一种具有热能注入装置的DPF系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种dpf系统及其控制方法，特别是一种具有热能注入装置的dpf系统及其控制方法。

背景技术：

1、为了满足排放法规的要求，发动机尾气处理系统需要加装颗粒捕捉器(dpf)，以去除燃烧产生的碳烟。碳烟在dpf中会积累，到了一定程度会增加发动机系统的背压，影响发动机的工作。因此，在dpf系统中，还要定期地清除其中的碳烟。清除dpf中碳烟的过程叫做dpf的再生。在柴油发动机应用中，dpf的再生有被动再生和主动再生两种形式：被动再生是尾气中的氮氧化物(nox)与碳烟发生反应，从而将碳烟去除，主动再生则是尾气中剩余的氧气与碳烟发生反应。相对于主动再生，被动再生所需要的再生温度比较低，但窗口比较窄(高效区间在300到350摄氏度)，同时也由于尾气中的nox数量不容易控制，通常主要的再生形式还是主动再生。

2、被动再生一般需要氧化催化剂(比如铂和钯等)的参与，在该过程中，氧化催化剂的作用是产生no2，增加反应的效率。主动再生也可以使用氧化催化剂来完成。在该过程中碳氢燃油在氧化催化剂中氧化产热加热尾气，使得氧气与碳烟发生反应，从而去除碳烟。使用氧化催化剂进行主动再生时，一般氧化催化剂以独立催化剂单元的形式(柴油氧化催化剂doc)布置在dpf的上游，同时，为了提高氧化效率，在dpf中也涂敷有贵金属。

3、dpf主动再生可以使用燃烧器。在燃烧器中通过电热塞或火花塞点燃燃油，然后形成火焰和热流来加热尾气。与doc氧化方式类似(doc在氧化燃油时需要保持膛温高于燃油在催化剂上的起燃温度(light-off temperature))，燃烧器中燃油的燃烧也需要一个热源(火焰保持器)，或热环境(比如热气流)，燃油在热源上或热环境总加热到起燃温度，然后燃烧放热。如果燃油燃烧放出的热量能够维持热源的温度以及有充足的氧气，则燃烧能够维持，否则燃油就会不完全燃烧，形成新的排放物。在空气流量、温度、以及氧浓度迅速变化的尾气环境中，控制喷油以保持燃烧比较困难，因此在dpf应用中，一般燃烧器需要使用新鲜空气气源(温度和氧气浓度不变)，低成本燃烧器只在单一工况或简单工况下使用(流量不变或变化不大)。为了消除燃烧不充分产生的新排放物，通常在燃烧器的下游还要配置doc。由于这些使用条件的限制，在dpf应用中，除非有严格的低温尾气(尾气低于doc起燃温度)再生要求，一般dpf系统不使用燃烧器。

4、上述现有技术的系统中，存在系统成本过高，系统复杂度过高的问题；且存在因再生不及时而造成的碳烟承载量过高问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有热能注入装置的dpf系统及其控制方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种具有热能注入装置的dpf系统及其控制方法。

3、其中，一种具有热能注入装置的dpf系统，包括：用于控制所述系统的控制器、dpf装置和设置在其上游的热能注入装置，其中，热能注入装置包括：一端用于接收尾气的进口歧管，进口歧管的另一端连接第一支路和第二支路，第一支路和第二支路的另一端连接出口歧管一端，出口歧管另一端连接下游dpf装置，并将经过热能注入装置处理的尾气传送给下游dpf装置；

4、流量控制阀，用于调节第一支路和第二支路中的流量比；第二支路中设有用于产生高温热流的喷点模块和前置小doc催化剂；其中，喷点模块的喷油量通过第一燃油流量控制阀进行控制；

5、所述热能注入装置中，还包括：设置在第一支路或第二支路中的下游燃油喷射装置；其中，下游燃油喷射装置的喷油量通过第二燃油流量控制阀进行控制。

6、进一步的，所述下游燃油喷射装置即燃油喷射装置(109)设置在第二支路(112)中时，位于前置小doc催化剂(135)的下游，其下游设有火焰保持器(110)。

7、进一步的，所述下游燃油喷射装置即燃油喷射装置设置在第一支路中时，位于流量控制阀的下游，出口歧管中设置有混合器，第一支路流出的尾气流与第二支路流出的尾气流在混合器中均匀混合。

8、进一步的，所述热能注入装置中，还包括：在第二支路的喷点模块上游设有增氧器，用于向第二支路中注入新鲜空气器。

9、进一步的，所述增氧器通过管路和新鲜空气流量控制阀连接至空气源。

10、进一步的，所述喷点模块(108)用于喷射燃油并点燃喷射的燃油，产生高温热流，包括：气流流入孔、燃油流入通道、电热单元以及火焰保持器。

11、进一步的，所述下游燃油喷射装置，用于雾化和喷射燃油，包括：用于输送燃油的燃油输送管，和雾化喷头用于将雾化后的燃油喷出。

12、进一步的，所述dpf装置中，包括：doc子模块和dpf子模块；

13、其中，doc子模块和dpf子模块为独立设置，或将doc子模块和dpf子模块设置为在dpf的载体上将贵金属分区涂敷，即采用docondpf方式。

14、一种具有热能注入装置的dpf系统的控制方法，用于对上述具有热能注入装置的dpf系统进行控制，包括以下步骤：

15、步骤1，在所述具有热能注入装置的dpf系统中，设置传感器采集所需数据：

16、步骤2，判断所述系统是否处于dpf再生或热管理模式中，若是则执行步骤3，否则直接停止控制；

17、步骤3，根据传感器获取的数值，计算最大燃油喷射量的限制mf_max112和用于控制第一燃油流量控制阀的燃油控制命令mc1；

18、计算总喷射量mf_max和用于控制第二燃油流量控制阀的燃油控制命令mc2；

19、步骤4，判断是否满足如下条件，即：

20、mc1>mf_max112或mc1+mc2>mf_max

21、若满足，则进入步骤5，否则进入步骤6；

22、步骤5，进行新鲜空气处理，并判断是否有误，若无误则返回步骤4；否则进入步7；

23、步骤6，将所述系统中的第一燃油流量控制阀控制命令设置为燃油控制命令mc1，并判断：系统中前置小doc催化剂下游温度tb小于第一阈值thdtl1或大于第二阈值thdth1的时间，是否超过预设时长，若是则进入步骤7，否则进入步骤8；

24、步骤7，第一燃油流量控制阀和第二燃油流量控制阀的控制命令重置为0，而后报告错误，并停止控制；

25、步骤8，将第二燃油流量控制阀的控制命令设置为后喷射命令mc2，并判断：系统最下游即系统中dpf装置的下游温度td小于第三阈值thdtl2或大于第四阈值thdth2的时间，是否超过预设时长，若是则进入步骤7，否则返回执行步骤2。

26、进一步的，步骤5中所述的进行新鲜空气处理，具体包括以下步骤：

27、步骤5-1，判断所述系统中是否存在新鲜空气流量控制阀，若是，则进入步骤5-2，否则进入步骤5-3；

28、步骤5-2，开启所述新鲜空气流量控制阀，并进入步骤5-3；

29、步骤5-3，判断是否满足如下条件：

30、mc1>mf_max112或mc1+mc2>mf_max的时长是否大于预设时长，若是，则报告错误并停止控制，否则直接停止控制。

31、有益效果：

32、1、本发明提出的装置使用含尽量低贵金属涂敷量的氧化催化剂对温度低于doc起燃温度的尾气进行加热，从而以尽量低的成本拓展系统dpf再生的机会，减少因再生不及时而造成的碳烟承载量过高问题。

33、2、本发明中，尽量使用尾气中的氧气氧化燃油，同时在氧气不足时补充氧气，使得系统能够以尽量低的燃油消耗完成dpf再生。

34、3、本发明尽量降低燃油氧化加热后的热流温度，从而降低排气管路的成本。

35、4、本发明使用了doc与dpf一体的系统，从而降低系统的复杂度。