CN120007420B - 一种尾气后处理控制方法、系统及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机尾气处理领域，尤其涉及一种尾气后处理控制方法、系统及控制装置。在冷启动时，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作，这样可实现后级喷嘴工作的同时实现氨存储的目的，以为后级喷嘴进行独立工作提供快速启动的条件，此外，后级喷嘴与前级喷嘴二者选择性的被启动，可实现二者相互配合以提高催化效率的前提下以降低尿素的喷射量。

Description

一种尾气后处理控制方法、系统及控制装置

技术领域

本发明涉及发动机尾气处理领域，尤其涉及一种尾气后处理控制方法、系统及控制装置。

背景技术

目前，柴油车通过设置SCR系统来处理尾气中NOx，即在催化剂的作用下喷入还原剂氨或尿素，把尾气中的NOx还原成N₂和H₂O。

现有的尾气后处理系统，通过设置了前级SCR和后级SCR以提高尾气的处理效率，然而前级SCR对应的前级喷嘴和后级SCR对应的后级喷嘴在尾气处理过程中处于持续喷射工作状态，这样会导致前级SCR和后级SCR工作时由于温度的不同催化效率下降，导致尿素整体消耗量上升。

因此，亟需一种尾气后处理控制方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种尾气后处理控制方法、系统及控制装置，在提高尾气后处理的效率的前提下控制前级喷嘴和后级喷嘴协调工作。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种尾气后处理控制方法，包括如下步骤：

检测前级选择性催化还原器进口处温度和后级选择性催化还原器的进口处温度；

冷启动时，前级选择性催化还原器对应的前级喷嘴与后级选择性催化还原器对应的后级喷嘴根据检测到的后级选择性催化还原器的进口温度被选择性地启动，其中，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作。

作为上述尾气后处理系统的一种优选技术方案，所述后级喷嘴至少以预设占空比进行工作包括：

当后级选择性催化还原器的温度在第一温度预设区间内时，所述后级喷嘴以预设占空比启动工作，以建立所述后级选择性催化还原器的氨存储，所述后级选择性催化还原器的氨存储计算值达到阈值时停止喷射，所述前级喷嘴同时启动工作；

当所述后级选择性催化还原器的温度高于第一预设温度时，则所述后级喷嘴工作，所述前级喷嘴不工作；

当所述后级选择性催化还原器的温度在第二温度预设区间内，则根据发动机的排气流量、所述前级选择性催化还原器的温度、所述后级选择性催化还原器的温度及氮氧化合物浓度以调整所述前级喷嘴和所述后级喷嘴的喷射量。

作为上述尾气后处理系统的一种优选技术方案，所述第一温度预设区间为180℃-200℃。

作为上述尾气后处理系统的一种优选技术方案，所述预设占空比的取值范围为30％-50％。

作为上述尾气后处理系统的一种优选技术方案，所述第二温度预设区间为200℃-230℃。

作为上述尾气后处理系统的一种优选技术方案，所述第一预设温度为230℃。

第二方面，本发明提供一种尾气后处理系统，采用上述任一方案所述的尾气后处理控制方法，包括尿素泵、前级选择性催化还原器、前级喷嘴、后级喷嘴和后级选择性催化还原器，沿发动机尾气的流动方向，所述前级喷嘴的后端依次连接有所述前级选择性催化还原器与所述后级选择性催化还原器，所述后级喷嘴位于所述前级选择性催化还原器与所述后级选择性催化还原器之间，所述前级喷嘴与所述后级喷嘴均与所述尿素泵连接。

作为上述尾气后处理系统的一种优选技术方案，所述尾气后处理系统还包括氧化催化器和颗粒捕集器，所述氧化催化器和所述颗粒捕集器依次设置于所述前级选择性催化还原器和后级选择性催化还原器之间；或，

所述尾气后处理系统还包括集成氧化催化功能的颗粒过滤器，所述集成氧化催化功能的颗粒过滤器设置于所述前级选择性催化还原器和后级选择性催化还原器之间。

作为上述尾气后处理系统的一种优选技术方案，所述前级选择性催化还原器的长度和所述集成氧化催化功能的颗粒过滤器的长度间的比值范围为1:1～1:2；

或，所述颗粒捕集器的外表面具有涂层，所述涂层为高铂占比涂层，所述涂层中铂与钯的占比大于(12:1)。

第三方面，本发明提供一种尾气后处理控制装置，执行上述任一方案所述的尾气后处理控制方法进行控制，包括：

检测单元，用于检测前级选择性催化还原器进口处温度和后级选择性催化还原器的进口处温度；

执行单元，冷启动时，用于前级选择性催化还原器对应的前级喷嘴与后级选择性催化还原器对应的后级喷嘴根据检测到的后级选择性催化还原器的进口温度被选择性地启动，其中，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供的尾气后处理控制方法、系统及控制装置，在冷启动时，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作，这样可实现后级喷嘴工作的同时实现氨存储的目的，以为后级喷嘴进行独立工作提供快速启动的条件，此外，后级喷嘴与前级喷嘴二者选择性的被启动，可实现二者相互配合以提高催化效率的前提下以降低尿素的喷射量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的尾气后处理控制方法的主要流程示意图；

图2为本发明实施例提供的尾气后处理控制方法的详细流程示意图；

图3为本发明实施例提供的尾气后处理系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的尾气后处理控制装置的结构示意图。

图中：

1、前级选择性催化还原器；2、后级选择性催化还原器；3、前级喷嘴；4、集成氧化催化功能的颗粒过滤器；5、混合器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种尾气后处理控制方法，在保证催化效率的同时降低尿素消耗。

如图1所示，该尾气后处理控制方法，包括如下步骤：

S110、检测前级选择性催化还原器进口处温度和后级选择性催化还原器的进口处温度；

S120、冷启动时，前级选择性催化还原器对应的前级喷嘴与后级选择性催化还原器对应的后级喷嘴根据检测到的后级选择性催化还原器的进口温度被选择性地启动，其中，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作。

本发明提供的尾气后处理控制方法，在冷启动时，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作，这样可实现后级喷嘴工作的同时实现氨存储的目的，以为后级喷嘴进行独立工作提供快速启动的条件，此外，后级喷嘴与前级喷嘴二者选择性的被启动，可实现二者相互配合以提高催化效率的前提下以降低尿素的喷射量。

需要说明的是，前级选择性催化还原器和后级选择性催化还原器二者通过温度传感器检测温度。

如图2所示，具体地，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作包括：

S121、当后级选择性催化还原器的温度在第一温度预设区间内时，后级喷嘴以预设占空比启动工作，以建立后级选择性催化还原器的氨存储，后级选择性催化还原器的氨存储计算值达到阈值时停止喷射，前级喷嘴同时启动工作；

在第一温度预设区间内时，前级喷嘴和后级喷嘴同时工作，而后级喷嘴以预设占空比启动工作，这样前级选择性催化还原器以高效的催化效率工作，而后级喷嘴以预设占空比工作，对流出前级选择性催化还原器的尾气进行二次催化，进而提高尾气整体的催化效率。

选择性催化还原器的氨存储是涂层的本身特性，通过涂层的小样试验获得不同温度、空速下的氨存储的量。在台架标定阶段，通过与发动机工况相关联，即可得到不同温度、空速下，存满氨存储的时间，从而得到氨存储速率；实际运行过程中，通过对氨存储量进行积分即可判断载体内的氨存储。通过比较氨存储积分值和理论的氨存储量之间对比，确认氨存储是否存满。

S122、当后级选择性催化还原器的温度高于第一预设温度时，则后级喷嘴工作，前级喷嘴不工作；

此时前级选择性催化还原器的温度远大于第一预设温度，而前级选择性催化还原器的温度过高会导致前级选择性催化还原器的催化效率降低，而前级喷嘴喷出的尿素使用效率降低，而后级选择性催化还原器的催化效率高，为此限定前级喷嘴不工作则可降低尿素的消耗量，且催化效率无明显下降。另外控制器在此时只控制后级喷嘴工作，喷射的精确度会更高。

S123、当后级选择性催化还原器的温度在第二温度预设区间内，则根据发动机的排气流量、前级选择性催化还原器的温度、后级选择性催化还原器的温度及氮氧化合物浓度以调整前级喷嘴和后级喷嘴的喷射量。

当后级选择性催化还原器的温度在第二温度预设区间内时，根据上述参数以调节前级喷嘴和后级喷嘴的喷射量，进而在提高催化效率的前提下以降低尿素的消耗。需要说明的是，发动机的排气流量、前级选择性催化还原器的温度、后级选择性催化还原器的温度、氮氧化合物浓度、前级喷嘴喷射量和后级喷嘴的喷射量之间的关系通过查表获得，而表格具体是根据前期发动机标定获得的，故本实施例中不做具体限定。

需要说明的是，氮氧化合物浓度通过氮氧传感器获得，发动机的排气流量则通过进气流量计获得。

尿素泵为单个或者多个，前级喷嘴与后级喷嘴连接至同一尿素泵或者分别与不同的尿素泵进行连接。

至少是前级选择性催化还原器的体积大于常规选择性催化还原器的体积。

综述上述方案，通过将后级选择性催化还原器的温度进行分区，根据不同温度区域后级选择性催化还原器的催化效率不同以及不同温度区域前级选择性催化还原器的催化效率不同，通过对不同温度区域内选择性控制后级选择性催化还原器和前级选择性催化还原器进行工作，能够减少尿素的使用量，提高催化效率。

在一些实施例中，第一温度预设区间为180℃-200℃，也即第一温度预设区间的最低温度为180℃，第一温度预设区域的最高温度为200℃，当后级选择性催化还原器内的温度介于第一温度预设区间内时，则前级选择性催化还原器内的温度更高，且前级选择性催化还原器的催化效率达到最佳，可使后级喷嘴以预设占空比启动工作，以建立所述后级选择性催化还原器的氨存储，便于后级选择性催化还原器内温度达到第一预设温度后快速启动后级选择性催化还原器独立工作，实现良好的催化效率。

在一些实施例中，预设占空比为30％-50％占空比，举例地，预设占空比可选为30％、35％、40％、45％和50％占空比，本实施例中不做具体限定。需要说明的是，预设占空比的具体选择也需依据后级选择性催化还原器的温度进行，优选地，预设占空比可选为50％，占空比具体数值的确定根据实验获得，在其他一些工况下，占空比数值不限于此。

在一些实施例中，所述第二温度预设区间为200℃-230℃，也即第二温度预设区间的最低温度为200℃，第一温度预设区域的最高温度为230℃，当后级选择性催化还原器内的温度介于第二温度预设区间内时，则前级选择性催化还原器内的温度更高，且前级选择性催化还原器的催化效率变差，而后级选择性催化还原器的效率变提高，如此可通过前级喷嘴和后级喷嘴二者配合使用以使系统的整体催化效率达到最优，实现良好的催化效率并降低尿素的使用。

在一些实施例中，第一预设温度为230℃，也即当后级选择性催化还原器的温度超过230℃时，后级选择性催化还原器的催化效率达到最高，而前级选择性催化还原器的催化效率严重降低，催化效果差，而通过控制后级喷嘴独立工作，也即后级喷嘴承担全部喷射量，按照100％的占空比进行喷射，而前级喷嘴不工作可保证在催化效率不降低的前提下降低尿素的消耗。

在本发明的实施例中，还提供了一种尾气后处理系统，采用本实施例提供的尾气后处理控制方法，如图3所示，该尾气后处理系统包括尿素泵、前级选择性催化还原器1、前级喷嘴3、后级喷嘴和后级选择性催化还原器2，沿发动机尾气的流动方向，前级喷嘴3的后端依次连接有前级选择性催化还原器1与后级选择性催化还原器2，后级喷嘴位于前级选择性催化还原器1与后级选择性催化还原器2之间，前级喷嘴3与后级喷嘴均与尿素泵连接。

由于尾气后处理系统采用本发明提供的尾气后处理控制方法进行对前级喷嘴3和后级喷嘴的控制，在冷启动时，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作，这样可实现后级喷嘴工作的同时实现氨存储的目的，以为后级喷嘴进行独立工作提供快速启动的条件，此外，后级喷嘴与前级喷嘴3二者选择性的被启动，可实现二者相互配合以提高催化效率的前提下以降低尿素的喷射量。

尾气中氮氧污染物，经过前级喷嘴3、前级选择性催化还原器1后，部分被转换，残留有氮氧污染物，后级喷嘴喷射对应尿素溶液，与剩余氮氧污染物混合，经过后级选择性催化还原器2转换，两次尿素喷射充分利用了后级选择性催化还原器2的温度对其转化效率的影响，也考虑到整车的实际布置条件，实现非常高的转换效率。

在一些实施例中，尾气后处理系统还包括氧化催化器(MOC)和颗粒捕集器(DPF)，氧化催化器和颗粒捕集器依次设置于前级选择性催化还原器1和后级选择性催化还原器2之间。也即在前级喷嘴3的后端，前级选择性催化还原器1、氧化催化器、颗粒捕集器和后级选择性催化还原器2依次连接，后级喷嘴位于后级选择性催化还原器2和颗粒捕集器之间。此外，前级选择性催化还原器1、氧化催化器、颗粒捕集器和后级选择性催化还原器2可位于U型后处理本体内，通过优化载体的布置，实现双级SCR后处理架构，重量更轻，成本更低。

在另一些实施例中，如图3所示，尾气后处理系统还包括集成氧化催化功能的颗粒过滤器(DDPF)，集成氧化催化功能的颗粒过滤器4依次设置于前级选择性催化还原器1和后级选择性催化还原器2之间，也即在前级喷嘴3的后端，前级选择性催化还原器1、集成氧化催化功能的颗粒过滤器4、混合器5和后级选择性催化还原器2依次连接，而后级喷嘴位于混合器5和后级选择性催化还原器2之间。此外，前级选择性催化还原器1、集成氧化催化功能的颗粒过滤器4和后级选择性催化还原器2在U型后处理本体内，通过优化载体的布置，实现双级SCR后处理架构，重量更轻，成本更低。

具体地，为了提高前级选择性催化还原器1的催化效率，前级选择性催化还原器1的长度和集成氧化催化功能的颗粒过滤器4的长度间的比值范围为1:1～1:2，举例地，前级选择性催化还原器1的长度和集成氧化催化功能的颗粒过滤器4的长度间的比值可选为1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9或1:2，本实施例中不做具体限定。通过上传限定，相较于现有技术而言，增加了前级选择性催化还原器1的长度尺寸，能进一步提升前级选择性催化还原器1降低氮氧化合物的能力，也即提升前级选择性催化还原器1的催化效率，可以适应更高的发动机原排(发动机热效率提升对应原排增加)，降低发动机油耗。

本发明提供的为期后处理系统，取消了HC喷射系统(碳氢喷射系统)，因此DPF再生方式一般选择为被动再生，同时保留缸内后喷再生作为安全措施。

在一些实施例中，颗粒捕集器的外表面具有涂层，涂层为高铂占比涂层，涂层中铂与钯的占比大于(12:1)。如此可提升DOC氧化能力，从而氧化NO而生成NO₂，促进碳烟的被动再生。

本发明还提供了一种尾气后处理控制装置，执行本实施例提供的尾气后处理控制方法，如图4所示，该控制装置包括检测单元201和执行单元202，其中检测单元201用于检测前级选择性催化还原器的进口温度和后级选择性催化还原器的进口温度；执行单元202在冷启动时用于使前级选择性催化还原器对应的前级喷嘴与后级选择性催化还原器对应的后级喷嘴根据检测到的后级选择性催化还原器的进口温度被选择性地启动，其中，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作。

具体地，执行单元202包括第一执行单元、第二执行单元和第三执行单元，其中第一执行单元在检测单元201检测到后级选择性催化还原器的温度在第一温度预设区间内时，第一执行单元控制后级喷嘴以预设占空比启动工作，以建立后级选择性催化还原器的氨存储，后级选择性催化还原器的氨存储计算值达到阈值时停止喷射，第一执行单元控制前级喷嘴同时启动工作，第二执行单元在检测单元201检测到后级选择性催化还原器的温度高于第一预设温度时，则第三执行单元控制后级喷嘴工作，前级喷嘴不工作，当第三执行单元在检测单元201检测到后级选择性催化还原器的温度在第二温度预设区间内，则第三执行单元根据发动机的排气流量、前级选择性催化还原器的温度、后级选择性催化还原器的温度及氮氧化合物浓度以调整前级喷嘴和后级喷嘴的喷射量。

由于尾气后处理控制装置采用本发明提供的尾气后处理控制方法进行对前级喷嘴和后级喷嘴的控制，在冷启动时，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作，这样可实现后级喷嘴工作的同时实现氨存储的目的，以为后级喷嘴进行独立工作提供快速启动的条件，此外，后级喷嘴与前级喷嘴二者选择性的被启动，可实现二者相互配合以提高催化效率的前提下以降低尿素的喷射量。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种尾气后处理控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

检测前级选择性催化还原器进口处温度和后级选择性催化还原器的进口处温度；

冷启动时，前级选择性催化还原器对应的前级喷嘴与后级选择性催化还原器对应的后级喷嘴根据检测到的后级选择性催化还原器的进口温度被选择性地启动，其中，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作；

所述后级喷嘴至少以预设占空比进行工作包括：

当后级选择性催化还原器的温度在第一温度预设区间内时，所述后级喷嘴以预设占空比启动工作，以建立所述后级选择性催化还原器的氨存储，所述后级选择性催化还原器的氨存储计算值达到阈值时停止喷射，所述前级喷嘴同时启动工作；

当所述后级选择性催化还原器的温度高于第一预设温度时，则所述后级喷嘴工作，所述前级喷嘴不工作；

当所述后级选择性催化还原器的温度在第二温度预设区间内，则根据发动机的排气流量、所述前级选择性催化还原器的温度、所述后级选择性催化还原器的温度及氮氧化合物浓度以调整所述前级喷嘴和所述后级喷嘴的喷射量。

2.根据权利要求1所述的尾气后处理控制方法，其特征在于，所述第一温度预设区间为180℃-200℃。

3.根据权利要求1所述的尾气后处理控制方法，其特征在于，所述预设占空比的取值范围为30%-50%。

4.根据权利要求1所述的尾气后处理控制方法，其特征在于，所述第二温度预设区间为200℃-230℃。

5.根据权利要求1所述的尾气后处理控制方法，其特征在于，所述第一预设温度为230℃。

6.一种尾气后处理系统，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的尾气后处理控制方法，包括尿素泵、前级选择性催化还原器、前级喷嘴、后级喷嘴和后级选择性催化还原器，沿发动机尾气的流动方向，所述前级喷嘴的后端依次连接有所述前级选择性催化还原器与所述后级选择性催化还原器，所述后级喷嘴位于所述前级选择性催化还原器与所述后级选择性催化还原器之间，所述前级喷嘴与所述后级喷嘴均与所述尿素泵连接。

7.根据权利要求6所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述尾气后处理系统还包括氧化催化器和颗粒捕集器，所述氧化催化器和所述颗粒捕集器依次设置于所述前级选择性催化还原器和后级选择性催化还原器之间；或，

所述尾气后处理系统还包括集成氧化催化功能的颗粒过滤器，所述集成氧化催化功能的颗粒过滤器设置于所述前级选择性催化还原器和后级选择性催化还原器之间。

8.根据权利要求7所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述前级选择性催化还原器的长度和所述集成氧化催化功能的颗粒过滤器的长度间的比值范围为1:1~1:2；

或，所述颗粒捕集器的外表面具有涂层，所述涂层为高铂占比涂层，所述涂层中铂与钯的占比大于（12:1）。

9.一种尾气后处理控制装置，执行权利要求1-5任一项所述的尾气后处理控制方法进行控制，包括：

检测单元，用于检测前级选择性催化还原器进口处温度和后级选择性催化还原器的进口处温度；

执行单元，冷启动时，用于前级选择性催化还原器对应的前级喷嘴与后级选择性催化还原器对应的后级喷嘴根据检测到的后级选择性催化还原器的进口温度被选择性地启动，其中，后级喷嘴至少以预设占空比进行工作。