CN111322144A - 一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法，涉及尾气处理，解决的是当前主流排放控制系统存在NOX、CH4、NH3转化效率低的技术问题，所述方法为：三元催化转化器与氨逃逸催化器采用独立设计；获取三元催化转化器出口处的第一氧浓度，并根据第一氧浓度控制三元催化转化器工作；向三元催化转化器排出的气体补充空气后输入到氨逃逸催化器。本发明还公开了一种当量燃烧燃气发动机的排放控制装置。本发明可以提高三元催化转化器的窗口控制精度，提高NOX、CH4的转化效率；还可以提供足够的氧气来支持氨逃逸催化器对NH3的高效转化，以及使得氨逃逸催化器工作在最佳温度高效转化NH3排放，抑制NOX二次生成的区域，达到控制超低NOX、NH3排放。
Description
技术领域
本发明涉及尾气处理，更具体地说，它涉及一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法及装置。
背景技术
发动机的有害排放物是造成大气污染的一个主要来源，随着环境保护问题的重要性日趋增加，降低发动机有害排放物这一目标成为当今世界上发动机发展的一个重要方向。随着《GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法》法规第六阶段的实施，下一阶段排放法规的探索和调研，政府和人民对重型机动车排放的要求日益严格。为了高效地应对第六阶段法规要求以及下一阶段更高水平的国七排放限值要求，对于碳排放具有明显优势的燃气发动机，迫切需要一种高效处理NOX、CH4、NH3等排放的技术，来有效的降低NOX排放、同时又可以高效地控制NH3排放水平。
当前燃气发动机主流的排放控制系统如图1所示，三元催化转化器A1(简称TWC)和氨逃逸催化器A2(ASC)集成封装在一起，组成催化转化器A。理论空燃比的排气从气缸F经过增压器B涡端流出，经排气管C，进入到三元催化转化器A1，新鲜空气经过增压器B、中冷器G进入气缸F。从三元催化转化器A1排出的气体直接进入到氨逃逸催化器A2中。前氧传感器D和后氧传感器E一起控制进入和排出催化转化器A(包括TWC和ASC)的空燃比。当前主流排放控制系统主要存在以下问题：
1.如图2所示，ASC转化NH3需要有氧参与反应，而从TWC出来的排气中氧含量低，故ASC会因缺氧而无法高效的转化NH3排放；
2.TWC出来的温度较高，一般在400～600℃之间，高于ASC高效转化的区域，同时NH3二次转化为NOX比例也大幅上升，造成NOX排放增加；
3.造成后氧传感器E检测的是氨逃逸催化器A2出口处的氧含量，无法准确监测三元催化转化器A1排出气体的空燃比情况，根据该氧含量控制三元催化转化器A1会造成TWC催化器的窗口控制精度下降，从而造成三元催化转化器A1转化NOX、CH4的转化效率降低，NOX、CH4排放上升。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种可以提高NOX、NH3转化效率的当量燃烧燃气发动机的排放控制方法。
本发明的目的二是提供一种可以提高NOX、NH3转化效率的当量燃烧燃气发动机的排放控制装置。
为了实现上述目的一，本发明提供一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法，三元催化转化器与氨逃逸催化器采用独立设计；获取所述三元催化转化器出口处的第一氧浓度，并根据所述第一氧浓度控制所述三元催化转化器工作；向所述三元催化转化器排出的气体补充空气后输入到所述氨逃逸催化器。
作为进一步地改进，获取所述氨逃逸催化器出口处的第二氧浓度，根据所述第二氧浓度控制所述空气的补充量。
进一步地，所述空气来源于发动机增压器，取气点位于中冷器与发动机增压器之间。
进一步地，所述发动机增压器通过二次喷射机构将所述空气补充到所述三元催化转化器排出的气体中。
为了实现上述目的二，本发明提供一种当量燃烧燃气发动机的排放控制装置，包括相互独立的三元催化转化器、氨逃逸催化器，所述三元催化转化器通过中间管连接所述氨逃逸催化器，所述三元催化转化器的出口处设有电性连接所述ECU的后氧传感器，所述中间管设有用于连接发动机增压器的补气管。
作为进一步地改进，所述氨逃逸催化器出口处设有用于检测第二氧浓度的传感器，所述补气管上设有二次喷射机构，所述ECU电性连接所述传感器、二次喷射机构。
进一步地，所述中间管设有与所述补气管连接的混合器。
进一步地，所述混合器包括外管、位于所述外管内的内管，所述外管与内管之间设有中空结构的螺旋叶，所述螺旋叶的内腔连通所述内管的内腔，所述螺旋叶表面设有出气孔，所述内管通过进气管连接所述补气管，所述外管的两端分别设有连接法兰。
进一步地，所述二次喷射机构为流量控制阀。
进一步地，所述补气管上设有单向阀。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
1.本发明通过三元催化转化器与氨逃逸催化器采用独立设计，并获取三元催化转化器出口处的第一氧浓度，可以准确监测三元催化转化器排出气体的空燃比情况，根据第一氧浓度可以提高三元催化转化器的窗口控制精度，从而提高三元催化转化器转化NOX、CH4的转化效率，减少NOX、CH4排放。
2.本发明通过向三元催化转化器排出的气体补充空气，一方面可以提供足够的氧气来支持氨逃逸催化器对NH3的高效转化；另一方，补充的空气温度较低，三元催化转化器排出的气体混合后可以有效地降低混合气进入氨逃逸催化器时的温度，从而使得氨逃逸催化器工作在250～300℃高效转化NH3排放，同时又抑制NOX二次生成的区域，从而达到控制超低NOX、NH3排放的目的。采用NOX传感器监测氨逃逸催化器出口处的第二氧浓度，可以根据第二氧浓度，闭环控制氨逃逸催化器中反应的空燃比，达到高精度控制氨逃逸催化器反应的目的，可以有效提高控制系统的鲁棒性。
附图说明
图1为传统技术的结构示意图；
图2为三元催化转化器的转化效率示意图；
图3为氨逃逸催化器的化学反应原理图；
图4为本发明的结构示意图；
图5为本发明中混合器的结构示意图。
其中：A-催化转化器、A1-三元催化转化器、A2-氨逃逸催化器、B-增压器、C-排气管、D-前氧传感器、E-后氧传感器、F-气缸、1-三元催化转化器、2-氨逃逸催化器、3-发动机增压器、4-二次喷射机构、5-中间管、6-后氧传感器、7-补气管、8-传感器、9-混合器、10-外管、11-内管、12-螺旋叶、13-进气管、14-连接法兰、15-单向阀。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图4、5，一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法，
三元催化转化器1与氨逃逸催化器2采用独立设计；
获取三元催化转化器1出口处的第一氧浓度，可以准确监测三元催化转化器1排出气体的空燃比情况，并根据第一氧浓度控制三元催化转化器1工作，可以提高三元催化转化器1的窗口控制精度，从而提高三元催化转化器1转化NOX、CH4的转化效率，减少NOX、CH4排放；
向三元催化转化器1排出的气体补充空气后输入到氨逃逸催化器2，一方面可以提供足够的氧气来支持氨逃逸催化器2对NH3的高效转化；另一方，补充的空气温度较低，三元催化转化器1排出的气体混合后可以有效地降低混合气进入氨逃逸催化器2时的温度，从而使得氨逃逸催化器2工作在250～300℃高效转化NH3排放，同时又抑制NOX二次生成的区域，从而达到控制超低NOX、NH3排放的目的。
进一步地，获取氨逃逸催化器2出口处的第二氧浓度，根据第二氧浓度控制空气的补充量，根据第二氧浓度闭环控制氨逃逸催化器2中反应的空燃比，可以达到高精度控制氨逃逸催化器2反应的目的，可以有效提高控制系统的鲁棒性。
在本实施例中，空气来源于发动机增压器3，取气点位于中冷器16与发动机增压器3之间，可以有效避免增加整车散热系统的散热量、同时有避免从中冷器16之后引入的气体温度低造成氨逃逸催化器的温度太低。发动机增压器3通过二次喷射机构4将空气补充到三元催化转化器1排出的气体中，无需额外增加补充空气的气泵，方便控制空气的补充量。
一种当量燃烧燃气发动机的排放控制装置，包括ECU，还包括相互独立的三元催化转化器1、氨逃逸催化器2，三元催化转化器1通过中间管5连接氨逃逸催化器2。三元催化转化器1的出口处设有电性连接ECU的后氧传感器6，用于实时获取三元催化转化器1出口处的第一氧浓度，可以准确监测三元催化转化器1排出气体的空燃比情况。中间管5设有用于连接发动机增压器3的补气管7，补气管7连接于中冷器16与发动机增压器3之间的管道。
氨逃逸催化器2出口处设有用于检测第二氧浓度的传感器8，传感器8为NOX传感器，可以同时检测尾气中的NOX排放值和氧浓度值。补气管7上设有二次喷射机构4，二次喷射机构4为流量控制阀，二次喷射机构4也可以是比例阀或节流阀。ECU电性连接传感器8、二次喷射机构4，ECU可以根据第二氧浓度来控制二次喷射机构4补充的空气量，以达到高精度控制氨逃逸催化器2反应的目的。
中间管5设有与补气管7连接的混合器9，混合器9包括外管10、位于外管10内的内管11，外管10与内管11之间设有中空结构的螺旋叶12，螺旋叶12的内腔连通内管11的内腔，螺旋叶12表面设有出气孔，出气孔可以布满螺旋叶12表面，内管11通过进气管13连接补气管7，外管10的两端分别设有连接法兰14。空气从出气孔喷出并与尾气混合，在螺旋叶12的作用下形成翻滚絮流，使空气与尾气充分混合均匀，提高氨逃逸催化器2的转化效果。
补气管7上设有单向阀15，可以防止尾气通过补气管7倒灌到发动机增压器3。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (10)
1.一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法，其特征在于，三元催化转化器(1)与氨逃逸催化器(2)采用独立设计；获取所述三元催化转化器(1)出口处的第一氧浓度，并根据所述第一氧浓度控制所述三元催化转化器(1)工作；向所述三元催化转化器(1)排出的气体补充空气后输入到所述氨逃逸催化器(2)。
2.根据权利要求1所述的一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法，其特征在于，获取所述氨逃逸催化器(2)出口处的第二氧浓度，根据所述第二氧浓度控制所述空气的补充量。
3.根据权利要求1或2所述的一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法，其特征在于，所述空气来源于发动机增压器(3)，取气点位于中冷器(16)与发动机增压器(3)之间。
4.根据权利要求3所述的一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法，其特征在于，所述发动机增压器(3)通过二次喷射机构(4)将所述空气补充到所述三元催化转化器(1)排出的气体中。
5.一种当量燃烧燃气发动机的排放控制装置，包括ECU，其特征在于，还包括相互独立的三元催化转化器(1)、氨逃逸催化器(2)，所述三元催化转化器(1)通过中间管(5)连接所述氨逃逸催化器(2)，所述三元催化转化器(1)的出口处设有电性连接所述ECU的后氧传感器(6)，所述中间管(5)设有用于连接发动机增压器(3)的补气管(7)。
6.根据权利要求5所述的一种当量燃烧燃气发动机的排放控制装置，其特征在于，所述氨逃逸催化器(2)出口处设有用于检测第二氧浓度的传感器(8)，所述补气管(7)上设有二次喷射机构(4)，所述ECU电性连接所述传感器(8)、二次喷射机构(4)。
7.根据权利要求5或6所述的一种当量燃烧燃气发动机的排放控制装置，其特征在于，所述中间管(5)设有与所述补气管(7)连接的混合器(9)。
8.根据权利要求7所述的一种当量燃烧燃气发动机的排放控制装置，其特征在于，所述混合器(9)包括外管(10)、位于所述外管(10)内的内管(11)，所述外管(10)与内管(11)之间设有中空结构的螺旋叶(12)，所述螺旋叶(12)的内腔连通所述内管(11)的内腔，所述螺旋叶(12)表面设有出气孔，所述内管(11)通过进气管(13)连接所述补气管(7)，所述外管(10)的两端分别设有连接法兰(14)。
9.根据权利要求6所述的一种当量燃烧燃气发动机的排放控制装置，其特征在于，所述二次喷射机构(4)为流量控制阀。
10.根据权利要求5所述的一种当量燃烧燃气发动机的排放控制装置，其特征在于，所述补气管(7)上设有单向阀(15)。
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