CN112502813B - 发动机尾气处理装置及发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种发动机尾气处理装置及发动机，涉及尾气处理技术领域，本发明包括：DPF系统的出气端通过连通部件与SCR系统的进气端相通，连通部件包括第一连通管道和第二连通管道；热处理系统包括散热部件，散热部件设置在第一连通管道内，且散热部件处于工作状态时用于对通过第一连通管道的气体进行散热；切换组件用于处在第一模式时使DPF系统与第一连通管道连通，处于第二模式时使DPF系统与第二连通管道连通；处理器，用于若检测到发动机的工作模式处于主动再生模式，则控制切换组件启动第一模式、且控制散热部件处于工作状态。由于本发明实施例在发动机处于主动再生模式时，采用散热部件对尾气进行散热，提高了尾气处理能力。

Description

发动机尾气处理装置及发动机
技术领域
本发明涉及尾气处理技术领域，尤其涉及一种发动机尾气处理装置及发动机。
背景技术
柴油机主流后处理系统中包括DOC（Diesel oxidation catalyst，柴油氧化催化器）、DPF（Diesel Particulate Filter，颗粒捕集）系统和SCR（Selective CatalyticReduction，选择性催化还原）系统。其中DPF系统将颗粒物进行捕集，然后通过再生将捕集的碳颗粒燃烧；SCR系统作为降低柴油机NOx的有效措施之一，其原理是以氨气作为还原剂，在催化剂的作用下将尾气中的NOx还原成氮气和水蒸气。
SCR系统采用钒基作为催化剂，然而，钒基催化剂在温度高的情况下会挥发，同时发动机的工作模式处于主动再生模式时，通过DPF系统的尾气温度会比较高，所以，尾气通过SCR系统时催化剂会挥发，从而导致尾气处理能力降低。
发明内容
本发明提供一种发动机尾气处理装置及发动机，解决了现有技术中钒基催化剂因为高温而导致尾气处理能力降低的问题。
第一方面，本发明实施例提供的一种发动机尾气处理装置，包括：连通部件、热处理系统、切换组件和处理器；
颗粒捕集DPF系统的出气端通过所述连通部件与选择性催化还原SCR系统的进气端相通，所述连通部件包括第一连通管道和第二连通管道；
所述热处理系统包括散热部件，所述散热部件设置在所述第一连通管道内，且所述散热部件处于工作状态时用于对通过所述第一连通管道的气体进行散热；
所述切换组件与所述处理器信号连接；所述切换组件用于处在第一模式时使所述DPF系统与所述第一连通管道连通，处于第二模式时使所述DPF系统与所述第二连通管道连通；
所述处理器，用于若检测到所述发动机的工作模式处于主动再生模式，则控制所述切换组件启动第一模式、且控制所述散热部件处于工作状态。
上述装置，在DPF系统的出气端通过第一连接管道和第二连接管道与选SCR系统的进气端相通，散热部件处于第一连通管道，当发动机的工作状态处于主动再生模式，即发动机排出的尾气温度比较高，使得发动机排除的尾气通过第一连接管道进行散热，尾气温度降低后进入SCR系统中，从而使得催化剂更加活跃，提高尾气处理能力。
在一种可能的实现方式中，所述热处理系统还包括：
加热器，所述加热器设置在所述第二连通管道内，所述加热器用于对通过所述第二连通管道的气体进行加热；
所述处理器，还用于若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，且检测到所述SCR系统的进气端的温度小于第一阈值，则控制所述切换组件开启第二模式。
上述装置，能够在检测发动机不处于主动再生模式且检测到SCR系统的进气端的温度比较小时，控制发动机排出的尾气通过第二连接管道进行加热，尾气温度升高后进入SCR系统中，从而使得催化剂更加活跃，提高尾气处理能力。
在一种可能的实现方式中，所述热处理系统还包括电池、第一开关和第二开关；
所述电池通过所述第一开关与所述散热部件连通；所述电池通过所述第二开关与所述加热器连通；
所述散热部件还用于处于工作状态时收集所述第一连通管道的气体的热量转换为电量，并将所述电量输送给所述电池；
所述电池，用于为所述加热器供电；
所述第一开关和所述第二开关均与所述处理器信号连接；
所述处理器还用于，在控制所述切换组件开启第二模式的同时，控制所述第二开关闭合，以使所述电池为所述加热器供电；控制所述第一开关闭合，以实现控制所述散热部件处于工作状态。
上述装置，能够在尾气通过第一连通管道的气体的热量转换为电量为电池充电，同时，在尾气通过第二连通管道时，电池为加热器供电，这样本发明能够将尾气的热量充分利用，提高了能源的利用率。
在一种可能的实现方式中，所述散热部件包括第一电绝缘体、第二电绝缘体、和设置在所述第一电绝缘体和所述第二电绝缘体的至少一个温差发电元件。
上述装置，采用温差发电元件组装散热部件，由于温差发电元件比较小，便于安装。
在一种可能的实现方式中，所述处理器还用于，若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，且检测到所述SCR系统的进气端的温度不小于第一阈值且小于第二阈值，则控制所述切换组件启动第一模式，且控制所述第一开关断开。
上述方法，能够在发动机未处于主动再生模式，且检测到SCR系统的进气端的温度不小于第一阈值且小于第二阈值后，由于该尾气的温度比较不高也不是特别低，所以，不需要加热，也不需要散热，控制散热部件不处于工作状态，提高了尾气处理能力。
在一种可能的实现方式中，所述处理器还用于，若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，且检测到所述SCR系统的进气端的温度大于第三阈值，则控制所述切换组件启动第一模式，且控制所述第一开关闭合。
上述装置，能够在检测到发动机未处于主动再生模式且检测到SCR系统的进气端的温度大于第三阈值，即温度比较高时，同样可以使得发动机的尾气通过第一连通管道并使散热部件处于工作状态，对尾气的温度进行散热，提高了尾气处理能力。
在一种可能的实现方式中，所述处理器还用于，若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，所述SCR系统的进气端的温度不小于第二阈值且小于第三阈值，则控制所述切换组件启动第一模式，且维持所述第一开关的状态不变。
上述装置，能够在检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，且SCR系统的进气端的温度不小于第二阈值且小于第三阈值时，温度不高，所以，控制发动机的尾气通过第一连通管道并维持散热部件的上一个工作状态，避免了对尾气的温度的能量的浪费。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括差压传感器；
所述差压传感器与所述处理器信号连接；所述差压传感器用于检测所述DPF系统的出气端和所述DPF系统的进气端之间的压差；
所述处理器，还用于若所述压差大于预设压差，则确定发动机的工作模式处于主动再生模式，若所述压差不大于预设压差，则确定发动机的工作模式未处于主动再生模式。
上述装置，提供了一种新的测量发动机工作模式的方式，能够通过差压传感器检测到的DPF系统的出气端和DPF系统的进气端之间的压差来确定发动机的工作模式。
在一种可能的实现方式中，所述热处理系统还包括：温差发电器件；所述温差发电器件与所述电池电连接；所述温差发电器件设置在发动机的排气管道内；
所述温差发电器件用于收集所述SCR系统的出气端排出的气体的热量转换为电量，并将所述电量输送给所述电池。
上述装置，能够通过在SCR系统的出气端排出的气体的温度给电池供电，提高了能源的利用率。
第二方面，本申请还提供一种发动机，发动机安装有根据第一方面任一项所述的发动机尾气处理装置。
另外，第二方面中任一种实现方式所带来的技术效果可参见第一方面中不同实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例提供的一种发动机尾气处理装置的示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种发动机尾气处理装置的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种温差发电元件结构的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种散热部件的示意图；
图5是本发明实施例提供的一种发动机控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
以下对本发明中出现的名词进行解释：
DOC柴油氧化催化器，是使用患有贵金属的催化剂使发动机排气中的HC、CO、NO和颗粒表面的可挥发性成本进一步氧化，从而降低HC（碳氢化合物）、CO（一氧化碳）、PM（烟尘微粒）的量。
DPF系统是一种安装在发动机排放系统中的过滤器，主要用于捕捉尾气中的颗粒物。
SCR系统是利用尿素将尾气中的氮氧化物选择性还原生成氮气和水。
当发动机尾气后处理系统中包括DOC、DPF系统和SCR系统时，由于DPF系统是通过高温处理的，所以排除的尾气的温度比较高，会高于SCR系统中催化剂的工作温度，从而降低尾气处理能力。
基于此，结合图1所示，本发明实施例中提供了一种发动机尾气处理装置，包括：连通部件、热处理系统、切换组件和处理器；
颗粒捕集DPF系统200的出气端通过连通部件与选择性催化还原SCR系统300的进气端相通，所述连通部件包括第一连通管道101和第二连通管道102；
热处理系统包括散热部件103，散热部件103设置在第一连通管道101内，且散热部件103处于工作状态时用于对通过第一连通管道101的气体进行散热；
切换组件104与处理器105信号连接；切换组件104用于处在第一模式时使DPF系统200与第一连通管道101连通，处于第二模式时使DPF系统200与第二连通管道102连通；
处理器105，用于若检测到发动机的工作模式处于主动再生模式，则控制切换组件104启动第一模式、且控制散热部件103处于工作状态。
具体来说，在发动机排出尾气时，先通过DOC400、然后通过DPF系统200、然后可以将通过DPF系统的尾气通过第一连通管道101或者通过第二连通管道102进入到SCR系统300，尾气经过SCR系统300后排出，在具体工作时，能够通过处理器105进行判断，处理器105检测到发动机的工作模式处于主动再生模式，即温度比较高时，能够通过控制切换组件到第一模式，使得通过DPF系统的尾气通过第一连通管道101进入到SCR系统，同时能够控制散热部件处于工作状态，此时散热部件能够对在第一连通管道101中的尾气进行散热处理，从而使得通过第一连通管道101的尾气的温度降低，缓解了温时SCR中的催化剂不活跃的情况，提高了尾气处理能力。
其中，装置还包括差压传感器；
差压传感器与处理器105信号连接；差压传感器用于检测DPF系统200的出气端和DPF系统200的进气端之间的压差；
处理器105，还用于若压差大于预设压差，则确定发动机的工作模式处于主动再生模式，若压差不大于预设压差，则确定发动机的工作模式未处于主动再生模式。
由于发动机启动时可以是热启动也可以是冷启动，在冷启动时会使得尾气的温度比较低，尾气的温度未达到SCR系统中催化剂活跃的温度，从而导致尾气处理能力降低，基于此，本发明实施例在热处理系统中增加了加热器，比将加热器设置在第二连通管道102，加热器用于对通过第二连通管道102的气体进行加热。
具体的控制过程为：处理器判断发动机的工作模式是否处于主动再生模式，如果处于主动再生模式时，控制切换组件启动第一模式、且控制散热部件处于工作状态；如果不处于主动再生模式，则再次判断SCR系统300的进气端的温度是否小于第一阈值，如果小于第一阈值，则说明发动机处于加热模式，排出的尾气的温度比较低，控制切换组件开启第二模式，使得通过DPF系统200后的发动机排除的尾气，通过第二连通管道102进入到SCR系统300，同时，在第二连通管道102进入到SCR系统300时，对尾气进行加热，尾气的温度提高，不仅提高了尾气处理能力，还缩短达到SCR尿素器起喷温度的时间，减少NOx排放。
考虑能源的再利用问题，结合图2所示，本发明实施例还提供了一种发动机尾气处理装置，除了上述图1中的部件外，还包括有电池106、第一开关107和第二开关108。
电池106通过第一开关107与散热部件103连通；电池通过所述第二开关与加热器109连通；
散热部件103还用于处于工作状态时收集第一连通管道101的气体的热量转换为电量，并将电量输送给电池106；
电池106，用于为加热器109供电；
第一开关107和第二开关108均与处理器105信号连接；
其中，散热部件103包括温差发电元件。
首先介绍温差发电元件，结合图3所示，温差发电元件包括金属片、N型半导体和P型半导体，金属片作为热端，即高温端，其他的外接元件可以作为冷端，即低温端，由于高温和低温具有温差，所以，温差能够使得N型半导体和P型半导体形成电流，从而能够完成热量到电量的转换。
在本发明实施例的装置进行工作时，将其他的外接元件为电池，即电池106为冷端。在控制切换组件104开启第一模式的同时，即使得通过DPF系统的发动机的尾气通过第一连通管道101时，控制第一开关107闭合，从而实现散热部件103中的温差发电元件的热端和电池这个冷端连通，使得散热部件103处于工作状态。
在处理器105控制切换组件104开启第二模式时，即通过DPF系统的发动机的尾气通过第二连通管道102，控制第二开关108闭合，这样，电池107可以为加热器109供电，使得加热器109工作，从而对通过第二连通管道102的尾气进行加热，提高尾气的温度。
为了提高温差发电元件的用电安全，结合图4所示，本发明实施例还提供了一种散热部件103包括第一电绝缘体1031、第二电绝缘体1032、和设置在第一电绝缘体1031和第二电绝缘体1032的至少一个温差发电元件1033。
其中，至少一个温差发电元件1033可以设置在第一连通管道101上。再结合图4所示，其结构可以为，第一连通管道101如果为圆形管道，至少一个温差发电元件与第一连通管道101之间为圆环结构，每个温差发电元件1033为方块，组成一个圆圈，安装在第一连通管道101上。
对于电池106来说，在第一开关107不闭合时，散热部件103不能为电池106充电，为了避免电池106亏电，本发明实施例提供的热处理系统还包括：温差发电器件1091；温差发电器件1091与电池106电连接；温差发电器件1091设置在发动机的排气管道内；
温差发电器件1091用于收集SCR系统300的出气端排出的气体的热量转换为电量，并将电量输送给电池106。
其中，温差发电器件1091与热处理系统中的温差发电元件1033共享一个冷端，即电池106，从而使得在温差发电元件1033不对电池充电时，可以采用温差发电器件1091为电池充电，这样可以将通过SCR系统排出的尾气的热量吸收，转换为电能，为电池106充电，实现热量的再利用。
综上可知，本发明实施例提供的热处理系统具有发电设备体积小、运行无噪声、工作寿命长、无污染等优势，极其适用于发动机工作环境。同时，充分利用了排气废热，产生的电能转化为冷启动时电加热器所需的电能，减少了油耗。
对于在发动机为未处于主动再生模式后，且SCR系统的温度不小于第一阈值时，发动机处于普通模式，这时发动机排出尾气的温度也是不同，为了提高SCR系统的尾气处理能力，本发明实施例的处理器105还用于，若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，且检测到SCR系统的进气端的温度不小于第一阈值且小于第二阈值，则控制切换组件104启动第一模式，且控制第一开关107断开。
即发动机排出的温度比较低，但还没有处于冷启动对应的温度时，可以使得通过DPF系统的尾气通过第一连通管道101输送给SCR系统，但第一连通管道101内的散热部件不工作，即控制第一开关107断开，使得温差发电元件和作为冷端的电池106分开，这样温差发电元件即不会进行散热工作。
处理器105，若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，且检测到SCR系统的进气端的温度大于第三阈值，则控制切换组件104启动第一模式，且控制第一开关107闭合。
详细来讲，发动机排出的温度比较高时，可以使得通过DPF系统的尾气通过第一连通管道101输送给SCR系统，并控制第一开关107闭合，使得温差发电元件和作为冷端的电池106连接，温差发电元件进行散热工作，实现对尾气的温度进行散热。
处理器105还用于，若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式， SCR系统的进气端的温度不小于第二阈值且小于第三阈值，则控制切换组件104启动第一模式，且维持第一开关107的状态不变。
详细来讲，发动机排出的温度比较低时，可以使得通过DPF系统的尾气通过第一连通管道101输送给SCR系统，并维持第一开关107的状态不变，即如果第一开关107闭合时，那么维持第一开关107闭合不变，实现对尾气的温度进行散热，如果第一开关107断开时，那么维持第一开关107断开不变，不对尾气的温度进行散热。
需要说明的是，上述介绍的切换组件104可以为三通阀，当然还可以为其他阀类执行器，对此本发明并不做具体限制，如果是三通阀，可以按照结合图2中所示，设置在DPF系统200的出气端和连通管道之间，当其三通阀处于第一模式时，使DPF系统200与第一连通管道101连通，从而使得通过DPF系统200的尾气通过第一连通管道101，当其三通阀处于第二模式时，使DPF系统200与第二连通管道102连通，从而使得通过DPF系统200的尾气通过第二连通管道102。
切换组件104另一种可能的结构可以为：切换组件104包括第三开关和第四开关，第三开关设置在临近DPF系统200的第一连通管道101内，第四开关设置在临近DPF系统200的第二连通管道内。切换组件104的第一模式中，第三开关断开，第四开关闭合，使得通过DPF系统200的尾气通过第一连通管道101，切换组件104的第二模式中，第四开关断开，第三开关闭合，使得通过DPF系统200的尾气通过第二连通管道102。
需要说明的是，由于切换组件104处于第一模式时，尾气通过第一连通管道101，所以第二连通管道102内的加热器不起到作用，可以控制第二开关108断开，这样加热器109不会进行加热；当切换组件104处于第二模式时，尾气通过第二连通管道102，所以第一连通管道101内的散热部件103不起到作用，可以控制第一开关107断开，这样散热部件103不会进行散热。
综合图2中的结构，本发明实施例还提供了一种处理器105的控制过程，结合图5所示，包括：
S500：判断DPF系统的压差ΔP是否大于预设压差；如果是，则执行S501；否则，执行S502；
S501：控制切换组件启动第一模式，且控制第一开关闭合，第二开关断开；
S502：判断SCR系统的进气端的温度是否小于第一阈值；如果是，则执行S503，否则执行S504；
S503：控制切换组件开启第二模式，且控制第二开关闭合，第一开关断开；
S504：判断SCR系统的进气端的温度是否小于第二阈值；如果是，则执行S505；否则执行S506；
S505：控制切换组件启动第一模式，且控制第一开关断开，第二开关断开；
S506：判断SCR系统的进气端的维度是否小于第三阈值，如果是，则执行S507；否则执行S508；
S507：控制切换组件启动第一模式，维持第一开关的断开状态不变，维持第二开关断开；
S508：控制切换组件启动第一模式，且控制第一开关闭合，控制第二开关断开。
其中，预设压差根据后处理DPF系统的碳载能力合理设置，第一阈值为冷启动阶段SCR系统的尿素起喷温度。第二阈值、阈值第三阈值之间为SCR的高效率区。此外切换组件默认处于第一模式，第一开关默认处于闭合状态，保证发动机在主动再生模式下执行器突然断电情况下，SCR上游温度始终低于钒基挥发温度。
本发明实施例还提供一种发动机，该发动机安装有上述提供的发动机尾气处理装置。这样该发动机能够对温度高的尾气进行散热，提高了尾气处理能力。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种发动机尾气处理装置，其特征在于，包括：连通部件、热处理系统、切换组件和处理器；
颗粒捕集DPF系统的出气端通过所述连通部件与选择性催化还原SCR系统的进气端相通，所述连通部件包括第一连通管道和第二连通管道；
所述热处理系统包括散热部件，所述散热部件设置在所述第一连通管道内，且所述散热部件处于工作状态时用于对通过所述第一连通管道的气体进行散热；所述散热部件包括第一电绝缘体、第二电绝缘体、和设置在所述第一电绝缘体和所述第二电绝缘体的至少一个温差发电元件；
所述切换组件与所述处理器信号连接；所述切换组件用于处在第一模式时使所述DPF系统与所述第一连通管道连通，处于第二模式时使所述DPF系统与所述第二连通管道连通；
所述处理器，用于若检测到所述发动机的工作模式处于主动再生模式，则控制所述切换组件启动第一模式、且控制所述散热部件处于工作状态；
所述热处理系统还包括：
加热器，所述加热器设置在所述第二连通管道内，所述加热器用于对通过所述第二连通管道的气体进行加热；
所述处理器，还用于若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，且检测到所述SCR系统的进气端的温度小于第一阈值，则控制所述切换组件开启第二模式；
所述热处理系统还包括电池、第一开关和第二开关；
所述电池通过所述第一开关与所述散热部件连通；所述电池通过所述第二开关与所述加热器连通；
所述散热部件还用于处于工作状态时收集所述第一连通管道的气体的热量转换为电量，并将所述电量输送给所述电池；
所述电池，用于为所述加热器供电；
所述第一开关和所述第二开关均与所述处理器信号连接；
所述处理器还用于，在控制所述切换组件开启第二模式的同时，控制所述第二开关闭合以使所述电池为所述加热器供电；控制所述第一开关闭合以实现控制所述散热部件处于工作状态。
2.根据权利要求1所述的发动机尾气处理装置，其特征在于，所述处理器还用于，若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，且检测到所述SCR系统的进气端的温度不小于第一阈值且小于第二阈值，则控制所述切换组件启动第一模式，且控制所述第一开关断开。
3.根据权利要求1所述的发动机尾气处理装置，其特征在于，所述处理器还用于，若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，且检测到所述SCR系统的进气端的温度大于第三阈值，则控制所述切换组件启动第一模式，且控制所述第一开关闭合。
4.根据权利要求1所述的发动机尾气处理装置，其特征在于，所述处理器还用于，若检测到发动机的工作模式未处于主动再生模式，所述SCR系统的进气端的温度不小于第二阈值且小于第三阈值，则控制所述切换组件启动第一模式，且维持所述第一开关的状态不变。
5.根据权利要求1所述的发动机尾气处理装置，其特征在于，所述装置还包括差压传感器；
所述差压传感器与所述处理器信号连接；所述差压传感器用于检测所述DPF系统的出气端和所述DPF系统的进气端之间的压差；
所述处理器，还用于若所述压差大于预设压差，则确定发动机的工作模式处于主动再生模式，若所述压差不大于预设压差，则确定发动机的工作模式未处于主动再生模式。
6.根据权利要求1~5任一项所述的发动机尾气处理装置，其特征在于，所述热处理系统还包括：温差发电器件；所述温差发电器件与电池电连接；所述温差发电器件设置在发动机的排气管道内；
所述温差发电器件用于收集所述SCR系统的出气端排出的气体的热量转换为电量，并将所述电量输送给所述电池。
7.一种发动机，其特征在于，发动机安装有根据权利要求1~6任一项所述的发动机尾气处理装置。
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