基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理系统及方法。该热管理系统包括进气加热装置、进气温度传感器、电子控制单元、排气加热装置和冷热EGR联合供给装置；所述进气加热装置安装在稀燃天然气发动机的进气管道上，位于节气门和进气温度传感器之间；所述进气加热装置后方安装有进气温度传感器；所述排气加热装置安装在稀燃天然气发动机的排气管道上，位于涡轮增压器与MOC之间；所述冷热EGR联合供给装置安装在稀燃天然气发动机的排气旁通管道上。通过冷热EGR联合供给装置、进气加热装置、排气加热装置配合，使排气温度保持在后处理装置的高效率转化窗口之内，实现了后处理装置的高效运行。

Thermal Management System and Method of Post-processing Unit Based on Cooling and Hot EGR Combined Supply

The invention discloses a heat management system and method of a post-processing device based on combined supply of cold and hot EGR. The thermal management system includes an intake heating device, an intake temperature sensor, an electronic control unit, an exhaust heating device and a combined cooling and heating EGR supply device; the intake heating device is installed in the intake pipe of a lean-burn natural gas engine, between the throttle and the intake temperature sensor; and the rear of the intake heating device. An intake temperature sensor is installed; the exhaust heating device is installed on the exhaust pipe of the lean-burn natural gas engine, between the turbocharger and the MOC; and the cold-hot EGR combined supply device is installed on the exhaust bypass pipe of the lean-burn natural gas engine. Through the combination of cold and hot EGR supply device, intake heating device and exhaust heating device, the exhaust temperature is kept in the high efficiency conversion window of the post-processing device, and the efficient operation of the post-processing device is realized.

【技术实现步骤摘要】
基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理系统及方法
本专利技术涉及稀燃天然气发动机领域，具体是一种基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理系统及方法。
技术介绍
随着传统燃料储量的减少和环境问题的加重，天然气由于其在排放性和储量上的优势得到了更广泛的应用。天然气发动机采取稀薄燃烧策略后热效率有所提高且各项排放有所降低，综合性能较好，但随着EuroVI法规的实施，稀薄燃烧天然气发动机(简称稀燃天然气发动机)的排放已经无法满足法规要求的排放限值。稀燃天然气发动机的碳烟排放极低，不需要安装后处理装置进行处理，但CO排放和甲烷排放需要安装甲烷催化氧化转换器(MethaneOxidationCatalyst，MOC)，NOx排放需要安装选择性催化氧化还原装置(SelectiveCatalyticReduction，SCR)来进行处理，处理过程中产生的氨排放需要加装逃逸氨捕集装置(AmmoniaSlipCatalyst，ASC)来去除。稀燃天然气发动机安装MOC、SCR、ASC后，各项排放值均可得到显著降低。但在实际运行过程中，由于涉及到多种工况和极端环境，排放物的排放数值特别是氧化过程中对温度要求较高的甲烷，要降低到EuroVI排放限值以下依然比较困难。根据《LiM,ZhangQ,LiG.EmissionCharacteristicsofaNaturalGasEngineOperatinginLean-BurnandStoichiometricModes[J].JournalofEnergyEngineering,2016,142(3):04015039》文献中数据显示，稀燃天然气发动机甲烷排放值高于EuroVI排放限值，这主要是因为在某些工况下排温不足，甲烷转化率较低造成的，因此在稀燃天然气发动机中添加热管理系统是必要的。针对稀燃天然气发动机在全工况覆盖运行过程难以满足EuroVI等较为严格的排放法规限值的缺点，需要提出一种在不同运行工况下和寒冷环境中均可保证排温在适当范围内的后处理装置热管理系统及相对应的控制策略。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于冷热EGR(ExhaustGasRecirculation，排气再循环)联合供给的后处理装置热管理系统及方法。本专利技术解决所述系统技术问题的技术方案是，提供一种基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理系统，其特征在于该系统包括进气加热装置、进气温度传感器、电子控制单元、排气加热装置和冷热EGR联合供给装置；所述冷热EGR联合供给装置包括EGR冷却器、电控冷EGR截止阀、电控热EGR截止阀和电控EGR率控制阀；所述电子控制单元分别与进气加热装置、进气温度传感器、排气加热装置、电控冷EGR截止阀、电控热EGR截止阀和电控EGR率控制阀连接；所述进气加热装置安装在稀燃天然气发动机的进气管道上，位于节气门和进气温度传感器之间；所述进气加热装置后方安装有进气温度传感器；所述排气加热装置安装在稀燃天然气发动机的排气管道上，位于涡轮增压器与MOC之间，安装在排气氧传感器之后；所述冷热EGR联合供给装置安装在稀燃天然气发动机的排气旁通管道上；所述EGR冷却器安装在冷EGR输运管道上；所述电控冷EGR截止阀安装在冷EGR输运管道上；电控热EGR截止阀安装在热EGR输运管道上；电控EGR率控制阀安装在EGR输运管道上，位于EGR/进气混合器的EGR入口处。本专利技术解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1，稀燃天然气发动机开始启动时，电子控制单元启动进气加热装置和排气加热装置并将加热强度调节到最大；在启动过程中根据进气温度的监控数值，对进气加热装置的加热强度进行调节，防止进气温度过高造成的功率损失；同时，根据MOC前排气温度传感器、SCR前温度传感器、ASC后温度传感器反馈的温度数值对排气加热装置进行调节；步骤2，当转速、负荷达到所需数值，稀燃天然气发动机启动过程完成，启动完成后关闭进气加热装置和排气加热装置；步骤3，电子控制单元根据发动机的运行工况判断发动机负荷是否高于冷热EGR联合供给装置的启动阀值；启动阀值根据前期标定MAP图确定；若发动机负荷低于冷热EGR联合供给装置的启动阀值则进行步骤5；步骤4，若发动机负荷高于冷热EGR联合供给装置的启动阀值，电子控制单元根据前期标定MAP图打开电控热EGR截止阀或者电控冷EGR截止阀，并调整电控EGR率控制阀到适当的开度；在高负荷下，排气温度足够高，但NOx排放较高且需要较高的热效率和功率输出，此时关闭电控热EGR截止阀，打开电控冷EGR截止阀，并调整电控EGR率控制阀到适当的开度，冷EGR比例的标定原则为在保证热效率、排温和运转稳定性的前提下降低NOx排放；在低负荷下，排气温度不够高，此时关闭电控冷EGR截止阀，打开电控热EGR截止阀，并调整电控EGR率控制阀到适当的开度，使用热EGR提高排气温度，继而起到提高后处理装置转化效率的作用，热EGR比例的标定原则为在尽量保证热效率的前提下使排气温度在高效率运行窗口内；在使用热EGR的过程中要随时对MOC温度传感器的数值进行监控，若温度超限，及时降低热EGR率或者切断热EGR供给，防止MOC内部温度过高造成MOC的催化器热损伤；步骤5，电子控制单元根据前期标定MAP图对进气加热装置和排气加热装置的启动关闭以及加热的强度进行控制；进气加热装置在发动机处于冷启动状态或发动机负荷低于冷热EGR联合供给装置启动阀值的状态时处于打开状态；在部分负荷下，如果热EGR可以满足对排温提升的要求，则无需打开排气加热装置，如果打开电控热EGR截止阀排温依然无法满足要求，则根据需要打开排气加热装置并根据后处理系统的温度反馈调节控制其加热强度；在使用排气加热装置的过程中要随时对MOC温度传感器的数值进行监控，若温度超限，及时切断排气加热装置，防止MOC内部温度过高造成MOC的催化器热损伤；步骤6，发动机工况变化时，重复步骤3、4和5的操作，在保证发动机热效率的前提下，使排温满足要求，后处理装置高效率工作。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：(1)通过冷热EGR联合供给装置、进气加热装置、排气加热装置中的一种装置的单独运行或者几种装置的共同运行，实现稀燃天然气发动机后处理装置的热管理，克服了无热管理的稀燃天然气发动机在较低负荷和寒冷环境下排温过低，甲烷等排放物转化率较低的问题，使排气温度尽量保持在后处理装置的高效率转化窗口之内，实现了后处理装置的高效运行，使稀燃天然气的排放数值可以达到较高的排放标准。(2)利用发动机性能试验和冷启动试验优化标定不同运转工况时不同装置的开启关闭状态、电控EGR率控制阀的开启程度、进气加热装置的加热强度以及排气加热装置的加热强度，以实现在兼顾排放和动力性的前提下保证后处理装置的可靠性。(3)在EGR/进气混合器的入口前安装一个电控EGR率配合一个电控冷EGR截止阀和一个电控热EGR截止阀控制阀来控制热EGR或者冷EGR的比例，而不是在热EGR和冷EGR的输运管道处各安装一个电控EGR率控制阀。这样的好处是电控截止阀的可靠性远高于电控EGR率控制阀且成本远低于电控EG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理系统，其特征在于该系统包括进气加热装置、进气温度传感器、电子控制单元、排气加热装置和冷热EGR联合供给装置；所述冷热EGR联合供给装置包括EGR冷却器、电控冷EGR截止阀、电控热EGR截止阀和电控EGR率控制阀；所述电子控制单元分别与进气加热装置、进气温度传感器、排气加热装置、电控冷EGR截止阀、电控热EGR截止阀和电控EGR率控制阀连接；所述进气加热装置安装在稀燃天然气发动机的进气管道上，位于节气门和进气温度传感器之间；所述进气加热装置后方安装有进气温度传感器；所述排气加热装置安装在稀燃天然气发动机的排气管道上，位于涡轮增压器与MOC之间，安装在排气氧传感器之后；所述冷热EGR联合供给装置安装在稀燃天然气发动机的排气旁通管道上；所述EGR冷却器安装在冷EGR输运管道上；所述电控冷EGR截止阀安装在冷EGR输运管道上；电控热EGR截止阀安装在热EGR输运管道上；电控EGR率控制阀安装在EGR输运管道上，位于EGR/进气混合器的EGR入口处。

【技术特征摘要】
1.一种基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理系统，其特征在于该系统包括进气加热装置、进气温度传感器、电子控制单元、排气加热装置和冷热EGR联合供给装置；所述冷热EGR联合供给装置包括EGR冷却器、电控冷EGR截止阀、电控热EGR截止阀和电控EGR率控制阀；所述电子控制单元分别与进气加热装置、进气温度传感器、排气加热装置、电控冷EGR截止阀、电控热EGR截止阀和电控EGR率控制阀连接；所述进气加热装置安装在稀燃天然气发动机的进气管道上，位于节气门和进气温度传感器之间；所述进气加热装置后方安装有进气温度传感器；所述排气加热装置安装在稀燃天然气发动机的排气管道上，位于涡轮增压器与MOC之间，安装在排气氧传感器之后；所述冷热EGR联合供给装置安装在稀燃天然气发动机的排气旁通管道上；所述EGR冷却器安装在冷EGR输运管道上；所述电控冷EGR截止阀安装在冷EGR输运管道上；电控热EGR截止阀安装在热EGR输运管道上；电控EGR率控制阀安装在EGR输运管道上，位于EGR/进气混合器的EGR入口处。2.根据权利要求1所述的基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理系统，其特征在于所述电子控制单元是ECU。3.一种基于冷热EGR联合供给的后处理装置热管理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1，稀燃天然气发动机开始启动时，电子控制单元启动进气加热装置和排气加热装置并将加热强度调节到最大；在启动过程中根据进气温度的监控数值，对进气加热装置的加热强度进行调节，防止进气温度过高造成的功率损失；同时，根据MOC前排气温度传感器、SCR前温度传感器、ASC后温度传感器反馈的温度数值对排气加热装置进行调节；步骤2，当转速、负荷达到所需数值，稀燃天然气发动机启动过程完成，启动完成后关闭进气加热装置和排气加热装置；步骤3，电子控制单元根据发动机的运行工况判断发动机负荷是否高于冷热EGR联合供给装置的启动阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孟涵，田洪建，刘鑫，刘晓日，郑清平，辛固，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12