CN110566318A - 一种发动机尾气处理系统及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机尾气处理系统及处理方法，所述处理系统包括排气管路和设于所述排气管路排气路径上的颗粒过滤器以及位于所述颗粒过滤器上游的前级处理器和位于所述颗粒过滤器下游的后级处理器，进一步设有废气支路，所述废气支路的一端连通所述前级处理器上游的排气管路，所述废气支路的另一端与所述前级处理器和颗粒过滤器之间的排气管路相连通，且所述废气支路上设有旁通阀。该系统在颗粒过滤器主动再生时，使颗粒过滤器不易因局部温度过高而烧坏载体，从而大大延长了颗粒过滤器的使用寿命。

Description

一种发动机尾气处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其是柴油发动机的尾气处理系统。本发明还涉及柴油发动机的尾气处理方法。
背景技术
目前，柴油机在汽车中的应用日益广泛，但同时也面临着排放法规不断加严和排放限值不断降低的挑战，这都对后处理的技术路线提出了更高的要求。
为满足国VI排放法规，现采用的后处理技术路线为DOC+DPF+SCR/ASC。该系统包括HC喷射单元、DOC、DPF、混合器、尿素喷射单元、SCR、ASC。其中DOC(氧化催化器)催化氧化排气中的HC、CO、NO；DPF(颗粒过滤器)对排气中的颗粒物(PM)进行过滤补集，并通过再生技术除去颗粒捕集器内沉积的颗粒；SCR(选择性催化还原器)在催化剂的作用下利用NH3还原氮氧化物(NOX)；ASC(氨气氧化催化器)催化氧化SCR反应剩余的NH3，防止氨泄漏。
DPF多是以壁流式蜂窝陶瓷块为滤芯的颗粒物过滤器，排气中的PM通过过滤作用沉积在各流入孔道的壁面上，沉积的PM会逐渐增加排气阻力，恶化柴油机的性能，所以当DPF载体中积累的PM达到特定值时，需要通过主动再生的方式将其清除已恢复到低阻力状态。
现在乘用车柴油机排气管在DOC前端一般为折弯形式来满足整车布置要求，这样布置的优点是节省空间。但是，当DPF主动再生发生时(再生的主要方法是通过高温使微粒氧化)，常常会发生DPF载体上局部温度过高，DPF载体烧坏并失效的现象发生，大大缩短了DPF的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机尾气处理系统。该系统在主动再生时，其DPF不易因局部温度过高而烧坏载体，从而大大延长了DPF的使用寿命。
本发明的目的在于提供一种发动机尾气处理方法。
为实现上述目的，本发明提供一种发动机尾气处理系统，包括排气管路和设于所述排气管路排气路径上的颗粒过滤器以及位于所述颗粒过滤器上游的前级处理器和位于所述颗粒过滤器下游的后级处理器，进一步设有废气支路，所述废气支路的一端连通所述前级处理器上游的排气管路，所述废气支路的另一端与所述前级处理器和颗粒过滤器之间的排气管路相连通，且所述废气支路上设有旁通阀。
优选地，所述前级处理器和颗粒过滤器之间的排气管路在内部的废气进气口处设有与所述废气支路相连通的废气均匀性调节装置。
优选地，所述废气均匀性调节装置包括沿径向方向从所述排气管路的管壁向中心方向延伸的出气筒，所述出气筒远离排气管路中心的一端与所述废气支路相连通；所述出气筒的筒壁上开设有出气孔，所述出气筒的内部设有用于根据废气流量调节出气孔有效范围的出气孔调节机构。
优选地，所述出气孔调节机构包括沿径向方向设于所述出气筒内部的滑动阀片以及支撑所述滑动阀片的弹簧，所述滑动阀片与所述出气筒滑动配合并能够沿轴向方向移动以使所述废气通过位于所述滑动阀片以上区域的有效出气孔进入所述排气管路。
优选地，所述出气筒包括沿径向方向设置的变截面部分和等截面部分，所述变截面部分和等截面部分的筒壁上均设有出气孔；所述变截面部分的截面从所述排气管路的管壁向中心方向逐渐变小，所述滑动阀片与所述出气筒在等截面部分滑动配合。
优选地，所述变截面部分呈漏斗形。
优选地，所述前级处理器包括氧化催化器；所述后级处理器包括选择性催化还原器和/或氨气氧化催化器。
优选地，所述前级处理器的上游设有HC喷射机构，所述废气支路在所述HC喷射机构的上游与所述排气管路相连通；所述颗粒过滤器与后级处理器之间的排气路径上设有混合器和尿素喷射机构。
优选地，进一步包括涡轮增压器，所述排气管路连接于所述涡轮增压器的排气端。
为实现上述另一目的，一种发动机尾气处理方法，用于上述发动机尾气处理系统，包括：
判断发动机是否处于颗粒过滤器再生模式；
若处于颗粒过滤器再生模式，则关闭旁通阀，以确保颗粒过滤器尽快达到再生温度；
采集废气流量值，并判断废气流量是否大于设定值；
若废气流量小于设定值，则关闭所述旁通阀；
若废气流量大于设定值，则开启所述旁通阀。
本发明所提供的发动机尾气处理系统设有废气支路，且废气支路的一端连通前级处理器上游的排气管路，废气支路的另一端与前级处理器和颗粒过滤器之间的排气管路相连通。当废气流量低于设定值时，流动偏向性较小，无需通过废气支路引入废气至DPF前端，故旁通阀关闭；当废气流量高于设定值时，流动偏向性加大，导致管路内侧(上部)气体流量占比偏小，此时旁通阀打开，废气通过废气支路被引入至DPF前端，用于改善DPF前端均匀性。通过在排气管路中分流出部分废气至DPF前端，使得DPF载体中的PM分布更加均匀，DPF主动再生时不会因局部温度过高烧坏载体，从而大大延长DPF的使用寿命。
本发明所提供的发动机尾气处理方法用于上述发动机尾气处理系统，由于所述发动机尾气处理系统具有上述技术效果，则用于该发动机尾气处理系统的发动机尾气处理方法也应具有相应的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种发动机尾气处理系统的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的废气均匀性调节装置的轴测剖视图；
图3为滑动阀片处于上极限位置时的剖视图；
图4为滑动阀片处于下极限位置时的剖视图；
图5为本发明实施例公开的一种发动机尾气处理方法的流程图。
图中：
1.涡轮增压器 2.排气管路 3.氧化催化器 4.颗粒过滤器 5.选择性催化还原器和氨气氧化催化器 6.废气支路 7.旁通阀 8.出气筒 8-1.变截面部分 8-2.等截面部分9.出气孔 10.滑动阀片 11.弹簧 12.法兰部位
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
请参考图1，图1为本发明实施例公开的一种发动机尾气处理系统的结构示意图。
如图所示，在一种实施例中，所提供的发动机尾气处理系统，主要由涡轮增压器1连接于涡轮增压器的排气管路2设于排气管路排气路径上的颗粒过滤器4以及位于颗粒过滤器4上游前级处理器的和位于颗粒过滤器4下游的后级处理器，其中，前级处理器为氧化催化器3，后级处理器为选择性催化还原器和氨气氧化催化器5，氧化催化器3的上游设有HC喷射机构，颗粒过滤器4与选择性催化还原器和氨气氧化催化器5之间的排气路径上设有混合器和尿素喷射机构。
针对颗粒过滤器4主动再生发生时其载体容易烧坏并失效的现象，经研究发现主要是由于前端管路导向性导致流动具有明显的偏向性，进而导致PM在颗粒过滤器4载体上分布不均匀，PM在颗粒过滤器4载体上分布不均匀，主要是由于废气流量大时颗粒过滤器4上端PM分布少、中部和下部PM分布多造成的。
为解决这一技术问题，本发明进一步设有废气支路6，此废气支路6的一端在HC喷射机构的上游与排气管路2相连通，废气支路6的另一端与氧化催化器3和颗粒过滤器4之间的排气管路2相连通，且废气支路6上设有旁通阀7。
旁通阀7为电控阀，当废气流量小于设定值时，旁通阀7关闭；当废气流量大于设定值时，旁通阀7打开；当颗粒过滤器4主动再生时，旁通阀7关闭，以确保颗粒过滤器4尽快达到再生温度。
通过在排气管路2中分流出部分废气至颗粒过滤器4前端，使得颗粒过滤器4载体中的PM分布更加均匀，颗粒过滤器4主动再生时不会因局部温度过高烧坏载体，从而大大延长颗粒过滤器4的使用寿命。
请参考图2、图3、图4，图2为本发明实施例公开的废气均匀性调节装置的轴测剖视图；图3为滑动阀片处于上极限位置时的剖视图；图4为滑动阀片处于下极限位置时的剖视图。
如图所示，为了进一步提高颗粒过滤器4前端的废气均匀性，氧化催化器3和颗粒过滤器4之间的排气管路在内部的废气进气口处设有与废气支路相连通的废气均匀性调节装置。
废气均匀性调节装置设有沿径向方向从排气管路的管壁向中心方向延伸的出气筒8，出气筒8远离排气管路中心的一端与废气支路6相连通，出气筒8包括沿出气方向所设置的变截面部分8-1和等截面部分8-2，变截面部分8-1和等截面部分8-2的筒壁上均设有出气孔9；变截面部分8-1呈漏斗形，其截面沿径向方向从排气管路的管壁向中心方向逐渐变小。
滑动阀片10呈圆盘形，沿径向方向设于出气筒8内部并与出气筒8在等截面部分8-2滑动配合，滑动阀片10的下方设有弹簧11，在弹簧11的支撑作用下，滑动阀片10能够沿出气筒8的轴向方向上下移动，以使废气仅通过位于滑动阀片10以上区域的有效出气孔9进入排气管路，而不会通过位于滑动阀片9以下区域的非有效出气孔9进入排气管路，从而达到根据废气流量调节出气孔9有效范围的目的。
具体地，废气支路6的下游端为法兰部位12，通过螺栓与排气管路2相连接，弹簧11下端通过焊接方式与变截面环形出气筒8的封口端板相固定，上端可穿过滑动阀片10后也通过焊接方式与滑动阀片10相固定。
当废气流量低于设定值时，流动偏向性较小，无需通过废气支路6引入废气至颗粒过滤器4前端，故旁通阀7关闭。当废气流量高于设定值时，流动偏向性加大，导致管路内侧(上部)气体流量占比偏小，此时旁通阀7打开，废气通过变截面环形出气筒8被引入至颗粒过滤器4前端，用于改善颗粒过滤器4前端均匀性。当废气流量进一步加大，流动偏向性进一步加剧，废气支路6内的气体推动滑动阀片10向排气管路2的中心方向运动，此时废气可以进一步补充至排气管中心区域，用于改善速度均匀性。
上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，与颗粒过滤器4上游排气管路2相连接的废气支路6的端部直径逐渐增大，或者，出气筒8上的出气孔9以其他形式分布，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
请参考图5，图5为本发明实施例公开的一种发动机尾气处理方法的流程图。
除了上述发动机尾气处理系统，本发明还提供用于上述发动机尾气处理系统的发动机尾气处理方法，包括：
发动机电子控制单元(ECU)判断发动机是否处于再生模式。若处于再生模式，则关闭旁通阀7，以确保颗粒过滤器4尽快达到再生温度。
采集废气流量值信号，并将废气流量值信号传输到ECU，由ECU判断废气流量是否大于设定值。
若大于设定值，则ECU控制旁通阀7打开，其开度由标定MAP得到。若小于设定值，则控制旁通阀7关闭。
在HC喷射前增加废气旁通支路6，当废气流量大时旁通阀7打开，通过对颗粒过滤器4上端PM的补给，使得颗粒过滤器4载体中的PM分布均匀，颗粒过滤器4主动再生时不会因局部温度过高烧坏载体，从而大大延长颗粒过滤器4的使用寿命。
以上对本发明所提供的发动机尾气处理系统及处理方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发动机尾气处理系统，包括排气管路和设于所述排气管路排气路径上的颗粒过滤器以及位于所述颗粒过滤器上游的前级处理器和位于所述颗粒过滤器下游的后级处理器，其特征在于，进一步设有废气支路，所述废气支路的一端连通所述前级处理器上游的排气管路，所述废气支路的另一端与所述前级处理器和颗粒过滤器之间的排气管路相连通，且所述废气支路上设有旁通阀。
2.根据权利要求1所述的一种发动机尾气处理系统，其特征在于，所述前级处理器和颗粒过滤器之间的排气管路在内部设有与所述废气支路相连通的废气均匀性调节装置。
3.根据权利要求2所述的一种发动机尾气处理系统，其特征在于，所述废气均匀性调节装置包括沿径向方向从所述排气管路的管壁向中心方向延伸的出气筒，所述出气筒远离排气管路中心的一端与所述废气支路相连通；所述出气筒的筒壁上开设有出气孔，所述出气筒的内部设有用于根据废气流量调节出气孔有效范围的出气孔调节机构。
4.根据权利要求3所述的一种发动机尾气处理系统，其特征在于，所述出气孔调节机构包括沿径向方向设于所述出气筒内部的滑动阀片以及支撑所述滑动阀片的弹簧，所述滑动阀片与所述出气筒滑动配合并能够沿所述出气筒的轴向方向移动以使所述废气通过位于所述滑动阀片以上区域的有效出气孔进入所述排气管路。
5.根据权利要求4所述的一种发动机尾气处理系统，其特征在于，所述出气筒包括沿径向方向设置的变截面部分和等截面部分，所述变截面部分和等截面部分的筒壁上均设有出气孔；所述变截面部分的截面从所述排气管路的管壁向中心方向逐渐变小，所述滑动阀片与所述出气筒在等截面部分滑动配合。
6.根据权利要求5所述的一种发动机尾气处理系统，其特征在于，所述变截面部分呈漏斗形。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种发动机尾气处理系统，其特征在于，所述前级处理器包括氧化催化器；所述后级处理器包括选择性催化还原器和/或氨气氧化催化器。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的一种发动机尾气处理系统，其特征在于，所述前级处理器的上游设有HC喷射机构，所述废气支路在所述HC喷射机构的上游与所述排气管路相连通；所述颗粒过滤器与后级处理器之间的排气路径上设有混合器和尿素喷射机构。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的一种发动机尾气处理系统，其特征在于，进一步包括涡轮增压器，所述排气管路连接于所述涡轮增压器的排气端。
10.一种发动机尾气处理方法，用于上述权利要求1至9中任一项所述的发动机尾气处理系统，包括：
判断发动机是否处于颗粒过滤器再生模式；
若处于颗粒过滤器再生模式，则关闭旁通阀，以确保颗粒过滤器尽快达到再生温度；
采集废气流量值，并判断废气流量是否大于设定值；
若废气流量小于设定值，则关闭所述旁通阀；
若废气流量大于设定值，则开启所述旁通阀。
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