氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及控制方法，在三效催化器的下游再安裝氨泄漏催化器，三效催化器的前端及氨泄漏催化器的兩端分別設(shè)有氧檢測單元，所述氧檢測單元分別與控制單元相連，在節(jié)氣門前端引出一節(jié)管路通向三效催化器與氨泄漏催化器之間，所述控制單元根據(jù)檢測的三效催化器的前端及氨泄漏催化器的兩端的氧的含量控制電子控制閥的開關(guān)，繼而控制空氣能否進(jìn)入氨泄漏催化器；本發(fā)明在傳統(tǒng)后處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了氨泄漏催化器，并采用從節(jié)氣門前取氣的方式，為氨泄漏催化器提供足夠的氧化劑，結(jié)合與此匹配的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)有效，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，并能解決三效催化器在富燃料工況下的氨排放問題。
【專利說明】
氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于氣體發(fā)動機(jī)后處理中的氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，大面積的霧霾天氣對廣大居民的生產(chǎn)生活帶來了很大的影響，危害人們的健康。促使中國加快對能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化。其中機(jī)動車排放的顆粒是城市霧霾的主要來源之一。而天然氣中的甲烷占其成分的90%以上，由于甲烷不含碳鏈，燃燒過程中生成的碳煙極少，因此，機(jī)動車采用天然氣作為燃料后可以實(shí)現(xiàn)清潔燃燒，對緩解中國環(huán)境污染具有重要意義。
[0003]但是，對于歐六技術(shù)排放發(fā)動機(jī)，氣體機(jī)達(dá)到歐六排放最經(jīng)濟(jì)且有效的方法就是采用三效催化器和適當(dāng)?shù)膹U氣再循環(huán)，然而對于三效催化器在富燃料工況下工作時會出現(xiàn)較多的氨排放，使得排氣對環(huán)境不友好。
[0004]目前對氣體發(fā)動機(jī)的排放的氣體進(jìn)行處理，存在的技術(shù)問題是:后處理系統(tǒng)所使用的三效催化器，在啟動和大負(fù)荷等富燃料工況下，會出現(xiàn)較多的氨排放，目前還沒有高效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及控制方法，本發(fā)明以傳統(tǒng)的三效排氣處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，添加補(bǔ)氧式氨泄漏催化器，實(shí)現(xiàn)對富燃料工況下較多的氨排放進(jìn)行高效處理。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0007]氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，包括:
[0008]在三效催化器的下游安裝氨泄漏催化器，三效催化器的前端及氨泄漏催化器的兩端分別設(shè)有氧檢測單元，所述氧檢測單元分別與控制單元相連，在節(jié)氣門前端引出一節(jié)管路通向三效催化器與氨泄漏催化器之間的管路上，所述管路上設(shè)有電子控制閥，所述電子控制閥與控制單元相連;在電子控制閥的前端所在的管路上還設(shè)有空氣流量計；
[0009]所述控制單元根據(jù)檢測的三效催化器的前端及氨泄漏催化器的兩端的氧的含量控制電子控制閥的開啟，根據(jù)空氣流量計檢測的管道中的空氣控制子控制閥的關(guān)閉，繼而控制空氣能否進(jìn)入氨泄漏催化器。
[0010]進(jìn)一步的，所述控制單元根據(jù)空氣流量計反饋的管路中的空氣流量信號單獨(dú)控制電子控制閥是否關(guān)閉。
[0011]進(jìn)一步的，在發(fā)動機(jī)啟動后的任意工況下，氧檢測單元將采集到的信號提交給控制單元，三效催化器前端的氧檢測單元數(shù)據(jù)用于發(fā)動機(jī)空燃比的控制，并輔助氨泄漏催化器前端的氧檢測單元數(shù)據(jù)用于判斷是否需要補(bǔ)充氧氣，并通過對氨泄漏催化器后端的氧傳感器數(shù)據(jù)的反饋，控制單元對電子控制閥的開啟做出判斷，當(dāng)電子控制閥開啟后，空氣流量計將采集到的信號反饋給控制單元，用于判斷單向電子控制閥的關(guān)閉時刻，從而控制氨泄漏催化器前后的氧濃度在一定的區(qū)間范圍內(nèi)，使氨能夠更充分的發(fā)生氧化反應(yīng)。
[0012]進(jìn)一步的，氨泄漏催化器尾部測得的氧濃度是作為判斷氨氣是否完全反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
[0013]進(jìn)一步的，所述氧檢測單元為汽車氧傳感器。
[0014]進(jìn)一步的，所述電子控制閥為間歇型單向電子控制閥。
[0015]進(jìn)一步的，所述三效催化器與渦輪增壓器相連，所述渦輪增壓器分三路，一路與發(fā)動機(jī)相連，另一路與空濾器相連，第三路與中冷器相連，所述中冷器與電子控制閥所在管路相連。
[0016]進(jìn)一步的，所述空濾器與渦輪增壓器之間的管路上還設(shè)置有空氣流量計。
[0017]氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟:
[0018]步驟一，首先啟動發(fā)動機(jī)，確保系統(tǒng)中個設(shè)備正常工作；
[0019]步驟二，調(diào)整發(fā)動機(jī)到任意一個工況，使發(fā)動機(jī)在這一工況穩(wěn)定點(diǎn)運(yùn)行設(shè)定的時間以上；
[0020]步驟三，同步采集三效催化器前端以及氨泄漏催化器兩端的氧傳感器信號；
[0021]步驟四，根據(jù)氧傳感器發(fā)回的信號與空氣流量計采集的信號，控制單元對單向電子控制閥是否開啟做出判斷，若判斷結(jié)果為關(guān)閉，則返回步驟三繼續(xù)采集信號，否則，進(jìn)入步驟五；
[0022]步驟五，控制單元做出判斷，電子控制閥開啟；
[0023]步驟六，電子控制閥開啟后，空氣流量計開始工作，并將采集到的信號反饋給控制單元，然后返回步驟三。
[0024]進(jìn)一步的，在任意工況下，控制單元對三效催化器前端的氧傳感器采集到的信號進(jìn)行初步判斷，并通過氨泄漏催化器后端的氧傳感器反饋的信號執(zhí)行單向電子控制閥的動作，氨泄漏催化器前端和氨泄漏催化器后端的氧傳感器監(jiān)測氧氣的濃度應(yīng)處于某個范圍，然后控制單元經(jīng)過計算獲得所需空氣量，如果間歇型單向電子控制閥開啟，空氣流量計開始工作，并將檢測到的數(shù)據(jù)作為單向電子控制閥關(guān)閉時刻的根據(jù)。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]本發(fā)明以傳統(tǒng)的三效排氣處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，添加補(bǔ)氧式氨泄漏催化器，對富燃料工況下較多的氨排放進(jìn)行高效處理，本發(fā)明在傳統(tǒng)后處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了氨泄漏催化器，并采用從節(jié)氣門前取氣的方式，為氨泄漏催化器提供足夠的氧化劑，結(jié)合與此匹配的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)有效，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，并能解決三效催化器在富燃料工況下的氨排放問題。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明氣體發(fā)動機(jī)后處理系統(tǒng)工作示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)的邏輯流程圖；
[0029]圖中，1、空濾器，2、中冷器，3、第一空氣流量計，4、渦輪增壓器，5、第一氧傳感器，
6、三效催化器，7、第二氧傳感器，8、氨泄漏催化器，9、第三氧傳感器，1、電子控制單元，11、間歇型單向電子控制閥，12、第二空氣流量計，13、發(fā)動機(jī)?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0031]本發(fā)明氣體發(fā)動機(jī)沿進(jìn)氣方向依次經(jīng)過空濾器I，空氣流量計，然后經(jīng)渦輪增壓器4增壓，中冷器2中冷，在節(jié)氣門前端引出一節(jié)管路通向三效催化器6與氨泄漏催化器8之間，為氨的氧化提供氧氣;氣體發(fā)動機(jī)13排出的廢氣經(jīng)渦輪增壓器4，三效催化器6后通向氨泄漏催化器8，在三效催化器6的前端和氨泄漏催化器8的兩端均布置有氧傳感器。
[0032]在發(fā)動機(jī)13啟動后的任意工況下，氧傳感器將采集到的信號提交給電子控制單元10，對當(dāng)前的工況與下一步的執(zhí)行做出判斷。三效催化器6前端的氧傳感器數(shù)據(jù)主要用于發(fā)動機(jī)空燃比的控制，同時對補(bǔ)氧量做初步判斷，通過對氨泄漏催化器8前端及后端的氧傳感器數(shù)據(jù)的反饋，電子控制單元10對間歇型單向電子控制閥11的開啟做出判斷，當(dāng)間歇型單向電子控制閥11開啟后，第二空氣流量計12將采集到的信號反饋給電子控制單元10，用于判斷間歇型單向電子控制閥11的關(guān)閉時刻，從而控制氨泄漏催化器8前后的氧濃度在一定的區(qū)間范圍內(nèi)，使氨能夠更充分的發(fā)生氧化反應(yīng)，氨泄漏催化器8后端測得的氧濃度也是作為判斷氨氣是否完全反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
[0033]在三效催化器6的下游再安裝氨泄漏催化器8，氨泄漏催化器8能在富氧條件下高效工作，并且有一定的儲氧功能，然后從進(jìn)氣歧管節(jié)氣門前的管道取少量進(jìn)氣，三效催化器6產(chǎn)生氨的量決定所需氧化劑的量很少，從進(jìn)氣管道取氣不會對發(fā)動機(jī)13的進(jìn)氣系統(tǒng)造成影響。正是由于以上特性，對控制閥的選取使用間歇型單向電子控制閥11。控制方法主要表現(xiàn)在對間歇型單向電子控制閥11的控制，包括開啟時刻與開啟時長；電子控制單元1通過收集氧傳感器發(fā)回的信號，控制電子控制閥的開啟，并通過空氣流量計的反饋，控制電子控制閥的關(guān)閉時刻。
[0034]其中，氨泄漏催化器位于三效催化器的下游，用于處理三效催化器產(chǎn)生的氨，間歇型單向電子控制閥位于氣體發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管節(jié)氣門前端引流管支路上，用于控制氨泄漏催化器的補(bǔ)氧。
[0035]其中，氧傳感器分別位于三效催化器前端和氨泄漏催化器兩端，空氣流量計位于間歇型單向電子控制閥的前端，電子控制單元用于收集氧傳感器收集的信號和空氣流量計的反饋對間歇型單向電子控制閥進(jìn)行控制。
[0036]實(shí)施例:
[0037]如圖1所示，該氣體發(fā)動機(jī)排氣后處理系統(tǒng)包括空濾器I，中冷器2，第一空氣流量計3，渦輪增壓器4，第一氧傳感器5，三效催化器6，第二氧傳感器7，氨泄漏催化器8，第三氧傳感器9，電子控制單元10，間歇型單向電子控制閥11，第二空氣流量計12，發(fā)動機(jī)13。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，氣體發(fā)動機(jī)13的排氣后處理系統(tǒng)包括:氨排放處理裝置，補(bǔ)氧控制系統(tǒng)。
[0039]氨排放處理裝置的工作過程為:從節(jié)氣門前取氣補(bǔ)給氨泄漏催化器8，三效催化器6處理過的排氣通向氨泄漏催化器8，在氨泄漏催化器8內(nèi)富氧的條件下使氨充分氧化，然后排向大氣。
[0040]如圖2所示，補(bǔ)氧控制系統(tǒng)的工作過程為，首先啟動氣體發(fā)動機(jī)14，在任意工況下，電子控制單元10對第一氧傳感器5采集到的信號進(jìn)行初步判斷，并通過第三氧傳感器9反饋的信號執(zhí)行單向電子控制閥11的動作，第二氧傳感器7和第三氧傳感器9監(jiān)測氧氣的濃度應(yīng)處于某個范圍，然后電子控制單元10經(jīng)過計算獲得所需空氣量。如果間歇型單向電子控制閥11開啟，第二空氣流量計12開始工作，并將檢測到的數(shù)據(jù)作為間歇型單向電子控制閥11關(guān)閉時刻的根據(jù)。如果間歇型單向電子控制閥11關(guān)閉，電子控制單元10會繼續(xù)對第一氧傳感器5和第三氧傳感器9發(fā)回的信號進(jìn)行分析判斷。通過以上的控制過程，能夠確保氨泄漏催化器8在富氧的條件下高效工作，而且對取氣量的精確控制也是為了減小對進(jìn)氣系統(tǒng)的干擾。
[0041]本發(fā)明提供了補(bǔ)氧控制系統(tǒng)的邏輯流程圖，現(xiàn)結(jié)合圖2進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0042]步驟S201中，首先啟動發(fā)動機(jī)13，檢查儀器，確保各采集儀器正常工作。
[0043]步驟S202中，調(diào)整發(fā)動機(jī)13到任意工況，使發(fā)動機(jī)在這一工況穩(wěn)定點(diǎn)運(yùn)行5分鐘以上。
[0044]步驟S203中，同步采集三效催化器6前端以及氨泄漏催化器8兩端的氧傳感器信號。
[0045]步驟S204中，根據(jù)氧傳感器發(fā)回的信號與空氣流量計采集的信號，電子控制單元10對間歇型單向電子控制閥11是否開啟做出判斷，若判斷結(jié)果為關(guān)閉，則返回步驟S203繼續(xù)采集信號。
[0046]步驟S205中，電子控制單元10做出判斷，間歇型單向電子控制閥11開啟。
[0047]步驟S206中，間歇型單向電子控制閥11開啟后，第二空氣流量計12開始工作，并將采集到的信號反饋給電子控制單元10，然后返回步驟S203。
[0048]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征是，包括: 在三效催化器的下游安裝氨泄漏催化器，三效催化器的前端及氨泄漏催化器的兩端分別設(shè)有氧檢測單元，所述氧檢測單元分別與控制單元相連，在節(jié)氣門前端引出一節(jié)管路通向三效催化器與氨泄漏催化器之間的管路上，所述管路上設(shè)有電子控制閥，所述電子控制閥與控制單元相連;在電子控制閥的前端所在的管路上還設(shè)有空氣流量計； 所述控制單元根據(jù)檢測的三效催化器的前端及氨泄漏催化器的兩端的氧的含量控制電子控制閥的開啟，根據(jù)空氣流量計檢測的管道中的空氣控制子控制閥的關(guān)閉，繼而控制空氣能否進(jìn)入氨泄漏催化器。2.如權(quán)利要求1所述的氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征是，所述控制單元根據(jù)空氣流量計反饋的管路中的空氣流量信號單獨(dú)控制電子控制閥是否關(guān)閉。3.如權(quán)利要求1所述的氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征是，在發(fā)動機(jī)啟動后的任意工況下，氧檢測單元將采集到的信號提交給控制單元，三效催化器前端的氧檢測單元數(shù)據(jù)用于發(fā)動機(jī)空燃比的控制，并輔助氨泄漏催化器前端的氧檢測單元數(shù)據(jù)用于判斷是否需要補(bǔ)充氧氣，并通過對氨泄漏催化器后端的氧傳感器數(shù)據(jù)的反饋，控制單元對電子控制閥的開啟做出判斷，當(dāng)電子控制閥開啟后，空氣流量計將采集到的信號反饋給控制單元，用于判斷單向電子控制閥的關(guān)閉時刻，從而控制氨泄漏催化器前后的氧濃度在一定的區(qū)間范圍內(nèi)，使氨能夠更充分的發(fā)生氧化反應(yīng)。4.如權(quán)利要求1所述的氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征是，氨泄漏催化器尾部測得的氧濃度是作為判斷氨氣是否完全反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。5.如權(quán)利要求1所述的氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征是，所述氧檢測單元為汽車氧傳感器。6.如權(quán)利要求1所述的氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征是，所述電子控制閥為間歇型單向電子控制閥。7.如權(quán)利要求1所述的氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征是，所述三效催化器與渦輪增壓器相連，所述渦輪增壓器分三路，一路與發(fā)動機(jī)相連，另一路與空濾器相連，第三路與中冷器相連，所述中冷器與電子控制閥所在管路相連。8.如權(quán)利要求7所述的氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征是，所述空濾器與渦輪增壓器之間的管路上還設(shè)置有空氣流量計。9.利用權(quán)利要求1-8任一所述的氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的工作方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一，首先啟動發(fā)動機(jī)，確保系統(tǒng)中個設(shè)備正常工作； 步驟二，調(diào)整發(fā)動機(jī)到任意一個工況，使發(fā)動機(jī)在這一工況穩(wěn)定點(diǎn)運(yùn)行設(shè)定的時間以上； 步驟三，同步采集三效催化器前端以及氨泄漏催化器兩端的氧傳感器信號； 步驟四，根據(jù)氧傳感器發(fā)回的信號與空氣流量計采集的信號，控制單元對單向電子控制閥是否開啟做出判斷，若判斷結(jié)果為關(guān)閉，則返回步驟三繼續(xù)采集信號，否則，進(jìn)入步驟五； 步驟五，控制單元做出判斷，電子控制閥開啟； 步驟六，電子控制閥開啟后，空氣流量計開始工作，并將采集到的信號反饋給控制單元，然后返回步驟三。10.如權(quán)利要求9所述的氣體發(fā)動機(jī)后處理中的補(bǔ)氧式氨催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的工作方法，其特征是，在任意工況下，控制單元對三效催化器前端的氧傳感器采集到的信號進(jìn)行初步判斷，并通過氨泄漏催化器尾端的氧傳感器反饋的信號執(zhí)行單向電子控制閥的動作，氨泄漏催化器前端和氨泄漏催化器后端的氧傳感器監(jiān)測氧氣的濃度應(yīng)處于某個范圍，然后控制單元經(jīng)過計算獲得所需空氣量，如果間歇型單向電子控制閥開啟，空氣流量計開始工作，并將檢測到的數(shù)據(jù)作為單向電子控制閥關(guān)閉時刻的根據(jù)。
【文檔編號】F01N11/00GK105822399SQ201610286597
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】張強(qiáng), 李培新, 劉琨然, 李新宇, 李娜
【申請人】山東大學(xué)