CN206889116U - 柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统和柴油发动机系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及柴油发动机技术领域，公开了一种柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统和柴油发动机系统，解决了当排气温度无法满足SCR尿素喷射的温度要求时，导致氮氧化物的排放无法满足法规要求的问题。所述控制系统包括：第一废气循环阀，安装在柴油发动机的排气歧管与进气歧管之间；第二废气循环阀，安装在选择性催化还原设备的排气尾管与涡轮增压器的进气管之间；氮氧化物传感器，安装在选择性催化还原设备的排气尾管与第二废气循环阀的进气管之间；控制装置，用于根据柴油发动机的参数以及氮氧化物传感器检测到的测量值，控制第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态。本实用新型适用于柴油发动机控制氮氧化物排放量的过程中。
Description
技术领域
本实用新型涉及柴油发动机技术领域，具体地涉及一种柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统和柴油发动机系统。
背景技术
随着社会经济的发展，国家对环境保护的重视程度越来越高，中国第六阶段(简称国六)排放法规的制定工作已经开展，考虑到目前环境污染带来的压力，新的国六排放法规也会对重型汽车排气污染物排放限值及测量方法(简称车载法)明确定义。
当前，欧六柴油发动机后处理路线的主流配置是DOC(DieselOxidationCatalyst，柴油氧化催化器)+DPF(Diesel Particulate Filter，柴油颗粒过滤器)+SCR(Selective Catalytic Reduction选择性催化还原设备)，即在现有国五后处理基础上，增加DOC和DPF来降低颗粒物的排放，同时增加SCR对氮氧化物的转化效率。但是，由于SCR的高效工作需要排气温度满足一定的范围，车辆运行在城市及城郊的实际驾驶过程中，排气温度往往无法满足SCR尿素喷射的温度要求，导致氮氧化物的排放无法满足法规的规定。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的当排气温度无法满足SCR尿素喷射的温度要求时，导致氮氧化物的排放无法满足法规要求的问题，提供一种柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统和柴油发动机系统，实现了当排气温度无法满足SCR尿素喷射的温度要求时，对氮氧化物排放量的降低。
为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，包括：
第一废气循环阀，安装在柴油发动机的排气歧管与进气歧管之间；
第二废气循环阀，安装在选择性催化还原设备的排气尾管与涡轮增压器的进气管之间；
氮氧化物传感器，安装在选择性催化还原设备的排气尾管与第二废气循环阀的进气管之间；以及
控制装置，用于根据柴油发动机的参数以及所述氮氧化物传感器检测到的测量值，控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态，以降低氮氧化物的排放。
进一步地，所述控制装置包括：
计算模块，用于根据柴油发动机的参数以及所述氮氧化物传感器检测到的测量值，计算得到氮氧化物排放量；
比较模块，用于比较所述氮氧化物排放量与氮氧化物排放限值；
处理模块，用于当判断所述氮氧化物排放量大于等于所述氮氧化物排放限值时，根据所述柴油发动机的工作模式，控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态，以降低氮氧化物的排放。
进一步地，所述第一废气循环阀为耐高温废气循环阀。
进一步地，所述工作状态包括所述第一废气循环阀和第二废气循环阀中至少一者的开启和关闭。
进一步地，所述工作状态还包括所述第一废气循环阀和第二废气循环阀中至少一者的多个开启角度。
进一步地，所述控制装置还用于：
当所述柴油发动机处于第一工作模式时，开启所述第一废气循环阀，关闭所述第二废气循环阀；
当所述柴油发动机处于第二工作模式时，关闭所述第一废气循环阀，开启所述第二废气循环阀；
当所述柴油发动机处于第三工作模式时，同时开启所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀；
当所述柴油发动机处于第四工作模式时，同时关闭所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀。
进一步地，所述控制装置还包括：
检测模块，用于当判断所述氮氧化物排放量大于等于所述氮氧化物排放限值时，检测所述选择性催化还原设备是否故障；发送模块，用于若检测到所述选择性催化还原设备故障时，向所述报警装置发送指示报警的指令；
所述控制系统还包括报警装置，用于当接收到所述控制装置发送的指示报警的指令时，发出报警提示。
本实用新型第二方面提供一种柴油发动机系统，所述柴油发动机系统包括所述的柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，以及选择性催化还原设备、柴油颗粒过滤器、柴油氧化催化器、涡轮增压器、柴油发动机、中冷器装置和空气滤清器，所述空气滤清器与涡轮增压器连接，所述涡轮增压器通过中冷器装置与柴油发动机连接，所述柴油发动机通过涡轮增压器与柴油氧化催化器、柴油颗粒过滤器和选择性催化还原设备连接，其中，所述柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统中的第一废气循环阀连接在柴油发动机的排气歧管与进气歧管之间，第二废气循环阀连接在选择性催化还原设备的排气尾管与涡轮增压器的进气管之间，氮氧化物传感器连接在选择性催化还原设备的排气尾管与第二废气循环阀的进气管之间。
本实用新型在原有DOC+DPF+SCR后处理基础上，通过两个废气循环阀的组合来实现对废气的再循环利用，根据柴油发动机的参数以及所述氮氧化物传感器检测到的测量值，控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态，以降低氮氧化物的排放，实现了当排气温度无法满足SCR尿素喷射的温度要求时，对氮氧化物排放量的降低。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型实施例提供的一种柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统的示意图；
图2是本实用新型实施例提供的另一种柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统的示意图；
图3是本实用新型实施例提供的又一种柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统的示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种柴油发动机系统的示意图。
附图标记说明
11 第一废气循环阀 12 第二废气循环阀
13 氮氧化物传感器 14 控制装置
21 计算模块 22 比较模块
23 处理模块 31 检测模块
32 发送模块 15 报警装置
3 排气歧管 4 进气歧管
5 选择性催化还原设备 6 涡轮增压器
7 柴油颗粒过滤器 8 柴油氧化催化器
9 柴油发动机 16 空气滤清器
17 中冷器装置
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
车载法排放主要考核的是车辆实际驾驶过程的排放情况，不同的应用对城市工况和城郊工况有不同的要求，虽然柴油发动机采用DOC+DPF+SCR后处理装置的排放控制路线可以很好的实现柴油发动机台架试验满足排放要求，但是，由于SCR的高效工作需要排气温度满足一定的范围，车辆运行在城市及城郊的实际驾驶过程中，排气温度往往无法满足SCR尿素喷射的温度要求，导致氮氧化物的排放无法满足法规的规定。本实用新型通过第一废气循环阀和第二废气循环阀的合理控制，实现对氮氧化物的降低，满足国六，特别是车载法排放法规要求。
本实用新型提供一种柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统10，如图1所示，所述控制系统10包括：
第一废气循环阀11，安装在柴油发动机的排气歧管与进气歧管之间；
第二废气循环阀12，安装在选择性催化还原设备的排气尾管与涡轮增压器的进气管之间；
氮氧化物传感器13，安装在选择性催化还原设备的排气尾管与第二废气循环阀的进气管之间；以及
控制装置14，用于根据柴油发动机的参数以及所述氮氧化物传感器检测到的测量值，控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态，以降低氮氧化物的排放。
通过上述技术方案，通过两个废气循环阀的组合来实现对废气的再循环利用，根据柴油发动机的参数以及所述氮氧化物传感器检测到的测量值，控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态，以降低氮氧化物的排放，实现了当排气温度无法满足SCR尿素喷射的温度要求时，对氮氧化物排放量的降低。
其中，由于所述第一废气循环阀安装在柴油发动机的排气歧管与进气歧管之间，故需要所述第一废气循环阀为耐高温废气循环阀，抗热疲劳。
第一废气循环阀安装在排气歧管与进气歧管之间，根据涡轮增压器前排气压力与进气歧管进气压力之间的压差，通过控制阀的开度变化，控制进入柴油发动机进气歧管的排气流量，从而实现进入柴油发动机气缸内空气的氧气含量，实现降低氮氧化物的目的，而第二废气循环阀安装在选择性催化还原设备的排气尾管与涡轮增压器的进气管之间，通过排气压力与涡轮增压器入口前压力之间的压差，通过控制阀的开度变化，控制与新鲜空气混合的废气流量，降低气缸中氧气的浓度，从而降低尾气中氮氧化物的含量。通过第二废气循环阀回路进入进气管的废气经过选择性催化还原设备过滤后与新鲜空气混合，在经过冷却能力较强的中冷器装置冷却后，形成稳定均匀的混合气流，从而实现稳定的燃烧。
其中，如图2所示，所述控制装置14包括：
计算模块21，用于根据柴油发动机的参数以及所述氮氧化物传感器检测到的测量值，计算得到氮氧化物排放量；
比较模块22，用于比较所述氮氧化物排放量与氮氧化物排放限值；
处理模块23，用于当判断所述氮氧化物排放量大于等于所述氮氧化物排放限值时，根据所述柴油发动机的工作模式，控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态，以降低氮氧化物的排放。
其中，通过公式NOx mass＝0.001587*NOx conc*KHD*GEXHW计算得到氮氧化物质量流量，即氮氧化物排放量，其中，NOx mass为氮氧化物质量流量，单位g/h；NOx conc为氮氧化物传感器测得的平均密度，即所述氮氧化物传感器检测到的测量值，单位ppm；KHD为湿度修正系数，根据所述控制装置获取到的进气压力、进气温度、进气流量、大气湿度等计算得到；GEXHW为排气流量，根据所述控制装置获取到的进气流量和喷油量计算得到，单位为g/h。
通过上述公式得到氮氧化物排放量，并比较所述氮氧化物排放量与氮氧化物排放限值，当判断所述氮氧化物排放量大于等于所述氮氧化物排放限值时，根据所述柴油发动机的工作模式，控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态，以降低氮氧化物的排放。
其中，所述控制装置控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态包括所述第一废气循环阀和第二废气循环阀中至少一者的开启和关闭，以及所述第一废气循环阀和第二废气循环阀中至少一者的多个开启角度。
其中，根据不同的工作模式，所述控制装置还用于：
当所述柴油发动机处于第一工作模式时，开启所述第一废气循环阀，关闭所述第二废气循环阀；当所述柴油发动机处于第二工作模式时，关闭所述第一废气循环阀，开启所述第二废气循环阀；当所述柴油发动机处于第三工作模式时，同时开启所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀；当所述柴油发动机处于第四工作模式时，同时关闭所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀。
具体的，当所述柴油发动机的转速处于预设低转速区域时，开启所述第一废气循环阀，关闭所述第二废气循环阀；
当所述柴油发动机的转速处于预设高转速区域时，关闭所述第一废气循环阀，开启所述第二废气循环阀。
例如，当柴油发动机处于低转速高负荷下时，若开启第二废气循环阀，由于过滤后可能存在大颗粒废气，对涡轮增压器易造成破坏，因此关闭所述第二废气循环阀，开启所述第一废气循环阀。当柴油发动机处于高转速低负荷工况时，增压能力大，进气能力强，涡轮增压器前压力低，进气进入废气，对于第一废气循环阀而言，进气倒吸入废气管路，故关闭所述第一废气循环阀，开启所述第二废气循环阀。
另外，当所述柴油发动机的转速和扭矩同时满足各自的常规工作范围时，关闭所述第一废气循环阀，开启所述第二废气循环阀。
例如，当车辆实际驾驶循环占比较大的区域时，为了燃油经济性，关闭所述第一废气循环阀，开启所述第二废气循环阀。其中，所述驾驶循环为一个国家或组织针对某种特定类型的车辆所制定的，能够代表某一地区的交通条件(例如城区、郊区)的车速-时间历程。
另外，当接收到特定排放需求指令时，同时开启所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀。
例如，当柴油发动机为满足更严格的排放要求时，则同时开启所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀，二者配合使用，降低氮氧化物的排放。
另外，当所述氮氧化物排放量小于所述氮氧化物排放限值时，关闭所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀。
例如，当通过SCR处理后的氮氧化物排放量小于所述氮氧化物排放限值时，为了节能，可以同时关闭所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀。
进一步地，如图3所示，所述控制装置14还包括：
检测模块31，用于当判断所述氮氧化物排放量大于等于所述氮氧化物排放限值时，检测所述选择性催化还原设备是否故障；发送模块32，用于若检测到所述选择性催化还原设备故障时，向所述报警装置发送指示报警的指令；
所述控制系统还包括报警装置15，用于当接收到所述控制装置发送的指示报警的指令时，发出报警提示。
当判断所述氮氧化物排放量大于等于所述氮氧化物排放限值时，可能存在选择性催化还原设备出现故障的情况，为了保证车辆运行的安全，对所述选择性催化还原设备进行故障检测，若发现存在故障，则发出报警提示，提示驾驶员进行车辆维修。
本实用新型还提供一种柴油发动机系统，如图4所示，所述柴油发动机系统包括上述柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，其中，第一废气循环阀11安装在柴油发动机9的排气歧管3与进气歧管4之间，第二废气循环阀12安装在选择性催化还原设备5后的排气尾管与涡轮增压器6前的进气管之间，氮氧化物传感器13安装在选择性催化还原设备5后的排气尾管与第二废气循环阀12进气管之间，所述柴油发动机系统还包括柴油颗粒过滤器7、柴油氧化催化器8、中冷器装置17和空气滤清器16，其中所述空气滤清器16与涡轮增压器6连接，所述涡轮增压器6通过中冷器装置17与柴油发动机9连接，所述柴油发动机9通过涡轮增压器6与柴油氧化催化器8、柴油颗粒过滤器7和选择性催化还原设备5连接。
通过精确的控制阀的开度来控制发动机进气中的废气流量，实现柴油发动机车辆实际驾驶过程中当SCR无法满足工作区域的排放要求时，使发动机的排放水平满足国(欧)六，尤其是整车车载排放及发动机原机排放的法规要求，实现动力性、经济性及排放结果完美统一。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，其特征在于，包括：
第一废气循环阀，安装在柴油发动机的排气歧管与进气歧管之间；
第二废气循环阀，安装在选择性催化还原设备的排气尾管与涡轮增压器的进气管之间；
氮氧化物传感器，安装在选择性催化还原设备的排气尾管与第二废气循环阀的进气管之间；以及
控制装置，用于根据柴油发动机的参数以及所述氮氧化物传感器检测到的测量值，控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态，以降低氮氧化物的排放。
2.根据权利要求1所述的柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，其特征在于，所述控制装置包括：
计算模块，用于根据柴油发动机的参数以及所述氮氧化物传感器检测到的测量值，计算得到氮氧化物排放量；
比较模块，用于比较所述氮氧化物排放量与氮氧化物排放限值；
处理模块，用于当判断所述氮氧化物排放量大于等于所述氮氧化物排放限值时，根据所述柴油发动机的工作模式，控制所述第一废气循环阀和第二废气循环阀的工作状态，以降低氮氧化物的排放。
3.根据权利要求1所述的柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，其特征在于，所述第一废气循环阀为耐高温废气循环阀。
4.根据权利要求1所述的柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，其特征在于，所述工作状态包括所述第一废气循环阀和第二废气循环阀中至少一者的开启和关闭。
5.根据权利要求4所述的柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，其特征在于，所述工作状态还包括所述第一废气循环阀和第二废气循环阀中至少一者的多个开启角度。
6.根据权利要求4所述的柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，其特征在于，所述控制装置还用于：
当所述柴油发动机处于第一工作模式时，开启所述第一废气循环阀，关闭所述第二废气循环阀；
当所述柴油发动机处于第二工作模式时，关闭所述第一废气循环阀，开启所述第二废气循环阀；
当所述柴油发动机处于第三工作模式时，同时开启所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀；
当所述柴油发动机处于第四工作模式时，同时关闭所述第一废气循环阀和所述第二废气循环阀。
7.根据权利要求2所述的柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，其特征在于，所述控制装置还包括：
检测模块，用于当判断所述氮氧化物排放量大于等于所述氮氧化物排放限值时，检测所述选择性催化还原设备是否故障；发送模块，用于若检测到所述选择性催化还原设备故障时，向报警装置发送指示报警的指令；
所述控制系统还包括所述报警装置，用于当接收到所述控制装置发送的指示报警的指令时，发出报警提示。
8.一种柴油发动机系统，其特征在于，所述柴油发动机系统包括根据 权利要求1-7任一项所述的柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统，以及选择性催化还原设备、柴油颗粒过滤器、柴油氧化催化器、涡轮增压器、柴油发动机、中冷器装置和空气滤清器，所述空气滤清器与涡轮增压器连接，所述涡轮增压器通过中冷器装置与柴油发动机连接，所述柴油发动机通过涡轮增压器与柴油氧化催化器、柴油颗粒过滤器和选择性催化还原设备连接，其中，所述柴油发动机氮氧化物排放量的控制系统中的第一废气循环阀连接在柴油发动机的排气歧管与进气歧管之间，第二废气循环阀连接在选择性催化还原设备的排气尾管与涡轮增压器的进气管之间，氮氧化物传感器连接在选择性催化还原设备的排气尾管与第二废气循环阀的进气管之间。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180116 |