CN114135366A - 碳氢喷射模块和尾气后处理系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种碳氢喷射模块，用于向尾气后处理系统中喷射燃油，其中，所述碳氢喷射模块包括碳氢喷射单元及集成地设置于所述碳氢喷射单元上的加热器，其被配置成能够通电以使从所述碳氢喷射单元喷射出的燃油燃烧。本申请还提供了一种包括上述碳氢喷射模块的尾气后处理系统。本申请的碳氢喷射模块和尾气后处理系统可以通过使加热器集成在碳氢喷射单元上且在尾气管内引发燃烧来加热选择性催化还原转化器，结构简单、成本较低且易于控制。

Description

碳氢喷射模块和尾气后处理系统
技术领域
本申请涉及柴油内燃机的尾气后处理领域，尤其涉及一种用于向尾气后处理系统喷射燃油的碳氢喷射模块和包括该碳氢喷射模块的尾气后处理系统。
背景技术
出于环境保护的需要，关于柴油内燃机的尾气排放的法规要求越来越高。柴油内燃机的尾气排放污染物包括氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和颗粒物(PM)等，因此，在现有的用于柴油内燃机的尾气后处理系统中，普遍包括碳氢喷射模块(HCI)、柴油氧化催化器(DOC)、柴油颗粒物过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)转化器等装置。
氮氧化物(NOx)作为尾气中的主要污染物，必须尽可能地使其降低到最低水平。SCR技术正是在催化剂的作用下利用还原剂(例如，尿素水溶液)将氮氧化物选择性地还原生成氮气和水，从而对尾气进行无害化处理。SCR技术的一个特点是氮氧化物在SCR转化器中的化学反应必须在高于一定温度下发生，例如，高于200℃。然而，例如，在装备柴油内燃机的车辆冷启动时、低速行驶(例如，严重拥堵的城市道路行驶)时、车辆处于低载、空载模式下而催化剂温度下降时等，催化剂的温度可能过低，使得SCR转化器几乎不能还原尾气中的氮氧化物，从而无法满足排放要求。
为避免催化剂温度过低，现有技术中出现了在尾气中通过碳氢喷射模块喷射的燃油燃烧来加热SCR转化器的解决方案，其中需要单独设置尾气、燃油和空气的混合腔室，并在混合腔室内设置引燃装置来引燃燃油，因此，这种方案包括较多的部件，且需要控制尾气、燃油和空气的混合，整个系统结构复杂，成本较高，且不易控制。
因此，需要一种结构简单、成本降低且易于控制的尾气后处理系统。
发明内容
本申请的目的在于提供一种碳氢喷射模块和包括该碳氢喷射模块的尾气后处理系统，以解决现有技术中存在的至少一个技术问题。
为此，根据本申请的一方面，提供了一种碳氢喷射模块，用于向尾气后处理系统中喷射燃油，其中，所述碳氢喷射模块包括碳氢喷射单元及集成地设置于所述碳氢喷射单元上的加热器，其被配置成能够通电以使从所述碳氢喷射单元喷射出的燃油燃烧。
根据本申请的另一方面，提供了一种尾气后处理系统，包括：尾气管，其被配置成接收从柴油内燃机排出的尾气；选择性催化还原转化器，其被配置成接收所述尾气；和上述的碳氢喷射模块，其被配置成向所述尾气管中喷射燃油，并使燃油在所述尾气管内燃烧。。
本申请的碳氢喷射模块和尾气后处理系统可以通过将加热器集成在碳氢喷射单元上，且使碳氢喷射单元喷射的燃油直接在尾气管内燃烧来加热选择性催化还原转化器，整个系统结构简单、成本较低且易于控制。
附图说明
下面将参照附图对本申请的示例性实施例进行详细描述，应当理解，下面描述的实施例仅用于解释本申请，而不是对本申请的范围作出限制，其中：
图1是根据本申请的实施例的尾气后处理系统的示意图；
图2是图1中所示的尾气后处理系统中的碳氢喷射模块的示例性布置结构的示意图。
具体实施方式
下面结合示例详细描述本申请的优选实施例。在本申请的优选实施例中，以用于柴油内燃机的碳氢喷射模块和尾气后处理系统为例对本申请进行描述。但是，本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本申请形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在附图中，为简要起见，省略了其它的部件，但这并不表明本申请的尾气后处理系统不可包括其它部件。
图1示出了根据本申请的一实施例的尾气后处理系统的示意图。如图1所示，柴油内燃机(未示出)排放的尾气(如图1中的实心箭头所示)被尾气管10所接收，并向下游依次传输经过柴油氧化催化器20、柴油颗粒过滤器30和选择性催化还原转化器40，经处理后排放到大气环境中。柴油氧化催化器20被配置成接收从尾气管10传输的尾气，氧化尾气中的碳氢化合物、NO和燃油。柴油颗粒过滤器30被配置成接收从柴油氧化催化器20排出的尾气，捕集尾气中的颗粒物。选择性催化还原转化器40可以利用还原剂(例如，尿素水溶液)将尾气中的氮氧化物还原成N2和水。应指出的是，柴油氧化催化器20、柴油颗粒过滤器30和选择性催化还原转化器40都是柴油内燃机尾气处理中普遍应用的装置，因此本文不再对其结构和工作原理等进一步详细描述。
由于柴油颗粒过滤器30工作一段时间之后，捕集的碳颗粒过多而必须进行再生处理，因此，图1所示的尾气后处理系统还包括碳氢喷射模块50，其用于受控地向尾气管10内喷射燃油，燃油在柴油氧化催化器20内氧化而释放出大量的热，使柴油颗粒过滤器30的温度升高，从而使碳颗粒氧化。如图1所示，碳氢喷射模块50包括碳氢喷射单元59，其通过管路与燃油箱51连通，使得燃油箱51内的燃油经过燃油泵52和燃油过滤器53提供给碳氢喷射单元59。用于选择性催化还原转化器40的还原剂通过还原剂喷射模块60提供。如图1所示，还原剂喷射模块60通过管路与还原剂箱61连通，使得还原剂箱61内的还原剂经过还原剂泵62提供给还原剂喷射模块60，以向待由选择性催化还原转化器40接收的尾气中喷射还原剂。
根据本申请的实施例，本申请的碳氢喷射模块50还包括集成地设置于碳氢喷射单元59上的加热器70，其被配置成能够通电以使从碳氢喷射单元59喷射出的燃油燃烧。这样，燃油的燃烧会直接加热尾气管10内的尾气，使下游的尾气(如图1中的空心箭头所示)温度升高，从而使选择性催化还原转换器40的温度也升高。即使在非常冷的环境温度下，这种方式也可以使选择性催化还原转化器40在短时间内升高到氮氧化物还原反应所需的较高温度。通过将加热器70集成在碳氢喷射单元50上而使其成为一个模块，可以通过简单地更换碳氢喷射模块来对现有的系统进行改造。另外，使碳氢喷射单元59喷射的燃油直接在尾气管10内燃烧，可以不需要单独设置的混合腔室。因此，整个模块和系统结构简单、复杂性降低。
加热器70可以是电热塞，比如，铅笔形状的金属部件，其包括位于其末端的加热元件71(见图2)，加热元件71能够通电而被加热到燃油的燃点，以引燃碳氢喷射单元59喷射的燃油。加热器70可以被固定在碳氢喷射单元59的喷嘴54(见图2)附近，使得加热元件71可以延伸到碳氢喷射单元59的喷嘴54附近，以利于引燃。在图1中，加热器70的纵向轴线与碳氢喷射单元59的纵向轴线大致平行，而在图2中加热器70的纵向轴线相对于碳氢喷射单元59的纵向轴线偏转一定的角度，以利于引燃燃油。例如加热器70的纵向轴线相对于碳氢喷射单元59的纵向轴线偏转角度α，α＝[-90°,+90°]。然而，碳氢喷射单元59和加热器70的布置并不限于图1和2所示的形式。只要加热器70能够引燃碳氢喷射单元59喷射的燃油，还可以有更多其它的布置方式。如图2所示，碳氢喷射单元59的喷嘴54的喷射角度β＝[0°,180°]，其可以将燃油喷射成细小的微液滴。应理解的是，加热器70的偏转角度α和碳氢喷射单元59的喷射角度β可以根据实际情况进行选择。
如图1和2所示，碳氢喷射单元59包括安装板55，加热器70被固定在安装板55上，且碳氢喷射单元59通过安装板55与尾气管10固定，使得喷嘴54和加热器70延伸到尾气管10内，从而通过喷嘴54向尾气管10内喷射燃油(如图1和2中的箭头所示)，以及通过加热元件71加热和引燃燃油。
根据本申请的实施例，本申请的尾气后处理系统还可包括多个温度传感器，以监控不同位置的尾气温度。例如，图1中示出了位于柴油氧化催化器20上游的DOC前温度传感器81、位于柴油氧化催化器20和柴油颗粒过滤器30之间的DOC后温度传感器82、位于选择性催化还原转化器40上游的SCR前温度传感器83和位于选择性催化还原转化器40下游的SCR后温度传感器84。SCR后温度传感器84被设置在选择性催化还原转化器40的出口处，且当SCR后温度传感器84感测到的温度低于预设温度时，加热器70通电且碳氢喷射单元59喷射燃油。预设温度可以根据催化剂的反应温度设定。
根据本申请的实施例，本申请的尾气后处理系统还包括控制模块80，其被配置成控制碳氢喷射单元59的喷射时序和加热器70的加热时序。例如，可以先给加热器70通电，然后再使碳氢喷射单元59喷射燃油，或者根据不同的工况采用其它时序。另外，控制模块80还被配置成根据SCR后温度传感器84感测到的温度确定碳氢喷射单元59喷射出的燃油量或喷射持续时间，以确保将尾气加热到预定的温度。控制模块80可以是单独的模块，也可以是柴油内燃机的电子控制单元(ECU)中的一部分。
另外，本申请的尾气后处理系统还包括氮氧化物传感器，以监控尾气中的氮氧化物含量。例如，图1中示出了位于选择性催化还原转化器40上游的SCR前氮氧化物传感器85和位于选择性催化还原转化器40下游的SCR后氮氧化物传感器86。SCR后氮氧化物传感器86被设置在选择性催化还原转化器40的出口处，以监测排放到大气环境中的尾气的氮氧化物含量。
以上参照图1和图2描述了本申请的尾气后处理系统的大致结构，下面以柴油内燃机驱动的车辆为例来描述本申请的尾气后处理系统的运行过程。
在车辆冷启动、低速行驶时或低载、空载模式下，通过设置在选择性催化还原转化器40的出口处的SCR后温度传感器84来测量从选择性催化还原转化器40排出的尾气的温度，然后根据所测量的温度，控制加热器70的通电，使得当加热器70通电时从碳氢喷射单元59喷射出的燃油燃烧，以提高尾气的温度，从而确保催化还原反应的正常进行。
在上述过程中，当所测量的温度低于预设温度时，致使加热器70通电且碳氢喷射单元59喷射燃油，反之，当所测量的温度高于或等于预设温度时，不使加热器70通电。另外，因为在柴油颗粒过滤器30再生时需要碳氢喷射单元59喷射燃油，所以碳氢喷射单元59还可以有其它单独操作的喷射时序。
这样，在本申请的碳氢喷射模块和尾气后处理系统中，可以通过使加热器集成在碳氢喷射单元上而形成一个模块，且在尾气管内引燃碳氢喷射单元喷射的燃油，来快速地提高尾气的温度，使选择性催化还原转化器的温度满足催化还原反应的要求，以降低氮氧化物的排放，同时结构简单、易于控制。
以上结合具体实施例对本申请进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本申请的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本申请的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本申请的范围。

Claims (10)

1.一种碳氢喷射模块(50)，用于向尾气后处理系统中喷射燃油，其特征在于，所述碳氢喷射模块(50)包括碳氢喷射单元(59)及集成地设置于所述碳氢喷射单元(59)上的加热器(70)，其被配置成能够通电以使从所述碳氢喷射单元(59)喷射出的燃油燃烧。
2.根据权利要求1所述的碳氢喷射模块(50)，其中，所述加热器(70)被固定在所述碳氢喷射单元(59)的喷嘴(54)附近。
3.根据权利要求1或2所述碳氢喷射模块，其中，所述加热器(70)的纵向轴线相对于所述碳氢喷射单元(59)的纵向轴线偏转一定的角度。
4.根据权利要求1所述的碳氢喷射模块(50)，其中，所述碳氢喷射单元(59)包括安装板(55)，所述加热器(70)被固定在所述安装板(55)上，且所述碳氢喷射单元(59)通过所述安装板(55)与所述尾气后处理系统的尾气管(10)固定，使得所述喷嘴(54)和所述加热器(70)延伸到所述尾气管(10)内。
5.根据权利要求1所述的碳氢喷射模块(50)，其中，所述加热器(70)包括位于其末端的加热元件(71)，所述加热元件(71)延伸到所述碳氢喷射单元(59)的喷嘴(54)附近。
6.一种尾气后处理系统，包括：
尾气管(10)，其被配置成接收从柴油内燃机排出的尾气；
选择性催化还原转化器(40)，其被配置成接收所述尾气；和
如权利要求1至5任一项所述的碳氢喷射模块(50)，其被配置成向所述尾气管(10)中喷射燃油，并使燃油在所述尾气管(10)内燃烧。
7.根据权利要求6所述的尾气后处理系统，其中，所述尾气后处理系统还包括温度传感器，所述温度传感器被设置在所述选择性催化还原转化器(40)的出口处，且当所述温度传感器感测到的温度低于预设温度时，所述碳氢喷射模块(50)的加热器(70)通电且所述碳氢喷射模块(50)的碳氢喷射单元(59)喷射燃油。
8.根据权利要求7所述的尾气后处理系统，其中，所述尾气后处理系统还包括控制模块(80)，其被配置成控制所述碳氢喷射单元(59)的喷射时序和所述加热器(70)的加热时序。
9.根据权利要求8所述的尾气后处理系统，其中，所述控制模块(80)还被配置成根据所述温度传感器感测到的温度确定所述碳氢喷射单元(59)喷射出的燃油量或喷射持续时间。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的尾气后处理系统，其中，所述尾气后处理系统还包括设置在所述选择性催化还原转化器(40)上游的柴油氧化催化器(20)和柴油颗粒过滤器(30)，其中所述柴油氧化催化器(20)被配置成接收从所述尾气管(10)传输的尾气，且所述柴油颗粒过滤器(30)被配置成接收从所述柴油氧化催化器(20)排出的尾气。
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