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CN113062810A - 小排量柴油机污染物的控制方法 - Google Patents

小排量柴油机污染物的控制方法 Download PDF

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CN113062810A CN202110490287.0A CN202110490287A CN113062810A CN 113062810 A CN113062810 A CN 113062810A CN 202110490287 A CN202110490287 A CN 202110490287A CN 113062810 A CN113062810 A CN 113062810A
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余磊
韩山荣
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Abstract

本发明公开小排量柴油机污染物的控制方法，在选择性催化还原器上安装温度传感器，在发动机的进气歧管上安装进气节流阀以及压力传感器；将选择性催化还原器测量入口的废气温度值与最低温度阀值、最高温度阀值进行判别，当废气温度值小于或等于最低温度阈值，发动机进入加热工况；当废气温度值大于最高温度阈值，发动机进入正常模式工况；进入加热工况时，将压力传感器测得的进气歧管压力与设定压力值进行对比，当进气歧管的压力大于设定压力值，进气节流阀进行节流控制。本发明的有益效果：无需使用EGR，节省大量器件，避免了流量计散差大的问题，整个控制方法能够使选择性催化还原器处于最佳反应温度，有效的降低NOx污染物排放。

Description

小排量柴油机污染物的控制方法
技术领域
本发明涉及一种柴油机污染物控制方法，具体是一种国六柴油机非EGR路线的氮氧化合物(NOx)控制方法。
背景技术
柴油发动机工作时，燃烧室的燃烧会排出大量的一氧化碳(CO)、不完全燃烧产物、碳氢化合物(HC)、未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化产物、氮氧化合物(NOx)：在燃烧过程中和排入大气后造成的氮的各种氧化物(NO、NO2为主)的总称、颗粒排放物(PM)：主要是碳烟、未燃燃油和润滑油液态颗粒，以及其他碳氢化合物、硫化物和含金属的灰分等，这些污染物会严重影响环境和人们的身体健康。
CO和HC会被氧化催化器(DOC)氧化还原反应，目前DOC技术可以完全氧化CO和HC,至于PM，会被颗粒捕集器(DPF)完全捕集，NOx污染物则在选择性催化还原器(SCR)内部与尿素进行催化还原反应，但是选择性催化还原器(SCR)在产生催化还原反应时需要合适的工作温度，最佳反应温度在250℃-450℃，只有通过有效的热管理才能获得较高的转化效率,4L以上的机器废气流量大，发动机排温高，从增压器尾管到选择性催化还原器(SCR)的温降小，可以满足高转化效率的要求，针对4L以下小发动机不增加进气节流阀很难将排气温度提高，无法有效的降低NOx污染物排放。
目前国六主流技术路线是废气再循环装置(EGR)+进气节流阀+DOC+DPF+SCR控制技术，通过EGR控制发动机氮氧化合物(NOx)，通过降低发动机裸排排放，再辅以选择性催化还原器(SCR)使尾排NOx控制在国六限值以内，但是废气再循环装置(EGR)+进气节流阀+DOC+DPF+SCR配置较多，不仅如此，由于采用了EGR系统，需要另外安装进气流量计控制EGR阀，此外，EGR系统除了EGR阀，还需安装EGR冷却器，因为EGR冷却器需要发动机贡献一部分冷却水和冷却废气，所以提升了对水泵供水流量的能力要求。
如申请号：202010957589.X，一种船用柴油机EGR冷却水系统，其特征在于：所述EGR冷却水系统包括冷却水回水管、冷却水进水管、扫气空气空冷器、EGR空冷器、扫气空气空冷器回水控制阀、二动态流量控制阀、扫气空气空冷器进水控制阀、EGR空冷器回水控制阀和EGR空冷器进水控制阀；所述冷却水进水管为冷却水进水输送管路，所述冷却水回水管为冷却水回水输送管路，所述动态流量控制阀为冷却水流量动态控制部件，所述扫气空气空冷器为扫气空气冷却部件，通过所述扫气空气空冷器进水控制阀与所述冷却水进水管相连，同时依次通过所述动态流量控制阀和扫气空气空冷器回水控制阀与所述冷却水回水管相连，所述EGR空冷器为EGR系统空气冷却部件，通过所述EGR空冷器进水控制阀与所述冷却水进水管相连，同时依次通过另一动态流量控制阀和EGR空冷器回水控制阀与所述冷却水回水管相连；运行时冷却水进入所述船用柴油机EGR冷却水系统，分别对扫气空气和再循环废气进行冷却，两个所述动态流量控制阀分别对经过热交换后的冷却水回水流量进行动态控制，达到所述扫气空气空冷器与EGR空冷器的冷却水流量平衡，保证空冷器的换热效率和柴油机的稳定运行。
另外，主流路线EGR阀的控制需要进气流量计控制，目前国六进气流量计无论是热模式和压差式流量计散差大的问题无可避免，热模式流量计受进气系统散差影响较大，进气系统管路走向、管径、空滤背压都会影响热模式流量计测量精度，压差式流量计由于本身工作原理受文丘里管的口径变化影响，进气流量计的精度漂移会导致EGR阀开度异常，从而影响整体EGR率和氮氧化合物(NOx)的控制。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中通过EGR控制发动机氮氧化合物排放，存在流量计散差大的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
小排量柴油机污染物的控制方法，在选择性催化还原器上安装温度传感器，在发动机的进气歧管上安装进气节流阀以及用于测量进气压力的压力传感器；
发动机的模式包括快速加热工况和正常模式工况，在发动机控制单元内储存最低温度阀值、最高温度阀值；发动机控制单元内储存设定压力值；
将选择性催化还原器测量入口的废气温度值与最低温度阀值、最高温度阀值进行判别，当废气温度值小于或等于最低温度阈值，发动机进入加热工况；当废气温度值大于最高温度阈值，发动机进入正常模式工况；
进入加热工况时，将压力传感器测得的进气歧管压力与设定压力值进行对比，当进气歧管的压力大于设定压力值，发动机控制单元驱动进气节流阀进行节流控制；当进气歧管的压力小于或等于设定压力值，则进气节流阀不开启，继续进行进气歧管压力与设定压力值进行对比的步骤。
本发明安装进气节流阀，通过测量废气的温度，根据废气温度判定发动机是否进入快速加热工况，能够通过调节进气节流阀的开度，解决小排量柴油机的废气温度低，很难达到选择性催化还原器的合适温度的问题；本发明无需使用EGR，节省大量EGR所需的器件，且避免了流量计散差大的问题，整个控制方法能够使选择性催化还原器处于最佳反应温度，有效的降低NOx污染物排放。
优选的，还包括排气歧管、废气涡轮增压器、氧化催化器、颗粒捕集器，所述排气歧管连接发动机缸体的排气口，所述废气涡轮增压器连接所述排气歧管，所述氧化催化器、颗粒捕集器、选择性催化还原器依次连接在所述废气涡轮增压器的出气端。
优选的，所述压力传感器安装在所述进气歧管的上端，并位于所述进气节流阀的后端。
本发明无需对现有的柴油机系统进行大的改动，仅需增加温度传感器、压力传感器以及对发动机控制单元进行设置即可，安装方便、使用方便。
优选的，所述发动机还包括燃油喷射系统，所述燃油喷射系统与所述发动机缸体连接，通过推迟喷油正时、降低燃油喷射压力来控制柴油机裸排污染物的NOx含量。
本发明在进行温度控制之前，可以先通过内部燃油喷射系统控制发动机裸排排放，具体措施在于，推迟喷油正时和降低燃油喷射压力等手段先降低一部分柴油机裸排污染物的NOx含量，再通过对选择性催化还原器在合适的催化还原温度进行工作，进一步降低，二者结合，能够更多的降低污染物的排放量，使用效果更佳。
优选的，进入加热工况时，当进气歧管的压力大于设定压力值，发动机控制单元控制进气节流阀的开度来进行进气节流，当前进入发动机气缸的进气量减小，发动机排温升高，废气温度随着废气流量流入，提升了选择性催化还原器内部的工作温度。
优选的，所述最低温度阀值为250-300℃。
优选的，所述最高温度阀值为300-400℃。
优选的，所述设定压力值为1000-1500hpa。
本发明的优点在于：
(1)本发明安装进气节流阀，通过测量废气的温度，根据废气温度判定发动机是否进入快速加热工况，能够通过调节进气节流阀的开度，解决小排量柴油机的废气温度低，很难达到选择性催化还原器的合适温度的问题；本发明无需使用EGR，节省大量EGR所需的器件，且避免了流量计散差大的问题，整个控制方法能够使选择性催化还原器处于最佳反应温度，有效的降低NOx污染物排放；
(2)本发明在进行温度控制之前，可以先通过内部燃油喷射系统控制发动机裸排排放，具体措施在于，推迟喷油正时和降低燃油喷射压力等手段先降低一部分柴油机裸排污染物的NOx含量，再通过对选择性催化还原器在合适的催化还原温度进行工作，进一步降低，二者结合，能够更多的降低污染物的排放量，使用效果更佳。
附图说明
图1是本发明实施例小排量柴油机污染物的控制方法的中各元器件的连接示意图；
图2是本发明实施例小排量柴油机污染物的控制方法的工作流程图；
图3是发动机的结构示意图；
图4是氧化催化器、颗粒捕集器与选择性催化还原器与废气涡轮增压器出气端连接示意图；
图中标号：
发动机控制单元100、进气节流阀200、发动机300、进气歧管301、排气歧管302、废气涡轮增压器400、氧化催化器500、颗粒捕集器600、选择性催化还原器700、；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，小排量柴油机污染物的控制方法，涉及的元器件包括发动机控制单元100、进气节流阀200、发动机300、废气涡轮增压器400、氧化催化器500、颗粒捕集器600、选择性催化还原器700；通过在进气节流阀200上安装压力传感器201，测量进气节流阀200的进气压力，在选择性催化还原器700上安装温度传感器701，测量废气的温度，通过废气的温度调节进气节流阀200的开度，使选择性催化还原器700在合适的温度内工作。
更具体的是：发动机300包括进气歧管301、排气歧管302，进气歧管301连接发动机缸体的进气口，所述排气歧管302连接发动机缸体的排气口；在发动机300的进气歧管301上安装进气节流阀200以及用于测量进气压力的压力传感器201，压力传感器201安装在进气歧管301上端和进气节流阀200后端位置。
所述废气涡轮增压器400连接所述排气歧管302，所述氧化催化器500、颗粒捕集器600、选择性催化还原器700依次连接在所述废气涡轮增压器400的出气端下游，在选择性催化还原器700上安装温度传感器701。
其中，发动机300的模式包括快速加热工况和正常模式工况，在发动机控制单元100内储存最低温度阀值T2、最高温度阀值T3；发动机控制单元100内储存设定压力值P2；
如图2所示，在发动机300起启动后，开始RO步骤，完成RO步骤后，进入R01步骤进行判定，如果当前废气温度T1小于或等于最低温度阀值T2，则进入快速加热工况R10，如果废气温度T1大于最高温度阀值T2，则进入R02步骤，在R02步骤后进入R03步骤进行快速加热工况退出判定，如果当前废气温度T1高于快速加热工况T3时，则进入正常工作模式R20,否则进行快速加热工况R10，进行下一步判定。
进入R10时，继续R11步骤判定当前是否需要进行进气节流，当进行到R12步骤时，当前进气歧管压力P1与发动机控制单元100设定的设定压力值P2进行判定，如果当前进气歧管的压力P1大于设定压力值P2，发动机控制单元100驱动进气节流阀200进行节流控制，进入R13步骤，R13继续重复R01步骤进行工况选择判定，如果小于或等于，则进气节流阀200不开启，继续进行R11步骤判定。
需要特别指出是，正常工作模式是不进行进气节流。
本实施例中，所述最低温度阀值为250-300℃。所述最高温度阀值为300-400℃。所述设定压力值为1000-1500hpa。
如，设定最低温度阀值T2为300℃、最高温度阀值T3为350℃，设定压力值P2为1500hpa；
当前废气温度为T1为250℃，则进入快速加热工况R10，继续R11步骤判定当前是否需要进行进气节流，当进行到R12步骤时，当前进气歧管压力P1为1600hpa，大于设定压力值P2，则开启进气节流阀200，进入发动机气缸的进气量减小，发动机排温升高，废气温度随着废气流量流入，提升了选择性催化还原器内部的工作温度；升高至T1＝340℃，进入R02步骤，在R02步骤后进入R03步骤进行快速加热工况退出判定，T1小于T3设定的350℃，则进入R10时，继续R11步骤判定当前是否需要进行进气节流，当进行到R12步骤时，若此时进气歧管压力P1为1000hpa，小于设定压力值P2，则无需开启进气节流阀200。
本实施例通过安装进气节流阀200，通过测量废气的温度，根据废气温度判定发动机是否进入快速加热工况，能够通过调节进气节流阀200的开度，解决小排量柴油机的废气温度低，很难达到选择性催化还原器的合适温度的问题；本实施例无需使用EGR，节省大量EGR所需的器件，且避免了流量计散差大的问题，整个控制方法能够使选择性催化还原器处于最佳反应温度，有效的降低NOx污染物排放。
且本实施例无需对现有的柴油机系统进行大的改动，仅需增加温度传感器、压力传感器以及对发动机控制单元进行设置即可，安装方便、使用方便。
实施例二：
本实施例在上述实施例一的基础上，所述发动机300还包括燃油喷射系统800，所述燃油喷射系统800与所述发动机缸体连接，通过推迟喷油正时、降低燃油喷射压力来控制柴油机裸排污染物的NOx含量。
本实施例在进行实施例一的控制方式之前，可以先通过内部燃油喷射系统800控制发动机裸排排放，具体措施在于，推迟喷油正时和降低燃油喷射压力等手段先降低一部分柴油机裸排污染物的NOx含量，再通过对选择性催化还原器在合适的催化还原温度进行工作(上述实施例一的控制手段)，进一步降低，二者结合，能够更多的降低污染物的排放量，使用效果更佳。
推迟喷油正时、降低燃油喷射压力等手段可采用现有技术中的具体操作。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.小排量柴油机污染物的控制方法，其特征在于，在选择性催化还原器上安装温度传感器，在发动机的进气歧管上安装进气节流阀以及用于测量进气压力的压力传感器；
发动机的模式包括快速加热工况和正常模式工况，在发动机控制单元内储存最低温度阀值、最高温度阀值；发动机控制单元内储存设定压力值；
将选择性催化还原器测量入口的废气温度值与最低温度阀值、最高温度阀值进行判别，当废气温度值小于或等于最低温度阈值，发动机进入加热工况；当废气温度值大于最高温度阈值，发动机进入正常模式工况；
进入加热工况时，将压力传感器测得的进气歧管压力与设定压力值进行对比，当进气歧管的压力大于设定压力值，发动机控制单元驱动进气节流阀进行节流控制；当进气歧管的压力小于或等于设定压力值，则进气节流阀不开启，继续进行进气歧管压力与设定压力值进行对比的步骤；
进入加热工况时，当进气歧管的压力大于设定压力值，发动机控制单元控制进气节流阀的开度来进行进气节流，当前进入发动机气缸的进气量减小，发动机排温升高，废气温度随着废气流量流入，提升了选择性催化还原器内部的工作温度。
2.根据权利要求1所述的小排量柴油机污染物的控制方法，其特征在于，所述发动机还包括排气歧管、废气涡轮增压器、氧化催化器、颗粒捕集器，所述排气歧管连接发动机缸体的排气口，所述废气涡轮增压器连接所述排气歧管，所述氧化催化器、颗粒捕集器、选择性催化还原器依次连接在所述废气涡轮增压器的出气端。
3.根据权利要求1所述的小排量柴油机污染物的控制方法，其特征在于，所述压力传感器安装在所述进气歧管的上端，并位于所述进气节流阀的后端。
4.根据权利要求1所述的小排量柴油机污染物的控制方法，其特征在于，所述发动机还包括燃油喷射系统，所述燃油喷射系统与所述发动机缸体连接，通过推迟喷油正时、降低燃油喷射压力来减低柴油机裸排污染物的NOx含量。
5.根据权利要求1所述的小排量柴油机污染物的控制方法，其特征在于，所述最低温度阀值为250-300℃。
6.根据权利要求1所述的小排量柴油机污染物的控制方法，其特征在于，所述最高温度阀值为300-400℃。
7.根据权利要求1所述的小排量柴油机污染物的控制方法，其特征在于，所述设定压力值为1000-1500hpa。
8.根据权利要求1所述的小排量柴油机污染物的控制方法，其特征在于，设定最低温度阀值为300℃、最高温度阀值为350℃，设定压力值为1500hpa；
若废气温度为为250℃，则进入快速加热工况，继续判定当前是否需要进行进气节流，若当前进气歧管压力为1600hpa，大于设定压力值，则开启进气节流阀，进入发动机气缸的进气量减小，发动机排温升高，废气温度随着废气流量流入，提升了选择性催化还原器内部的工作温度；
若废气温度升高至340℃，进行快速加热工况退出判定，由于小于最高温度阀值，则继续判定当前是否需要进行进气节流，若此时进气歧管压力为1000hpa，小于设定压力值，则无需开启进气节流阀。
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