CN1231662C

CN1231662C - 车载甲醇催化裂解装置的油路自动控制系统

Info

Publication number: CN1231662C
Application number: CN 02131306
Authority: CN
Inventors: 王浩静; 周立公; 申海芳; 晁兵
Original assignee: Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Current assignee: Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: CN1405440A

Abstract

一种车载甲醇催化裂解装置的油路自动控制系统是由ECU(电子控制单元)根据温度传感器、压力传感器和空气流量计输入的信号对二次空气喷入装置、预热装置、油泵、喷嘴及电磁阀进行自动控制，使催化裂解装置裂解出的富氢气体和燃油能在不同的工况和转速下以不同的比例混合后通入发动机，从而达到降低发动机尾排的目的。本发明具有体积小，成本低，系统元件易购买，耗能低；裂解装置结构简单、制造成本低，催化剂正常工作温度范围大、寿命长、转化率高等优点。

Description

车载甲醇催化裂解装置的油路自动控制系统

所属领域

本发明属于一种车载甲醇催化裂解装置的油路自动控制系统，具体地说涉及一种通过催化使甲醇裂解成为富氢气体(H₂和CO)再与空气、燃油混合后加入汽车发动机中从而降低汽车尾气中有害物质含量的甲醇催化裂解装置的油路自动控制系统。

背景技术：

机动车的排放控制技术水平，是决定机动车污染物排放量的重要因素，除此以外，车辆的使用、保养、燃油质量以及环境条件等许多因素，都会影响汽车的排放状况。治理汽车尾气的方法有机内净化和机外净化两大类，机内净化是通过改善混合气品质、改善燃烧状况和使用低污染燃料来实现的。采用燃油喷射系统是改善混合气品质的最好方法，虽然它能准确控制进入发动机的燃油量，提高发动机的经济性和动力性，但成本高、结构复杂，且降低尾排不显著，主要是由于电控系统设置的空燃比始终在理论空燃比附近，从而使得不同烃类组成的汽油或柴油不能完全燃烧，HC化合物、CO降低不显著，并且不能降低发动机燃烧温度，NO_x得不到很好的治理；改善燃烧状况是从配气相位、点火时刻、燃烧方式、和燃烧室形状等方面考虑的一种机内净化方法，这种方法仅根据各种有害物生成机理，调整发动机本身的参数使其排放尽可能最小，但并不能使其排放达到国家排放标准；目前使用低污染燃料(液化石油气和氢气)作为代用燃料是降低油耗、减少污染的最好方法，而液化石油气、氢气所需的气瓶重量大，气瓶更换频繁并具有爆炸的危险性，所以仍没有得到推广；废气再循环也是一种被广泛应用的排放控制措施，仅对降低NO_x有效，由于排气氧含量很低，主要由惰性气体N₂和CO₂构成，一部分排气经EGR阀还流回进气系统，与新鲜混合气混合后，稀释了新鲜混和气中的氧浓度，导致燃烧速度降低；同时还使新鲜混合气的比热容提高，这两个原因都造成了燃烧温度的降低，因而可以抑制NO_x的生成，但是氧浓度的降低使得HC和CO不能完全燃烧，造成了HC和CO排放的增加。

机外净化目前主要用三元(Pt-Pd-Rh)催化法，这种方法虽然理论上可行，但在实际使用中存在许多问题：1)催化剂使用温度范围小，容易中毒；2)所用催化剂多为贵金属，成本高，影响了催化反应器的推广使用；3)使用三元催化剂时，需把混合气成分严格控制在理论空燃比附近，使CO和HC的氧化反应和NO_x的还原反应同时进行，这样势必会对有效降低CO、HC化合物及NO_x的排放造成影响；4)由于三种金属同时存在，抑制了彼此活性的充分发挥。

作为一种无污染洁净燃料的氢气，是未来可持续利用的能源，因此氢气的制备和利用近年来一直是各国研究的重点，同时对氢燃料的关注也会一直持续到使该能源的利用渗透到降低人类社会废气污染排放的每一环节。氢作为代用燃料，其燃烧产物既无其他炭氢燃料燃烧所产生的HC、CO和炭烟等，也无近来被认为是造成地球环境恶化(温室效应)主要成分之一的CO₂，其唯一有害排放物是NO_x。但氢燃烧后水的生成使发动机内燃烧温度降低，NO_x的排放也相应减少。目前氢燃料的使用有三方面的技术问题尚未解决好：1)氢的储存，因为相同发热量的氢与汽油重量比为0.37，而气态氢在室温下的体积却是液态汽油的3000倍；2)氢的密度低，用进气道通入氢的方法容易引起进气道回火；3)氢生产的成本高。利用甲醇催化裂解装置和本发明所涉及的油路自动控制系统，可有效解决上述问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种成本低，操作简单的使甲醇催化裂解产生富氢气体的车载裂解制氢装置的油路自动控制系统，该系统在不同工况下供给发动机不同的富氢气体和空气，使发动机在稀混合气贫燃AFR≥22条件下充分燃烧，降低汽车尾气中CO、HC化合物及NO_x有害气体的含量。

本发明的具体步骤如下：

1)自动控制系统所需能量由发动机的蓄电池供给；

2)冷启动时，由温度传感器给电子控制器ECU输入信号，ECU指令二次空气喷入装置和预热装置加热，直到催化裂解装置温度到达150℃～280℃；

3)ECU指令二次空气喷入装置和预热装置停止加热，同时指令需要裂解的甲醇由甲醇箱经油泵和单向阀后泵入甲醇催化裂解装置，用压力传感器和温度传感器对油泵的工作进行控制，甲醇流量为16ml/min～22ml/min，燃油泵的泵油压力为2.5公斤/厘米²～6公斤/厘米²；储气罐中气体压力达到2公斤/厘米²～5公斤/厘米²压力时，ECU收到压力传感器的信号，指令油泵关闭，同时喷嘴开启，喷出富氢气体；

4)空气流量计给ECU输入电压信号，ECU根据这个信号判断喷嘴不同工况和转速下的开启频率，并给喷嘴发出指令，喷嘴是否开启由其前后的压差决定，要让喷嘴喷出的气体适量，产生的裂解气压力应为2公斤/厘米²～5公斤/厘米²；

5)在原化油器上外加一个量孔，此量孔的开闭由电磁阀控制，电磁阀也由ECU根据压力传感器输入的信号控制，电磁阀的开闭与喷嘴开闭相反，既压力传感器压力P＜2公斤/厘米²时电磁阀导通；压力P≥2公斤/厘米²时，电磁阀断开，电喷车用ECU装置调整发动机的进油量，使其AFR≥22；

6)在ECU的指令下喷嘴将适量的裂解气与从燃油箱泵出的燃油按燃油与裂解气的重量比为4-35∶1混合后通入发动机，可使发动机在贫燃的条件下工作，从而达到降低发动机尾排的目的。

为了实现本发明必须使催化裂解装置用法兰连接于尾排管上。甲醇裂解装置是由圆柱体、甲醇进口、裂解气出口、尾气进口和尾气出口组成，在圆柱体内装有平行的铜管，尾气进口和尾气出口与铜管是同一方向，甲醇进口、裂解气出口与铜管垂直。

本发明所涉及的裂解装置的油路自动控制系统有如下优点：

1)由于准确控制CO和H₂的加入可使发动机在较低温度下充分燃烧，不产生有害煤烟，降低尾气中有害气体的含量，对NOx的降低效果最为显著，使尾气排放达到国家排放标准；

2)甲醇催化裂解装置及其自动控制系统体积小，可直接装在车上，加上此装置后仍可沿用原发动机，并且该装置对燃油没有特殊要求，可应用于所有发动机，而液化气、储氢燃料车辆，除需加带笨重钢瓶外，还需对发动机做大的改造；

3)本发明涉及的自动控制系统与电喷系统相比，成本低，系统元件易购买；裂解装置结构简单、制造成本低，催化剂正常工作温度范围大、寿命长、转化率高；重整装置的油路自动控制系统适用于所有的电喷车，与电喷车相比，降低尾排的效果更著显；

4)裂解装置的自动控制系统耗能低(≤10W)，不影响整车供电。

具体实施方式：

本发明通过实施例结合附图说明如下。

图1是本发明甲醇催化裂解装置的自动控制系统流程图

图2是本发明甲醇催化裂解装置的结构示意图

对比例：实验所用发动机分别是HH465Q型化油器发动机和BN4115Q型柴油发动机，没有废气涡轮增压和废气再循环装置，发动机运转时不加负荷。发动机在不加任何裂解装置及控制系统时不同转速下的排放，用一台FLUX4005型号的尾气测试仪进行测量分析，原车排放载入表一：

表一

实施例1：

甲醇在甲醇泵2的作用下由甲醇进口17进入催化裂解装置4，裂解装置4主体为圆柱体22，甲醇进口17焊接于主体22上，主体22用不锈钢制成，钢体里焊接有若干根平行放置的细铜管18，尾气由尾气进口23经铜管18后由尾气出口19排出，实现对甲醇进行预热，钢体和细管之间的空隙填充有催化剂21，本实验所用催化剂为铜基甲醇裂解催化剂，其工作温度为200℃～450℃，裂解出的富氢气体由焊接在主体22上的裂解气出口20通入发动机11。

1)该自动控制系统所需能量由发动机的蓄电池供给，自动控制系统所需传感器有温度传感器8、压力传感器6和空气流量计12；

2)冷启动时，甲醇催化裂解装置4温度没有达到工作温度，温度传感器8给ECU输入信号，ECU指令二次空气喷入装置15和预热装置9工作，直到催化裂解装置4温度到达150℃～200℃；

3)需要裂解的甲醇由甲醇箱1经油泵2和单向阀3泵入甲醇催化裂解装置4，加单向阀3的目的是为了防止裂解装置4中压力过高时甲醇倒流，甲醇流量为16ml/min，燃油泵2的泵油压力为2.5公斤/厘米²，用压力传感器6和温度传感器8对油泵2的工作进行控制，裂解装置4温度在256℃时，温度传感器8给ECU输入信号，ECU指令油泵2开启；储气罐5中气体压力达到2.2公斤/厘米²压力时，ECU收到压力传感器6的信号，指令油泵2关闭，同时喷嘴7开启，温度传感器和压力传感器发出的信号是“与”的关系；

4)通入发动机11的燃油量随发动机11在不同工况和转速下进气量的变化而变化，裂解气是作为一种代用燃料通入发动机11的，所以可根据进入发动机空气量的多少间接控制喷入发动机11进气管的裂解气量，使得进入发动机11的裂解气量符合燃料供给曲线，空气流量计12绐ECU16输入电压信号，ECU根据这个信号判断喷嘴7不同工况和转速下的丌启频率，并给喷嘴7发出指令，喷嘴7是否开启由其前后的压差决定，要让喷嘴7喷出的气体适量，产生的裂解气压力应为2.2公斤/厘米²；

5)裂解气作为一种代用燃料通入发动机11，会使发动机11内燃料过多、混合气过浓，尾气10排放降低不显著，为了改善这种状况，在化油器上额外加一个量孔来弥补冷启动时裂解气量不多而造成燃料不足的缺陷，此额外量孔的开闭由电磁阀13控制，电磁阀13也由ECU16根据压力传感器6输入的信号控制，电磁阀13的开闭与喷嘴7开闭相反，即压力传感器压力P＜2公斤/厘米²时，ECU16指令电磁阀13导通；压力P≥2公斤/厘米²时，ECU16输出信号指令电磁阀13断开，电喷车可用ECU装置调整发动机的进油量，使其AFR≥22；

6)在ECU16的指令下喷嘴7将适量的裂解气作为一种代用燃料与从燃油箱14泵出的燃油混合后通入发动机11，可使发动机11在贫燃的条件下工作，从而达到降低发动机尾排10的目的，燃油与裂解气的重量比为5∶1。

在发动机空载的状态下进行试验，用FLUX4005型号的尾气分析仪对排放物组成进行测试，测试结果载入表二：

表二

实施例2

在发动机空载的状态下进行试验，调整甲醇流量为18ml/min，燃油泵2的泵油压力为3.5公斤/厘米²，储气罐5中气体压力为3.0公斤/厘米²，裂解装置4的温度T＝273℃，燃油与裂解气的重量比为13∶1其余同实施例1。用FLUX4005型号的尾气分析仪对排放物组成进行测试，测试结果载入表三：

表三

实施例3

在发动机空载的状态下进行试验，调整甲醇流量为20ml/min，燃油泵2的泵油压力为4.6公斤/厘米²，储气罐5中气体压力为3.8公斤/厘米²，裂解装置4的温度T＝364℃，燃油与裂解气的重量比为17∶1其余同实施例1。用FLUX4005型号的尾气分析仪对排放物组成进行测试，测试结果载入表四：

表四

实施例4

在发动机空载的状态下进行试验，调整甲醇流量为22ml/min，燃油泵2的泵油压力为5.8公斤/厘米²，储气罐5中气体压力为4.6公斤/厘米²，裂解装置4的温度T＝423℃，燃油与裂解气的重量比为20∶1其余同实施例1。用FLUX4005型号的尾气分析仪对排放物组成进行测试，测试结果载入表五：

表五

Claims

1、一种车载甲醇催化裂解装置的油路自动控制系统，其特征在于包括如下步骤；

1)自动控制系统所需能量由发动机的蓄电池供给；

2)冷启动时，由温度传感器给电子控制器ECU输入信号，ECU指令二次空气喷入装置和预热装置加热，直到催化裂解装置温度到达256℃～423℃：

3)ECU指令二次空气喷入装置和预热装置停止加热，同时指令需要裂解的甲醇由甲醇箱经油泵和单向阀后泵入甲醇催化裂解装置，用压力传感器和温度传感器对油泵的工作进行控制，甲醇流量为16ml/min～22ml/min，燃油泵的泵油压力为2.5公斤/厘米²～5.8公斤/厘米²；储气罐中气体压力达到2.2公斤/厘米²～4.6公斤/厘米²压力时，ECU收到压力传感器的信号，指令油泵关闭，同时喷嘴开启，喷出富氢气体；

4)空气流量计给ECU输入电压信号，ECU根据这个信号判断喷嘴不同工况和转速下的开启频率，并给喷嘴发出指令，喷嘴是否开启由其前后的压差决定，要让喷嘴喷出的气体适量，产生的裂解气压力应为2.2公斤/厘米²；

5)在原化油器上外加一个量孔，此量孔的开闭由电磁阀控制，电磁阀也由ECU根据压力传感器输入的信号控制，电磁阀的开闭与喷嘴开闭相反，既压力传感器压力P＜2公斤/厘米²时电磁阀导通；压力P≥2公斤/厘米²时，电磁阀断开，电喷车用ECU装置调整发动机的进油量，使其AFR≥22：

6)在ECU的指令下喷嘴将适量的裂解气与从燃油箱泵出的燃油按燃油与裂解气的重量比为5-20∶1混合后通入发动机，可使发动机在贫燃的条件下工作。