CN108150249A - 一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法及系统。再生的系统包括：安装在发动机排气管上的DOC后处理器、DPF后处理器，安装在DOC后处理器上游的一套甲醇喷射系统，位于DOC后处理器和DPF后处理器之间的第一排气温度传感器，位于DPF后处理器下游的第二排气温度传感器，接头分别位于DPF后处理器上、下游的压差传感器；所述压差传感器用于测量DPF后处理器前后压力差值。甲醇在DOC后处理器前喷射进排气管，在DOC的催化作用下发生氧化反应，反应中释放的热量可以提高排气温度从而实现DPF的主动再生。

Description

一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法及系统
技术领域：
本发明涉及柴油发动机后处理技术，进一步涉及一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法及系统。
背景技术：
由于柴油机的扩散燃烧方式，其排放物中含有大量的颗粒物(PM)。通常情况下采取优化缸内燃烧和颗粒氧化催化器来达到降低颗粒物排放的目的，随着排放法规的日益严格，颗粒氧化催化器的捕集效率已无法达到使用要求，故采用颗粒捕集器(DPF)来实现颗粒物的高效捕集，但是当碳载量达到一定限值时需要对其进行再生。常用的再生方式有通过外加能源使排气温度达到颗粒着火温度500-600℃的主动再生和利用化学催化来降低颗粒着火温度的被动再生。柴油/甲醇组合燃烧作为一种新型燃烧技术，其实施方式已在专利文献CN105179112A中公开发布，通过缸内燃烧甲醇和耦合氧化催化器(DOC)和颗粒氧化催化器(POC)即可达到国V排放标准，为了满足未来的国VI法规，需要将POC更换成DPF。由于该型发动机原排特性主要为较低的颗粒物和NOx生成，高达50％以上的NO2/NOx比例，以及大量的HC和CO排放，因此在NO2/PM比值为8～15的工况下即可实现DPF的连续被动再生，当DPF的碳载量达到限值时则需要通过DOC来催化燃烧后喷的甲醇，以此升高排气温度来达到颗粒物的着火温度。
为了符合国六排放法规，并进一步扩大柴油/甲醇组合燃烧技术在重载车上的运用，迫切需要在原技术路线的基础上开发一种新的控制颗粒物排放并实现可靠再生的方法及其系统。
发明内容：
本发明目的在于提供一种可实现颗粒捕集器可靠再生的技术路线。该技术路线提出一种利用甲醇作为外加能源实现DPF主被动再生的方法及系统。
术语解释：DOC后处理器代表柴油氧化催化器，DPF后处理器代表颗粒捕集器。
本发明的基本原理：向排气管喷一定量的甲醇，废气中甲醇等碳氢类化合物流经DOC时发生剧烈的燃烧反应并放出热量，使得DOC下游处温度接近或超过被动再生过程中所需的平衡点温度；废气中的NO与O2在DOC的催化下反应生成NO2，可与DPF中捕集到的颗粒物发生氧化反应，进而降低DPF上加载的颗粒物，实现DPF的主动再生。
具体技术方案如下：
一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的系统，包括：安装在发动机排气管上的DOC后处理器、DPF后处理器，其特征在于，还包括：安装在DOC后处理器上游的一套甲醇喷射系统，位于DOC后处理器和DPF后处理器之间的第一排气温度传感器，位于DPF后处理器下游的第二排气温度传感器，接头分别位于DPF后处理器上、下游的压差传感器；所述压差传感器用于测量DPF后处理器前后压力差值。在上述系统上实现的一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法，包括如下步骤：
甲醇喷射系统的压力维持在一定的数值；压差传感器测得DPF后处理器的压差超过预设值时，甲醇喷射系统启动，甲醇喷射量依靠第一排气温度传感器、第二排气温度传感器的数值来控制，达到DPF后处理器主动再生所需的排气温度，此时PM会与O2在载体表面上发生剧烈的氧化反应；如果DPF后处理器下游的排气温度高于DPF的安全温度，甲醇喷射系统则停止喷醇，直至DPF温度低于DPF的安全限值后再执行喷醇。
作为优选方案，所述甲醇喷射系统包括：甲醇供给系统和甲醇喷射控制系统。
作为进一步优选方案，所述甲醇供给系统包括：甲醇喷嘴、储醇轨、限压阀、甲醇滤清器、甲醇泵、醇浮子和甲醇箱；所述甲醇供给系统可以提供5bar的甲醇压力。
作为更进一步优选方案，所述甲醇喷射控制系统包括：液位传感器、排气温度传感器、压差传感器和甲醇控制单元；所述液位传感器整合在醇浮子上并固定于甲醇箱中，用于测量甲醇箱内甲醇的液位值；所述甲醇控制系统可以根据压差传感器的信号来判断碳载量加载情况，并结合DPF后处理器的上、下游温度传感器来控制DOC后处理器上游处甲醇喷嘴的喷射时刻和喷射量。在上述系统上实现的一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法，包括如下步骤：
步骤1：发动机台架实验，确定颗粒补集器的颗粒加载水平及对应的排气背压限值；并将上述参数存入系统的特定存储位置；
步骤2：判断甲醇液位值是否大于或等于其工作所需的最小液位值，如果是转步骤3，否则转步骤8；
步骤3：甲醇供给系统启动；
步骤4：判断发动机的排气背压是否大于或等于最大背压限值，如果是转步骤5，否则转步骤8；
步骤5：根据第一排气温度传感器来控制甲醇喷嘴的喷射量，直至排气温度达到颗粒的着火温度并维持，当第二排气温度传感器测得DPF后处理器下游的排气温度高于DPF的安全温度时，停止甲醇喷射，直至DPF后处理器下游的排气温度低于DPF的安全温度；
步骤6：判断发动机的排气背压是否小于或等于最小背压限值，如果是转步骤7，否则转步骤5；
步骤7：甲醇喷嘴停止喷射；
步骤8：甲醇喷射系统关闭；
结束。
本发明相对于现有技术的效果是：
(一)甲醇在DOC后处理器前喷射进排气管，在DOC的催化作用下发生氧化反应，反应中释放的热量可以提高排气温度从而实现DPF的主动再生。
(二)当发动机采用柴油/甲醇二元燃料时，甲醇除了喷射进缸内参加燃烧外还可同时用于在DOC后处理器前喷射进排气管，提高了车载甲醇燃料的利用率。
(三)当发动机采用柴油/甲醇二元燃料时，可利用柴油甲醇组合燃烧中逃逸的甲醇甲醛作为提高排气温度的能源，实现DPF被动与主动再生相结合的方式，减少了DPF主动再生的频率，从而降低了整车和燃油成本。
(四)当发动机采用柴油/甲醇二元燃料时，排气中NO2/PM比例较高，由于NO2与PM的氧化反应在300℃左右即可进行，结合DOC催化器，可以保证绝大多数工况下DPF处于连续的被动再生模式。
附图说明：
图1是本发明实施例中一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的系统结构示意图；图中，1代表甲醇泵，2代表甲醇滤清器，3代表储醇轨，4代表甲醇喷嘴，5代表甲醇控制单元，6代表限压阀，7代表甲醇箱，8代表第一排气温度传感器，9代表DOC后处理器，10代表DPF后处理器，11代表压差传感器，12代表醇浮子，13代表第二排气温度传感器。
图2是本发明实施例中一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法工作流程图。
具体实施方式：
实施例：
结合图1-2，具体说明本发明的实施方式。
实现柴油机颗粒捕集器再生的控制系统，其包括：在发动机排气管上集成DOC后处理器9和DPF后处理器10，在DOC后处理器上游处安装储醇轨3和甲醇喷嘴4；甲醇由甲醇泵1吸出甲醇箱7，经过甲醇滤清器2后可过滤掉微小杂质，一路流向储醇轨3和甲醇喷嘴4，另一路流向限压阀6，压力超过5bar的甲醇回流至甲醇箱7，该供给系统可以保证管道内有稳定充足的5bar压力的甲醇；DOC后处理器9安装在发动机排气的下游，以堇青石为载体，在载体上涂覆有铂、钯、铑等两种或三种的贵金属氧化物，其一方面可以调整NO2/PM的比值来实现下游DPF后处理器10的被动再生；另一方面可以高效氧化后喷的甲醇来提高排气的温度，为下游的DPF后处理器10的主动再生提供热量；DPF后处理器10以堇青石为载体，不需涂覆贵金属等催化剂，其成本低廉，捕集到的PM在载体表面上与NO2或者O2分别发生氧化反应或者燃烧反应。
在上述系统上实现的一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法，包括如下步骤：
步骤1：对选型好的DOC后处理器和DPF后处理器进行发动机台架标定，确定DPF后处理器10的颗粒加载水平及其对应的排气背压限值；并将上述参数存入系统的特定存储位置；
步骤2：判断醇浮子12所确定甲醇液位值是否大于或等于其工作所需的最小液位值，如果是转步骤3，否则转步骤8；
步骤3：甲醇供给系统启动；
步骤4：判断压差传感器11测得的发动机的排气背压是否大于或等于最大背压限值，如果是转步骤5，否则转步骤8；
步骤5：根据第一排气温度传感器8来控制甲醇喷嘴4的喷射量，直至排气温度达到颗粒的着火温度并维持，当第二排气温度传感器13测得DPF后处理器下游的排气温度高于DPF的安全温度时，停止甲醇喷射，直至DPF后处理器下游的排气温度低于DPF的安全温度；
步骤6：判断压差传感器11测得的发动机的排气背压是否小于或等于最小背压限值，如果是转步骤7，否则转步骤5；
步骤7：甲醇喷嘴停止喷射；
步骤8：甲醇喷射系统关闭；
结束。

Claims (6)

1.一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的系统，包括：安装在发动机排气管上的DOC后处理器、DPF后处理器，其特征在于，还包括：安装在DOC后处理器上游的一套甲醇喷射系统，位于DOC后处理器和DPF后处理器之间的第一排气温度传感器，位于DPF后处理器下游的第二排气温度传感器，接头分别位于DPF后处理器上、下游的压差传感器；所述压差传感器用于测量DPF后处理器前后压力差值。
2.根据权利要求1所述一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的系统，其特征在于，所述甲醇喷射系统包括：甲醇供给系统和甲醇喷射控制系统。
3.根据权利要求2所述一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的系统，其特征在于，所述甲醇供给系统包括：甲醇喷嘴、储醇轨、限压阀、滤清器、甲醇泵、醇浮子和甲醇箱；所述甲醇供给系统可以提供5bar的甲醇压力。
4.根据权利要求3所述一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的系统，其特征在于，所述甲醇喷射控制系统包括：液位传感器、排气温度传感器、压差传感器和甲醇控制单元；所述液位传感器整合在醇浮子上并固定于甲醇箱中，用于测量甲醇箱内甲醇的液位值；所述甲醇控制系统可以根据压差传感器的信号来判断碳载量加载情况，并结合DPF后处理器的上、下游温度传感器来控制DOC后处理器上游处甲醇喷嘴的喷射时刻和喷射量。
5.在权利要求1所述系统上实现的一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法，其特征在于，包括如下步骤：
甲醇喷射系统的压力维持在一定的数值；
压差传感器测得DPF后处理器的压差超过预设值时，甲醇喷射系统启动，甲醇喷射量依靠第一排气温度传感器、第二排气温度传感器的数值来控制，达到DPF后处理器主动再生所需的排气温度，此时PM会与O2在载体表面上发生剧烈的氧化反应；
如果DPF后处理器下游的排气温度高于DPF的安全温度，甲醇喷射系统则停止喷醇，直至DPF温度低于DPF的安全限值后再执行喷醇。
6.在权利要求4所述系统上实现的一种甲醇为外加能源实现颗粒捕集器再生的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：发动机台架实验，确定颗粒补集器的颗粒加载水平及对应的排气背压限值；并将上述参数存入系统的特定存储位置；
步骤2：判断甲醇液位值是否大于或等于其工作所需的最小液位值，如果是转步骤3，否则转步骤8；
步骤3：甲醇供给系统启动；
步骤4：判断发动机的排气背压是否大于或等于最大背压限值，如果是转步骤5，否则转步骤8；
步骤5：根据第一排气温度传感器来控制甲醇喷嘴的喷射量，直至排气温度达到颗粒的着火温度并维持，当第二排气温度传感器测得DPF后处理器下游的排气温度高于DPF的安全温度时，停止甲醇喷射，直至DPF后处理器下游的排气温度低于DPF的安全温度；
步骤6：判断发动机的排气背压是否小于或等于最小背压限值，如果是转步骤7，否则转步骤5；
步骤7：甲醇喷嘴停止喷射；
步骤8：甲醇喷射系统关闭；
结束。
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