CN114263517B - 一种排气后处理系统、其控制方法及车辆 - Google Patents

一种排气后处理系统、其控制方法及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及交通工具技术领域，公开一种排气后处理系统、其控制方法及车辆，排气后处理系统包括：控制模块和排气管路，排气管路沿排气方向依次设有第一选择性催化还原装置和第二选择性催化还原装置；第一选择性催化还原装置的上游设有第一尿素喷嘴，第二选择性催化还原装置的上游设有第二尿素喷嘴，且第一选择性催化还原装置与第一尿素喷嘴之间设有混合器，混合器上设有加热结构；控制模块用于根据设定判断条件，决定是否利用加热结构对混合器加热，以及加热功率，可充分解决混合器结晶问题，使尿素充分分解。

Description

一种排气后处理系统、其控制方法及车辆
技术领域
本发明涉及排气处理技术领域，特别涉及一种排气后处理系统、其控制方法及车辆。
背景技术
柴油机利用选择性催化还原SCR(Selective Catalyst Reduction)技术喷尿素选择性还原排放污染物中的NOx。当前排气后处理系统在排温较低时极大的限制了尿素喷射量，无法满足排放所需，且极易在混合器上产生结晶。
其中，会具体产生如下不良后果：尿素分解需要一定温度，在排放温度较低时无法喷射足够的尿素量反应NOx，有排放超标风险；混合器易结晶，浪费的同时持续结晶将导致后处理背压增大，油耗升高，严重妨碍正常运行；发动机低温启动，由于后处理总成中DOC、DPF和SCR载体等都有较大的热容，升温慢，后处理总成需要持续运行较长时间后才能达到正常工作温度。
发明内容
本发明公开了一种排气后处理系统、其控制方法及车辆，用于在适当时机提高排放温度，确保尿素分解，避免混合器结晶，加快达到正常工作温度的速度。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，提供一种排气后处理系统，排气后处理系统包括：控制模块和排气管路，所述排气管路沿排气方向依次设有第一选择性催化还原装置和第二选择性催化还原装置；所述第一选择性催化还原装置的上游设有第一尿素喷嘴，所述第二选择性催化还原装置的上游设有第二尿素喷嘴，且所述第一选择性催化还原装置与所述第一尿素喷嘴之间设有混合器，所述混合器上设有加热结构；所述控制模块用于：冷启动时，若所述第一选择性催化还原装置的进气温度小于第一预设值或者所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于第二预设值，当前排气后处理系统需要加热，加热结构对混合器加热，提高排气后处理系统的工作温度，则控制所述加热结构加热，以提高启动速度；若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于第三预设值，则第二选择性催化还原装置具有较高的转化能力，不需要上游的第一选择性催化还原装置参与反应，则控制所述加热结构停止加热，且关闭所述第一尿素喷嘴；若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于或等于所述第三预设值，则控制所述加热结构加热，以综合利用第一选择性催化还原装置和第二选择性催化还原装置进行反应；根据上述判断条件，决定是否利用加热结构对混合器加热，以及加热功率，可充分解决混合器结晶问题，使尿素充分分解。
可选地，所述控制模块具体用于：若所述第一选择性催化还原装置的进气温度小于所述第一预设值或者所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于所述第二预设值，控制所述加热结构以最大功率加热。
可选地，所述控制模块具体用于：若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于或等于所述第三预设值，则根据尿素喷射量和所述第一选择性催化还原装置的进气温度确定所述加热结构的加热功率。
可选地，所述排气管路包括混合管段，所述混合管段包括弯折部，所述第一尿素喷嘴设于所述弯折部，所述混合器设于所述混合管段的出口处，且所述第一尿素喷嘴朝向所述混合器的旋流片。
可选地，所述混合器具有旋流片，所述加热结构安装于所述旋流片的背气流侧。
可选地，所述加热结构为设于所述旋流片的电加热翅片。
可选地，各所述旋流片上的电加热片串联或者并联。
可选地，所述电加热翅片与对应的旋流片之间设有绝缘材料。
第二方面，提供一种排气后处理系统的控制方法，所述排气后处理系统包括：排气管路，所述排气管路沿排气方向依次设有第一选择性催化还原装置和第二选择性催化还原装置；所述第一选择性催化还原装置的上游设有第一尿素喷嘴，且所述第一选择性催化还原装置与所述第一尿素喷嘴之间设有混合器，所述混合器上设有加热结构；所述控制方法包括：冷启动时，若所述第一选择性催化还原装置的进气温度小于第一预设值或者所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于第二预设值，则控制所述加热结构加热；若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于第三预设值，则控制所述加热结构停止加热，且关闭所述第一尿素喷嘴；若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于或等于所述第三预设值，则控制所述加热结构加热。
所述的控制方法与上述的排气后处理系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
可选地，所述控制方法具体包括：若所述第一选择性催化还原装置的进气温度小于所述第一预设值或者所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于所述第二预设值，控制所述加热结构以最大功率加热。
可选地，所述控制方法具体包括：若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于或等于所述第三预设值，则根据尿素喷射量和所述第一选择性催化还原装置的进气温度确定所述加热结构的加热功率。
第三方面，提供一种车辆，所述车辆包括发动机和上述任一技术方案所述的排气后处理系统，所述发动机的排气口与所述排气管路的入口连通。
所述的车辆与上述的排气后处理系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的排气后处理系统的布置图；
图2表示图1所示排气后处理系统的混合管段与混合器配合的示意图；
图3表示图2中混合器的结构示意图；
图4表示本申请实施例提供的排气后处理系统的控制方法发控制逻辑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
参考图1至图4，本申请实施例提供的排气后处理系统包括：控制模块和排气管路10，排气管路10沿排气方向依次设有第一选择性催化还原装置2(可以是钒基SCR)和第二选择性催化还原装置5(可以是铜基SCR)；第一选择性催化还原装置2的上游设有第一尿素喷嘴9(即前级尿素喷嘴)，第二选择性催化还原装置5的上游设有第二尿素喷嘴16(即后级尿素喷嘴)，且第一选择性催化还原装置2与第一尿素喷嘴9之间设有混合器19，混合器19上设有加热结构23；控制模块用于：冷启动时，若第一选择性催化还原装置2的进气温度小于第一预设值t1或者第二选择性催化还原装置5的进气温度小于第二预设值t2，当前排气后处理系统需要加热，加热结构23对混合器19加热，提高排气后处理系统的工作温度，则控制加热结构23加热，以提高启动速度，缩短后处理系统准备时间；若第一选择性催化还原装置2的进气温度大于或等于第一预设值t1且第二选择性催化还原装置5的进气温度大于或等于第二预设值t2，第二选择性催化还原装置5的进气温度大于第三预设值t3，则第二选择性催化还原装置5具有较高的转化能力，不需要上游的第一选择性催化还原装置2参与反应，则控制加热结构23停止加热，且关闭第一尿素喷嘴9；若第一选择性催化还原装置2的进气温度大于或等于第一预设值t1且第二选择性催化还原装置5的进气温度大于或等于第二预设值t2，第二选择性催化还原装置5的进气温度小于或等于第三预设值t3，则控制加热结构23加热，以综合利用第一选择性催化还原装置2和第二选择性催化还原装置5进行反应；根据上述判断条件，决定是否利用加热结构23对混合器19加热，以及加热功率，可充分解决混合器19结晶问题，使尿素充分分解。
第二选择性催化还原装置5属于后处理总成14的一部分，后处理总成14还包括位于第二选择性催化还原装置5上游的氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyticconverter，DOC)3，颗粒捕集器(diesel particulate filter，DPF)4，还分别设有氧化型催化转化器3上游的第三温度传感器11用来获得氧化型催化转化器3的进气温度T_2，以及，颗粒捕集器4上游的第四温度传感器13用来获得颗粒捕集器4的进气温度T_3，第二选择性催化还原装置5的下游设有第五温度传感器17，获得第二选择性催化还原装置5的排气温度T_5)；为了获得各处的氮氧化物浓度，还需要第一选择性催化还原装置2的上游设置第一氮氧化物传感器7，氧化型催化转化器3上游设置第二氮氧化物传感器12，第二选择性催化还原装置5的下游设置第三氮氧化物传感器18。
在一个具体的实施例中，控制模块具体用于：若第一选择性催化还原装置2的进气温度(由第一温度传感器6测得的温度T_1)小于第一预设值t1或者第二选择性催化还原装置5的进气温度(由第四温度传感器15测得的温度T_4)小于第二预设值t2，控制加热结构23以最大功率加热。以最大速度将第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1和第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4提高到适合喷射尿素的温度，以加速转化。
在一个具体的实施例中，控制模块具体用于：若第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1大于或等于第一预设值t1且第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4大于或等于第二预设值t2，第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4小于或等于第三预设值t3，则根据尿素喷射量(具体可以是第一尿素喷嘴9的尿素喷射量)和第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1的关系地图(MAP)确定加热结构23的加热功率。
在一个具体的实施例中，排气管路10包括混合管段8，混合管段8包括弯折部，第一尿素喷嘴9设于弯折部，混合器19设于混合管段8的出口处22，且第一尿素喷嘴9朝向混合器19的旋流片20，以便于第一尿素喷嘴9喷射的尿素可以喷射于旋流片20上，排气经进口处21进入混合管段8，经进口处21并被加热结构23及时直接地加热分解，提升尿素与旋流片20接触位置的温度，相当于混合器19同时对尿素和排气进行了加热和混合两个工作，便于加速尿素分解并降低结晶产生，与排气中的NOx反应，避免排放超标，且可以加快后处理系统升温，缩短后处理系统准备时间。
在一个具体的实施例中，混合器19具有旋流片20，加热结构23安装于旋流片20的背气流侧，通过旋流片20可将排气和尿素充分混合，并避免加热结构23被尿素等覆盖，影响加热效果。
在一个具体的实施例中，加热结构23为设于旋流片20的电加热翅片，此时加热结构23为电加热器，以便于对旋流片20可控且均匀地加热。
在一个具体的实施例中，各旋流片20上的电加热片串联或者并联，以便于统一供电和控制加热功率。
在一个具体的实施例中，电加热翅片与对应的旋流片20之间设有绝缘材料，避免加热结构23为电加热翅片时漏电。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种排气后处理系统的控制方法，排气后处理系统包括：排气管路10，排气管路10沿排气方向依次设有第一选择性催化还原装置2和第二选择性催化还原装置5；第一选择性催化还原装置2的上游设有第一尿素喷嘴9(即前级尿素喷嘴)，且第一选择性催化还原装置2与第一尿素喷嘴9之间设有混合器19，混合器19上设有加热结构23；控制方法包括：冷启动时，若第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1小于第一预设值t1或者第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4小于第二预设值t2，当前排气后处理系统需要加热，加热结构23对混合器19加热，提高排气后处理系统的工作温度，则控制加热结构23加热，以提高启动速度；若第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1大于或等于第一预设值t1且第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4大于或等于第二预设值t2，第二选择性催化还原装置5的进气温度T_3大于第三预设值t3，则第二选择性催化还原装置5具有较高的转化能力，不需要上游的第一选择性催化还原装置2参与反应，则控制加热结构23停止加热，且关闭第一尿素喷嘴9；若第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1大于或等于第一预设值t1且第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4大于或等于第二预设值t2，第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4小于或等于第三预设值t3，则控制加热结构23加热，以综合利用第一选择性催化还原装置2和第二选择性催化还原装置5进行反应；根据上述判断条件，决定是否利用加热结构23对混合器19加热，以及加热功率，可充分解决混合器19结晶问题，使尿素充分分解。
在一个具体的实施例中，控制方法具体包括：若第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1小于第一预设值t1或者第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4小于第二预设值t2，控制加热结构23以最大功率加热。以最大速度将第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1和第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4提高到适合喷射尿素的温度，以加速转化。
在一个具体的实施例中，控制方法具体包括：若第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1大于或等于第一预设值t1且第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4大于或等于第二预设值t2，第二选择性催化还原装置5的进气温度T_4小于或等于第三预设值t3，则根据尿素喷射量(具体可以是第一尿素喷嘴9的尿素喷射量)和第一选择性催化还原装置2的进气温度T_1的关系地图(MAP)确定加热结构23的加热功率。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种车辆，车辆包括发动机1和上述实施例提供的排气后处理系统，发动机1的排气口与排气管路10的入口连通。
该车辆的有益效果请参考前述实施例提供的排气后处理系统。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种排气后处理系统，其特征在于，包括：控制模块和排气管路，所述排气管路沿排气方向依次设有第一选择性催化还原装置和第二选择性催化还原装置；
所述第一选择性催化还原装置的上游设有第一尿素喷嘴，所述第二选择性催化还原装置的上游设有第二尿素喷嘴，且所述第一选择性催化还原装置与所述第一尿素喷嘴之间设有混合器，所述混合器上设有加热结构；
所述控制模块用于：
冷启动时，
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度小于第一预设值或者所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于第二预设值，则控制所述加热结构加热；
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于第三预设值，则控制所述加热结构停止加热，且关闭所述第一尿素喷嘴；
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于或等于所述第三预设值，则控制所述加热结构加热；
所述控制模块具体用于：
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于或等于所述第三预设值，则根据尿素喷射量和所述第一选择性催化还原装置的进气温度确定所述加热结构的加热功率。
2.根据权利要求1所述的排气后处理系统，其特征在于，所述控制模块具体用于：
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度小于所述第一预设值或者所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于所述第二预设值，控制所述加热结构以最大功率加热。
3.根据权利要求1所述的排气后处理系统，其特征在于，所述排气管路包括混合管段，所述混合管段包括弯折部，所述第一尿素喷嘴设于所述弯折部，所述混合器设于所述混合管段的出口处，且所述第一尿素喷嘴朝向所述混合器的旋流片。
4.根据权利要求1所述的排气后处理系统，其特征在于，所述混合器具有旋流片，所述加热结构安装于所述旋流片的背气流侧。
5.根据权利要求4所述的排气后处理系统，其特征在于，所述加热结构为设于所述旋流片的电加热翅片。
6.根据权利要求5所述的排气后处理系统，其特征在于，各所述旋流片上的电加热片串联或者并联。
7.根据权利要求5所述的排气后处理系统，其特征在于，所述电加热翅片与对应的旋流片之间设有绝缘材料。
8.一种排气后处理系统的控制方法，其特征在于，所述排气后处理系统包括：排气管路，所述排气管路沿排气方向依次设有第一选择性催化还原装置和第二选择性催化还原装置；所述第一选择性催化还原装置的上游设有第一尿素喷嘴，且所述第一选择性催化还原装置与所述第一尿素喷嘴之间设有混合器，所述混合器上设有加热结构；
所述控制方法包括：
冷启动时，
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度小于第一预设值或者所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于第二预设值，则控制所述加热结构加热；
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于第三预设值，则控制所述加热结构停止加热，且关闭所述第一尿素喷嘴；
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于或等于所述第三预设值，则控制所述加热结构加热；
所述控制方法，具体包括：
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第一预设值且所述第二选择性催化还原装置的进气温度大于或等于所述第二预设值，所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于或等于所述第三预设值，则根据尿素喷射量和所述第一选择性催化还原装置的进气温度确定所述加热结构的加热功率。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，具体包括：
若所述第一选择性催化还原装置的进气温度小于所述第一预设值或者所述第二选择性催化还原装置的进气温度小于所述第二预设值，控制所述加热结构以最大功率加热。
10.一种车辆，其特征在于，包括发动机和权利要求1至7任一项所述的排气后处理系统，所述发动机的排气口与所述排气管路的入口连通。
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