CN104153857B - 可主动再生的尾气后处理系统及其主动再生的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尾气后处理系统主动再生的方法，用于柴油机发动机的尾气后处理，将尾气依次通过的柴油氧化催化器及颗粒氧化催化器的功能再生，包括以下步骤，检测柴油发动机的工作工况；计算柴油发动机的在不同工况下的运行里程；根据柴油发动机的工作工况和累积运行里程，判断是否需要时行进行主动再生；在需要主动再生时，使柴油发动机的排气温度提升到270度以上。通过本发明的方法可以减少空气污染。
Description
技术领域
本发明涉及高压共轨柴油发动机的尾气后处理领域，尤其是有关一种可以主动再生的尾气后处理系统及其主动再生的方法。
背景技术
柴油发动机在燃烧后会产生大量的尾气，这种尾气不可以直接排放到空气中，需要进行一定的处理后再排入空气。对于尾气的处理一般是采用柴油氧化催化器(DieselOxidization Catalyst,DOC)。如果发动机的裸机排放颗粒物较高，还会加装颗粒氧化催化器（Particulate Oxidizaiton Catalyst，POC）。对于DOC+POC系统，如果柴油发动机在城市工况低速长期运行，发动机排气管中的排气温度会较低，有时难以达到DOC的起燃温度。此时，DOC不起作用，会导致大量的可溶性有机物附着在DOC的活性物质表面，使催化器失去活性。如果使用高含硫量的燃油，还会有硫酸盐及固化硫化物附着于DOC的催化剂表面，导致DOC中毒并失去活性。DOC失去活性后，会导致没有NO2生成，位置设在其后的颗粒氧化器中的碳颗粒无法与尾气中的NO2反应，从而碳颗粒在POC中堆积，会造成ＰＯＣ失去功能或损坏。
因此，需要对柴油发动机中尾气后处理系统中的柴油氧化催化器及颗粒氧化催化器进行有效的再生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可主动再生的尾气后处理系统及其主动再生的方法，可以在需要时控制DOC及POC的再生。
本发明的一个方面是提供一种尾气后处理系统主动再生的方法，用于柴油机发动机的尾气后处理，将尾气依次通过的柴油氧化催化器及颗粒氧化催化器的功能再生，其特征在于包括以下步骤，检测柴油发动机的工作工况（市区工况，郊区工况，高速工况）；计算柴油发动机的在不同工况下的运行里程；根据柴油发动机的工作工况和累积运行里程，判断是否需要进行主动再生；在需要主动再生时，使柴油发动机DOC入口前的排气温度提升到270度以上。
本发明还具有以下特征，在需要主动再生时，通过改变柴油发动机的燃烧参数使排气温度达到270度以上550度以下。
本发明还具有以下特征，在需要主动再生时，通过降低高压共轨的压力的方法来改变燃烧参数。
本发明还具有以下特征，在需要主动再生时，通过增加后喷量或推迟后喷提前角的方法来改变燃烧参数。
本发明还具有以下特征，在需要主动再生时，通过调节节流阀，降低新鲜空气的进气量的方法改变燃烧参数。
本发明还具有以下特征，在需要主动再生时，通过增加后喷油量、推迟后喷提前角、推迟主喷提前角、降低高压共轨的压力或通过调节节流阀，降低新鲜空气的进气量的方法中的一种或多种的组合来改变燃烧参数。
本发明还具有以下特征，所述述主动再生时间持续5-10分钟后柴油发动机退出主动再生工作模式。
本发明还具有以下特征，在需要主动再生时，使柴油发动机的排气温度提升到270度与550之间的温度。
本发明的另一方面在于提供一种可主动再生的尾气后处理系统，包括柴油发动机，柴油发动机的控制系统，排气管路及依次与所述排气管路相连的柴油氧化催化器及颗粒氧化催化器，其特征在于，所述控制系统控制柴油发动机将排气管的排气温度提升至270度至550度之间。
本发明还具有以下特征，所述控制器通过改变柴油发动机的燃烧参数来提高排气温度。
通过上述方法及系统可以主动的对尾气后处理系统进行主动再生。
附图说明
下面将参考附图对本发明的示例性实施例进行详细说明，应当理解，下面描述的实施例仅用于解释本发明，而不对本发明的范围作出限制，所附附图其中：
图1示出一种适用本发明的柴油机的一个实施例的基本结构示意图；
图2示出本发明尾气后处理系统主动再生的方法；
图3示出使用本发明的一个实施例的气体温度监测曲线图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同或相似的部件用相同的附图标记表示。
应当理解，附图仅用于对本发明进行说明，其中部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本发明的限制。
本发明的尾气后处理系统用于柴油发动机的尾气后处理，在柴油发动机的燃烧室燃烧后，会通过排气管排出废气，废气的主要成份有C，HC，CO，NO及SO2。通过排气管，废气进入柴油氧化催化器(Diesel Oxidization Catalyst,DOC)中进行处理。DOC包括DOC载体及催化剂，DOC的载体有陶瓷和金属之分，通常陶瓷是堇青石的，金属的种类较多，铁、铜、黄铜等。而该催化剂一般为贵金属，几乎所有的贵金属都可用作催化剂，但常用的是铂、钯、铑、银、钌等，其中尤以铂、铑应用最广。它们的d电子轨道都未填满，表面易吸附反应物，且强度适中，利于形成中间“活性化合物”，具有较高的催化活性，同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性，成为最重要的催化剂材料。经过所述催化剂的催化，经排气管排出的废气会在DOC中发生氧化反应，其基本的反应式如下：
2NO+O2=2NO2；
SO2+1/2O2=SO3
4HC+3O2=2CO2+2H2O
2CO+O2=2CO2
但上述化学反应的提前是温度必须达到DOC的起燃温度，大约为130-190度。而且，如果在作为催化剂的贵金属上覆盖较多的可溶性有机物或硫酸盐，DOC会中毒并失去其功能。
在DOC的后部还连接有颗粒氧化催化器，在本发明的实施例中，所述颗粒氧化催化器为POC(Particulate Oxidization Catalyst，POC)。POC一般由金属丝网或陶瓷制成，其可以收集一般柴油中的碳颗粒，在特定的条件下，所述碳颗粒会与自DOC后流入的NO2进行反应，其反应式如下：
C+NO2=CO+NO
这种反应一般称做连续再生反应(Continuous Regeneration Trap,CRT)。但是这种反应也需要其温度达到300—450度之间。如果温度达不到其反应的起始温度，碳颗粒长期在POC上堆积，会使其堵塞，失去功能，导致POC的背压过高，严重者会导致发动机无法点火。
然而，在交通日渐拥堵的城市内车辆行驶时，柴油发动机会长时间的处于低速运行状态，DOC入口处的排气温度较低，达不到DOC的起燃温度，可溶性有机物覆盖在催化器载体的表面，使DOC失去活性，从而不会有(或较少)NO2形式存在的N，在POC中的CRT反应则不会发生，从而POC中的碳颗粒堆积。最终造成，POC背压过高，耗油增加且在高速运行时POC损坏。
参看图1所示，柴油机的基本结构示意图，柴油机包括油箱10、柴油发动机20、空气过滤器30、涡轮增压器40及控制器(未图示)。在柴油机中还有一些传感器或信息收集装置，用以收集柴油机的运行数据，并通过计算中心得到柴油机当前工作状态，包括工作工况，运行里程等。现有柴油机中如何收集工作工况及工作时间的技术文献较多，如徐家龙主编的《柴油机电控喷油技术》，此处对于现有柴油机如何进行上述工作不再赘述。所述控制器能够通过电气控制系统控制柴油机的整体运作，根据前述柴油机运行状态数据的收集决断，进行调节并控制柴油机的运行，包括柴油机的喷油量、喷油时间及其它运行参数。
柴油机发动机20包括低压泵201，高压泵202及内燃机203。低压泵201自油箱10中抽吸柴油并将其输送至高压泵202进行加压，高压泵202加压后将燃油喷入内燃机203中燃烧作功。因为柴油燃烧后会产生及废气，因此在内燃机203的后部设置有排气管50，所述废气进行排气管50进行后处理。
在排气管50中的气体部分进入涡轮增压器40中增压，中冷器(IC)60进行冷却。进入涡轮增压器40中的气体也有一部分进行再循环，另一部分通过排气管50依次传输至连接于排气管50的DOC70及POC80进行处理后再排入空气中。
在柴油机系统中，柴油发动机，排气管，设置于排气管上的DOC及POC共同构成一个尾气再处理系统。
请参阅图2所示，在柴油机运行中，其如前所述的信息收集及判断一直在运行，如果根据柴油机控制器的判断认为柴油机此时的工作工况为处于城市内低速运行，则计算柴油机在此城市工况下的运行里程，当运行里程高于特定值（如50km），控制器判断尾气后处理系统此时需要进行主动再生，则启动主动再生程序。此时，控制系统控制柴油发动机的运转，改变所述内燃机的燃烧参数，具体来讲即通过柴油机的节流阀降低新鲜空气的进气量，增加后喷或者增加后喷量，推迟主喷提前角，将喷油器的主喷时刻推迟6-10度，或降低高压共轨的压力。控制排气管50中的废气到达DOC时温度达到270度。上述所描述的提高排气温度的做法可择一或结合使用，使用者可以根据柴油机的状况进行调节，并不囿于此实施例中给出的方法，且使用的效果因柴油机本身及工作工况、使用环境的不同也会有些许差异，然而只要排气温度能够达到270度至550度之间即可，450度或350度也可以达到较好的效果。此时，达到了DOC的起燃温度，已经处于DOC中的可溶性有机物开始燃烧，发生如下化学反应，
4HC+3O2=2CO2+2H2O
，并有其它反应发生：
2NO+O2=2NO2；
SO2+1/2O2=SO3
2CO+O2=2CO2
通过上述可溶性有机物的燃烧，首先可以去除附着于DOC的催化剂上的可溶性有机物，使其上的硫酸盐及固化硫化物形成气体SO2释放，可以使DOC重新恢复活性。同时，可溶性有机物氧化的发热反应进一步提高废气的温度，使得DOC出口处温度达到600度以上，请参阅图3所示的温度曲线。在经过DOC的废气进入POC以后，因温度已经达到所需要的温度范围，所以CRT反应正常进行，附着于POC中的碳颗粒与NO2，或者O2反应，释放至空气中，使POC恢复活性。在进行主动再生5-10分钟后，终止主动再生程序，柴油机进行正常的工作状态。在下一次条件满足，需要进行主动再生时，再一次启动主动再生程序。在本实施例中DOC后设置的颗粒氧化催化器为POC，因此使用本发明的方法及系统进行对DOC及颗粒氧化催化器进行主动再生，只有在根据柴油机的状况决断需要进行再生时启动再生程序，而且排气温度不需要提高到很高，通过DOC中已经附着的可溶性有机物燃烧从而进一步提高废气温度来达到颗粒氧化催化器所需要的温度，因此节省燃料且减少废气污染。
以上仅结合目前考虑的最实用的优选实施例对本发明进行描述，需要理解的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种尾气后处理系统主动再生的方法，用于柴油机发动机的尾气后处理，将尾气依次通过的柴油氧化催化器及颗粒氧化催化器的功能再生，其特征在于包括以下步骤，
检测柴油发动机的工作工况；
计算柴油发动机的在不同工况下的运行里程；
根据柴油发动机的工作工况和累积运行里程，判断是否需要进行主动再生；
在需要主动再生时，使柴油发动机的排气温度提升到270度以上。
2.根据权利要求1所述的尾气后处理系统主动再生的方法，其特征在于，在需要主动再生时，使柴油发动机的排气温度提升到270度与550之间的温度。
3.根据权利要求2所述的尾气后处理系统主动再生的方法，其特征在于，在需要主动再生时，通过改变柴油发动机的燃烧参数使排气温度达到270度与550度之间。
4.根据权利要求3所述的尾气后处理系统主动再生的方法，其特征在于，在需要主动再生时，通过降低高压共轨的压力的方法来改变燃烧参数。
5.根据权利要求3所述的尾气后处理系统主动再生的方法，其特征在于，在需要主动再生时，通过增加后喷量或推迟后喷提前角的方法来改变燃烧参数。
6.根据权利要求3所述的尾气后处理系统主动再生的方法，其特征在于，在需要主动再生时，通过调节节流阀，降低新鲜空气的进气量的方法改变燃烧参数。
7.根据权利要求3所述的尾气后处理系统主动再生的方法，其特征在于，在需要主动再生时，通过增加后喷油量、推迟后喷提前角、推迟主喷提前角、降低高压共轨的压力或通过调节节流阀，降低新鲜空气的进气量的方法中的一种或多种的组合来改变燃烧参数。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的尾气后处理系统主动再生的方法，其特征在于，所述述主动再生时间持续5-10分钟后柴油发动机退出主动再生工作模式。
9.一种可主动再生的尾气后处理系统，包括柴油发动机，柴油发动机的控制系统，排气管路及依次与所述排气管路相连的柴油氧化催化器及颗粒氧化催化器，其特征在于，所述控制系统配置成：
检测柴油发动机的工作工况；
计算柴油发动机的在不同工况下的运行里程；
根据柴油发动机的工作工况和累积运行里程，判断是否需要时行进行主动再生；
在需要主动再生时，控制柴油发动机将排气管的排气温度提升至270度至550度之间。
10.如权利要求9所述的可主动再生的尾气后处理系统，其特征在于，所述控制器通过改变柴油发动机的燃烧参数来提高排气温度。
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