过还原剂第二通道通入排气第二通道，然后还原剂进入稀燃NOX捕集器的第二部分与第二部分因再生释放的NOX发生还原反应，使NOX转变成不污染环境的N2，以此完成一个工作循环。
与现有技术相比，本发明具有以下三方面优势：
第一，利用燃料重整产生的还原剂比排气中CO作为还原剂的还原效果更好，即在排气温度小于250℃时，生成氢气，在排气温度不小于250℃时，生成丙烯，使得稀燃NOX捕集器的转换效率得到提高。
第二，利用单独的燃料重整，可以避免为了使稀燃NOX捕集器LNT再生而使发动机改变工况产生富燃条件，降低对发动机管理系统的需求。
第三，将稀燃NOX捕集器分为两部分，使得发动机可以一直处于正常工况下运行，即稀燃工况，而排气的中NOX一直被已经再生完成的稀燃NOX捕集器中的吸附剂所吸附，不会出现：在富氧阶段，还原剂除了要还原吸附剂所释放的NOX，还要还原排气中所含有的NOX，易造成还原剂的还原速度可能过慢，使得少量NOX未被还原直接排向大气。进一步提高稀燃NOX捕集器的转换效率。
附图说明
图1是一种提高稀燃NOX捕集器转换效率的装置图；
图2是图1所示的装置中去掉乙醇和水输送装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示的一种提高稀燃NOX捕集器转换效率的装置，包括排气通道，在所述的排气通道中间安装有分隔板12，所述的排气通道通过分隔板12分隔为排气第一通道16和排气第二通道17，在所述的分隔板12的前端安装有排气分流阀13，所述的排气第一通道16和排气第二通道17的进口端与排气管2的出口端固定相连，所述的排气第一通道16和排气第二通道 17的进口能够通过排气分流阀13交替与排气管2的出口连通，在所述的排气第一通道16和排气第二通道17的出口端固定有一个稀燃NOX捕集器11，所述的稀燃NOX捕集器11通过中间插板分隔为第一部分111和第二部分112，所述的第一部分111与排气第一通道16的出口连通，所述的第二部分112与排气第二通道17的出口连通；一个排气旁通管3的一端与增压器 1前的气缸的排气管2相连通并且另一端依次与排气单向阀4和反应器5的进口相连通，在所述的反应器5内安装有喷射器6，所述的喷射器6的燃料进口与安装有输送泵24的燃料总管的出口相连通，一个与装有柴油的柴油箱19相连通的柴油通道21的出口端以及一个与装有乙醇和水的乙醇水箱20相连通的乙醇水道22的出口端和燃料总管的进口端固定相连，在所述的乙醇水道22和柴油通道21的出口汇聚处的管道内安装有重整分流阀23，所述的乙醇水道22 和柴油通道21能够在所述的重整分流阀23的作用下交替与燃料总管的进口相连通；
所述的反应器5出口通过总通道7与还原剂分流阀10的入口相连，所述的还原剂分流阀 10的两个出口分别与还原剂第一通道8的进口、还原剂第二通道9的进口分别相连，所述的还原剂第一通道8的出口与排气第一通道16连通，还原剂第二通道9的出口与排气第二通道 17连通，在所述的排气第一通道16上安装有第一温度传感器14以检测排气第一通道16内的温度，在所述的排气第二通道17上安装有第二温度传感器15以检测排气第二通道17内的温度，ECU(电子控制单元)18通过控制线与喷射器6、反应器5、还原剂分流阀10、第一温度传感器14、第二温度传感器15、排气分流阀13和重整分流阀23连接。
以图1为例，发动机正常过程中，ECU18控制排气分流阀13关闭排气第一通道16，使发动机排气经排气管2进入排气第二通道17，排气中的NOX在稀燃NOX捕集器的第二部分112中被吸附；与此同时，部分高温排气(通常温度在550℃-750℃)在增压器1前经与发动机的排气管连通的排气旁通管3、排气单向阀4进入反应器5，ECU18读取安装在排气第一通道16上的第一温度传感器14输出的排气第一通道16内的温度信号，若温度信号小于250℃，则ECU18控制重整分流阀23关闭柴油通道21、打开乙醇水道22，通过输送泵24将乙醇和水的混合物送入喷射器6并经喷射器6喷入反应器5内，乙醇和水吸收反应器5内的高温排气的热量反应生成H2，若温度信号不小于250℃，则ECU18控制重整分流阀23关闭乙醇水道22、打开柴油通道21，通过输送泵24将柴油送入喷射器6并经喷射器6喷入反应器5内，柴油吸收反应器5内的高温排气的热量生成丙烯C3H6，还原剂氢气或者还原剂丙烯离开反应器5进入总通道7，ECU18控制还原剂分流阀10关闭还原剂第二通道9，使还原剂通过还原剂第一通道8通入排气第一通道16，然后还原剂进入稀燃NOX捕集器的第一部分111与第一部分111 因再生释放的NOX发生还原反应，使NOX转变成不污染环境的N2；当稀燃NOX捕集器的第二部分112达到其最大的吸附容量时，ECU18向排气分流阀13输出控制信号以控制排气分流阀13关闭排气第二通道17，使发动机排气经排气管2进入排气第一通道16，排气中的NOX在已经完成再生的稀燃NOX捕集器的第一部分111中被吸附；与此同时，部分高温排气在增压器1前经与发动机的排气管连通的排气旁通管3、排气单向阀4进入反应器5，ECU18读取安装在所述的排气第二通道17上的第二温度传感器15的温度信号，若温度信号小于250℃，ECU18控制重整分流阀23关闭柴油通道21、打开乙醇水道22，通过输送泵24将乙醇和水送入喷射器6并经喷射器6喷入反应器5内，乙醇和水吸收反应器5内的高温排气的热量反应生成氢气，若温度信号不小于250℃，ECU18控制重整分流阀23关闭乙醇水道22、打开柴油通道21，通过输送泵24将柴油送入喷射器6并经喷射器6喷入反应器5内，柴油吸收反应器5 内的高温排气的热量生成丙烯，还原剂氢气H2或者还原剂丙烯离开反应器5进入总通道7， ECU18通过控制与还原剂第一通道8相连的还原剂分流阀10关闭还原剂第一通道8，使还原剂通过还原剂第二通道9通入排气第二通道17，然后还原剂进入稀燃NOX捕集器的第二部分 112与第二部分112因再生释放的NOX发生还原反应，使NOX转变成不污染环境的N2，以此完成一个工作循环，即当稀燃NOX捕集器的第二部分112吸附NOX时，稀燃NOX捕集器的第一部分111进行再生；当稀燃NOX捕集器的第一部分111吸附NOX时，稀燃NOX捕集器的第二部分112进行再生。

Claims (2)

1.一种提高稀燃NOX捕集器转换效率的装置，其特征在于：包括排气通道，在所述的排气通道中间安装有分隔板，所述的排气通道通过分隔板分隔为排气第一通道和排气第二通道，在所述的分隔板的前端安装有排气分流阀，所述的排气第一通道和排气第二通道的进口端与排气管的出口端固定相连，所述的排气第一通道和排气第二通道的进口能够通过排气分流阀交替与排气管的出口连通，在所述的排气第一通道和排气第二通道的出口端固定有一个稀燃NOX捕集器，所述的稀燃NOX捕集器通过中间插板分隔为第一部分和第二部分，所述的第一部分与排气第一通道的出口连通，所述的第二部分与排气第二通道的出口连通；一个排气旁通管的一端与增压器前的排气管相连通并且另一端依次与排气单向阀和反应器的进口相连通，在所述的反应器内安装有喷射器，所述的喷射器的燃料进口与安装有输送泵的燃料总管的出口相连通，一个与装有柴油的柴油箱相连通的柴油通道的出口端以及一个与装有乙醇和水的乙醇水箱相连通的乙醇水道的出口端和燃料总管的进口端固定相连，在所述的乙醇水道和柴油通道的出口汇聚处的管道内安装有重整分流阀，所述的乙醇水道和柴油通道能够在所述的重整分流阀的作用下交替与燃料总管的进口相连通；所述的反应器出口通过总通道与还原剂分流阀的入口相连，所述的还原剂分流阀的两个出口分别与还原剂第一通道的进口、还原剂第二通道的进口分别相连，所述的还原剂第一通道的出口与排气第一通道连通，还原剂第二通道的出口与排气第二通道连通，在所述的排气第一通道上安装有第一温度传感器以检测排气第一通道内的温度，在所述的排气第二通道上安装有第二温度传感器以检测排气第二通道内的温度，ECU通过控制线与喷射器、反应器、还原剂分流阀、第一温度传感器、第二温度传感器、排气分流阀和重整分流阀连接。
2.一种采用权利要求1所述的装置提高稀燃NOX捕集器转换效率的方法，其特征在于：发动机正常过程中，ECU控制排气分流阀关闭排气第一通道，使发动机排气经排气管进入排气第二通道，排气中的NOX在稀燃NOX捕集器的第二部分中被吸附；与此同时，部分高温排气在增压器前经与发动机的排气管连通的排气旁通管、排气单向阀进入反应器，ECU读取安装在排气第一通道上的第一温度传感器输出的排气第一通道内的温度信号，若温度信号小于250℃，则ECU控制重整分流阀关闭柴油通道、打开乙醇水道，通过输送泵将乙醇和水的混合物送入喷射器并经喷射器喷入反应器内，乙醇和水吸收反应器内的高温排气的热量反应生成H2，若温度信号不小于250℃，则ECU控制重整分流阀关闭乙醇水道、打开柴油通道，通过输送泵将柴油送入喷射器并经喷射器喷入反应器内，柴油吸收反应器内的高温排气的热量生成丙烯，还原剂氢气或者还原剂丙烯离开反应器进入总通道，ECU控制还原剂分流阀关闭还原剂第二通道，使还原剂通过还原剂第一通道通入排气第一通道，然后还原剂进入稀燃NOX捕集器的第一部分与第一部分因再生释放的NOX发生还原反应，使NOX转变成不污染环境的N2；当稀燃NOX捕集器的第二部分达到其最大的吸附容量时，ECU向排气分流阀输出控制信号以控制排气分流阀关闭排气第二通道，使发动机排气经排气管进入排气第一通道，排气中的NOX在已经完成再生的稀燃NOX捕集器的第一部分中被吸附；与此同时，部分高温排气在增压器前经与发动机的排气管连通的排气旁通管、排气单向阀进入反应器，ECU读取安装在所述的排气第二通道上的第二温度传感器的温度信号，若温度信号小于250℃，ECU控制重整分流阀关闭柴油通道、打开乙醇水道，通过输送泵将乙醇和水送入喷射器并经喷射器喷入反应器内，乙醇和水吸收反应器内的高温排气的热量反应生成氢气，若温度信号不小于250℃，ECU控制重整分流阀关闭乙醇水道、打开柴油通道，通过输送泵将柴油送入喷射器并经喷射器喷入反应器内，柴油吸收反应器内的高温排气的热量生成丙烯，还原剂氢气或者还原剂丙烯离开反应器进入总通道，ECU通过控制与还原剂第一通道相连的还原剂分流阀关闭还原剂第一通道，使还原剂通过还原剂第二通道通入排气第二通道，然后还原剂进入稀燃NOX捕集器的第二部分与第二部分因再生释放的NOX发生还原反应，使NOX转变成不污染环境的N2，以此完成一个工作循环。
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