CN111894716A - 一种尾气后处理系统装置及其控制方法 - Google Patents

一种尾气后处理系统装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种尾气后处理系统装置及其控制方法，所述系统装置包括依次连接的内燃机、第一催化装置、第二催化装置及第三催化装置；所述第一催化装置和第二催化装置之间设置有并联的第一管路和第二管路；所述第一管路中设置有第一阀；所述第二管路中依次设置有加热器和第二阀；所述第一催化装置和第二催化装置之间依次设置有第一NOx传感器、第二温度传感器及第一尿素喷嘴；所述第二催化装置的进料口和出料口处设有压差传感器；所述第二催化装置和第三催化装置之间依次设置有第三温度传感器和第二尿素喷嘴。本发明提供的尾气控制系统装置，能够在冷启动工况下防止尿素喷嘴结晶，并对废气中的NOx进行转化，减少SCRF的主动再生时间。

Description

一种尾气后处理系统装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及废气处理领域，具体涉及一种尾气后处理系统装置及其控制方法。
背景技术
目前，汽车使用中的尾气的后处理越显重要，如CN104781515A提供了一种抑制SCRF再生时HC、CO和NOx排放的系统和方法。它在SCRF下游侧的排气通道中设置具有氧化功能的后段催化器，后段催化器也具有在预定的第一温度区域内促进氨氧化而生成N2的功能。并且，设置一个相比SCRF再生温度较低的温度区域作为第二温度区域，在执行SCRF再生处理时，在某段期间内将SCRF的温度调节至第二温度区域内进行排氨，逐步减少SCRF的氨存储量，且将后段催化剂的温度调节至第一温度区域内，之后将SCRF的温度调节为SCRF再生温度。其存在如下的不足：第一，需要额外增加一个后段催化器处理泄漏的氨；第二，无法保证在后段催化器最大效率时，SCRF中的氨去除效率最大；第三，发生热冲击时，造成的氨泄漏无法由后段催化器去除。
CN107514307A提供了一种主动控制催化环境的系统和方法。在柴油机排气管SCRF前端设置叶片，控制器根据柴油机排气管中的气体温度、SCRF中的气体温度和压差，判断SCRF的催化环境，通过控制叶片的温度以及转速，对混合气进行加热和强制搅拌，提高混合物均匀性，使催化环境得到控制。其存在如下的不足：第一，叶片主要作用是提升尿素喷嘴的温度，防止尿素结晶，对SCRF再生效果不明显；第二，叶片增加了排气背压，并对空速产生影响，增加标定的难度。
CN106285869A提供了一种排气后处理的方法。通过检测排气温度，判断温度是否小于第一温度阈值，若是则发动机执行米勒循环，否则实时监测排气背压，判断排气背压是否小于压力阈值，若是则发动机正常运行，否则发动机执行米勒循环，并继续实时监测背压。通过米勒循环提升排气温度，实现DPF被动再生、预防和消除SCR结晶。其存在如下的不足：第一，排气温度与排气背压与工况有关，瞬态时可能会造成发动机循环工作方式的反复切换，增加系统工作的不稳定性；第二，发动机采用两种循环工作方式，增加了系统的复杂度，第三，冷启动时动力不足。
然而现有技术还存在如下问题：
1、在排气温度且排气质量流量较低时，容易造成尿素喷嘴尿素结晶，影响尿素的喷射和SCRF的催化效率，从而造成NOx的排放超标；
2、SCRF主动再生初期会造成一定的氨泄漏，后期会造成一定的NOx的排放，且再生时间越长所造成的排放越多；
3、瞬态热冲击时，会造成SCRF中的氨排放增加，需要额外增加氨后处理器进行尾气处理，从而增加了系统的成本。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于一种尾气后处理系统装置及其控制方法，能够在冷启动工况，即排气温度(废气温度)与废气质量流量相对较低的情况下防止尿素喷嘴结晶，并对废气中的NOx进行转化，并可以减少SCRF的主动再生时间，减少主动再生期间的油耗。并通过对尿素喷射量的控制，减少尿素由于瞬态热冲击造成的消耗与泄漏，减少尾气排放。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种尾气后处理系统装置，所述系统装置包括依次连接的内燃机、第一催化装置、第二催化装置及第三催化装置；
所述内燃机和第一催化装置之间设置有第一温度传感器；
所述第一催化装置和第二催化装置之间设置有并联的第一管路和第二管路；
所述第一管路中设置有第一阀；
所述第二管路中依次设置有加热器和第二阀；
所述第一催化装置和第二催化装置之间依次设置有第一NOx传感器、第二温度传感器及第一尿素喷嘴；
所述第二催化装置的进料口和出料口处设有压差传感器；
所述第二催化装置和第三催化装置之间依次设置有第三温度传感器和第二尿素喷嘴；
所述第三催化装置的出气口还设置有第二NOx传感器；
所述第一温度传感器、第一阀、第二阀、加热器、第一NOx传感器、第二温度传感器、第一尿素喷嘴、压差传感器、第三温度传感器、第二尿素喷嘴及第二NOx传感器均与ECU单元相连接。
本发明提供的尾气控制系统装置，能够在冷启动工况，即排气温度与废气质量流量相对较低的情况下防止尿素喷嘴结晶，并对废气中的NOx进行转化，并可以减少SCRF的主动再生时间，减少主动再生期间的油耗。并通过对尿素喷射量的控制，减少尿素由于瞬态热冲击造成的消耗与泄漏，减少尾气排放。
作为本发明优选的技术方案，所述第一催化装置为DOC氧化催化器。
优选地，所述第二催化装置为SCRF选择性催化还原颗粒过滤器。
优选地，所述第三催化装置为SCR选择性催化还原转换器。
优选地，所述第二管路的长度大于第一管路的长度。
优选地，所述第一阀为电磁阀。
优选地，所述第二阀为电磁阀。
优选地，所述第一NOx传感器设置于所述第一管路和第二管路汇合处之后。
本发明中，特殊的管道结构(第一管路和第二管路)也有利于冷启动状态下尿素与废气的充分混合。
第二方面，如第一方面所述控制系统装置的控制方法，所述控制方法包括：内燃机冷启动后，获取排气的温度Tact；
依据预设的第一温度阈值Ttarget1、第二温度阈值Ttarget2和所述排气的实际温度Tact判断选择进行S1、S2或S3；
所述S1包括冷启动控制和第一温度区间控制；
所述S2包括被动再生控制和第二温度区间控制；
所述S3包括主动再生控制和第三温度区间控制；
若所述排气的实际温度Tact＜第一温度阈值Ttarget1，进行S1，至所述排气的实际温度Tact≥第一温度阈值Ttarget1时，判断排气的实际温度Tact与第二温度阈值Ttarget2的关系；
若排气的实际温度Tact＜第二温度阈值Ttarget2，则进行S2；
若排气的实际温度Tact＞第二温度阈值Ttarget2，则进行S3。
本发明中，内燃机在冷启动后，监控排气温度Tact，在排气温度Tact小于第一温度阈值Ttarget1时，废气后处理控制系统首先进入冷启动控制状态，并进入氨喷射第一温度区间控制状态。在排气温度Tact大于第一温度阈值Ttarget1后进入第二温度区间一段时间后，退出氨喷射第一温度区间控制状态和冷启动控制状态，进入氨喷射第二温度区间控制状态。碳烟颗粒量大于阈值，进入被动再生控制状态，经过一段时间后退出被动再生控制状态，若碳烟颗粒量仍大于阈值，则继续提升排温，在排气温度Tact大于第二温度阈值Ttarget2后达到第三温度区间后，退出氨喷射第二温度区间控制状态，并进入氨喷射第三温度区间控制状态和主动再生控制状态。主动再生结束后，降低排气温度，离开第三温度区间进入第二温度区间后，退出氨喷射第三温度区间控制状态和主动再生控制状态，回到氨喷射第二温度区间控制状态。
作为本发明优选的技术方案，所述冷启动控制为在发动机冷启动时，关闭第一阀开启第二阀及加热器；随着排气的温度Tact达到第二温度区间，开启第一阀关闭第二阀和加热器，冷启动控制结束。
作为本发明优选的技术方案，所述第一温度区间控制为根据压差计算第二催化装置的碳烟颗粒量，依据碳烟颗粒量计算得到尿素喷嘴喷射修正量Qcor，进而第一尿素喷嘴的尿素喷射量增加Qcor，第二尿素喷嘴的尿素喷射量对应减少Qcor，随着排气的温度Tact达到第二温度区间，第一温度区间控制结束。
作为本发明优选的技术方案，所述被动再生控制为判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否达到预设的再生阈值M。
优选地，若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc未达到预设的再生阈值M，则结束再生状态。
优选地，若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc大于预设的再生阈值M，则开启第二阀和加热器，使排气温度Tact进入被动再生的活跃温度区间，被动再生的持续时间tc根据第二催化装置启动再生前催化器内的碳烟颗粒量以及第一NOx传感器测得的NOx浓度确定，被动再生的持续时间tc达到阈值t后，关闭第二阀和加热器，然后判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否超过预设的再生最低阈值Mmix，若未超过则结束，若超过则继续提升排气温度Tact。
优选地，所述再生最低阈值Mmix小于再生阈值M。
作为本发明优选的技术方案，所述第二温度区间控制为排气的实际温度Tact＜第二温度阈值Ttarget2时，判断排气温度的上升率dTact是否大于预设排气温度的上升率dTact的阈值。
优选地，若温度上升率未超过阈值，则继续排气温度Tact监控。
优选地，若温度上升率超过阈值，则判断第一NOx传感器的NOx浓度变化率是否超过预设NOx浓度变化率的阈值。
优选地，若所述第一NOx传感器的NOx浓度变化率未超过预设NOx浓度变化率的阈值，则继续进行排气温度Tact监控。
优选地，若所述第一NOx传感器的NOx浓度变化率超过预设NOx浓度变化率的阈值，则根据温度变化率dTact以及即时排气温度Tact计算第二尿素喷嘴的修正喷射量。
作为本发明优选的技术方案，所述主动再生控制为判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否达到预设再生最低阈值Mmix。
优选地，若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc大于预设再生最低阈值Mmix，则通过ECU调控排气温度，至排气温度Tact达到第一催化装置的预设起燃温度后，通过ECU增加内燃机的喷油量至排气温度Tact达到第二催化装置的再生温度，然后进行第二催化装置的再生，至第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc为零时结束，反之则结束。
作为本发明优选的技术方案，所述第三温度区间控制为判断排气的实际温度Tact是否大于第二温度阈值Ttarget2。
优选地，若所述第三温度区间控制中排气的实际温度Tact大于第二温度阈值Ttarget2，则停止第一尿素喷嘴的尿素喷射作业，反之则结束。
作为本发明优选的技术方案，所述控制方法包括：内燃机冷启动后，获取排气的温度Tact；
依据预设的第一温度阈值Ttarget1、第二温度阈值Ttarget2和所述排气的实际温度Tact判断选择进行S1、S2或S3；
所述S1包括冷启动控制和第一温度区间控制；
所述S2包括被动再生控制和第二温度区间控制；
所述S3包括主动再生控制和第三温度区间控制；
若所述排气的实际温度Tact＜第一温度阈值Ttarget1，进行S1，至所述排气的实际温度Tact≥第一温度阈值Ttarget1时，判断排气的实际温度Tact与第二温度阈值Ttarget2的关系；
若排气的实际温度Tact＜第二温度阈值Ttarget2，则进行S2；
若排气的实际温度Tact＞第二温度阈值Ttarget2，则进行S3；
其中，所述冷启动控制为在发动机冷启动时，关闭第一阀开启第二阀及加热器；随着排气的温度Tact达到第二温度区间，开启第一阀关闭第二阀和加热器，冷启动控制结束；所述第一温度区间控制为根据压差计算第二催化装置的碳烟颗粒量，依据碳烟颗粒量计算得到尿素喷嘴喷射修正量Qcor，进而第一尿素喷嘴的尿素喷射量增加Qcor，第二尿素喷嘴的尿素喷射量对应减少Qcor，随着排气的温度Tact达到第二温度区间，第一温度区间控制结束；所述被动再生控制为判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否达到预设的再生阈值M；若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc未达到预设的再生阈值M，则结束再生状态；若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc大于预设的再生阈值M，则开启第二阀和加热器，使排气温度Tact进入被动再生的活跃温度区间，被动再生的持续时间tc根据第二催化装置启动再生前催化器内的碳烟颗粒量以及第一NOx传感器测得的NOx浓度确定，被动再生的持续时间tc达到阈值t后，关闭第二阀和加热器，然后判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否超过预设的再生最低阈值Mmix，若未超过则结束，若超过则继续提升排气温度Tact；所述再生最低阈值Mmix小于再生阈值M；所述第二温度区间控制为排气的实际温度Tact＜第二温度阈值Ttarget2时，判断排气温度的上升率dTact是否大于预设排气温度的上升率dTact的阈值；若温度上升率未超过阈值，则继续排气温度Tact监控；若温度上升率超过阈值，则判断第一NOx传感器的NOx浓度变化率是否超过预设NOx浓度变化率的阈值；若所述第一NOx传感器的NOx浓度变化率未超过预设NOx浓度变化率的阈值，则继续进行排气温度Tact监控；若所述第一NOx传感器的NOx浓度变化率超过预设NOx浓度变化率的阈值，则根据温度变化率dTact以及即时排气温度Tact计算第二尿素喷嘴的修正喷射量；所述主动再生控制为判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否达到预设再生最低阈值Mmix；若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc大于预设再生最低阈值Mmix，则通过ECU调控排气温度，至排气温度Tact达到第一催化装置的预设起燃温度后，通过ECU增加内燃机的喷油量至排气温度Tact达到第二催化装置的再生温度，然后进行第二催化装置的再生，至第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc为零时结束，反之则直接结束；所述第三温度区间控制为判断排气的实际温度Tact是否大于第二温度阈值Ttarget2；若所述第三温度区间控制中排气的实际温度Tact大于第二温度阈值Ttarget2，则停止第一尿素喷嘴的尿素喷射作业，反之则结束。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供的尾气控制系统装置，能够在冷启动工况，即排气温度与废气质量流量相对较低的情况下防止尿素喷嘴结晶，并对废气中的NOx进行转化，并可以减少SCRF的主动再生时间，减少主动再生期间的油耗。并通过对尿素喷射量的控制，减少尿素由于瞬态热冲击造成的消耗与泄漏，减少尾气排放。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的尾气后处理系统装置的示意图；
图2是本发明实施例2中尾气后处理控制方法的总流程框图；
图3是本发明实施例2中冷启动控制的框图；
图4是本发明实施例2中第一温度区间控制的框图；
图5是本发明实施例2中被动再生控制的框图；
图6是本发明实施例2中第二温度区间控制的框图；
图7是本发明实施例2中主动再生控制的框图；
图8是本发明实施例2中第三温度区间控制的框图。
图中：1-内燃机，2-第一温度传感器，3-第一催化装置，4-ECU单元，5-第一阀，6-加热器，7-第二阀，8-第一NOx传感器，9-第二温度传感器，10-第一尿素喷嘴，11-压差传感器，12-第二催化装置，13-第三温度传感器，14-第二尿素喷嘴，15-第三催化装置，16-第二NOx传感器。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
图1为本实施例提供的一种尾气后处理系统装置，主要针对内燃机尾气排放的特点，对尾气中的污染物进行净化。由于尾气中的主要污染物为NOx与PM，故本发明实施例中主要的净化措施也是围绕所述主要污染物来实现的。
本发明所述系统装置布置在柴油机废气管路中，所述系统装置包括依次连接的内燃机1、第一催化装置3、第二催化装置12及第三催化装置15。
其中，内燃机1与第一催化装置3连通，所述内燃机1与第一催化装置3之间设置有第一温度传感器2以监控发动机的排气温度。
所述第二催化装置12与第一催化装置3连通，能够消除排气中的碳颗粒。
所述第二催化装置12与第一催化装置3之间设置有并联的第一管路和第二管路、第一NOx传感器8、第二温度传感器9以及第一尿素喷嘴10。
所述并联的第一管路内设置有第一阀5，第二管路内设置有加热器6以及第二阀7，加热器6能够用于提升排温。
所述并联的第一和第二管路的汇合处设在所述第一NOx传感器8之前。
所述第二催化装置12的进料口与出料口处设有压差传感器11，压差传感器11能够测量第二催化装置12进出口两端的排气压差。
所述第三催化装置15与第二催化装置12连通，中间依次设置有第三温度传感器13以及第二尿素喷嘴14。
所述第三催化装置15的出气口还设置有第二NOx传感器16，用于测量尾气后处理系统出口的NOx浓度，以监控和评估尾气后处理系统的转化效率；
所述第一温度传感器2、第一阀5、第二阀7、加热器6、第一NOx传感器8、第二温度传感器9、第一尿素喷嘴10、压差传感器11、第三温度传感器13、第二尿素喷嘴14及第二NOx传感器16均与ECU单元4相连接进行电控。
进一步地，所述第一催化装置3为DOC氧化催化器；所述第二催化装置12为SCRF选择性催化还原颗粒过滤器；所述第三催化装置15为SCR选择性催化还原转换器；所述第二管路的长度大于第一管路的长度；所述第一阀5为电磁阀；所述第二阀7为电磁阀。尾气从内燃机1引出，并依次通过第一催化装置3、第二催化装置12以及第三催化装置15处理后排出。
第一催化装置3主要用于消除HC、CO和NO污染物。尾气从发动机缸内排出后进入第一催化装置3，在达到工作温度(200℃)后，通过氧化作用，消除尾气中的HC、CO和NO等污染物。
第一催化装置3和第二催化装置12之间的管道上布置有并联的第一管路和第二管路。所述第二管路内设有加热器6，能够辅助提升排温。第一管路和第二管路内均设置有电磁阀，对电磁阀加载不同的激励脉宽来实现不同的开度，能够控制废气进入各个管路的比例，进而控制尾气的加热程度。所述第二管路长于第一管路，可以延长尾气在管道内的加热时间。在第一管路和第二管路交汇处之后设置有第一NOx传感器8、第二温度传感器9，能够分别测量第二催化装置12前的NOx浓度和入口温度，NOx浓度用于监控尾气中的NOx含量，确定第一尿素喷嘴10的喷射量，入口温度对于第二催化装置12内的还原反应非常重要，同时也是监控第二催化装置12内的再生过程的重要参数。管路中还布置了第一尿素喷嘴10，尿素喷嘴10用于喷射浓度37.5％的尿素水溶液。尿素水溶液通过第一尿素喷嘴10进入管道中后，在第二管路开启时，利用第一管路和第二管路交汇处形成的滚流促进与排气的充分混合，在一定温度下水解、热解转换为NH3后，进入第二催化装置12。
尾气混合了NH3后，在经过第二催化装置12后，会发生NOx的还原反应，并且其中的碳烟颗粒也会被过滤留存在催化装置中，留存的碳烟颗粒会对排气背压产生影响，从而会改变催化装置两侧的压差，通过第二催化装置12两侧布置的压差传感器11可以采集到所述第二催化装置12两侧的压差，从而估算出第二催化装置12内的碳烟颗粒量。当碳烟颗粒量达到限值时，通过提升排温促进再生，释放第二催化装置12内的过滤留存空间。
在第二催化装置12与第三催化装置15之间布置了所述第二尿素喷嘴14，同样用于喷射浓度37.5％的尿素水溶液，并与排气充分混合，在一定温度下水解、热解为NH3后，进入第三催化装置15。
在管道中还布置有第三温度传感器13，用于监控进入第三催化装置15内的尾气温度。
尾气在经过第一催化装置3和第二催化装置12净化后可能还残存少量NOx污染物，在进入第三催化装置15后，会发生NOx的还原反应，将剩余的NOx污染物净化后将尾气引出。
所述传感器均与ECU连接，所述执行部件均由ECU控制。
实施例2
本实施例提供一种尾气后处理系统装置的控制方法，如图2所示，首先监控第二温度传感器9的温度值Tact；
依据预设的第一温度阈值Ttarget1、第二温度阈值Ttarget2和所述排气的实际温度Tact判断选择进行S1、S2或S3，其中第一温度阈值Ttarget1的取值范围为200-250℃，第二温度阈值Ttarget2的取值范围为500-550℃；
所述S1包括冷启动控制和第一温度区间控制；
所述S2包括被动再生控制和第二温度区间控制；
所述S3包括主动再生控制和第三温度区间控制；
若所述排气的实际温度Tact＜第一温度阈值Ttarget1，即第一温度区间，进行S1，至所述排气的实际温度Tact≥第一温度阈值Ttarget1时，判断排气的实际温度Tact与第二温度阈值Ttarget2的关系；
若排气的实际温度Tact＜第二温度阈值Ttarget2，即第二温度区间，则进行S2；
若排气的实际温度Tact＞第二温度阈值Ttarget2，即第三温度区间，则进行S3。
控制流程包括：
S1：内燃机1冷启动后，温度处于第一温度区间，进行所述S1的冷启动控制和第一温度区间控制；
所述冷启动控制流程如图3所示，由于SCRF选择性催化还原颗粒过滤器的NOx转化效率与温度有很大的关系，NOx还原反应取决于温度，其活性温度窗口一般从150℃开始，另外还原剂(例如尿素)也需要在至少200℃以上才能确保充分的热解和水解以产生气态氨，否则易产生结晶。在内燃机1冷启动时，关闭第一阀5并开启第二阀7及加热器6，使得在冷启动时排温和废气流量均较低的情况下，将尾气引入并联的第二管路，利用所述并联的第二管路内的加热器6加热尾气，防止由于废气温度较低造成的尿素喷嘴尿素结晶，并且加速进入所述第二催化装置12的最佳工作温度环境；随着内燃机1启动时间的增加，在监控的排气温度Tact达到第二温度区间并直至稳定后，开启第一阀5并关闭第二阀7和加热器6，冷启动控制结束，为防止气流的突然变化造成的发动机运行不稳定，逐步开启第一阀5并逐步关闭第二阀7。在冷启动工况下同时进行第一温度区间控制。
所述第一温度区间控制流程如图4所示。首先根据当前工况查表得到第二催化装置12和第三催化装置15的目标氨存储量，再根据模型计算所述第二催化装置12和第三催化装置15的实际氨存储量，并使用所述第一NOx传感器8获取的废气中的NOx浓度值分别计算出所述第一尿素喷嘴10和第二尿素喷嘴14的喷射量。此尿素喷射量计算步骤在整个流程中以固定频率重复执行。从压差传感器11测得的压差计算第二催化装置12内留存的碳烟颗粒量，根据碳烟颗粒量查表计算得到尿素喷嘴喷射修正量Qcor，进而所述第一尿素喷嘴10的尿素喷射量增加Qcor，第二尿素喷嘴14的尿素喷射量减少Qcor，并持续喷射直至排气温度Tact达到第二温度区间，则结束第一温度区间控制。
S2：内燃机持续运行，温度逐渐上升并进入第二温度区间，进行所述S2的被动再生控制和第二温度区间控制；
首先需要说明的是，第二催化装置12可执行通常称之为再生的操作，通过氧化反应去除留存在催化装置内的碳烟颗粒。利用尾气中残余氧实现的再生，催化装置的温度需要提升到明显高于内燃机正常工作的温度以上，称之为主动再生。以NO2作为氧化剂，则催化装置的工作温度可显著低于前者，称之为被动再生。被动再生虽然比主动再生慢，但由于催化温度较低，对于NOx的还原具有更高的效率，对燃油经济性方面的负面影响也更小。
所述被动再生控制的流程如图5所示。根据压差传感器11测得的压差计算所述第二催化装置12中的碳烟颗粒量，判断第二催化装置12中的碳烟颗粒量Mc是否达到预设的再生阈值M。若第二催化装置12中的碳烟颗粒量Mc未达到预设的再生阈值M，表明未累积足够多的碳烟颗粒，则不进入被动再生控制状态；反之，若第二催化装置12中的碳烟颗粒量Mc大于预设的再生阈值M，则开启第二阀7和加热器6，如前所述，为防止气流波动过大，将逐步打开电磁阀。通过加热废气，使得排气温度Tact进入第二催化装置12的被动再生的活跃温度区间400-450℃。进入被动再生温度后，根据第二催化装置12启动被动再生前催化器内的碳烟颗粒量以及第一NOx传感器8测得的NOx浓度确定被动再生控制持续时间阈值t并进行被动再生，被动再生的持续时间tc达到阈值t后，关闭第二阀7和加热器6，停止尾气加热，然后通过测量第二催化装置12两侧的压差计算第二催化装置12中的碳烟颗粒量Mc是否超过预设的再生最低阈值Mmix，若未超过则结束被动再生控制，若超过则增加后喷油量，提升排气温度Tact，并退出被动再生控制。需要说明的是，所述再生最低阈值Mmix小于再生阈值M，前者是进行再生的阈值，后者是需要进一步主动再生的阈值。
所述第二温度区间控制流程如图6所示。在内燃机1运行时，监控排气温度Tact，并计算排气温度上升率dTact，可以以15s为周期计算排气温度Tact的上升率dTact，判断排气温度的上升率dTact是否大于预设排气温度的上升率阈值，如阈值可设为15℃/s；若温度上升率dTact未超过上升率阈值，目前未形成热冲击，则继续排气温度Tact监控；直至监控到温度上升率dTact超过上升率阈值时，判断存在热冲击，则监控第一NOx传感器8的NOx浓度值，同样可以15s为周期计算NOx浓度变化率，并判断浓度变化率是否超过预设NOx浓度变化率的阈值，如阈值可设为150ppm/s；监控到所述第一NOx传感器8的NOx浓度变化率未超过预设NOx浓度变化率的阈值，则控制系统继续进行排气温度Tact监控。若检测到所述第一NOx传感器8的NOx浓度变化率超过预设NOx浓度变化率的阈值，则判断热冲击会带来氨泄漏的风险，则根据温度变化率dTact以及即时排气温度Tact计算第二尿素喷嘴14的修正喷射量，缓冲第二催化装置12的氨泄漏。当排温或NOx浓度的变化率小于变化率阈值时，续进行排气温度Tact监控，直至下一次检测到氨泄漏风险时再次进行触发控制。
S3：在内燃机被动再生控制未能将碳烟颗粒减少到再生最低阈值Mmix后，ECU控制内燃机继续升温至第三温度区间，进行所述S3的主动再生控制和第三温度区间控制；
所述主动再生控制流程如图7所示。前提如前所述，为判断第二催化装置12中的碳烟颗粒量Mc达到预设再生最低阈值Mmix，这是一个从经济性和安全性方面综合考虑的值。当第二催化装置12中的碳烟颗粒量Mc大于预设再生最低阈值Mmix，则通过ECU调控排气温度，结合第一温度传感器2的温度值，判断排气温度Tact达到第一催化装置3的预设起燃温度后，通过ECU控制增加内燃机1的喷油量至第二温度传感器9监控的排气温度Tact达到第二催化装置12的再生温度，然后进行第二催化装置12的主动再生，直至第二催化装置12中的碳烟颗粒量Mc为零时结束主动再生控制，反之则不进行主动再生控制。
所述第三温度区间控制流程如图8所示。监控第二温度传感器9测得的排气温度Tact，并判断排气温度Tact是否超过第二温度阈值Ttarget2。高排温会造成氨的氧化以及过量的氨泄漏，当监控到排气温度Tact大于第二温度阈值Ttarget2时，判断处于高排温，则停止第一尿素喷嘴10的尿素喷射作业，维持第二尿素喷嘴14的喷射，以温度较低的第三催化装置15起到主要的NOx净化作用。当监控到排气温度Tact低于第二温度阈值Ttarget2时，则结束第三温度区间控制。当监控到排气温度Tact回到第二温度区间时，重新开始执行S2。
通过上述实施例的结果可知，本发明提供的尾气控制系统装置，能够在冷启动工况，即排气温度与废气质量流量相对较低的情况下防止尿素喷嘴结晶，并对废气中的NOx进行转化，并可以减少SCRF的主动再生时间，减少主动再生期间的油耗。并通过对尿素喷射量的控制，减少尿素由于瞬态热冲击造成的消耗与泄漏，减少尾气排放。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种尾气后处理系统装置，其特征在于，所述系统装置包括依次连接的内燃机、第一催化装置、第二催化装置及第三催化装置；
所述内燃机和第一催化装置之间设置有第一温度传感器；
所述第一催化装置和第二催化装置之间设置有并联的第一管路和第二管路；
所述第一管路中设置有第一阀；
所述第二管路中依次设置有加热器和第二阀；
所述第一催化装置和第二催化装置之间依次设置有第一NOx传感器、第二温度传感器及第一尿素喷嘴；
所述第二催化装置的进料口和出料口处设有压差传感器；
所述第二催化装置和第三催化装置之间依次设置有第三温度传感器和第二尿素喷嘴；
所述第三催化装置的出气口还设置有第二NOx传感器；
所述第一温度传感器、第一阀、第二阀、加热器、第一NOx传感器、第二温度传感器、第一尿素喷嘴、压差传感器、第三温度传感器、第二尿素喷嘴及第二NOx传感器均与ECU单元相连接。
2.如权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述第一催化装置为DOC氧化催化器；
优选地，所述第二催化装置为SCRF选择性催化还原颗粒过滤器；
优选地，所述第三催化装置为SCR选择性催化还原转换器；
优选地，所述第二管路的长度大于第一管路的长度；
优选地，所述第一阀为电磁阀；
优选地，所述第二阀为电磁阀；
优选地，所述第一NOx传感器设置于所述第一管路和第二管路汇合处之后。
3.一种如权利要求1或2所述系统装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：内燃机冷启动后，获取排气的温度Tact；
依据预设的第一温度阈值Ttarget1、第二温度阈值Ttarget2和所述排气的实际温度Tact判断选择进行S1、S2或S3；
所述S1包括冷启动控制和第一温度区间控制；
所述S2包括被动再生控制和第二温度区间控制；
所述S3包括主动再生控制和第三温度区间控制；
若所述排气的实际温度Tact＜第一温度阈值Ttarget1，进行S1，至所述排气的实际温度Tact≥第一温度阈值Ttarget1时，判断排气的实际温度Tact与第二温度阈值Ttarget2的关系；
若排气的实际温度Tact＜第二温度阈值Ttarget2，则进行S2；
若排气的实际温度Tact＞第二温度阈值Ttarget2，则进行S3。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述冷启动控制为在发动机冷启动时，关闭第一阀开启第二阀及加热器；随着排气的温度Tact达到第二温度区间，开启第一阀关闭第二阀和加热器，冷启动控制结束。
5.如权利要求3或4所述的控制方法，其特征在于，所述第一温度区间控制为根据压差计算第二催化装置的碳烟颗粒量，依据碳烟颗粒量计算得到尿素喷嘴喷射修正量Qcor，进而第一尿素喷嘴的尿素喷射量增加Qcor，第二尿素喷嘴的尿素喷射量对应减少Qcor，随着排气的温度Tact达到第二温度区间，第一温度区间控制结束。
6.如权利要求3-5任一项所述的控制方法，其特征在于，所述被动再生控制为判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否达到预设的再生阈值M；
优选地，若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc未达到预设的再生阈值M，则结束再生状态；
优选地，若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc大于预设的再生阈值M，则开启第二阀和加热器，使排气温度Tact进入被动再生的活跃温度区间，被动再生的持续时间tc根据第二催化装置启动再生前催化器内的碳烟颗粒量以及第一NOx传感器测得的NOx浓度确定，被动再生的持续时间tc达到阈值t后，关闭第二阀和加热器，然后判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否超过预设的再生最低阈值Mmix，若未超过则结束，若超过则继续提升排气温度Tact；
优选地，所述再生最低阈值Mmix小于再生阈值M。
7.如权利要求3-6任一项所述的方法，其特征在于，所述第二温度区间控制为排气的实际温度Tact＜第二温度阈值Ttarget2时，判断排气温度的上升率dTact是否大于预设排气温度的上升率dTact的阈值；
优选地，若温度上升率未超过阈值，则继续排气温度Tact监控；
优选地，若温度上升率超过阈值，则判断第一NOx传感器的NOx浓度变化率是否超过预设NOx浓度变化率的阈值；
优选地，若所述第一NOx传感器的NOx浓度变化率未超过预设NOx浓度变化率的阈值，则继续进行排气温度Tact监控；
优选地，若所述第一NOx传感器的NOx浓度变化率超过预设NOx浓度变化率的阈值，则根据温度变化率dTact以及即时排气温度Tact计算第二尿素喷嘴的修正喷射量。
8.如权利要求3-7任一项所述的方法，其特征在于，所述主动再生控制为判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否达到预设再生最低阈值Mmix；
优选地，若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc大于预设再生最低阈值Mmix，则通过ECU调控排气温度，至排气温度Tact达到第一催化装置的预设起燃温度后，通过ECU增加内燃机的喷油量至排气温度Tact达到第二催化装置的再生温度，然后进行第二催化装置的再生，至第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc为零时结束，反之则结束。
9.如权利要求3-8任一项所述的方法，其特征在于，所述第三温度区间控制为判断排气的实际温度Tact是否大于第二温度阈值Ttarget2；
优选地，若所述第三温度区间控制中排气的实际温度Tact大于第二温度阈值Ttarget2，则停止第一尿素喷嘴的尿素喷射作业，反之则结束。
10.如权利要求3-9任一项所述的方法，其特征在于，所述控制方法包括：内燃机冷启动后，获取排气的温度Tact；
依据预设的第一温度阈值Ttarget1、第二温度阈值Ttarget2和所述排气的实际温度Tact判断选择进行S1、S2或S3；
所述S1包括冷启动控制和第一温度区间控制；
所述S2包括被动再生控制和第二温度区间控制；
所述S3包括主动再生控制和第三温度区间控制；
若所述排气的实际温度Tact＜第一温度阈值Ttarget1，进行S1，至所述排气的实际温度Tact≥第一温度阈值Ttarget1时，判断排气的实际温度Tact与第二温度阈值Ttarget2的关系；
若排气的实际温度Tact＜第二温度阈值Ttarget2，则进行S2；
若排气的实际温度Tact＞第二温度阈值Ttarget2，则进行S3；
其中，所述冷启动控制为在发动机冷启动时，关闭第一阀开启第二阀及加热器；随着排气的温度Tact达到第二温度区间，开启第一阀关闭第二阀和加热器，冷启动控制结束；所述第一温度区间控制为根据压差计算第二催化装置的碳烟颗粒量，依据碳烟颗粒量计算得到尿素喷嘴喷射修正量Qcor，进而第一尿素喷嘴的尿素喷射量增加Qcor，第二尿素喷嘴的尿素喷射量对应减少Qcor，随着排气的温度Tact达到第二温度区间，第一温度区间控制结束；所述被动再生控制为判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否达到预设的再生阈值M；若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc未达到预设的再生阈值M，则结束再生状态；若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc大于预设的再生阈值M，则开启第二阀和加热器，使排气温度Tact进入被动再生的活跃温度区间，被动再生的持续时间tc根据第二催化装置启动再生前催化器内的碳烟颗粒量以及第一NOx传感器测得的NOx浓度确定，被动再生的持续时间tc达到阈值t后，关闭第二阀和加热器，然后判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否超过预设的再生最低阈值Mmix，若未超过则结束，若超过则继续提升排气温度Tact；所述再生最低阈值Mmix小于再生阈值M；所述第二温度区间控制为排气的实际温度Tact＜第二温度阈值Ttarget2时，判断排气温度的上升率dTact是否大于预设排气温度的上升率dTact的阈值；若温度上升率未超过阈值，则继续排气温度Tact监控；若温度上升率超过阈值，则判断第一NOx传感器的NOx浓度变化率是否超过预设NOx浓度变化率的阈值；若所述第一NOx传感器的NOx浓度变化率未超过预设NOx浓度变化率的阈值，则继续进行排气温度Tact监控；若所述第一NOx传感器的NOx浓度变化率超过预设NOx浓度变化率的阈值，则根据温度变化率dTact以及即时排气温度Tact计算第二尿素喷嘴的修正喷射量；所述主动再生控制为判断第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc是否达到预设再生最低阈值Mmix；若第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc大于预设再生最低阈值Mmix，则通过ECU调控排气温度，至排气温度Tact达到第一催化装置的预设起燃温度后，通过ECU增加内燃机的喷油量至排气温度Tact达到第二催化装置的再生温度，然后进行第二催化装置的再生，至第二催化装置中的碳烟颗粒量Mc为零时结束，反之则直接结束；所述第三温度区间控制为判断排气的实际温度Tact是否大于第二温度阈值Ttarget2；若所述第三温度区间控制中排气的实际温度Tact大于第二温度阈值Ttarget2，则停止第一尿素喷嘴的尿素喷射作业，反之则结束。
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