一种先进的天然气发动机燃烧排放控制系统的制作方法

本发明涉及发动机后处理技术领域，更具体地说，它涉及一种先进的天然气发动机燃烧排放控制系统。

背景技术：

为满足重型商用车及发动机国六排放法规(gb17691-2018)要求(排放限值要求nox控制≤0.46g/kwh，ch4≤0.5g/kwh，nmhc≤0.16g/kwh，nh3≤10ppm)，目前天然气发动机普遍采用当量+egr+twc+asc的燃烧技术路线。首先发动机通过机内控制技术如发动机本体设计、燃烧优化和外部冷却egr策略将原排nox、nmhc、ch4和co控制到一定水平，然后再结合机外净化的方式(twc+asc)将发动机总体排放控制在国6排放法规限值之内。

当前的技术方案三元催化器(twc)对空燃比控制精度要求较高(如图1所示)：nox与co和ch4的最高效转化窗口存在一定的差异，排气浓度偏稀或偏浓都无法使nox、co和ch4的转化效率同时达到最高，使用当前方案受空燃比窗口的限制，较难以实现超低排放控制，导致发动机整体排放相对国六排放限值裕度不大，满足下一阶段排放法规存在很大技术挑战，特别是催化器的耐久性难以得到保证。三元催化器(三元-twc)采用了三种贵金属元素，后处理中nox排放的控制主要依赖价格昂贵的贵金属铑，受贵金属价格波动影响大，催化器成本难以把控。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种可以降低催化器成本的先进的天然气发动机燃烧排放控制系统。

本发明的技术方案是：一种先进的天然气发动机燃烧排放控制系统，包括发动机，所述发动机的排气管依次连接有涡轮增压器、二元twc催化器、空气引射机构、goc催化器、scr催化器、asc催化器，所述二元twc催化器的输入端设有第一氧传感器，所述二元twc催化器的输出端设有第二氧传感器，所述scr催化器的输入端设有第三氧传感器，所述scr催化器的输出端设有nox传感器，所述空气引射机构包括壳体，所述壳体内设有文丘里管，所述文丘里管的输入口穿过所述壳体的一端并连接所述排气管，所述壳体的另一端连接所述排气管，所述壳体设有与所述文丘里管的输出口位置对应的补气管，所述补气管通过三通接头分别连接有第一分管、第二分管，所述第一分管连通大气环境，所述第一分管上设有第一控制阀，所述第二分管连接压缩空气源或所述涡轮增压器，所述第二分管上设有第二控制阀，所述发动机的ecu分别电性连接所述第一氧传感器、第二氧传感器、第三氧传感器、nox传感器、第一控制阀、第二控制阀。

作为进一步地改进，所述二元twc催化器只采用了pt和pd两种贵金属。

进一步地，所述补气管的输入口设有空气过滤器。

进一步地，所述补气管上设有单向阀。

进一步地，所述压缩空气源为增压泵或压缩气罐。

有益效果

本发明与现有技术相比，具有的优点为：

1.本发明的二元twc催化器预处理nox、co和hc排放，降低了对发动机空燃比控制精度的要求，增加尾气的氧浓度后通过goc催化器进一步处理co和hc排放，以及通过scr催化器进一步处理nox排放，使nox、co和hc排放达到法规限值，实现天然气发动机超低排放，发动机的空燃比控制可根据尾气排放中的nox、hc和co水平进行合理调控，控制窗口更宽，控制更加灵活。

2.本发明的二元twc催化器只使用了两种贵金属元素：pt和pd，减少了对贵金属铑元素的依赖和贵金属价格波动的影响，降低了催化器成本。

3.本发明的第一分管连通大气环境，第二分管连接压缩空气源或涡轮增压后的气源，当第一分管从大气环境中吸取空气不足以满足氧浓度需求时，通过压缩空气源或涡轮增压器来增加氧浓度，可以保证天然气发动机超低排放及系统工作的稳定性。

附图说明

图1为twc后处理反应原理图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中空气引射机构的结构示意图。

其中：1-发动机、2-排气管、3-涡轮增压器、4-二元twc催化器、5-空气引射机构、6-goc催化器、7-scr催化器、8-asc催化器、9-第一氧传感器、10-第二氧传感器、11-第三氧传感器、12-nox传感器、13-文丘里管、14-补气管、15-第一分管、16-第二分管、17-第一控制阀、18-压缩空气源、19-第二控制阀、20-空气过滤器、21-单向阀。

具体实施方式

下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。

参阅图2、3，一种先进的天然气发动机燃烧排放控制系统，包括发动机1，发动机1的排气管2依次连接有涡轮增压器3、二元twc催化器4、空气引射机构5、goc催化器6、scr催化器7、asc催化器8。二元twc催化器4的输入端设有第一氧传感器9，二元twc催化器4的输出端设有第二氧传感器10，scr催化器7的输入端设有第三氧传感器11，scr催化器7的输出端设有nox传感器12，空气引射机构5包括文丘里管13，文丘里管13的出口侧设有补气管14，补气管14通过三通接头分别连接有第一分管15、第二分管16，第一分管15连通大气环境，第一分管15上设有第一控制阀17，第二分管16连接压缩空气源18或涡轮增压器3，第二分管16上设有第二控制阀19，发动机1的ecu分别电性连接第一氧传感器9、第二氧传感器10、第三氧传感器11、nox传感器12、第一控制阀17、第二控制阀19。当第一分管从大气环境中吸取空气不足以满足氧浓度需求时，通过压缩空气源或涡轮增压器来增加氧浓度，可以保证天然气发动机超低排放及系统工作的稳定性。

发动机1可以是有egr发动机，也可以是无egr发动机，尾气经二元twc催化器4进行高效氧化还原处理后，将co和hc排放控制至较低水平，再经过goc催化器6结合文丘里空气引射技术将co和hc排放控制至超低水平；从goc催化器6中出来的尾气中剩余的污染物成分主要为nox，尾气接着进入scr催化器7中进行反应，scr催化器7中的nh3由尿素溶液中的nh2conh2加h2o后在高温下分解产生，反应方程式如下：

nh2conh2+h2o->2nh3+co2；

还原剂nh3和nox进行高效反应，将nox还原成n2和h2o，其中goc中产生的no2有利于提升scr的转化效率，scr中的反应方程式为：

no+no2+2nh3->2n2+3h2o；

4no+o2+4nh3->4n2+6h2o；

2no2+o2+4nh3->3n2+6h2o；

尾气继续经过asc，scr中未参与反应的nh3与o2反应，将nh3排放净化至较低水平。

二元twc催化器4只采用了pt和pd两种贵金属，减少了对贵金属铑元素的依赖和贵金属价格波动的影响，降低了催化器成本。

补气管14的输入口设有空气过滤器20，可以提高空气的洁净度。补气管14上设有单向阀21。

压缩空气源18为增压泵或压缩气罐。

本发明的二元twc催化器预处理nox、co和hc排放，降低了对发动机空燃比控制精度的要求，增加尾气的氧浓度后通过goc催化器进一步处理co和hc排放，以及通过scr催化器进一步处理nox排放，使nox、co和hc排放达到法规限值，实现天然气发动机超低排放，发动机的空燃比控制可根据尾气排放中的nox、hc和co水平进行合理调控，控制窗口更宽，控制更加灵活。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。