一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及柴油机后处理领域，具体涉及一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置与方法。该系统包括DOC氧化型催化转化器、尿素喷射装置、混合加热装置、控制器和SDPF系统。其中混合加热装置，安置在尿素喷射装置后端柴油机排气管SDPF前端，用以进一步促进尿素的混合，防止尿素结晶，在保证混合效果的前提下减小排气背压，并在SDPF再生阶段进行温度补偿。本发明专利技术的优点在于根据传感器传输的信号切换工作模式，促进尿素液滴进一步破碎，防止尿素结晶的产生，提高混合物的均匀性，减小排气背压，并在SDPF再生时进行温度补偿，控制SDPF工作环境，有利于催化反应的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置与方法
本专利技术涉及柴油机后处理领域，具体涉及一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置与方法。SDPF(DieselParticleFilterwithSCRCoating)系统即为负载有SCR催化剂的过滤器。
技术介绍
随着汽车排放法规的日益严格，对汽车后处理系统的要求也随之加强。柴油机作为生活中一种常用的发动机，其HC和CO排放量只有汽油机的几十分之一，但NOx的排放量却比汽油机高很多，微粒PM(ParticulateMatter)排放更是汽油机的30～50倍，因此，柴油机对NOx和PM的排放控制尤为重要。柴油机颗粒捕集器(DieselParticulateFilter，DPF)，其相邻的蜂窝孔道两端交替堵孔，迫使气流通过多孔的壁面，而颗粒物被捕集在壁面孔内以及入口壁面上，过滤效率通常为85％～99.5％，被认为是当前最有效的脱除PM方法。选择性催化还原技术(SelectiveCatalyticReduction，SCR)，其常用的还原剂为一定浓度的尿素水溶液，与排气在排气管中混合，将排放污染物中的NOx还原为氮气和水，在排放到大气中，其对NOx的转换效率可达到95％，被视为最有效的脱除NOx技术。目前最常用的柴油机后处理系统是通过将氧化型催化转化器，(DieselOxidationCatalyst，DOC)、柴油机颗粒捕集器以及选择性催化还原技术串联组合使用。但这种方式也会造成串联组合体积过大、管路布置要求高、SCR低温起燃性能差等问题。因此诞生了涂覆SCR催化剂的颗粒捕集器(DieselParticleFilterwithSCRCoating，SDPF)，即将SCR催化剂直接涂覆到DPF上。SDPF技术缩短了管路布置的距离，也可显著提升SDPF的起燃速度。然而该结构使尿素混合管路缩短，不利于尿素分解后NH3在排气管中的均匀分布，且尿素泵和尿素喷嘴能力有限，不能保证混合效果达到反应效率的要求，若混合不均匀，则无法达到排放标准。例如，发动机启动时，排气管内温度较低，尿素溶液进入排气管中不能很好的雾化并于排气混合，部分尿素溶液易接触排气管壁，发生激冷湿壁效应，从而聚集结晶堵塞排气管。排气管中排气达到适当温度后，尿素也需较长的时间才能转化为NH3并在排气中扩散均匀。SDPF再生过程也需要相应的温度补偿以促使再生过程快速进行。故需要针对SDPF的工作需要来进一步完善工作环境的控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置与方法，控制器根据传感器传输的信号控制前旋流叶片锁死、前后旋流叶片的加热以及壁面加热装置的加热，促进尿素液滴进一步破碎，防止尿素结晶的产生，提高混合物的均匀性，减小排气背压，并在SDPF再生时进行温度补偿，控制SDPF工作环境，有利于催化反应的发生。本专利技术所述的一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置，包括，DOC氧化型催化转化器、尿素喷射装置、混合加热装置、控制器和SDPF系统；(1)DOC氧化型催化转化器安装于发动机后端，发动机产生的排气首先进入DOC，排气中的HC、CO、NO被氧化为H2O、CO2、NO2，并产生热量；(2)尿素喷射装置，安装于DOC氧化型催化转化器后端，混合加热装置前端，用于向柴油机排气管中喷射尿素喷雾；(3)控制器根据检测的柴油机排气管中气体流速和温度、混合加热装置中排气管内壁面温度以及SDPF系统前端气体温度和压差，判断SDPF的催化环境，并控制混合加热装置的前旋流叶片的锁死位置以及前后旋流叶片上的加热片和壁面加热装置的加热量，促进尿素液滴进一步破碎，防止尿素结晶的产生，提高混合物的均匀性，减小排气背压，并在SDPF再生时进行温度补偿，控制SDPF工作环境，有利于催化反应的发生。(4)混合加热装置安装于DOC氧化型催化转化器与SDPF系统之间，通过改变加热装置加热量和前后旋流叶片的重叠角度，进而调整混合模式；(5)SDPF系统安装于混合加热装置后端，对柴油机排气中的NOx和颗粒进行处理。进一步的，设置有传感器，包括一个流速传感器，三个温度传感器，以及一个压差传感器，上述传感器分别与控制器连接；其中流速传感器与第一温度传感器安装在DOC氧化型催化转化器后端以及尿素喷射装置前端的排气管中，用于检测进入所述混合加热装置前排气管中排气的流速与温度；第二温度传感器安装在后旋流叶片后端排气管内壁面处，由于少量尿素液滴附着于排气管内壁面形成尿素液膜，造成壁面温度下降，第二温度传感器用于检测混合加热装置中排气管内壁面温度；第三温度传感器安装在SDPF系统的入口处，用于检测SDPF系统前端气体温度；压差传感器安装在SDPF系统入口端和出口端，用于获得SDPF的压力差信号。进一步的，所述混合加热装置由三部分组成：(1)壁面加热装置，包裹在排气管外用以加热排气管壁，包裹位置处于尿素液滴易于附着位置，促使尿素加快热分解混合。(2)前旋流叶片，可在排气的带动下自由转动；在满足相应工作条件下可通过控制器控制锁止停止转动，与后旋流叶片组合作为静态旋流混合器；根据控制器控制锁止位置，调整前后旋流叶片重叠角度，调整湍流动能以及减小背压；叶片背面背离排气流动方向后半部分安装有加热片。(3)后旋流叶片，与排气管连接不发生转动，支撑固定整个前后旋流叶片结构；叶片结构与前旋流叶片相同，都具有导流作用；叶片背面背离排气流动方向后半部分安装有加热片。进一步的，利用所述装置主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制方法，具体步骤如下：(1)当发动机开始运行时，所述SDPF系统中的压差传感器测得的压差ΔP≤16kPa，SDPF系统处于非再生阶段，所述第一温度传感器测得的排气温度T1＜300℃时，前旋流叶片处于自由转动状态，在排气的带动下，前旋流叶片高速转动，大部分尿素液滴受到撞击后进一步破碎，并加快尿素与排气的混合速度；少部分尿素液滴附着于前旋流叶片上，在高速转动和排气温度的条件下分解出NH3并与排气的混合，一方面相较于温度较低的排气管壁面，温度较高的前旋流叶片使得液滴快速蒸发分解，另一方面使得液滴均匀分散在前旋流叶片上，避免形成大面积液膜，降低结晶物生成的风险；前后旋流叶片上安装有加热片，对排气进行温度补偿，加热温度T：其中kp为比例增益，Tt为积分时间常数，TD为微分时间常数，ΔT1为与目标温度300℃的差值，以控制反应气温度快速达到目标温度提高催化剂活性，有利于催化反应发生。(2)当发动机开始运行时，所述SDPF系统中的压差传感器测得的压差ΔP≤16kPa，SDPF系统处于非再生阶段，所述第一温度传感器测得的排气温度T1≥300℃，排气管内温度足以保证SDPF系统的工作，前旋流叶片锁死，不对前后旋流叶片上的加热片加热；此时被锁死的前旋流叶片与后旋流叶片组合起到静态旋流混合器作用，促进尿素与排气的混合。(3)当发动机开始运行时，所述前旋流叶片处于锁死状态时，所述流速传感器测得流速，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置，其特征在于，所述装置包括，DOC氧化型催化转化器、尿素喷射装置、混合加热装置、控制器和SDPF系统；/nDOC氧化型催化转化器安装于发动机后端，发动机产生的排气首先进入DOC，排气中的HC、CO、NO被氧化为H

【技术特征摘要】
1.一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置，其特征在于，所述装置包括，DOC氧化型催化转化器、尿素喷射装置、混合加热装置、控制器和SDPF系统；
DOC氧化型催化转化器安装于发动机后端，发动机产生的排气首先进入DOC，排气中的HC、CO、NO被氧化为H2O、CO2、NO2，并产生热量；
尿素喷射装置，安装于DOC氧化型催化转化器后端，混合加热装置前端，用于向柴油机排气管中喷射尿素喷雾；
控制器根据检测的柴油机排气管中气体流速和温度、混合加热装置中排气管内壁面温度以及SDPF系统前端气体温度和压差，判断SDPF的催化环境，并控制混合加热装置的前旋流叶片的锁死位置以及前后旋流叶片上的加热片和壁面加热装置的加热量，促进尿素液滴进一步破碎，防止尿素结晶的产生，提高混合物的均匀性，减小排气背压，并在SDPF再生时进行温度补偿，控制SDPF工作环境，有利于催化反应的发生；
混合加热装置安装于DOC氧化型催化转化器与SDPF系统之间，通过改变加热装置加热量和前后旋流叶片的重叠角度，进而调整混合模式；
SDPF系统安装于混合加热装置后端，对柴油机排气中的NOx和颗粒进行处理。


2.如权利要求1所述的一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置，其特征在于，还有设置有传感器，包括一个流速传感器，三个温度传感器，以及一个压差传感器，上述传感器分别与控制器连接；其中流速传感器与第一温度传感器安装在DOC氧化型催化转化器后端以及尿素喷射装置前端的排气管中，用于检测进入所述混合加热装置前排气管中排气的流速与温度；第二温度传感器安装在后旋流叶片后端排气管内壁面处，由于少量尿素液滴附着于排气管内壁面形成尿素液膜，造成壁面温度下降，第二温度传感器用于检测混合加热装置中排气管内壁面温度；第三温度传感器安装在SDPF系统的入口处，用于检测SDPF系统前端气体温度；压差传感器安装在SDPF系统入口端和出口端，用于获得SDPF的压力差信号。


3.如权利要求1所述的一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置，其特征在于，所述混合加热装置由三部分组成：
壁面加热装置，包裹在排气管外用以加热排气管壁，包裹位置处于尿素液滴易于附着位置，促使尿素加快热分解混合；
前旋流叶片，可在排气的带动下自由转动；在满足相应工作条件下可通过控制器控制锁止停止转动，与后旋流叶片组合作为静态旋流混合器；根据控制器控制锁止位置，调整前后旋流叶片重叠角度，调整湍流动能以及减小背压；叶片背面背离排气流动方向后半部分安装有加热片；
后旋流叶片，与排气管连接不发生转动，支撑固定整个前后旋流叶片结构；叶片结构与前旋流叶片相同，都具有导流作用；叶片背面背离排气流动方向后半部分安装有加热片。


4.如权利要求3所述的一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置，其特征在于，所述前旋流叶片以及后旋流叶片中的叶片布置采取圆周阵列排布，每周叶片数量为5～15，叶片安装角度为-45°～45°，叶片斜置角度为-45°～45°；前后旋流叶片背面背离排气流动方向后半部分安装有加热片，加热片尺寸为30％～100％的叶片背面面积，加热片安装位置为叶片背面中部或后部。


5.如权利要求3所述的一种主动调控柴油机SDPF系统工作环境的控制装置，其特征在于，所述前旋流叶片以及后旋流叶片中的叶片材料为马氏体钢、马氏体-铁素体钢、铁素体钢、铁基不锈钢、镍基合金、陶瓷基复合材料、钛合金、铝合金或陶瓷涂层的合金材料；加热片以及壁面加热装置材料为陶瓷加热片或金属加热片。


6.利用如权利要求1所述的装置主动调控柴油机S...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷利利，张宇博，王攀，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32