CN113202603B - 一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置，该装置包括涡后尾气后处理系统、涡前尾气预处理系统、非道路柴油机，涡后尾气后处理系统包括DOC单元、DPF单元及其他后处理和防护单元，DOC单元与非道路柴油机的涡轮机的出气口相连通，涡前尾气预处理系统包括涡前颗粒捕集单元、EGR前颗粒捕集单元及颗粒捕集单元连接管，涡前颗粒捕集单元与涡轮机的进气口相连通，EGR前颗粒捕集单元与EGR阀相连，颗粒捕集单元连接管与排气总管相连，本发明的目的在于解决EGR路线降氮氧化合物的非道路柴油机涡轮机出口颗粒物排放高、涡后颗粒捕集单元再生周期短等问题。

Description

一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置
技术领域
本发明涉及柴油机排放控制技术领域，尤其是涉及一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置。
背景技术
为了满足非道路国四排放法规对柴油机尾气中的氮氧化物、颗粒物数量、颗粒物质量等要求，目前主流的技术路线为在涡轮增压器的涡轮机前连接EGR阀和涡轮机后连接后处理装置，后处理装置主要有DOC(Diesel Oxidation Catalysis，氧化型催化转化器)、DPF(Diesel Particulate Filter，颗粒过滤器)和SCR(Selective Catalyst Reduction，选择性催化还原系统)对尾气进行处理，以将较洁净的尾气排入大气中，从而有效降低非道路柴油机尾气对环境的影响。
由于非道路国四排放法规对对柴油机尾气中的颗粒物数量提出了要求，因此DOC和DPF成为了非道路国四柴油机必须安装的后处理装置，而针对氮氧化物的处理方式，非道路国四路线分化出两条主要路线，一种为采用EGR技术降氮氧化物，既EGR路线；一种为采用SCR技术降氮氧化物，既SCR路线。
目前，应用这两种技术路线的非道路柴油机，其产生的颗粒物都是在涡轮机后连接的DPF中进行捕集和再生。由于EGR路线采用机内恶化燃烧降氮氧化物的策略，而SCR路线采用机内优化燃烧和机外降氮氧化物的策略，因此EGR路线的非道路柴油机涡轮机出口颗粒物浓度要明显高于SCR路线，这就会造成EGR路线的非道路柴油机会频繁进入再生过程，频繁进入再生过程会缩短后处理的使用周期，同时也会是柴油机综合油耗偏高。
因此，如何解决采用EGR路线的非道路柴油机被动再生效率低，再生过程油耗高等问题，对于延长再生周期和降低用户使用成本至关重要。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置，该装置结构紧凑，拆装方便，通用性强，可满足不同类型的EGR路线非道路柴油机排气预处理的需求。
本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置，该装置包括涡后尾气后处理系统、涡前尾气预处理系统、非道路柴油机；
所述非道路柴油机包括空滤、进气流量传感器、涡轮增压器、中冷器、节气门、EGR单元、进气总管、共轨柴油机、排气总管，EGR单元包括EGR阀和EGR冷却器，所述涡轮增压器包括压气机和涡轮机；
所述涡后尾气后处理系统包括DOC单元、DPF单元及其他后处理和防护单元，涡后尾气后处理系统的DOC单元与涡轮机的出气口相连通；
所述涡前尾气预处理系统包括涡前颗粒捕集单元、EGR前颗粒捕集单元及颗粒捕集单元连接管，涡前颗粒捕集单元与涡轮机的进气口相连通，EGR前颗粒捕集单元与EGR阀相连，颗粒捕集单元连接管与排气总管相连。
进一步的，进气流量传感器的一端与空滤连接，进气流量传感器的另一端与压气机的进气口相连；中冷器的一端与压气机的出气口相连，中冷器的另一端与节气门连接；所述进气总管为三通管，其一端与节气门连接，一端与EGR冷却器连接，另一端与共轨柴油机连接。
进一步的，颗粒捕集单元连接管为三通管，其
一端与涡前颗粒捕集单元连接，另一端与EGR前颗粒捕集单元连接。
进一步的，DOC单元和DPF单元、DPF单元和其他后处理和防护单元均通过卡箍或法兰相连。
进一步的，EGR单元分为热端EGR单元和冷端EGR单元。
进一步的，其他后处理和防护单元由SCR单元、ASC单元、隔热保温单元、防雨单元、防火单元中的一个或几种封装单元组成。
本发明具有以下有益效果：本发明非道路柴油机用带排气预处理的尾气后处理装置，设计合理，结构紧凑，拆装方便，通用性强，可满足不同类型的EGR路线非道路柴油机排气预处理的需求：一方面，即能够通过涡前颗粒捕集单元的有效捕集，降低涡后颗粒物质量浓度和数量浓度，又能够利用涡前的高排温进行有效的颗粒捕集器被动再生过程，从而降低涡前颗粒捕集单元的碳载量；另一方面，通过EGR阀前加装颗粒捕集单元，即能够通过EGR前颗粒捕集单元的有效捕集，降低进入进气系统的颗粒物质量浓度和数量浓度，又能够利用涡前的高排温进行有效的颗粒捕集器被动再生过程，从而降低EGR前颗粒捕集单元的碳载量。
附图说明
图1为本发明的主要系统的结构示意图；
图2为本发明的具体系统的结构示意图；
图3为本发明的热端EGR单元的结构示意图；
图4为本发明的冷端EGR单元的结构示意图；
图示标记，1、其他后处理和防护单元，2、DPF单元，3、DOC单元，4、涡轮增压器，4a、涡轮机，4b、压气机，5、空滤，6、进气流量传感器，7、中冷器，8、节气门，9、进气总管，10、共轨柴油机，11、涡前颗粒捕集单元，12、EGR冷却器，13、EGR阀，14、EGR前颗粒捕集单元，15、颗粒捕集单元连接管，16、排气总管，S10、涡后尾气后处理系统，S20、涡前尾气预处理系统，S30、非道路柴油机，D1、热端EGR单元，D2、冷端EGR单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步具体详细的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置，应用于增压中冷带EGR阀的共轨非道路柴油机，该装置包括涡后尾气后处理系统S10、涡前尾气预处理系统S20、非道路柴油机S30；
所述非道路柴油机S30包括空滤5、进气流量传感器6、涡轮增压器4、中冷器7、节气门8、EGR阀13、EGR冷却器12、进气总管9、共轨柴油机10、排气总管16，EGR单元包括EGR阀13和EGR冷却器12，所述涡轮增压器4包括压气机4b和涡轮机4a；
所述涡后尾气后处理系统S10包括DOC单元3、DPF单元2及其他后处理和防护单元1，涡后尾气后处理系统S10的DOC单元3与涡轮机4a的出气口相连通；DOC单元3通过卡箍或法兰与涡轮机4a出气口连接在一起；
所述涡前尾气预处理系统S20设在非道路柴油机S30的涡轮机4a进气口前，所述涡前尾气预处理系统S20包括涡前颗粒捕集单元11、EGR前颗粒捕集单元14及颗粒捕集单元连接管15，涡前颗粒捕集单元11与涡轮机4a的进气口相连通，涡前尾气预处理系统S20的涡前颗粒捕集单元11通过卡箍或法兰与非道路柴油机S30的涡轮机4a进气口连接在一起，EGR前颗粒捕集单元14与EGR阀13相连，涡前尾气预处理系统S20的EGR前颗粒捕集单元14通过卡箍或法兰与非道路柴油机S30的EGR阀13连接在一起，颗粒捕集单元连接管15与排气总管16的一端相连；涡前尾气预处理系统S20的颗粒捕集单元连接管15通过卡箍或法兰与非道路柴油机S30的排气总管16连接在一起，排气总管16的另一端与共轨柴油机10相连。
进一步的，进气流量传感器6的一端与空滤5连接，进气流量传感器6的另一端与压气机4b的进气口相连；中冷器7的一端与压气机4b的出气口相连，中冷器7的另一端与节气门8连接；所述进气总管9为三通管，其一端与节气门8连接，一端与EGR冷却器12连接，另一端与共轨柴油机10连接。
进一步的，颗粒捕集单元连接管15为三通管，其一端与涡前颗粒捕集单元11连接，另一端与EGR前颗粒捕集单元14连接。
进一步的，DOC单元3和DPF单元2、DPF单元2和其他后处理和防护单元1均通过卡箍或法兰相连。
进一步的，其他后处理和防护单元1由SCR单元、ASC单元、隔热保温单元、防雨单元、防火单元中的一个或几种封装单元组成。
下面结合附图对装置进行说明
如图1所示，一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气后处理装置，包括：涡后尾气后处理系统S10、涡前尾气预处理系统S20、非道路柴油机S30，涡后尾气后处理系统S10与非道路柴油机S30的涡轮机4a出气口连接，能够有效的降低非道路柴油机S30涡后排气中颗粒物的质量浓度和数量浓度，涡前尾气预处理系统S20与非道路柴油机S30的涡轮机4a进气口连接，能够有效的降低非道路柴油机S30涡前排气中颗粒物的质量浓度和数量浓度。
如图2，涡后尾气后处理系统S10包括：DOC单元3、DPF单元2及其他后处理和防护单元1；DOC单元3和DPF单元2、DPF单元2和其他后处理和防护单元1通过卡箍或法兰连接在一起，其他后处理和防护单元1由SCR单元、ASC单元（防止氨逃逸装置）、隔热保温单元、防雨单元、防火单元中的一个或几种封装单元组成，当其他后处理和防护单元1由两种以上封装单元组成时，封装单元之间通过卡箍或法兰连接在一起。
如图2，涡前尾气预处理系统S20包括：涡前颗粒捕集单元11，EGR前颗粒捕集单元14和颗粒捕集单元连接管15；涡前颗粒捕集单元11一端与非道路柴油机S30的涡轮机4a进气口连接，一端与颗粒捕集单元连接管15连接；EGR前颗粒捕集单元14一端与非道路柴油机S30的EGR单元连接，一端与颗粒捕集单元连接管15连接；颗粒捕集单元连接管15一端与涡前颗粒捕集单元11连接，一端与EGR前颗粒捕集单元14连接，一端与非道路柴油机S30的排气总管16连接。
如图2，非道路柴油机S30包括：空滤5、进气流量传感器6、涡轮增压器4、中冷器7、节气门8、EGR阀13、EGR冷却器12、进气总管9、共轨柴油机10、排气总管16；涡轮增压器4包括压气机4b和涡轮机4a；压气机4b和涡轮机4a通过连接管相连，空气流量传感器一端与空滤5连接，另一端与压气机4b的进气口连接；中冷器7一端与压气机4b的出气口连接，一端与节气门8连接；进气总管9一端与节气门8连接，一端与EGR冷却器12连接，一端与共轨柴油机10连接。
涡前颗粒捕集单元11与涡后DPF单元2相比，最大的区别在于涡前颗粒捕集单元11的载体孔隙率较大、过滤效率低，主要用来捕集粒径较大的颗粒物，经涡前颗粒捕集单元11捕集的大粒径颗粒物在涡前颗粒捕集单元11载体内呈现蓬松状分布，同时涡前排气温度较高，这将有利于涡前颗粒捕集单元11内被动再生过程的发生，从而实现降低涡前颗粒捕集单元11碳载量的目的。
EGR前颗粒捕集单元14与涡后DPF单元2相比，最大的区别在于EGR前颗粒捕集单元14的载体孔隙率较大、过滤效率低，主要用来捕集粒径较大的颗粒物，经EGR前颗粒捕集单元14捕集的大粒径颗粒物在涡前颗粒捕集单元11载体内呈现蓬松状分布，同时涡前排气温度较高，这将有利于涡前颗粒捕集单元11内被动再生过程的发生，从而实现降低涡前颗粒捕集单元11碳载量的目的。
EGR前颗粒捕集单元14进气口位置在涡前颗粒捕集单元11进气口前，这是因为涡前颗粒捕集单元11进气口前的排气压力更高，这将有利于提高柴油机中低转速的EGR率，进而实现降低部分负荷柴油机油耗的目的。
经过涡前颗粒捕集单元11和EGR前颗粒捕集单元14对颗粒物的捕集和被动再生，非道路柴油机S30涡轮机4a出口的颗粒物质量浓度和数量浓度得到有效的降低，这将有利于延长涡后DPF单元2的再生周期。
涡后DPF单元2与涡前颗粒捕集单元11及EGR前颗粒捕集单元14相比，最大的区别在于涡后DPF单元2的载体孔隙率小、过滤效率高，经涡后DPF单元2捕集的颗粒物在涡后DPF单元2载体内呈现致密状分布，同时涡后排气温度低，这将不有利于涡后DPF单元2内被动再生过程的发生，随着涡后DPF单元2碳载量不断升高，需要通过主动再生的方式将涡后DPF单元2捕集的碳烟颗粒燃烧掉。目前主流的主动再生方式有两种，一种是驻车主动再生、一种是行车主动再生；两种主动再生方式都是利用DOC单元2的氧化升温特性，通过控制节气门8、EGR阀13、共轨柴油机10远后喷或外部喷射HC等方式，将DPF单元2的入口温度提升高600℃左右，实现碳烟燃烧再生的过程。
如图3-4，EGR单元由EGR阀13和EGR冷却器12组成，根据EGR阀13距离EGR前颗粒捕集单元14位置，分为热端EGR单元D1和冷端EGR单元D2。热端EGR单元D1是EGR阀13直接与EGR前颗粒捕集单元14连接，后面再连接EGR冷却器12；而冷端EGR单元D2则是先由EGR冷却器12与EGR前颗粒捕集单元14连接，然后再连接EGR阀13。在实际使用过程中根据发动机热负荷、EGR率、EGR冷却器冷却效果、EGR阀13本身热负荷特性等选择使用热端EGR单元D1或者冷端EGR单元D2。
本发明设计合理，结构紧凑，拆装方便，通用性强，可满足不同类型的EGR路线非道路柴油机排气预处理的需求：一方面，即能够通过涡前颗粒捕集单元的有效捕集，降低涡后颗粒物质量浓度和数量浓度，又能够利用涡前的高排温进行有效的颗粒捕集器被动再生过程，从而降低涡前颗粒捕集单元的碳载量；另一方面，通过EGR前加装颗粒捕集单元，即能够通过EGR前颗粒捕集单元的有效捕集，降低进入进气系统的颗粒物质量浓度和数量浓度，又能够利用涡前的高排温进行有效的颗粒捕集器被动再生过程，从而降低EGR前颗粒捕集单元的碳载量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置，其特征在于：该装置包括涡后尾气后处理系统、涡前尾气预处理系统、非道路柴油机；
所述非道路柴油机包括空滤、进气流量传感器、涡轮增压器、中冷器、节气门、EGR单元、进气总管、共轨柴油机、排气总管，EGR单元包括EGR阀和EGR冷却器，所述涡轮增压器包括压气机和涡轮机；
所述涡后尾气后处理系统包括DOC单元、DPF单元及其他后处理和防护单元，涡后尾气后处理系统的DOC单元与涡轮机的出气口相连通；
所述涡前尾气预处理系统包括涡前颗粒捕集单元、EGR前颗粒捕集单元及颗粒捕集单元连接管，涡前颗粒捕集单元与涡轮机的进气口相连通，EGR前颗粒捕集单元与EGR阀相连，颗粒捕集单元连接管与排气总管相连；
进气流量传感器的一端与空滤连接，进气流量传感器的另一端与压气机的进气口相连；中冷器的一端与压气机的出气口相连，中冷器的另一端与节气门连接；所述进气总管为三通管，其一端与节气门连接，一端与EGR冷却器连接，另一端与共轨柴油机连接；
颗粒捕集单元连接管为三通管，其一端与涡前颗粒捕集单元连接，另一端与EGR前颗粒捕集单元连接；
EGR前颗粒捕集单元的进气口位置在涡前颗粒捕集单元的进气口前；涡前颗粒捕集单元和EGR前颗粒捕集单元两者与涡后DPF单元相比，区别在于两者的载体孔隙率较大、过滤效率低，主要用来捕集粒径较大的颗粒物。
2.根据权利要求1所述的一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置，其特征在于：DOC单元和DPF单元、DPF单元和其他后处理和防护单元均通过卡箍或法兰相连。
3.根据权利要求1所述的一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置，其特征在于：EGR单元为热端EGR单元或冷端EGR单元。
4.根据权利要求1所述的一种非道路柴油机用带尾气预处理的尾气处理装置，其特征在于：其他后处理和防护单元由SCR单元、ASC单元、隔热保温单元、防雨单元、防火单元中的一个或几种封装单元组成。
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