一种柴油发动机尾气后处理系统及加热控制方法
【专利摘要】本发明创造提供了一种柴油发动机尾气后处理系统，包括一种柴油发动机尾气后处理系统，包括SCR催化器、尿素泵、尿素罐、尿素喷嘴、控制单元、温度传感器、氮氧化物传感器，还包括废气温度调节装置，用于对排放尾气温度进行加热控制；所述尿素泵集成在尿素罐上，通过尿素溶液管路连接尿素喷嘴，所述尿素喷嘴安装在排气管上。本发明创造通过设置废气温度调节装置，通过内置的发热体对尾气进行加热，保持尾气温度在设定的范围内，从而使催化反应的效率始终保持在较高水平上。通过对发热体通电时间、频率等参数的控制，对于不同工况可以输出不同的加热功率，实现对排气温度的即时的、差异性的主动控制，以适应系统对不同工况点的需求。
【专利说明】
一种柴油发动机尾气后处理系统及加热控制方法
技术领域
[0001]本发明创造属于柴油发动机控制领域，尤其是涉及一种柴油发动机尾气后处理系统及加热控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，商用车多搭载柴油发动机，选择性催化还原(简称SCR)技术是实现柴油机尾气排放达到国V及以上法规的主流技术路线，SCR系统的基本工作原理，是通过喷嘴将尿素水溶液喷入发动机排气管中，在催化器中对柴油机尾气中的NOx进行分解，生成NdPH2O。SCR系统通常包括尿素水溶液计量供给模块、控制单元和催化器等主要器件。
[0003]然而，由于SCR催化剂在不同温度下的活性不同，过低的尾气温度下，NOx的催化转化效率受到的影响较大，目前，应对低温工况的方案多为使用D0C(氧化性催化器)，使得尾气NOx中的NO和NO2的比例发生变化，即增加NO2的比例以实现低温下反应效率的提高。DOC方案对各个不同工况点的适应性无法做到均衡，氧化生成NO2的总量不确定，会导致低温下NOx的转换效率不能得到精确的控制。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明创造旨在提出一种柴油发动机尾气后处理系统，以实现柴油机尾气排放达到国V法规要求，尤其在尾气温度比较低的情况下提高催化反应的效率。
[0005]为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的:
[0006]—种柴油发动机尾气后处理系统，包括设置在排气管道内的SCR催化器、温度传感器、氮氧化物传感器，用于实现尿素溶液喷射的尿素栗、尿素罐、尿素喷嘴，用于控制尿素溶液喷射的控制单元。
[0007]还包括设置在SCR催化器前端的废气温度调节装置，用于对排放尾气温度进行加热控制；
[0008]所述尿素栗集成在尿素罐上，通过尿素溶液管路连接尿素喷嘴，所述尿素喷嘴安装在排气管上，设置于废气温度调节装置与SCR催化器之间；
[0009]所述废气温度调节装置、尿素栗、尿素喷嘴、温度传感器、氮氧化物传感器均与所述控制单元通过电线束连接；
[0010]所述尿素溶液管路内设有加热装置，所述加热装置连接所述控制单元。
[0011]进一步的，所述废气温度调节装置内设有发热体，用于对尾气进行加热。
[0012]进一步的，所述加热装置内设有加热丝。
[0013]进一步的，所述尿素罐内含有集液罐，所述尿素栗上设有能够容纳集液罐出液口的开口结构，所述尿素栗与所述集液罐之间设有密封圈。
[0014]相对于现有技术，本发明创造所述的一种柴油发动机尾气后处理系统具有以下优势:本发明创造通过设置废气温度调节装置，通过内置的发热体对尾气进行加热，保持尾气温度在设定的范围内，从而使催化反应的效率始终保持在较高水平上。
[0015]本系统采用的尿素栗，直接集成在尿素罐顶部，省去了尿素罐与尿素栗之间的尿素管路，减少了泄露风险，增加可靠性；同时，由于尿素水溶液通道总长度的缩短，对于栗建压的稳定和抽吸能力都有很大的提升。
[0016]本发明创造所述的尾气后处理系统适用于国V排放标准。
[0017]本发明创造的另一目的在于提出一种针对排放尾气温度加热的控制方法，以实现对排气温度的即时的、差异性的主动控制，以适应系统对不同工况点的需求。
[0018]为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的:
[0019]—种排放尾气温度加热控制方法，包括如下步骤:
[0020](I)设定催化反应需要的目标温度值；
[0021](2)估算反应过程中的实际温度；
[0022](3)利用目标温度和实际估算温度的差值经过PID算法计算，得出HVM控制的占空比控制量，同时对P项系数进行修正，进行加热控制。
[0023]进一步的，所述步骤(2)具体包括如下步骤:
[0024](I)利用设置在排气管内的温度传感器采集排气管内温度信号；
[0025](2)根据温度传感器采集的信号估算SCR催化反应位置的排气温度；
[0026](3)采集环境温度信号，通过台架和整车实验，得出修正系数MAP;
[0027](4)使用环境温度对此MAP进行查表，得出修正系数，修正排气实际估算温度。
[0028]相对于现有技术，本发明创造所述的一种排放尾气温度加热控制方法具有以下优势:本发明创造通过对发热体通电时间、频率等参数的控制，对于不同工况可以输出不同的加热功率，实现对排气温度的即时的、差异性的主动控制，以适应系统对不同工况点的需求。
【附图说明】
[0029]构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中:
[0030]图1为本发明创造实施例所述的一种柴油发动机尾气后处理系统的结构示意图；[0031 ]图2为本发明创造实施例所述的尿素罐与尿素栗连接示意图；
[0032]【附图说明】如下
[0033]1-控制单元，2-尿素栗，3-尿素罐，31-集液罐，4-尿素喷嘴，5-废气温度调节装置，6-温度传感器、7-氮氧化物传感器、8-发动机E⑶;9-SCR催化器。
【具体实施方式】
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0035]在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0036]在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
[0037]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
[0038]如图1所示，控制单元I与发动机ECU8及传感器进行通信，根据发动机的转速，扭矩，排气温度等瞬态的工况量，控制尿素栗2及尿素喷嘴4，实现精确的控制尿素水溶液的喷射量。
[0039]尿素罐3用于存储尿素水溶液，内部含有液位及温度传感器。本系统采用的尿素罐3含有内部集液罐31，在低液位的情况下仍能保证吸液不受颠簸的影响，从而避免气泡进入尿素栗2引起的失效及计量不准确等情况；同时，在低温结冰的情况下，在集液罐31范围内的局部高效加热，相比较整体加热的效率更高，解冻时间更短，尿素罐3与尿素栗2的连接结构图如图2所示，尿素栗2上设有能够容纳集液罐31出液口的开口结构，所述尿素栗2与所述集液罐31之间设有密封圈。
[0040]尿素栗2用于将尿素罐3内的尿素水溶液输送到尿素喷嘴4，并在管路内部保证所需要的喷射压力。本系统采用的尿素栗2，直接集成在尿素罐3顶部，省去了尿素罐3与尿素栗2之间的尿素管路，减少了泄露风险，增加可靠性。同时，由于尿素水溶液通道总长度的缩短，对于栗建压的稳定和抽吸能力都有很大的提升。
[0041 ]尿素喷嘴4安装在排气管上，用于将尿素水溶液喷射雾化。
[0042]尿素栗2与尿素喷嘴4之间的尿素溶液管路由控制单元I直接控制加热状态，当温度低于某一温度时，控制单元I即开始加热，开始加热的温度按照不同车辆的空间结构对热传递的影响，设定不同的标定值，以适应多种车辆的安装匹配。尿素溶液管路内设有加热丝，连接控制单元，由控制单元对加热丝进行通电加热。
[0043]废气温度调节装置5主要由发热体、发热体骨架及导热结构三部分构成。在尾气温度比较低的情况下，通过发热体及导热结构对尾气进行加热，保持尾气温度在设定的范围内，从而使催化反应的效率始终保持在较高水平上。通过对发热体通电时间、频率等参数的控制，对于不同工况可以输出不同的加热功率，实现对排气温度的即时的、差异性的主动控制，以适应系统对不同工况点的需求。对尾气温度进行加热控制的方法如下:
[0044]由于SCR催化反应在特定的温度范围内，有最佳的效果，而排气的温度在一些工况下无法达到这一特定温度范围，因此引入此加热功能。
[0045]系统内在排气管路中设置了温度传感器6，可采集排气温度信号，在台架标定时根据温度传感器采集的信号精确估算SCR催化反应位置的排气温度。对于不同车型、不同排气结构的温度传感器布置位置，可进行台架标定进行匹配。
[0046]系统可从整车大气温度传感器采集到环境温度信号，通过台架和整车试验，得出修正系数MAP;使用环境温度对此MAP进行查表，得出修正系数，修正排气实际估算温度。
[0047]加热过程采用PffM控制，可实现变功率控制。
[0048]温度控制采用经典的PID控制理论，利用目标温度和实际估算温度的差值经过PID算法计算，得出PWM控制的占空比控制量;同时，PID算法中的P项系数，使用排气管中的气体流速进行查表修正(气体流速根据发动机MAP特性得出)，优化PID响应速度，从而可精确控制实际估算温度尽快达到目标温度，提高系统的响应速度。
[0049]SCR催化器9是尿素水溶液水解生成的NH3和尾气中的NOx发生化学反应的场所，在催化器载体上涂层的催化作用下，最终生成犯和出0，排放到大气中。本系统通过控制尿素喷嘴4打开的占空比，对喷入排气管中的尿素水溶液能够进行精准的匹配和控制，以避免未反应完全的NH3排放到大气中所遭受成的二次污染。
[0050]温度传感器6实时获得排气管内的气体瞬态温度，放置在SCR催化器的前端，也可以放置在在SCR催化器后端，也可在SCR催化器前、后端位置使用双传感器的方案，以便适用于多种发动机及车辆的设计和匹配。
[0051 ]氮氧化物传感器7对处理后的气体中NOx含量的监控，并实时反馈给控制单元I。
[0052]本发明创造利用控制单元I与发动机ECU8通信，获得发动机实时的转速、扭矩、油耗、进排气流量等信息，通过温度传感器6和氮氧化物传感器7采集排气管内的温度以及氮氧化物浓度，从而控制尿素栗2运转，将尿素水溶液从尿素罐3输送到尿素喷嘴4。根据通过温度传感器6反馈的当前排气温度，以及发动机此工况的NOx含量，通过计算得到所需要喷入排气管内的尿素水溶液的数量，再通过占空比控制尿素喷嘴4的开启，从而实现根据不同的发动机的工况点，精确计量喷射尿素水溶液，同时，通过温度传感器6采集废气温度发送到控制单元I，控制单元I根据设定的阈值范围利用废气温度调节装置5对尾气的温度进行加热，保持尾气温度在设定的范围内，从而使催化反应的效率始终保持在较高水平上。
[0053]以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
【主权项】
1.一种柴油发动机尾气后处理系统，包括设置在排气管道内的SCR催化器、温度传感器、氮氧化物传感器，用于实现尿素溶液喷射的尿素栗、尿素罐、尿素喷嘴，用于控制尿素溶液喷射的控制单元，其特征在于: 还包括设置在SCR催化器前端的废气温度调节装置，用于对排放尾气温度进行加热控制; 所述尿素栗集成在尿素罐上，通过尿素溶液管路连接尿素喷嘴，所述尿素喷嘴安装在排气管上，设置于废气温度调节装置与SCR催化器之间； 所述废气温度调节装置、尿素栗、尿素喷嘴、温度传感器、氮氧化物传感器均与所述控制单元通过电线束连接； 所述尿素溶液管路内设有加热装置，所述加热装置连接所述控制单元。2.根据权利要求1所述的一种柴油发动机尾气后处理系统，其特征在于:所述废气温度调节装置内设有发热体，用于对尾气进行加热。3.根据权利要求1所述的一种柴油发动机尾气后处理系统，其特征在于:所述加热装置内设有加热丝。4.根据权利要求1所述的一种柴油发动机尾气后处理系统，其特征在于:所述尿素罐内含有集液罐，所述尿素栗上设有能够容纳集液罐出液口的开口结构，所述尿素栗与所述集液罐之间设有密封圈。5.一种排放尾气温度加热控制方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)设定催化反应需要的目标温度值； (2)估算反应过程中的实际温度； (3)利用目标温度和实际估算温度的差值经过PID算法计算，得出HVM控制的占空比控制量，同时对P项系数进行修正，进行加热控制。6.根据权利要求5所述的一种排放尾气温度加热控制方法，其特征在于:所述步骤(2)具体包括如下步骤: (1)利用设置在排气管内的温度传感器采集排气管内温度信号； (2)根据温度传感器采集的信号估算SCR催化反应位置的排气温度； (3)采集环境温度信号，通过台架和整车实验，得出修正系数MAP; (4)使用环境温度对此MAP进行查表，得出修正系数，修正排气实际估算温度。
【文档编号】F01N3/28GK106014563SQ201610583819
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】魏罡, 啜韦伟
【申请人】天津星洁汽车排放控制系统有限公司