CN112610314A - 一种天然气发动机催化器高效温度管理方法及系统 - Google Patents

一种天然气发动机催化器高效温度管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，涉及发动机尾气处理技术领域，解决现有排气方式容易造成催化器损坏的技术问题，该方法包括：实时获取排气总管内的第一气温、催化器输入口处的第二气温；根据第一气温确定尾气通过保温管进入催化器或按比例通过保温管和第一旁通管进入催化器或通过第二旁通管排到催化器的下游。本发明还公开了一种天然气发动机催化器高效温度管理系统。本发明进入催化器的尾气温度始终在安全范围，可以有效保护催化器。

Description

一种天然气发动机催化器高效温度管理方法及系统
技术领域
本发明涉及发动机尾气处理技术领域，更具体地说，它涉及一种天然气发动机催化器高效温度管理方法及系统。
背景技术
排放法规对发动机尾气中NOx、CH4和CO等污染物排放提出了严格的要求，特别是未来的排放法规将会对这些排放的限值进一步加严，这对发动机的后处理系统提出了巨大的挑战。天然气发动机普遍采用三元催化器作为排放后处理控制，其中陶瓷或金属载体涂覆贵金属通常被作为催化剂，成本较高。此外催化剂转化效率队温度非常敏感，其高效转化温度窗口一般为350℃-600℃。如果催化器入口温度低于350℃，其转化效率明显下降；而如果催化器入口温度长期处于600℃以上，催化器排放耐久性会受到影响。特别是当发动机系统发生故障，导致燃烧不充分，若这些未燃气体进入催化器进行二次燃烧，催化器温度将会升高甚至高于800度，催化剂吸氧能力会显著减弱，导致催化器出现不可逆的损坏，催化器效率下降，发动机排放难以满足要求。
现有的技术方案如图1所示，排气总管A通过排气管B将尾气送入催化器C。现有的技术方案中无有效催化器温度管理系统，当催化器入口温度过低时无法保证催化器高效转化效率，而当催化器温度长时间处于600℃以上时，会影响催化器的排放耐久性。特别是当催化器入口温度长时间高于800℃或未燃气体在催化器内发生燃烧导致温度超过800℃时，会导致催化器出现不可逆的损坏。
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转化效率且有效保护催化器的天然气发动机催化器高效温度管理方法。
本发明的目的二是提供一种可以有效保护催化器的天然气发动机催化器高效温度管理系统。
为了实现上述目的一，本发明提供一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，包括：
实时获取排气总管内的第一气温、催化器输入口处的第二气温；
当所述第一气温<第一设定温度，控制所述排气总管的全部尾气通过第二旁通管排到所述催化器的下游；
当所述第一气温≥第一设定温度且所述第一气温<第二设定温度，控制所述排气总管的全部尾气通过保温管进入所述催化器；
当所述第一气温≥第二设定温度且所述第一气温≤第三设定温度，控制所述排气总管的全部尾气按比例通过保温管和第一旁通管进入所述催化器，使所述第二气温<第二设定温度；
当所述第二气温>第三设定温度，控制所述排气总管的全部尾气通过第一旁通管、第三旁通管排到所述催化器的下游。
作为进一步地改进，当所述第二气温>第三设定温度，实时获取所述第一旁通管输出端的第三气温；若所述第三气温<第二设定温度，则控制所述第一旁通管内的全部尾气进入所述催化器；否则，控制所述第一旁通管内的全部尾气通过所述第三旁通管排到所述催化器的下游。
进一步地，所述第一设定温度为350℃～380℃。
进一步地，所述第二设定温度为550℃～600℃。
进一步地，所述第三设定温度为750℃～800℃。
为了实现上述目的二，本发明提供一种天然气发动机催化器高效温度管理系统，包括排气总管、催化器，还包括保温管、第一旁通管、第二旁通管、中间管、控制器，所述保温管的外围套设有保温层，所述排气总管分别通过第一调节阀连接所述保温管的输入端、通过第二调节阀连接所述第一旁通管的输入端，所述第一旁通管的输出端分别通过第三调节阀连接所述中间管的输入端、通过第四调节阀连接所述第二旁通管的输入端，所述催化器的输入口连接所述保温管的输出端和中间管的输出端，所述第二旁通管的输出端连接所述催化器的输出口，所述排气总管设有第一温度传感器，所述催化器的输入口设有第二温度传感器，所述控制器电性连接所述第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、第一温度传感器、第二温度传感器；
所述控制器通过所述第一温度传感器实时获取所述排气总管内的第一气温、通过所述第二温度传感器实时获取所述催化器输入口处的第二气温，并根据上述的方法控制所述第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀工作，使所述第二气温<第二设定温度。
作为进一步地改进，所述第一旁通管的输出端设有电性连接所述控制器的第三温度传感器。
进一步地，所述第一旁通管为高热导率的材料制成。
进一步地，所述第一旁通管的外围设有散热翅片或电性连接所述控制器的散热风扇。
进一步地，所述控制器为ECU。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
本发明根据排气总管内的第一气温确定尾气通过保温管进入催化器或按比例通过保温管和第一旁通管进入催化器或通过第二旁通管排到催化器的下游，使进入催化器的尾气温度始终在安全范围，可以有效保护催化器，以确保催化器始终运行在高效且安全的温度范围内，同时提高催化器的排放耐久里程。
附图说明
图1为传统技术的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图。
其中：1-排气总管、2-催化器、3-第二旁通管、4-保温管、5-第一旁通管、6-中间管、7-控制器、8-第一调节阀、9-第二调节阀、10-第三调节阀、11-第四调节阀、12-第一温度传感器、13-第二温度传感器、14-第三温度传感器。
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2，一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，包括：
实时获取排气总管1内的第一气温、催化器2输入口处的第二气温；
当第一气温<第一设定温度，控制排气总管1的全部尾气通过第二旁通管3排到催化器2的下游；
当第一气温≥第一设定温度且第一气温<第二设定温度，控制排气总管1的全部尾气通过保温管4进入催化器2；
当第一气温≥第二设定温度且第一气温≤第三设定温度，控制排气总管1的全部尾气按比例通过保温管4和第一旁通管5进入催化器2，使第二气温<第二设定温度；
当第二气温>第三设定温度，控制排气总管1的全部尾气通过第一旁通管5、第二旁通管3排到催化器2的下游。
进一步的，当第二气温>第三设定温度，实时获取第一旁通管5输出端的第三气温；若第三气温<第二设定温度，则控制第一旁通管5内的全部尾气进入催化器2，可以最大限度减少尾气污染物的排放；否则，控制第一旁通管5内的全部尾气通过第二旁通管3排到催化器2的下游。
在本实施例中，第一设定温度为350℃～380℃，可以确保催化器2始终运行在高效的温度范围。第二设定温度为550℃～600℃，第三设定温度为750℃～800℃，可以确保催化器始终运行在安全的温度范围。
一种天然气发动机催化器高效温度管理系统，包括排气总管1、催化器2，还包括保温管4、第一旁通管5、第二旁通管3、中间管6、控制器7，保温管4的外围套设有保温层，排气总管1分别通过第一调节阀8连接保温管4的输入端、通过第二调节阀9连接第一旁通管5的输入端，第一旁通管5的输出端分别通过第三调节阀10连接中间管6的输入端、通过第四调节阀11连接第二旁通管3的输入端，催化器2的输入口连接保温管4的输出端和中间管6的输出端，第二旁通管3的输出端连接催化器2的输出口，排气总管1设有第一温度传感器12，催化器2的输入口设有第二温度传感器13，控制器7电性连接第一调节阀8、第二调节阀9、第三调节阀10、第四调节阀11、第一温度传感器12、第二温度传感器13。第一旁通管5的输出端设有电性连接控制器7的第三温度传感器14。
控制器7通过第一温度传感器12实时获取排气总管1内的第一气温、通过第二温度传感器13实时获取催化器2输入口处的第二气温，并根据上述方法控制第一调节阀8、第二调节阀9、第三调节阀10、第四调节阀11工作，使第二气温<第二设定温度。
在本实施例中，第一旁通管5为高热导率的材料制成，如第一旁通管5的制造材料与排气总管1的制造材料相同，第一旁通管5也可以由钢管、铜管、铝合金管制成。
为了提高第一旁通管5的散热性，可以在第一旁通管5的外围设有散热翅片或电性连接控制器7的散热风扇。在本实施例中，控制器7为ECU。
本发明根据排气总管内的第一气温确定尾气通过保温管进入催化器或按比例通过保温管和第一旁通管进入催化器或通过第二旁通管排到催化器的下游，使进入催化器的尾气温度始终在安全范围，可以有效保护催化器，以确保催化器始终运行在高效且安全的温度范围内，同时提高催化器的排放耐久里程。
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)

1.一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，其特征在于，包括：
实时获取排气总管(1)内的第一气温、催化器(2)输入口处的第二气温；
当所述第一气温<第一设定温度，控制所述排气总管(1)的全部尾气通过第二旁通管(3)排到所述催化器(2)的下游；
当所述第一气温≥第一设定温度且所述第一气温<第二设定温度，控制所述排气总管(1)的全部尾气通过保温管(4)进入所述催化器(2)；
当所述第一气温≥第二设定温度且所述第一气温≤第三设定温度，控制所述排气总管(1)的全部尾气按比例通过保温管(4)和第一旁通管(5)进入所述催化器(2)，使所述第二气温<第二设定温度；
当所述第二气温>第三设定温度，控制所述排气总管(1)的全部尾气通过第一旁通管(5)、第二旁通管(3)排到所述催化器(2)的下游。
2.根据权利要求1所述的一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，其特征在于，当所述第二气温>第三设定温度，实时获取所述第一旁通管(5)输出端的第三气温；若所述第三气温<第二设定温度，则控制所述第一旁通管(5)内的全部尾气进入所述催化器(2)；否则，控制所述第一旁通管(5)内的全部尾气通过所述第二旁通管(3)排到所述催化器(2)的下游。
3.根据权利要求1所述的一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，其特征在于，所述第一设定温度为350℃～380℃。
4.根据权利要求1所述的一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，其特征在于，所述第二设定温度为550℃～600℃。
5.根据权利要求1所述的一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，其特征在于，所述第三设定温度为750℃～800℃。
6.一种天然气发动机催化器高效温度管理系统，包括排气总管(1)、催化器(2)，其特征在于，还包括保温管(4)、第一旁通管(5)、第二旁通管(3)、中间管(6)、控制器(7)，所述保温管(4)的外围套设有保温层，所述排气总管(1)分别通过第一调节阀(8)连接所述保温管(4)的输入端、通过第二调节阀(9)连接所述第一旁通管(5)的输入端，所述第一旁通管(5)的输出端分别通过第三调节阀(10)连接所述中间管(6)的输入端、通过第四调节阀(11)连接所述第二旁通管(3)的输入端，所述催化器(2)的输入口连接所述保温管(4)的输出端和中间管(6)的输出端，所述第二旁通管(3)的输出端连接所述催化器(2)的输出口，所述排气总管(1)设有第一温度传感器(12)，所述催化器(2)的输入口设有第二温度传感器(13)，所述控制器(7)电性连接所述第一调节阀(8)、第二调节阀(9)、第三调节阀(10)、第四调节阀(11)、第一温度传感器(12)、第二温度传感器(13)；
所述控制器(7)通过所述第一温度传感器(12)实时获取所述排气总管(1)内的第一气温、通过所述第二温度传感器(13)实时获取所述催化器(2)输入口处的第二气温，并根据权利要求1-5任一所述的方法控制所述第一调节阀(8)、第二调节阀(9)、第三调节阀(10)、第四调节阀(11)工作，使所述第二气温<第二设定温度。
7.根据权利要求6所述的一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，其特征在于，所述第一旁通管(5)的输出端设有电性连接所述控制器(7)的第三温度传感器(14)。
8.根据权利要求6所述的一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，其特征在于，所述第一旁通管(5)为高热导率的材料制成。
9.根据权利要求6所述的一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，其特征在于，所述第一旁通管(5)的外围设有散热翅片或电性连接所述控制器(7)的散热风扇。
10.根据权利要求6所述的一种天然气发动机催化器高效温度管理方法，其特征在于，所述控制器(7)为ECU。
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