CN115585038A - 一种加热器、发动机尾气处理系统及处理方法 - Google Patents

一种加热器、发动机尾气处理系统及处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种加热器及发动机尾气处理系统及处理方法，加热器包括壳体、电加热片、接线螺栓及接地螺栓，其中：壳体内形成有贯穿壳体的加热通道；接线螺栓设置在壳体上，接线螺栓的第一端穿入至加热通道内，接线螺栓的第二端为接线端；接地螺栓设置在壳体上，接地螺栓的第一端穿入至加热通道内，接地螺栓的第二端为接地端；电加热片设置在加热通道内，电加热片的第一端连接在接线螺栓上，电加热片的第二端连接在接地螺栓上。本发明的加热器能够被安装至发动机尾气管和尾气后处理系统之间，发动机尾气管排出的尾气经加热器流入至尾气后处理系统，尾气温度过低时，加热器能实施对尾气的加热，保证进入至尾气后处理系统的尾气的温度达到目标值。

Description

一种加热器、发动机尾气处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及汽车制造领域，尤其涉及一种加热器及发动机尾气处理系统及处理方法。
背景技术
目前，随着车辆油耗法规及排放法规的不断升级，发动机必须加装一系列的尾气处理装置来满足日益严苛的排放限值要求。柴油发动机排出的尾气主要包括CO(一氧化碳)、HC(碳氢化合物)、NOx(氮氧化合物)、PM(颗粒物)等排气污染物。柴油机尾气通常会依次经过后处理装置中的DOC(Diesel Oxidant Catalyst，柴油机氧化催化器)、DPF(DieselParticle Filter，柴油颗粒捕集器)和SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性还原催化器)催化器处理后再排入到大气中，以此减少尾气中有害物质的排放量。
柴油机后处理装置中，DOC通常放置在发动机排气的最上游位置，用于将排气中的CO和HC通过氧化反应转化成无害的水(H20)和二氧化碳(CO2)；DPF通常放置于DOC下游，用于过滤、捕集尾气中的PM，并通过定期的主动触发DPF内的氧化反应将捕集到的碳颗粒氧化为CO2以实现DPF内累积的碳颗粒的清空，此过程称为DPF系统再生。DPF通常与DOC搭配使用，DOC通过氧化大量的HC实现放热，提高DPF的芯部温度，以触发再生过程。SCR系统利用尿素水解、热解过程中产生的氨气(NH3)在催化剂作用下将尾气中的氮氧化物(NOx)转化为无害的氮气(N2)和水。
综上所述，通过氧化反应或还原反应将排气污染物中的有害成分转化为无害物质是后处理系统的主要作用。但不论是氧化型催化器DOC还是还原型催化器SCR，均需要有最佳的工作温度范围以达到最高的污染物转化效率。
由于发动机在部分工况下，比如起动、怠速、制动、低速低负荷运行等工况，发动机排气温度较低，后处理催化剂的活性很差，使得排放污染物很难得到高效的转化。比如，在此类低排气温度的工况下，DOC转换HC的能力十分有限，无法通过氧化反应释放热量，一方面会造成SCR系统因温度较低，NOx转化效率不足，进而无法满足国家排放法规的排放污染物限值要求。另一方面，DPF系统再生时也会因温度不足不能进入DPF再生模式或造成再生过程中断从而堵塞DPF。同时，低温时，因DOC前端冷凝、积聚了大量的碳氢，发动机一旦进入高排气温度区域工况，碳氢的不可控燃烧将会导致DOC自身烧损，造成车辆的严重故障。
因此，对进入后处理系统的排气的温度实施调节，以保证进入处理系统的排气温度达到目标值，是保证后处理系统高效工作的关键。
发明内容
为了实现上述技术目标，本发明首先提供了一种加热器，其详细技术方案如下：
一种加热器，包括壳体、电加热片、接线螺栓及接地螺栓，其中：
壳体中空形成有贯穿壳体的加热通道；
接线螺栓设置在壳体上，接线螺栓的第一端向内穿入至加热通道内，接线螺栓的第二端为接线端；
接地螺栓设置在壳体上，接地螺栓的第一端向内穿入至加热通道内，接地螺栓的第二端为接地端；
电加热片设置在加热通道内，电加热片的第一端连接在接线螺栓的第一端上，电加热片的第二端连接在接地螺栓的第一端上。
在一些实施例中，加热器还包括绝缘支架，绝缘支架安装在加热通道的内壁上，电加热片安装在绝缘支架上。
在一些实施例中，壳体上设置有第一安装孔，第一安装孔内设置有绝缘垫圈，接线螺栓穿设在绝缘垫圈内；壳体上设置有第二安装孔，接地螺栓穿设在第二安装孔内。
在一些实施例中，壳体上设置有连接螺孔。
本发明提供的加热器能够被方便地安装至发动机尾气管和尾气后处理系统之间，自发动机尾气管排出的尾气经加热器内的加热通道流入至尾气后处理系统内。当尾气的温度过低时，开启加热器即能实施对尾气加热，从而保证进入至尾气后处理系统的尾气的温度达到目标值，最终保证后处理系统高效工作。
本发明还提供了一种发动机尾气处理系统，其包括发动机尾气管、如上述任一项所述的加热器及尾气后处理系统，其中：
发动机尾气管的进气口与发动机的尾气排放口连接；
加热器连接在发动机尾气管的出气口和尾气后处理系统的进气口之间，发动机排出的尾气依次经发动机尾气管、加热器内的加热通道流入至尾气后处理系统内，其中，加热器用于实施对尾气的加热升温，尾气后处理系统用于实施对尾气的净化处理。
在一些实施例中，发动机尾气管的出气口上设置有第一连接盘，第一连接盘上设置有第一连通孔；尾气后处理系统的进气口上设置有第二连接盘，第二连接盘上设置有第二连通孔。
在一些实施例中，尾气后处理系统包括依次连通的DOC单元、DPF单元及SCR单元。
在一些实施例中，发动机尾气处理系统还包括第一温度传感器和第二温度值传感器，其中：第一温度传感器设置在所述DOC单元上，用于获取DOC单元内的尾气的第一温度值；第二温度值传感器设置在SCR单元上，用于获取SCR单元内的尾气的第二温度值。
本发明提供的发动机尾气处理系统，其在发动机尾气管和尾气后处理系统之间加设加热器，如此，当加热器能实施对尾气加热，从而保证进入至尾气后处理系统的尾气的温度达到目标值，最终保证后处理系统高效工作。
本发明还提供了一种发动机尾气处理方法，用于实施对上述实施例中的发动机尾气处理系统中的加热器的控制，该发动机尾气处理方法包括：
获取发动机转速值、循环油量值、环境压力值、第一温度值及第二温度值值；
按如下方式实施对加热器的控制：
情形1：发动机转速值大于或等于转速低值，且小于或等于转速高值；循环油量大于或等于循环油量低值，且小于循环油量高值；环境温度大于或等于环境温度低值，且小于或等于环境温度高值；环境压力大于或等于环境压力低值，且小于或等于环境压力高值；第一温度值大于0；第二温度值小于第二温度低值；此时，激活加热器，实施对尾气的加热升温；
情形2：柴油机转速大于或等于转速低值，且小于或等于转速高值；循环油量大于或等于循环油量低值，且小于循环油量高值；环境温度大于或等于环境温度低值，且小于或等于环境温度高值；环境压力大于或等于环境压力低值，且小于或等于环境压力低值；第一温度值大于0；第二温度值大于第二温度高值；此时，不激活加热器，不实施对尾气的加热升温；
情形3：柴油机转速大于或等于转速低值，且小于或等于转速高值；循环油量大于或等于循环油量低值，且小于循环油量高值；环境温度大于或等于环境温度低值，且小于或等于环境温度高值；环境压力大于或等于环境压力低值，且小于或等于环境压力高值；第一温度值大于0；第二温度值小于或等于第二温度高值，且大于或等于第二温度低值，加热器保持当前状态。
本发明的发动机尾气处理方法，通过发动机转速值、循环油量值、环境压力值、第一温度值及第二温度值等参数，对加热器的工作状态实施控制，从而保证进入至尾气后处理系统的尾气的温度达到目标值。
附图说明
图1为本发明实施例中的加热器的结构示意图；
图2为本发明实施例中的发动机尾气处理系统的结构示意图；
图1至图2中包括：
发动机尾气管1、加热器2、尾气后处理系统3、壳体21、绝缘支架22、电加热片23、接地螺栓24、接线螺栓26、绝缘垫片27、连接螺孔28、DOC单元31、DPF单元32、SCR单元33。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的加热器2包括钢质的壳体21、电加热片23、接线螺栓26及接地螺栓24，其中：
壳体21中空形成有贯穿壳体的加热通道。
接线螺栓26设置在壳体21上，接线螺栓26的第一端向内穿入至加热通道内，接线螺栓的第二端为接线端。
接地螺栓24设置在壳体21上，接地螺栓24的第一端向内穿入至加热通道内，接地螺栓24的第二端为接地端。
电加热片23设置在加热通道内，电加热片的第一端连接在接线螺栓的第一端上，电加热片的第二端连接在接地螺栓的第一端上。
本发明实施例中的加热器2的使用方法如下：
将加热器2安装至发动机的尾气管和尾气后处理系统之间，并保证加热通道的一侧与尾气管密封对接，加热通道的另一侧与尾气后处理系统密封对接。此外，将接线螺栓26、接地螺栓24与电源的正极线、接地线连接好。
完成加热器2的安装后，发动机尾气管排出的尾气经加热器2内的加热通道流入至尾气后处理系统内。
当尾气的温度过低时，可开启加热器，对尾气实施加热，从而保证进入至尾气后处理系统的尾气的温度达到目标值，保证后处理系统高效工作。
可选的，加热器2还包括绝缘支架22，绝缘支架22安装在加热通道的内壁上，电加热片23安装在绝缘支架22上。通过设置绝缘支架22，实现了电加热片23与壳体21之间的绝缘隔离。绝缘支架22可选用陶瓷支架。
可选的，壳体21上设置有第一安装孔，第一安装孔内设置有绝缘垫圈，接线螺栓26穿设在绝缘垫圈内。通过设置绝缘垫圈，实现了接线螺栓26与壳体21之间的绝缘隔离。壳体上还设置有第二安装孔，第二安装孔接地螺栓穿设在第二安装孔内。
继续参考图1所示，为了方便加热器2与发动机尾气管和尾气后处理系统的连接固定，可选的，壳体上设置有连接螺孔28。通过连接螺孔28及贯穿连接螺孔28的螺栓，即可将加热器2安装至发动机尾气管和尾气后处理系统之间。
继续参考图1所示，可选的，电加热片23通过对一整段可弯折的加热片，经过若干次迂回弯折形成，相邻弯折端之间形成有供尾气通过的加热缝隙。如此，一方面能够增加电加热片23与尾气的接触面积，从热提升加热效率。
本发明还提供了一种发动机尾气处理系统，如图2所示，该发动机尾气处理系统包括发动机尾气管1、如上述任一实施例提供的加热器2及尾气后处理系统3，其中：
发动机尾气管1的进气口与发动机的尾气排放口连接。
加热器2连接在发动机尾气管1的出气口和尾气后处理系统3的进气口之间，发动机排出的尾气依次经发动机尾气管1、加热器2内的加热通道流入至尾气后处理系统3内，其中，加热器2用于实施对尾气的加热升温，尾气后处理系统3用于实施对尾气的净化处理。
本发明实施例提供的发动机尾气处理系统，其在发动机尾气管1和尾气后处理系统3之间加设加热器2，如此，当发动机尾气管1排出的尾气的温度过低时，加热器2能实施对尾气的加热，从而保证进入至尾气后处理系统3的尾气的温度达到目标值，最终保证后处理系统高效工作。
可选的，发动机尾气管1的出气口上设置有第一连接盘，第一连接盘上设置有第一连通孔。尾气后处理系统3的进气口上设置有第二连接盘，第二连接盘上设置有第二连通孔。通过贯穿第一连通孔、第二连通孔以及加热器2自身的连接螺孔28的螺栓6，即能够将加热器2快速、牢固地安装至发动机尾气管和尾气后处理系统之间
继续参考图2所示，可选的，尾气后处理系统为集成式结构，其包括依次前后连通的DOC单元、DPF单元及SCR单元。其中，DOC单元用于将尾气中的CO和HC通过氧化反应转化成无害的水(H20)和二氧化碳(CO2)。DPF单元用于过滤、捕集尾气中的PM，并通过定期的主动触发DPF内的氧化反应将捕集到的碳颗粒氧化为CO2以实现DPF内累积的碳颗粒的清空。SCR单元利用尿素水解、热解过程中产生的氨气(NH3)在催化剂作用下将尾气中的氮氧化物(NOx)转化为无害的氮气(N2)和水。
可选的，本发明实施例中的发动机尾气处理系统还包括第一温度传感器4和第二温度值传感器5，其中：第一温度传感器4设置在所述DOC单元上，用于获取DOC单元内的尾气的第一温度值，即最初进入至后处理系统中的尾气的初始温度值。第二温度值传感器设置在SCR单元上，用于获取SCR单元内的尾气的第二温度值，即获取经过后处理后的尾气的温度值。
还提供了一种发动机尾气处理方法，其用于控制上述实施例中的发动机尾气处理系统中的加热器，以实施对进入至后处理系统中的尾气的温度管理，其包括：
获取发动机转速值、循环油量值、环境压力值、第一温度值及第二温度值值，并按如下方式实施对加热器的控制：
情形1：发动机转速值大于或等于转速低值，且小于或等于转速高值；循环油量大于或等于循环油量低值，且小于循环油量高值；环境温度大于或等于环境温度低值，且小于或等于环境温度高值；环境压力大于或等于环境压力低值，且小于或等于环境压力高值；第一温度值大于0；第二温度值小于第二温度低值；此时，激活加热器，实施对尾气的加热升温；
情形2：柴油机转速大于或等于转速低值，且小于或等于转速高值；循环油量大于或等于循环油量低值，且小于循环油量高值；环境温度大于或等于环境温度低值，且小于或等于环境温度高值；环境压力大于或等于环境压力低值，且小于或等于环境压力低值；第一温度值大于0；第二温度值大于第二温度高值；此时，不激活加热器，不实施对尾气的加热升温；
情形3：柴油机转速大于或等于转速低值，且小于或等于转速高值；循环油量大于或等于循环油量低值，且小于循环油量高值；环境温度大于或等于环境温度低值，且小于或等于环境温度高值；环境压力大于或等于环境压力低值，且小于或等于环境压力高值；第一温度值大于0；第二温度值小于或等于第二温度高值，且大于或等于第二温度低值，加热器保持当前状态。
其中的转速低值、转动高值、循环油量低值、循环油量高值、环境压力低值、环境压力高值、第二温度低值、第二温度高值等参数，根据发动机的具体型号及排放标准进行预先设置，本发明不进行特别限定。
上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。

Claims (9)

1.一种加热器，其特征在于，所述加热器包括壳体、电加热片、接线螺栓及接地螺栓，其中：
所述壳体中空形成有贯穿所述壳体的加热通道；
所述接线螺栓设置在所述壳体上，所述接线螺栓的第一端向内穿入至所述加热通道内，所述接线螺栓的第二端为接线端；
所述接地螺栓设置在所述壳体上，所述接地螺栓的第一端向内穿入至所述加热通道内，所述接地螺栓的第二端为接地端；
所述电加热片设置在所述加热通道内，所述电加热片的第一端连接在所述接线螺栓的第一端上，所述电加热片的第二端连接在所述接地螺栓的第一端上。
2.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括绝缘支架，所述绝缘支架安装在所述加热通道的内壁上，所述电加热片安装在所述绝缘支架上。
3.如权利要求所述的加热器，其特征在于：
所述壳体上设置有第一安装孔，所述第一安装孔内设置有绝缘垫圈，所述接线螺栓穿设在所述绝缘垫圈内；
所述壳体上设置有第二安装孔，所述接地螺栓穿设在所述第二安装孔内。
4.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述壳体上设置有连接螺孔。
5.一种发动机尾气处理系统，其特征在于，所述发动机尾气处理系统包括发动机尾气管、如权利要求1至4任一项所述的加热器及尾气后处理系统，其中：
所述发动机尾气管的进气口与发动机的尾气排放口连接；
所述加热器连接在所述发动机尾气管的出气口和所述尾气后处理系统的进气口之间，发动机排出的尾气依次经所述发动机尾气管、所述加热器内的加热通道流入至所述尾气后处理系统内，其中，所述加热器用于实施对尾气的加热升温，所述尾气后处理系统用于实施对尾气的净化处理。
6.如权利要求5所述的加热器，其特征在于，所述发动机尾气管的出气口上设置有第一连接盘，所述第一连接盘上设置有第一连通孔；所述尾气后处理系统的进气口上设置有第二连接盘，所述第二连接盘上设置有第二连通孔。
7.如权利要求5所述的发动机尾气处理系统，其特征在于，所述尾气后处理系统包括依次连通的DOC单元、DPF单元及SCR单元。
8.如权利要求6所述的发动机尾气处理系统，其特征在于，所述发动机尾气处理系统还包括第一温度传感器和第二温度值传感器，其中：
所述第一温度传感器设置在所述DOC单元上，用于获取所述DOC单元内的尾气的第一温度值；
所述第二温度值传感器设置在所述SCR单元上，用于获取所述SCR单元内的尾气的第二温度值。
9.一种发动机尾气处理方法，用于实施对权利要求8所述的发动机尾气处理系统中的所述加热器的控制，其特征在于，所述发动机尾气处理方法包括：
获取发动机转速值、循环油量值、环境压力值、第一温度值及第二温度值值；
按如下方式实施对所述加热器的控制：
情形1：发动机转速值大于或等于转速低值，且小于或等于转速高值；循环油量大于或等于循环油量低值，且小于循环油量高值；环境温度大于或等于环境温度低值，且小于或等于环境温度高值；环境压力大于或等于环境压力低值，且小于或等于环境压力高值；第一温度值大于0；第二温度值小于第二温度低值；此时，激活加热器，实施对尾气的加热升温；
情形2：柴油机转速大于或等于转速低值，且小于或等于转速高值；循环油量大于或等于循环油量低值，且小于循环油量高值；环境温度大于或等于环境温度低值，且小于或等于环境温度高值；环境压力大于或等于环境压力低值，且小于或等于环境压力低值；第一温度值大于0；第二温度值大于第二温度高值；此时，不激活加热器，不实施对尾气的加热升温；
情形3：柴油机转速大于或等于转速低值，且小于或等于转速高值；循环油量大于或等于循环油量低值，且小于循环油量高值；环境温度大于或等于环境温度低值，且小于或等于环境温度高值；环境压力大于或等于环境压力低值，且小于或等于环境压力高值；第一温度值大于0；第二温度值小于或等于第二温度高值，且大于或等于第二温度低值，加热器保持当前状态。
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