可主動再生的尾氣后處理系統(tǒng)及其主動再生的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，用于柴油機(jī)發(fā)動機(jī)的尾氣后處理，將尾氣依次通過的柴油氧化催化器及顆粒氧化催化器的功能再生，包括以下步驟，檢測柴油發(fā)動機(jī)的工作工況；計算柴油發(fā)動機(jī)的在不同工況下的運(yùn)行里程；根據(jù)柴油發(fā)動機(jī)的工作工況和累積運(yùn)行里程，判斷是否需要時行進(jìn)行主動再生；在需要主動再生時，使柴油發(fā)動機(jī)的排氣溫度提升到270度以上。通過本發(fā)明的方法可以減少空氣污染。
【專利說明】可主動再生的尾氣后處理系統(tǒng)及其主動再生的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓共軌柴油發(fā)動機(jī)的尾氣后處理領(lǐng)域，尤其是有關(guān)一種可以主動再生的尾氣后處理系統(tǒng)及其主動再生的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]柴油發(fā)動機(jī)在燃燒后會產(chǎn)生大量的尾氣，這種尾氣不可以直接排放到空氣中，需要進(jìn)行一定的處理后再排入空氣。對于尾氣的處理一般是采用柴油氧化催化器(DieselOxidizat1n Catalyst, DOC)。如果發(fā)動機(jī)的裸機(jī)排放顆粒物較高,還會加裝顆粒氧化催化器(Particulate Oxidizaiton Catalyst, P0C)。對于 D0C+P0C 系統(tǒng),如果柴油發(fā)動機(jī)在城市工況低速長期運(yùn)行，發(fā)動機(jī)排氣管中的排氣溫度會較低，有時難以達(dá)到DOC的起燃溫度。此時，DOC不起作用，會導(dǎo)致大量的可溶性有機(jī)物附著在DOC的活性物質(zhì)表面，使催化器失去活性。如果使用高含硫量的燃油，還會有硫酸鹽及固化硫化物附著于DOC的催化劑表面，導(dǎo)致DOC中毒并失去活性。DOC失去活性后，會導(dǎo)致沒有N02生成，位置設(shè)在其后的顆粒氧化器中的碳顆粒無法與尾氣中的N02反應(yīng)，從而碳顆粒在POC中堆積，會造成POC失去功能或損壞。
[0003]因此，需要對柴油發(fā)動機(jī)中尾氣后處理系統(tǒng)中的柴油氧化催化器及顆粒氧化催化器進(jìn)行有效的再生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可主動再生的尾氣后處理系統(tǒng)及其主動再生的方法，可以在需要時控制DOC及POC的再生。
[0005]本發(fā)明的一個方面是提供一種尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，用于柴油機(jī)發(fā)動機(jī)的尾氣后處理，將尾氣依次通過的柴油氧化催化器及顆粒氧化催化器的功能再生，其特征在于包括以下步驟，檢測柴油發(fā)動機(jī)的工作工況(市區(qū)工況，郊區(qū)工況，高速工況)；計算柴油發(fā)動機(jī)的在不同工況下的運(yùn)行里程；根據(jù)柴油發(fā)動機(jī)的工作工況和累積運(yùn)行里程，判斷是否需要進(jìn)行主動再生；在需要主動再生時，使柴油發(fā)動機(jī)DOC入口前的排氣溫度提升到270度以上。
[0006]本發(fā)明還具有以下特征，在需要主動再生時，通過改變柴油發(fā)動機(jī)的燃燒參數(shù)使排氣溫度達(dá)到270度以上550度以下。
[0007]本發(fā)明還具有以下特征，在需要主動再生時，通過降低高壓共軌的壓力的方法來改變?nèi)紵齾?shù)。
[0008]本發(fā)明還具有以下特征，在需要主動再生時，通過增加后噴量或推遲后噴提前角的方法來改變?nèi)紵齾?shù)。
[0009]本發(fā)明還具有以下特征，在需要主動再生時，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥，降低新鮮空氣的進(jìn)氣量的方法改變?nèi)紵齾?shù)。
[0010]本發(fā)明還具有以下特征，在需要主動再生時，通過增加后噴油量、推遲后噴提前角、推遲主噴提前角、降低高壓共軌的壓力或通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥，降低新鮮空氣的進(jìn)氣量的方法中的一種或多種的組合來改變?nèi)紵齾?shù)。
[0011]本發(fā)明還具有以下特征，所述述主動再生時間持續(xù)5-10分鐘后柴油發(fā)動機(jī)退出主動再生工作模式。
[0012]本發(fā)明還具有以下特征，在需要主動再生時，使柴油發(fā)動機(jī)的排氣溫度提升到270度與550之間的溫度。
[0013]本發(fā)明的另一方面在于提供一種可主動再生的尾氣后處理系統(tǒng)，包括柴油發(fā)動機(jī)，柴油發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)，排氣管路及依次與所述排氣管路相連的柴油氧化催化器及顆粒氧化催化器，其特征在于，所述控制系統(tǒng)控制柴油發(fā)動機(jī)將排氣管的排氣溫度提升至270度至550度之間。
[0014]本發(fā)明還具有以下特征，所述控制器通過改變柴油發(fā)動機(jī)的燃燒參數(shù)來提高排氣溫度。
[0015]通過上述方法及系統(tǒng)可以主動的對尾氣后處理系統(tǒng)進(jìn)行主動再生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面將參考附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解，下面描述的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，而不對本發(fā)明的范圍作出限制，所附附圖其中:
[0017]圖1示出一種適用本發(fā)明的柴油機(jī)的一個實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2示出本發(fā)明尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法；
[0019]圖3示出使用本發(fā)明的一個實(shí)施例的氣體溫度監(jiān)測曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]在不同的附圖中，相同或相似的部件用相同的附圖標(biāo)記表示。
[0021]應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅用于對本發(fā)明進(jìn)行說明，其中部件的尺寸、比例關(guān)系以及部件的數(shù)目均不作為對本發(fā)明的限制。
[0022]本發(fā)明的尾氣后處理系統(tǒng)用于柴油發(fā)動機(jī)的尾氣后處理，在柴油發(fā)動機(jī)的燃燒室燃燒后，會通過排氣管排出廢氣，廢氣的主要成份有C，HC，CO, NO及S02。通過排氣管，廢氣進(jìn)入柴油氧化催化器(Diesel Oxidizat1n Catalyst, DOC)中進(jìn)行處理。DOC包括DOC載體及催化劑，DOC的載體有陶瓷和金屬之分，通常陶瓷是堇青石的，金屬的種類較多，鐵、銅、黃銅等。而該催化劑一般為貴金屬，幾乎所有的貴金屬都可用作催化劑，但常用的是鉬、鈀、銠、銀、釕等，其中尤以鉬、銠應(yīng)用最廣。它們的d電子軌道都未填滿，表面易吸附反應(yīng)物，且強(qiáng)度適中，利于形成中間“活性化合物”，具有較高的催化活性，同時還具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優(yōu)良特性，成為最重要的催化劑材料。經(jīng)過所述催化劑的催化，經(jīng)排氣管排出的廢氣會在DOC中發(fā)生氧化反應(yīng)，其基本的反應(yīng)式如下:
[0023]2N0+02=2N02 ；
[0024]S02+1/202=S03
[0025]4HC+302=2C02+2H20
[0026]2C0+02=2C02
[0027]但上述化學(xué)反應(yīng)的提前是溫度必須達(dá)到DOC的起燃溫度，大約為130-190度。而且，如果在作為催化劑的貴金屬上覆蓋較多的可溶性有機(jī)物或硫酸鹽，DOC會中毒并失去其功能。
[0028]在DOC的后部還連接有顆粒氧化催化器，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述顆粒氧化催化器為 POC(Particulate Oxidizat1n Catalyst,P0C)。POC—般由金屬絲網(wǎng)或陶瓷制成，其可以收集一般柴油中的碳顆粒，在特定的條件下，所述碳顆粒會與自DOC后流入的N02進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)式如下:
[0029]C+N02=C0+N0
[0030]這種反應(yīng)一般稱做連續(xù)再生反應(yīng)(Continuous Regenerat1n Trap, CRT)。但是這種反應(yīng)也需要其溫度達(dá)到300—450度之間。如果溫度達(dá)不到其反應(yīng)的起始溫度，碳顆粒長期在POC上堆積，會使其堵塞，失去功能，導(dǎo)致POC的背壓過高，嚴(yán)重者會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法點(diǎn)火。
[0031]然而，在交通日漸擁堵的城市內(nèi)車輛行駛時，柴油發(fā)動機(jī)會長時間的處于低速運(yùn)行狀態(tài)，DOC入口處的排氣溫度較低，達(dá)不到DOC的起燃溫度，可溶性有機(jī)物覆蓋在催化器載體的表面，使DOC失去活性，從而不會有(或較少)N02形式存在的N，在POC中的CRT反應(yīng)則不會發(fā)生，從而POC中的碳顆粒堆積。最終造成，POC背壓過高，耗油增加且在高速運(yùn)行時POC損壞。
[0032]參看圖1所示,柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖,柴油機(jī)包括油箱10、柴油發(fā)動機(jī)20、空氣過濾器30、渦輪增壓器40及控制器(未圖示)。在柴油機(jī)中還有一些傳感器或信息收集裝置，用以收集柴油機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過計算中心得到柴油機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài)，包括工作工況，運(yùn)行里程等?，F(xiàn)有柴油機(jī)中如何收集工作工況及工作時間的技術(shù)文獻(xiàn)較多，如徐家龍主編的《柴油機(jī)電控噴油技術(shù)》，此處對于現(xiàn)有柴油機(jī)如何進(jìn)行上述工作不再贅述。所述控制器能夠通過電氣控制系統(tǒng)控制柴油機(jī)的整體運(yùn)作，根據(jù)前述柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的收集決斷，進(jìn)行調(diào)節(jié)并控制柴油機(jī)的運(yùn)行，包括柴油機(jī)的噴油量、噴油時間及其它運(yùn)行參數(shù)。
[0033]柴油機(jī)發(fā)動機(jī)20包括低壓泵201，高壓泵202及內(nèi)燃機(jī)203。低壓泵201自油箱10中抽吸柴油并將其輸送至高壓泵202進(jìn)行加壓，高壓泵202加壓后將燃油噴入內(nèi)燃機(jī)203中燃燒作功。因?yàn)椴裼腿紵髸a(chǎn)生及廢氣，因此在內(nèi)燃機(jī)203的后部設(shè)置有排氣管50，所述廢氣進(jìn)行排氣管50進(jìn)行后處理。
[0034]在排氣管50中的氣體部分進(jìn)入渦輪增壓器40中增壓，中冷器(IC)60進(jìn)行冷卻。進(jìn)入渦輪增壓器40中的氣體也有一部分進(jìn)行再循環(huán)，另一部分通過排氣管50依次傳輸至連接于排氣管50的D0C70及P0C80進(jìn)行處理后再排入空氣中。
[0035]在柴油機(jī)系統(tǒng)中，柴油發(fā)動機(jī)，排氣管，設(shè)置于排氣管上的DOC及POC共同構(gòu)成一個尾氣再處理系統(tǒng)。
[0036]請參閱圖2所示，在柴油機(jī)運(yùn)行中，其如前所述的信息收集及判斷一直在運(yùn)行，如果根據(jù)柴油機(jī)控制器的判斷認(rèn)為柴油機(jī)此時的工作工況為處于城市內(nèi)低速運(yùn)行，則計算柴油機(jī)在此城市工況下的運(yùn)行里程，當(dāng)運(yùn)行里程高于特定值(如50km)，控制器判斷尾氣后處理系統(tǒng)此時需要進(jìn)行主動再生，則啟動主動再生程序。此時，控制系統(tǒng)控制柴油發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，改變所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒參數(shù)，具體來講即通過柴油機(jī)的節(jié)流閥降低新鮮空氣的進(jìn)氣量，增加后噴或者增加后噴量，推遲主噴提前角，將噴油器的主噴時刻推遲6-10度，或降低高壓共軌的壓力?？刂婆艢夤?0中的廢氣到達(dá)DOC時溫度達(dá)到270度。上述所描述的提高排氣溫度的做法可擇一或結(jié)合使用，使用者可以根據(jù)柴油機(jī)的狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，并不囿于此實(shí)施例中給出的方法，且使用的效果因柴油機(jī)本身及工作工況、使用環(huán)境的不同也會有些許差異，然而只要排氣溫度能夠達(dá)到270度至550度之間即可，450度或350度也可以達(dá)到較好的效果。此時，達(dá)到了 DOC的起燃溫度，已經(jīng)處于DOC中的可溶性有機(jī)物開始燃燒，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)，
[0037]4HC+302=2C02+2H20
[0038]，并有其它反應(yīng)發(fā)生:
[0039]2N0+02=2N02 ；
[0040]S02+1/202=S03
[0041]2C0+02=2C02
[0042]通過上述可溶性有機(jī)物的燃燒，首先可以去除附著于DOC的催化劑上的可溶性有機(jī)物，使其上的硫酸鹽及固化硫化物形成氣體S02釋放，可以使DOC重新恢復(fù)活性。同時，可溶性有機(jī)物氧化的發(fā)熱反應(yīng)進(jìn)一步提高廢氣的溫度，使得DOC出口處溫度達(dá)到600度以上，請參閱圖3所示的溫度曲線。在經(jīng)過DOC的廢氣進(jìn)入POC以后，因溫度已經(jīng)達(dá)到所需要的溫度范圍，所以CRT反應(yīng)正常進(jìn)行，附著于POC中的碳顆粒與N02，或者02反應(yīng)，釋放至空氣中，使POC恢復(fù)活性。在進(jìn)行主動再生5-10分鐘后，終止主動再生程序，柴油機(jī)進(jìn)行正常的工作狀態(tài)。在下一次條件滿足，需要進(jìn)行主動再生時，再一次啟動主動再生程序。在本實(shí)施例中DOC后設(shè)置的顆粒氧化催化器為P0C，因此使用本發(fā)明的方法及系統(tǒng)進(jìn)行對DOC及顆粒氧化催化器進(jìn)行主動再生，只有在根據(jù)柴油機(jī)的狀況決斷需要進(jìn)行再生時啟動再生程序，而且排氣溫度不需要提高到很高，通過DOC中已經(jīng)附著的可溶性有機(jī)物燃燒從而進(jìn)一步提高廢氣溫度來達(dá)到顆粒氧化催化器所需要的溫度，因此節(jié)省燃料且減少廢氣污染。
[0043]以上僅結(jié)合目前考慮的最實(shí)用的優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，需要理解的是，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，用于柴油機(jī)發(fā)動機(jī)的尾氣后處理，將尾氣依次通過的柴油氧化催化器及顆粒氧化催化器的功能再生，其特征在于包括以下步驟， 檢測柴油發(fā)動機(jī)的工作工況； 計算柴油發(fā)動機(jī)的在不同工況下的運(yùn)行里程； 根據(jù)柴油發(fā)動機(jī)的工作工況和累積運(yùn)行里程，判斷是否需要時行進(jìn)行主動再生； 在需要主動再生時，使柴油發(fā)動機(jī)的排氣溫度提升到270度以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，其特征在于，在需要主動再生時，通過改變柴油發(fā)動機(jī)的燃燒參數(shù)使排氣溫度達(dá)到270度以上550度以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，其特征在于，在需要主動再生時，通過降低高壓共軌的壓力的方法來改變?nèi)紵齾?shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，其特征在于，在需要主動再生時，通過增加后噴量或推遲后噴提前角的方法來改變?nèi)紵齾?shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，其特征在于，在需要主動再生時，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥，降低新鮮空氣的進(jìn)氣量的方法改變?nèi)紵齾?shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，其特征在于，在需要主動再生時，通過增加后噴油量、推遲后噴提前角、推遲主噴提前角、降低高壓共軌的壓力或通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥，降低新鮮空氣的進(jìn)氣量的方法中的一種或多種的組合來改變?nèi)紵齾?shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，其特征在于，所述述主動再生時間持續(xù)5-10分鐘后柴油發(fā)動機(jī)退出主動再生工作模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的尾氣后處理系統(tǒng)主動再生的方法，其特征在于，在需要主動再生時，使柴油發(fā)動機(jī)的排氣溫度提升到270度與550之間的溫度。
9.一種可主動再生的尾氣后處理系統(tǒng)，包括柴油發(fā)動機(jī)，柴油發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)，排氣管路及依次與所述排氣管路相連的柴油氧化催化器及顆粒氧化催化器，其特征在于，所述控制系統(tǒng)控制柴油發(fā)動機(jī)將排氣管的排氣溫度提升至270度至550度之間。
10.如權(quán)利要求9所述的可主動再生的尾氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器通過改變柴油發(fā)動機(jī)的燃燒參數(shù)來提高排氣溫度。
【文檔編號】F01N9/00GK104153857SQ201310179767
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月15日
【發(fā)明者】童艷, 馮琦峰, M·霍爾曼, 張勇, 肖云存, 彭亮 申請人:羅伯特·博世有限公司