CN109306894A - 一种尾气处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种尾气处理系统以及控制方法，当发动机刚启动时，燃料燃烧产生的热量可以使第一催化器快速升高到工作温度，则控制第一喷嘴喷射还原剂，利用第一催化器降低尾气中的NOx排放；当第二催化器的温度升高到工作温度时，则控制第一喷嘴停止喷射还原剂和控制第二喷嘴喷射还原剂，利用第二催化器降低发动机尾气中的NOx排放，能够在发动机冷启动时，避免了由于现有技术中催化器距离发动机较远，温度较低，导致尾气中的NOx含量较高的问题，降低NOx排放量，提高了发动机的排放性和可靠性，实现超低排放。

Description

一种尾气处理系统及方法
技术领域
本申请涉及尾气处理技术领域，具体涉及一种尾气处理系统及方法。
背景技术
目前，市场上的尾气处理系统采用DOC+DPF+SCR传统处理模式，其中，DOC为氧化性催化器可以氧化发动机尾气中HC、CO、NO以及颗粒表面可以挥发成分，提升排气温度；DPF为颗粒捕捉器采用过滤材料可以对尾气中的颗粒进行过滤补集；SCR为选择催化还原(Selective Catalytic Reduction)器，通过向尾气中喷射尿素水溶液，经过选择性催化还原反应后，将尾气中的NOx转化为氮气和水蒸气，从而降低尾气中的NOx。
由于SCR催化器的工作效率取决于尾气的温度，当发动机冷启动时，排出的尾气温度较低，而且在输送的过程中DOC和DPF吸收尾气中的热量，导致SCR催化器难以达到尿素喷射的温度，从而导致NOx的反应效率较低，导致排放到环境中尾气的NOx含量较高，污染环境。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种尾气处理系统及方法，以实现选择性催化还原器快速升温，降低尾气中NOx排放。
为解决上述问题，本申请实施例提供的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种尾气处理系统，所述系统包括：第一温度传感器、
第一喷嘴、第一催化器、第二温度传感器、第二喷嘴以及第二催化器；所述第一催化器与发动机的距离小于所述第二催化器与所述发动机的距离；
所述第一喷嘴位于所述发动机与所述第一催化器之间；所述第二喷嘴位于所述第一催化器与所述第二催化器之间；
所述第一喷嘴与所述第二喷嘴，用于喷射还原剂；
所述第一温度传感器，用于检测所述第一催化器的温度；
所述第二温度传感器，用于检测所述第二催化器的温度。
在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：
过滤装置；所述过滤装置位于所述第一催化器与所述第二催化器之间。
在一种可能的实现方式中，所述过滤装置为颗粒捕捉器、氧化性催化器、颗粒物氧化催化器或氨逃逸催化器。
在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：第一氮氧化合物检测装置和/或第二氮氧化合物检测装置；
所述第一氮氧化合物检测装置位于所述第一催化器上游；所述第一氮氧化合物检测装置，用于检测所述第一催化器上游尾气中氮氧化合物的含量；
所述第二氮氧化合物检测装置位于所述第二催化器上游；所述第二氮氧化合物检测装置，用于检测所述第二催化器上游尾气中氮氧化合物的含量。
在一种可能的实现方式中，当所述还原剂为尿素时，所述系统还包括：第一加热装置和/或第二加热装置；
所述第一加热装置，位于所述第一喷嘴上；
所述第二加热装置，位于所述第二喷嘴上。
第二方面，本申请实施例提供了一种尾气处理系统的控制方法，所述方法应用于第一方面所述的系统，所述控制方法包括：
当发动机冷启动时，且第一温度传感器检测到第一催化器的温度达到设温度时，并控制第一喷嘴喷射还原剂，与发动机排出的尾气进行混合，并在所述第一催化器中的催化剂的作用下进行反应，反应后的尾气通过第二催化器排放到环境中；
当第二温度传感器检测所述第二催化器的温度达到预设温度时，控制所述第一喷嘴停止喷射，并控制所述第二喷嘴喷射还原剂，与发动机排出的尾气进行混合，并在所述第二催化器的催化剂的作用下进行反应，并将反应后的尾气排放到环境中。
在一种可能的实现方式中，所述控制方法包括：
当控制所述第一喷嘴喷射还原剂时，，控制反应后的尾气经过滤装置进行过滤，过滤后的尾气经所述第二催化器排放到环境中；
当控制所述第一喷嘴停止喷射和控制所述第二喷嘴喷射还原剂时，发动机排出的尾气经所述过滤装置进行过滤，过滤后的尾气与所述第二喷嘴喷射的还原剂进行混合，并在所述第二催化器的催化剂的作用下进行反应，并将反应后的尾气排放到环境中。
在一种可能的实现方式中，所述过滤装置为颗粒捕捉器、氧化性催化器、颗粒物氧化器或氨逃逸催化器。
在一种可能的实现方式中，所述控制方法包括：
根据所述第一氮氧化合物检测装置所检测的尾气中氮氧化合物的含量，控制所述第一喷嘴喷射的还原剂量；或，
根据所述第二氮氧化合物检测装置所检测的尾气中氮氧化合物的含量，控制所述第二喷嘴喷射的还原剂量。
在一种可能的实现方式中，当所述还原剂为尿素时，
控制所述第一加热装置对所述第一喷嘴进行加热，缩短氨气形成时间；
或，
控制所述第二加热装置对所述第二喷嘴进行加热，缩短氨气形成时间。
由此可见，本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例提供的尾气处理系统及方法，当发动机冷启动时，由于第一催化器距离发动机较近，其可以快速升温达到工作温度，第二催化器距离发动机较远，需要一段时间才能达到工作温度，控制第一喷嘴喷射还原剂，与发动机排放的尾气在第一催化器中进行充分反应，由于第二催化器未达到工作温度，第二喷嘴不喷射还原剂，则第二催化器作为排放管路将第一催化器排出的尾气排放到环境中，即通过第一催化器降低尾气中的NOx排放，还可提升第二催化器的温度；当第二催化器的温度升高到工作温度时，控制第一喷嘴停止喷射，并控制第二喷嘴喷射的还原剂，与发动机排出的尾气在第二催化器中进行充分反应，将反应后的尾气排放到环境中，即通过第二催化器降低尾气中的NOx排放，可见，通过增加第一催化器和第一喷嘴，能够在发动机冷启动时，降低NOx排放量，提高了发动机的排放性和可靠性，实现超低排放。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种尾气处理系统结构图；
图2为本申请实施例提供的另一种尾气处理系统结构图；
图3为本申请实施例提供的一种控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。
基于背景技术所描述的现有尾气处理系统的缺陷，本申请实施例提供了一种尾气处理系统以及控制方法，当发动机刚启动时，燃料燃烧产生的热量可以使第一催化器快速升高到工作温度，则控制第一喷嘴喷射还原剂，利用第一催化器降低尾气中的NOx排放；当第二催化器的温度升高到工作温度时，则控制第一喷嘴停止喷射还原剂和控制第二喷嘴喷射还原剂，利用第二催化器降低发动机尾气中的NOx排放，能够在发动机冷启动时，避免了由于现有技术中催化器距离发动机较远，温度较低，导致尾气中的NOx含量较高的问题，降低NOx排放量，提高了发动机的排放性和可靠性，实现超低排放。
为便于理解本申请提供的技术方案，下面将结合附图对本申请实施例提供的尾气处理系统进行说明。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种尾气处理系统，如图1所示，该系统可以包括：第一温度传感器101、第一喷嘴102、第一催化器103、第二温度传感器104、第二喷嘴105以及第二催化器106。
本实施例中，第一催化器103与发动机相连接，第二催化器106与第一催化器103相连接，在具体实现时，第一催化器与发动机可以通过紧耦合方式连接。第一温度传感器101和第一喷嘴102位于第一催化器103上游；第二温度传感器102和第二喷嘴105位于第二催化器106上游。
其中，第一催化器和第二催化器可以为金属或陶瓷，作为催化剂的载体，当第一喷嘴喷射还原剂时，发动机排出的尾气与还原剂充分混合后在第一催化器中催化剂的作用下进行化学反应；当第二喷嘴喷射还原剂时，发动机排出的尾气与还原剂充分混合后在第二催化器中催化剂作用下进行化学反应。
在实际应用中，当发动机冷启动时，发动机排放的尾气可以使得第一催化器103快速升温，当第一温度传感器101检测第一催化器103的温度，并将检测的温度发送给电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)。当ECU判断出第一催化器的温度达到工作温度时，则控制第一喷嘴喷射还原剂。发动机排出的尾气与还原剂进行充分混合，并在第一催化器中的催化剂的作用下进行化学反应，将尾气中的NOx还原成氮气和水，然后经第二催化器排放到环境中，从而减少尾气中NOx的含量。尾气在通过排放管路中输送时，可以提升第二催化器的温度。
当第二温度传感器将检测的第二催化器106的温度发送给ECU，当ECU判断出第二催化器的当前温度达到第二催化器开始工作的温度且第二催化器上游尾气中NOx含量不满足排放要求时，控制第二喷嘴喷射还原剂，与第二催化器上游的尾气进行混合，并在第二催化器中的催化剂的作用下再次进行反应，并将反应后的尾气排放到环境中，从而利用第二催化器对尾气中的NOx进行再次处理，以满足NOx排放要求。
在实际应用时，当ECU通过第二氮氧化合物检测装置获取第二催化器上游尾气中NOx含量不满足排放要求，且第二催化器的温度达到工作温度时，则控制第二喷嘴喷射还原剂，第二催化器再次对尾气进行处理，以降低尾气中NOx排放。
需要说明的是，当第二催化器的温度未达到工作温度或者第二催化器上游尾气中NOx排放满足要求时，可以控制第二喷嘴不工作。
当第二温度传感器104将检测的第二催化器106的温度发送给ECU，当ECU判断出第二催化器的当前温度达到高效工作对应的温度时，则控制第一喷嘴停止喷射还原剂，并控制第二喷嘴喷射还原剂。发动机排放的尾气经旁通管，与第二喷嘴喷射的还原剂进行混合，并在第二催化器中的催化剂的作用下进行化学反应，即利用第二催化器高温时的高转化率，将尾气中的NOx还原成氮气和水，从而减少尾气中NOx的含量。
需要说明的是，第二催化器在高温时，其工作效率可以达到95％以上，因此，当第二催化器的温度较高时，可以仅利用第二催化器降低尾气中NOx排放。其中，第二预设温度为第二催化器启动工作温度，第三预设温度为高效工作时对应的温度，第三预设温度高于第二预设温度。
在实际应用时，为降低排放到环境的尾气中NOx含量，可以增加过滤装置，以对尾气进行更进一步的处理，从而降低尾气中NOx，基于此，本申请实施例提供了另一种尾气处理系统，参见图2，在第一催化器103和第二催化器106之间还可以包括过滤装置107。
在实际应用中，过滤装置107可以对第一催化器释放出的尾气先进行过滤处理，进一步除去尾气中颗粒物质或氮氧化合物。具体实现时，过滤装置107可以为颗粒捕捉器(Diesel Particulate Filter，DPF)、氧化性催化器(Diesel Oxidation Catalyst，DOC)、颗粒物氧化催化器(Particle Oxidation Catalyst，POC)以及氨逃逸催化器(Ammoniaslip Catalyst，ASC)。
其中，DPF可以为陶瓷过滤器，可以对尾气中的微粒物质进行捕捉，避免微粒物质进入大气；DOC通过氧化反应，将尾气中的一氧化碳、碳氢化合去转化成无害的水和二氧化碳；POC对尾气中的颗粒物进行燃烧，减少尾气中颗粒物的排放；ASC可以对未进行充分反应的氨气，避免对空气的污染。
需要说明的是，过滤装置可以包括DPF、DOC、ASC和POC中一种或多种，当过滤装置包括多种时，可以经过多道处理，进一步降低尾气中危害物质的含量。
在本实施例中，尾气处理系统还可以包括第一氮氧化合物检测装置108和第二氮氧化合物检测装置109，第一氮氧化合物检测装置108位于第一催化器103上游；第一氮氧化合物检测装置108，用于检测第一催化器103上游尾气中氮氧化合物的含量；第二氮氧化合物检测装置109位于第二催化器106上游；第二氮氧化合物检测装置109，用于检测第二催化器106上游尾气中氮氧化合物的含量。
在实际应用中，第一氮氧化合物检测装置检测第一催化器上游尾气中氮氧化合物的含量，并将该测量值发送给ECU，其根据氮氧化合物的含量计算第一喷嘴喷射还原剂的量，从而可以保证能够充分反应尾气中氮氧化合物，降低尾气中NOx排放量。同理，第二氮氧化合物检测装置检测第二催化器上游尾气中氮氧化合物的含量，并将该测量值发送给ECU，其根据氮氧化合物的含量计算第二喷嘴喷射还原剂的量。
可以理解的是，本实施例中，还原剂可以为尿素、固态氨或氨气，当还原剂为尿素或固态氨时，为保证其可以快速生成氨气与尾气中的氮氧化合物进行反应，还可以在第一喷嘴和/或第二喷嘴上分别安装第一加热装置、第二加热装置(图中未示出)，当ECU控制第一喷嘴或第二喷嘴喷射尿素或固态氨时，提升喷嘴的温度，进而缩短氨气的形成时间，加快反应速度。
在具体实现时，第一催化器为选择性催化器SCR，第二催化器可以为选择性催化器SCR或者涂覆催化剂的过滤器(SCR on Filter，SCRF)，该SCRF不仅可以对尾气进行催化氧化，还可以对尾气中的颗粒物进行捕捉。
需要说明的是，本实施例中，还原剂可以尿素、固态氨或氨气，当然，也可以为其它有利于降低尾气中NOx的还原剂。在实际应用中，第一催化器和第二催化器的工作温度，与喷嘴喷射的还原剂以及催化器自身提供的催化剂相关，不同的催化剂以及还原剂，对应不同的工作温度。例如，当催化剂为铜Cu基、还原剂为尿素时，工作温度为200℃；当催化剂为Cu基、还原剂为固态氨NH3时，工作温度为180℃；当催化剂为铁Fe基或V基、还原剂为尿素时，工作温度更高。
本申请实施例提供的控制方法可以应用与图1和图2所示系统中，该方法可以包括：
当发动机冷启动时，且第一温度传感器检测到第一催化器的温度达到预设温度时，并控制第一喷嘴喷射还原剂，与发动机排出的尾气进行混合，并在所述第一催化器中的催化剂的作用下进行反应，反应后的尾气通过所述第二催化器排放到环境中；
当第二温度传感器检测第二催化器的温度达到预设温度时，控制所述第一喷嘴停止喷射，并控制第二喷嘴喷射还原剂，与发动机排出的尾气进行混合，并在所述第二催化器的催化剂的作用下进行反应，并将反应后的尾气排放到环境中。
在一种可能的实现方中，当尾气处理系统包括过滤装置，当控制所述第一喷嘴喷射还原剂时，，控制反应后的尾气经过滤装置进行过滤，过滤后的尾气经所述第二催化器排放到环境中；
当控制所述第一喷嘴停止喷射和控制所述第二喷嘴喷射还原剂时，发动机排出的尾气经所述过滤装置进行过滤，过滤后的尾气与所述第二喷嘴喷射的还原剂进行混合，并在所述第二催化器的催化剂的作用下进行反应，并将反应后的尾气排放到环境中。
在一种可能的实现方式中，过滤装置可以为颗粒捕捉器、氧化性催化器、颗粒物氧化器或氨逃逸催化器。
在一种可能的实现方式中，当尾气处理系统还包括第一氮氧化合物检测装置和第二氮氧化合物检测装置时，根据所述第一氮氧化合物检测装置所检测的尾气中氮氧化物的含量，控制所述第一喷嘴喷射的还原剂量；或，根据所述第二氮氧化合物检测装置所检测的尾气中氮氧化物的含量，控制所述第二喷嘴喷射的还原剂量。
在一种可能的实现方式中，当尾气处理系统还包括第一加热装置和第二加热装置时，当所述还原剂为尿素时，控制所述第一加热装置对所述第一喷嘴进行加热，缩短氨气形成时间；或，控制所述第二加热装置对所述第二喷嘴进行加热，缩短氨气形成时间。
为便于理解本实施例的具体实施，参见图3所示流程图，ECU判断发动机是否为冷启动工况，如果是，则控制第一喷嘴喷射还原剂，与尾气在第一催化器中进行反应；然后，判断第二催化器的温度是否达到工作温度，如果温度达到，则控制第一喷嘴停止喷射，并控制第二喷嘴开始喷射还原剂，与尾气在第二催化器中；如果温度未达到，则继续监测第二催化器的温度；如果发动机不是冷启动工况，则直接控制第二喷嘴喷射还原剂，与尾气在第二催化器中进行反应。
本申请实施例提供的尾气处理系统及方法，当发动机冷启动时，由于第一催化器距离发动机较近，其可以快速升温达到工作温度，第二催化器距离发动机较远，需要一段时间才能达到工作温度，控制第一喷嘴喷射还原剂，与发动机排放的尾气在第一催化器中进行充分反应，由于第二催化器未达到工作温度，第二喷嘴不喷射还原剂，则第二催化器作为排放管路将第一催化器排出的尾气排放到环境中，即通过第一催化器降低尾气中的NOx排放，还可提升第二催化器的温度；当第二催化器的温度升高到工作温度时，控制第一喷嘴停止喷射，并控制第二喷嘴喷射的还原剂，与发动机排出的尾气在第二催化器中进行充分反应，将反应后的尾气排放到环境中，即通过第二催化器降低尾气中的NOx排放，可见，通过增加第一催化器和第一喷嘴，能够在发动机冷启动时，降低NOx排放量，提高了发动机的排放性和可靠性，实现超低排放。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种尾气处理系统，其特征在于，所述系统包括：第一温度传感器、第一喷嘴、第一催化器、第二温度传感器、第二喷嘴以及第二催化器；所述第一催化器与发动机的距离小于所述第二催化器与所述发动机的距离；
所述第一喷嘴位于所述发动机与所述第一催化器之间；所述第二喷嘴位于所述第一催化器与所述第二催化器之间；
所述第一喷嘴与所述第二喷嘴，用于喷射还原剂；
所述第一温度传感器，用于检测所述第一催化器的温度；
所述第二温度传感器，用于检测所述第二催化器的温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：过滤装置；所述过滤装置位于所述第一催化器与所述第二催化器之间。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述过滤装置为颗粒捕捉器、氧化性催化器、颗粒物氧化催化器或氨逃逸催化器。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第一氮氧化合物检测装置和/或第二氮氧化合物检测装置；
所述第一氮氧化合物检测装置位于所述第一催化器上游；所述第一氮氧化合物检测装置，用于检测所述第一催化器上游尾气中氮氧化合物的含量；
所述第二氮氧化合物检测装置位于所述第二催化器上游；所述第二氮氧化合物检测装置，用于检测所述第二催化器上游尾气中氮氧化合物的含量。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，当所述还原剂为尿素时，所述系统还包括：第一加热装置和/或第二加热装置；
所述第一加热装置，位于所述第一喷嘴上；所述第二加热装置，位于所述第二喷嘴上。
6.一种尾气处理系统的控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-5任一项所述的系统，所述控制方法包括：
当发动机冷启动时，且第一温度传感器检测到第一催化器的温度达到设温度时，并控制第一喷嘴喷射还原剂，与发动机排出的尾气进行混合，并在所述第一催化器中的催化剂的作用下进行反应，反应后的尾气通过第二催化器排放到环境中；
当第二温度传感器检测所述第二催化器的温度达到预设温度时，控制所述第一喷嘴停止喷射，并控制所述第二喷嘴喷射还原剂，与发动机排出的尾气进行混合，并在所述第二催化器的催化剂的作用下进行反应，并将反应后的尾气排放到环境中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求2所述的系统，所述控制方法包括：
当控制所述第一喷嘴喷射还原剂时，，控制反应后的尾气经过滤装置进行过滤，过滤后的尾气经所述第二催化器排放到环境中；
当控制所述第一喷嘴停止喷射和控制所述第二喷嘴喷射还原剂时，发动机排出的尾气经所述过滤装置进行过滤，过滤后的尾气与所述第二喷嘴喷射的还原剂进行混合，并在所述第二催化器的催化剂的作用下进行反应，并将反应后的尾气排放到环境中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述过滤装置为颗粒捕捉器、氧化性催化器、颗粒物氧化器或氨逃逸催化器。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求4所述的系统，所述控制方法包括：
根据所述第一氮氧化合物检测装置所检测的尾气中氮氧化合物的含量，控制所述第一喷嘴喷射的还原剂量；或，根据所述第二氮氧化合物检测装置所检测的尾气中氮氧化合物的含量，控制所述第二喷嘴喷射的还原剂量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当所述还原剂为尿素时，
控制所述第一加热装置对所述第一喷嘴进行加热，缩短氨气形成时间；或，控制所述第二加热装置对所述第二喷嘴进行加热，缩短氨气形成时间。
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