一种发动机排气处理系统的制作方法
【专利摘要】一种发动机排气处理系统，包括在处理器单元排气管上设置废气再循环通道，涡轮，氧化催化剂DOC，微粒过滤器DPF，选择性催化还原剂，在所述微粒过滤器DPF上游设有燃料喷射器及与燃料喷射器临近设置的第一空气喷射器，在选择性催化还原剂上游设置的尿素水溶液喷射器及与其临近设置的第二空气喷射器，在微粒过滤器DPF非再生期间，处理器单元响应于所述第一温度传感器控制所述第一空气喷射器向排气中喷入压缩空气以调节排气温度；在所述微粒过滤器DPF再生期间，所述处理器单元响应于所述第二温度传感器控制所述第二空气喷射器向排气中喷入压缩空气以调节排气温度。通过本发明可以方便地调节排气温度，避免SCR过热烧毁现象。
【专利说明】
一种发动机排气处理系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及发动机尾气净化领域，具体地涉及尾气颗粒物(PM)和氮氧化物(NOX)的净化装置。
【背景技术】
[0002]对车用发动机，尤其是柴油机的废气的限制近年来不断加强，预计将来会更加严格。柴油机为在将提供到气缸内的空气压缩之后喷射燃料，使燃料燃烧的发动机，与汽油发动机相比，一般来说具有热效率高、二氧化碳(C02)的排放量比较少的优点，但强烈要求降低由未燃烧成分等粒子状物质构成的粒状物:PM以及氮氧化物:NOX的排放。
[0003]作为从柴油机的废气中除去PM的装置，我们已知有用过滤器捕集PM的柴油颗粒过滤器(以下称为“DPF”)，并且已实用化。在DPF之后有净化NOX所用的选择性催化还原催化剂(以下称为“SCR”)。一般而言DPF加SCR是比较好的、比较理想的柴油机尾气净化装置。
[0004]由于捕集到的PM因发动机反复运转而堆积在该DPF上，因此需要燃烧掉捕集的PM使DPF再生。而PM再生温度，通常认为是500°C起燃，而常见的再生方法就是向DPF之前的排气管内喷入油气混合物燃烧点燃DPF中的PM聚集颗粒。马义等的《柴油机威力捕集器催化再生技术》中经试验验证，当喷油量大于60ml/min时，DPF温度，特别是出口温度会迅速上升。此时，DPF前部及内部温度也是急剧上升的，这也容易导致DPF内部烧结，影响其性能和寿命O
[0005]再者，位于DPF后面的SCR通常在300-400°C下有利于NOX的还原反应，而在DPF再生期间或其他异常状况下SCR容易升温过快，造成内部烧结及催化剂挥发等不良影响，从而影响SCR的性能和寿命。
[0006]通常调节尾气温度的方式是采用废气再循环，通过控制EGR阀来控制废气再循环量来调节尾气温度，但是如果废气再循环量太大，会造成发动机熄火，从而引发别的不愿看到的情况发生。
[0007]因此，为了解决以上问题，本发明引入新的燃料喷射及尿素喷射系统，可以调节排气管内尾气的温度，避免在极端情况下DPF及SCR的损坏，同时避免由于EGR量加大而造成不必要的发动机熄火问题。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种发动机排气处理系统，在发动机的排气管和进气管之间设有废气再循环系统，废气再循环系统的流量由EGR阀控制，在废气再循环管路上设有冷却器。在进排气管上设有涡轮增压系统。在涡轮的下游依次设有燃料加空气喷射器，氧化催化剂D0C，颗粒过滤器DPF，尿素水溶液加空气喷射器，选择性催化还原催化剂SCR。此外，在DPF两端设有压力传感器，在SCR两端设有NOX传感器，在DPF前端和SCR前端设有温度传感器。
[0009]本发明的发动机排气处理系统还具有处理器单元E⑶，处理器单元ECU接受各种传感器信号，包括发动机转速、加速踏板位置传感器信号、冷却水温传感器信号、环境温度传感器信号、以及上述的压力传感器信号、NOX传感器信号及DPF前端和SCR前端温度传感器信号。ECU具有PM堆积预测模块、DPF温度检测模块、SCR温度检测模块及控制模块。ECU根据各种传感器的数据对DPF中的微粒PM的堆积程度进行预测，并检测DPF和SCR的温度。控制模块控制控制EGR阀、燃料加空气喷射器、尿素水溶液加空气喷射器。
[0010]进一步地，燃料加空气喷射器由燃料喷射器和第一空气喷射器;尿素加空气喷射器由尿素水喷射器和第二空气喷射器。燃料喷射器通过燃料油路与燃料箱连接，尿素水喷射器由管路连接至尿素水溶液管罐。第一空气喷射器和第二空气喷射器分别通过管路连接到一个共用的压缩空气罐。
[0011]所述发动机排气处理系统还包括废气再循环系统，在废气再循环系统的废气再循环管路上设有EGR阀和冷却器，所述处理器单元还接受发动机速度信号、加速踏板位置信号、冷却水温信号、环境温度信号，并进一步判断发动机的状态，从而根据发动机状态控制EGR阀的开度来调节尾气温度。
[0012]E⑶可以分别控制EGR阀、燃料喷射器、第一空气喷射器、尿素水喷射器和第二空气喷射器。在DPF非再生期间相应于DPF前端温度传感器通过控制第一空气喷射器来调节尾气温度；在DPF再生期间相应于SCR前端温度传感器通过控制第二空气喷射器来调节尾气温度。
[0013]在非再生期间，当第一温度传感器感测温度大于第一阈值时，处理器单元控制第一空气喷射器向排气中喷入压缩空气;这样第二空气喷射器可以直接与尿素水溶液喷射器配合以一定比例很好地形成雾化效果即可，而不用多喷射压缩空气来降温调节尾气。因此，这期间避免了第二空气喷射器的雾化效果和温度调节功能相互干扰的问题。
[0014]在再生期间，当第二温度传感器感测温度大于第二阈值时，处理器单元控制第二空气喷射器向排气喷入压缩空气；
所述第一阈值大于所述第二阈值，且所述第二阈值不大于450°C。
[0015]对于尾气温度的调节可以是公认的根据DPF和SCR种类不同而不同的温度，例如DPF设为700 °C，SCR上限温度设为450 °C。
[0016]此外，在冷启动期间，如果环境温度低于第三阈值，例如是-20°C时，可以控制燃料喷射器和第一空气喷射器喷射并以点火的方式进行点燃来对DPF及SCR进行预热，以最快的速度使得SCR处于活性条件下。
[0017]E⑶根据DPF两端的压力传感器的压力信号判断DPF的再生时机，根据SCR两端的NOX传感器的信号判断尿素水溶液和第二空气喷射器空气的喷射量，以最好的雾化效果来喷射尿素水溶液。
[0018]进一步地，燃料喷射器和第一空气喷射器可以以同一个喷嘴进行喷射，也可以以不同的喷嘴进行喷射，但是第一空气喷射器可以单独喷射空气，以方便尾气温度调节。尿素水溶液喷射器和第二空气喷射器可以以同一个喷嘴进行喷射，也可以以不同的喷嘴进行喷射，但是第二空气喷射器可以单独喷射空气，以方便尾气温度调节。
[0019]所述燃料喷射器与所述第一空气喷射器布置成同心或布置成射流相互干涉的角度，以利于喷出的燃料雾化;所述尿素水溶液喷射器与所述第二空气喷射器布置成同心或布置成射流相互干涉的角度，以利于喷出的尿素水溶液雾化。所述压缩空气罐内压缩空气的压力大于排气管内涡轮下游的任何一点处的压力，所述压缩空气罐内压缩空气由发动机提供动力的压缩机压缩存储。
[0020]为了进一步说明本发明的技术方案，本发明的具体实施例，通过下面详细描述进行展示。
[0021]附图简要说明
图1是发动机排气处理系统示意图；
图2是排气管布置示意图；
图3是本发明排气处理系统控制框图。
[0022]图中，10-发动机；11-进气管；12-空气滤清器；13-压缩机；14-排气管；15-涡轮；16-EGR阀；17-冷却器；18-氧化催化剂(DOC)加颗粒捕集(DPF) ； 19-选择性催化还原催化剂(SCR) ； 20-氧化催化剂(D0C); 21-DPF; 22，24-第一、第二压力传感器;23-第一温度传感器；25-燃料喷射器;26-第一空气喷射器;27-尿素水溶液喷射器;28-第二空气喷射器;29，30-第一、第二NOx传感器；31-中央控制器(EOT); 32-PM堆积预测模块；33-DPF温度检测模块；34-SCR温度检测模块;35-控制模块;36-发动机转速信号;37-加速踏板位置信号；38-冷却水温信号；39-环境温度信号;40-第二温度传感器;201-燃料箱;202-压缩空气储蓄罐;203-尿素水溶液罐。
【具体实施方式】
[0023]如图1所示，为本发明发动机排气处理系统示意图。其中发动机排气处理系统，在发动机10的排气管14和进气管11之间设有废气再循环系统，废气再循环系统的流量由EGR阀16控制，在废气再循环管路上设有冷却器17。在进排气管上设有涡轮增压系统，涡轮15设在废气再循环支路下游，压缩机13上游设有空气滤清器12。在涡轮15的下游依次设有燃料喷射器25，第一空气喷射器26，氧化催化剂加颗粒过滤器DPFl 8，氧化催化剂D0C20，颗粒过滤器DPF21，尿素水溶液喷射器27，第二空气喷射器28，选择性催化还原催化剂SCR19。此外，在DPF两端设有第一压力传感器22和第二压力传感器24，在SCR两端设有第一 NOX传感器29和第二 NOX传感器30，在DPF前端和SCR前端分别设有第一温度传感器23和第二温度传感器40 ο
[0024]本发明的发动机排气处理系统还具有处理器单元ECU31，处理器单元ECU31接受各种传感器信号，包括发动机转速信号36、加速踏板位置信号37、冷却水温信号38、环境温度信号39、以及上述的第一和第二压力传感器信号、第一和第二NOX传感器信号、DPF前端和SCR前端温度传感器信号以及公知的EGR阀信号。E⑶具有PM堆积预测模块32、DPF温度检测模块33、SCR温度检测模块34及控制模块35 ^CU根据各种传感器的数据对DPF中的微粒PM的堆积程度进行预测，并检测DPF和SCR的温度。控制模块控制控制EGR阀16、燃料喷射器、第一空气喷射器、尿素水溶液喷射器、第二空气喷射器的动作。
[0025]图2为排气管布置示意图。燃料喷射器25通过燃料油路与燃料箱201连接，尿素水喷射器28由管路连接至尿素水溶液管罐203。第一空气喷射器26和第二空气喷射器27分别通过管路连接到一个共用的压缩空气罐202。压缩空气罐202内的压缩空气可以由发动机10提供动力来补充压缩空气。
[0026]E⑶可以分别控制EGR阀16、燃料喷射器25、第一空气喷射器26、尿素水喷射器28和第二空气喷射器27。在DPF21非再生期间响应于DPF前端的第一温度传感器23通过控制EGR阀16以及第一空气喷射器16来调节尾气温度;在DPF再生期间响应于SCR前端的第二温度传感器40通过控制第二空气喷射器27来调节尾气温度。
[0027]对于尾气温度的调节可以是公认的根据DPF和SCR种类不同而不同的温度，例如DPF设为700 °C，SCR上限温度设为450 °C。
[0028]此外，燃料喷射器附近可以设置点火装置，在冷启动期间并且环境温度非常低的情况下，ECU可以控制燃料喷射器25和第一空气喷射器喷射26并以点火的方式进行点燃来对DPF及SCR进行预热，以最快的速度使得SCR处于活性条件下。
[0029]E⑶根据DPF两端的第一压力传感器22和第二压力传感器24的压力信号判断DPF的再生时机，根据SCR两端的第一 NOX传感器29和第二 NOX传感器30的信号判断尿素水溶液和第二空气喷射器空气的喷射量，以最适合的量和最好的雾化效果来喷射尿素水溶液。
[0030]图3是本发明排气处理系统的控制框图。其中首先判断发动机状态301，进一步判断DPF是否在再生期间302，如果处于非再生期间，那么判断第一温度传感器23的测量温度是否大于第一温度阈值306，如果大于第一温度阈值，那么控制第一空气喷射器26喷射压缩空气来调节尾气温度307;继续判断第一温度传感器23的测量温度是否超过第一温度阈值308，如果是“否”则第一空气喷射器停止喷射空气，如果是“是”则返回至步骤306。
[0031]如果处于再生期间，那么判断第二温度传感器40的测量温度是否大于第二温度阈值303，如果大于第二温度阈值，那么控制第二空气喷射器27喷射压缩空气来调节尾气温度304;继续判断第二温度传感器40的测量温度是否超过第二温度阈值305，如果是“否”则第二空气喷射器停止喷射空气，如果是“是”则返回至步骤303。
[0032]【具体实施方式】只是示例性的对本发明进行描述，并不限制本发明的包含在权利要求内的其他实施方式。
【主权项】
1.一种发动机排气处理系统，包括在处理器单元(31)，排气管(14)上设置涡轮(15)，氧化催化剂D0C(20)，微粒过滤器DPF(21)，选择性催化还原剂(19)，其特征在于:在所述微粒过滤器DPF(21)上游设有燃料喷射器(25)及与燃料喷射器临近设置的第一空气喷射器(26)，在所述选择性催化还原剂(19)上游设置的尿素水溶液喷射器(28)及与其临近设置的第二空气喷射器(27)，在所述微粒过滤器DPF( 21)上游设有第一温度传感器(23)，在所述选择性催化还原剂(19)上游设有第二温度传感器(40)， 在所述微粒过滤器DPF(21)非再生期间，所述处理器单元(31)响应于所述第一温度传感器(23)控制所述第一空气喷射器(26)向排气中喷入压缩空气以调节排气温度； 在所述微粒过滤器DPF(21)再生期间，所述处理器单元(31)响应于所述第二温度传感器(40)控制所述第二空气喷射器(27)向排气中喷入压缩空气以调节排气温度。2.根据权利要求1所述的发动机排气处理系统，其特征在于:所述微粒过滤器DPF(21)上下游分别设置第一压力传感器(22)和第二压力传感器(24)，和所述选择性催化还原剂(19)上下游分别设置第一 NOX传感器(29)和第二 NOX传感器(30)， 所述处理器单元(31)基于第一压力传感器(22)和第二压力传感器(24)的压力信号判断微粒过滤器DPF( 21)中的PM堆积情况，从而进一步控制微粒过滤器的再生时间及燃料喷射器的喷射量； 所述处理器单元(31)基于第一 NOX传感器(29)和第二 NOX传感器(30)的NOX信号判断尿素水溶液的喷射量，从而进一步控制NOX值。3.根据权利要求1所述的发动机排气处理系统，其特征在于:在非再生期间，当第一温度传感器(23)感测温度大于第一阈值时，处理器单元(31)控制第一空气喷射器向排气中喷入压缩空气； 在再生期间，当第二温度传感器(40)感测温度大于第二阈值时，处理器单元(31)控制第二空气喷射器向排气喷入压缩空气； 所述第一阈值大于所述第二阈值，且所述第二阈值不大于450 °C。4.根据权利要求1所述的发动机排气处理系统，其特征在于:所述发动机排气处理系统还包括废气再循环系统，在废气再循环系统的废气再循环管路上设有EGR阀(16)和冷却器(17)，所述处理器单元(31)还接受发动机速度信号、加速踏板位置信号、冷却水温信号、环境温度信号，并进一步判断发动机的状态，从而根据发动机状态控制EGR阀的开度来调节尾气温度。5.根据权利要求4所述的发动机排气处理系统，其特征在于:在燃料喷射器附近设置点火装置，当所述处理器单元(31)判断发动机处于冷启动状态，并且环境温度低于第三阈值时，控制所述燃料喷射器(25)和第一空气喷射器(26)向排气中喷入可燃混合气，以点火形式点燃混合气，加速氧化催化剂DOC (20)、微粒过滤器DPF(21)及选择性催化还原剂(19)的升温。6.根据权利要求1所述的发动机排气处理系统，其特征在于:所述燃料喷射器(25)通过管路与燃料箱(201)相连，所述尿素水溶液喷射器(28)通过管路与尿素水溶液罐(203)，所述第一空气喷射器(26)与所述第二空气喷射器(27)分别通过管路与压缩空气罐(202)相连。7.根据权利要求6所述的发动机排气处理系统，其特征在于:所述燃料喷射器(25)、第一空气喷射器(26)、尿素水溶液喷射器(28)、第二空气喷射器(27)均可以独立控制进行喷射。8.根据权利要求7所述的发动机排气处理系统，其特征在于:所述燃料喷射器(25)与所述第一空气喷射器(26)布置成同心或布置成射流相互干涉的角度，以利于喷出的燃料雾化； 所述尿素水溶液喷射器(28)与所述第二空气喷射器(27)布置成同心或布置成射流相互干涉的角度，以利于喷出的尿素水溶液雾化。9.根据权利要求6所述的发动机排气处理系统，其特征在于:所述压缩空气罐(202)内压缩空气的压力大于排气管(14)内涡轮下游的任何一点处的压力，所述压缩空气罐(202)内压缩空气由发动机提供动力的压缩机压缩存储。10.一种运行如权利要求1-9任一项的发动机排气处理系统的方法，其特征在于: 首先判断发动机状态(301)，进一步判断微粒过滤器DPF是否在再生期间(302)，如果处于非再生期间，那么判断第一温度传感器(23)的测量温度是否大于第一温度阈值(306)，如果大于第一温度阈值，那么控制第一空气喷射器(26)喷射压缩空气来调节尾气温度(307);继续判断第一温度传感器(23)的测量温度是否超过第一温度阈值(308)，如果是“否”则第一空气喷射器停止喷射空气，如果是“是”继续下一个循环； 如果微粒过滤器DPF处于再生期间，那么判断第二温度传感器(40)的测量温度是否大于第二温度阈值(303)，如果大于第二温度阈值，那么控制第二空气喷射器(27)喷射压缩空气来调节尾气温度(304);继续判断第二温度传感器(40)的测量温度是否超过第二温度阈值(305)，如果是“否”则第二空气喷射器停止喷射空气，如果是“是”则继续下一个循环。
【文档编号】F01N9/00GK106014567SQ201610636115
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月5日
【发明人】农宝华, 刘著界, 韦辽
【申请人】广西联邦农业科技有限公司, 广西一联邦农业科技有限公司