柴油機後處理排氣熱管理方法及裝置與流程

2023-12-06 18:36:56

本發明涉及一種柴油機後處理排氣熱管理方法及裝置，屬於柴油機後處理系統控制技術領域。

背景技術：

scr後處理技術是柴油機降低尾氣中nox的主要技術手段，其基本原理是通過噴射尿素水解霧化形成的氨氣在催化器內與排氣中的nox發生氧化還原反應，生成無害的氮氣。

隨著國家排放標準進一步加嚴，scr後處理系統已經批量應用在國四、國五排放控制階段。中國計劃於2020年實施柴油機國六階段排放控制標準，使柴油機排放汙染物接近於零排放水平。為了滿足國六階段排放控制要求，一般而言，柴油機後處理裝置主要為doc、dpf和scr。doc的主要作用一是氧化hc、co和可溶性有機鹽等排氣汙染物；二是氧化no為no2，進一步提高scr轉化效率；三是氧化柴油放熱，快速提高排氣溫度，以便於dpf進行主動再生消除碳顆粒。dpf的主要作用是捕集碳顆粒，同時進行周期性的碳顆粒再生。scr的主要作用是通過噴射尿素在催化劑的作用下消除尾氣中的nox汙染物。

國六階段，排放法規採用了更接近實際工況的whsc和whtc循環來進行排放汙染物測試。whtc循環有冷態whtc循環和熱態whtc循環組成。whtc循環中發動機排氣溫度較低，很難達到催化劑的最佳轉化效率，因此為了滿足嚴格的國六排放要求，需要有合理的排氣熱管理策略在需要提溫時提升柴油機的排氣溫度，以便達到scr催化劑的最佳反應溫度區間，滿足國六排放控制要求。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種柴油機後處理排氣熱管理方法及裝置，可以有效地提升排氣溫度，應用在國六階段柴油機後處理系統中。

按照本發明提供的技術方案，所述柴油機後處理排氣熱管理裝置，其特徵是：主要包括發動機、冷卻器、進氣管、增壓器、排氣管、節流閥、尾管噴油系統、doc前溫度傳感器、dpf前溫度傳感器、scr前溫度傳感器、scr後溫度傳感器和後處理控制單元dcu；所述發動機的進氣端連接冷卻器的一端，冷卻器的另一端通過進氣管連接增壓器，在發動機和冷卻管之間的管路上設置節流閥，發動機的排氣端通過排氣管連接依次布置的doc、dpf和scr，在doc前的排氣管處設置尾管噴油系統；在所述doc的前端設置doc前溫度傳感器，在dpf的前端設置dpf前溫度傳感器，在scr的前端和後端分別設置scr前溫度傳感器和scr後溫度傳感器；所述後處理控制單元dcu的控制端連接節流閥和尾管噴油系統，對節流閥和尾管噴油系統進行控制實現發動機排氣溫度調節。

所述柴油機後處理排氣熱管理方法，其特徵是，包括以下過程：

（1）根據scr前溫度和scr前目標溫度進行比較，若scr前溫度低於scr前目標溫度，則scr提溫需求釋放；

（2）根據doc前溫度和doc前目標溫度進行比較，若doc前溫度低於doc前目標溫度，則doc提溫需求釋放；

（3）排氣熱管理狀態機判斷提溫需求來自scr提溫還是doc；

若來自scr提溫需求，則根據發動機轉速和扭矩查詢scr提溫節流閥開度map，得到當前發動機工況下的節流閥允許最小開度，通過控制節流閥動作進行減小進氣量，提高排氣溫度；

若來自doc提溫需求，則根據發動機轉速和扭矩查詢doc提溫節流閥開度map，得到當前發動機工況下的節流閥允許最小開度，通過控制節流閥動作進行減小進氣量，提高排氣溫度；

若同時接受來自scr和doc的提溫需求，則doc的提溫需求首先被響應，執行doc提溫節流閥開度map；只有當doc提溫需求關閉，再響應scr提溫需求。

進一步的，當節流閥提溫不能夠滿足scr提溫需求時，採用尾管噴油提溫進行進一步提高排氣溫度。

進一步的，所述尾管噴油提溫的具體過程為：首先根據排氣流量、doc前溫度和scr目標溫度計算出需求的開環噴油量；再根據scr前目標溫度和當前scr前溫度，查詢閉環修正map，得到閉環修正係數；修正係數乘以開環噴油量即得到閉環噴油量。

進一步的，所述scr提溫需求進行延遲濾波處理後，由排氣熱管理狀態機進行判斷。

進一步的，所述doc提溫需求進行延遲濾波處理後，由排氣熱管理狀態機進行判斷。

本發明具有以下優點：

（1）本發明能夠有效提升柴油機排氣溫度，從而為後處理scr反應提供最佳反應溫度；

（2）本發明能夠有效提升柴油機排氣溫度，從而為後處理dpf再生提供合適的排氣溫度；

（3）本發明能夠靈活控制節流閥和尾管噴油改變後處理排氣溫度，對發動機本體性能沒有影響；

（4）本發明利用準確的溫度閉環控制策略，可進行自適應調節排氣溫度，保證後處理系統充分發揮出性能。

附圖說明

圖1為本發明所述柴油機後處理排氣熱管理方法的邏輯框圖。

圖2為所述scr溫度需求模塊的邏輯框圖。

圖3為所述dpf再生溫度需求模塊的邏輯框圖。

圖4為所述節流閥提溫模塊的邏輯框圖。

圖5為所述尾管噴油提溫模塊的邏輯框圖。

圖6為本發明所述柴油機後處理排氣熱管理裝置的示意圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖對本發明作進一步說明。

如圖6所示，本發明所述柴油機後處理排氣熱管理裝置主要由發動機1、冷卻器2、進氣管3、增壓器4、排氣管5、節流閥6、尾管噴油系統7、doc前溫度傳感器8、dpf前溫度傳感器9、scr前溫度傳感器10、scr後溫度傳感器11、後處理控制單元dcu12等部件組成；所述發動機1的進氣端連接冷卻器2的一端，冷卻器2的另一端通過進氣管3連接增壓器4，在發動機1和冷卻管2之間的管路上設置節流閥6，發動機1的排氣端通過排氣管5連接依次布置的doc、dpf和scr，在doc前的排氣管5處設置尾管噴油系統7；在所述doc的前端設置doc前溫度傳感器8，在dpf的前端設置dpf前溫度傳感器9，在scr的前端和後端分別設置scr前溫度傳感器10和scr後溫度傳感器11；所述後處理控制單元dcu12通過控制節流閥6和尾管噴油系統7進行發動機排氣溫度調節，實現發動機排氣溫度管理。

如圖1所示，本發明所述柴油機後處理排氣熱管理方法的基本思路是根據scr提溫需求和dpf再生時溫度需求，通過排氣熱管理狀態機調節節流閥和尾管噴油機構進行提高排氣溫度。當系統判斷出doc或scr需要提溫時，首先考慮調節節流閥，減小節流閥開度，從而減少發動機進氣量能夠有效提高排氣溫度。若僅僅調節節流閥還是很難達到scr需求溫度時，需要採用尾管噴油措施進行提溫。通過排氣尾管噴油裝置噴入適量的柴油在doc上氧化放熱，進一步提高scr溫度，滿足排放要求。

如圖1所示，本發明所述柴油機後處理排氣熱管理方法，主要由以下幾個模塊完成：scr溫度需求模塊、dpf再生溫度需求模塊、節流閥提溫模塊和尾管噴油提溫模塊。

以下是每個模塊的具體控制邏輯：

（1）scr溫度需求模塊：

scr提溫需求的目的是快速提高scr催化劑入口處的排氣溫度，以便使排溫進入催化劑最佳效率溫度區間（約250℃~400℃），提高催化劑的轉化效率。如圖2所示，根據scr前溫度和scr前目標溫度進行比較，若scr前溫度低於目標溫度，則scr提溫需求釋放。為了防止偶然性出現，將scr提溫需求進行延遲濾波處理，即只有一段時間內持續有提溫需求系統才做相應。

（2）dpf再生溫度需求模塊：

dpf再生提溫需求的目的是當doc前溫度較低（約＜250℃）時，噴入到doc上的燃油不能夠被doc氧化放熱，很難達到dpf主動再生需要的550℃以上的高溫，因此當doc溫度低於250℃時，需要熱管理快速提高doc排氣溫度。與scr提溫模塊相同，如圖3所示，根據doc前溫度和doc前目標溫度進行比較，若doc前溫度低於目標溫度，則doc提溫需求釋放。為了防止偶然性出現，將doc提溫需求進行延遲濾波處理，即只有一段時間內持續有提溫需求系統才做相應。

（3）節流閥提溫模塊：

如圖4所示，根據排氣熱管理狀態機，判斷溫度需求來自scr提溫還是doc提溫。若來自scr提溫需求，則根據發動機轉速和扭矩查詢scr提溫節流閥開度map，得到當前發動機工況下的節流閥允許最小開度，通過控制節流閥動作進行減小進氣量，提高排氣溫度；同理，若來自doc提溫需求，則根據發動機轉速和扭矩查詢doc提溫節流閥開度map，得到當前發動機工況下的節流閥允許最小開度，通過控制節流閥動作進行減小進氣量，提高排氣溫度。若同時接受到來自scr和doc的提溫請求，那麼doc的提溫請求首先被響應，執行doc提溫節流閥開度map。只有當doc溫度提升請求關閉，再響應scr提溫需求。

（4）尾管噴油提溫模塊：

在節流閥提溫不能夠滿足scr提溫要求時，採用尾管噴油提溫模塊進行進一步提高排氣溫度。一般來說，國六後處理系統主要為doc-dpf-scr，doc放置在scr上遊，即排氣先經過doc、dpf後，再流經scr後排出。因此，在後處理排氣加熱時，首先doc、dpf先被加熱，然後scr再被加熱。所以，當scr低於目標溫度時，doc溫度已經能夠滿足噴油氧化放熱的溫度條件。在doc上噴入適當的柴油進行氧化放熱，可以進一步提高scr前的排氣溫度。如圖5所示，首先根據排氣流量、doc前溫度和scr目標溫度可以計算出需求的開環噴油量。再根據scr前目標溫度和當前scr前溫度，查詢閉環修正map，得到閉環修正係數。修正係數乘以開環噴油量即得到閉環噴油量，可以滿足scr提溫需求。