一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)及加熱控制方法
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造提供了一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)，包括一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)，包括SCR催化器、尿素泵、尿素罐、尿素噴嘴、控制單元、溫度傳感器、氮氧化物傳感器，還包括廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置，用于對(duì)排放尾氣溫度進(jìn)行加熱控制；所述尿素泵集成在尿素罐上，通過(guò)尿素溶液管路連接尿素噴嘴，所述尿素噴嘴安裝在排氣管上。本發(fā)明創(chuàng)造通過(guò)設(shè)置廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)內(nèi)置的發(fā)熱體對(duì)尾氣進(jìn)行加熱，保持尾氣溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)，從而使催化反應(yīng)的效率始終保持在較高水平上。通過(guò)對(duì)發(fā)熱體通電時(shí)間、頻率等參數(shù)的控制，對(duì)于不同工況可以輸出不同的加熱功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)排氣溫度的即時(shí)的、差異性的主動(dòng)控制，以適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)不同工況點(diǎn)的需求。
【專利說(shuō)明】
一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)及加熱控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造屬于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)及加熱控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，商用車多搭載柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，選擇性催化還原(簡(jiǎn)稱SCR)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)尾氣排放達(dá)到國(guó)V及以上法規(guī)的主流技術(shù)路線，SCR系統(tǒng)的基本工作原理，是通過(guò)噴嘴將尿素水溶液噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中，在催化器中對(duì)柴油機(jī)尾氣中的NOx進(jìn)行分解，生成NdPH2O。SCR系統(tǒng)通常包括尿素水溶液計(jì)量供給模塊、控制單元和催化器等主要器件。
[0003]然而，由于SCR催化劑在不同溫度下的活性不同，過(guò)低的尾氣溫度下，NOx的催化轉(zhuǎn)化效率受到的影響較大，目前，應(yīng)對(duì)低溫工況的方案多為使用D0C(氧化性催化器)，使得尾氣NOx中的NO和NO2的比例發(fā)生變化，即增加NO2的比例以實(shí)現(xiàn)低溫下反應(yīng)效率的提高。DOC方案對(duì)各個(gè)不同工況點(diǎn)的適應(yīng)性無(wú)法做到均衡，氧化生成NO2的總量不確定，會(huì)導(dǎo)致低溫下NOx的轉(zhuǎn)換效率不能得到精確的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提出一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)尾氣排放達(dá)到國(guó)V法規(guī)要求，尤其在尾氣溫度比較低的情況下提高催化反應(yīng)的效率。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)，包括設(shè)置在排氣管道內(nèi)的SCR催化器、溫度傳感器、氮氧化物傳感器，用于實(shí)現(xiàn)尿素溶液噴射的尿素栗、尿素罐、尿素噴嘴，用于控制尿素溶液噴射的控制單元。
[0007]還包括設(shè)置在SCR催化器前端的廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置，用于對(duì)排放尾氣溫度進(jìn)行加熱控制；
[0008]所述尿素栗集成在尿素罐上，通過(guò)尿素溶液管路連接尿素噴嘴，所述尿素噴嘴安裝在排氣管上，設(shè)置于廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置與SCR催化器之間；
[0009]所述廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置、尿素栗、尿素噴嘴、溫度傳感器、氮氧化物傳感器均與所述控制單元通過(guò)電線束連接；
[0010]所述尿素溶液管路內(nèi)設(shè)有加熱裝置，所述加熱裝置連接所述控制單元。
[0011]進(jìn)一步的，所述廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置內(nèi)設(shè)有發(fā)熱體，用于對(duì)尾氣進(jìn)行加熱。
[0012]進(jìn)一步的，所述加熱裝置內(nèi)設(shè)有加熱絲。
[0013]進(jìn)一步的，所述尿素罐內(nèi)含有集液罐，所述尿素栗上設(shè)有能夠容納集液罐出液口的開(kāi)口結(jié)構(gòu)，所述尿素栗與所述集液罐之間設(shè)有密封圈。
[0014]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明創(chuàng)造所述的一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì):本發(fā)明創(chuàng)造通過(guò)設(shè)置廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)內(nèi)置的發(fā)熱體對(duì)尾氣進(jìn)行加熱，保持尾氣溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)，從而使催化反應(yīng)的效率始終保持在較高水平上。
[0015]本系統(tǒng)采用的尿素栗，直接集成在尿素罐頂部，省去了尿素罐與尿素栗之間的尿素管路，減少了泄露風(fēng)險(xiǎn)，增加可靠性；同時(shí)，由于尿素水溶液通道總長(zhǎng)度的縮短，對(duì)于栗建壓的穩(wěn)定和抽吸能力都有很大的提升。
[0016]本發(fā)明創(chuàng)造所述的尾氣后處理系統(tǒng)適用于國(guó)V排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0017]本發(fā)明創(chuàng)造的另一目的在于提出一種針對(duì)排放尾氣溫度加熱的控制方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)排氣溫度的即時(shí)的、差異性的主動(dòng)控制，以適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)不同工況點(diǎn)的需求。
[0018]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0019]—種排放尾氣溫度加熱控制方法，包括如下步驟:
[0020](I)設(shè)定催化反應(yīng)需要的目標(biāo)溫度值；
[0021](2)估算反應(yīng)過(guò)程中的實(shí)際溫度；
[0022](3)利用目標(biāo)溫度和實(shí)際估算溫度的差值經(jīng)過(guò)PID算法計(jì)算，得出HVM控制的占空比控制量，同時(shí)對(duì)P項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行修正，進(jìn)行加熱控制。
[0023]進(jìn)一步的，所述步驟(2)具體包括如下步驟:
[0024](I)利用設(shè)置在排氣管內(nèi)的溫度傳感器采集排氣管內(nèi)溫度信號(hào)；
[0025](2)根據(jù)溫度傳感器采集的信號(hào)估算SCR催化反應(yīng)位置的排氣溫度；
[0026](3)采集環(huán)境溫度信號(hào)，通過(guò)臺(tái)架和整車實(shí)驗(yàn)，得出修正系數(shù)MAP;
[0027](4)使用環(huán)境溫度對(duì)此MAP進(jìn)行查表，得出修正系數(shù)，修正排氣實(shí)際估算溫度。
[0028]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明創(chuàng)造所述的一種排放尾氣溫度加熱控制方法具有以下優(yōu)勢(shì):本發(fā)明創(chuàng)造通過(guò)對(duì)發(fā)熱體通電時(shí)間、頻率等參數(shù)的控制，對(duì)于不同工況可以輸出不同的加熱功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)排氣溫度的即時(shí)的、差異性的主動(dòng)控制，以適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)不同工況點(diǎn)的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0029]構(gòu)成本發(fā)明創(chuàng)造的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步理解，本發(fā)明創(chuàng)造的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明創(chuàng)造，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0030]圖1為本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)施例所述的一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；[0031 ]圖2為本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)施例所述的尿素罐與尿素栗連接示意圖；
[0032]【附圖說(shuō)明】如下
[0033]1-控制單元，2-尿素栗，3-尿素罐，31-集液罐，4-尿素噴嘴，5-廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置，6-溫度傳感器、7-氮氧化物傳感器、8-發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶;9-SCR催化器。
【具體實(shí)施方式】
[0034]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明創(chuàng)造中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0035]在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明創(chuàng)造和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0036]在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過(guò)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明創(chuàng)造中的具體含義。
[0037]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造。
[0038]如圖1所示，控制單元I與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU8及傳感器進(jìn)行通信，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，扭矩，排氣溫度等瞬態(tài)的工況量，控制尿素栗2及尿素噴嘴4，實(shí)現(xiàn)精確的控制尿素水溶液的噴射量。
[0039]尿素罐3用于存儲(chǔ)尿素水溶液，內(nèi)部含有液位及溫度傳感器。本系統(tǒng)采用的尿素罐3含有內(nèi)部集液罐31，在低液位的情況下仍能保證吸液不受顛簸的影響，從而避免氣泡進(jìn)入尿素栗2引起的失效及計(jì)量不準(zhǔn)確等情況；同時(shí)，在低溫結(jié)冰的情況下，在集液罐31范圍內(nèi)的局部高效加熱，相比較整體加熱的效率更高，解凍時(shí)間更短，尿素罐3與尿素栗2的連接結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，尿素栗2上設(shè)有能夠容納集液罐31出液口的開(kāi)口結(jié)構(gòu)，所述尿素栗2與所述集液罐31之間設(shè)有密封圈。
[0040]尿素栗2用于將尿素罐3內(nèi)的尿素水溶液輸送到尿素噴嘴4，并在管路內(nèi)部保證所需要的噴射壓力。本系統(tǒng)采用的尿素栗2，直接集成在尿素罐3頂部，省去了尿素罐3與尿素栗2之間的尿素管路，減少了泄露風(fēng)險(xiǎn)，增加可靠性。同時(shí)，由于尿素水溶液通道總長(zhǎng)度的縮短，對(duì)于栗建壓的穩(wěn)定和抽吸能力都有很大的提升。
[0041 ]尿素噴嘴4安裝在排氣管上，用于將尿素水溶液噴射霧化。
[0042]尿素栗2與尿素噴嘴4之間的尿素溶液管路由控制單元I直接控制加熱狀態(tài)，當(dāng)溫度低于某一溫度時(shí)，控制單元I即開(kāi)始加熱，開(kāi)始加熱的溫度按照不同車輛的空間結(jié)構(gòu)對(duì)熱傳遞的影響，設(shè)定不同的標(biāo)定值，以適應(yīng)多種車輛的安裝匹配。尿素溶液管路內(nèi)設(shè)有加熱絲，連接控制單元，由控制單元對(duì)加熱絲進(jìn)行通電加熱。
[0043]廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置5主要由發(fā)熱體、發(fā)熱體骨架及導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)三部分構(gòu)成。在尾氣溫度比較低的情況下，通過(guò)發(fā)熱體及導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)對(duì)尾氣進(jìn)行加熱，保持尾氣溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)，從而使催化反應(yīng)的效率始終保持在較高水平上。通過(guò)對(duì)發(fā)熱體通電時(shí)間、頻率等參數(shù)的控制，對(duì)于不同工況可以輸出不同的加熱功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)排氣溫度的即時(shí)的、差異性的主動(dòng)控制，以適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)不同工況點(diǎn)的需求。對(duì)尾氣溫度進(jìn)行加熱控制的方法如下:
[0044]由于SCR催化反應(yīng)在特定的溫度范圍內(nèi)，有最佳的效果，而排氣的溫度在一些工況下無(wú)法達(dá)到這一特定溫度范圍，因此引入此加熱功能。
[0045]系統(tǒng)內(nèi)在排氣管路中設(shè)置了溫度傳感器6，可采集排氣溫度信號(hào)，在臺(tái)架標(biāo)定時(shí)根據(jù)溫度傳感器采集的信號(hào)精確估算SCR催化反應(yīng)位置的排氣溫度。對(duì)于不同車型、不同排氣結(jié)構(gòu)的溫度傳感器布置位置，可進(jìn)行臺(tái)架標(biāo)定進(jìn)行匹配。
[0046]系統(tǒng)可從整車大氣溫度傳感器采集到環(huán)境溫度信號(hào)，通過(guò)臺(tái)架和整車試驗(yàn)，得出修正系數(shù)MAP;使用環(huán)境溫度對(duì)此MAP進(jìn)行查表，得出修正系數(shù)，修正排氣實(shí)際估算溫度。
[0047]加熱過(guò)程采用PffM控制，可實(shí)現(xiàn)變功率控制。
[0048]溫度控制采用經(jīng)典的PID控制理論，利用目標(biāo)溫度和實(shí)際估算溫度的差值經(jīng)過(guò)PID算法計(jì)算，得出PWM控制的占空比控制量;同時(shí)，PID算法中的P項(xiàng)系數(shù)，使用排氣管中的氣體流速進(jìn)行查表修正(氣體流速根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)MAP特性得出)，優(yōu)化PID響應(yīng)速度，從而可精確控制實(shí)際估算溫度盡快達(dá)到目標(biāo)溫度，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
[0049]SCR催化器9是尿素水溶液水解生成的NH3和尾氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，在催化器載體上涂層的催化作用下，最終生成犯和出0，排放到大氣中。本系統(tǒng)通過(guò)控制尿素噴嘴4打開(kāi)的占空比，對(duì)噴入排氣管中的尿素水溶液能夠進(jìn)行精準(zhǔn)的匹配和控制，以避免未反應(yīng)完全的NH3排放到大氣中所遭受成的二次污染。
[0050]溫度傳感器6實(shí)時(shí)獲得排氣管內(nèi)的氣體瞬態(tài)溫度，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、后端位置使用雙傳感器的方案，以便適用于多種發(fā)動(dòng)機(jī)及車輛的設(shè)計(jì)和匹配。
[0051 ]氮氧化物傳感器7對(duì)處理后的氣體中NOx含量的監(jiān)控，并實(shí)時(shí)反饋給控制單元I。
[0052]本發(fā)明創(chuàng)造利用控制單元I與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU8通信，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速、扭矩、油耗、進(jìn)排氣流量等信息，通過(guò)溫度傳感器6和氮氧化物傳感器7采集排氣管內(nèi)的溫度以及氮氧化物濃度，從而控制尿素栗2運(yùn)轉(zhuǎn)，將尿素水溶液從尿素罐3輸送到尿素噴嘴4。根據(jù)通過(guò)溫度傳感器6反饋的當(dāng)前排氣溫度，以及發(fā)動(dòng)機(jī)此工況的NOx含量，通過(guò)計(jì)算得到所需要噴入排氣管內(nèi)的尿素水溶液的數(shù)量，再通過(guò)占空比控制尿素噴嘴4的開(kāi)啟，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)的工況點(diǎn)，精確計(jì)量噴射尿素水溶液，同時(shí)，通過(guò)溫度傳感器6采集廢氣溫度發(fā)送到控制單元I，控制單元I根據(jù)設(shè)定的閾值范圍利用廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置5對(duì)尾氣的溫度進(jìn)行加熱，保持尾氣溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)，從而使催化反應(yīng)的效率始終保持在較高水平上。
[0053]以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)，包括設(shè)置在排氣管道內(nèi)的SCR催化器、溫度傳感器、氮氧化物傳感器，用于實(shí)現(xiàn)尿素溶液噴射的尿素栗、尿素罐、尿素噴嘴，用于控制尿素溶液噴射的控制單元，其特征在于: 還包括設(shè)置在SCR催化器前端的廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置，用于對(duì)排放尾氣溫度進(jìn)行加熱控制; 所述尿素栗集成在尿素罐上，通過(guò)尿素溶液管路連接尿素噴嘴，所述尿素噴嘴安裝在排氣管上，設(shè)置于廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置與SCR催化器之間； 所述廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置、尿素栗、尿素噴嘴、溫度傳感器、氮氧化物傳感器均與所述控制單元通過(guò)電線束連接； 所述尿素溶液管路內(nèi)設(shè)有加熱裝置，所述加熱裝置連接所述控制單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)，其特征在于:所述廢氣溫度調(diào)節(jié)裝置內(nèi)設(shè)有發(fā)熱體，用于對(duì)尾氣進(jìn)行加熱。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)，其特征在于:所述加熱裝置內(nèi)設(shè)有加熱絲。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)，其特征在于:所述尿素罐內(nèi)含有集液罐，所述尿素栗上設(shè)有能夠容納集液罐出液口的開(kāi)口結(jié)構(gòu)，所述尿素栗與所述集液罐之間設(shè)有密封圈。5.一種排放尾氣溫度加熱控制方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)設(shè)定催化反應(yīng)需要的目標(biāo)溫度值； (2)估算反應(yīng)過(guò)程中的實(shí)際溫度； (3)利用目標(biāo)溫度和實(shí)際估算溫度的差值經(jīng)過(guò)PID算法計(jì)算，得出HVM控制的占空比控制量，同時(shí)對(duì)P項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行修正，進(jìn)行加熱控制。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種排放尾氣溫度加熱控制方法，其特征在于:所述步驟(2)具體包括如下步驟: (1)利用設(shè)置在排氣管內(nèi)的溫度傳感器采集排氣管內(nèi)溫度信號(hào)； (2)根據(jù)溫度傳感器采集的信號(hào)估算SCR催化反應(yīng)位置的排氣溫度； (3)采集環(huán)境溫度信號(hào)，通過(guò)臺(tái)架和整車實(shí)驗(yàn)，得出修正系數(shù)MAP; (4)使用環(huán)境溫度對(duì)此MAP進(jìn)行查表，得出修正系數(shù)，修正排氣實(shí)際估算溫度。
【文檔編號(hào)】F01N3/28GK106014563SQ201610583819
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月19日
【發(fā)明人】魏罡, 啜韋偉
【申請(qǐng)人】天津星潔汽車排放控制系統(tǒng)有限公司