CN102926849A - 一种降低发动机尾气排放的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种降低发动机有害排放的装置及方法,装置主要包括氢气存储装置、进气混氢喷嘴、发动机、排气混氢喷嘴、排气温度传感器、催化反应器、电子控制单元。本发明通过电子控制单元收集发动机转速、负荷和排气温度信号,在发动机进气中喷入氢气实现混氢燃烧,从而降低尾气中HC和CO的目的,然而NOx的排放有所升高。因此,在发动机排气中混入氢气,在催化剂和一定的温度条件下,利用氢气良好的还原性减少尾气中的NOx。最终改善发动机缸内燃烧,减少车辆HC、CO和NOx的排放,从而达到了节能减排的目的。
Description
技术领域
本发明提供了一种降低发动机有害排放的装置及方法,主要通过电子控制单元采集发动机转速、负荷和排气温度信号,在发动机进气中喷入氢气实现混氢燃烧,从而降低尾气中HC和CO的目的,然而NOx的排放有所升高。因此,在发动机排气中混入氢气,在催化剂和一定的温度条件下,利用氢气良好的还原性减少尾气中的NOx。最终改善发动机缸内燃烧,减少车辆HC、CO和NOx的排放,从而达到了节能减排的目的。
背景技术
随着我国汽车产业的快速发展,化石资源的不断消耗和日益严重的环境污染问题受到了广泛的关注,寻找绿色、清洁的可再生能源已经刻不容缓。氢气由于具有良好的理化特性,被认为是未来最有希望的绿色能源之一。研究表明,与依靠单一化石燃料的传统发动机相比,在进气中混入氢气,进而实现缸内混合燃烧的混氢发动机,在燃油消耗、热效率以及HC、CO等排放均有着明显的优势。然而,由于混氢发动机的缸内燃烧温度较高,NOx排放也相对较高。NOx与HC经紫外线照射发生反应会形成光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味、刺激眼睛、伤害植物,并能使大气能见度降低。另外,氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸还会形成酸雨。目前可以通过尿素选择性催化还原(SCR)技术降低发动机尾气中的NOx排放,但车辆必须定期添加尿素,而且控制***复杂,成本高,低温环境下尿素会结晶无法喷入反应器,还可能出现尿素喷入过量直接排入大气形成新的污染问题。而NOx具有强氧化性,氢气又具有强还原性。因此,对于混氢发动机而言,尾气中引入氢气,在贵金属Rh催化剂和一定的温度条件下,NOx可以被有效地转化为对环境无害的N2。
发明内容
本发明提供了一种降低发动机有害排放的装置及方法,本***可以实现发动机进气和排气混氢,逐步净化发动机尾气的目的。主要通过电子控制单元收集发动机转速、负荷和排气温度信号,在发动机进气中喷入氢气实现混氢燃烧,从而降低尾气中HC和CO的目的,然而进气混氢后,发动机NOx的排放有所升高。因此,在发动机排气中混入氢气,在催化剂和一定的温度条件下,利用氢气良好的还原性减少尾气中的NOx。最终改善发动机缸内燃烧,达到减少车辆HC、CO和NOx的排放的目的。
一种降低发动机有害排放的装置,其包括:氢气存储装置1、进气混氢喷嘴2、发动机3、排气混氢喷嘴4、排气温度传感器5、催化反应器6、电子控制单元7。其中发动机3的排气管和回收发动机尾气余热并进行催化的催化反应器6相连;与氢气存储装置1相连的进气混氢喷嘴2和排气混氢喷嘴4分别将氢气喷入发动机的进气管和排气管;电子控制单元7的输入端通过排气温度传感器5采集排气管内尾气的温度,并同时接收发动机3的转速信号8和负荷信号9;电子控制单元7的输出端分别连接到控制进气混氢量的进气混氢喷嘴2和控制排气混氢量的排气混氢喷嘴4的控制端。
所述的一种降低发动机有害排放的装置的控制方法:首先发动机的电子控制单元7通过采集发动机转速信号8和负荷信号9判断发动机3的工况,调节控制进气混氢喷嘴2将氢气存储装置1中的氢气喷入发动机进气管中,从而实现发动机进气混氢;同时电子控制单元7通过采集发动机转速信号8、负荷信号9和排气温度传感器5判断发动机3的工况和排气温度,调节控制排气混氢喷嘴4将氢气存储装置1中的氢气喷入发动机排气管中,从而实现发动机排气混氢,最终发动机3尾气经过催化反应器6排出。
对于不同的发动机工况,采用不同的进气混氢控制策略,其控制方法如下:
Ⅰ)当电子控制单元7采集到转速信号8和负荷信号9,判断发动机3处于冷启动工况时,电子控制单元7调节进气混氢喷嘴2至完全开启状态,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的进气管;
Ⅱ)当电子控制单元7采集到转速信号8和负荷信号9,判断发动机3处于中低转速和负荷工况时,电子控制单元7调节进气混氢喷嘴2至完全开启状态的1/2,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的进气管;
Ⅲ)当电子控制单元7采集到转速信号8和负荷信号9,判断发动机3处于中高转速和负荷工况时,电子控制单元7调节进气混氢喷嘴2至完全开启状态的1/4,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的进气管;
Ⅳ)当电子控制单元7采集到转速信号8和负荷信号9,判断发动机3处于高转速和负荷工况时,电子控制单元7调节进气混氢喷嘴2至完全闭合状态,避免氢气存储装置1中的氢气进入发动机的进气管。
进一步的,对于不同的发动机工况和排气温度条件,采用不同的排气混氢控制策略,其控制方法如下:
Ⅰ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度低于250℃时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全闭合状态,避免氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅱ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号8和负荷信号9判断发动机3处于冷启动工况时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全闭合状态,避免氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅲ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号8和负荷信号9判断发动机3处于中低转速和负荷工况时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全开启状态的1/4,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅳ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号8和负荷信号9判断发动机3处于中高转速和负荷工况时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全开启状态的1/2,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅴ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号8和负荷信号9判断发动机3处于高转速和负荷工况时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全开启状态,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管。
本发明可以获得如下有益效果:
为了降低传统发动机尾气有害排放的目的,通过电子控制单元采集发动机转速和负荷条件,判断发动机的所处工况,在进气中混入氢气,可以改善发动机的缸内燃烧,减少燃油消耗,降低尾气中HC和CO的排放。然而混氢发动机的NOx生成量比较高,因此,在满足催化剂的起燃温度前提下,根据发动机所处的不通工况条件下,在发动机排气中引入不同比例的氢气,可以有效降低尾气中NOx的排放。此***通过进气和排气混氢,逐步的实现了降低发动机有害排放的目的。
附图说明
图1本发明的结构和工作原理图。
图中1.氢气存储装置2.进气混氢喷嘴3.发动机4.排气混氢喷嘴5.排气温度传感器6.催化反应器7.电子控制单元8.发动机转速信号9.发动机负荷信号10.排气温度信号.
具体实施方式
下面结合图1说明本实施方式。
一种降低发动机有害排放的装置及方法,主要包括:氢气存储装置1、进气混氢喷嘴2、发动机3、排气混氢喷嘴4、排气温度传感器5、催化反应器6、电子控制单元7。
其中发动机3的排气管和回收发动机尾气余热并进行催化的催化反应器6相连;与氢气存储装置1相连的进气混氢喷嘴2和排气混氢喷嘴4分别将氢气喷入发动机的进气管和排气管;电子控制单元7的输入端通过排气温度传感器5采集排气管内尾气的温度,并同时接收发动机3的转速信号8和负荷信号9;电子控制单元7的输出端分别连接到控制进气混氢量的进气混氢喷嘴2和控制排气混氢量的排气混氢喷嘴4的控制端。
本发明所述的方法采用了如下技术方案:首先发动机的电子控制单元7通过采集发动机转速信号8和负荷信号9判断发动机3的工况,调节控制进气混氢喷嘴2将氢气存储装置1中的氢气喷入发动机进气管中,从而实现发动机进气混氢;同时电子控制单元7通过采集发动机转速信号8、负荷信号9和排气温度传感器5判断发动机3的工况和排气温度,调节控制排气混氢喷嘴4将氢气存储装置1中的氢气喷入发动机排气管中,从而实现发动机排气混氢,最终发动机3尾气经过催化反应器6排出。
对于不同的发动机工况,采用不同的进气混氢控制策略,其控制方法如下:
Ⅰ)当电子控制单元7采集到转速信号8和负荷信号9,判断发动机3处于冷启动工况时,发动机需要浓燃混合气才能保证快速启动,但此时缸内浓燃混合气燃烧产生的排放也比较严重。因此,用氢气替代汽油实现发动机的冷启动可以显著降低发动机有害排放。此时,电子控制单元7调节进气混氢喷嘴2至完全开启状态,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的进气管,实现发动机纯氢气冷启动;
Ⅱ)当电子控制单元7采集到转速信号8和负荷信号9,判断发动机3处于中低转速和负荷工况时,应在进气中混入较高比例的氢气。氢气由于具有良好的理化特性,可以优化缸内燃烧,减少燃油消耗,并且降低有害排放。此时,电子控制单元7调节进气混氢喷嘴2至完全开启状态的1/2,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的进气管,实现发动机混氢运行;
Ⅲ)当电子控制单元7采集到转速信号8和负荷信号9,判断发动机3处于中高转速和负荷工况时,应在进气中混入较低比例的氢气。进气中引入氢气可以优化缸内燃烧,减少有害排放,但是为了保证发动机较高的动力需求,进气中混氢比例不能过大。此时,电子控制单元7调节进气混氢喷嘴2至完全开启状态的1/4,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的进气管,实现发动机混氢运行;
Ⅳ)当电子控制单元7采集到转速信号8和负荷信号9,判断发动机3处于高转速和负荷工况时,应避免氢气进入发动机的进气中。高转速和负荷工况要求的发动机对于动力需求最高,此时,电子控制单元7调节进气混氢喷嘴2至完全闭合状态,避免氢气存储装置1中的氢气进入发动机的进气管,实现发动机纯燃油运行。
由于发动机进气中混入了氢气,使得尾气中的HC和CO排放降低,但是NOx的排放有所升高。因此,对于不同的发动机工况和排气温度条件,采用不同的排气混氢控制策略,以降低尾气中的NOx,其控制方法如下:
Ⅰ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度低于250℃时,催化反应器6中的催化剂还未达到起燃温度。催化剂还不能有效降低尾气中的NOx,此时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全闭合状态,避免氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅱ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号8和负荷信号9判断发动机3处于冷启动工况时,催化反应器6中的催化剂仍然未达到正常的工作温度。此时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全闭合状态,避免氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅲ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号8和负荷信号9判断发动机3处于中低转速和负荷工况时,尾气中的NOx排放还比较少,发动机排气中引入少量的氢气就可以减少NOx排放。此时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全开启状态的1/4,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅳ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号8和负荷信号9判断发动机3处于中高转速和负荷工况时,尾气中的NOx排放比较高,发动机排气中引入适度的氢气就可以减少NOx排放。此时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全开启状态的1/2,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅴ)当电子控制单元7通过排气温度传感器5检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号8和负荷信号9判断发动机3处于高转速和负荷工况时,发动机由于较高的缸内燃烧温度,尾气中NOx的产量最多。此时,发动机排气中引入大量的氢气才能减少NOx排放。此时,电子控制单元7调节排气混氢喷嘴4至完全开启状态,使氢气存储装置1中的氢气进入发动机的排气管。
Claims (4)
1.一种降低发动机有害排放的装置,其特征在于:其包括:氢气存储装置(1)、进气混氢喷嘴(2)、发动机(3)、排气混氢喷嘴(4)、排气温度传感器(5)、催化反应器(6)、电子控制单元(7)。其中发动机(3)的排气管和回收发动机尾气余热并进行催化的催化反应器(6)相连;与氢气存储装置(1)相连的进气混氢喷嘴(2)和排气混氢喷嘴(4)分别将氢气喷入发动机的进气管和排气管;电子控制单元(7)的输入端通过排气温度传感器(5)采集排气管内尾气的温度,并同时接收发动机(3)的转速信号(8)和负荷信号(9);电子控制单元(7)的输出端分别连接到控制进气混氢量的进气混氢喷嘴(2)和控制排气混氢量的排气混氢喷嘴(4)的控制端。
2.权利要求1所述的一种降低发动机有害排放的装置的控制方法:首先发动机的电子控制单元(7)通过采集发动机转速信号(8)和负荷信号(9)判断发动机(3)的工况,调节控制进气混氢喷嘴(2)将氢气存储装置(1)中的氢气喷入发动机进气管中,从而实现发动机进气混氢;同时电子控制单元(7)通过采集发动机转速信号(8)、负荷信号(9)和排气温度传感器(5)判断发动机(3)的工况和排气温度,调节控制排气混氢喷嘴(4)将氢气存储装置(1)中的氢气喷入发动机排气管中,从而实现发动机排气混氢,最终发动机(3)尾气经过催化反应器(6)排出。
3.根据权利要求2所述的控制方法,对于不同的发动机工况,采用不同的进气混氢控制策略,其特征在于:
Ⅰ)当电子控制单元(7)采集到转速信号(8)和负荷信号(9),判断发动机(3)处于冷启动工况时,电子控制单元(7)调节进气混氢喷嘴(2)至完全开启状态,使氢气存储装置(1)中的氢气进入发动机的进气管;
Ⅱ)当电子控制单元(7)采集到转速信号(8)和负荷信号(9),判断发动机(3)处于中低转速和负荷工况时,电子控制单元(7)调节进气混氢喷嘴(2)至完全开启状态的1/2,使氢气存储装置(1)中的氢气进入发动机的进气管;
Ⅲ)当电子控制单元(7)采集到转速信号(8)和负荷信号(9),判断发动机(3)处于中高转速和负荷工况时,电子控制单元(7)调节进气混氢喷嘴(2)至完全开启状态的1/4,使氢气存储装置(1)中的氢气进入发动机的进气管;
Ⅳ)当电子控制单元(7)采集到转速信号(8)和负荷信号(9),判断发动机(3)处于高转速和负荷工况时,电子控制单元(7)调节进气混氢喷嘴(2)至完全闭合状态,避免氢气存储装置(1)中的氢气进入发动机的进气管。
4.根据权利要求3所述的控制方法,对于不同的发动机工况和排气温度条件,采用不同的排气混氢控制策略,其特征在于:具体控制方法如下:
Ⅰ)当电子控制单元(7)通过排气温度传感器(5)检测到排气温度低于250℃时,电子控制单元(7)调节排气混氢喷嘴(4)至完全闭合状态,避免氢气存储装置(1)中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅱ)当电子控制单元(7)通过排气温度传感器(5)检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号(8)和负荷信号(9)判断发动机(3)处于冷启动工况时,电子控制单元(7)调节排气混氢喷嘴(4)至完全闭合状态,避免氢气存储装置(1)中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅲ)当电子控制单元(7)通过排气温度传感器(5)检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号(8)和负荷信号(9)判断发动机(3)处于中低转速和负荷工况时,电子控制单元(7)调节排气混氢喷嘴(4)至完全开启状态的1/4,使氢气存储装置(1)中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅳ)当电子控制单元(7)通过排气温度传感器(5)检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号(8)和负荷信号(9)判断发动机(3)处于中高转速和负荷工况时,电子控制单元(7)调节排气混氢喷嘴(4)至完全开启状态的1/2,使氢气存储装置(1)中的氢气进入发动机的排气管;
Ⅴ)当电子控制单元(7)通过排气温度传感器(5)检测到排气温度高于250℃,并通过转速信号(8)和负荷信号(9)判断发动机(3)处于高转速和负荷工况时,电子控制单元(7)调节排气混氢喷嘴(4)至完全开启状态,使氢气存储装置(1)中的氢气进入发动机的排气管。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130213 |