CN112539104B - 排气后处理系统、车辆及监控排气后处理系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于天然气发动机技术领域，具体涉及一种排气后处理系统、车辆及监控排气后处理系统的方法。本发明中的排气后处理系统包括第一催化器，所述第一催化器设于增压器的出气端，所述第二催化器的进气端与所述第一催化器的出气端相连通，所述第二催化器的出气端与外界相连通。通过使用本技术方案中的排气后处理系统，由于催化器的转化效率与排温相关，第一催化器布置在增压器后，这样可以保证第一催化器的入口温度进行快速提升，从而使得第一催化器的转化效率提升，减少了催化器的贵金属用量，提高了产品适用性，同时结合第二催化器进行整体的催化作用，能够降低冷机状态下发动机的排放。

Description

排气后处理系统、车辆及监控排气后处理系统的方法
技术领域
本发明属于天然气发动机技术领域，具体涉及一种排气后处理系统、车辆及监控排气后处理系统的方法。
背景技术
随着排放法规升级，排放限值的要求日趋严格，排放限值降低的挑战越来越高，目前国六阶段已经在天然气发动机上开始实施，国六阶段天然气发动机技术路线以当量比+三元催化器为主流，目前主要采用单级三元催化器的方案，为适配不同车型、满足低温下催化器的转化效率等，对发动机空燃比的控制和催化器贵金属的含量要求较高。
现有的气体机三元催化器提高耐久性能的方法是增加贵金属用量，这种方法由于需要使用更多的贵金属同时受到高温冲击，效果大打折扣，进而使得效率低下，而且成本增加很大。
发明内容
本发明的目的是至少解决现有气体机催化器成本高且效率较低的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提出了一种排气后处理系统，包括：
第一催化器，所述第一催化器设于增压器的出气端；
第二催化器，所述第二催化器的进气端与所述第一催化器的出气端相连通，所述第二催化器的出气端与外界相连通。
通过使用本技术方案中的排气后处理系统，由于催化器的转化效率与排温相关，第一催化器布置在增压器后，这样可以保证第一催化器的入口温度进行快速提升，从而使得第一催化器的转化效率提升，减少了催化器的贵金属用量，提高了产品适用性，同时结合第二催化器进行整体的催化作用，能够降低冷机状态下发动机的排放。
另外，根据本发明的排气后处理系统，还可具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施方式中，所述排气后处理系统还包括第一传感器组，所述第一传感器组位于所述第一催化器的进气端，所述第一传感器组包括宽域氧传感器和第一温度传感器。
在本发明的一些实施方式中，所述排气后处理系统还包括第二传感器组，所述第二传感器组位于所述第一催化器的出气端，所述第二传感器组包括第一开关氧传感器和第二温度传感器。
在本发明的一些实施方式中，所述排气后处理系统还包括NOX传感器和第三温度传感器，所述NOX传感器和所述第三温度传感器均位于所述第二催化器的出气端。
在本发明的一些实施方式中，所述排气后处理系统包括第二开关氧传感器和第四温度传感器，所述第二开关氧传感器和所述第四温度传感器均位于所述第二催化器的出气端。
本发明还提出了一种车辆，具有以上的排气后处理系统。
本发明还提出了一种监控排气后处理系统的方法，根据以上的排气后处理系统进行实施，所述方法包括：
获取宽域氧传感器的第一氧浓度，获取第一开关氧传感器的第二氧浓度；
根据所述第一氧浓度和所述第二氧浓度，计算第一催化器的第一储氧量；
根据所述第一储氧量，计算所述第一催化器的第一转化效率。
在本发明的一些实施方式中，根据所述第一储氧量，计算所述第一催化器的第一转化效率后还包括：
根据所述第一转化效率和修正系数，获得NOX排放模型；
获取NOX传感器的NOX浓度；
根据所述NOX排放模型和所述NOX浓度，获得第二催化器的第二转化效率。
在本发明的一些实施方式中，根据所述第一储氧量，计算所述第一催化器的第一转化效率后还包括：
获取第二开关氧传感器的第三氧浓度；
根据所述第二氧浓度和所述第三氧浓度，计算第二储氧量；
根据所述第二储氧量，计算所述第二催化器的第二转化效率。
在本发明的一些实施方式中，获取宽域氧传感器的第一氧浓度，获取第一开关氧传感器的第二氧浓度前还包括：
获取第一温度传感器的第一温度，获取第二温度传感器的第二温度，获取第三温度传感器/第四温度传感器的第三温度；
根据所述第一温度和所述第二温度，计算第一温度差值；
根据所述第二温度和所述第三温度，计算第二温度差值；
根据所述第一温度差值大于第一限值和/或根据所述第二温度差值大于第二限值，控制所述发动机进行动力调整。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的排气后处理系统的一种结构示意图；
图2示意性地示出了根据本发明实施方式的排气后处理系统的另一种结构示意图；
图3示意性地示出了根据本发明实施方式的监控排气后处理系统的方法的两种控制流程图；
图4示意性地示出了根据本发明实施方式的监控排气后处理系统的方法的第一温度传感器露点检测的控制流程图；
图5示意性地示出了根据本发明实施方式的监控排气后处理系统的方法的第二温度传感器露点检测的控制流程图；
图6示意性地示出了根据本发明实施方式的监控排气后处理系统的方法的第三温度传感器露点检测的控制流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的排气后处理系统的一种结构示意图。图2示意性地示出了根据本发明实施方式的排气后处理系统的另一种结构示意图。如图1和2所示，本发明提出了一种排气后处理系统、车辆及监控排气后处理系统的方法。本发明中的排气后处理系统包括第一催化器，第一催化器设于增压器的出气端，第二催化器的进气端与第一催化器的出气端相连通，第二催化器的出气端与外界相连通。
通过使用本技术方案中的排气后处理系统，由于催化器的转化效率与排温相关，第一催化器布置在增压器后，这样可以保证第一催化器的入口温度进行快速提升，从而使得第一催化器的转化效率提升，减少了催化器的贵金属用量，提高了产品适用性，同时结合第二催化器进行整体的催化作用，能够降低冷机状态下发动机的排放。
在本本发明的一些实施方式中，如图1和2所示，排气后处理系统还包括第一传感器组，第一传感器组位于第一催化器的进气端，第一传感器组包括宽域氧传感器和第一温度传感器。宽域氧传感器用于检测进入第一催化器前的第一氧浓度，第一温度传感器用于检测第一催化器的进气端的第一温度。
在本发明的一些实施方式中，如图1和2所示，排气后处理系统还包括第二传感器组，第二传感器组位于第一催化器的出气端，第二传感器组包括第一开关氧传感器和第二温度传感器。第一开关氧传感器用于检测经过第一催化器后的第二氧浓度，第二温度传感器用于检测第一催化器的出气端的第二温度。
在本发明的一些实施方式中，在第一催化器和第二催化器之间管路过长的情况下，在第二催化器的进气端也可以设有第四温度传感器，这样第二温度传感器用于检测第一催化器的出气端的气温，第四温度传感器用于检测第二催化器的进气端的气温，这样使得检测到的数据更加准确，提升了精确性和可靠性。
具体地，温度传感器与发动机的ECU相连接，能够检测到相对应的温度数据，一方面能够检测到温差异常的情况，进而使得发动机ECU控制发动机进行动力调整，从而保证催化器的稳定工作，提升了稳定性。另一方面温度传感器还能够进行相近氧传感器的露点检测，当温度高于限值的情况下，及时对氧传感器进行加热处理，避免在排气管内存在水分的情况下对宽域传感器进行加热，从而导致宽域传感器失效，提升了可靠性。
具体地，氧传感器用于检测催化器前后位置的氧浓度数据，进而根据相对应的数据进行计算，从而得出相对应的储氧量、转化效率和NOX排放模型。使得发动机ECU能够对排气后处理系统进行实时监控催化器的转化效率，便于故障情况下及时做出对应的策略，提升了可靠性。
在本发明的一种实施方式中，如图1所示，排气后处理系统还包括NOX传感器和第三温度传感器，NOX传感器和第三温度传感器均位于第二催化器的出气端。NOX传感器用于检测第二催化器的出气端的NOX的浓度，第三温度传感器用于检测第二催化器的出气端的第三温度。根据NOX排放模型和NOX的浓度，能够计算出第二催化器对应的第二转化效率，便于发动机ECU对排气后处理系统进行实时监控，提升了可靠性。
在本发明的另一种实施方式中，如图2所示，排气后处理系统包括第二开关氧传感器和第四温度传感器，第二开关氧传感器和第四温度传感器均位于第二催化器的出气端。第二开关氧传感器用于检测第二催化器的出气端的第三氧浓度，第四温度传感器用于检测第二催化器的出气端的第四温度。根据第三氧浓度和第二氧浓度，能够计算出第二催化器对应的第二转化效率，便于发动机ECU对排气后处理系统进行实时监控，提升了可靠性。
本发明还提出了一种车辆，具有以上的排气后处理系统。
通过使用本技术方案中的车辆，由于催化器的转化效率与排温相关，第一催化器布置在增压器后，这样可以保证第一催化器的入口温度进行快速提升，从而使得第一催化器的转化效率提升，减少了催化器的贵金属用量，提高了产品适用性，同时结合第二催化器进行整体的催化作用，能够降低冷机状态下发动机的排放。
本发明还提出了一种监控排气后处理系统的方法，如图3所示，根据以上的车辆进行实施，方法包括：
获取宽域氧传感器的第一氧浓度，获取第一开关氧传感器的第二氧浓度；
根据第一氧浓度和第二氧浓度，计算第一催化器的第一储氧量；
根据第一储氧量，计算第一催化器的第一转化效率。
具体地，第一储氧量的计算步骤可以分为主动式和被动式。主动式效率监控是在发动机的特定工况下，主动调整发动机的设定空燃比，通过宽域氧传感器的信号反馈实现精确控制，通过设定空燃比的浓稀变化，以及第一开关氧传感器的信号反馈，计算第一催化器的储氧量，从而间接反馈第一催化器的转化效率。被动式监控是在发动机断油工况结束后进行监控，通过恢复供油过程中，宽域氧传感器的信号变化和第一开关氧传感器的信号反馈计算第一级催化器的转化效率。
通过第一开关氧传感器和宽域氧传感器的检测能够最终得出第一催化器的第一转化效率，通过发动机ECU能够使得操作人员进行实时监控，便于故障情况下及时做出对应的策略，提升了可靠性和安全性。
在本发明的一些实施方式中，根据第一储氧量，计算第一催化器的第一转化效率后还包括：
根据第一转化效率和修正系数，获得NOX排放模型；
获取NOX传感器的NOX浓度；
根据NOX排放模型和NOX浓度，获得第二催化器的第二转化效率。
具体地，修正系数包括排气温度(即第一温度)、环境温度和环境压力。
通过NOX传感器和NOX排放模型，能够最终得出第二催化器的第二转化效率，通过发动机ECU能够使得操作人员进行实时监控，便于故障情况下及时做出对应的策略，提升了可靠性和安全性。
在本发明的一些实施方式中，根据第一储氧量，计算第一催化器的第一转化效率后还包括：
获取第二开关氧传感器的第三氧浓度；
根据第二氧浓度和第三氧浓度，计算第二储氧量；
根据第二储氧量，计算第二催化器的第二转化效率。
通过第二开关氧传感器和第一开关氧传感器，能够最终得出第二催化器的第二转化效率，通过发动机ECU能够使得操作人员进行实时监控，便于故障情况下及时做出对应的策略，提升了可靠性和安全性。
在本发明的一些实施方式中，获取宽域氧传感器的第一氧浓度，获取第一开关氧传感器的第二氧浓度前还包括：
获取第一温度传感器的第一温度，获取第二温度传感器的第二温度，获取第三温度传感器/第四温度传感器的第三温度；
根据第一温度和第二温度，计算第一温度差值；
根据第二温度和第三温度，计算第二温度差值；
根据第一温度差值大于第一限值和/或根据第二温度差值大于第二限值，控制发动机进行动力调整。这样能够通过监控排气后处理系统，及时检测到温差异常的情况下对发动机进行动力调整，进而保护催化器的稳定工作，提升了稳定性和可靠性。
在本发明的一些实施方式中，如图4和5所示，当第一温度大于第三限值和/或第二温度大于第四限值时，控制对应的第一加热单元对宽域氧传感器进行加热处理。以上称为基于宽域氧传感器附近的温度传感器进行的露点检测，避免在排气管内存在水分的情况下对宽域传感器进行加热，从而导致宽域传感器失效，提升了可靠性。
在本发明的一些实施方式中，如图6所示，当第三温度大于第五限值时，控制对应的第二加热单元对NOX传感器进行加热处理。以上称为基于第二开关氧传感器附近的第三温度传感器进行的露点检测，避免在排气管内存在水分的情况下对第二开关氧传感器进行加热，从而导致第二氧开关传感器失效，提升了可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种监控排气后处理系统的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取宽域氧传感器的第一氧浓度，获取第一开关氧传感器的第二氧浓度；
根据所述第一氧浓度和所述第二氧浓度，计算第一催化器的第一储氧量；
根据所述第一储氧量，计算所述第一催化器的第一转化效率；
根据所述第一储氧量，计算所述第一催化器的第一转化效率后还包括：
根据所述第一转化效率和修正系数，获得NOX排放模型；
获取NOX传感器的NOX浓度；
根据所述NOX排放模型和所述NOX浓度，获得第二催化器的第二转化效率。
2.根据权利要求1所述的监控排气后处理系统的方法，其特征在于，根据所述第一储氧量，计算所述第一催化器的第一转化效率后还包括：
获取第二开关氧传感器的第三氧浓度；
根据所述第二氧浓度和所述第三氧浓度，计算第二储氧量；
根据所述第二储氧量，计算所述第二催化器的第二转化效率。
3.根据权利要求1所述的监控排气后处理系统的方法，其特征在于，获取宽域氧传感器的第一氧浓度，获取第一开关氧传感器的第二氧浓度前还包括：
获取第一温度传感器的第一温度，获取第二温度传感器的第二温度，获取第三温度传感器/第四温度传感器的第三温度；
根据所述第一温度和所述第二温度，计算第一温度差值；
根据所述第二温度和所述第三温度，计算第二温度差值；
根据所述第一温度差值大于第一限值和/或根据所述第二温度差值大于第二限值，控制发动机进行动力调整。
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