[发明专利]一种利用氢、氧气闭环控制内燃机排放的装置及方法

说明书

技术领域

本发明提供一种利用氢、氧气闭环控制内燃机排放的装置及方法，具体内容涉及一种利用氢气、氧气及相应催化器转化内燃机排放的装置及方法，属于内燃机排放控制领域。

背景技术

传统的内燃机三元催化器只有在燃料-空气混合气处在理论空燃比条件下才可以达到最大的转化效率。然而，对于稀燃汽油机及柴油机而言，由于缸内混合气处于稀燃状态，所以传统的三元催化器难以将内燃机运行时所产生的HC、CO及NOx充分催化转化。同时，利用SCR及DPF等技术处理NOx及颗粒物的装置造价昂贵。

已公开的发明专利《一种基于车载制氢氧机的内燃机排放控制装置及方法》(公开号：CN102155278A)提出了一种利用车载制氢机制取氢气和氧气，并利用氢气和氧气分别还原NOx或氧化HC、CO及颗粒物排放的装置及方法。但是，在已公开的发明专利中，氢气和氧气的喷射量采用开环控制方法，这使得系统难以根据HC、CO、NOx及颗粒物的实际转化效果快速调整氢气和氧气的喷射比例，从而难以达到很好的控制效果。

发明内容

针对目前三元催化转化器不适用于柴油机和稀燃汽油机，以及现有的采用氢气和氧气催化转化HC、CO、NOx及颗粒物时没有采用闭环控制的问题，本发明提供一种利用氢、氧气闭环控制内燃机排放的装置及方法。

本发明采用了如下的技术方案，该发明中的一种利用氢、氧气闭环控制内燃机排放的装置包括内燃机13以及内燃机排气管10。其特征在于增加了一套尾气转化系统，一套氢氧气喷射系统及一套车载氢、氧气制取、储存系统，包括：制氢氧机1、氢气储存罐2、氧气储存罐3、NOx传感器4、CO传感器5、氢气喷嘴6、氧气喷嘴7、氧化催化器8、还原催化器9、排气温度传感器11及电子控制单元12。车载制氢氧机1在发动机运行时将通过电解水制得的氢气和氧气分别通过管路存储在氢气储存罐2和氧气储存罐3中；氢气储存罐2和氧气储存罐3分别通过管路与氢气喷嘴6和氧气喷嘴7相连接；氢气喷嘴6和氧气喷嘴7分别固定在还原催化器9及氧化催化器8上；排气温度传感器11、还原催化器9及氧化催化器8分别固定在内燃机排气总管上。

电子控制单元12通过与原机传感器相连获得转速信号a及空气流量信号b；

电子控制单元12通过与排气温度传感器11相连获得排气管温度信号c；

电子控制单元12通过与NOx传感器4及CO传感器5相连，分别获得NOx传感器信号e及CO传感器信号f；

电子控制单元12通过与氢气喷嘴6及氧气喷嘴7相连，分别发出氢气喷嘴控制信号d及氧气喷嘴控制信号g。

一种利用氢、氧气闭环控制内燃机排放的装置，其运行方式如下：

一种利用氢、氧气闭环控制内燃机排放的装置在运行时，制氢氧机1将制得的氢气和氧气存储在氢气储存罐2和氧气储存罐3中。电子控制单元12获得来自排气温度传感器11的排气管温度信号c，并根据排气温度判定氢气和氧气喷嘴是否打开。当排气管温度低于催化剂起燃温度约为250℃时，催化剂难以充分将发动机尾气在氢气和氧气的作用下催化转化，所以此时电子控制单元12发出控制信号d、g使氢气喷嘴6和氧气喷嘴7被关闭。当排气管温度高于催化剂起燃温度约为250℃时，电子控制单元12发出控制信号d、g使氢气喷嘴6和氧气喷嘴7被打开，并根据转速信号a、空气流量信号b、NOx传感器信号e及CO传感器信号f计算不同转速、负荷及过量空气系数下氢气和氧气的基本喷射量和修正喷射量，并控制氢气喷嘴6和氧气喷嘴7的打开和关闭，使HC、CO及颗粒物在氧化催化器8中被氧气氧化成水和二氧化碳，并使NOx在还原催化器9中被还原成氮气和水。

电子控制单元12所控制的氢气和氧气喷嘴的每循环实际喷射脉宽分别由其各自的基本喷射脉宽和修正喷射脉宽相加得到。