一種提高稀燃NOx捕集器轉換效率的裝置及控制方法與流程

2023-09-18 12:08:10

本發明涉及柴油機NOX機外淨化技術領域，特別是涉及一種提高稀燃NOX捕集器轉換效率的裝置及控制方法。

背景技術：

有效降低NOX排放是內燃機有害排放物控制的難點和重點。由於機內淨化控制不能完全淨化NOX排放採取機外控制技術很有必要。稀燃NOX捕集器是基於發動機周期性稀燃和富燃工作的一種NOX淨化技術。

當發動機正常運轉時處於稀燃階段，NOX被吸附劑以硝酸鹽的形式存儲起來，當吸附達到飽和時，需要再生吸附劑使其能夠繼續正常工作，通過人為調整發動機的工況，使其產生富燃條件，使硝酸鹽分解釋放出NOX，NOX再被還原劑還原為N2。故在富氧階段，還原劑除了要還原吸附劑所釋放的NOX，還要還原排氣中所含有的NOX，易造成還原劑的還原速度可能過慢，使得少量NOX未被還原直接排向大氣。而且稀燃和富燃工況的來回切換，對發動機管理系統提出更高的要求。

在富燃再生階段，排氣中主要含有CO及少量CH，故還原劑主要以CO為主。研究表明CO作為還原劑時，其還原速度較長，大量NOX脫附而未能及時被還原且直接從出口處溢出,CO不是最佳的還原劑。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服已有技術的不足，提供一種可以提高稀燃NOX捕集器的轉換效率，並降低對發動機管理系統要求的提高稀燃NOX捕集器轉換效率的裝置及控制方法。

為了達到上述目的，本發明的一種提高稀燃NOX捕集器轉換效率的裝置，包括排氣通道，在所述的排氣通道中間安裝有分隔板，所述的排氣通道通過分隔板分隔為排氣第一通道和排氣第二通道，在所述的分隔板的前端安裝有排氣分流閥，所述的排氣第一通道和排氣第二通道的進口端與排氣管的出口端固定相連，所述的排氣第一通道和排氣第二通道的進口能夠通過排氣分流閥交替與排氣管的出口連通，在所述的排氣第一通道和排氣第二通道的出口端固定有一個稀燃NOX捕集器，所述的稀燃NOX捕集器通過中間插板分隔為第一部分和第二部分，所述的第一部分與排氣第一通道的出口連通，所述的第二部分與排氣第二通道的出口連通；一個排氣旁通管的一端與增壓器前的排氣管相連通並且另一端依次與排氣單向閥和反應器的進口相連通，在所述的反應器內安裝有噴射器，所述的噴射器的燃料進口與安裝有輸送泵的燃料總管的出口相連通，一個與裝有柴油的柴油箱相連通的柴油通道的出口端以及一個與裝有乙醇和水的乙醇水箱相連通的乙醇水道的出口端和燃料總管的進口端固定相連，在所述的乙醇水道和柴油通道的出口匯聚處的管道內安裝有重整分流閥，所述的乙醇水道和柴油通道能夠在所述的重整分流閥的作用下交替與燃料總管的進口相連通；所述的反應器出口通過總通道與還原劑分流閥的入口相連，所述的還原劑分流閥的兩個出口分別與還原劑第一通道的進口、還原劑第二通道的進口分別相連，所述的還原劑第一通道的出口與排氣第一通道連通，還原劑第二通道的出口與排氣第二通道連通，在所述的排氣第一通道上安裝有第一溫度傳感器以檢測排氣第一通道內的溫度，在所述的排氣第二通道上安裝有第二溫度傳感器以檢測排氣第二通道內的溫度，ECU通過控制線與噴射器、反應器、還原劑分流閥、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、排氣分流閥、還原劑分流閥和重整分流閥連接。

一種提高稀燃NOX捕集器轉換效率的方法，包括以下步驟：

發動機正常過程中，ECU控制排氣分流閥關閉排氣第一通道，使發動機排氣經排氣管進入排氣第二通道，排氣中的NOX在稀燃NOX捕集器的第二部分中被吸附；與此同時，部分高溫排氣在增壓器前經與發動機的排氣管連通的排氣旁通管、排氣單向閥進入反應器，ECU讀取安裝在排氣第一通道上的第一溫度傳感器輸出的排氣第一通道內的溫度信號，若溫度信號小於250℃，則ECU控制重整分流閥關閉柴油通道、打開乙醇水道，通過輸送泵將乙醇和水的混合物送入噴射器並經噴射器噴入反應器內，乙醇和水吸收反應器內的高溫排氣的熱量反應生成氫氣，若溫度信號不小於250℃，則ECU控制重整分流閥關閉乙醇水道、打開柴油通道，通過輸送泵將柴油送入噴射器並經噴射器噴入反應器內，柴油吸收反應器內的高溫排氣的熱量生成丙烯，還原劑氫氣或者還原劑丙烯離開反應器進入總通道，ECU控制還原劑分流閥關閉還原劑第二通道，使還原劑通過還原劑第一通道通入排氣第一通道，然後還原劑進入稀燃NOX捕集器的第一部分與第一部分因再生釋放的NOX發生還原反應，使NOX轉變成不汙染環境的N2；當稀燃NOX捕集器的第二部分達到其最大的吸附容量時，ECU向排氣分流閥輸出控制信號以控制排氣分流閥關閉排氣第二通道，使發動機排氣經排氣管進入排氣第一通道，排氣中的NOX在已經完成再生的稀燃NOX捕集器的第一部分中被吸附；與此同時，部分高溫排氣在增壓器前經與發動機的排氣管連通的排氣旁通管、排氣單向閥進入反應器，ECU讀取安裝在所述的排氣第二通道上的第二溫度傳感器的溫度信號，若溫度信號小於250℃，ECU控制重整分流閥關閉柴油通道、打開乙醇水道，通過輸送泵將乙醇和水送入噴射器並經噴射器噴入反應器內，乙醇和水吸收反應器內的高溫排氣的熱量反應生成氫氣，若溫度信號不小於250℃，ECU控制重整分流閥關閉乙醇水道、打開柴油通道，通過輸送泵將柴油送入噴射器並經噴射器噴入反應器內，柴油吸收反應器內的高溫排氣的熱量整生成丙烯，還原劑氫氣或者還原劑丙烯離開反應器進入總通道，ECU通過控制與還原劑第一通道相連的還原劑分流閥關閉還原劑第一通道，使還原劑通過還原劑第二通道通入排氣第二通道，然後還原劑進入稀燃NOX捕集器的第二部分與第二部分因再生釋放的NOX發生還原反應，使NOX轉變成不汙染環境的N2，以此完成一個工作循環。

與現有技術相比，本發明具有以下三方面優勢：

第一，利用燃料重整產生的還原劑比排氣中CO作為還原劑的還原效果更好，即在排氣溫度小於250℃時，生成氫氣，在排氣溫度不小於250℃時，生成丙烯，使得稀燃NOX捕集器的轉換效率得到提高。

第二，利用單獨的燃料重整，可以避免為了使稀燃NOX捕集器LNT再生而使發動機改變工況產生富燃條件，降低對發動機管理系統的需求。

第三，將稀燃NOX捕集器分為兩部分，使得發動機可以一直處於正常工況下運行，即稀燃工況，而排氣的中NOX一直被已經再生完成的稀燃NOX捕集器中的吸附劑所吸附，不會出現：在富氧階段，還原劑除了要還原吸附劑所釋放的NOX，還要還原排氣中所含有的NOX，易造成還原劑的還原速度可能過慢，使得少量NOX未被還原直接排向大氣。進一步提高稀燃NOX捕集器的轉換效率。

附圖說明

圖1是一種提高稀燃NOX捕集器轉換效率的裝置圖；

圖2是圖1所示的裝置中去掉乙醇和水輸送裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。

如圖1所示的一種提高稀燃NOX捕集器轉換效率的裝置，包括排氣通道，在所述的排氣通道中間安裝有分隔板12，所述的排氣通道通過分隔板12分隔為排氣第一通道16和排氣第二通道17，在所述的分隔板12的前端安裝有排氣分流閥13，所述的排氣第一通道16和排氣第二通道17的進口端與排氣管2的出口端固定相連，所述的排氣第一通道16和排氣第二通道17的進口能夠通過排氣分流閥13交替與排氣管2的出口連通，在所述的排氣第一通道16和排氣第二通道17的出口端固定有一個稀燃NOX捕集器11，所述的稀燃NOX捕集器11通過中間插板分隔為第一部分111和第二部分112，所述的第一部分111與排氣第一通道16的出口連通，所述的第二部分112與排氣第二通道17的出口連通；一個排氣旁通管3的一端與增壓器1前的氣缸的排氣管2相連通並且另一端依次與排氣單向閥4和反應器5的進口相連通，在所述的反應器5內安裝有噴射器6，所述的噴射器6的燃料進口與安裝有輸送泵24的燃料總管的出口相連通，一個與裝有柴油的柴油箱19相連通的柴油通道21的出口端以及一個與裝有乙醇和水的乙醇水箱20相連通的乙醇水道22的出口端和燃料總管的進口端固定相連，在所述的乙醇水道22和柴油通道21的出口匯聚處的管道內安裝有重整分流閥23，所述的乙醇水道22和柴油通道21能夠在所述的重整分流閥23的作用下交替與燃料總管的進口相連通；

所述的反應器5出口通過總通道7與還原劑分流閥10的入口相連，所述的還原劑分流閥10的兩個出口分別與還原劑第一通道8的進口、還原劑第二通道9的進口分別相連，所述的還原劑第一通道8的出口與排氣第一通道16連通，還原劑第二通道9的出口與排氣第二通道17連通，在所述的排氣第一通道16上安裝有第一溫度傳感器14以檢測排氣第一通道16內的溫度，在所述的排氣第二通道17上安裝有第二溫度傳感器15以檢測排氣第二通道17內的溫度，ECU(電子控制單元)18通過控制線與噴射器6、反應器5、還原劑分流閥10、第一溫度傳感器14、第二溫度傳感器15、排氣分流閥13、還原劑分流閥10和重整分流閥23連接。

以圖1為例，發動機正常過程中，ECU18控制排氣分流閥13關閉排氣第一通道16，使發動機排氣經排氣管2進入排氣第二通道17，排氣中的NOX在稀燃NOX捕集器的第二部分112中被吸附；與此同時，部分高溫排氣(通常溫度在550℃-750℃)在增壓器1前經與發動機的排氣管連通的排氣旁通管3、排氣單向閥4進入反應器5，ECU18讀取安裝在排氣第一通道16上的第一溫度傳感器14輸出的排氣第一通道16內的溫度信號，若溫度信號小於250℃，則ECU18控制重整分流閥23關閉柴油通道21、打開乙醇水道22，通過輸送泵24將乙醇和水的混合物送入噴射器6並經噴射器6噴入反應器5內，乙醇和水吸收反應器5內的高溫排氣的熱量反應生成H2，若溫度信號不小於250℃，則ECU18控制重整分流閥23關閉乙醇水道22、打開柴油通道21，通過輸送泵24將柴油送入噴射器6並經噴射器6噴入反應器5內，柴油吸收反應器5內的高溫排氣的熱量生成丙烯C3H6，還原劑氫氣或者還原劑丙烯離開反應器5進入總通道7，ECU18控制還原劑分流閥10關閉還原劑第二通道9，使還原劑通過還原劑第一通道8通入排氣第一通道16，然後還原劑進入稀燃NOX捕集器的第一部分111與第一部分111因再生釋放的NOX發生還原反應，使NOX轉變成不汙染環境的N2；當稀燃NOX捕集器的第二部分112達到其最大的吸附容量時，ECU18向排氣分流閥13輸出控制信號以控制排氣分流閥13關閉排氣第二通道17，使發動機排氣經排氣管2進入排氣第一通道16，排氣中的NOX在已經完成再生的稀燃NOX捕集器的第一部分111中被吸附；與此同時，部分高溫排氣在增壓器1前經與發動機的排氣管連通的排氣旁通管3、排氣單向閥4進入反應器5，ECU18讀取安裝在所述的排氣第二通道17上的第二溫度傳感器15的溫度信號，若溫度信號小於250℃，ECU18控制重整分流閥23關閉柴油通道21、打開乙醇水道22，通過輸送泵24將乙醇和水送入噴射器6並經噴射器6噴入反應器5內，乙醇和水吸收反應器5內的高溫排氣的熱量反應生成氫氣，若溫度信號不小於250℃，ECU18控制重整分流閥23關閉乙醇水道22、打開柴油通道21，通過輸送泵24將柴油送入噴射器6並經噴射器6噴入反應器5內，柴油吸收反應器5內的高溫排氣的熱量整生成丙烯，還原劑氫氣H2或者還原劑丙烯離開反應器5進入總通道7，ECU18通過控制與還原劑第一通道8相連的還原劑分流閥10關閉還原劑第一通道8，使還原劑通過還原劑第二通道9通入排氣第二通道17，然後還原劑進入稀燃NOX捕集器的第二部分112與第二部分112因再生釋放的NOX發生還原反應，使NOX轉變成不汙染環境的N2，以此完成一個工作循環，即當稀燃NOX捕集器的第二部分112吸附NOX時，稀燃NOX捕集器的第一部分111進行再生；當稀燃NOX捕集器的第一部分111吸附NOX時，稀燃NOX捕集器的第二部分112進行再生。