CN103052775A - 发动机的后处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开发动机的后处理装置。上述发动机的后处理装置，包括：尿素水溶液喷射部（3），其向从发动机（1）的燃烧室经过排气管（2）而排出到外部的尾气喷射尿素水溶液；氮氧化物处理部（4），其将与从上述尿素水溶液喷射部（3）喷射的尿素水溶液混合的尾气中的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮气（N2）；以及OC（Oxidation Catalyst）（5），其减少从上述氮氧化物处理部（4）排出的尾气中的碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO），该发动机的后处理装置的特征在于，包括：排出气体控制单元（20），其根据从上述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度级别，按照一定比例将从上述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气分配到第1处理路径（15）和第2处理路径（16）来进行供给。本发明能够确保将有害的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮气（N2）的SCR的效率性和耐久性。

Description

发动机的后处理装置
技术领域
本发明涉及发动机的后处理装置，更详细地说，涉及如下的发动机的后处理装置：能够检测在发动机的混合气体的燃烧过程中产生的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度，区分上述氮氧化物的产生量大的情况和煤烟（soot）的产生量比氮氧化物的产生量大的情况而有效地处理尾气的有害气体。
背景技术
一般来说，在柴油发动机中，在以高温高压压缩从外部供给到燃烧室内的空气的状态下，向上述燃烧室内喷射轻油等燃料，从而利用在空气与燃料的混合气体燃烧爆炸的过程中产生的爆炸力而使活塞进行上下运动，通过与上述活塞的连杆连接的曲轴的旋转力来产生输出。
关于发动机而言，燃料消耗率根据供给到燃烧室的空气与燃料的混合比（例如，空燃比）而大不同。如果供给到燃烧室的空气量比供给到燃烧室的燃料量多，则虽然输出变得非常好但不仅污染大气且对人体有害，引发酸雨、光学烟雾现象等的氮氧化物（NOx）的产生量增加。与此相反，如果供给到燃烧室的空气量比供给到燃烧室的燃料量少，则输出降低，煤烟（soot）增加。
由于发动机的如上所述的燃烧特性，最近的柴油发动机的趋势采用如下的尾气后处理方式：使供给到燃烧室的空气量比供给到燃烧室的燃料量多而大幅提高输出，与此相应地向  SCR（Selective Catalytic Reduction）  的入口部侧喷射尿素水溶液而使尿素水溶液和尾气（或排出气体）的混合气体通过上述SCR，从而将伴随上述尾气的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮（N2）。另外，在柴油发动机中，在使混合气体燃烧时，不仅产生氮氧化物（NOx）和煤烟（soot），还产生使上述SCR的催化功能大幅抵消的硫氧化物等。
图1是示出现有技术的发动机的后处理装置的概略框图。
如图1所示，现有技术的发动机的后处理装置大致以包括发动机（1）的排气管（2）、尿素水溶液喷射部（3）、氮氧化物处理部（4）以及OC（Oxidation Catalyst）（5）的方式构成。
此处，上述尿素水溶液喷射部（3）与上述发动机（1）的排气管（2）连通，起到向上述排气管内的尾气喷射尿素水溶液的作用。上述尿素水溶液与上述尾气相互交融而产生尾气和尿素水溶液的混合气体。
上述氮氧化物处理部（4）以与上述发动机（1）的排气管（2）和上述尿素水溶液喷射部（3）连通的状态与上述尿素水溶液喷射部（3）分开配置，起到将通过上述尿素水溶液喷射部（3）流入的尾气和尿素水溶液的混合气体中的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮气（N2）的作用。上述氮氧化物处理部（4）由将氮氧化物转换为无害的水和氧气的SCR（6）、和起到除去不在上述SCR（6）内进行反应而直接滑脱（slip）的氨气的AOC（Ammonia Oxidation Catalyst）（7）构成。
上述OC（5）以与通过排气管（2）而与上述氮氧化物处理部（4）连通的状态与上述氮氧化物处理部（4）分开配置，起到对碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）等进行处理的作用。
如之前说明，在发动机（1）中，当供给到燃烧室的空气的量比供给到燃烧室的燃料的量多时，虽然输出变得非常好，但是氮氧化物（NOx）的产生量增加，在相反的情况下，发动机的输出降低，碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）的排出量增加。
即，上述氮氧化物（NOx）的排出气体和上述碳氢化合物（HC）与上述一氧化碳（CO）的排出气体存在如果某一侧的排出量增加则另一侧的排出量减少的权衡（Trade off）关系。虽然如此，如图1所示，现有技术的发动机的后处理装置，将从发动机排出到外部的所有尾气导入到氮氧化物处理部（4）来除去上述尾气中的氮氧化物（NOx），将经由上述氮氧化物处理部（4）而排出到外部的尾气导入到OC（5），除去上述尾气中的碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）。
这种归一的尾气处理路径具有如下所述的问题：伴随上述尾气的硫氧化物，使在上述氮氧化物处理部（4）的SCR（6）的多个导向通道（未图示）上涂布的铂金（Pt）催化剂的功能持续减弱。而且，在上述碳氢化合物（HC）和上述一氧化碳（CO）也不断地对上述铂金（Pt）催化剂施加负荷（Load）时，上述SCR（6）的氮氧化物处理功能大幅降低，其结果不能确保上述SCR（6）的效率性和耐久性。
发明内容
技术课题
对此，本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，本发明的目的在于，提供能够确保能够将有害的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮气（N2）的、SCR（Selective Catalytic Reduction）的效率性和耐久性的发动机的后处理装置。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明提供发动机的后处理装置，其包括：尿素水溶液喷射部，其向从发动机的燃烧室经过排气管而排出到外部的尾气喷射尿素水溶液；氮氧化物处理部，其将与从上述尿素水溶液喷射部喷射的尿素水溶液混合的尾气中的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮气（N2）；以及OC（Oxidation Catalyst，氧化催化部），其减少从上述氮氧化物处理部排出的尾气中的碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO），该发动机的后处理装置包括排出气体控制单元，该排出气体控制单元根据从上述发动机的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度级别，将从上述发动机的燃烧室排出到外部的尾气按照一定比例进行分配而供给到第1处理路径和第2处理路径。
另外，本发明对于上述本发明的一实施例还提供如下的具体实施例。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述第1处理路径与上述第2处理路径的比例为100：0或0：100。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述排出气体控制单元包括：氮氧化物检测器，其配置在上述发动机的外部，检测从上述发动机的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度而产生电信号；控制器，其对从上述氮氧化物检测器产生的信号值与预先存储的数据值进行比较，确定上述第1处理路径与上述第2处理路径的尾气分配比例；以及调节阀，其配置于上述发动机与上述氮氧化物处理部之间的排气管，根据上述控制器的分配比例信号，将从上述发动机的燃烧室排出到外部的尾气按照一定比例进行分配而供给到上述第1处理路径和上述第2处理路径。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述第1处理路径由上述发动机、上述排出气体控制单元的调节阀、上述氮氧化物处理部以及上述OC构成，上述结构要素与排气管连接。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述第2处理路径由上述发动机、上述排出气体控制单元的调节阀以及上述OC构成，上述结构要素与排气管连接。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述控制器与配置在上述尿素水溶液喷射部的致动器电连接，在将上述调节阀的流路向上述OC开放时，上述控制器启动上述致动器来停止上述尿素水溶液喷射部的工作，在将上述调节阀的流路向上述氮氧化物处理部开放时，上述控制器启动上述致动器来重启上述尿素水溶液喷射部。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述控制器根据预先设定的控制程序，每隔一定时间存储上述氮氧化物处理部和上述OC的应用量，在从上述发动机的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度维持已设定的氮氧化物的一定区域的级别时，对预先存储的上述氮氧化物处理部和上述OC的应用量的数据值进行插值（interpolation）来控制上述调节阀。
发明效果
在本发明中，提供根据从发动机的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度级别，将从上述发动机的燃烧室排出到外部的尾气按照一定分配比例导入到第1处理路径和第2处理路径的排出气体控制单元，从而能够确保将有害的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮气（N2）的SCR的效率性和耐久性。
附图说明
图1是示出现有技术的发动机的后处理装置的概略框图。
图2是示出本发明的发动机的后处理装置的概略框图。
*标号说明*
1：发动机
2：排气管
3：尿素水溶液喷射部
4：氮氧化物处理部
5：OC
6：SCR
7：AOC
10：发动机的后处理装置
15：第1处理路径
16：第2处理路径
20：排出气体控制单元
21：氮氧化物检测器
22：控制器
23：调节阀
具体实施方式
以下，参照图2对本发明的发动机的后处理装置的实施例进行说明。
如图2所示，本发明的发动机的后处理装置（10）包括：尿素水溶液喷射部（3），其向从发动机（1）的燃烧室经过排气管（2）而排出到外部的尾气喷射尿素水溶液；氮氧化物处理部（4），其将与从上述尿素水溶液喷射部（3）喷射的尿素水溶液混合的尾气中的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮气（N2）；以及OC（OxidationCatalyst）（5），其减少从上述氮氧化物处理部（4）排出的尾气中的碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）。另外，上述发动机的后处理装置（10）根据从上述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度级别，将从上述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气按照一定比例进行分配而供给到第1处理路径（15）和第2处理路径（16）。
另一方面，上述氮氧化物处理部（4）由将氮氧化物转换为无害的水和氧气的SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原部）（6）、和除去不在上述SCR（6）内进行反应而直接滑脱的氨气的AOC（Ammonia Oxidation Catalyst，氨氧化催化部）（7）构成。
如上所述构成的本发明的发动机的后处理装置（10），是以包含第1处理路径（15）、第2处理路径（16）以及排出气体控制单元（20）的方式来配置的，能够根据上述尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度级别，按照一定分配比例将通过上述排出气体控制单元（20）的控制而从发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气导入到第1处理路径（15）和第2处理路径（16）来进行处理。
这解决了上述尾气中的硫氧化物使在上述氮氧化物处理部（4）中具备的SCR（6）的铂金（Pt）催化剂的功能持续地弱化的问题，减轻上述尾气中的碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）不断地对上述铂金（Pt）催化剂施加的负荷（Load），其结果能够确保上述氮氧化物处理部（4）（例如，SCR）的效率性和耐久性。
另外，本发明的发动机的后处理装置能够以在如上所述的基本结构上进一步限定如下具体的实施例的方式来构成。
作为一实施例，上述第1处理路径（15）与上述第2处理路径（16）的比例可以是以100：0或0：100。如上所述方式的尾气比例分配是指，将尾气全部送到上述第1处理路径（15）和上述第2处理路径（16）中的任意一个，而对于剩下的一个完全切断。
作为一实施例，上述排出气体控制单元（20）包括氮氧化物检测器（21）、控制器（22）以及调节阀（23）。
此处，上述氮氧化物检测器（21）配置在上述发动机（1）的外部，检测从上述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度来产生电信号。
上述控制器（22）比较从上述氮氧化物检测器（21）产生的信号值与预先存储的数据值，确定上述第1处理路径（15）与上述第2处理路径（16）的尾气分配比例。关于上述控制器（22），可以追加设置，另外也可以在作为基础结构安装在电子发动机上的发动机控制单元（ECU）中执行该功能。
上述调节阀（23）配置在上述发动机（1）与上述氮氧化物处理部（4）之间的排气管（2）上，根据上述控制器（22）的分配比例信号，将从上述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气按照一定比例进行分配而供给到上述第1处理路径（15）和上述第2处理路径（16）。
如上所述结构的排出气体控制单元（20），由上述氮氧化物检测器（21）、上述控制器（22）以及上述调节阀（23）来比较简单地构成，从而具有使上述发动机的后处理装置（10）更紧凑化的优点。另外，上述排出气体控制单元（20）的控制器（22）根据接收从上述氮氧化物检测器（21）送出的电信号并进行比较分析而得到的判断结果，通过上述调节阀（23），能够按照一定的分配比例适当地向上述第1处理路径（15）和上述第2处理路径（16）中的任意一个或对上述两个处理路径（15、16）引导上述尾气。
作为一实施例，上述第1处理路径（15）由上述发动机（1）、上述排出气体控制单元（20）的调节阀（23）、上述氮氧化物处理部（4）以及上述OC（5）构成，上述结构要素以与排气管（2）连接的方式构成。上述排气管（2）能够使彼此邻接的结构要素之间连通，只要能够承受尾气的热，则可由任何形状、材质等构成。
作为一实施例，上述第2处理路径（16）由上述发动机（1）、上述排出气体控制单元（20）的调节阀（23）以及上述OC（5）构成，上述结构要素以与排气管（2）连接的方式构成。上述排气管（2）能够使彼此邻接的结构要素之间连通，只要能够承受尾气的热，则可由任何形状、材质等构成。
作为一实施例，上述控制器（22）与配置在上述尿素水溶液喷射部（3）的致动器（未图示）电连接。另外，在将上述调节阀（23）的流路向上述OC（5）开放时，上述控制器（22）启动上述致动器而停止上述尿素水溶液喷射部（3）的工作，在将上述调节阀（23）的流路向上述氮氧化物处理部（4）开放时，启动上述致动器而重启上述尿素水溶液喷射部（3）。关于上述致动器（未图示），虽然可以追加设置，但是也可以由对配置在上述尿素水溶液喷射部（3）的喷嘴进行控制的致动器来代替其功能。这能够使发动机的后处理装置的结构进一步简单化。
作为一实施例，上述控制器（22）执行根据预先设定的控制程序，每隔一定时间存储上述氮氧化物处理部（4）和上述OC（5）的应用量的功能。另外，在从上述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度维持已设定的氮氧化物的一定区域的级别时，上述控制器（22）对预先存储的上述氮氧化物处理部（4）与上述OC（5）的应用量数据值进行插值来控制上述调节阀（23）。这能够解决在从上述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度比较长时间维持已设定的氮氧化物的一定区域的级别时，上述氮氧化物处理部（4）和上述OC（5）的应用量长时间地集中在某一侧的问题。
在以下的表1中，按照氮氧化物（NOx）的浓度级别，示出分别分配到上述第1处理路径（15）和上述第2处理路径（16）上的尾气的分配比例。
【表1】
NOx（ppm） 第1处理路径（%） 第2处理路径（%）
超过一定区域的浓度级别 100 0
一定区域的浓度级别（An） Xn Yn
不足一定区域的浓度级别 0 100
{An：NOx排出量，Xn+Yn（尾气排出量）=100，n=1～30}
以下，参照图2对如上所述构成的发动机的后处理装置的实施例的工作进行说明。
当通过车辆的启动，尾气从发动机（1）的燃烧室沿着排气管（2）而排出到外部时，排出气体控制单元（20）的氮氧化物检测器（21）检测上述尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度，分别区分超过预先设定的氮氧化物（NOx）的基准浓度级别和不足预先设定的氮氧化物（NOx）的基准浓度级别的情况来产生相应的电信号。
于是，控制器（22）比较从上述氮氧化物检测器（21）接收的信号值与预先存储的数据值，当判断为上述尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度超过一定区域的级别时，将上述调节阀（23）的流路向上述氮氧化物处理部（4）开放。
于是，上述尾气通过上述调节阀（23）而导入到上述氮氧化物处理部（4），与此同时上述控制器（22）使尿素水溶液喷射部（3）的喷嘴工作而向上述排气管（2）内的尾气喷射尿素水溶液。于是，上述尿素水溶液与上述尾气一起导入到上述氮氧化物处理部（4），上述尾气中的氮氧化物（NOx）经由上述氮氧化物处理部（4）而转换为无害的水（H2O）和氮气（N2），如上所述进行了净化处理的尾气被排出到大气中。更具体地讲，在基于上述氮氧化物处理部（4）的尾气处理过程，上述氮氧化物（NOx）通过SCR（6）而转换为无害的水和氧气，没有在上述SCR（6）内进行反应而直接滑脱的氨气会经过AOC（7）。
与此不同，当判断为上述尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度不足一定区域的级别时，上述控制器（22）将上述调节阀（23）的流路向上述OC（5）开放，与此同时通过致动器（未图示）的控制而使尿素水溶液喷射部（3）的喷嘴的工作停止。于是，上述尾气通过上述调节阀（23）而直接导入到上述OC（5），从而上述尾气中的碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）经过上述OC（5）的同时进行氧化反应而减少，如上所述进行了净化处理的尾气排出到大气中。
如上所述说明的本发明不限定于上述的实施例和附图，本领域技术人员能够在本发明的技术思想内进行单纯置换、变形及变更。
工业上的可利用性
本发明的发动机的后处理装置，能够在检测在发动机的混合气体的燃烧过程中产生的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度，区分上述氮氧化物的产生量大时和煤烟（soot）的产生量比上述氮氧化物的产生量大时来对尾气的有害气体进行处理时利用。

Claims (7)

1.一种发动机的后处理装置，其包括：尿素水溶液喷射部（3），其向从发动机（1）的燃烧室经过排气管（2）排出到外部的尾气喷射尿素水溶液；氮氧化物处理部（4），其将与从所述尿素水溶液喷射部（3）喷射的尿素水溶液混合的尾气中的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮气（N2）；以及OC即氧化催化部（5），其减少从所述氮氧化物处理部（4）排出的尾气中的碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO），
该发动机的后处理装置包括排出气体控制单元（20），该排出气体控制单元（20）根据从所述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度级别，将从所述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气按照一定比例进行分配而供给到第1处理路径（15）和第2处理路径（16）。
2.根据权利要求1所述的发动机的后处理装置，其中，
所述第1处理路径（15）与所述第2处理路径（16）的比例为100：0或0：100。
3.根据权利要求1所述的发动机的后处理装置，其中，
所述排出气体控制单元（20）包括：
氮氧化物检测器（21），其配置在所述发动机（1）的外部，检测从所述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度而产生电信号；
控制器（22），其对从所述氮氧化物检测器（21）产生的信号值与预先存储的数据值进行比较，确定所述第1处理路径（15）和所述第2处理路径（16）的尾气分配比例；以及
调节阀（23），其配置在所述发动机（1）与所述氮氧化物处理部（4）之间的排气管（2）上，根据所述控制器（22）的分配比例信号，将从所述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气按照一定比例进行分配而供给到所述第1处理路径（15）和所述第2处理路径（16）。
4.根据权利要求1所述的发动机的后处理装置，其中，
所述第1处理路径（15）由所述发动机（1）、所述排出气体控制单元（20）的调节阀（23）、所述氮氧化物处理部（4）以及所述OC（5）构成，这样的结构要素与排气管（2）连接。
5.根据权利要求1所述的发动机的后处理装置，其中，
所述第2处理路径（16）由所述发动机（1）、所述排出气体控制单元（20）的调节阀（23）以及所述OC（5）构成，这样的结构要素与排气管（2）连接。
6.根据权利要求3所述的发动机的后处理装置，其中，
所述控制器（22）与配置在所述尿素水溶液喷射部（3）的致动器电连接，在将所述调节阀（23）的流路向所述OC（5）开放时，所述控制器（22）启动所述致动器来停止所述尿素水溶液喷射部（3）的工作，在将所述调节阀（23）的流路向所述氮氧化物处理部（4）开放时，所述控制器（22）启动所述致动器来重启所述尿素水溶液喷射部（3）。
7.根据权利要求3所述的发动机的后处理装置，其中，
所述控制器（22）根据预先设定的控制程序，每隔一定时间存储所述氮氧化物处理部（4）和所述OC（5）的应用量，在从所述发动机（1）的燃烧室排出到外部的尾气中的氮氧化物（NOx）的浓度维持已设定的氮氧化物的一定区域的级别时，对预先存储的所述氮氧化物处理部（4）和所述OC（5）的应用量的数据值进行插值即interpolation来控制所述调节阀（23）。
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