專利名稱：一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機污染物的排放控制系統(tǒng)，尤其涉及一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)及其使用方法，具體適用于通過醇燃料以抑制NOx的產(chǎn)生，并降低PM的排放。
背景技術(shù)：
隨著社會進(jìn)步，發(fā)動機的應(yīng)用規(guī)模迅速擴大，其排放的污染物對環(huán)境和人體造成的危害已被公認(rèn)。為了環(huán)境安全，為了保護(hù)人類賴以生存的空間，發(fā)動機的排放控制技術(shù)得以發(fā)展?，F(xiàn)有技術(shù)主要可分為以廢氣再循環(huán)為主的EGR路線和以選擇性催化還原為主的SCR路線。但這兩種路線存在以下問題 (I)EGR路線通過提高EGR率可降低氮氧化物NOx的排放，但會影響燃料的燃燒質(zhì)量，使得顆粒PM排放和油耗惡化；
為解決PM排放需要引入具有氧化性屬性的后處理裝置，如顆粒捕集器等，這類后處理裝置對燃料的硫含量提出了苛刻的要求，要求使用低硫柴油；
為解決油耗惡化問題，不得不限制EGR率，NOx降低的幅度受到限制。(2) SCR路線通過向發(fā)動機排氣管中注入還原劑，如尿素等，在催化劑的催化作用下，將NOx還原為無害的氮氣和水。該路線需要引入還原劑加注裝置、催化裝置及NOx傳感器等測試裝置，不但造成發(fā)動機成本大幅升高，發(fā)動機系統(tǒng)的可靠性也受到重要影響，同時對還原劑加注設(shè)施的建設(shè)與普及提出要求，要求普及還原劑加注站。中國專利專利號為ZL031405118的發(fā)明專利公開了一種貧燃型車用發(fā)動機排氣催化凈化方法，該方法包括如下步驟首先向排氣管中噴入甲醇或乙醇，使之與發(fā)動機排氣充分均勻混合；然后，讓混合氣體依次通過裝載負(fù)載型過渡金屬氧化物催化劑的前級催化反應(yīng)床和裝載負(fù)載型貴金屬催化劑的后級催化反應(yīng)床，實現(xiàn)N0x、HC和CO的高效凈化，最終排出達(dá)標(biāo)氣體。雖然該發(fā)明能提高NOx的轉(zhuǎn)化率，但其仍舊具有以下缺陷
首先，該發(fā)明采用的是普通發(fā)動機，其燃料為汽油或柴油，不僅不能從氣缸內(nèi)就降低PM與NOx的生成，而且無法生成用以還原NOx的HC，降低了 NOx的轉(zhuǎn)化率；同時，該發(fā)明只著眼于NOx的轉(zhuǎn)化，而忽視了 PM的降低；
其次，該發(fā)明中的排氣在進(jìn)入裝載負(fù)載型過渡金屬氧化物催化劑的前級催化反應(yīng)床時，注入的醇類沒有分解為HC和CO，只能直接采用醇類對NOx進(jìn)行還原，其還原效果比HC要差很多，再次降低了 NOx的轉(zhuǎn)化率；
再次，該發(fā)明需要在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上增設(shè)醇噴射系統(tǒng)，不但造成發(fā)動機改造成本大幅升高，而且導(dǎo)致發(fā)動機系統(tǒng)的可靠性也受到重要影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的NOx的轉(zhuǎn)化率較低、PM的降低程度較弱、可靠性較低的缺陷與問題，提供一種NOx的轉(zhuǎn)化率較高、PM的降低程度較強、可靠性較高的發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)及其使用方法。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機、還原性催化器與氧化性催化器，所述發(fā)動機通過排氣管與還原性催化器的一端相連接，還原性催化器的另一端通過氧化性催化器與外放口相連接，所述發(fā)動機與車用ECU信號連接；
所述發(fā)動機為醇燃料發(fā)動機，所述車用ECU包括用以控制醇燃料噴射的醇ECU ;所述醇燃料發(fā)動機與醇ECU信號連接。所述還原性催化器包括選擇性催化還原催化器SCR或稀燃NOx催化器LNC。所述氧化性催化器包括氧化催化器D0C、氨氣后氧化催化器ΑΜ0Χ、顆粒氧化催化器POC或帶催化涂層的顆粒捕集器CDPF。所述醇燃料發(fā)動機包括純燒醇燃料的發(fā)動機，摻燒醇燃料的發(fā)動機，或采用廢 氣再循環(huán)的以醇燃料作為部分或全部燃料的發(fā)動機。所述還原性催化器和氧化性催化器的設(shè)置方式包括兩種，分別為還原性催化器、氧化性催化器封裝為一體；或還原性催化器、氧化性催化器單獨封裝。一種上述發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方法，所述使用方法依次包括以下步驟 第一步先由醇ECU輸出醇噴嘴驅(qū)動信號以向醇燃料發(fā)動機中注入醇燃料，再由注入
的醇燃料在醇燃料發(fā)動機中燃燒，燃燒時生成HC、C0與排氣，然后，生成的HC、C0、排氣與剩余的醇燃料一并進(jìn)入排氣管，在排氣管中，剩余的醇燃料在排氣中被氧化成HC和CO，隨后，排氣管中的HC、CO、排氣一并進(jìn)入還原性催化器；
第二步先由上述進(jìn)入還原性催化器中的HC將排氣中的NOx還原為無害的氮氣和水，還原過程結(jié)束后，再由剩余的氣體一并進(jìn)入氧化性催化器；
第三步先由上述進(jìn)入氧化性催化器中的CO以及剩余的HC被氧化為CO2和水，氧化過程結(jié)束后，最終剩余的氣體從外放口排出，此時，所述發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方法結(jié)束。所述第一步中醇E⑶以轉(zhuǎn)速、負(fù)荷或單缸循環(huán)油量、發(fā)動機冷卻液溫度作為輸入?yún)?shù)，再根據(jù)醇ECU內(nèi)部的脈譜圖以確定基本的醇燃料用量，然后根據(jù)擬實現(xiàn)的排放目標(biāo)以確定最終的醇燃料用量，且最終的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量。所述第一步中在排氣管中，剩余的醇燃料在排氣中先被氧化為醛，醛再進(jìn)一步被氧化為HC和CO。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為
I、本發(fā)明一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)及其使用方法中的發(fā)動機采用醇燃料發(fā)動機，該發(fā)動機以各種醇燃料為燃料，醇類屬于含氧燃料，燃燒完全，發(fā)動機以該類燃料作為動力來源，不僅其排放的PM得以大幅降低，同時，醇燃料汽化潛熱大，燃燒溫度降低，對NOx的生成具有一定的抑制作用，再次，在氣缸內(nèi)的燃燒過程中，還能產(chǎn)生用以還原NOx的HC，提高NOx的轉(zhuǎn)化率；此外，本發(fā)明不需增設(shè)醇噴射系統(tǒng)，利用醇燃料發(fā)動機自身的醇燃料燃燒功能即可滿足需要，不僅降低了系統(tǒng)的改裝成本，而且有效避免了系統(tǒng)可靠性的降低。因此，本發(fā)明不僅能降低ΡΜ、Ν0χ的生成，能提高NOx的轉(zhuǎn)化率，而且能確保系統(tǒng)的可靠性，能降低系統(tǒng)的改造成本。2、本發(fā)明一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)及其使用方法中通過醇ECU調(diào)節(jié)供給醇燃料發(fā)動機的醇量，不僅要滿足醇燃料發(fā)動機的使用需要，而且要確保排氣管中含有適量的醇燃料以生成HC、CO，如在醇ECU標(biāo)定階段，醇需求量脈譜稍高一些即可滿足排氣管內(nèi)醇燃料的需要，高多少取決于擬實現(xiàn)的排放目標(biāo)，由此可見，依賴醇ECU的精確操作，不僅能夠滿足發(fā)動機燃料的基本需要，而且能夠在發(fā)動機、排氣管中產(chǎn)生足夠的HC以還原NOx，從而提高NOx的轉(zhuǎn)化率,此外，相比較醇燃料還原NOx而言,利用HC還原NOx的效果更強,從而進(jìn)一步提高本系統(tǒng)對NOx的轉(zhuǎn)化率。因此，本發(fā)明對NOx的轉(zhuǎn)化率較高。3、本發(fā)明一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)及其使用方法中先依靠醇燃料發(fā)動機、排氣管中的醇燃料產(chǎn)生HC、C0，再在還原性催化器中利用HC還原NOx，然后在氧化性催化器中將醇燃料生成的CO及過量的HC氧化消除，其整體工藝優(yōu)點如下首先，在發(fā)動機、排氣管中降低了 ΡΜ、Ν0χ的生成；其次，利用發(fā)動機、排氣管中生成的HC在還原性催化器中還原NOx，而不是利用醇燃料，提高了 NOx的轉(zhuǎn)化率；再次，在氧化性催化器中將剩余的CO以及剩余的HC氧化為CO2和水，進(jìn)一步凈化了氣體，最后才從外放口排出。由此可見，本發(fā)明采用的整體工藝不僅從源頭上降低ΡΜ、Ν0χ的生成，而且利用中間產(chǎn)物中的HC提高NOx的轉(zhuǎn)化率，并 在氧化性催化器中確保中間產(chǎn)物的最終凈化，步驟之間相互銜接，聯(lián)系緊密，最終大大降低 了 PM、NOx的排放。因此，本發(fā)明不僅對NOx的轉(zhuǎn)化率較高，而且對PM的降低程度較強。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中醇燃料發(fā)動機I、還原性催化器2、氧化性催化器3、排氣管4、外放口 5、醇ECU6。
具體實施例方式以下結(jié)合

和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參見圖1，一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機、還原性催化器2與氧化性催化器3，所述發(fā)動機通過排氣管4與還原性催化器2的一端相連接，還原性催化器2的另一端通過氧化性催化器3與外放口 5相連接，所述發(fā)動機與車用E⑶信號連接；
所述發(fā)動機為醇燃料發(fā)動機I，所述車用ECU包括用以控制醇燃料噴射的醇ECU6 ;所述醇燃料發(fā)動機I與醇ECU6信號連接。 所述還原性催化器2包括選擇性催化還原催化器SCR或稀燃NOx催化器LNC。所述氧化性催化器3包括氧化催化器D0C、氨氣后氧化催化器ΑΜ0Χ、顆粒氧化催化器POC或帶催化涂層的顆粒捕集器CDPF。所述醇燃料發(fā)動機I包括純燒醇燃料的發(fā)動機，摻燒醇燃料的發(fā)動機，或采用廢氣再循環(huán)的以醇燃料作為部分或全部燃料的發(fā)動機。所述還原性催化器2和氧化性催化器3的設(shè)置方式包括兩種，分別為還原性催化器2、氧化性催化器3封裝為一體；或還原性催化器2、氧化性催化器3單獨封裝。一種上述發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方法，所述使用方法依次包括以下步驟 第一步先由醇ECU6輸出醇噴嘴驅(qū)動信號以向醇燃料發(fā)動機I中注入醇燃料，再由注
入的醇燃料在醇燃料發(fā)動機I中燃燒，燃燒時生成HC、C0與排氣，然后，生成的HC、C0、排氣與剩余的醇燃料一并進(jìn)入排氣管4，在排氣管4中，剩余的醇燃料在排氣中被氧化成HC和CO，隨后，排氣管4中的HC、CO、排氣一并進(jìn)入還原性催化器2 ；第二步先由上述進(jìn)入還原性催化器2中的HC將排氣中的NOx還原為無害的氮氣和水，還原過程結(jié)束后，再由剩余的氣體一并進(jìn)入氧化性催化器3 ；
第三步先由上述進(jìn)入氧化性催化器3中的CO以及剩余的HC被氧化為CO2和水，氧化過程結(jié)束后，最終剩余的氣體從外放口 5排出，此時，所述發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方
法結(jié)束。所述第一步中醇ECU6以轉(zhuǎn)速、負(fù)荷或單缸循環(huán)油量、發(fā)動機冷卻液溫度作為輸入?yún)?shù)，再根據(jù)醇ECU6內(nèi)部的脈譜圖以確定基本的醇燃料用量，然后根據(jù)擬實現(xiàn)的排放目標(biāo)以確定最終的醇燃料用量，且最終的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量。所述第一步中在排氣管4中，剩余的醇燃料在排氣中先被氧化為醛，醛再進(jìn)一步被氧化為HC和CO。本發(fā)明的原理說明如下
I、整體工藝以及HC還原NOx
本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)依次包括醇燃料發(fā)動機、排氣管、還原性催化器、氧化性催化器。整體凈化效果主要由兩個凈化步驟組成
其一，利用醇燃料發(fā)動機，在排氣的產(chǎn)生之初，就降低PM、NOx的生成。醇燃料發(fā)動機采用醇燃料作為燃料，醇類屬于含氧燃料，燃燒完全，發(fā)動機以該類燃料作為動力來源，其排放的PM得以大幅降低，同時，醇燃料汽化潛熱大，燃燒溫度降低，對NOx的生成具有一定的抑制作用,抑制效果可見下表
工況純.油情況下的 肇ιΓ:
' HOJM CroolΛ):放(mol/h)i
ClOO 21 SO. Si/20.42.9% h
CT5 14.8 SL W/13.58. W ^
CfO ' 12. n ' 25. m/s* 2i. m \
表中，C100、C75、C50分別代表C轉(zhuǎn)速的100%負(fù)荷、75%負(fù)荷和50%負(fù)荷。其二，利用醇燃料產(chǎn)生的HC對NOx進(jìn)行還原，該步驟的優(yōu)點如下
A :相比較醇燃料還原NOx而言，直接利用HC對其還原的效果更好；
B :本發(fā)明中的HC由醇燃料在氣缸、排氣管中產(chǎn)生，不僅不需要增設(shè)專門的噴醇設(shè)備，而且HC生產(chǎn)過程中的主要伴隨物是CO，沒有其他有害物質(zhì)，即使是CO，在后續(xù)氧化性催化器中，也會和剩余的HC —起被氧化為CO2和水，而不會被排放出去；
由此可見，本發(fā)明利用HC對NOx進(jìn)行還原，完全實現(xiàn)了在不增加成本、有害物質(zhì)的基礎(chǔ)上，提高了 NOx的轉(zhuǎn)化率，技術(shù)進(jìn)步顯著。2、醇E⑶對醇燃料發(fā)動機的調(diào)控
本發(fā)明中利用醇ECU對醇燃料發(fā)動機的醇量進(jìn)行調(diào)整。其中，醇ECU是控制醇燃料噴射的ECU，它是車用ECU的一部分，它以轉(zhuǎn)速、負(fù)荷或單缸循環(huán)油量、發(fā)動機冷卻液溫度等參數(shù)作為輸入，根據(jù)ECU內(nèi)部的脈譜圖查對應(yīng)的醇燃料流量，輸出醇燃料噴嘴驅(qū)動信號。同時，為確保醇燃料在排氣管中也能被氧化成HC和CO，醇燃料的用量要高于醇燃料發(fā)動機的用量，即“先根據(jù)醇ECU內(nèi)部的脈譜圖以確定基本的醇燃料用量，然后根據(jù)擬實現(xiàn)的排放目標(biāo)以確定最終的醇燃料用量，且最終的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量”，高多少取決于擬實現(xiàn)的排放目標(biāo)。實施例I :
一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機、還原性催化器2、氧化性催化器3，所述發(fā)動機通過排氣管4與還原性催化器2的一端相連接，還原性催化器2的另一端通過氧化性催化器3與外放口 5相連接，所述發(fā)動機與車用ECU信號連接；所述發(fā)動機為醇燃料發(fā)動機1，所述車用ECU包括用以控制醇燃料噴射的醇ECU6 ;所述醇燃料發(fā)動機I與醇ECU6信號連接；
所述還原性催化器2包括選擇性催化還原催化器SCR或稀燃NOx催化器LNC ;所述氧化性催化器3包括氧化催化器D0C、氨氣后氧化催化器ΑΜ0Χ、顆粒氧化催化器POC或帶催化涂層的顆粒捕集器CDPF ;所述還原性催化器2和氧化性催化器3的設(shè)置方式包括兩種，分別為還原性催化器2、氧化性催化器3封裝為一體；或還原性催化器2、氧化性催化器3單獨封裝；
所述醇燃料發(fā)動機I包括純燒醇燃料的發(fā)動機，摻燒醇燃料的發(fā)動機，或采用廢氣再循環(huán)的以醇燃料作為部分或全部燃料的發(fā)動機。一種上述發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方法，所述使用方法依次包括以下步驟 第一步先由醇ECU6輸出醇噴嘴驅(qū)動信號以向醇燃料發(fā)動機I中注入醇燃料，再由注
入的醇燃料在醇燃料發(fā)動機I中燃燒，燃燒時生成HC、C0與排氣，然后，生成的HC、C0、排氣與剩余的醇燃料一并進(jìn)入排氣管4，在排氣管4中，剩余的醇燃料在排氣中先被氧化為醛，醛再進(jìn)一步被氧化為HC和CO，隨后，排氣管4中的HC、CO、排氣一并進(jìn)入還原性催化器2 ；所述醇ECU6以轉(zhuǎn)速、負(fù)荷或單缸循環(huán)油量、發(fā)動機冷卻液溫度作為輸入?yún)?shù)，再根據(jù)醇ECU6內(nèi)部的脈譜圖以確定基本的醇燃料用量，然后根據(jù)擬實現(xiàn)的排放目標(biāo)以確定最終的醇燃料用量，且最終的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量；所述最終的醇燃料用量即為向醇燃料發(fā)動機I中注入醇燃料的量；
第二步先由上述進(jìn)入還原性催化器2中的HC將排氣中的NOx還原為無害的氮氣和水，還原過程結(jié)束后，再由剩余的氣體一并進(jìn)入氧化性催化器3 ；
第三步先由上述進(jìn)入氧化性催化器3中的CO以及剩余的HC被氧化為CO2和水，氧化過程結(jié)束后，最終剩余的氣體從外放口 5排出，此時，所述發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方法結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機、還原性催化器(2)與氧化性催化器(3)，所述發(fā)動機通過排氣管(4)與還原性催化器(2)的一端相連接，還原性催化器(2)的另一端通過氧化性催化器(3)與外放口(5)相連接，所述發(fā)動機與車用ECU信號連接，其特征在于 所述發(fā)動機為醇燃料發(fā)動機(I)，所述車用ECU包括用以控制醇燃料噴射的醇ECU(6);所述醇燃料發(fā)動機(I)與醇E⑶(6 )信號連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)，其特征在于所述還原性催化器(2)包括選擇性催化還原催化器SCR或稀燃NOx催化器LNC。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)，其特征在于所述氧化性催化器(3)包括氧化催化器D0C、氨氣后氧化催化器ΑΜ0Χ、顆粒氧化催化器POC或帶催化涂層的顆粒捕集器⑶PF。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)，其特征在于所述醇燃料發(fā)動機(I)包括純燒醇燃料的發(fā)動機，摻燒醇燃料的發(fā)動機，或采用廢氣再循環(huán)的以醇燃料作為部分或全部燃料的發(fā)動機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)，其特征在于所述還原性催化器(2)和氧化性催化器(3)的設(shè)置方式包括兩種，分別為還原性催化器(2)、氧化性催化器(3)封裝為一體；或還原性催化器(2)、氧化性催化器(3)單獨封裝。
6.一種權(quán)利要求1、2、3或4所述的發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方法，其特征在于所述使用方法依次包括以下步驟 第一步先由醇ECU (6)輸出醇噴嘴驅(qū)動信號以向醇燃料發(fā)動機(I)中注入醇燃料，再由注入的醇燃料在醇燃料發(fā)動機(I)中燃燒，燃燒時生成HC、CO與排氣，然后，生成的HC、CO、排氣與剩余的醇燃料一并進(jìn)入排氣管(4)，在排氣管(4)中，剩余的醇燃料在排氣中被氧化成HC和CO，隨后，排氣管(4)中的HC、CO、排氣一并進(jìn)入還原性催化器(2)； 第二步先由上述進(jìn)入還原性催化器(2)中的HC將排氣中的NOx還原為無害的氮氣和水，還原過程結(jié)束后，再由剩余的氣體一并進(jìn)入氧化性催化器(3)； 第三步先由上述進(jìn)入氧化性催化器(3)中的CO以及剩余的HC被氧化為CO2和水，氧化過程結(jié)束后，最終剩余的氣體從外放口(5)排出，此時，所述發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方法結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方法,其特征在于 所述第一步中醇ECU (6)以轉(zhuǎn)速、負(fù)荷或單缸循環(huán)油量、發(fā)動機冷卻液溫度作為輸入?yún)?shù)，再根據(jù)醇ECU (6)內(nèi)部的脈譜圖以確定基本的醇燃料用量，然后根據(jù)擬實現(xiàn)的排放目標(biāo)以確定最終的醇燃料用量，且最終的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)的使用方法,其特征在于 所述第一步中在排氣管(4)中，剩余的醇燃料在排氣中先被氧化為醛，醛再進(jìn)一步被氧化為HC和CO。
全文摘要
一種發(fā)動機的排放控制系統(tǒng)，包括醇燃料發(fā)動機、還原性催化器、氧化性催化器與醇ECU，所述醇燃料發(fā)動機依次通過排氣管、還原性催化器、氧化性催化器與外放口相連接，且醇燃料發(fā)動機與醇ECU信號連接；使用時，先由醇燃料在醇燃料發(fā)動機、排氣管中生成HC與CO，再在還原性催化器中，由HC將排氣中的NOx還原為無害的氮氣和水排氣，然后在氧化性催化器中，將CO以及剩余的HC氧化為CO2和水，最終，剩余的氣體從外放口排出。本設(shè)計不僅能降低PM、NOx的生成，能提高NOx的轉(zhuǎn)化率，而且能確保系統(tǒng)的可靠性，能降低系統(tǒng)的改造成本。
文檔編號F01N3/035GK102943715SQ20121049000
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者劉丙善, 李海言, 程凱, 殷勇 申請人:東風(fēng)汽車有限公司