[发明专利]一种当量比燃烧天然气发动机三元催化系统及其设计方法

说明书

本发明公开了一种当量比燃烧天然气发动机三元催化系统及其设计方法，包括当量比燃烧天然气发动机三元催化系统和当量比燃烧天然气发动机三元催化系统设计方法，包括入口气体模块、反应器模块、出口气体模块、表面催化反应模块，所述的三元催化系统包括加热单元，所述的加热单元可加热反应器模块；喷水装置，所述的喷水装置设置在入口气体模块和反应器模块之间；检测单元，所述的检测单元用于检测出口气体模块排出的位置的氧浓度和排气温度；ECU控制单元，所述的ECU控制单元接受和处理检测单元的数据，本发明能根据排气中氧浓度灵活调整反应器温度和喷水量，计算预测与试验相结合的设计方法不仅能提高三元催化系统的设计精度。

技术领域

本发明涉及发动机的技术领域，具体为一种当量比燃烧天然气发动机三元催化系统及其设计方法。

背景技术

利用天然气作为汽车动力成为调整我国汽车能源消费结构、减少汽车有害排放的有效途径之一。为满足日益严格的排放标准，当量比燃烧结合三元催化器技术成为天然气发动机更高效、更经济的排放控制解决方案。采用当量比燃烧的天然气发动机在动力性方面表现更好，瞬态响应快，还可以采用三元催化系统作为后处理装置，排放控制成本低。不过，当量比燃烧天然气发动机的排温高，燃烧产生的CO、NO_X和未燃CH₄等污染物在三元催化器中会生成有毒腐蚀性气体NH3和温室气体N₂O等。天然气汽车排气中的HC体积分数90％-95％为较难氧化的CH4，我国的国六排放标准新增对CH₄、NH₃和N₂O的限值要求，因此控制这些排放具有重要的实际应用价值。

传统的汽油机三元催化器不能满足当前国六排放标准，开发一款低成本、高性能的天然气发动机专用三元催化器是控制天然气发动机排放污染的关键。三元催化器的核心是一个多通道的陶瓷蜂窝结构，在通道内壁上涂覆有一层分散良好的贵金属(Pt、Rh、Pd)。已有研究表明，贵金属Pd/Rh催化剂对CH₄氧化和NO还原催化效果比较明显，不过，Rh的价格高昂。另外，当前主机厂多是通过调整氧浓度来控制三元催化器中氧化和还原反应，很少考虑水和温度对这些化学反应的影响，迫切需要开发一款基于温控和喷水技术的最佳Pd/Rh配比三元催化器以满足排放要求和经济要求。同时，当前的催化器设计多采用经验型或固定污染源排放试验的方式，进行催化器的设计选型，耗时耗力，很多工况完成难度较大，设计精度低。

发明内容

本发明的主要目的在于针对上述存在的问题，提高后处理系统的设计精度，减少试验费用，降低开发成本，计算模型不仅能准确预测CH₄、NO和CO等污染物的起燃和完全转化温度，还能大致确定NH₃、N₂O等副产物实现近零排放的最佳反应条件，进而通过三元催化器的温控和喷水装置，有效控制CH₄、NH₃和N₂O等排放，适合于汽车工业化生产。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种当量比燃烧天然气发动机三元催化系统，包括入口气体模块、反应器模块、出口气体模块、表面催化反应模块，所述的三元催化系统还包括

加热单元，所述的加热单元可加热反应器模块；

喷水装置，所述的喷水装置设置在入口气体模块和反应器模块之间，可调整进入反应器模块内尾气的含水量；

检测单元，所述的检测单元用于检测出口气体模块排出的位置的氧浓度和排气温度；

ECU控制单元，所述的ECU控制单元接受和处理检测单元的数据，并且通过反馈调节加热单元和喷水装置。

进一步的，所述的加热单元包括温控仪和加热带，所述的加热带设置在反应器模块表面，所述的温控仪用于调整加热带的温度。