气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统及控制方法，在三效催化器的下游再安装氨泄漏催化器，三效催化器的前端及氨泄漏催化器的两端分别设有氧检测单元，所述氧检测单元分别与控制单元相连，在节气门前端引出一节管路通向三效催化器与氨泄漏催化器之间，所述控制单元根据检测的三效催化器的前端及氨泄漏催化器的两端的氧的含量控制电子控制阀的开关，继而控制空气能否进入氨泄漏催化器；本发明在传统后处理系统的基础上增加了氨泄漏催化器，并采用从节气门前取气的方式，为氨泄漏催化器提供足够的氧化剂，结合与此匹配的控制系统，结构简单，经济有效，技术上容易实现，并能解决三效催化器在富燃料工况下的氨排放问题。
【专利说明】
气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统及控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于气体发动机后处理中的氨催化转化系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]近些年来，大面积的雾霾天气对广大居民的生产生活带来了很大的影响，危害人们的健康。促使中国加快对能源结构的调整和优化。其中机动车排放的颗粒是城市雾霾的主要来源之一。而天然气中的甲烷占其成分的90%以上，由于甲烷不含碳链，燃烧过程中生成的碳烟极少，因此，机动车采用天然气作为燃料后可以实现清洁燃烧，对缓解中国环境污染具有重要意义。
[0003]但是，对于欧六技术排放发动机，气体机达到欧六排放最经济且有效的方法就是采用三效催化器和适当的废气再循环，然而对于三效催化器在富燃料工况下工作时会出现较多的氨排放，使得排气对环境不友好。
[0004]目前对气体发动机的排放的气体进行处理，存在的技术问题是:后处理系统所使用的三效催化器，在启动和大负荷等富燃料工况下，会出现较多的氨排放，目前还没有高效的解决方案。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统及控制方法，本发明以传统的三效排气处理系统为基础，添加补氧式氨泄漏催化器，实现对富燃料工况下较多的氨排放进行高效处理。
[0006]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0007]气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统，包括:
[0008]在三效催化器的下游安装氨泄漏催化器，三效催化器的前端及氨泄漏催化器的两端分别设有氧检测单元，所述氧检测单元分别与控制单元相连，在节气门前端引出一节管路通向三效催化器与氨泄漏催化器之间的管路上，所述管路上设有电子控制阀，所述电子控制阀与控制单元相连;在电子控制阀的前端所在的管路上还设有空气流量计；
[0009]所述控制单元根据检测的三效催化器的前端及氨泄漏催化器的两端的氧的含量控制电子控制阀的开启，根据空气流量计检测的管道中的空气控制子控制阀的关闭，继而控制空气能否进入氨泄漏催化器。
[0010]进一步的，所述控制单元根据空气流量计反馈的管路中的空气流量信号单独控制电子控制阀是否关闭。
[0011]进一步的，在发动机启动后的任意工况下，氧检测单元将采集到的信号提交给控制单元，三效催化器前端的氧检测单元数据用于发动机空燃比的控制，并辅助氨泄漏催化器前端的氧检测单元数据用于判断是否需要补充氧气，并通过对氨泄漏催化器后端的氧传感器数据的反馈，控制单元对电子控制阀的开启做出判断，当电子控制阀开启后，空气流量计将采集到的信号反馈给控制单元，用于判断单向电子控制阀的关闭时刻，从而控制氨泄漏催化器前后的氧浓度在一定的区间范围内，使氨能够更充分的发生氧化反应。
[0012]进一步的，氨泄漏催化器尾部测得的氧浓度是作为判断氨气是否完全反应的标准。
[0013]进一步的，所述氧检测单元为汽车氧传感器。
[0014]进一步的，所述电子控制阀为间歇型单向电子控制阀。
[0015]进一步的，所述三效催化器与涡轮增压器相连，所述涡轮增压器分三路，一路与发动机相连，另一路与空滤器相连，第三路与中冷器相连，所述中冷器与电子控制阀所在管路相连。
[0016]进一步的，所述空滤器与涡轮增压器之间的管路上还设置有空气流量计。
[0017]气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统的工作方法，包括以下步骤:
[0018]步骤一，首先启动发动机，确保系统中个设备正常工作；
[0019]步骤二，调整发动机到任意一个工况，使发动机在这一工况稳定点运行设定的时间以上；
[0020]步骤三，同步采集三效催化器前端以及氨泄漏催化器两端的氧传感器信号；
[0021]步骤四，根据氧传感器发回的信号与空气流量计采集的信号，控制单元对单向电子控制阀是否开启做出判断，若判断结果为关闭，则返回步骤三继续采集信号，否则，进入步骤五；
[0022]步骤五，控制单元做出判断，电子控制阀开启；
[0023]步骤六，电子控制阀开启后，空气流量计开始工作，并将采集到的信号反馈给控制单元，然后返回步骤三。
[0024]进一步的，在任意工况下，控制单元对三效催化器前端的氧传感器采集到的信号进行初步判断，并通过氨泄漏催化器后端的氧传感器反馈的信号执行单向电子控制阀的动作，氨泄漏催化器前端和氨泄漏催化器后端的氧传感器监测氧气的浓度应处于某个范围，然后控制单元经过计算获得所需空气量，如果间歇型单向电子控制阀开启，空气流量计开始工作，并将检测到的数据作为单向电子控制阀关闭时刻的根据。
[0025]本发明的有益效果:
[0026]本发明以传统的三效排气处理系统为基础，添加补氧式氨泄漏催化器，对富燃料工况下较多的氨排放进行高效处理，本发明在传统后处理系统的基础上增加了氨泄漏催化器，并采用从节气门前取气的方式，为氨泄漏催化器提供足够的氧化剂，结合与此匹配的控制系统，结构简单，经济有效，技术上容易实现，并能解决三效催化器在富燃料工况下的氨排放问题。
【附图说明】
[0027]图1为本发明气体发动机后处理系统工作示意图；
[0028]图2为本发明控制系统的逻辑流程图；
[0029]图中，1、空滤器，2、中冷器，3、第一空气流量计，4、涡轮增压器，5、第一氧传感器，
6、三效催化器，7、第二氧传感器，8、氨泄漏催化器，9、第三氧传感器，1、电子控制单元，11、间歇型单向电子控制阀，12、第二空气流量计，13、发动机。【具体实施方式】:
[0030]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0031]本发明气体发动机沿进气方向依次经过空滤器I，空气流量计，然后经涡轮增压器4增压，中冷器2中冷，在节气门前端引出一节管路通向三效催化器6与氨泄漏催化器8之间，为氨的氧化提供氧气;气体发动机13排出的废气经涡轮增压器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的两端均布置有氧传感器。
[0032]在发动机13启动后的任意工况下，氧传感器将采集到的信号提交给电子控制单元10，对当前的工况与下一步的执行做出判断。三效催化器6前端的氧传感器数据主要用于发动机空燃比的控制，同时对补氧量做初步判断，通过对氨泄漏催化器8前端及后端的氧传感器数据的反馈，电子控制单元10对间歇型单向电子控制阀11的开启做出判断，当间歇型单向电子控制阀11开启后，第二空气流量计12将采集到的信号反馈给电子控制单元10，用于判断间歇型单向电子控制阀11的关闭时刻，从而控制氨泄漏催化器8前后的氧浓度在一定的区间范围内，使氨能够更充分的发生氧化反应，氨泄漏催化器8后端测得的氧浓度也是作为判断氨气是否完全反应的标准。
[0033]在三效催化器6的下游再安装氨泄漏催化器8，氨泄漏催化器8能在富氧条件下高效工作，并且有一定的储氧功能，然后从进气歧管节气门前的管道取少量进气，三效催化器6产生氨的量决定所需氧化剂的量很少，从进气管道取气不会对发动机13的进气系统造成影响。正是由于以上特性，对控制阀的选取使用间歇型单向电子控制阀11。控制方法主要表现在对间歇型单向电子控制阀11的控制，包括开启时刻与开启时长；电子控制单元1通过收集氧传感器发回的信号，控制电子控制阀的开启，并通过空气流量计的反馈，控制电子控制阀的关闭时刻。
[0034]其中，氨泄漏催化器位于三效催化器的下游，用于处理三效催化器产生的氨，间歇型单向电子控制阀位于气体发动机进气歧管节气门前端引流管支路上，用于控制氨泄漏催化器的补氧。
[0035]其中，氧传感器分别位于三效催化器前端和氨泄漏催化器两端，空气流量计位于间歇型单向电子控制阀的前端，电子控制单元用于收集氧传感器收集的信号和空气流量计的反馈对间歇型单向电子控制阀进行控制。
[0036]实施例:
[0037]如图1所示，该气体发动机排气后处理系统包括空滤器I，中冷器2，第一空气流量计3，涡轮增压器4，第一氧传感器5，三效催化器6，第二氧传感器7，氨泄漏催化器8，第三氧传感器9，电子控制单元10，间歇型单向电子控制阀11，第二空气流量计12，发动机13。
[0038]根据本发明的实施方式，气体发动机13的排气后处理系统包括:氨排放处理装置，补氧控制系统。
[0039]氨排放处理装置的工作过程为:从节气门前取气补给氨泄漏催化器8，三效催化器6处理过的排气通向氨泄漏催化器8，在氨泄漏催化器8内富氧的条件下使氨充分氧化，然后排向大气。
[0040]如图2所示，补氧控制系统的工作过程为，首先启动气体发动机14，在任意工况下，电子控制单元10对第一氧传感器5采集到的信号进行初步判断，并通过第三氧传感器9反馈的信号执行单向电子控制阀11的动作，第二氧传感器7和第三氧传感器9监测氧气的浓度应处于某个范围，然后电子控制单元10经过计算获得所需空气量。如果间歇型单向电子控制阀11开启，第二空气流量计12开始工作，并将检测到的数据作为间歇型单向电子控制阀11关闭时刻的根据。如果间歇型单向电子控制阀11关闭，电子控制单元10会继续对第一氧传感器5和第三氧传感器9发回的信号进行分析判断。通过以上的控制过程，能够确保氨泄漏催化器8在富氧的条件下高效工作，而且对取气量的精确控制也是为了减小对进气系统的干扰。
[0041]本发明提供了补氧控制系统的逻辑流程图，现结合图2进行详细描述。
[0042]步骤S201中，首先启动发动机13，检查仪器，确保各采集仪器正常工作。
[0043]步骤S202中，调整发动机13到任意工况，使发动机在这一工况稳定点运行5分钟以上。
[0044]步骤S203中，同步采集三效催化器6前端以及氨泄漏催化器8两端的氧传感器信号。
[0045]步骤S204中，根据氧传感器发回的信号与空气流量计采集的信号，电子控制单元10对间歇型单向电子控制阀11是否开启做出判断，若判断结果为关闭，则返回步骤S203继续采集信号。
[0046]步骤S205中，电子控制单元10做出判断，间歇型单向电子控制阀11开启。
[0047]步骤S206中，间歇型单向电子控制阀11开启后，第二空气流量计12开始工作，并将采集到的信号反馈给电子控制单元10，然后返回步骤S203。
[0048]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统，其特征是，包括: 在三效催化器的下游安装氨泄漏催化器，三效催化器的前端及氨泄漏催化器的两端分别设有氧检测单元，所述氧检测单元分别与控制单元相连，在节气门前端引出一节管路通向三效催化器与氨泄漏催化器之间的管路上，所述管路上设有电子控制阀，所述电子控制阀与控制单元相连;在电子控制阀的前端所在的管路上还设有空气流量计； 所述控制单元根据检测的三效催化器的前端及氨泄漏催化器的两端的氧的含量控制电子控制阀的开启，根据空气流量计检测的管道中的空气控制子控制阀的关闭，继而控制空气能否进入氨泄漏催化器。2.如权利要求1所述的气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统，其特征是，所述控制单元根据空气流量计反馈的管路中的空气流量信号单独控制电子控制阀是否关闭。3.如权利要求1所述的气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统，其特征是，在发动机启动后的任意工况下，氧检测单元将采集到的信号提交给控制单元，三效催化器前端的氧检测单元数据用于发动机空燃比的控制，并辅助氨泄漏催化器前端的氧检测单元数据用于判断是否需要补充氧气，并通过对氨泄漏催化器后端的氧传感器数据的反馈，控制单元对电子控制阀的开启做出判断，当电子控制阀开启后，空气流量计将采集到的信号反馈给控制单元，用于判断单向电子控制阀的关闭时刻，从而控制氨泄漏催化器前后的氧浓度在一定的区间范围内，使氨能够更充分的发生氧化反应。4.如权利要求1所述的气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统，其特征是，氨泄漏催化器尾部测得的氧浓度是作为判断氨气是否完全反应的标准。5.如权利要求1所述的气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统，其特征是，所述氧检测单元为汽车氧传感器。6.如权利要求1所述的气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统，其特征是，所述电子控制阀为间歇型单向电子控制阀。7.如权利要求1所述的气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统，其特征是，所述三效催化器与涡轮增压器相连，所述涡轮增压器分三路，一路与发动机相连，另一路与空滤器相连，第三路与中冷器相连，所述中冷器与电子控制阀所在管路相连。8.如权利要求7所述的气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统，其特征是，所述空滤器与涡轮增压器之间的管路上还设置有空气流量计。9.利用权利要求1-8任一所述的气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤一，首先启动发动机，确保系统中个设备正常工作； 步骤二，调整发动机到任意一个工况，使发动机在这一工况稳定点运行设定的时间以上； 步骤三，同步采集三效催化器前端以及氨泄漏催化器两端的氧传感器信号； 步骤四，根据氧传感器发回的信号与空气流量计采集的信号，控制单元对单向电子控制阀是否开启做出判断，若判断结果为关闭，则返回步骤三继续采集信号，否则，进入步骤五； 步骤五，控制单元做出判断，电子控制阀开启； 步骤六，电子控制阀开启后，空气流量计开始工作，并将采集到的信号反馈给控制单元，然后返回步骤三。10.如权利要求9所述的气体发动机后处理中的补氧式氨催化转化系统的工作方法，其特征是，在任意工况下，控制单元对三效催化器前端的氧传感器采集到的信号进行初步判断，并通过氨泄漏催化器尾端的氧传感器反馈的信号执行单向电子控制阀的动作，氨泄漏催化器前端和氨泄漏催化器后端的氧传感器监测氧气的浓度应处于某个范围，然后控制单元经过计算获得所需空气量，如果间歇型单向电子控制阀开启，空气流量计开始工作，并将检测到的数据作为单向电子控制阀关闭时刻的根据。
【文档编号】F01N11/00GK105822399SQ201610286597
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】张强, 李培新, 刘琨然, 李新宇, 李娜
【申请人】山东大学