CN103775172A - 柴油机排放后处理装置 - Google Patents

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张俊
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曹东晓
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Abstract

本发明涉及一种柴油机排放后处理装置，其特征在于，包括：外壳、控制器、入口、换向器、DPF、SCR、集气室、出口和尿素水溶液喷嘴，其中，所述控制器、换向器、DPF、SCR和集气室被封装在所述外壳中，所述入口和出口分别嵌入安装在外壳上，所述控制器用于控制换向器的连接方式，使得所述换向器根据所述控制器的控制选择入口、DPF、SCR和出口之间的连接方式，所述入口的另一端通过排气管道与所述柴油机连接，所述尿素水溶液喷嘴安装在所述排气管道上。该装置通过使用换向器可以根据柴油机的排气温度进行DPF和SCR之间的连接转换，从而可以高效地进行柴油机的排放后处理。

Description

柴油机排放后处理装置
技术领域
本发明涉及柴油机排放后处理技术领域，具体地，涉及一种柴油机排放后处理装置。
背景技术
在欧VI排放标准中，重型柴油机排放受到严格限制。同时使用尿素选择催化还原催化器（简称SCR）和柴油机颗粒捕集器（简称DPF）等排放后处理技术降低氮氧化物（NOx）和颗粒物是重型柴油机达到欧VI排放法规要求的主流技术路线。排放后处理系统在发动机排气系统中的不同构型，会对排放后处理技术的各项使用性能产生显著影响，并最终影响整套后处理系统的使用效果。目前已有的构型主要可分为两类：一是DPF在SCR的上游；二是DPF在SCR的下游。
很多公司和研究机构对上述两类构型行了比较研究。研究结果表明，DPF布置在SCR上游时，DPF距离柴油机排气出口较近，温度较高，有利于DPF过滤的颗粒物被氧化。当DPF需要主动再生时，起燃特性好，主动再生油耗低。同时，流经DPF的NOx浓度高，DPF可以充分利用二氧化氮（NO2）来氧化收集在DPF上的颗粒物，从而得到良好的连续被动再生效果，有助于减少颗粒捕集器的主动再生频率。但是，在该类构型设计中，由于SCR布置在DPF下游，SCR入口温度较低，不利于SCR降低排气中的NOx排放。
当DPF布置在SCR下游时，SCR的起燃特性得到大幅改善，能够显著降低发动机在冷启动和低负荷状态下的NOx排放。但是，由于进入DPF的排气中NOx浓度很低，使得DPF很难进行连续被动再生，导致DPF主动再生的频率加快，用于DPF主动再生的油耗大幅增加。
发明内容
本发明提供一种柴油机排放后处理装置，该装置通过使用换向器可以根据柴油机的排气温度进行DPF和SCR之间的连接转换，从而可以高效地进行排放后处理。
为此目的，本发明提出了一种柴油机排放后处理装置，其特征在于，包括：外壳、控制器、入口、换向器、DPF、SCR、集气室、出口和尿素水溶液喷嘴，其中，所述控制器、换向器、DPF、SCR和集气室被封装在所述外壳中，所述入口和出口分别嵌入安装在外壳上，所述控制器用于控制换向器的连接方式，使得所述换向器根据所述控制器的控制选择入口、DPF、SCR和出口之间的连接方式，所述入口的另一端通过排气管道与所述柴油机连接，所述尿素水溶液喷嘴安装在所述排气管道上。
其中，所述DPF上涂覆有SCR催化剂。
其中，所述换向器包括多个电磁阀。
其中，所述换向器包括电机和多个阀芯，所述电机驱动所述多个阀芯旋转。
其中，所述装置还包括柴油机氧化催化器（简称DOC），所述DOC设置在所述柴油机与所述尿素水溶液喷嘴连接的排气管道上。
其中，当所述控制器检测到所述柴油机处于冷启动或所述柴油机的排气温度低于所设定的阈值，并且DPF不需要主动再生的时候，所述控制器控制所述换向器，所述换向器将入口与所述SCR连接，将所述DPF与所述出口连接；当所述控制器检测到所述柴油机的排气温度高于所设定的阈值，或者DPF需要立即进行主动再生的时候，所述控制器控制所述换向器，所述换向器将入口与所述DPF连接，将所述SCR与所述出口连接。
通过采用本发明所公开的柴油机排放后处理装置，可以有效综合DPF在SCR的上游和下游两种构型的优点。DPF和SCR封装在同一个箱式结构中，减小了排放后处理装置的体积。箱式结构中DPF和SCR的外围被气体包围，避免了DPF和SCR直接向环境散热，从而提高了DPF和SCR的工作温度。当DPF工作在SCR上游和SCR下游两种模式时，流经DPF的气流方向不同，改变流经DPF的气流方向有助于提高DPF的颗粒物过滤性能。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明的柴油机排放后处理装置的结构示意图；
图2示出了使用本发明所述的柴油机排放后处理装置的一个实施例的结构示意图；
图3示出了使用本发明所述的柴油机排放后处理装置的另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
图1示出了本发明的柴油机排放后处理装置的结构示意图。
参照图1，本发明所述的柴油机排放后处理装置100包括：外壳101、控制器102、入口103、换向器104、DPF105、SCR106、集气室107、出口108和尿素水溶液喷嘴109。
外壳101用于将换向器104、DPF105、SCR106和集气室107封装在其中，入口103和出口108分别嵌入安装在外壳101上，并且入口103、出口108、SCR106和DPF105分别连接到换向器104上，使得换向器104可以控制入口103、出口108、SCR106和DPF105之间的连接，控制器102用于控制换向器104的连接，并且控制器102与柴油机200的控制单元201连接，使得控制器102可以根据控制单元201的信息进行控制换向器104。
入口103通过排气管道300与柴油机200连接，在排气管道300上，安装有尿素水溶液喷嘴109，用于提供SCR系统的尿素水溶液。
在一个实施例中，柴油机排放后处理装置100还可以具有DOC110，DOC110安装在排气管道300上，并且DOC110安装在排气管道300的靠近柴油机200的位置。使用DOC110可以提高排气中NO2的含量，从而提高SCR106的低温性能，并提高DPF105连续被动再生效果。
本实施例的换向器104可以使用具有换向功能的装置来实现，如可以设置成多个电磁阀组0合来实现，也可以利用电机驱动阀芯旋转来实现。
在本实施例中，在DPF105上涂覆一定量的SCR催化剂，用以提高NOx的转化效率。
在使用本实施例所述的后处理装置100时，根据柴油机200排气温度进行换向器104的控制，从而达到后处理的良好效果。
如图1所示，柴油机200的排气从柴油机200排出后，先流经DOC110，再流经装有尿素水溶液喷嘴109的排气管道300，尿素水溶液喷嘴109在后处理装置100工作时将车用尿素水溶液喷入排气管道300内，然后排气进入后处理装置100。排气从入口103进入后，经过换向器104，换向器104选择先进入SCR106再进入DPF105，或者先进入DPF105后再流过SCR106。最后排气通过出口108排入大气。
换向器104的状态由后处理装置100的控制器102控制。控制器102通过和柴油机200的电子控制单元201进行信息通讯，获得柴油机200的运行时间、排气温度、DPF105是否需要主动再生等信息。
如果控制器102根据获得的信息判断认为，柴油机200处于冷启动状态或者排气温度低于设定的温度阈值（如低于250℃），并满足DPF105不需要立刻进行主动再生的条件，那么控制器102控制换向器104，使气流先流经SCR106，然后通过集气室107，再流经DPF105。
如果控制器102根据获得的信息判断认为，柴油机200已经工作一段时间并且排气温度高于设定的温度阈值，或者DPF105需要立刻进行主动再生，那么控制器102控制换向器104，使气流先流经DPF105，然后通过集气室107，再流经SCR106。
图2示出了使用本发明所述的柴油机排放后处理装置100的一个实施例的结构示意图。
如图2所示，当柴油机200冷启动或排气温度低于设定的温度阈值（如250℃）时，并且不需要DPF105主动再生时，通过调整换向器104，在排气进入到装置100后，经过入口103，换向器104接入到SCR106，然后经过集气室107，进入DPF105，然后从出口108排出。在这个工作模式下，SCR106位于DPF105的上游，工作温度较高，有利于改善SCR106的转化效率和冷启动特性。由于DPF105可以在满足排气压降不明显上升的条件下容纳一定量的颗粒物，因此虽然在一段时间内DPF105无法连续被动再生，但是对排气后处理系统的工作性能影响很小。
图3示出了使用本发明所述的柴油机排放后处理装置100的另一个实施例的结构示意图。
当柴油机200工作一段时间且排气温度高于设定的温度阈值时，通过调整装置100中的换向器104，使排气进入装置100后，先后流经入口103、DPF105、集气室107、SCR106、出口108。在该工作模式下，DPF105位于SCR106上游，连续被动再生效果好，可以有效减小DPF105再生时的燃油消耗，同时SCR106具有较高的转化效率。如果DPF105需要主动再生，为了充分利用主动再生提供的热量，也需要调整换向器104，使排气先流经DPF105，再流经SCR106。
在本实施例中，柴油机排气温度的阈值的设定根据具体的设置和排放要求设定。
通过采用本发明所公开的柴油机排放后处理装置，使用换向器可以有效地综合DPF在SCR的上游和下游两种构型的优点。DPF和SCR封装在同一个箱式结构中，减小了排放后处理装置的体积。箱式结构中DPF和SCR的外围被气体包围，避免了DPF和SCR直接向环境散热，从而提高了DPF和SCR的工作温度。当DPF工作在SCR上游和SCR下游两种模式时，流经DPF的气流方向不同，改变流经DPF的气流方向有助于提高DPF的颗粒物过滤性能。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种柴油机排放后处理装置，其特征在于，包括：
外壳、控制器、入口、换向器、DPF、SCR、集气室、出口和尿素水溶液喷嘴，其中，所述控制器、换向器、DPF、SCR和集气室被封装在所述外壳中，所述入口和出口分别嵌入安装在外壳上，所述控制器用于控制换向器的连接方式，使得所述换向器根据所述控制器的控制选择入口、DPF、SCR和出口之间的连接方式，所述入口的另一端通过排气管道与所述柴油机连接，所述尿素水溶液喷嘴安装在所述排气管道上。
2.根据权利要求1所述的柴油机排放后处理装置，其特征在于，所述DPF上涂覆有SCR催化剂。
3.根据权利要求1所述的柴油机排放后处理装置，其特征在于，所述换向器包括多个电磁阀。
4.根据权利要求1所述的柴油机排放后处理装置，其特征在于，所述换向器包括电机和多个阀芯，所述电机驱动所述多个阀芯旋转。
5.根据权利要求1所述的柴油机排放后处理装置，其特征在于，所述装置还包括DOC，所述DOC设置在所述柴油机与所述尿素水溶液喷嘴连接的排气管道上。
6.根据权利要求1所述的柴油机排放后处理装置，其特征在于，当所述控制器检测到所述柴油机处于冷启动或所述柴油机的排气温度低于所设定的阈值，并且DPF不需要主动再生的时候，所述控制器控制所述换向器，所述换向器将入口与所述SCR连接，将所述DPF与所述出口连接；当所述控制器检测到所述柴油机的排气温度高于所设定的阈值，或者DPF需要立即进行主动再生的时候，所述控制器控制所述换向器，所述换向器将入口与所述DPF连接，将所述SCR与所述出口连接。
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