CN104870797A - 废气再循环装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防止后处理单元流出的氨泄漏引入到吸气线的废气再循环装置，所述装置包括：发动机；连接在上述发动机上且提供吸气的吸气线；连接在上述发动机上且向外部排出废气的废气线；为了减少上述废气的内部含有的有害物质而配置在上述废气线上的后处理单元；将导入到上述废气线的部分上述废气再导入到上述吸气线的第1循环线；将导入到上述后处理单元的下游的部分上述废气再导入到上述吸气线的第2循环线；和在上述第2循环线的上游侧进行分支后向第2循环线的下游侧合并的迂回线。

Description

废气再循环装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及废气再循环装置以及废气再循环装置的控制方法。特别是，本发明涉及设计为具有高氮氧化物去除率并且可最小化氨泄露引入的柴油发动机用废气再循环装置和废气再循环装置的控制方法。
背景技术
一般，柴油发动机的废气会含有氮氧化物，该氮氧化物放出到大气层会引发大气污染。
对此，柴油发动机具备在能减少废气内含有的有害物质的同时将一部分废气向发动机吸气部分再循环的废气再循环装置(以下称为EGR；Ehaust Gas Recirculation)。
专利文献1记载有发动机系统中通有多通路的废气再循环装置，为了在发动机中再燃烧从发动机系统排出的部分废气，其具有用于将此一部分废气从废气子系统再循环到吸入子系统的多通路EGR子系统。
上述EGR子系统的特征在于，在发动机系统内具有例如由HP(高压)EGR路径和LP(低压)EGR路径等构成的2个以上的EGR路径。
在这种现有技术中，不具有在发动机系统内的SCR(Selective Catalytic Reduction：选择性还原催化装置)中发生没有预料到的氨泄露(NH3 slip)情况下，能防止氨泄露引入到吸入子系统的方案。
如果氨泄漏引入到吸入子系统，则可腐蚀高速旋转且由铝构成的压缩机。如本领域技术人员熟知，被腐蚀的压缩机在电子控制装置上进行用于控制空气量的升压控制时，会作用为无法形成电子控制装置所需的目标升压的决定性因素。
发动机系统中导致的腐蚀对EGR量也会产生负面影响，其结果，会暴露在无法有效控制发动机的问题上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第WO2009/148917号
发明内容
技术问题
在此，本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的是在废气再循环装置中通过吸气歧管来防止氨泄漏引入的现象。
问题解决手段
为了达到上述目的，本发明第1实施例是防止从后处理单元流出的氨泄漏引入到吸气线的废气再循环装置，所述废气再循环装置包括：发动机；连接在上述发动机上且提供吸气的吸气线；连接在上述发动机上且向外排出废气的废气线；为了减少上述废气的内部所含有的有害物质而配置在上述废气线上的后处理单元；将导入到上述废气线的部分上述废气再导入到上述吸气线的第1循环线；将导入到上述后处理单元的下游的部分上述废气再导入到上述吸气线的第2循环线；和在上述第2循环线的上游侧分支后向第2循环线的下游侧合并的迂回线。
具体地，根据本发明第1实施例的废气再循环装置的第2循环线将后处理单元的下游侧的废气线和吸气线进行连通。
根据本发明的迂回线还配置有氨氧化催化装置来氧化去除氨泄漏。
在本发明的迂回线和第2循环线的合并部的下游还配置有EGR冷却器。
在本发明的第2循环线和废气线的合并部具有第1分支阀来控制废气的路径。
在本发明的第2循环线和迂回线的合并部具有第2分支阀来将含有氨泄漏的废气导入到迂回线。
优选地，后处理单元包含选择性还原催化装置(SCR)。
本发明第2实施例是关于防止从后处理单元流出的氨泄漏导入到吸气线的废气再循环装置，其包括：发动机；连接在上述发动机上且提供吸气的吸气线；连接在上述发动机上且向外部排出废气的废气线；为了减少上述废气的内部所含有的有害物质而配置在上述废气线上的后处理单元；将导入到上述废气线的部分上述废气再导入到上述吸气线的第1循环线；将导入到上述后处理单元的下游的部分上述废气再导入到上述吸气线的第2循环线；和在上述第2循环线和上述废气线的合并部的上游侧分支后向第2循环线的下游侧合并的迂回线。
根据本发明第2实施例的废气再循环装置的第2循环线将后处理单元的下游侧的废气线和吸气线进行连通。
根据本发明的迂回线还配置有氨氧化催化装置来氧化去除氨泄漏。
在本发明的迂回线和第2循环线的合并部的下游还配置有EGR冷却器。
在本发明的第2循环线和废气线的合并部具有第1分支阀。
在本发明的迂回线和废气线的合并部具有第2分支阀而将含有氨泄漏的废气导入到迂回线。
优选地，后处理单元包括选择性还原催化装置(SCR)。
根据本发明的废气再循环装置的控制方法包括如下步骤：判断对废气再循环装置的大容量EGR供给；供给上述EGR；在上述废气再循环装置内比较判断氨泄漏可能性；和将上述氨泄漏导入到氧化催化装置。
在上述判断氨泄漏可能性的步骤中，废气再循环装置在氨泄漏发生评价临界值以上时，认定为上述氨泄漏的发生可能性显著提高。
在此，氨(NH3)泄露发生评价临界值为((a×X)+(b×Y))/(c×Z)，a、b、c是权重值，X表示废气流速、Y表示氨发生波动率，Z表示SCR载体氨吸附率。
本发明说明书和权利要求中使用的技术用语或单词不应解释成一般词典式的意思，应立足于发明人为了以最佳方法说明本发明而能适当地对技术用语进行定义的原则，上述技术用语和单词应被解释为符合本发明技术思想的意思和概念。
发明效果
根据以上本发明的说明，本发明通过吸气歧管防止从废气再循环装置的后处理单元、具体为选择性还原催化装置(SCR)中不必要地漏出的氨泄漏的引入。
本发明在不需要变更现有EGR中的连通吸气线和废气线之间的LP循环线的情况下，仅通过加设迂回路线和氨氧化催化装置来防止上述氨泄漏的引入。
具有此结构的本发明可最小化与氨之间的接触，在没有发动机内部腐蚀的情况下可提高耐久性。
附图说明
图1是根据本发明第1实施例的废气再循环装置的概略结构图。
图2是根据本发明第2实施例的废气再循环装置的概略结构图。
图3是关于根据本发明的废气再循环装置的控制方法的流程图。
标记说明
10：发动机 20：吸气线
30：废气线 40,100：第1循环线
60：涡轮增压器 70：空气净化装置
90：后处理单元
110：第1分支阀， 120,120’：第2分支阀
130，130’：迂回线 140：AOC
具体实施方式
参照附图和以下详细描述的实施例，可明确本发明的发明点、特征和达成这些发明点和特征的方法。
贯穿说明书所有内容，相同的参照编号意味着相同的构成要素，给和现有技术相同的构成赋予相同的编号并省略关于此构成的说明。
一方面，后述用语是考虑到这些用语在本发明中的功能而设定的用语，这些用语可根据生产人的意图或惯例而改变，因此这些用语应基于本说明书贯穿的所有内容来对其下定义。
图1是根据本发明第1实施例的废气再循环装置的概略结构图。
废气再循环装置具有发动机(10)、吸气线(20)、废气线(30)、第1循环线(40)、第2循环线(100)、涡轮增压器(60)和后处理单元(90)，其为了减少从发动机、特别是柴油发动机排出的废气中含有的有害物质而将废气再循环到发动机(10)而进行燃烧。
吸气线(20)连接在发动机(10)的吸气歧管(12)而提供吸气，废气线(30)连接在发动机的废气歧管(13)而向外部排出废气。
如图所示，吸气线(20)配置有空气净化装置(air cleaner)(70)、压缩机(63)和中间冷却器(50)(inter cooler)。附加地，本发明在吸气线(20)上还可具有控制引入到空气净化装置(70)的空气量的传感器(80)。
涡轮增压器(60)由涡轮机(61)、轴(62)和压缩机(63)构成，涡轮机(61)和压缩机(63)通过轴(62)连接。涡轮机(61)配置在废气线(30)上，同时压缩机(63)配置在吸气线(20)上。通过废气流动来驱动涡轮机(61)时，涡轮机(61)借助于轴(62)进行转动以驱动压缩机(63)。压缩机(63)压缩吸入的空气而增加空气的吸入量。
另外，在吸气线(20)上的涡轮增压器(60)的出口配置了中间冷却器(50)。中间冷却器(50)降低吸入的空气的温度来增加相对于同一体积的质量，从而增加氧气的量。以此，在发动机(10)中实现燃料和空气的恰当混合比来提高燃烧效率并提高发动机输出。
吸气线(20)和废气线(30)通过第1循环线(40)和第2循环线(100)而连通。从废气歧管(13)排出的部分废气选择性地经过第1循环线(40)或第2循环线(100)而引入到吸气线(20)。引入到第1循环线(40)或第2循环线(100)的部分废气和要供给到空气净化装置(70)的净化空气混合，混合后的空气通过吸气歧管(12)供给到发动机(10)。
第1循环线(40)或HP(高压)循环线具有HP EGR阀(41)和EGR冷却器(42)。可选择地，第1循环线(40)配置在中间冷却器(50)的前端，可防止引入到第1循环线(40)的高温废气增加中间冷却器(50)的负荷。EGR阀(41)控制将要再循环的废气流量，EGR冷却器(42)将高温废气冷却至低温。
第2循环线(100)或LP(低压)循环线具有第1分支阀(110)、第2分支阀(120)和迂回线(130)。优选地，第2循环线(100)的上端以可在涡轮机(61)和后处理单元(90)的下游连通流体的方式进行连接，第2循环线(100)的下端以可连通流体的方式连接到空气净化装置(70)与压缩机(63)之间的吸气线(20)，可用于混合低压废气和过滤后的净化空气。引入到后处理单元(90)的下游的废气受到第1分支阀(110)的路径限制，使废气通过本发明第2循环线(100)可再循环。根据本发明的废气再循环装置具有从第2循环线(100)分支出的迂回线(130)，该迂回线(130)具有氨氧化催化装置(140)(AmmoniaOxidation Catalyst，以下称作AOC)。具体地，迂回线(130)在第2循环线(100)的上游侧分支，并在第2循环线(100)的下游侧合并，同时利用第2分支阀(120)进行开闭。即，再循环废气借助于第2分支阀(120)而被控制为流动到第2循环线(100)和迂回线(130)中至少一个线。
可选择地，第2循环线(100)在第2循环线(100)和迂回线(130)的合并部的后端还具有冷却要导入到第2循环线的废气的EGR冷却器(150)。
后处理单元(90)由柴油氧化催化装置(90a)(以下称为DOC，Diesel OxidationCatalyst)、SCR(90b)、柴油机微粒过滤器(DPF；Diesel Particulate Filter unit)等构成，可向SCR(90b)的下游产生氨泄露。
本发明特征在于，通过该吸气线(20)来防止氨泄漏引入到发动机(10)。本发明的废气再循环装置可在以下状况下引发氨泄漏现象：(1)在相比于实际从发动机中排出的NOx的排出量，ECU(未图示)预测的NOx的量多的情况下，供给过量的在SCR中以化学计量上与NOx进行反应的氨而发生氨泄漏。(2)在因供给如尿素或氨这样的还原剂的阀的误动作而对SCR供给了需要以上的还原剂的情况下，会发生氨泄漏。(3)本应考虑到储存在SCR的载体内的氨量和从发动机中排出的NOx的量，但因载体的效率降低，供给了相对较多的还原剂(氨)的情况下，会发生氨泄漏。
这样流出到SCR下游的氨泄漏会通过第1分支阀(110)导入到第2循环线(100)，通过第2分支阀(120)导入到迂回线(130)。在迂回线(130)的AOC(140)中通过氧化来去除氨泄漏。去除了氨的废气再循环导入到发动机(10)。
图2是根据本发明第2实施例的废气再循环装置的概略结构图。除了迂回线排列状态不同之外，图2中图示的本发明第2实施例由图1中图示的本发明第1实施例类似的结构构成。以此，为了有助于明确理解本发明，在此排除对于类似或相同构成部件的说明。
根据本发明第2实施例的废气再循环装置在吸气线(20)和废气线(30)之间通过第1循环线(40)和第2循环线(100)而以可使流体连通的方式进行连接。
第2循环线(100)具有第1分支阀(110)、迂回线(130’)和AOC(140)。优选地，第2循环线(100)的上端以可在涡轮机(61)和后处理单元(90)的下游连通流体的方式进行连接，第2循环线(100)的后端以可连通流体的方式连接到空气净化装置(70)和压缩机(63)之间的吸气线(20)，能够使得低压废气和过滤后的净化空气混合。根据本发明的废气再循环装置具有迂回线(130’)，所述迂回线在废气线(30)、更具体为第2循环线(100)的上游进行分支且在第2循环线(100)合并。具体地，迂回线(130’)在第2循环线(100)和废气线(30)之间的分支点的上游进行分支，并在第2循环线(100)的下游侧合并，且利用第2分支阀(120’)进行开闭。即，借助于第2分支阀(120’)而控制再循环废气流动到第2循环线(100)和迂回线(130’)中的一个线中。
可选择地，第2循环线(100)在第2循环线(100)和迂回线(130’)的合并部的下游还具有冷却要导入到第2循环线(100)的废气的EGR冷却器(150)。
这样流出到SCR(90b)的下游的氨泄漏通过第2分支阀(120’)导入到迂回线(130’)。在迂回线(130’)的AOC(140)中通过氧化来去除氨泄漏。去除了氨的废气通过第2循环线(100)再循环导入到发动机(10)。
在第2实施例中，本发明即使在第1分支阀(110)发生故障时，也可使用第2分支阀(120’)来防止大量的EGR供给和氨泄漏的引入。
图3是根据本发明的废气再循环装置的控制方法的流程图。
根据本发明的废气再循环装置包括如下步骤(S100)：从属于氮氧化物的排出量而发动机动作时，在废气再循环装置中判断大容量EGR供给。然后，包括在需要大容量EGR供给时供给大容量EGR的步骤(S200)。此时，开启第2循环线或LP循环线而协助废气的再循环。在不需要大容量EGR供给的情况下，氨泄漏发生概率显著降低，因此可执行持续稳定的废气再循环过程。
大容量EGR的供给步骤(S200)之后，根据本发明的废气再循环装置还执行根据以下数学式1来比较判断氨泄漏可能性的步骤(S300)。
[数学式1]
NH3泄露发生评价临界值＝((a×X)+(b×Y))/(c×Z)
其中，a、b、c是权重值，X表示废气流速、Y表示氨发生波动率，Z表示SCR载体氨吸附率。
若在步骤(S300)中，在氨泄漏可能性比临界值(NH3泄露发生评价临界值)大时，还包括将氨泄漏导入AOC的步骤(S400)。在步骤(S400)中，利用AOC来氧化去除氨。
可选择地，本发明反复执行步骤(100)和步骤(400)而防止氨泄漏引入到发动机内部。
以上，参照附图而对本发明的实施例进行了说明，但本领域的技术人员应该理解本发明在不变更其技术思想或必要特征的情况下能够以其他具体形态实施。
因此，以上所述的实施例在所有方面仅为例示，本发明不限于此，本发明的范围应根据后述的权利要求书来表示，权利要求书的意思及范围以及从其等价概念导出的所有变更或变形的形态应均包括在本发明的范围内。
工业可利用性
根据本发明的柴油发动机用废气再循环装置和废气再循环装置的控制方法在柴油发动机中可使废气再循环以提高氮氧化物的去除率，并利用为可最小化氨泄漏引入。

Claims (17)

1.一种废气再循环装置，其包括：
发动机；
连接在上述发动机上且提供吸气的吸气线；
连接在上述发动机上且向外部排出废气的废气线；
为了减少上述废气的内部所含有的有害物质而配置在上述废气线上的后处理单元；
将导入到上述废气线的部分上述废气再导入到上述吸气线的第1循环线；
将导入到上述后处理单元的下游的部分上述废气再导入到上述吸气线的第2循环线；和
在上述第2循环线的上游侧分支后向上述第2循环线的下游侧合并的迂回线，
该废气再循环装置使得从上述后处理单元流出的氨泄露不引入到上述吸气线。
2.如权利要求1所述的废气再循环装置，其中，第2循环线将上述后处理单元的下游侧的废气线和上述吸气线进行连通。
3.如权利要求1所述的废气再循环装置，其中，在上述迂回线上还配置有氨氧化催化装置。
4.如权利要求1所述的废气再循环装置，其中，在上述迂回线和第2循环线的合并部的下游还配置有EGR冷却器。
5.如权利要求1所述的废气再循环装置，其中，在上述第2循环线和废气线的合并部具有第1分支阀。
6.如权利要求1所述的废气再循环装置，其中，在上述第2循环线和迂回线的合并部具有第2分支阀。
7.如权利要求1所述的废气再循环装置，其中，上述后处理单元具有选择性还原催化装置(SCR)。
8.一种废气再循环装置，其包括：
发动机；
连接在上述发动机上且提供吸气的吸气线；
连接在上述发动机上且向外部排出废气的废气线；
为了减少上述废气的内部所含有的有害物质而配置在上述废气线上的后处理单元；
将导入到上述废气线的部分上述废气再导入到上述吸气线的第1循环线；
将导入到上述后处理单元的下游的部分上述废气再导入到上述吸气线的第2循环线；和
在上述第2循环线和上述废气线的合并部的上游侧分支后向第2循环线的下游侧合并的迂回线，
该废气再循环装置使得从上述后处理单元流出的氨泄露不引入到上述吸气线。
9.如权利要求8所述的废气再循环装置，其中，第2循环线将上述后处理单元的下游侧的上述废气线和上述吸气线进行连通。
10.如权利要求8所述的废气再循环装置，其中，在上述迂回线上还配置有氨氧化催化装置。
11.如权利要求8所述的废气再循环装置，其中，在上述迂回线和第2循环线的合并部的下游还配置有EGR冷却器。
12.如权利要求8所述的废气再循环装置，其中，在上述第2循环线和废气线的合并部具有第1分支阀。
13.如权利要求8所述的废气再循环装置，其中，在上述第2循环线和迂回线的合并部具有第2分支阀。
14.如权利要求8所述的废气再循环装置，其中，上述后处理单元具有选择性还原催化装置(SCR)。
15.一种废气再循环装置的控制方法，包括如下步骤：
判断对废气再循环装置的大容量EGR供给；
供给上述EGR；
在上述废气再循环装置内比较判断氨泄漏可能性；和
将上述氨泄漏导入到氧化催化装置。
16.如权利要求15所述的废气再循环装置的控制方法，其中，
在上述判断氨泄漏可能性的步骤中，在氨泄漏发生评价临界值以上时，认定为发生了上述氨泄漏。
17.如权利要求16所述的废气再循环装置的控制方法，其中，
上述氨(NH3)泄露发生评价临界值为((a×X)+(b×Y))/(c×Z)，
其中，a、b、c是权重值，X表示废气流速、Y表示氨发生波动率，Z表示SCR载体氨吸附率。
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