专利名称：一种发动机的排放控制系统及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机污染物的排放控制系统，尤其涉及一种发动机的排放控制系统及其使用方法，具体适用于通过醇燃料以抑制NOx的产生，并降低PM的排放。
背景技术：
随着社会进步，发动机的应用规模迅速扩大，其排放的污染物对环境和人体造成的危害已被公认。为了环境安全，为了保护人类赖以生存的空间，发动机的排放控制技术得以发展。现有技术主要可分为以废气再循环为主的EGR路线和以选择性催化还原为主的SCR路线。但这两种路线存在以下问题 (I)EGR路线通过提高EGR率可降低氮氧化物NOx的排放，但会影响燃料的燃烧质量，使得颗粒PM排放和油耗恶化；
为解决PM排放需要引入具有氧化性属性的后处理装置，如颗粒捕集器等，这类后处理装置对燃料的硫含量提出了苛刻的要求，要求使用低硫柴油；
为解决油耗恶化问题，不得不限制EGR率，NOx降低的幅度受到限制。(2) SCR路线通过向发动机排气管中注入还原剂，如尿素等，在催化剂的催化作用下，将NOx还原为无害的氮气和水。该路线需要引入还原剂加注装置、催化装置及NOx传感器等测试装置，不但造成发动机成本大幅升高，发动机系统的可靠性也受到重要影响，同时对还原剂加注设施的建设与普及提出要求，要求普及还原剂加注站。中国专利专利号为ZL031405118的发明专利公开了一种贫燃型车用发动机排气催化净化方法，该方法包括如下步骤首先向排气管中喷入甲醇或乙醇，使之与发动机排气充分均匀混合；然后，让混合气体依次通过装载负载型过渡金属氧化物催化剂的前级催化反应床和装载负载型贵金属催化剂的后级催化反应床，实现N0x、HC和CO的高效净化，最终排出达标气体。虽然该发明能提高NOx的转化率，但其仍旧具有以下缺陷
首先，该发明采用的是普通发动机，其燃料为汽油或柴油，不仅不能从气缸内就降低PM与NOx的生成，而且无法生成用以还原NOx的HC，降低了 NOx的转化率；同时，该发明只着眼于NOx的转化，而忽视了 PM的降低；
其次，该发明中的排气在进入装载负载型过渡金属氧化物催化剂的前级催化反应床时，注入的醇类没有分解为HC和CO，只能直接采用醇类对NOx进行还原，其还原效果比HC要差很多，再次降低了 NOx的转化率；
再次，该发明需要在现有技术的基础上增设醇喷射系统，不但造成发动机改造成本大幅升高，而且导致发动机系统的可靠性也受到重要影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的NOx的转化率较低、PM的降低程度较弱、可靠性较低的缺陷与问题，提供一种NOx的转化率较高、PM的降低程度较强、可靠性较高的发动机的排放控制系统及其使用方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是一种发动机的排放控制系统，包括发动机、还原性催化器与氧化性催化器，所述发动机通过排气管与还原性催化器的一端相连接，还原性催化器的另一端通过氧化性催化器与外放口相连接，所述发动机与车用ECU信号连接；
所述发动机为醇燃料发动机，所述车用ECU包括用以控制醇燃料喷射的醇ECU ;所述醇燃料发动机与醇ECU信号连接。所述还原性催化器包括选择性催化还原催化器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、氨气后氧化催化器ΑΜ0Χ、颗粒氧化催化器POC或带催化涂层的颗粒捕集器CDPF。所述醇燃料发动机包括纯烧醇燃料的发动机，掺烧醇燃料的发动机，或采用废 气再循环的以醇燃料作为部分或全部燃料的发动机。所述还原性催化器和氧化性催化器的设置方式包括两种，分别为还原性催化器、氧化性催化器封装为一体；或还原性催化器、氧化性催化器单独封装。一种上述发动机的排放控制系统的使用方法，所述使用方法依次包括以下步骤 第一步先由醇ECU输出醇喷嘴驱动信号以向醇燃料发动机中注入醇燃料，再由注入
的醇燃料在醇燃料发动机中燃烧，燃烧时生成HC、C0与排气，然后，生成的HC、C0、排气与剩余的醇燃料一并进入排气管，在排气管中，剩余的醇燃料在排气中被氧化成HC和CO，随后，排气管中的HC、CO、排气一并进入还原性催化器；
第二步先由上述进入还原性催化器中的HC将排气中的NOx还原为无害的氮气和水，还原过程结束后，再由剩余的气体一并进入氧化性催化器；
第三步先由上述进入氧化性催化器中的CO以及剩余的HC被氧化为CO2和水，氧化过程结束后，最终剩余的气体从外放口排出，此时，所述发动机的排放控制系统的使用方法结束。所述第一步中醇E⑶以转速、负荷或单缸循环油量、发动机冷却液温度作为输入参数，再根据醇ECU内部的脉谱图以确定基本的醇燃料用量，然后根据拟实现的排放目标以确定最终的醇燃料用量，且最终的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量。所述第一步中在排气管中，剩余的醇燃料在排气中先被氧化为醛，醛再进一步被氧化为HC和CO。与现有技术相比，本发明的有益效果为
I、本发明一种发动机的排放控制系统及其使用方法中的发动机采用醇燃料发动机，该发动机以各种醇燃料为燃料，醇类属于含氧燃料，燃烧完全，发动机以该类燃料作为动力来源，不仅其排放的PM得以大幅降低，同时，醇燃料汽化潜热大，燃烧温度降低，对NOx的生成具有一定的抑制作用，再次，在气缸内的燃烧过程中，还能产生用以还原NOx的HC，提高NOx的转化率；此外，本发明不需增设醇喷射系统，利用醇燃料发动机自身的醇燃料燃烧功能即可满足需要，不仅降低了系统的改装成本，而且有效避免了系统可靠性的降低。因此，本发明不仅能降低ΡΜ、Ν0χ的生成，能提高NOx的转化率，而且能确保系统的可靠性，能降低系统的改造成本。2、本发明一种发动机的排放控制系统及其使用方法中通过醇ECU调节供给醇燃料发动机的醇量，不仅要满足醇燃料发动机的使用需要，而且要确保排气管中含有适量的醇燃料以生成HC、CO，如在醇ECU标定阶段，醇需求量脉谱稍高一些即可满足排气管内醇燃料的需要，高多少取决于拟实现的排放目标，由此可见，依赖醇ECU的精确操作，不仅能够满足发动机燃料的基本需要，而且能够在发动机、排气管中产生足够的HC以还原NOx，从而提高NOx的转化率,此外，相比较醇燃料还原NOx而言,利用HC还原NOx的效果更强,从而进一步提高本系统对NOx的转化率。因此，本发明对NOx的转化率较高。3、本发明一种发动机的排放控制系统及其使用方法中先依靠醇燃料发动机、排气管中的醇燃料产生HC、C0，再在还原性催化器中利用HC还原NOx，然后在氧化性催化器中将醇燃料生成的CO及过量的HC氧化消除，其整体工艺优点如下首先，在发动机、排气管中降低了 ΡΜ、Ν0χ的生成；其次，利用发动机、排气管中生成的HC在还原性催化器中还原NOx，而不是利用醇燃料，提高了 NOx的转化率；再次，在氧化性催化器中将剩余的CO以及剩余的HC氧化为CO2和水，进一步净化了气体，最后才从外放口排出。由此可见，本发明采用的整体工艺不仅从源头上降低ΡΜ、Ν0χ的生成，而且利用中间产物中的HC提高NOx的转化率，并 在氧化性催化器中确保中间产物的最终净化，步骤之间相互衔接，联系紧密，最终大大降低 了 PM、NOx的排放。因此，本发明不仅对NOx的转化率较高，而且对PM的降低程度较强。
图I是本发明的结构示意图。图中醇燃料发动机I、还原性催化器2、氧化性催化器3、排气管4、外放口 5、醇ECU6。
具体实施例方式以下结合
和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。参见图1，一种发动机的排放控制系统，包括发动机、还原性催化器2与氧化性催化器3，所述发动机通过排气管4与还原性催化器2的一端相连接，还原性催化器2的另一端通过氧化性催化器3与外放口 5相连接，所述发动机与车用E⑶信号连接；
所述发动机为醇燃料发动机I，所述车用ECU包括用以控制醇燃料喷射的醇ECU6 ;所述醇燃料发动机I与醇ECU6信号连接。 所述还原性催化器2包括选择性催化还原催化器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、氨气后氧化催化器ΑΜ0Χ、颗粒氧化催化器POC或带催化涂层的颗粒捕集器CDPF。所述醇燃料发动机I包括纯烧醇燃料的发动机，掺烧醇燃料的发动机，或采用废气再循环的以醇燃料作为部分或全部燃料的发动机。所述还原性催化器2和氧化性催化器3的设置方式包括两种，分别为还原性催化器2、氧化性催化器3封装为一体；或还原性催化器2、氧化性催化器3单独封装。一种上述发动机的排放控制系统的使用方法，所述使用方法依次包括以下步骤 第一步先由醇ECU6输出醇喷嘴驱动信号以向醇燃料发动机I中注入醇燃料，再由注
入的醇燃料在醇燃料发动机I中燃烧，燃烧时生成HC、C0与排气，然后，生成的HC、C0、排气与剩余的醇燃料一并进入排气管4，在排气管4中，剩余的醇燃料在排气中被氧化成HC和CO，随后，排气管4中的HC、CO、排气一并进入还原性催化器2 ；第二步先由上述进入还原性催化器2中的HC将排气中的NOx还原为无害的氮气和水，还原过程结束后，再由剩余的气体一并进入氧化性催化器3 ；
第三步先由上述进入氧化性催化器3中的CO以及剩余的HC被氧化为CO2和水，氧化过程结束后，最终剩余的气体从外放口 5排出，此时，所述发动机的排放控制系统的使用方
法结束。所述第一步中醇ECU6以转速、负荷或单缸循环油量、发动机冷却液温度作为输入参数，再根据醇ECU6内部的脉谱图以确定基本的醇燃料用量，然后根据拟实现的排放目标以确定最终的醇燃料用量，且最终的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量。所述第一步中在排气管4中，剩余的醇燃料在排气中先被氧化为醛，醛再进一步被氧化为HC和CO。本发明的原理说明如下
I、整体工艺以及HC还原NOx
本发明整体结构依次包括醇燃料发动机、排气管、还原性催化器、氧化性催化器。整体净化效果主要由两个净化步骤组成
其一，利用醇燃料发动机，在排气的产生之初，就降低PM、NOx的生成。醇燃料发动机采用醇燃料作为燃料，醇类属于含氧燃料，燃烧完全，发动机以该类燃料作为动力来源，其排放的PM得以大幅降低，同时，醇燃料汽化潜热大，燃烧温度降低，对NOx的生成具有一定的抑制作用,抑制效果可见下表
工况純.油情况下的 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分别代表C转速的100%负荷、75%负荷和50%负荷。其二，利用醇燃料产生的HC对NOx进行还原，该步骤的优点如下
A :相比较醇燃料还原NOx而言，直接利用HC对其还原的效果更好；
B :本发明中的HC由醇燃料在气缸、排气管中产生，不仅不需要增设专门的喷醇设备，而且HC生产过程中的主要伴随物是CO，没有其他有害物质，即使是CO，在后续氧化性催化器中，也会和剩余的HC —起被氧化为CO2和水，而不会被排放出去；
由此可见，本发明利用HC对NOx进行还原，完全实现了在不增加成本、有害物质的基础上，提高了 NOx的转化率，技术进步显著。2、醇E⑶对醇燃料发动机的调控
本发明中利用醇ECU对醇燃料发动机的醇量进行调整。其中，醇ECU是控制醇燃料喷射的ECU，它是车用ECU的一部分，它以转速、负荷或单缸循环油量、发动机冷却液温度等参数作为输入，根据ECU内部的脉谱图查对应的醇燃料流量，输出醇燃料喷嘴驱动信号。同时，为确保醇燃料在排气管中也能被氧化成HC和CO，醇燃料的用量要高于醇燃料发动机的用量，即“先根据醇ECU内部的脉谱图以确定基本的醇燃料用量，然后根据拟实现的排放目标以确定最终的醇燃料用量，且最终的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量”，高多少取决于拟实现的排放目标。实施例I :
一种发动机的排放控制系统，包括发动机、还原性催化器2、氧化性催化器3，所述发动机通过排气管4与还原性催化器2的一端相连接，还原性催化器2的另一端通过氧化性催化器3与外放口 5相连接，所述发动机与车用ECU信号连接；所述发动机为醇燃料发动机1，所述车用ECU包括用以控制醇燃料喷射的醇ECU6 ;所述醇燃料发动机I与醇ECU6信号连接；
所述还原性催化器2包括选择性催化还原催化器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、氨气后氧化催化器ΑΜ0Χ、颗粒氧化催化器POC或带催化涂层的颗粒捕集器CDPF ;所述还原性催化器2和氧化性催化器3的设置方式包括两种，分别为还原性催化器2、氧化性催化器3封装为一体；或还原性催化器2、氧化性催化器3单独封装；
所述醇燃料发动机I包括纯烧醇燃料的发动机，掺烧醇燃料的发动机，或采用废气再循环的以醇燃料作为部分或全部燃料的发动机。一种上述发动机的排放控制系统的使用方法，所述使用方法依次包括以下步骤 第一步先由醇ECU6输出醇喷嘴驱动信号以向醇燃料发动机I中注入醇燃料，再由注
入的醇燃料在醇燃料发动机I中燃烧，燃烧时生成HC、C0与排气，然后，生成的HC、C0、排气与剩余的醇燃料一并进入排气管4，在排气管4中，剩余的醇燃料在排气中先被氧化为醛，醛再进一步被氧化为HC和CO，随后，排气管4中的HC、CO、排气一并进入还原性催化器2 ；所述醇ECU6以转速、负荷或单缸循环油量、发动机冷却液温度作为输入参数，再根据醇ECU6内部的脉谱图以确定基本的醇燃料用量，然后根据拟实现的排放目标以确定最终的醇燃料用量，且最终的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量；所述最终的醇燃料用量即为向醇燃料发动机I中注入醇燃料的量；
第二步先由上述进入还原性催化器2中的HC将排气中的NOx还原为无害的氮气和水，还原过程结束后，再由剩余的气体一并进入氧化性催化器3 ；
第三步先由上述进入氧化性催化器3中的CO以及剩余的HC被氧化为CO2和水，氧化过程结束后，最终剩余的气体从外放口 5排出，此时，所述发动机的排放控制系统的使用方法结束。
权利要求
1.一种发动机的排放控制系统，包括发动机、还原性催化器(2)与氧化性催化器(3)，所述发动机通过排气管(4)与还原性催化器(2)的一端相连接，还原性催化器(2)的另一端通过氧化性催化器(3)与外放口(5)相连接，所述发动机与车用ECU信号连接，其特征在于 所述发动机为醇燃料发动机(I)，所述车用ECU包括用以控制醇燃料喷射的醇ECU(6);所述醇燃料发动机(I)与醇E⑶(6 )信号连接。
2.根据权利要求I所述的一种发动机的排放控制系统，其特征在于所述还原性催化器(2)包括选择性催化还原催化器SCR或稀燃NOx催化器LNC。
3.根据权利要求I所述的一种发动机的排放控制系统，其特征在于所述氧化性催化器(3)包括氧化催化器D0C、氨气后氧化催化器ΑΜ0Χ、颗粒氧化催化器POC或带催化涂层的颗粒捕集器⑶PF。
4.根据权利要求I所述的一种发动机的排放控制系统，其特征在于所述醇燃料发动机(I)包括纯烧醇燃料的发动机，掺烧醇燃料的发动机，或采用废气再循环的以醇燃料作为部分或全部燃料的发动机。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种发动机的排放控制系统，其特征在于所述还原性催化器(2)和氧化性催化器(3)的设置方式包括两种，分别为还原性催化器(2)、氧化性催化器(3)封装为一体；或还原性催化器(2)、氧化性催化器(3)单独封装。
6.一种权利要求1、2、3或4所述的发动机的排放控制系统的使用方法，其特征在于所述使用方法依次包括以下步骤 第一步先由醇ECU (6)输出醇喷嘴驱动信号以向醇燃料发动机(I)中注入醇燃料，再由注入的醇燃料在醇燃料发动机(I)中燃烧，燃烧时生成HC、CO与排气，然后，生成的HC、CO、排气与剩余的醇燃料一并进入排气管(4)，在排气管(4)中，剩余的醇燃料在排气中被氧化成HC和CO，随后，排气管(4)中的HC、CO、排气一并进入还原性催化器(2)； 第二步先由上述进入还原性催化器(2)中的HC将排气中的NOx还原为无害的氮气和水，还原过程结束后，再由剩余的气体一并进入氧化性催化器(3)； 第三步先由上述进入氧化性催化器(3)中的CO以及剩余的HC被氧化为CO2和水，氧化过程结束后，最终剩余的气体从外放口(5)排出，此时，所述发动机的排放控制系统的使用方法结束。
7.根据权利要求6所述的一种发动机的排放控制系统的使用方法,其特征在于 所述第一步中醇ECU (6)以转速、负荷或单缸循环油量、发动机冷却液温度作为输入参数，再根据醇ECU (6)内部的脉谱图以确定基本的醇燃料用量，然后根据拟实现的排放目标以确定最终的醇燃料用量，且最终的醇燃料用量大于基本的醇燃料用量。
8.根据权利要求6所述的一种发动机的排放控制系统的使用方法,其特征在于 所述第一步中在排气管(4)中，剩余的醇燃料在排气中先被氧化为醛，醛再进一步被氧化为HC和CO。
全文摘要
一种发动机的排放控制系统，包括醇燃料发动机、还原性催化器、氧化性催化器与醇ECU，所述醇燃料发动机依次通过排气管、还原性催化器、氧化性催化器与外放口相连接，且醇燃料发动机与醇ECU信号连接；使用时，先由醇燃料在醇燃料发动机、排气管中生成HC与CO，再在还原性催化器中，由HC将排气中的NOx还原为无害的氮气和水排气，然后在氧化性催化器中，将CO以及剩余的HC氧化为CO2和水，最终，剩余的气体从外放口排出。本设计不仅能降低PM、NOx的生成，能提高NOx的转化率，而且能确保系统的可靠性，能降低系统的改造成本。
文档编号F01N3/035GK102943715SQ20121049000
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者刘丙善, 李海言, 程凯, 殷勇 申请人:东风汽车有限公司