CN111365095A - 一种柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统，属于柴油发动机排气后处理的技术领域，为了提供颗粒捕捉器后处理系统的可靠性、适应性，本发明提供柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统，由金属电加热DOC、电加热颗粒捕捉器、发动机ECU、电瓶和交流转化器组成；其中，金属电加热DOC、电加热颗粒捕捉器陶瓷载体改为金属载体；所述的金属载体分别与交流转化器和电瓶连接，可通过交流转化器连接220V交流电或直接由电瓶供电实现通电加热，实现电加热颗粒捕捉器的再生，同时通过金属电加热DOC和电加热颗粒捕捉器的通电加热，可以提高SCR前温度可实现脱硫、清除尿素结晶物的功能，在后处理器硫中毒或尿素结晶堵塞发生后保证车辆正常行驶。

Description

一种柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统
技术领域
本发明属于柴油发动机排气后处理的技术领域，特别涉及一种柴油发动机用电加热颗粒捕捉器(DPF)后处理系统。
背景技术
国六的排放法规与国四、国五排放法规相比，柴油机的排气污染物(主要是颗粒和氮氧化合物)的限值降低了很多。不能仅靠柴油机机内实现降低上述两种排气污染物达到排放法规限值要求，需在机内优化燃烧，降低颗粒物、氮氧的排放的同时，在机外采用选择催化还原(SCR)后处理系统降低排气污染物中氮氧化合物，采用柴油颗粒捕捉器(DPF)后处理系统过滤排气污染物中的颗粒物，再定期通过被动、主动再生清除颗粒，使发动机的排气污染物满足国四、国五的排放法规要求。传统的国六后处理系统采用HC系统进行DPF主动再生，HC喷射系统雾化性能、喷射计量准确性在很大程度上影响DPF再生的可靠性；
DPF后处理系统的过滤性能由载体本身特性决定，而其可靠性和燃烧相关零部件、HC喷射系统、燃油、机油、发动机标定、整车标定，环境、工况等都有关系，任何一个因素的出现问题或不够完善，都会导致DPF堵塞、烧毁。
为了降低DPF失效的风险，各大整车、整机厂投入了大量的人力、物力、财力，而市场上DPF失效问题仍然层出不穷。因此，现在急需一种安全、可靠、标定工作量小、适应能力强的DPF后处理系统，来解决这个难题。
国六排放阶段随着转化效率提升，尿素喷射量大量增加，SCR系统尿素结晶的风险也增加，虽然混合器在一定程度上可以缓解甚至避免尿素结晶的产生，但是由于劣质尿素、电气故障、喷嘴卡死等造成的尿素异常喷射或长喷，进一步导致的尿素结晶是很难解决的。发生结晶堵塞后，需要更换或清理混合器，造成用户抱怨严重，该问题也急需解决。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是发明一种柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统，提高颗粒捕捉器后处理系统的可靠性、适应性，同时缩短DPF标定工作量时间费用。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统，由金属电加热DOC 2、电加热颗粒捕捉器3、发动机ECU 1、电瓶4和交流转化器5组成；
其中，金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3陶瓷载体改为金属载体；所述的金属载体分别与交流转化器5和电瓶4连接，可通过交流转化器5连接220V交流电或直接由电瓶4供电实现通电加热，实现电加热颗粒捕捉器3的再生；
优选地，电加热颗粒捕捉器3上设有测量碳载量传感器，该传感器将碳载量信号实时发送至发动机ECU 1；金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3中还设有温度传感器，用于将温度信号实时发送至发动机ECU 1，并由发动机ECU 1用于执行以下步骤：
A、当车辆处于行驶状态：
1)当电加热颗粒捕捉器3中的碳载量超过设定值后，发动机ECU 1通过电瓶4向电加热颗粒捕捉器3和金属电加热DOC 2中的金属载体输出电流，金属载体在电流作用下开始升温至300℃±30℃并维持该温度；
2)当发动机ECU 1接到碳载量降至目标值，被动再生结束；但加热时间超过设定时间范围，碳载量仍未降低至目标值时，发动机ECU 1通过电瓶4向电加热颗粒捕捉器3和金属电加热DOC 2中的金属载体增大输出电流，使金属载体升温至500℃±30℃，维持加热10-15分钟后结束。
B、当车辆处于驻车状态：
1)当电加热颗粒捕捉器3中的碳载量超过设定值后，发动机ECU 1通过仪表盘提示用户需要进行驻车再生；
2)用户连接外接220V电源6，通过转化器将220V交流变为24V或48V直流电，向电加热颗粒捕捉器3和金属电加热DOC 2中的金属载体输出电流，金属载体在电流作用下开始升温至300℃±30℃并维持电加热30分钟，再逐渐加热至400℃±30℃，维持电加热30分钟，最后逐渐加热至500℃±30℃，维持电加热30分钟，驻车再生结束。
C、发生后处理器硫中毒或尿素结晶堵塞状态
当后处理器硫中毒或尿素结晶堵塞发生后，失效车辆车在重载、高速情况下行驶，排气温度至高值稳定后，同时触发电加热颗粒捕捉器3和金属电加热DOC 2的电加热，使SCR前温度达到500℃±30℃，维持30分钟，可实现脱硫、清除尿素结晶物的功能。
本发明的有益效果：
该柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统有别于传统国六后处理系统，取消了HC系统，降低了成本；采用电加热提高金属载体温度，比排气加热载体更加直接、更快速有效；创新的采用电加热被动再生为主的再生模式，用最少的能耗实现DPF再生功能；再生温度低，更加安全，降低了DPF烧毁的风险；驻车再生方案中采用分段加热模式，300℃、400℃、500℃三个温度级别，使用碳载逐步减少，提高再生安全性，驻车再生最好允许碳载量由10g/l提高至15g/L，提高了50％；采用行驶过程中脱硫、清除尿素结晶再生模式，充分利用排气温度、降低电加热能耗，更有效的实现脱硫、去除尿素结晶，该系统具备不同于传统国六后处理系统的安全性更好、标定时间更短、费用更低，硬件成本更低，市场竞争力更高。
附图说明
图1是本发明后处理系统的工作原理图
图2是行车再生工作原理图
图3是驻车再生、服务再生工作原理图；
图4是DOC(氧化型催化转化器)结构示意图；
图5是DPF(颗粒捕捉器)结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方案。
一种柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统：该系统主要由金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3、发动机ECU1、电瓶4和交流转化器5组成。其中，金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3陶瓷载体改为金属载体；所述的金属载体分别与交流转化器5和电瓶4连接，可通过交流转化器5连接220V交流电或直接由电瓶4供电实现通电加热，实现电加热颗粒捕捉器3的再生；电加热颗粒捕捉器3上设有测量碳载量传感器，该传感器将碳载量信号实时发送至发动机ECU 1；金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3中还设有温度传感器，用于将温度信号实时发送至发动机ECU 1，
本发明系统是在传统国六后处理系统基础上，将陶瓷载体替换为金属电加热载体，取消HC喷射系统降低成本，增加交流转化器5用于驻车再生。
行车再生的实施方案如下：在行车过程中，发动机ECU1接到碳载量超过3g/l的信号时，启动行车再生模式，发动机启动行车热管理，提高排气温度，发动机ECU1启动载体被动再生电加热模式，同时加热金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3至300℃±30℃，维持电加热10-20分钟，直至发动机ECU1接到碳载量降至目标值，被动再生结束；
DOC中的化学反应如下：
2NO+O2→2NO2
4HC+3O2→2CO2+2H2O
2CO+O2→2CO2
DPF中的化学反应如下：
Figure BDA0002418666600000031
Figure BDA0002418666600000032
2NO+O2→2NO2
4HC+3O2→2CO2+2H2O
2CO+O2→2CO2
如果达到300℃，电加热时间超过20分钟，碳载量仍未降低至目标值，则启动主动再生电加热模式，同时加热金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3至500℃±30℃，维持电加热10-15分钟，直至发动机ECU1接到碳载量降至目标值，主动再生结束；主动再生为安全加强措施，预防再生不完全的情况发生，极少需要，这样可以保证用最少的能耗实现清除DPF内碳颗粒的目的。
驻车再生的实施方案如下：发动机ECU1接到碳载量超过5g/l的信号时，通过仪表显示信号，通知用户需要进行驻车再生。用户停车，确认再生环境安全后，连接外接220V电源6，通过交流转化器5将220V交流变为24V或48V直流电，启动发动机至怠速工况，由用户按下仪表盘上的驻车再生按钮，启动驻车再生模式，发动机进入驻车再生热管理模式，提升排气温度、流速，ECU启动载体驻车再生电加热模式，同时缓慢加热金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3至300℃±30℃，维持电加热30分钟，再逐渐加热金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3至400℃±30℃，维持电加热30分钟，最后逐渐加热金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3至500℃±30℃，维持电加热30分钟，驻车再生结束。
脱硫、清除尿素结晶再生的实施方案如下：用户或服务人员确认后处理器硫中毒或尿素结晶堵塞发生后，失效车辆车在重载、高速情况下行驶，排气温度至高值稳定后，同时采用诊断仪触发金属电加热DOC2、电加热颗粒捕捉器3电加热，使SCR(铜基分子筛)前温度达到500℃±30℃，维持30分钟，可实现脱硫、清除尿素结晶物的功能。

Claims (5)

1.一种柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统，其特征在于，该系统由金属电加热DOC(2)、电加热颗粒捕捉器(3)、发动机ECU(1)、电瓶(4)、交流转化器(5)组成；
其中，金属电加热DOC(2)、电加热颗粒捕捉器(3)的陶瓷载体改为金属载体；所述的金属载体分别与交流转化器(5)和电瓶(4)连接，可通过交流转化器(5)连接220V交流电或直接由电瓶(4)供电实现通电加热，实现电加热颗粒捕捉器(3)的再生。
2.根据权利要求1所述的柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统，其特征在于，电加热颗粒捕捉器(3)上设有测量碳载量传感器，该传感器将碳载量信号实时发送至发动机ECU(1)；金属电加热DOC(2)、电加热颗粒捕捉器(3)中还设有温度传感器，用于将温度信号实时发送至发动机ECU(1)。
3.根据权利要求2所述的柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统，其特征在于，发动机ECU(1)用于执行以下步骤：
当车辆处于行驶状态：
1)当电加热颗粒捕捉器(3)中的碳载量超过设定值后，发动机ECU(1)通过电瓶(4)向电加热颗粒捕捉器(3)和金属电加热DOC(2)中的金属载体输出电流，金属载体在电流作用下开始升温至300℃±30℃并维持该温度；
2)当发动机ECU(1)接到碳载量降至目标值，被动再生结束；但加热时间超过设定时间范围，碳载量仍未降低至目标值时，发动机ECU(1)通过电瓶(4)向电加热颗粒捕捉器(3)和金属电加热DOC(2)中的金属载体增大输出电流，使金属载体升温至500℃±30℃，维持加热10-15分钟后结束。
4.根据权利要求2所述的柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统，其特征在于，发动机ECU(1)用于执行以下步骤：
当车辆处于驻车状态：
1)当电加热颗粒捕捉器(3)中的碳载量超过设定值后，发动机ECU(1)通过仪表盘提示用户需要进行驻车再生；
2)用户连接外接220V电源(6)，通过转化器将220V交流变为24V或48V直流电，向电加热颗粒捕捉器(3)和金属电加热DOC(2)中的金属载体输出电流，金属载体在电流作用下开始升温至300℃±30℃并维持电加热30分钟，再逐渐加热至400℃±30℃，维持电加热30分钟，最后逐渐加热至500℃±30℃，维持电加热30分钟，驻车再生结束。
5.根据权利要求2所述的柴油发动机用电加热颗粒捕捉器后处理系统，其特征在于，发动机ECU(1)用于执行以下步骤：
当后处理器硫中毒或尿素结晶堵塞发生后，失效车辆车在重载、高速情况下行驶，排气温度至高值稳定后，同时触发电加热颗粒捕捉器(3)和金属电加热DOC(2)的电加热，使SCR前温度达到500℃±30℃，维持30分钟，可实现脱硫、清除尿素结晶物的功能。
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