CN115898609B

CN115898609B - 尾气后处理装置、尾气后处理装置的控制方法及车辆

Info

Publication number: CN115898609B
Application number: CN202310181940.4A
Authority: CN
Inventors: 褚国良; 窦站成; 刘阳; 孙选建; 杜慧娟; 殷治梅; 李钊; 王国栋
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2023-03-01
Filing date: 2023-03-01
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2043-03-01
Also published as: CN115898609A

Abstract

本发明涉及车辆技术领域，具体公开了一种尾气后处理装置、尾气后处理装置的控制方法及车辆，该尾气后处理装置包括沿尾气的流动方向依次设置的第二处理装置和第一处理装置，以及旁通管路和控制阀，沿尾气的流动方向，第一处理装置包括依次设置的第一DOC、DPF和第一SCR，第二处理装置包括依次设置的第二DOC和第二SCR，旁通管路分别与第二DOC的输入端和第二SCR的输出端连通，控制阀用于控制旁通管路的连通或断开。当有被动再生请求时，打开控制阀，第二处理装置旁通，可减少热量损失，并提高第一DOC的输入端的温度及进入DPF的NO₂含量，可有效提升被动再生速率，延长主动再生周期，提高用户的作业效率。

Description

尾气后处理装置、尾气后处理装置的控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种尾气后处理装置、尾气后处理装置的控制方法及车辆。

背景技术

DPF（Diesel Particulate Filte，颗粒物的捕集技术）被用于进行发动机颗粒物的捕集，从而降低排放向大气中的灰尘量。DPF中捕集的颗粒物可以通过主动再生或被动再生燃烧掉。

SCR(selective catalytic reduction选择性催化还原法)技术是控制发动机NOx排放的重要技术手段，该技术是通过将标准车用尿素溶液(尿素浓度为32.5％)喷射到SCR混合器中，与高温排气相遇受热分解出氨气(NH₃)，在催化剂表面利用NH₃与NOx发生反应实现NO_x的还原，最终使NO_x中的氮原子形成对环境无害的N₂，以此降低发动机排气中的NO_x含量。

现有技术中的尾气后处理装置，如申请号为CN202011130667.5的前期专利公开了一种发动机尾气NO_x的净化系统，设置有一级SCR和二级SCR，其中，一级SCR设置于DOC（Diesel Oxidation Catalyst,氧化型催化器）与DPF之间，二级SCR设置于DPF之后，一级SCR在发动机冷启动时起作用，二级SCR在排气温度高时发挥主要作用，能够根据不同排气温度时的NOx转换需求精确控制双尿素喷射阀的喷射量，从而达到降低NO_x排放的目的，但是当需要进行被动再生时，废气流经DOC后需要先流经SCR再进入DPF，容易导致废气温度降低，影响被动再生效率。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种尾气后处理装置、尾气后处理装置的控制方法及车辆，以解决现有尾气后处理装置的废气流经DOC后需要先流经SCR再进入DPF，容易导致废气温度降低，影响被动再生效率的问题。

一方面，本发明提供一种尾气后处理装置，该尾气后处理装置包括第一处理装置，所述第一处理装置包括沿尾气的流动方向依次设置于尾气排放管路中的第一DOC、DPF和第一SCR，所述尾气后处理装置还包括设置于所述尾气排放管路且沿尾气的流动方向位于所述第一处理装置的上游的第二处理装置，以及旁通管路和控制阀；

所述第二处理装置包括沿尾气流动方向依次设置于所述尾气排放管路的第二DOC和第二SCR，所述旁通管路的一端与所述第二DOC的输入端连通，所述旁通管路的另一端与所述第二SCR的输出端连通，所述控制阀用于控制所述旁通管路的连通或断开。

作为尾气后处理装置的优选技术方案，所述尾气后处理装置还包括第一尿素喷射装置和第二尿素喷射装置，所述第一尿素喷射装置用于给所述第一SCR提供尿素，所述第二尿素喷射装置用于给所述第二SCR提供尿素。

作为尾气后处理装置的优选技术方案，所述尾气后处理装置还包括用于检测所述第一DOC的输入端的温度的第一温度传感器，用于检测所述第一DOC的输入端的废气流量的流量传感器，以及用于检测所述DPF的输入端的温度的第二温度传感器。

另一方面，本发明还提供一种如任一上述方案中所述的尾气后处理装置的控制方法，该尾气后处理装置的控制方法包括：

判断是否获取到被动再生请求；

若获取到被动再生请求；

开启所述控制阀；

通过所述第一处理装置进行热管理。

作为尾气后处理装置的控制方法的优选技术方案，通过所述第一处理装置进行热管理包括：

获取所述第一DOC的输入端温度；

确定所述第一DOC的输入端温度超过设定温度；

获取流经所述第一DOC的废气流量；

获取所述DPF的输入端温度；

基于所述第一DOC的输入端温度和所述第一DOC的废气流量确定前馈油量；

基于所述第一DOC的输入端温度、所述第一DOC的废气流量和所述DPF的输入端温度确定修正油量；

计算总油量，所述总油量等于所述前馈油量和所述修正油量的和；

若所述总油量小于设定油量，则以所述总油量作为再生喷油量。

作为尾气后处理装置的控制方法的优选技术方案，若所述总油量不小于所述设定油量，则以所述设定油量作为再生喷油量。

作为尾气后处理装置的控制方法的优选技术方案，基于所述第一DOC的输入端温度和所述第一DOC的废气流量确定前馈油量包括：

Q=第一DOC的废气流量*排气的热熔*（再生温度的设定值-第一DOC的输入端温度）；

前馈油量=Q/热值/第一DOC中HC的转换效率；

其中，Q为热量，再生温度的设定值、热值和第一DOC中HC的转换效率均为常数，基于所述第一DOC的输入端温度确定所述排气的热熔。

作为尾气后处理装置的控制方法的优选技术方案，基于所述第一DOC的输入端温度、所述第一DOC的废气流量和所述DPF的输入端温度确定修正油量包括：

基于所述第一DOC的输入端温度和所述第一DOC的废气流量确定DPF的上游设定温度；

计算所述DPF的上游设定温度与所述DPF的输入端温度的差值；

基于所述差值确定所述修正油量。

作为尾气后处理装置的控制方法的优选技术方案，若未获取到所述被动再生请求，则保持所述控制阀关闭。

再一方面，本发明提供一种车辆，包括上述任一方案中的尾气后处理装置。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种尾气后处理装置、尾气后处理装置的控制方法及车辆，该尾气后处理装置包括第一处理装置、第二处理装置、旁通管路和控制阀，沿尾气的流动方向，第二处理装置位于第一处理装置的上游。第一处理装置包括沿尾气的流动方向依次设置于尾气排放管路中的第一DOC、DPF和第一SCR，第二处理装置包括沿尾气流动方向依次设置于尾气排放管路的第二DOC和第二SCR。旁通管路的一端与第二DOC的输入端连通，旁通管路的另一端与第二SCR的输出端连通，控制阀用于控制旁通管路的连通或断开。当有被动再生请求时，打开控制阀，把第二处理装置旁通，可减少因尾气流经第一处理装置后产生热量损失，同时可提高第一DOC的输入端的温度及进入DPF的NO₂含量，当DPF的输入端的温度提高到需求的温度后，可有效提升被动再生速率，有效的使碳载量达到平衡，延长主动再生周期，提高用户的作业效率；同时高温后第一SCR的效率升高，通过增加对第一SCR的尿素供给，可有效保证排放。

附图说明

图1为本发明实施例中尾气后处理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中尾气后处理装置的控制方法的流程图；

图3为本发明实施例中尾气后处理装置中通过第一处理装置进行热管理的流程图。

图中：

1、第一DOC；2、DPF；3、第一SCR；4、ASC；5、第二DOC；6、第二SCR；7、旁通管路；8、控制阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

DOC(Diesel Oxidation Catalysis,颗粒物的氧化催化技术)是在蜂窝陶瓷载体上涂覆贵金属催化剂（如Pt等），其目的是为了降低发动机尾气中的HC、CO和SOF的化学反应活化能，使这些物质能与尾气中的氧气在较低的温度下进行氧化反应并最终转化为CO₂和H₂O。

DPF主要是通过扩散、沉积和撞击机理来过滤捕集发动机排气中微粒。排气流经DPF时，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中。DPF的工作原理是：当发动机排气流过DOC时，在200-600℃温度条件下，CO和HC首先几乎全部被氧化成CO₂和H₂O，同时NO被转化成NO₂。排气从DOC出来进入DPF后，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中，DPF的捕集效率可达90%以上。

发动机的排气颗粒物主要包含两种成分：未燃的碳烟(Soot)、灰分（ash），其中颗粒排放物质大部分是由碳和碳化物的微小颗粒组成的。随着工作时间的加长，DPF上堆积的颗粒物越来越多，不仅影响DPF的过滤效果，还会增加排气背压，从而影响发动机的换气和燃烧，导致功率输出降低，油耗增加，所以如何及时消除DPF上的颗粒物（DPF再生）是该技术的关键。

DPF再生是指在DPF长期工作中，捕集器里的颗粒物质逐渐增多会引起发动机背压升高，导致发动机性能下降，所以要定期除去沉积的颗粒物，恢复DPF的过滤性能，DPF再生有主动再生和被动再生两种方法。

主动再生指的是利用外界能量来提高DPF内的温度，使颗粒物着火燃烧。通常，当DPF前后压差传感器检测到DPF前后的背压过大时，则认为已达到DPF所能承载的碳累积量，此时通过外界能量，例如在DOC前喷射柴油并燃烧，来提高DPF内的温度，使DPF内的温度达到一定温度，沉积的颗粒物就会氧化燃烧，达到再生的目的。DPF温度上升至550℃以上使其中捕集的颗粒进行燃烧从而使DPF恢复捕集能力。其中，可以通过CH喷射系统喷射燃油，亦可通过发动机后喷或单独设置的喷油嘴喷射柴油，使Soot在高温环境下（500℃以上）和O₂反应。

被动再生指的是在一定温度区间内，尾气中的NO₂对被捕集的颗粒有很强的氧化能力，因此可以利用NO₂作为氧化剂除去微粒捕集器中的微粒，并生成CO₂，而NO₂又被还原为NO，从而达到去除微粒的目的。被动再生的发生不需要额外的燃油，因此在DPF的生命周期内，进行被动再生的次数越多，需要进行主动再生的周期就越长，后处理系统消耗的燃油就越少，从而改善发动机的整体油耗。其中，被动再生的请求可由整车控制器发出，整车控制器可基于自身的控制程序评估被动再生请求是否触发，且整车控制器可将被动再生请求发送给用于执行本实施例中的尾气后处理装置的控制方法的控制器。其中，被动再生请求的触发条件为现有技术，如申请号为CN110985222A的前期专利中就有所公开。

如图1所示，本实施例提供一种尾气后处理装置，该尾气后处理装置包括第一处理装置、第二处理装置、旁通管路7和控制阀8，沿尾气的流动方向，第二处理装置位于第一处理装置的上游。

第一处理装置包括沿尾气的流动方向依次设置于尾气排放管路中的第一DOC1、DPF2和第一SCR3，第二处理装置包括沿尾气流动方向依次设置于尾气排放管路的第二DOC5和第二SCR6。旁通管路7的一端与第二DOC5的输入端连通，旁通管路7的另一端与第二SCR6的输出端连通，控制阀8用于控制旁通管路7的连通或断开。本实施例提供的尾气后处理装置，当有被动再生请求时，打开控制阀8，把第二处理装置旁通，可减少因尾气流经第一处理装置后产生的热量损失，同时可提高第一DOC1的输入端的温度及进入DPF2的NO₂含量，当DPF2的输入端的温度提高到需求的温度后，可有效提升被动再生速率，有效的使碳载量达到平衡，延长主动再生周期，提高用户的作业效率；同时高温后第一SCR3的效率升高，通过增加对第一SCR3的尿素供给，可有效保证排放。

可选地，尾气后处理装置还包括第一尿素喷射装置（附图中未示出）和第二尿素喷射装置（附图中未示出），第一尿素喷射装置用于给第一SCR3提供尿素，第二尿素喷射装置用于给第二SCR6提供尿素。当没有再生请求时，可将控制阀8关闭，废气依次流经第二处理装置和第一处理装置，通过第尿素喷射装置给第一SCR3提供尿素，通过第二尿素喷射装置给第二SCR6提供尿素，有利于NO_x的转化，同时也不会导致较高的NO_x泄露。

可选地，第一处理装置还包括沿尾气的流动方向设置于第一SCR3下游的ASC4（Ammonia Slip Catalyst，氨气氧化催化器），ASC4的作用主要是消除过量或逃逸的NH₃，将过量的NH₃氧化为N₂、N₂O、NO_x；同时，再催化NO_x、NH₃反应为氮气N₂。

可选地，尾气后处理装置还包括用于检测第一DOC1的输入端的温度的第一温度传感器，用于检测第一DOC1的输入端的废气流量的流量传感器，以及用于检测DPF2的输入端的温度的第二温度传感器。

本实施例还提供一种尾气后处理装置的控制方法，该尾气后处理装置的控制方法通过上述尾气后处理装置实施。

具体地，如图2所示，该尾气后处理装置的控制方法包括以下步骤。

S100：判断是否获取到被动再生请求。

当被动再生请求被触发后，整车控制器可将被动再生请求发送给用于执行该尾气后处理装置的控制方法的控制器。

若获取到被动再生请求，则执行S200；若未获取到被动再生请求，则执行S400。

S200：开启控制阀8。

S300：通过第一处理装置进行热管理。

当开启控制阀8后，把第二处理装置旁通，可减少因尾气流经第一处理装置后产生的热量损失，同时可提高第一DOC1的输入端的温度及进入DPF2的NO₂含量，有利于提升被动再生速率。

可选地，如图3所示，S300包括以下步骤S310-S392。

S310：获取第一DOC1的输入端温度。

可通过第一温度传感器检测第一DOC1的输入端的温度。

S320：确定第一DOC1的输入端温度超过设定温度。

其中，当第一DOC1的输入端温度超过设定温度时，表明此时已经达到HC的起燃温度。设定温度的具体数值可根据实际需要设置，本实施例中，设定温度示例性地给出了为280℃的方案。当第一DOC1的输入端温度未超过设定温度时，可通过将发动机的进气节流阀开度减小，和/或，通过燃油后喷等方式提高第一DOC1的输入端温度。

S330：获取流经第一DOC1的废气流量。

可通过流量传感器检测第一DOC1的输入端的废气流量。

S340：获取DPF2的输入端温度。

可通过第二温度传感器检测DPF2的输入端的温度。

S350：基于第一DOC1的输入端温度和第一DOC1的废气流量确定前馈油量。

其中，S350中，可通过以下公式来确定前馈油量：

Q=第一DOC1的废气流量*排气的热熔*（再生温度的设定值-第一DOC1的输入端温度）；

前馈油量=Q/热值/第一DOC1中HC的转换效率；

其中，Q为热量，再生温度的设定值、热值和第一DOC1中HC的转换效率均为常数。再生温度的设定值根据机型确定，热值通过油品确定，第一DOC1中HC的转换效率根据机型设定。可以基于第一DOC1的输入端温度确定排气的热熔。具体地，可在控制器中预先存储第一DOC1的输入端温度与排气的热熔的第一关系图表，通过第一DOC1的输入端温度可从该第一关系图表中查询对应的排气热熔。该第一关系图表可通过前期大量试验获得。

S360：基于第一DOC1的输入端温度、第一DOC1的废气流量和DPF2的输入端温度确定修正油量。

具体地，S360包括以下步骤S3601至S3603。

S3601：基于第一DOC1的输入端温度和第一DOC1的废气流量确定DPF2的上游设定温度。

具体地，控制器中预先存储第一DOC1的输入端温度、第一DOC1的废气流量和DPF2的上游设定温度的map，通过第一DOC1的输入端温度和第一DOC1的废气流量以及可从该map中查询对应的DPF2的上游设定温度。该map可通过前期大量试验获得。其中，当尾气后处理装置的各个部件均能够正常工作时，检测到的DPF2的输入端温度与DPF2的上游设定温度的值是相同的，但是，随着尾气后处理装置使用时间的增长，各个部件性能下降，这会导致检测到的DPF2的输入端温度与DPF2的上游设定温度出现差异，进而导致前馈油量与实际需求出现差异。

S3602：计算DPF2的上游设定温度与DPF2的输入端温度的差值。

S3603：基于差值确定修正油量。

具体地，控制器中预先存储差值和修正油量的第二关系图，通过差值可从该第二关系图中查询对应的修正油量。该第二关系图表可通过前期大量试验获得。

S370：计算总油量,总油量等于前馈油量和修正油量的和。

步骤S370可通过修正油量对前馈油量进行修正，以使总油量能够匹配当前的尾气后处理装置的工作状态。

S380：比较总油量和设定油量的大小。

若总油量小于设定油量，则执行S391；若总油量不小于设定油量，则执行S392。

S391：以总油量作为再生喷油量。

S392：以设定油量作为再生喷油量。

通过步骤S380至S392，可依据总油量和设定油量中的较小值作为再生喷油量，其中，设定油量为喷油器能够喷射的最大油量，如此可避免总油量超过喷油器的最大许可。当确定出再生喷油量后，可通过发动机后喷或者通HC喷射系统提供燃油，并且提供的燃油的量等于该再生喷油量。其中，发动机后喷或者通HC喷射系统均为现有技术，具体为两种不同的为尾气后处理装置提供燃油的方式。

S400：保持控制阀8关闭，并重复步骤S100。

本实施例还提供一种车辆，包括上述方案中的尾气后处理装置。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种尾气后处理装置的控制方法，尾气后处理装置包括第一处理装置，所述第一处理装置包括沿尾气的流动方向依次设置于尾气排放管路中的第一DOC（1）、DPF（2）和第一SCR（3），所述尾气后处理装置还包括设置于所述尾气排放管路且沿尾气的流动方向位于所述第一处理装置的上游的第二处理装置，以及旁通管路（7）和控制阀（8）；所述第二处理装置包括沿尾气流动方向依次设置于所述尾气排放管路的第二DOC（5）和第二SCR（6），所述旁通管路（7）的一端与所述第二DOC（5）的输入端连通，所述旁通管路（7）的另一端与所述第二SCR（6）的输出端连通，所述控制阀（8）用于控制所述旁通管路（7）的连通或断开；其特征在于，包括：

判断是否获取到被动再生请求；

若获取到被动再生请求；

开启所述控制阀；

通过所述第一处理装置进行热管理，通过所述第一处理装置进行热管理包括：

获取所述第一DOC的输入端温度；

确定所述第一DOC的输入端温度超过设定温度；

获取流经所述第一DOC的废气流量；

获取所述DPF的输入端温度；

2.根据权利要求1所述的尾气后处理装置的控制方法，其特征在于，若所述总油量不小于所述设定油量，则以所述设定油量作为再生喷油量。

3.根据权利要求1所述的尾气后处理装置的控制方法，其特征在于，基于所述第一DOC的输入端温度、所述第一DOC的废气流量和所述DPF的输入端温度确定修正油量包括：

计算所述DPF的上游设定温度与所述DPF的输入端温度的差值；

基于所述差值确定所述修正油量。

4.根据权利要求1所述的尾气后处理装置的控制方法，其特征在于，若未获取到所述被动再生请求，则保持所述控制阀关闭。

5.根据权利要求1所述的尾气后处理装置的控制方法，其特征在于，所述尾气后处理装置还包括第一尿素喷射装置和第二尿素喷射装置，所述第一尿素喷射装置用于给所述第一SCR（3）提供尿素，所述第二尿素喷射装置用于给所述第二SCR（6）提供尿素。

6.根据权利要求1或5所述的尾气后处理装置的控制方法，其特征在于，所述尾气后处理装置还包括用于检测所述第一DOC（1）的输入端的温度的第一温度传感器，用于检测所述第一DOC（1）的输入端的废气流量的流量传感器，以及用于检测所述DPF（2）的输入端的温度的第二温度传感器。