CN211314372U - 一种发动机系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种发动机系统，发动机的进气管与第一压气机的出气口连通，发动机的排气管依次与第一涡轮机、DOC、DPF和第一SCR连通，并且在发动机的排气管和第一涡轮机的出气口之间还并联有第二SCR和第一电磁阀，当第一电磁阀处于开启状态时，发动机排气直接流入第二SCR，第二SCR内部的温度能够快速上升至还原剂的喷射温度。在车辆冷启动过程中，ECU开启第一电磁阀，利用第二SCR能够快速达到还原剂喷射温度的特点，能够大大降低氮氧化合物的排放。

Description

一种发动机系统

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机系统。

背景技术

车辆的出现，给人们的生产生活带来了很大的便利。然而，也带来了一系列问题，例如车辆尾气污染环境等。为了保护环境，针对车辆尾气的排放要求越来越高。

目前，车辆中普遍采用欧六后处理技术来减少发动机排气中的氮氧化合物和颗粒物。后处理系统主要包括DOC(氧化型催化器)、DPF(颗粒捕集器)、SCR(选择性催化还原催化器)和ASC(氨逃逸催化器)。DOC的作用是：氧化发动机排气中的HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)和NO(一氧化氮)。DPF的作用是：利用过滤材料捕集排气中的颗粒物。SCR的作用是：在催化剂的作用下，利用尿素水解产生的氨气与排气中的氮氧化合物进行还原反应，生成无害的氮气和水。ASC的作用是：催化氧化SCR反应剩余的氨气，防止氨泄漏。

在某些情况下，比如车辆冷启动时，车辆尾气中氮氧化合物的含量较高，导致尾气排放不达标，对环境造成了污染。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种发动机系统，以降低车辆冷启动过程中的氮氧化合物排放。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本实用新型提供一种发动机系统，包括发动机，该发动机系统还包括第一压气机、第一涡轮机、DOC氧化型催化器、DPF颗粒捕集器、第一SCR选择性催化还原催化器、第二SCR、第一电磁阀、第一温度传感器、第二温度传感器和ECU电子控制单元；

所述第一压气机中的叶轮与所述第一涡轮机中的涡轮同轴连接；

所述第一压气机的出气口与所述发动机的进气管连通；

所述第一涡轮机的进气口与所述发动机的排气管连通，所述第一涡轮机的出气口与所述DOC的进气口连通，所述DOC的出气口与所述DPF的进气口连通，所述DPF的出气口与所述第一SCR的进气口连通；

所述第二SCR的进气口与所述第一电磁阀的第一端连通，所述第一电磁阀的第二端与所述发动机的排气管连通，所述第二SCR的出气口与所述第一涡轮机的出气口连通；

所述第一温度传感器安装于所述第一SCR的进气口与所述DPF的出气口之间的管路上，所述第二温度传感器安装于所述第一电磁阀和所述发动机的排气管之间的管路上；

所述ECU的信号采集端口分别与所述第一温度传感器的信号输出端、所述第二温度传感器的信号输出端连接，所述ECU的控制端口分别与所述第一电磁阀的控制端、所述第一SCR的控制端以及所述第二SCR的控制端连接。

可选的，该发动机系统还包括：第二压气机和第二涡轮机；

所述第二压气机中的叶轮与所述第二涡轮机中的涡轮同轴连接；

所述第二压气机的出气口与所述第一压气机的进气口连通；

所述第二涡轮机的进气口与所述第一涡轮机的出气口连通，所述第二涡轮机的出气口与所述DOC的进气口连通。

可选的，该发动机系统还包括：EGR废气再循环系统和第二电磁阀；

所述EGR的进气口与所述发动机的排气管连通，所述EGR的出气口与所述发动机的进气管连通；

所述第二电磁阀安装于所述EGR的进气口与所述发动机的排气管之间的管路上，或者安装于所述EGR的出气口与所述发动机的进气管之间的管路上，所述第二电磁阀的控制端与所述ECU的控制端口连接。

可选的，该发动机系统还包括：ASC氨逃逸催化器；

所述ASC的进气口与所述第一SCR的出气口连通。

可选的，该发动机系统还包括：第三电磁阀；

所述第三电磁阀安装于所述第一涡轮机的进气口与所述发动机的排气管之间的管路上。

由此可见，本实用新型的有益效果为：

本申请公开的发动机系统，发动机的进气管与第一压气机的出气口连通，发动机的排气管依次与第一涡轮机、DOC、DPF和第一SCR连通，并且在发动机的排气管和第一涡轮机的出气口之间还并联有第二SCR和第一电磁阀，当第一电磁阀处于开启状态时，发动机排气直接流入第二SCR，第二SCR内部的温度能够快速上升至还原剂的喷射温度。在车辆冷启动过程中，ECU开启第一电磁阀，利用第二SCR能够快速达到还原剂喷射温度的特点，能够大大降低氮氧化合物的排放。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例公开的一种发动机系统的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例公开的一种发动机系统的结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例公开的一种发动机系统的结构示意图；

图4为本实用新型又一实施例公开的一种发动机系统的结构示意图；

图5为本实用新型又一实施例公开的一种发动机系统的结构示意图；

图6为本实用新型又一实施例公开的一种发动机系统的结构示意图。

图中，101为第一压气机、102为第一涡轮机、103为DOC、104为DPF、105为第一SCR、106为第二SCR、107为第一电磁阀、108为第一温度传感器、109为第二温度传感器、110为第二压气机、111为第二涡轮机、112为EGR、113为第二电磁阀、114为ASC、115为空气滤清器、116为第三电磁阀、117为发动机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

申请人发现，在车辆冷启动过程中，发动机排气温度较低，发动机排气由排气管流出，沿着管路流动。当发动机排气流经SCR时，此时发动机排气温度已经是一个较低的值，SCR对氮氧化合物的转化效率很低，导致发动机排气中的氮氧化合物含量较高。

基于上述发现，本实用新型提供一种发动机系统，以解决现有技术中存在的问题。参见图1，具体结构包括：

发动机117、第一压气机101、第一涡轮机102、DOC氧化型催化器103、DPF颗粒捕集器104、第一SCR选择性催化还原催化器105、第二SCR106、第一电磁阀107、第一温度传感器108、第二温度传感器109和ECU电子控制单元(图中未示出)。

其中：

第一压气机101中的叶轮与第一涡轮机102中的涡轮同轴连接，第一压气机101的出气口与发动机117的进气管连通；

第一涡轮机102的进气口与发动机117的排气管连通，第一涡轮机102的出气口与DOC103的进气口连通，DOC103的出气口与DPF104的进气口连通，DPF104的出气口与第一SCR105的进气口连通；

第二SCR106的进气口与第一电磁阀107的第一端连通，第一电磁阀107的第二端与发动机117的排气管连通，第二SCR106的出气口与第一涡轮机102的出气口连通；

第一温度传感器108安装于第一SCR105的进气口与DPF104的出气口之间的管路上，第二温度传感器109安装于第一电磁阀107和发动机117的排气管之间的管路上；

ECU的信号采集端口分别与第一温度传感器108的信号输出端、第二温度传感器109的信号输出端连接，ECU的控制端口分别与第一电磁阀107的控制端、第一SCR105中的控制端以及第二SCR106中的控制端连接。

图1所示发动机系统的工作过程为：

在第一温度传感器输出的温度值小于或等于第一温度阈值时，ECU开启第一电磁阀，发动机排气可沿管路进入第二SCR；当第二温度传感器输出的温度值大于或等于第一温度阈值时，ECU开启第二SCR中的喷射装置，由第二SCR中的喷射装置向第二SCR内部喷射还原剂，使得发动机排气中的氮氧化合物在第二SCR中被还原。

这里说明一下，第一温度阈值指的是还原剂的喷射温度。该第一温度阈值的具体取值可由不同发动机型号标定得到。

在第一温度传感器输出的温度值大于第一温度阈值且小于第二温度阈值时，ECU开启第一SCR中的喷射装置，由第一SCR中的喷射装置向第一SCR内部喷射还原剂，使得发动机排气在流经第一SCR时，发动机排气中的氮氧化合物能在第一SCR中被还原；ECU调整第一电磁阀的开度，减少流经第二SCR的发动机排气。

这里说明一下，第二温度阈值可以设定为：在第一SCR的转化率达到99％时，所对应的温度值。该第二温度阈值的具体取值可以由不同催化剂的转化性能决定。

在第一温度传感器输出的温度值大于或等于第二温度阈值时，ECU关闭第一电磁阀，使得发动机排气不流经第二SCR，并关闭第二SCR中的喷射装置。

本实用新型公开的发动机系统，发动机的进气管与第一压气机的出气口连通，发动机的排气管依次与第一涡轮机、DOC、DPF和第一SCR连通，并且在发动机的排气管和第一涡轮机的出气口之间还并联有第二SCR和第一电磁阀，当第一电磁阀处于开启状态时，发动机排气直接流入第二SCR，第二SCR内部的温度能够快速上升至还原剂的喷射温度。在车辆冷启动过程中，ECU开启第一电磁阀，利用第二SCR能够快速达到还原剂喷射温度的特点，能够大大降低氮氧化合物的排放。

并且，在第一SCR达到还原剂喷射温度时，ECU开启第一SCR中的喷射装置，并调整第一电磁阀的开度，来减少流经第二SCR的发动机排气，使得发动机排气较多流向第一涡轮机，从而驱动第一涡轮机中的涡轮转动，进而带动第一压气机的叶轮转动，发动机排气中的氮氧化合物也在第一SCR中被还原；在第一SCR达到对氮氧化合物的转化率为99％所对应的温度时，ECU关闭第一电磁阀，此时发动机排气全部流经第一涡轮机并驱动第一涡轮机做功，由第一SCR对发动机排气中的氮氧化合物进行催化还原。

本实用新型还提供一种发动机系统，如图2所示，该系统包括：发动机117、第一压气机101、第一涡轮机102、DOC氧化型催化器103、DPF颗粒捕集器104、第一SCR选择性催化还原催化器105、第二SCR106、第一电磁阀107、第一温度传感器108、第二温度传感器109、ECU电子控制单元(图中未示出)、第二压气机110和第二涡轮机111。

这里主要对图2所示发动机系统与图1所示发动机系统的区别进行说明。

第二压气机110中的叶轮与第二涡轮机111中的涡轮同轴连接，第二压气机110的出气口与第一压气机101的进气口连通；

第二涡轮机111的进气口与第一涡轮机102的出气口连通，第二涡轮机111的出气口与DOC103的进气口连通。

需要说明的是，第二涡轮机的涡前压力通常小于第一涡轮机的涡前压力，第二压气机的后压力通常小于第一压气机的后压力。

一种可能的实施方式中，第二涡轮机的涡前压力、第二压气机的后压力为1-2个大气压，第一涡轮机的涡前压力、第一压气机的后压力为1-4个大气压。

发动机排气流经第一涡轮机、第二涡轮机时，驱动第一涡轮机、第二涡轮机中的涡轮转动，进而带动第一压气机、第二压气机的叶轮转动。本实用新型图2所示的发动机系统，通过双涡轮驱动设计，提高发动机的性能。

参见图3所示，本实用新型还提供一种发动机系统，该系统包括：发动机117、第一压气机101、第一涡轮机102、DOC氧化型催化器103、DPF颗粒捕集器104、第一SCR选择性催化还原催化器105、第二SCR106、第一电磁阀107、第一温度传感器108、第二温度传感器109、ECU电子控制单元(图中未示出)、第二压气机110、第二涡轮机111、EGR废气再循环系统112和第二电磁阀113。

这里主要对图3所示发动机系统与图2所示发动机系统的区别进行说明。

EGR112的进气口与发动机117的排气管连通，EGR112的出气口与发动机117的进气管连通；

第二电磁阀113安装于EGR112的进气口与发动机117的排气管之间的管路上，或者安装于EGR112的出气口与发动机117的进气管之间的管路上，第二电磁阀113的控制端与ECU的控制端口连接。

EGR的作用是：将发动机排出的部分废气回送到进气管，再与新鲜混合气一起进入气缸。废气中含有大量的CO2等气体，CO2等气体不能燃烧但其比热容高，使燃烧过程中的最高温度和平均温度都有所下降，破坏了生成氮氧化合物的有利环境，从而让氮氧化合物的排放得到大幅度的降低。

本申请图3所示的发动机系统，通过ECU开启或关闭第二电磁阀，利用EGR对发动机排气再循环处理，进一步减少发动机排气中氮氧化合物的排放。

参见图4，本实用新型还提供一种发动机系统，该系统包括：发动机117、第一压气机101、第一涡轮机102、DOC氧化型催化器103、DPF颗粒捕集器104、第一SCR选择性催化还原催化器105、第二SCR106、第一电磁阀107、第一温度传感器108、第二温度传感器109、ECU电子控制单元(图中未示出)、第二压气机110、第二涡轮机111、EGR废气再循环系统112、第二电磁阀113和ASC氨逃逸催化器114。

这里主要对图4所示发动机系统与图3所示发动机系统的区别进行说明。

ASC114的进气口与第一SCR105的出气口连通。

ASC对第一SCR催化还原过程中未反应完全的氨气进一步的氧化，生成无害的氮气等，防止氨气泄漏，对环境造成危害。

进一步地，本实用新型还提供一种发动机系统，参见图5，该系统包括：发动机117、第一压气机101、第一涡轮机102、DOC氧化型催化器103、DPF颗粒捕集器104、第一SCR选择性催化还原催化器105、第二SCR106、第一电磁阀107、第一温度传感器108、第二温度传感器109、ECU电子控制单元(图中未示出)、第二压气机110、第二涡轮机111、EGR废气再循环系统112、第二电磁阀113、ASC氨逃逸催化器114和空气滤清器115。

第二压气机110的进气口与空气滤清器115的出气口连通。

发动机排气流经第一涡轮机、第二涡轮机，从而推动第一涡轮机、第二涡轮机的涡轮转动，进而带动同轴的第一压气机、第二压气机的叶轮，叶轮转动将由空气滤清器送来的空气增压送入汽缸。通过设置空气滤清器，能够滤除发动机进气中的灰尘、沙粒等颗粒物，从而减小发动机的磨损。

上述提到的ECU调整第一电磁阀的开度，这里做进一步解释。

ECU根据第一SCR的转化效率调整第一电磁阀的开度，第一SCR的转化效率可由流经第一SCR的排气温度和第一SCR的空速决定。

空速(Space velocity)是指：单位时间(例如以小时为单位)内通过单位质量(或体积)催化剂的反应物的质量(或体积)。

空速可由以下公式计算得到：sv＝ExhMf/(ScrVol*RhoAirNrmld)。

公式中参数说明如下：sv表示空速，单位为1/h，ExhMf表示废气质量流量，单位为kg/h，ScrVol表示SCR的体积，单位为m³，RhoAirNrmld表示空气在0℃时的密度，为1.293kg/m³。

需要说明的是，废气质量流量为发动机的新鲜空气进气量与发动机油耗量的和，其中，发动机的新鲜空气进气量可由进气流量计测得，发动机油耗量可由油耗仪测得。

在实施中，预先确定第一SCR的排气温度和空速对应的转化效率，将这些数据作为基础数据，根据基础数据建立第一SCR的转化效率与排气温度、空速的对应关系。在一种可能的实现方式中，根据基础数据进行插值处理，得到第一SCR的转化效率与排气温度、空速之间的对应关系。

一种实现情况下，利用上述公式计算得到的空速值和第一温度传感器输出的温度值，通过查找对应关系获得对应的第一SCR的转化效率，ECU根据该对应的第一SCR的转化效率进行调整第一电磁阀的开度。

本实用新型还提供一种发动机系统，如图6所示，该系统包括：发动机117、第一压气机101、第一涡轮机102、DOC氧化型催化器103、DPF颗粒捕集器104、第一SCR选择性催化还原催化器105、第二SCR106、第一电磁阀107、第一温度传感器108、第二温度传感器109、ECU电子控制单元(图中未示出)、第二压气机110、第二涡轮机111、EGR废气再循环系统112、第二电磁阀113、ASC氨逃逸催化器114、空气滤清器115和第三电磁阀116。

第三电磁阀116安装于第一涡轮机102的进气口与发动机117的排气管之间的管路上。

在第二温度传感器输出的温度值小于或等于第一温度阈值时，ECU开启第一电磁阀后，ECU关闭第三电磁阀，从而使得发动机排气全部流入第二SCR，让第二SCR能更快达到还原剂喷射的温度，以便第二SCR较快启动对发动机排气的还原处理，降低发动机排气中氮氧化合物的排放。之后，当第二温度传感器输出的温度值达到第一温度阈值时，ECU开启第三电磁阀，使得发动机排气的一部分流经第一涡轮机。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、电子设备、服务器及存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种发动机系统，包括发动机，其特征在于，所述发动机系统还包括第一压气机、第一涡轮机、DOC氧化型催化器、DPF颗粒捕集器、第一SCR选择性催化还原催化器、第二SCR、第一电磁阀、第一温度传感器、第二温度传感器和ECU电子控制单元；

所述第一压气机中的叶轮与所述第一涡轮机中的涡轮同轴连接；

所述第一压气机的出气口与所述发动机的进气管连通；

所述第一涡轮机的进气口与所述发动机的排气管连通，所述第一涡轮机的出气口与所述DOC的进气口连通，所述DOC的出气口与所述DPF的进气口连通，所述DPF的出气口与所述第一SCR的进气口连通；

所述第二SCR的进气口与所述第一电磁阀的第一端连通，所述第一电磁阀的第二端与所述发动机的排气管连通，所述第二SCR的出气口与所述第一涡轮机的出气口连通；

所述第一温度传感器安装于所述第一SCR的进气口与所述DPF的出气口之间的管路上，所述第二温度传感器安装于所述第一电磁阀和所述发动机的排气管之间的管路上；

所述ECU的信号采集端口分别与所述第一温度传感器的信号输出端、所述第二温度传感器的信号输出端连接，所述ECU的控制端口分别与所述第一电磁阀的控制端、所述第一SCR的控制端以及所述第二SCR的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，还包括第二压气机和第二涡轮机；

所述第二压气机中的叶轮与所述第二涡轮机中的涡轮同轴连接；

所述第二压气机的出气口与所述第一压气机的进气口连通；

所述第二涡轮机的进气口与所述第一涡轮机的出气口连通，所述第二涡轮机的出气口与所述DOC的进气口连通。

3.根据权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，还包括EGR废气再循环系统和第二电磁阀；

所述EGR的进气口与所述发动机的排气管连通，所述EGR的出气口与所述发动机的进气管连通；

所述第二电磁阀安装于所述EGR的进气口与所述发动机的排气管之间的管路上，或者安装于所述EGR的出气口与所述发动机的进气管之间的管路上，所述第二电磁阀的控制端与所述ECU的控制端口连接。

4.根据权利要求3所述的发动机系统，其特征在于，还包括：ASC氨逃逸催化器；

所述ASC的进气口与所述第一SCR的出气口连通。

5.根据权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，还包括：空气滤清器；

所述第二压气机的进气口与所述空气滤清器的出气口连通。

6.根据权利要求5所述的发动机系统，其特征在于，还包括：第三电磁阀；

所述第三电磁阀安装于所述第一涡轮机的进气口与所述发动机的排气管之间的管路上。

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