CN114658527A - 发动机尾气处理方法、控制装置及系统、车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机尾气处理方法、控制装置及系统、车辆，所述方法包括：将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分，对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理，并且对另一部分不作处理；监测并控制两部分发动机尾气之间的比例，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件；将满足预设条件的发动机尾气输入SCR系统中进行还原处理。本发明能够通过对一定比例的发动机尾气进行氧化处理来调整发动机尾气中NO2与NO之间的比例，提高SCR系统中NOx的转化效率。

Description

发动机尾气处理方法、控制装置及系统、车辆
技术领域
本发明属于应用技术领域，具体涉及一种发动机尾气处理方法、控制装置及系统、车辆。
背景技术
柴油机尾气中的NOX排到大气中，会对环境产生极其恶劣的影响。从国四开始，SCR系统作为降低NOX排放的技术逐渐被应用。在柴油机尾气中，NO的占比较大，大约是90％，在这种情况下，SCR的标准反应较多，快速SCR反应较少，不利于提高SCR的转化效率。
研究表明，相同温度条件下，适当提高NO2在NOX中占比，会提高SCR的转化效率，但是NO2与NO的物质的量之比超过50％后，转化效率反而会降低，具体原理如下。
SCR系统工作原理
在SCR系统内，尿素热解出的NH3与尾气中的NOX在催化剂的作用下，发生化学反应，生成无害的N2和水，化学反应方程式如下
4NHa+4NO+O2＝4N2+6H2O (1)
4NH3+2NO+2NO2＝4N2+6H2O (2)
8NHa+6NO2＝7N2+12H2O (3)
2NO+O2＝2NO2 (4)
一般情况下，柴油机尾气中NO的占比约是90％，化学反应方程式(1)是标准反应；化学反应方程式(2)的反应速度最快，被称为快速反应；化学反应方程式(3)的反应速度最慢，被称为慢反应。因此，当NO2与NO的摩尔数相同时，主要进行的是快速反应，在相同时间内，能极大提高SCR系统的转化效率。
现在亟须一种发动机尾气处理方法、控制装置及系统、车辆。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过调整NOX尾气中NO2与NO之间的比例，提高SCR系统中NOX的转化效率。
针对上述问题，本发明提供了一种发动机尾气处理方法、控制装置及系统、车辆。
第一方面，本发明提供了一种发动机尾气处理方法，包括以下步骤：
将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分，对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理，并且对另一部分不作处理；
监测并控制两部分发动机尾气之间的比例，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件；
将满足预设条件的发动机尾气输入SCR系统中进行还原处理。
根据本发明的实施例，优选地，监测并控制两部分发动机尾气之间的比例，包括以下步骤：
监测两部分发动机尾气之间的比例；
判断所述比例是否符合预设要求：
当所述比例不符合预设要求时，调整两部分发动机尾气之间的比例，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件。
根据本发明的实施例，优选地，所述发动机的尾气总管与SCR系统之间通过两个相互并联的支管管路连通，并在所述两个相互并联的支管管路当中的一个支管管路中设置有氧化反应装置，将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分，对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理，包括以下步骤：
利用用于连通发动机的尾气总管与SCR系统的两个相互并联的支管管路将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分；
利用在所述两个相互并联的支管管路中的一个支管管路中设置的氧化反应装置对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理，
根据本发明的实施例，优选地，监测并控制两部分发动机尾气之间的比例，包括以下步骤：
实时监测两个支管管路以及尾气总管当中、任意选取的两个管路中的尾气流量；
判断选取的两个管路中的尾气流量之间的关系是否符合预设要求：
当选取的两个管路中的尾气流量之间的关系不符合预设要求时，调整选取的两个管路中至少一个支管管路中的尾气流量，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件。
根据本发明的实施例，优选地，当选取的两个管路是设置有氧化反应装置的支管管路以及尾气总管时，预设要求为所述支管管路与所述尾气总管中的尾气流量之间的比例在预设比例的误差范围内。
根据本发明的实施例，优选地，尾气为柴油机尾气，预设条件为混合尾气中的NO2与NO的物质的量之间的比例为1∶1，预设比例为44.4％∶1。
根据本发明的实施例，优选地，当选取的两个管路中的尾气流量之间的关系不符合预设要求时，调整选取的两个管路中至少一个支管管路中的尾气流量，包括以下步骤：
当设置有氧化反应装置的支管管路与尾气总管中的尾气流量之间的比例超出预设比例的误差范围且大于预设比例时，减小设置在该支管管路与尾气总管之间的阀门的开度；
当设置有氧化反应装置的支管管路与尾气总管中的尾气流量之间的比例超出预设比例的误差范围且小于预设比例时，增大设置在该支管管路与尾气总管之间的阀门的开度。
第二方面，本发明提供了一种发动机尾气处理控制装置，其包括存储介质和处理器，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
第三方面，本发明提供了一种发动机尾气处理系统，其特征在于，包括：
至少两个气体流量计，其分别安装在两个支管管路以及尾气总管当中、任意选取的两个管路中，用于采集选取的两个管路中的尾气流量；
上述发动机尾气处理控制装置，其用于接收并根据选取的两个管路中的尾气流量来调整发动机尾气中进行氧化反应的尾气的比例；
阀门，其置于设置有氧化反应装置的支管管路与尾气总管之间，用于根据发动机尾气处理控制装置的控制执行减小或增大开度的指令。
第四方面，本发明提供了一种车辆，其特征在于，包括：上述发动机尾气处理控制系统；
所述车辆还包括：设置于发动机的尾气总管与SCR系统之间的两个相互并联的支管管路，以及设置在所述两个相互并联的支管管路当中的一个支管管路中的氧化反应装置。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
应用本申请的发动机尾气处理方法，将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分，对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理，并且对另一部分不作处理；监测并控制两部分发动机尾气之间的比例，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件；将满足预设条件的发动机尾气输入SCR系统中进行还原处理，能够通过对一定比例的发动机尾气进行氧化处理来调整发动机尾气中NO2与NO之间的比例，提高SCR系统中NOX的转化效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了本发明实施例一发动机尾气处理方法方法的流程图；
图2示出了本发明实施例二发动机尾气处理方法方法的流程图；
图3示出了本发明实施例二发动机尾气总管与SCR系统之间的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例一
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种发动机尾气处理方法。
参照图1，本实施例的发动机尾气处理方法，包括以下步骤：
S110，将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分，对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理，并且对另一部分不作处理；
S120，监测两部分发动机尾气之间的比例；
S130，判断所述比例是否符合预设要求：
若是，则不予响应；
若否，则执行步骤S140；
S140，调整两部分发动机尾气之间的比例，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件；
S150，将满足预设条件的发动机尾气输入SCR系统中进行还原处理。
实施例二
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例基于实施例一提供了一种发动机尾气处理方法，其中，在本实施例中，所述发动机的尾气总管与SCR系统之间通过两个相互并联的支管管路连通，并在所述两个相互并联的支管管路当中的一个支管管路中设置有氧化反应装置。
参照图2，本实施例的发动机尾气处理方法，包括以下步骤：
S210，利用用于连通发动机的尾气总管与SCR系统的两个相互并联的支管管路将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分；
S220，利用在所述两个相互并联的支管管路中的一个支管管路中设置的氧化反应装置对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理；
S230，实时监测两个支管管路以及尾气总管当中、任意选取的两个管路中的尾气流量；
S240，判断选取的两个管路中的尾气流量之间的关系是否符合预设要求：
若是，则不予响应；
若否，则执行步骤S250；
S250，调整选取的两个管路中至少一个支管管路中的尾气流量，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件；
S260，将满足预设条件的发动机尾气输入SCR系统中进行还原处理。
在步骤S240中，当选取的两个管路是设置有氧化反应装置的支管管路以及尾气总管时，预设要求为所述支管管路与所述尾气总管中的尾气流量之间的比例在预设比例的误差范围内，其中，尾气为柴油机尾气，预设条件为混合尾气中的NO2与NO的物质的量之间的比例为1∶1，预设比例为44.4％∶1。
参见图3，由表示尾气流动方向的箭头可知，在柴油机尾气进入SCR(选择性催化还原技术)系统前，柴油机尾气从尾气总管1分流至设置有氧化反应装置4的尾气支管管路2和未设置氧化反应装置的尾气支管管路3中，使得尾气支管管路2中的尾气与O2充分反应，将NO转化为NO2，然后，将从尾气支管管路2中输出的氧化后的尾气与从尾气支管管路3中输出的不作处理的尾气进行混合，输入至SCR系统5中进行还原反应，其中，氧化反应装置可以是用于提供氧气的供气装置，尾气总管1中安装有总管气体流量计6，尾气支管管路2中安装有支管气体流量计7，尾气总管1与尾气支管管路2之间设置有电控阀门8。
以下为以图3中结构为参考计算预设比例的过程：
假设尾气总管1中的尾气有n mol，其中，y％被引出与O2发生反应，将NO转化为NO2，由尾气支管管路2中的NO经氧化反应(2NO+O2＝2NO2)得到的NO2是n×90％×y％，进入尾气支管管路2中的NO2是n×10％×y％，尾气支管管路3中的NO2是n×(1-y％)×10％，尾气支管管路3中的NO是n×(1-y％)×90％，根据尾气支管管路2与尾气支管管路3输出并混合后的尾气中NO与NO2的摩尔数相等这一原则，建立如下方程式，求解如下方程式得y＝44.4，即当有44.4％的尾气进入尾气支管管路2，与供气装置中的O2发生反应，将NO全部转化为NO2，然后再与尾气支管管路3中的尾气进行混合，使得混合后的尾气中，NO2在NOX中的质量占比大约为50％，此时，输入至SCR系统中的NO2的摩尔数占比是50％。n×90％×y％+n×10％×y％+n×(1-y％)×10％＝n×(1-y％)×90％
y％＝4/9＝44.4％
在步骤S250中，调整选取的两个管路中至少一个支管管路中的尾气流量，包括以下步骤：
当设置有氧化反应装置的支管管路与尾气总管中的尾气流量之间的比例超出预设比例的误差范围且大于预设比例时，减小设置在该支管管路与尾气总管之间的阀门的开度；
当设置有氧化反应装置的支管管路与尾气总管中的尾气流量之间的比例超出预设比例的误差范围且小于预设比例时，增大设置在该支管管路与尾气总管之间的阀门的开度。
在实际应用中，调整选取的两个管路中至少一个支管管路中的尾气流量，具体实现如下：
(1)总管气体流量计6测量发动机尾气总管的尾气量，假设为a。
(2)支管气体流量计7测量尾气支管管路2的尾气量，假设为b。
(3)将a、b信号发送给行车电脑，行车电脑将b与a×44.4％进行比较。
(4)若b小于a×44.4％时，行车电脑控制电控阀门，增大阀门开度，使得b与a×44.4％相等。
(5)若b大于a×44.4％时，行车电脑控制电控阀门，减小阀门开度，使得b与a×44.4％相等。
本实施例的发动机尾气处理方法将发动机尾气进行分流，分流出的部分尾气与O2充分反应，将NO转化为NO2，提高发动机尾气中NO2在NOX中的占比，使得进入SCR系统的发动机尾气中NO2的摩尔数占比为50％，极大提高SCR系统对NOX转化效率。
实施例三
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种发动机尾气处理控制装置。
本实施例的发动机尾气处理控制装置，其包括存储器和处理器，该存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述发动机尾气处理方法的步骤。
本实施例的发动机尾气处理控制装置能够改变发动机尾气中NO2在NOX中占比的装置，达到合理比例后，进而提高SCR系统的NOX转化效率，达到洁净尾气，改善环境的目的。
实施例四
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种发动机尾气处理系统。
本实施例的发动机尾气处理系统，包括：
至少两个气体流量计，其分别安装在两个支管管路以及尾气总管当中、任意选取的两个管路中，用于采集选取的两个管路中的尾气流量；
上述发动机尾气处理控制装置，其用于接收并根据选取的两个管路中的尾气流量来调整发动机尾气中进行氧化反应的尾气的比例；
阀门，其置于设置有氧化反应装置的支管管路与尾气总管之间，用于根据发动机尾气处理控制装置的控制执行减小或增大开度的指令。
实施例五
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种车辆。
本实施例的车辆包括上述发动机尾气处理控制系统。
本实施例的车辆还包括：设置于发动机的尾气总管与SCR系统之间的两个相互并联的支管管路，以及设置在所述两个相互并联的支管管路当中的一个支管管路中的氧化反应装置。
在实际应用中，本实施例的车辆包括的发动机尾气处理控制系统，具体实现如下：
至少两个气体流量计作为数据采集单元，用于测量尾气总管和尾气支管的气体流量，输入至控制单元；
包括上述发动机尾气处理控制装置的行车电脑作为控制单元，与数据采集单元通过数据线连接，用于接收气体流量信号，控制执行单元；
电控阀门作为执行单元，用于接收控制单元的指令，调整阀门开度。
本实施例的车辆使发动机尾气中合理占比的尾气与空气中的氧气发生化学反应，提高进入SCR系统的NOX中NO2的占比，促进SCR的快速反应，一方面能提高SCR系统的转化效率，另一方面能延长SCR系统的使用期限。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种发动机尾气处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分，对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理，并且对另一部分不作处理；
监测并控制两部分发动机尾气之间的比例，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件；
将满足预设条件的发动机尾气输入SCR系统中进行还原处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监测并控制两部分发动机尾气之间的比例，包括以下步骤：
监测两部分发动机尾气之间的比例；
判断所述比例是否符合预设要求：
当所述比例不符合预设要求时，调整两部分发动机尾气之间的比例，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机的尾气总管与SCR系统之间通过两个相互并联的支管管路连通，并在所述两个相互并联的支管管路当中的一个支管管路中设置有氧化反应装置，所述将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分，对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理，包括以下步骤：
利用用于连通发动机的尾气总管与SCR系统的两个相互并联的支管管路将未输入SCR系统的发动机尾气分为两部分；
利用在所述两个相互并联的支管管路中的一个支管管路中设置的氧化反应装置对两部分发动机尾气中的一部分进行氧化处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述监测并控制两部分发动机尾气之间的比例，包括以下步骤：
实时监测两个支管管路以及尾气总管当中、任意选取的两个管路中的尾气流量；
判断选取的两个管路中的尾气流量之间的关系是否符合预设要求：
当选取的两个管路中的尾气流量之间的关系不符合预设要求时，调整选取的两个管路中至少一个支管管路中的尾气流量，使得氧化处理后的发动机尾气与不作处理的发动机尾气混合得到的混合尾气满足预设条件。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，选取的两个管路为设置有氧化反应装置的支管管路以及尾气总管，所述预设要求为所述支管管路与所述尾气总管中的尾气流量之间的比例在预设比例的误差范围内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，尾气为柴油机尾气，预设条件为混合尾气中的NO2与NO的物质的量之间的比例为1∶1，预设比例为44.4％∶1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当选取的两个管路中的尾气流量之间的关系不符合预设要求时，调整选取的两个管路中至少一个支管管路中的尾气流量，包括以下步骤：
当设置有氧化反应装置的支管管路与尾气总管中的尾气流量之间的比例超出预设比例的误差范围且大于预设比例时，减小设置在该支管管路与尾气总管之间的阀门的开度；
当设置有氧化反应装置的支管管路与尾气总管中的尾气流量之间的比例超出预设比例的误差范围且小于预设比例时，增大设置在该支管管路与尾气总管之间的阀门的开度。
8.一种发动机尾气处理控制装置，其包括存储介质和处理器，其特征在于，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
9.一种发动机尾气处理系统，其特征在于，包括：
至少两个气体流量计，其分别安装在两个支管管路以及尾气总管当中、任意选取的两个管路中，用于采集选取的两个管路中的尾气流量；
根据权利要求8所述的发动机尾气处理控制装置，其用于接收并根据选取的两个管路中的尾气流量来调整发动机尾气中进行氧化反应的尾气的比例；
阀门，其置于设置有氧化反应装置的支管管路与尾气总管之间，用于根据发动机尾气处理控制装置的控制执行减小或增大开度的指令。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：根据权利要求9所述的发动机尾气处理控制系统；
所述车辆还包括：设置于发动机的尾气总管与SCR系统之间的两个相互并联的支管管路，以及设置在所述两个相互并联的支管管路当中的一个支管管路中的氧化反应装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5746052A (en) * 1994-09-13 1998-05-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device for an engine
CN101646847A (zh) * 2007-02-21 2010-02-10 沃尔沃拉斯特瓦格纳公司 用于控制尾气后处理系统的控制方法及尾气后处理系统

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