專利名稱：一種氫氣選擇性催化還原裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種控制發(fā)動機(jī)的有害氣體排放的裝置，本發(fā)明還涉及該裝 置的控制方法。具體涉及一種氫氣選擇性催化還原(H2-SCR)裝置及控制方法。
(二)
背景技術(shù)：
汽車工業(yè)的快速發(fā)展在給人們的生產(chǎn)和生活帶來極大便捷的同時(shí)也產(chǎn)生了 嚴(yán)重的石油短缺和環(huán)境污染問題，世界各國相繼制定了越來越嚴(yán)格的燃料經(jīng)濟(jì)性 和排放法規(guī)，汽車制造商為了達(dá)到這些法規(guī)的要求，并在激烈的市場競爭中立于 不敗之地，積極發(fā)展發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)，探索清潔的石油替代能源，研發(fā)高效的排 放后處理裝置。柴油機(jī)和點(diǎn)燃式稀燃發(fā)動機(jī)因其節(jié)油效果顯著、環(huán)保性能好，而 得到了許多國家的高度重視，為了使柴油機(jī)排放滿足未來排放法規(guī)要求，內(nèi)燃機(jī) 工作者提出多種技術(shù)方案，其中，優(yōu)化燃燒+選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction ,SCR)的技術(shù)方案能夠有效控制NOx和PM排放，其原理是通過燃燒 系統(tǒng)的優(yōu)化使PM在燃燒過程中就得到控制，而產(chǎn)生的NOx排放則通過向排氣 管中噴射濃度為32.5%的添藍(lán)溶液作為還原劑進(jìn)行選擇性催化還原，這種方法可 以使NOx轉(zhuǎn)化效率在85。/。以上；對于點(diǎn)燃式稀燃發(fā)動機(jī)而言，稀燃條件下三效 催化器失效，無法對NOx排放進(jìn)行有效控制，因此也可以釆用類似于柴油機(jī)的 SCR技術(shù)路線，但是利用尿素溶液作為還原劑存在一些問題，如尿素液具有一 定的腐蝕性，同時(shí)具有刺鼻的氣味，添藍(lán)溶液在溫度低于-ll。C時(shí)容易結(jié)冰，所 以在寒冷地區(qū)應(yīng)用會有一些困難，需要額外的加熱等問題。也有采用HC燃料作 為還原劑進(jìn)行選擇性催化還原的研究，但隨著對C02引起的全球溫度變暖問題 的關(guān)注，需要尋找不含碳的燃料作為還原劑，氫氣是一種清潔的可再生資源，同 時(shí)也是一種有效的還原劑，因此利用H2作為NOx的還原劑是一種很有前途的方 法。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)的NOx排放進(jìn)行有效控制的一種 氫氣選擇性催化還原裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于一種氫氣選擇性催化還原裝置的控制方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的氫氣選擇性催化還原裝置由高壓儲氣瓶1、手動閥門2、燃?xì)鉃V清 器4、氫氣流量計(jì)5、高壓電磁閥6、燃?xì)鉁囟群蛪毫鞲衅?、電控減壓器8、 回火控制器9、氫氣噴氣閥IO、催化后處理器ll、催后NOx濃度傳感器12、催 前NOx濃度傳感器13和電控單元14組成；高壓氫氣瓶1經(jīng)旋轉(zhuǎn)手動閥2向氣 路中供氣，燃?xì)鉃V清器4串聯(lián)在氫氣流量計(jì)5之前，在氫氣流量計(jì)5之后安裝防 爆高壓電磁閥6，通過鑰匙門16控制防爆高壓電磁閥6，防爆高壓電磁閥6后連 接電控減壓器8，電控減壓器8之后串聯(lián)回火控制器9，回火控制器9后安裝氫 氣噴射閥10，氫氣噴射閥10安裝在排氣管道上的催化后處理器11之前，催化 后處理器ll的前后分別設(shè)置催前NOx濃度傳感器13和催后NOx濃度傳感器12， 催前NOx濃度傳感器13、催后NOx濃度傳感器12以及發(fā)動機(jī)的各種傳感器信 號15的信號輸入電控單元14，電控單元14控制高壓電磁閥6、電控減壓器8、 燃?xì)鉁囟群蛪毫鞲衅?和氫氣噴氣閥10。
基于一種氫氣選擇性催化還原裝置的控制方法為首先打開手動閥2向系統(tǒng) 供氣，打開鑰匙門16起動發(fā)動機(jī)，同時(shí)開啟高壓電磁閥6，并向電控單元14供 電，電控單元14的調(diào)理電路將來自發(fā)動機(jī)的各種傳感器信號15轉(zhuǎn)換成電控單元 可以識別的信號，固定發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況，電控單元根據(jù)來自發(fā)動機(jī)的各種傳感 器信號15，確定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、燃料流量、混合氣濃度和排氣流量，電控 單元14根據(jù)發(fā)動機(jī)排氣流量、催化器前NOx濃度以及氫氣與NOx的化學(xué)當(dāng)量 關(guān)系來判斷氫氣的噴射量，以一定的噴射正時(shí)將氫氣噴射到排氣管中，然后調(diào)整 噴氣脈寬，使NOx的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到控制目標(biāo)值，讀取氫氣流量計(jì)5的讀數(shù)，并 記錄噴氣脈寬和噴射正時(shí)數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟，得到不同發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況下噴射 正時(shí)和噴氣脈寬MAP數(shù)據(jù)，并存儲到電控單元14中，同時(shí)電控單元14根據(jù) NOx控制目標(biāo)值和催化器后NOx濃度傳感器12反饋信號對氫氣噴射量進(jìn)行調(diào) 整，達(dá)到排放控制要求。
該發(fā)明的有益之處在于，提供了一種氫氣選擇性催化還原系統(tǒng)及其控制方 法，能夠?qū)Σ裼蜋C(jī)和點(diǎn)燃式稀燃發(fā)動機(jī)的NOx排放進(jìn)行有效控制，為滿足未來 更為嚴(yán)格的排放法規(guī)要求提供技術(shù)儲備及支持。稀燃天然氣發(fā)動機(jī)上的研究結(jié)果表明在發(fā)動機(jī)不同運(yùn)行條件下都可以通過向排氣管中噴射氫氣的方法使NOX 轉(zhuǎn)化效率達(dá)到100%。
(四)


附圖是本發(fā)明的氫氣選擇性催化還原裝置的示意圖。
(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述-
一種H2-SCR系統(tǒng)由高壓儲氣瓶1，手動闊門2，壓力表3，燃?xì)鉃V清器4， 氫氣流量計(jì)5，高壓電磁閥6，燃?xì)鉁囟群蛪毫鞲衅?，減壓器8，回火控制器 9，氫氣噴氣閥IO，催化后處理器ll，催后NOx濃度傳感器12，催前NOx濃度 傳感器13和電控單元14所組成。氫氣以20MPa的壓力儲存在高壓氫氣瓶1中， 標(biāo)定試驗(yàn)中，首先打開手動閥2向系統(tǒng)供氣，打開鑰匙門16起動發(fā)動機(jī)，同時(shí) 開啟高壓電磁閥6，并向H2-SCR系統(tǒng)的電控單元14供電，電控單元14根據(jù)來 自發(fā)動機(jī)的各種傳感器信號15確定發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，電控單元14根據(jù)發(fā)動機(jī) 排氣流量、催化器前NOx濃度以及氫氣與NOx的化學(xué)當(dāng)量關(guān)系，將氫氣以一定 的噴射正時(shí)噴射到排氣管中，然后調(diào)整噴氣脈寬，使NOx的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到控制 目標(biāo)值，記錄該工況下氫氣量和噴射正時(shí)數(shù)據(jù)，重復(fù)上述歩驟，得到不同發(fā)動機(jī) 運(yùn)行工況下噴射正時(shí)和噴氣脈寬數(shù)據(jù)，并將噴氣MAP存儲到電控單元14中， 同時(shí)噴氫量還可以根據(jù)催化器后NOx濃度傳感器12的反饋信號進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整， 使排放水平始終在控制目標(biāo)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種氫氣選擇性催化還原裝置，其特征是由高壓儲氣瓶(1)、手動閥門(2)、燃?xì)鉃V清器(4)、氫氣流量計(jì)(5)、高壓電磁閥(6)、燃?xì)鉁囟群蛪毫鞲衅?7)、電控減壓器(8)、回火控制器(9)、氫氣噴氣閥(10)、催化后處理器(11)、催后NOx濃度傳感器(12)、催前NOx濃度傳感器(13)和電控單元(14)組成；高壓氫氣瓶(1)經(jīng)旋轉(zhuǎn)手動閥(2)向氣路中供氣，燃?xì)鉃V清器(4)串聯(lián)在氫氣流量計(jì)(5)之前，在氫氣流量計(jì)(5)之后安裝防爆高壓電磁閥(6)，通過鑰匙門(16)控制防爆高壓電磁閥(6)，防爆高壓電磁閥(6)后連接電控減壓器(8)，電控減壓器(8)之后串聯(lián)回火控制器(9)，回火控制器(9)后安裝氫氣噴射閥(10)，氫氣噴射閥(10)安裝在排氣管道上的催化后處理器(11)之前，催化后處理器(11)的前后分別設(shè)置催前NOx濃度傳感器(13)和催后NOx濃度傳感器(12)，催前NOx濃度傳感器(13)、催后NOx濃度傳感器(12)以及發(fā)動機(jī)的各種傳感器信號(15)的信號輸入電控單元(14)，電控單元(14)控制高壓電磁閥(6)、電控減壓器(8)、燃?xì)鉁囟群蛪毫鞲衅?7)和氫氣噴氣閥(10)。
2、 一種基于氫氣選擇性催化還原裝置的控制方法，其特征是首先打開手 動閥(2)向系統(tǒng)供氣，打開鑰匙門(16)起動發(fā)動機(jī)，同時(shí)開啟高壓電磁閥(6)，并 向電控單元(14)供電，電控單元(14)的調(diào)理電路將來自發(fā)動機(jī)的各種傳感器信號 (15)轉(zhuǎn)換成電控單元可以識別的信號，固定發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況，電控單元根據(jù) 來自發(fā)動機(jī)的各種傳感器信號(15)，確定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、燃料流量、混合 氣濃度和排氣流量，電控單元(14)根據(jù)發(fā)動機(jī)排氣流量、催化器前NOx濃度以 及氫氣與NOx的化學(xué)當(dāng)量關(guān)系來判斷氫氣的噴射量，以一定的噴射正時(shí)將氫氣 噴射到排氣管中，然后調(diào)整噴氣脈寬，使NOx的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到控制目標(biāo)值，讀 取氫氣流量計(jì)(5)的讀數(shù)，并記錄噴氣脈寬和噴射正時(shí)數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟，得 到不同發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況下噴射正時(shí)和噴氣脈寬MAP數(shù)據(jù)，并存儲到電控單元 (14)中，同時(shí)電控單元(14)根據(jù)NOx控制目標(biāo)值和催化器后NOx濃度傳感器(12) 反饋信號對氫氣噴射量進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到排放控制要求。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種氫氣選擇性催化還原裝置及控制方法。由高壓儲氣裝置、過濾裝置，減壓裝置，流量測量裝置，電控單元、執(zhí)行器和各種傳感器共同組成。電控單元通過采集進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度，節(jié)氣門位置、轉(zhuǎn)速，上止點(diǎn)，氧濃度等傳感器信號來判斷發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)及排氣流量，利用NOx傳感器測量催化器前排氣管內(nèi)NOx濃度，根據(jù)供氫系統(tǒng)內(nèi)的壓力和溫度來判斷氫氣噴射脈寬，氫氣的噴射量通過采集到的催化器后排氣管內(nèi)NOx的濃度進(jìn)行調(diào)整，從而使NOx的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到控制目標(biāo)值，將噴氣噴射正時(shí)和噴射量MAP存儲到電控單元中。稀燃天然氣發(fā)動機(jī)上的研究結(jié)果表明在發(fā)動機(jī)不同運(yùn)行條件下都可以通過向排氣管中噴射氫氣的方法使NOx轉(zhuǎn)化效率達(dá)到100％。
文檔編號F01N9/00GK101575999SQ200910072339
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者宋恩哲, 君 李, 李文輝, 楊立平, 馬修真 申請人:哈爾濱工程大學(xué)