CN117145620A - 尾气后处理系统、再生方法及车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及尾气处理技术领域的一种尾气后处理系统、再生方法及车辆，尾气后处理系统包括与发动机依次连接的氧化型催化器、燃烧器和DPF‑SCR‑ASC单元，所述燃烧器能够对所述发动机的排气进行加热，升温的所述排气从所述燃烧器进入所述DPF‑SCR‑ASC单元。本申请的尾气后处理系统结构简单、操作便捷、成本低，可以提高尾气后处理系统的使用寿命，并提升颗粒物捕集器的再生能力。

Description

尾气后处理系统、再生方法及车辆
技术领域
本申请涉及尾气处理技术领域，尤其是涉及一种尾气后处理系统、再生方法及车辆。
背景技术
柴油发动机在燃烧后会产生大量的尾气，这种尾气不可以直接排放到空气中，需要进行一定的处理后再排入空气，可使用柴油发动机排气后处理装置，通过氧化型催化器(DOC)将汽车排放出的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)氧化，再运用颗粒物捕集器(DPF)，将碳烟微粒(尾气微粒)进行过滤，过滤后的干净气体通过出口端排出，从而达到降低污染气体排放的目的。
在车辆行驶运行中，颗粒物捕集器会被加载碳烟，因此，为了保证颗粒物捕集器的功能，需要颗粒物捕集器持续地或周期性地发生再生。目前颗粒物捕集器发生再生，一种方法是由DOC发生起燃的方式，但是该后处理系统结构较为复杂，且起燃能力严重依赖DOC的贵金属，使得成本较高，另一种方法是排气截流阀热管理法，但是该方法会牺牲油耗和动力性，同时憋阀会带来排放恶化，对后处理不友好。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本申请提供一种尾气后处理系统、再生方法及车辆，该尾气后处理系统结构简单、操作便捷、成本低，可以提高尾气后处理系统的使用寿命，并提升颗粒物捕集器的再生能力。
根据本发明的第一个方面，提供一种尾气后处理系统，包括与发动机依次连接的氧化型催化器、燃烧器和DPF-SCR-ASC单元，所述燃烧器能够对所述发动机的排气进行加热，升温的所述排气从所述燃烧器进入所述DPF-SCR-ASC单元。
在本发明的一些实施方式中，所述氧化型催化器与所述发动机紧耦合。
在本发明的一些实施方式中，所述氧化型催化器的氧化型催化剂为被动再生路线催化剂；
所述被动再生路线催化剂具备氧化HC化合物能力和NO氧化能力。
在本发明的一些实施方式中，所述氧化型催化剂的贵金属浓度为5g-15g/cft。
在本发明的一些实施方式中，所述贵金属中Pt与Pd的质量比为0-15：1。
在本发明的一些实施方式中，所述燃烧器包括：混合燃烧管，所述混合燃烧管内形成混合燃烧腔，所述混合燃烧管的一端形成与所述混合燃烧腔连通的排气进口，另一端形成与所述混合燃烧腔连通的排气出口；喷油组件，安设于所述混合燃烧管上，向所述混合燃烧腔内喷射燃料；点燃组件，安设于所述混合燃烧腔内，用于点燃所述喷油组件喷射的燃料。
根据本发明的第二个方面，提供一种尾气的再生方法，利用上述的尾气后处理系统对尾气进行处理，尾气的再生方法包括以下步骤：确定DPF碳载量是否大于或等于第一预设值和所述发动机的排气温度是否小于或等于第二预设值；当DPF碳载量大于或等于第一预设值且排气温度小于或等于第二预设值时，所述燃烧器对所述发动机的排气进行加热，升温的所述排气从所述燃烧器进入所述DPF-SCR-ASC单元，使DPF捕集的碳烟发生被动再生。
在本发明的一些实施方式中，当DPF碳载量大于或等于第三预设值和/或DPF压差值大于或等于第四预设值时，所述燃烧器对所述发动机的排气喷油并点燃进行加热，升温的所述排气从所述燃烧器进入所述DPF-SCR-ASC单元，使DPF捕集的碳烟发生主动再生。
在本发明的一些实施方式中，获取排气空速，根据所述排气空速控制所述燃烧器的喷油量。
根据本发明的第三个方面，提供一种车辆，包括上述的尾气后处理系统。
在本发明的一些实施方式中，所述车辆为轻型卡车、重型卡车或者非道路车辆。
本申请实施例提供了一种尾气后处理系统，该尾气后处理系统在DPF碳载量很高但排气温度又很低时，使用燃烧器对发动机的排气进行加热，升温的发动机排气从燃烧器进入DPF，从而使NO2和DPF内部的碳烟发生反应，消除碳烟；并在DPF碳载量过高和/或DPF压差值很大时，使用燃烧器进一步的对发动机的排气进行加热，产生高温，使颗粒物燃烧，使DPF发生主动再生，提高消除碳烟的效率；该尾气后处理系统不仅结构简单、操作便捷、成本低，而且DOC位于燃烧器之前的设计，使得DPF发生主动再生时，加热不经过DOC，DOC的催化剂的热老化风险显著降低，提高了尾气后处理系统的使用寿命，并且在通过燃烧器辅助提升被动再生能力的同时，保证发动机同时具备主动再生能力，从而提升了颗粒物捕集器整体的再生能力；另外，该尾气后处理系统不仅能辅助使DPF发生再生，还能实现后处理冷启动提升排温，使SCR快速升温，使尿素快速起喷，降低氮氧化物的排放。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本申请实施方式尾气后处理系统的整体结构示意图。
附图中各标号表示如下：1、发动机；2、增压器；3、氧化型催化器；4、颗粒物捕集器；5、混合器；6、选择性催化还原转化器；7、氨逃逸催化器；8、混合燃烧管；9、喷油组件。
具体实施方式
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图对本申请实施例提供的尾气后处理系统、再生方法及车辆进行说明。
本申请实施例公开一种尾气后处理系统。如图1所示，尾气后处理系统包括增压器2、氧化型催化器(DOC)3、燃烧器和DPF-SCR-ASC单元，增压器2、氧化型催化器3、燃烧器和DPF-SCR-ASC单元与发动机1依次连接，发动机1的排气依次经过增压器2、氧化型催化器3、燃烧器和DPF-SCR-ASC单元进行净化，然后排出；其中，DPF-SCR-ASC单元包括与燃烧器依次连接的颗粒物捕集器(DPF)4、混合器5、选择性催化还原转化器(SCR)6和氨逃逸催化器(ASC)7，燃烧器能够对发动机1的排气进行加热，升温的发动机排气从燃烧器进入颗粒物捕集器4。
通过使用本技术方案中的尾气后处理系统，当发动机1处在正常运行状态时，此时燃烧器无需运行，DPF能够自主发生被动再生，通过DOC的催化剂将排气中的NO氧化为NO2，DPF内部的碳烟会和NO2发生反应，生成CO2、N2、NO，消除碳烟；当DPF碳载量很高但排气温度又很低时，使得DPF不能够自主的发生被动再生，此时可使用燃烧器对发动机1的排气进行加热，升温的发动机排气从燃烧器进入DPF，从而使NO2和DPF内部的碳烟发生反应，消除碳烟；当DPF碳载量过高和/或DPF压差值很大时，可以认为过多的颗粒物堵塞了DPF，简单的燃烧器辅助DPF发生被动再生已经不能满足消除碳烟的要求，此时可以使用燃烧器进一步的对发动机1的排气进行加热，产生高温，使颗粒物燃烧，使DPF发生主动再生，提高消除碳烟的效率。
该尾气后处理系统不仅结构简单、操作便捷、成本低，而且DOC位于燃烧器之前的设计，使得DPF发生主动再生时，加热不经过DOC，DOC的催化剂的热老化风险显著降低，提高了尾气后处理系统的使用寿命，并且在通过燃烧器辅助提升被动再生能力的同时，保证发动机1同时具备主动再生能力，从而提升了颗粒物捕集器4整体的再生能力；另外，该尾气后处理系统不仅能辅助使DPF发生再生，还能实现后处理冷启动提升排温，使SCR快速升温，使尿素快速起喷，降低氮氧化物(NOx)的排放。
具体地，本实施方式中的发动机1处在正常运行状态可以理解为，通过DOC的催化剂将排气中的NO氧化为NO2，以及碳氢有机物的氧化放热，发动机1的排气温度能够达到特定温度以上，例如排气温度大于250℃，使得DPF内部的碳烟会和NO2发生反应，生成CO2、N2、NO。
具体地，本实施方式中的颗粒物捕集器4、混合器5、选择性催化还原转化器6和氨逃逸催化器7可以放在车辆底盘。
在本发明的一些实施方式中，如图1所示，氧化型催化器3与发动机1紧耦合；具体地，在本实施方式中，氧化型催化器3与增压器2紧耦合。将氧化型催化器3与增压器2采用紧耦合集成在一起，不仅结构紧凑，节省空间占用，而且使得氧化型催化器3距离发动机1较近，排气排出发动机1后可以很快进入DOC，热损失较小，例如在150℃-350℃范围内，DOC中反应温度较高时，有利于提高DOC的催化剂对排气的催化作用，提高排气的转化效率。
具体地，本实施方式中的DOC的氧化型催化剂为被动再生路线催化剂，被动再生路线催化剂具备氧化HC化合物能力和NO氧化能力，氧化型催化剂以铂(Pt)、钯(Pd)等贵金属作为催化剂，贵金属浓度为5g-15g/cft，贵金属中Pt与Pd的质量比为0-15：1，例如Pt与Pd的质量比为3：1、6：1、9：1或12：1等。
通过燃烧器辅助被动再生或者进行主动再生，避免了借助DOC的催化剂的起燃能力进行主动再生，因为考虑到DOC的催化剂的起燃能力严重依赖贵金属Pd，使得目前的DOC贵金属浓度在15g/cft以上，通过放弃DOC起燃能力，可以很大程度上降低贵金属用量，使得贵金属浓度至5-15g/cft，例如贵金属浓度为7g/cft、9g/cft、11g/cft、13g/cft等；同时，在DOC的催化剂热老化风险显著降低的情况下，贵金属浓度有望做到更低，具有重大降成本空间；另外，贵金属采用高Pt/Pd比，不仅成本更低，也保证了高NO氧化能力、CO氧化能力和HC氧化能力，搭配燃烧器，实现主/被动再生同时具备。
在本发明的一些实施方式中，如图1所示，燃烧器包括混合燃烧管8、喷油组件9和点燃组件(未图示)，其中，混合燃烧管8内形成混合燃烧腔，混合燃烧管8的一端形成与混合燃烧腔连通的排气进口，另一端形成与混合燃烧腔连通的排气出口；喷油组件9安设于混合燃烧管8上，喷油组件9向混合燃烧腔内喷射燃料；点燃组件安设于混合燃烧腔内，点燃组件用于点燃喷油组件9喷射的燃料。
当DPF碳载量很高但排气温度又很低时或者当DPF碳载量过高和/或DPF压差值很大时，可以通过喷油组件9向混合燃烧腔内喷射燃料，并由点燃组件点燃喷油组件9喷射的燃料和发动机1的排气，对发动机1的排气进行加热，实现辅助被动再生或者主动再生。
具体地，在其他的实施方式中，燃烧器还可以包括电加热器或者红外加热器等其他形式的加热器，由该加热器对发动机1的排气进行加热，实现辅助被动再生，由喷油组件9向混合燃烧腔内喷射燃料并由点燃组件点燃喷油组件9喷射的燃料和发动机1的排气实现主动再生，分工合作，降低油耗。
本实施方式还提出了一种尾气的再生方法，该尾气的再生方法利用上述的尾气后处理系统对尾气进行处理，该尾气的再生方法包括以下步骤：
获取DPF碳载量、发动机1的排气温度、DPF压差值和排气空速，DPF碳载量、发动机1的排气温度、DPF压差值和排气空速可通过相应的传感器进行采集计算。
确定DPF碳载量是否大于或等于第一预设值和发动机1的排气温度是否小于或等于第二预设值。当DPF碳载量大于或等于第一预设值且排气温度小于或等于第二预设值时，燃烧器对发动机1的排气进行加热，升温的发动机排气从燃烧器进入DPF-SCR-ASC单元，使DPF捕集的碳烟发生被动再生。当DPF碳载量小于第一预设值和/或排气温度大于第二预设值时，燃烧器不运行，DPF捕集的碳烟自动发生被动再生，辅助被动再生配合自动的被动再生，使得被动再生能力较强，被动再生可达到90％及以上。
确定DPF碳载量是否大于或等于第三预设值和/或DPF压差值是否大于或等于第四预设值。当DPF碳载量大于或等于第三预设值和/或DPF压差值大于或等于第四预设值时，燃烧器对发动机1的排气喷油并点燃进行加热，升温的发动机排气从燃烧器进入DPF-SCR-ASC单元，使DPF捕集的碳烟发生主动再生，燃烧器快速点燃，DPF主动再生，温度可以达到650℃，对于颗粒物的氧化燃烧温度完全够用，且能耗低、经济性较好。
具体地，本实施方式中可根据发动机排气空速控制燃烧器的喷油量，以此控制DPF内的温度，实现主动再生过程中温度可控，不受工况影响，不会强制退出。
本实施方式还提出了一种车辆，该车辆包括上述的尾气后处理系统，该车辆可以为轻型卡车、中型卡车、重型卡车或者非道路车辆，非道路车辆如农机、工程机械等。
对于轻型卡车，排气温度不够可以燃烧器辅助提温，且不需要达到很高的温度，只要300℃就可以很好的发生被动再生。当被动再生不成功，即碳载量过高或者DPF压差过载，可以触发主动再生。对于重卡，排温高，大部分都是被动再生，燃烧器则可以提供烧结晶和脱硫再生的热量，也可在被动再生失效时发生主动再生。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种尾气后处理系统，其特征在于，包括与发动机依次连接的氧化型催化器、燃烧器和DPF-SCR-ASC单元，所述燃烧器能够对所述发动机的排气进行加热，升温的所述排气从所述燃烧器进入所述DPF-SCR-ASC单元。
2.根据权利要求1所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述氧化型催化器与所述发动机紧耦合。
3.根据权利要求1或2所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述氧化型催化器的氧化型催化剂为被动再生路线催化剂。
4.根据权利要求3所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述氧化型催化剂的贵金属浓度为5g-15g/cft，贵金属中Pt与Pd的质量比为0-15：1。
5.根据权利要求1所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述燃烧器包括：
混合燃烧管，所述混合燃烧管内形成混合燃烧腔，所述混合燃烧管的一端形成与所述混合燃烧腔连通的排气进口，另一端形成与所述混合燃烧腔连通的排气出口；
喷油组件，安设于所述混合燃烧管上，向所述混合燃烧腔内喷射燃料；
点燃组件，安设于所述混合燃烧腔内，用于点燃所述喷油组件喷射的燃料。
6.一种尾气的再生方法，利用权利要求1-5中任一所述的尾气后处理系统对尾气进行处理，其特征在于，包括以下步骤：
确定DPF碳载量是否大于或等于第一预设值和所述发动机的排气温度是否小于或等于第二预设值；
当DPF碳载量大于或等于第一预设值且排气温度小于或等于第二预设值时，所述燃烧器对所述发动机的排气进行加热，升温的所述排气从所述燃烧器进入所述DPF-SCR-ASC单元，使DPF捕集的碳烟发生被动再生。
7.根据权利要求6所述的尾气的再生方法，其特征在于，当DPF碳载量大于或等于第三预设值和/或DPF压差值大于或等于第四预设值时，所述燃烧器对所述发动机的排气喷油并点燃进行加热，升温的所述排气从所述燃烧器进入所述DPF-SCR-ASC单元，使DPF捕集的碳烟发生主动再生。
8.根据权利要求7所述的尾气的再生方法，其特征在于，获取排气空速，根据所述排气空速控制所述燃烧器的喷油量。
9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的尾气后处理系统。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述车辆为轻型卡车、重型卡车或者非道路车辆。
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