适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统及控制方法与流程

1.本发明涉及稀燃甲醇发动机技术领域，更具体地说，涉及一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统及控制方法。


背景技术：

2.现有的稀燃甲醇发动机的后处理系统常照搬柴油机的doc+dpf+urea-scr+asc技术路线。doc通过催化氧化除去发动机排放的未燃烧或未完全燃烧的碳氢化合物或碳氢氧化合物；dpf通过其颗粒捕集功能除去发动机排放的颗粒；urea-scr使用尿素作为还原剂，通过喷射尿素，先使尿素在较高温度下分解产生氨气，再由氨气与发动机产生的氮氧化物发生反应，将氮氧化物除去（为了能够保证氮氧化物被有效除去，这些氨气必须是过量的）；最后asc通过氧化反应除去urea-scr中过量的氨气。
3.其技术缺陷在于零部件多，系统复杂，成本高等，特别是尿素需要专门的储罐、喷射泵、喷嘴等零部件。并且，发动机用户需要在加注燃料之外经常加注尿素。此外工业研究中发现甲醇与氨气在某些条件下有可能发生反应生成剧毒的氢氰酸，因此存在安全风险。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统及控制方法，技术方案如下：一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统，所述系统包括：增压器旁通系统和后处理系统；所述增压器旁通系统包含增压管路、增压管路控制阀、旁通管路、旁通管路控制阀和位于所述旁通管路上的第一氧化催化器；所述后处理系统包含催化器系统和测控执行系统，所述催化器系统包含甲醇作为还原剂的选择性还原催化器和第二氧化催化器，所述测控执行系统包含测量系统和控制执行系统，所述测量系统包含第一温度传感器、第二温度传感器和第一氮氧传感器；其中，所述第一温度传感器和所述第一氮氧传感器位于所述选择性还原催化器上游，所述第二温度传感器位于所述选择性还原催化器与所述第二氧化催化器之间；所述控制执行系统，用于采集所述第一温度传感器所测的第一温度值，并与预设的特征值进行对比；如果所述第一温度值大于或等于所述特征值，控制所述增压管路控制阀处于开启状态、所述旁通管路控制阀处于关闭状态，以使所述稀燃甲醇发动机所排出的废气通过所述增压管路、并使增压器对所述增压管路中的废气进行增压处理；采集所述第二温度传感器所测的第二温度值和所述第一氮氧传感器所测的第一氮氧浓度值，并根据所述第一温度值、所述第二温度值和所述第一氮氧浓度值计算第一甲醇喷射量；如果所述第一温度值小于所述特征值，控制所述增压管路控制阀处于关闭状态、所述旁通管路控制阀处于开启状态，以使所述稀燃甲醇发动机所排出的废气通过所述旁通管路、并使所述第一氧化催化器对所述旁通管路中的废气进行催化氧化；基于所述第一温度值和预设的升温需
求计算第二甲醇喷射量；控制所述稀燃甲醇发动机的燃料喷射系统按照所述第一甲醇喷射量/所述第二甲醇喷射量进行缸内后喷，以使所述选择性还原催化器以甲醇对所述增压器/所述第一氧化催化器所排出废气中的氮氧化物进行催化还原，还使所述第二氧化催化器对所述选择性还原催化器所排出废气进行催化氧化。
5.优选的，在上述排放处理系统中，所述测量系统还包含第二氮氧传感器，所述第二氮氧传感器位于所述选择性还原催化器与所述第二氧化催化器之间；所述控制执行系统还用于：如果所述第一温度值大于或等于所述特征值，经过预设的第一运行时长重新采集所述第一氮氧浓度值、以及采集所述第二氮氧传感器所测的第二氮氧浓度值，并计算所述选择性还原催化器的氮氧转换效率；按照所述氮氧转换效率对所述第一甲醇喷射量进行调整。
6.优选的，在上述排放处理系统中，所述控制执行系统还用于：对比所述氮氧转换效率与预设的转换效率限值；如果所述氮氧转换效率小于所述转换效率限值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
7.优选的，所述控制执行系统，还用于：如果所述第一温度值小于所述特征值，经过预设的第二运行时长重新采集所述第一温度值，并重新与所述特征值进行对比；如果重新对比后所述第一温度值小于所述特征值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
8.优选的，所述测量系统包含第三温度传感器，所述第三温度传感器位于所述第二氧化催化器下游；所述控制执行系统还用于：如果所述第一温度值小于所述特征值，经过预设的第三运行时长重新采集所述第二温度值、以及采集所述第三温度传感器所测的第三温度值，并计算温度差值；若所述温度差值大于预设的温度差阈值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
9.优选的，在上述排放处理系统中，所述控制执行系统还用于：对所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第一氮氧传感器和所述第二氮氧传感器进行故障监测；如果所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第一氮氧传感器和所述第二氮氧传感器中的任意传感器出现故障，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
10.本技术还提供了一种控制方法，所述控制方法应用于适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统中的控制执行系统，所述方法包括：采集第一温度传感器所测的第一温度值，并与预设的特征值进行对比；如果所述第一温度值大于或等于所述特征值，控制增压管路控制阀处于开启状态、旁通管路控制阀处于关闭状态，以使所述稀燃甲醇发动机所排出的废气通过增压管路、并使增压器对所述增压管路中的废气进行增压处理；采集第二温度传感器所测的第二温度值和第一氮氧传感器所测的第一氮氧浓度值，并根据所述第一温度值、所述第二温度值和所述第一氮氧浓度值计算第一甲醇喷射量；如果所述第一温度值小于所述特征值，控制所述增压管路控制阀处于关闭状态、所述旁通管路控制阀处于开启状态，以使所述稀燃甲醇发动机所排出的废气通过旁通管
路、并使第一氧化催化器对所述旁通管路中的废气进行催化氧化；基于所述第一温度值和预设的升温需求计算第二甲醇喷射量；控制所述稀燃甲醇发动机的燃料喷射系统按照所述第一甲醇喷射量/所述第二甲醇喷射量进行缸内后喷，以使选择性还原催化器以甲醇对所述增压器/所述第一氧化催化器所排出废气中的氮氧化物进行催化还原，还使第二氧化催化器对所述选择性还原催化器所排出废气进行催化氧化。
11.优选的，在上述控制方法中，所述方法还包括：如果所述第一温度值大于或等于所述特征值，经过预设的第一运行时长重新采集所述第一氮氧浓度值、以及采集第二氮氧传感器所测的第二氮氧浓度值，并计算所述选择性还原催化器的氮氧转换效率；按照所述氮氧转换效率对所述第一甲醇喷射量进行调整。
12.优选的，在上述控制方法中，所述方法还包括：对比所述氮氧转换效率与预设的转换效率限值；如果所述氮氧转换效率小于所述转换效率限值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
13.优选的，在上述控制方法中，所述方法还包括：如果所述第一温度值小于所述特征值，经过预设的第二运行时长重新采集所述第一温度值，并重新与所述特征值进行对比；如果重新对比后所述第一温度值小于所述特征值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
14.相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：本发明提供一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统及控制方法，控制执行系统采集第一温度传感器所测的第一温度值，并与预设的特征值进行对比；如果第一温度值大于或等于特征值，控制增压管路控制阀开启、旁通管路控制阀关闭，稀燃甲醇发动机所排出的废气通过增压管路、增压器对增压管路中的废气进行增压处理；采集第二温度传感器所测的第二温度值、第一氮氧传感器所测的第一氮氧浓度值和第二氮氧传感器所测的第二氮氧浓度值，并计算第一甲醇喷射量；如果第一温度值小于特征值，控制增压管路控制阀关闭、旁通管路控制阀开启，稀燃甲醇发动机所排出的废气通过旁通管路、第一氧化催化器对旁通管路中的废气进行催化氧化；基于第一温度值和预设的升温需求计算第二甲醇喷射量；控制稀燃甲醇发动机的燃料喷射系统按照第一甲醇喷射量/第二甲醇喷射量进行缸内后喷，选择性还原催化器以甲醇对增压器/第一氧化催化器所排出废气中的氮氧化物进行催化还原，第二氧化催化器对选择性还原催化器所排出废气进行催化氧化。
15.在本发明中，整个排放处理系统由增压管路、增压管路控制阀、旁通管路、旁通管路控制阀、至少一个氧化催化器、一个甲醇作为还原剂的选择性还原催化器、至少两个温度传感器和两个氮氧传感器和控制执行系统所组成，由控制执行系统进行智能控制完成废气的排放处理。控制执行系统可以集成于发动机控制单元中。该系统结构简单、成本低，不使用尿素而是使用甲醇作为还原剂，由此用户不需要频繁加注尿素、正常加注甲醇即可、使用方便，并且甲醇供给方式采用缸内后喷，这就不需要额外的还原剂储罐、喷射系统等。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例提供的一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统的结构示意图；图2为本发明实施例提供的与图1所示排放处理系统相匹配的稀燃甲醇发动机的布置结构；图3为本发明实施例提供的一种控制方法的方法流程图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
19.为方便理解本发明，以下首先对本发明涉及的相关概念进行说明：（1）稀燃甲醇发动机：也可称之为稀薄燃烧的甲醇发动机。即使用甲醇作为燃料、空气与燃料比例高于化学计量比的内燃机。由于甲醇的物理化学性质及燃烧特性，稀薄燃烧的甲醇发动机具有区别于柴油发动机（也是稀薄燃烧）的一些独特性质：1）排气温度特性：甲醇挥发性较柴油更高，与空气混合更充分，因此在常用工况下甲醇发动机排气温度较柴油发动机更高一些。但另一方面，由于甲醇热值较低，冷启动和升温较慢，此时缸内燃烧状态差，会排放出大量未燃的甲醇，以及甲醛等不完全燃烧产物。
20.2）排放物特性：a.甲醇发动机排放物中含有较高浓度的甲醇和甲醛（冷启动时更甚）等碳氢氧化合物，其对人体大多有害。目前，国家环保部门已对道路用甲醇发动机的甲醇、甲醛排放水平提出管控要求。
21.b.甲醇比柴油更易气化，相比于柴油液滴来说与空气混合更均匀，燃烧更加充分，因此颗粒物排放水平较低。
22.c.由于采用稀薄燃烧，发动机内氧气过量，在高温、富氧条件下，发动机内氮气与氧气结合，生成大量氮氧化物，其中主要是一氧化氮，而二氧化氮较少。
23.d.还有其他如一氧化碳、碳氢化合物等与柴油发动机类似的排放污染物。
24.（2）后处理催化单元：通过催化剂，使发动机排气中的污染物、氧气和外加反应剂（可选）彼此发生反应，最终转化为无害的水、氮气、二氧化碳等物质。特定催化剂对特定反应的催化效率彼此不同，但均受温度影响较大，一般都有一定的温度区间能够令其发挥较高活性；如果低于活性区间，催化剂的转化效率不足；如果高于活性区间，不仅转化效率不足，长期使用还可能导致催化剂性能永久性下降。此外，随着排放法规愈发加严，现代发动机的后处理系统通常是多个催化单元的多级组合和系统集成控制。
25.以下简单介绍了柴油、天然气发动机常用的几种后处理催化单元，及其在稀燃甲
醇发动机上应用的可行性：1）三元催化器（twc，three-way catalyst），可通过其内部的贵金属促进三元催化反应，将排气中有害的一氧化碳、碳氢氧化合物、氮氧化物等，转化为无害的水、氮气和二氧化碳。三元催化器对甲醇、甲醛也有较好的处理能力，在当量燃烧的甲醇发动机有应用前景。但是稀燃甲醇发动机排气污染物比例与当量燃烧甲醇发动机不同，氮氧化物含量更高，twc对其并不适用。
26.2）氧化催化器（oc，oxidation catalyst），例如给柴油发动机后处理使用的doc（diesel oxidation catalyst），其原理是氧化型贵金属催化剂可以使将尾气中的一氧化碳、碳氢化合物、碳氢氧化合物等被氧气氧化为无害的水和二氧化碳。氧化催化剂对甲醇、甲醛有净化作用，可用于稀燃甲醇发动机。但是稀燃甲醇发动机在低温工况的未燃甲醇和不完全燃烧产物较多，直接使用doc处理会使得这些排放物氧化释放的热量耗散，造成更大的能量损失。
27.3）选择性还原催化器（scr，selected catalyst reduction）和氨逃逸催化器（asc，ammonia slip catalyst）。scr的原理是通过催化剂，令还原剂（可以来自燃料，也可以额外注入）在催化剂的作用下与排气中的氮氧化物反应，最终转化为无害的水和氮气（可能还包括二氧化碳）。scr可以通过还原剂的通入量控制，对反应程度进行灵活控制，因此也适用于氮氧排放高的稀燃甲醇发动机。scr可以按照不同的还原剂区分，例如h
2-scr（氢气作为还原剂）、nh
3-scr（氨气作为还原剂）、urea-scr（尿素作为还原剂，先热分解生成氨气，再与氮氧化物反应）、hc-scr（发动机的烃类燃料如汽油、柴油、天然气等直接作为还原剂）等。氨逃逸催化器（asc，ammonia slip catalyst），仅用于匹配nh
3-scr和urea-scr，由于这类scr一般使用过量的还原剂，通过贵金属催化氧化，把scr中剩余的过量氨气转化为无害的水和氮气。目前这方面柴油发动机应用最广泛的是urea-scr+asc。
28.但是，稀燃甲醇发动机使用urea-scr+asc有一些不利因素，首先是尿素喷射需要单独布置尿素储罐、喷射系统等，用户使用时除了到甲醇站加注甲醇燃料，还要前往加油站或服务站加注尿素，成本高且使用不便。此外，一定条件下排气中未燃的甲醇甲醛等与尿素分解产生氨气可能发生氨氧化反应，生成剧毒的氢氰酸，反而有害人体健康。
29.甲醇也可以直接作为scr反应的还原剂，即使用meoh-scr但是这种催化方式的活性温度窗口较urea-scr更窄，针对温度变化较大的发动机运行情况，后处理系统需要进行系统性的优化，本发明正是以此为核心进行系统性的设计及优化。
30.4）颗粒捕集器（particulate filter），典型的例如柴油机使用的颗粒捕集器（dpf，diesel particulate filter）。对于甲醇发动机而言，由于燃烧充分、颗粒物排放少，按照现行的法规限值，尚不需要颗粒捕集器。
31.（3）燃料缸内后喷：指在一个发动机运行周期内，在燃料主喷（用于正常燃烧、输出动力）时间之后，再进行一次或多次喷射。此时由于发动机不处在燃烧冲程，后喷的燃料在缸内燃烧比例较少，大多直接从发动机排出。这种方式是为了满足某些特殊需求，例如后处理快速升温，或者在不增加喷嘴的情况下使燃料直接进入后处理中参与某些化学反应。这两种情况本发明均有涉及。
32.在本技术的发明创造过程中，发明人经过研究发现：现有的稀燃甲醇发动机的后处理系统常照搬柴油机的doc+dpf+urea-scr+asc技
术路线，或者只省去dpf（即使用doc+urea-scr+asc技术路线）。这类技术路线存在如下技术缺陷：1）低温工况下未燃甲醇直接被doc催化氧化，热量损失大；2）scr需要引入尿素作为反应剂，因此产品中需匹配储罐、喷射系统等，成本高且使用不方便；3）应用到甲醇发动机上，scr和asc还可能有剧毒的氢氰酸等物质生成；4）有部分技术中虽然采用了甲醇-scr避免了上述的各种问题，但需要布置额外的甲醇输送管路和甲醇喷嘴，对于为了除氮氧而喷射的过量甲醇如何处理也未详细说明，并且仍无法低温下甲醇-scr活性不足的问题。
33.由此可知当前技术的缺点在于热量损失大、所需零部件多、成本高、有剧毒排放物风险，或者缺乏系统性、全面性等。
34.基于此，在本发明实施例中提出了一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统，能够有效在不同排气温度下高效地净化甲醇发动机尾气中的氮氧化物、一氧化碳、甲醇、甲醛等污染物且不引入新的有毒物质，并且使用甲醇燃料直接作为反应剂，热量利用率高，无需尿素等额外的反应剂，能够节约空间和成本。
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
36.本发明实施例提供的适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统包括增压器旁通系统和后处理系统，后处理系统包含催化器系统和测控执行系统，测控执行系统包含测量系统和控制执行系统。
37.参考图1，图1为本发明实施例提供的一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统的结构示意图，该排放处理系统中增压器旁通系统包含增压管路1、增压管路控制阀2、旁通管路3、旁通管路控制阀4和位于旁通管路3上的第一氧化催化器5（即图1中位于旁通管路3上的oc），催化器系统包含甲醇作为还原剂的选择性还原催化器6（即图1中的meoh-scr）和第二氧化催化器7（即图1中位于meoh-scr下游的oc），测量系统包含位于选择性还原催化器6上游的第一温度传感器8、位于选择性还原催化器6与第二氧化催化器7之间第二温度传感器9、位于第二氧化催化器7下游的第三温度传感器10、位于选择性还原催化器6上游的第一氮氧传感器11和位于选择性还原催化器6与第二氧化催化器7之间的第二氮氧传感器12。
38.如图1所示，适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统还包含控制执行系统13，甲醇燃料箱a、稀燃甲醇发动机b、进气道喷射c、缸内直喷d、废气再循环系统（exhaust gas recirculation ，egr）e、发动机控制单元（ecu）f。需要说明的是，图1中3~13为本发明新增的硬件结构，而1~2、以及a~f则可以组成一台常规的、不带后处理的甲醇发动机，此外，图1中虚线所示的废气再循环系统e为可选结构。参见图2，图2为本发明实施例提供的与图1所示排放处理系统相匹配的稀燃甲醇发动机的布置结构，其中，甲醇动力系统包括排放处理系统和其它内容，排放处理系统包括增压器旁通系统和后处理系统，增压器旁通系统包含增压管路1、增压管路控制阀2、旁通管路3、旁通管路控制阀4和第一氧化催化器5，后处理系统包含催化器系统和测控执行系统，催化器系统包含选择性还原催化器6和第二氧化催化器7，测控执行系统包含测量系统和控制执行系统13，测量系统包含第一温度传感器8、第二温度传感器9、第三温度传感器10、第一氮氧传感器11和第二氮氧传感器12，其它内容包含甲醇燃料箱a、稀燃甲醇发动机b、进气道喷射c、缸内直喷d、废气再循环系统e、发动机控制单元f，控制执行系统13可以包含于发动机控制单元f中（即控制执行系统13可以集成于发
动机控制单元f中）。
39.基于图1所示的本发明的结构，空气通过进气管进入稀燃甲醇发动机b，甲醇燃料由甲醇燃料箱a通过燃料输送管以进气道喷射c或缸内直喷d的方式输入稀燃甲醇发动机b中，燃烧并对外做功；然后稀燃甲醇发动机b燃烧产生的废气则流出，可使用废气再循环系统e使部分废气回流进入进气管中，也可不使用；最后废气经过增压器旁通系统和后处理系统被净化，最终排放到大气中。
40.具体的，控制执行系统13执行如下过程：采集第一温度传感器8所测的第一温度值，并与预设的特征值进行对比；如果第一温度值大于或等于特征值，控制增压管路控制阀2处于开启状态、旁通管路控制阀4处于关闭状态，以使稀燃甲醇发动机b所排出的废气通过增压管路1、并使增压器对增压管路1中的废气进行增压处理；采集第二温度传感器9所测的第二温度值和第一氮氧传感器11所测的第一氮氧浓度值，并根据第一温度值、第二温度值和第一氮氧浓度值计算第一甲醇喷射量；如果第一温度值小于特征值，控制增压管路控制阀2处于关闭状态、旁通管路控制阀4处于开启状态，以使稀燃甲醇发动机b所排出的废气通过旁通管路3、并使第一氧化催化器5对旁通管路3中的废气进行催化氧化；基于第一温度值和预设的升温需求计算第二甲醇喷射量；控制稀燃甲醇发动机b的燃料喷射系统按照第一甲醇喷射量/第二甲醇喷射量进行缸内后喷，以使选择性还原催化器6以甲醇对增压器/第一氧化催化器5所排出废气中的氮氧化物进行催化还原，还使第二氧化催化器7对选择性还原催化器6所排出废气进行催化氧化。
41.也就是说，针对选择性还原催化器6上游的第一温度传感器8所测的温度（即第一温度值）可以设置一特征值t（可根据不同的发动机用途、催化剂性能等具体设置），控制执行系统13对比第一温度值与特征值t。需要说明的是，该特征值t为催化活性限值。
42.当第一温度值大于或等于特征值t时，认为稀燃甲醇发动机b在较高的负荷下运行，此时排温足够高，各催化器可以以很高的效率工作。控制执行系统13控制增压管路控制阀2保持开启、旁通管路控制阀4保持关闭，使稀燃甲醇发动机b所排出的废气通过增压管路1、而不通过旁通管路3，此时可使增压器正常工作，保障发动机的增压性能。
43.废气则继续通入选择性还原催化器6中，根据选择性还原催化器6上下游温度传感器和上游氮氧浓度传感器测量的值（即第一温度值、第二温度传感器9所测的第二温度值、第一氮氧传感器11所测的第一氮氧浓度值）计算此时所需甲醇还原剂的量（即第一甲醇喷射量），并控制稀燃甲醇发动机b的燃料喷射系统（进气道喷射c或缸内直喷d）通过缸内后喷提供对应数量的甲醇，从而实现甲醇对氮氧化物的催化还原，生成无害的水、二氧化碳和氮气。需要说明的是，根据选择性还原催化器6上下游温度传感器和上游氮氧浓度传感器测量的值计算第一甲醇喷射量的过程，为行业内成熟的实现方案，在此不再赘述，举例来说，第一甲醇喷射量=第一氮氧浓度值
×
发动机排气流量
×
甲醇分子量
×
甲醇/氮氧化物理论分子比/(空气分子量
×
转化效率)，其中，发动机排气流量=发动机进气流量+发动机燃料消耗量，发动机进气流量和发动机燃料消耗量为实时监控值、甲醇分子量、甲醇/氮氧化物理论分子比、空气分子量为固定值，转化效率为预设值、且与第一温度值和第二温度值的平均值
相对应。
44.然后，废气再流经第二氧化催化器7，废气中含有的过量甲醇、甲醛、一氧化碳等被催化氧化为无害的水和二氧化碳，至此实现了对甲醇发动机尾气的高效净化处理。
45.在实际应用中，还可以辅以选择性还原催化器6上下游氮氧浓度传感器测量的值对选择性还原催化器6对除氮氧化物的效果进行监控和闭环。具体的，经过预设的第一运行时长重新采集第一氮氧浓度值、以及采集第二氮氧传感器12所测的第二氮氧浓度值，并以此计算选择性还原催化器6的氮氧转换效率，氮氧转换效率=（第一氮氧浓度值-第二氮氧浓度值） /第一氮氧浓度值；按照氮氧转换效率对第一甲醇喷射量进行调整。需要说明的是，按照氮氧转换效率对第一甲醇喷射量的调整方式，为行业内成熟的技术，在此不再赘述。
46.在此基础上，控制执行系统13还可以通过氮氧转换效率来监测系统故障。具体来说，对比氮氧转换效率与预设的转换效率限值；如果氮氧转换效率小于转换效率限值，则认为转换效率低，可能为喷射量错误或催化剂失败，此时禁止稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭，以防止发生事故，并报出警告，提示用户发动机或后处理有故障，需进行维修。当然，如果氮氧转换效率大于或等于转换效率限值，则继续监测。
47.当第一温度值小于特征值t时，认为此时稀燃甲醇发动机b的排温不足以让各催化器有效发挥活性，此时应当令后处理快速升温。一方面，控制执行系统13控制增压管路控制阀2保持关闭、旁通管路控制阀4保持开启，使稀燃甲醇发动机b所排出的废气通过旁通管路3和第一氧化催化器5、而不通过增压管路1，这是因为此时增压器会导致排气温度下降，在需要提升排温的情况下应避免再降排温的情况；另一方面，此时也应开启燃料缸内后喷，借助旁通管路3中的第一氧化催化器5，使后喷的未在缸内燃烧的甲醇在第一氧化催化器5上迅速氧化放热，提高后处理温度。当然，在此过程中，如果当前的第一温度值等于或大于特征值t，则结束该过程，控制执行系统13执行以上“第一温度值大于或等于特征值”条件下的控制方案。
48.废气则继续通入选择性还原催化器6中，控制执行系统13基于第一温度值和预设的升温需求（即作为升温目标的目标温度值）计算此时所需甲醇还原剂的量（即第二甲醇喷射量），并控制稀燃甲醇发动机b的燃料喷射系统（进气道喷射c或缸内直喷d）通过缸内后喷提供对应数量的甲醇，从而实现甲醇对氮氧化物的催化还原，生成无害的水、二氧化碳和氮气。需要说明的是，基于第一温度和目标温度计算第二甲醇喷射量的过程，为行业内成熟的实现方案，在此不再赘述，举例来说，第二甲醇喷射量=选择性还原催化器6的热容
×
(目标温度值—温度值)/(甲醇热值
×
甲醇催化氧化热效率)，其中，甲醇热值为固定值、而选择性还原催化器6的热容和甲醇催化氧化热效率可以通过简单且成熟的实验获取。
49.然后，废气再流经第二氧化催化器7，废气中含有的过量甲醇、甲醛、一氧化碳等被催化氧化为无害的水和二氧化碳，至此实现了对甲醇发动机尾气的高效净化处理。
50.在此基础上，控制执行系统13还可以通过第一温度值来监测系统故障。具体来说，经过预设的第二运行时长重新采集第一温度值，并重新与特征值进行对比；如果重新对比后第一温度值小于特征值，则认为后处理温升效率低，可能为喷射量错误或催化剂失败，此时禁止稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭，以防止发生事故，并报出警告，提示用户发动机或后处理有故障，需进行维修。当然，如果重新对比后第一温度值大于或等于特征值，则继续监测。
51.另外，控制执行系统13还可以通过第二温度值和第三温度传感器10所测的第三温度值来监测系统故障。具体来说，经过预设的第三运行时长重新采集第二温度值、以及采集第三温度传感器10所测的第三温度值，并计算温度差值（温度差值=第二温度值—第三温度值）；若温度差值大于预设的温度差阈值，则认为第二氧化催化器7及其所在管路存在故障（一般可能是管路存在漏气、或者催化功能严重下降），此时禁止稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。当然，如果温度差值小于或等于温度差值，则继续监测。
52.另外，实际应用中，控制执行系统13还可以对传感器进行可信性判断，以此来监测系统故障。具体来说，对第一温度传感器8、第二温度传感器9、第三温度传感器10、第一氮氧传感器11和第二氮氧传感器12进行故障监测，也就是说，对第一温度值、第二温度值、第一氮氧浓度值和第二氮氧浓度值分别与其各自对应的安全可信上限、安全可信上限进行对比，以第一温度传感器8举例来说，如果采集的第一温度值大于其对应的安全可信上限、或者小于其对应的安全可信上限，则认为第一温度传感器8故障；如果第一温度传感器8、第二温度传感器9、第三温度传感器10、第一氮氧传感器11和第二氮氧传感器12中的任意传感器出现故障，则禁止稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭，以防止发生事故，并报出警告，提示用户发动机或后处理有故障，需进行维修。
53.由此可见，本发明中基于以甲醇作为还原剂的scr，通过稀燃甲醇发动机缸内后喷实现对发动机排放的氮氧化物的控制，再通过氧化催化处理过量的甲醇、甲醛、一氧化碳等其他污染物，实现了对甲醇发动机的高效低成本排放控制；通过增压器管路旁通结合氧化催化器的方式，实现了稀燃甲醇发动机低温工作时后处理的快速升温，使其温度尽快达到催化剂具有高转化效率的活性窗口。由此，本发明具有如下优势：1）本发明提出了以缸内后喷甲醇作为还原剂的选择性催化还原方法，代替传统的尿素scr净化氮氧化物，再配合氧化催化器处理过量甲醇、甲醛、一氧化碳等污染物，同时避免了甲醇氨氧化生成剧毒的氢氰酸的可能，从而实现了对稀燃甲醇发动机排放污染物的高效处理。并且相比于传统技术路线，不需要引入额外的反应剂，降低了系统复杂度，节约了零部件，降低了成本。
54.2）针对甲醇发动机低温时排放污染物多、升温较慢的问题，本发明提出以缸内后喷甲醇+增压器管路旁通+前置催化氧化器的方式，令甲醇在氧化催化剂的作用下快速氧化放热，从而实现了后处理的快速升温，有利于使体系温度尽快进入催化剂的活性窗口，解决了现有方案中甲醇发动机低温工作时排放物难以控制的难题。
55.3）本发明还提供了上述硬件系统的控制策略，不仅通过阀及后喷模式的切换实现了快速升温、高效催化，还针对体系可能具有的故障模式集成了识别、报警的功能。
56.综上，本发明提出的适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统，具有节约空间、节约成本、适用性广、高效净化、控制策略完善等优势。
57.可选的，基于本技术上述实施例提供的适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统，在本发明另一实施例中还提供了一种控制方法，该控制方法应用于其中的控制执行系统，参考图3，图3为本发明实施例提供的一种控制方法的方法流程图，包括如下步骤：s10，采集第一温度传感器所测的第一温度值，并与预设的特征值进行对比。
58.s20，如果第一温度值大于或等于特征值，控制增压管路控制阀处于开启状态、旁通管路控制阀处于关闭状态，以使稀燃甲醇发动机所排出的废气通过增压管路、并使增压
器对增压管路中的废气进行增压处理。
59.s30，采集第二温度传感器所测的第二温度值和第一氮氧传感器所测的第一氮氧浓度值，并根据第一温度值、第二温度值和第一氮氧浓度值计算第一甲醇喷射量。
60.s40，如果第一温度值小于特征值，控制增压管路控制阀处于关闭状态、旁通管路控制阀处于开启状态，以使稀燃甲醇发动机所排出的废气通过旁通管路、并使第一氧化催化器对旁通管路中的废气进行催化氧化。
61.s50，基于第一温度值和预设的升温需求计算第二甲醇喷射量。
62.s60，控制稀燃甲醇发动机的燃料喷射系统按照第一甲醇喷射量/第二甲醇喷射量进行缸内后喷，以使选择性还原催化器以甲醇对增压器/第一氧化催化器所排出废气中的氮氧化物进行催化还原，还使第二氧化催化器对选择性还原催化器所排出废气进行催化氧化。
63.可选的，在本发明另一实施例中，上述控制方法还包括如下步骤：如果第一温度值大于或等于特征值，经过预设的第一运行时长重新采集第一氮氧浓度值、以及采集第二氮氧传感器所测的第二氮氧浓度值，并计算选择性还原催化器的氮氧转换效率。
64.按照氮氧转换效率对第一甲醇喷射量进行调整。
65.可选的，在本发明另一实施例中，上述控制方法还包括如下步骤：对比氮氧转换效率与预设的转换效率限值；如果氮氧转换效率小于转换效率限值，则禁止稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
66.可选的，在本发明另一实施例中，上述控制方法还包括如下步骤：如果第一温度值小于特征值，经过预设的第二运行时长重新采集第一温度值，并重新与特征值进行对比。
67.如果重新对比后第一温度值小于特征值，则禁止稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
68.可选的，在本发明另一实施例中，上述控制方法还包括如下步骤：如果第一温度值小于特征值，经过预设的第三运行时长重新采集第二温度值、以及采集第三温度传感器所测的第三温度值，并计算温度差值；若温度差值大于预设的温度差阈值，则禁止稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
69.可选的，在本发明另一实施例中，上述控制方法还包括如下步骤：对第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一氮氧传感器和第二氮氧传感器进行故障监测。
70.如果第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一氮氧传感器和第二氮氧传感器中的任意传感器出现故障，则禁止稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。
71.需要说明的是，本发明实施例中各步骤的细化执行过程可以参见上述适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统的对应说明处，在此不再赘述。
72.以上对本发明所提供的一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统及控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说
明书内容不应理解为对本发明的限制。
73.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
74.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
75.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统，其特征在于，所述系统包括：增压器旁通系统和后处理系统；所述增压器旁通系统包含增压管路、增压管路控制阀、旁通管路、旁通管路控制阀和位于所述旁通管路上的第一氧化催化器；所述后处理系统包含催化器系统和测控执行系统，所述催化器系统包含甲醇作为还原剂的选择性还原催化器和第二氧化催化器，所述测控执行系统包含测量系统和控制执行系统，所述测量系统包含第一温度传感器、第二温度传感器和第一氮氧传感器；其中，所述第一温度传感器和所述第一氮氧传感器位于所述选择性还原催化器上游，所述第二温度传感器位于所述选择性还原催化器与所述第二氧化催化器之间；所述控制执行系统，用于采集所述第一温度传感器所测的第一温度值，并与预设的特征值进行对比；如果所述第一温度值大于或等于所述特征值，控制所述增压管路控制阀处于开启状态、所述旁通管路控制阀处于关闭状态，以使所述稀燃甲醇发动机所排出的废气通过所述增压管路、并使增压器对所述增压管路中的废气进行增压处理；采集所述第二温度传感器所测的第二温度值和所述第一氮氧传感器所测的第一氮氧浓度值，并根据所述第一温度值、所述第二温度值和所述第一氮氧浓度值计算第一甲醇喷射量；如果所述第一温度值小于所述特征值，控制所述增压管路控制阀处于关闭状态、所述旁通管路控制阀处于开启状态，以使所述稀燃甲醇发动机所排出的废气通过所述旁通管路、并使所述第一氧化催化器对所述旁通管路中的废气进行催化氧化；基于所述第一温度值和预设的升温需求计算第二甲醇喷射量；控制所述稀燃甲醇发动机的燃料喷射系统按照所述第一甲醇喷射量/所述第二甲醇喷射量进行缸内后喷，以使所述选择性还原催化器以甲醇对所述增压器/所述第一氧化催化器所排出废气中的氮氧化物进行催化还原，还使所述第二氧化催化器对所述选择性还原催化器所排出废气进行催化氧化。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量系统还包含第二氮氧传感器，所述第二氮氧传感器位于所述选择性还原催化器与所述第二氧化催化器之间；所述控制执行系统还用于：如果所述第一温度值大于或等于所述特征值，经过预设的第一运行时长重新采集所述第一氮氧浓度值、以及采集所述第二氮氧传感器所测的第二氮氧浓度值，并计算所述选择性还原催化器的氮氧转换效率；按照所述氮氧转换效率对所述第一甲醇喷射量进行调整。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制执行系统还用于：对比所述氮氧转换效率与预设的转换效率限值；如果所述氮氧转换效率小于所述转换效率限值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制执行系统还用于：如果所述第一温度值小于所述特征值，经过预设的第二运行时长重新采集所述第一温度值，并重新与所述特征值进行对比；如果重新对比后所述第一温度值小于所述特征值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测量系统还包含第三温度传感器，所述第三温度传感器位于所述第二氧化催化器下游；所述控制执行系统还用于：如果所述第一温度值小于所述特征值，经过预设的第三运行时长重新采集所述第二温
度值、以及采集所述第三温度传感器所测的第三温度值，并计算温度差值；若所述温度差值大于预设的温度差阈值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制执行系统还用于：对所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第一氮氧传感器和所述第二氮氧传感器进行故障监测；如果所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第一氮氧传感器和所述第二氮氧传感器中的任意传感器出现故障，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。7.一种控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统中的控制执行系统，所述方法包括：采集第一温度传感器所测的第一温度值，并与预设的特征值进行对比；如果所述第一温度值大于或等于所述特征值，控制增压管路控制阀处于开启状态、旁通管路控制阀处于关闭状态，以使所述稀燃甲醇发动机所排出的废气通过增压管路、并使增压器对所述增压管路中的废气进行增压处理；采集第二温度传感器所测的第二温度值和第一氮氧传感器所测的第一氮氧浓度值，并根据所述第一温度值、所述第二温度值和所述第一氮氧浓度值计算第一甲醇喷射量；如果所述第一温度值小于所述特征值，控制所述增压管路控制阀处于关闭状态、所述旁通管路控制阀处于开启状态，以使所述稀燃甲醇发动机所排出的废气通过旁通管路、并使第一氧化催化器对所述旁通管路中的废气进行催化氧化；基于所述第一温度值和预设的升温需求计算第二甲醇喷射量；控制所述稀燃甲醇发动机的燃料喷射系统按照所述第一甲醇喷射量/所述第二甲醇喷射量进行缸内后喷，以使选择性还原催化器以甲醇对所述增压器/所述第一氧化催化器所排出废气中的氮氧化物进行催化还原，还使第二氧化催化器对所述选择性还原催化器所排出废气进行催化氧化。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：如果所述第一温度值大于或等于所述特征值，经过预设的第一运行时长重新采集所述第一氮氧浓度值、以及采集第二氮氧传感器所测的第二氮氧浓度值，并计算所述选择性还原催化器的氮氧转换效率；按照所述氮氧转换效率对所述第一甲醇喷射量进行调整。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对比所述氮氧转换效率与预设的转换效率限值；如果所述氮氧转换效率小于所述转换效率限值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：如果所述第一温度值小于所述特征值，经过预设的第二运行时长重新采集所述第一温度值，并重新与所述特征值进行对比；如果重新对比后所述第一温度值小于所述特征值，则禁止所述稀燃甲醇发动机后喷、并限速限扭。

技术总结
本发明提供一种适用于稀燃甲醇发动机的排放处理系统及控制方法，该系统由增压管路、增压管路控制阀、旁通管路、旁通管路控制阀、至少一个氧化催化器、一个甲醇作为还原剂的选择性还原催化器、至少两个温度传感器和两个氮氧传感器和控制执行系统所组成，由控制执行系统进行智能控制完成废气的排放处理。该系统结构简单、成本低，不使用尿素而是使用甲醇作为还原剂，由此用户不需要频繁加注尿素、正常加注甲醇即可、使用方便，并且甲醇供给方式采用缸内后喷，这就不需要额外的还原剂储罐、喷射系统等。统等。统等。


技术研发人员：李志杰 翟天宇 张晓丽 曾笑笑 张瑜 满恒孝 杨春霞 李童 吴心波
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.08.11
技术公布日：2023/9/9