CN211819579U

CN211819579U - 柴油机及其后处理系统

Info

Publication number: CN211819579U
Application number: CN201922336682.4U
Authority: CN
Inventors: 孙婷; 吕志华; 文志永; 仲昆; 张学敏
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2029-12-20

Abstract

本实用新型提供了一种柴油机及其后处理系统，在本实用新型提供的后处理系统中，废气主通管路与内燃机的排气口连通，该废气主通管路中具有后处理设备，用于对所述内燃机排出的废气进行碳颗粒捕集以及氮氧化物净化，废气主通管路中的第一连通口和第二连通口分别与废气旁通管路的进气口和出气口连通，如果废气旁通管路中的废气旁通阀开启，则废气旁通管路用于为内燃机排出的一部分废气预供还原性气体以及预热。应用本实用新型提供的后处理系统，能够在发动机低温状态下有效提高氮氧化物的转化效率，从而降低氮氧化物的排放，同时通过废气旁通管路对部分分期进行预热，还可以使得废气温度迅速提升至DPF再生所需温度，保证DPF的主动再生顺利进行。

Description

柴油机及其后处理系统

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，更具体的说，涉及一种柴油机及其后处理系统。

背景技术

随着科学技术的不断发展，发动机被广泛的应用于人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们不可或缺的重要工具。

柴油机是一种主流发动机之一，被广泛的应用于车辆、船舶、工程机械设备以及发电机组等领域。柴油机在汽车中的应用日益广泛，同时面临排放法规不断加严和排放限值不断降低的挑战。随着排放法规的加严，需要进一步优化柴油机的性能，提高柴油机热管理技术，从而满足排放法规的限值。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种柴油机及其后处理系统，能够在发动机低温状态下有效提高氮氧化物的转化效率，从而降低氮氧化物的排放，从而实现DPF的主动再生。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种柴油机的后处理系统，包括：

废气主通管路，所述废气主通管路与内燃机的排气口连通，所述废气主通管路具有后处理设备，用于对所述内燃机排出的废气进行碳颗粒捕集以及氮氧化物净化；所述内燃机的排气口与所述后处理设备之间的废气主通管路具有第一连通口以及第二连通口；

废气旁通管路，所述废气旁通管路的进气口与所述第一连通口连通，其出气口与所述第二连通口连通；所述废气旁通管路中具有废气旁通阀，如果所述废气旁通阀开启，所述废气旁通管路用于为所述内燃机排出的一部分废气预供还原性气体以及预热。

优选的，在上述的后处理系统中，在所述废气主通管路内部废气的传输方向上，所述后处理设备包括：

依次设置的第一SCR设备、HC喷射器、DOC设备、DPF设备、主尿素喷射系统以及第二SCR设备；所述内燃机的排气口与所述第一SCR设备之间的废气主通管路具有所述第一连通口以及所述第二连通口。

优选的，在上述的后处理系统中，所述后处理设备还包括：位于所述第二连通口与所述第一SCR设备之间的第一温度传感器；

如果所述第一温度传感器所采集的温度小于第一设定阈值和/或所述柴油机的水温小于所述第一设定阈值，所述废气旁通阀开启；如果所述第一温度传感器所采集的温度不小于所述第一设定阈值，所述废气旁通阀关闭。

优选的，在上述的后处理系统中，如果所述第一温度传感器所采集的温度不小于所述第一设定阈值，且所述柴油机触发DPF再生后，所述HC喷射器开启，向所述废气主通管路内喷射碳氢化合物，所述碳氢化合物在所述DOC 设备氧化释放热量，以使得所述DPF设备燃烧内部碳烟颗粒，完成DPF再生。

优选的，在上述的后处理系统中，所述后处理设备还包括：位于所述主尿素喷射系统与所述第二SCR设备之间的第二温度传感器；

如果所述第二温度传感器所采集的温度不小于第二设定阈值，所述主尿素喷射系统开启，反之则关闭。

优选的，在上述的后处理系统中，所述废气旁通管路中，在所述废气旁通阀与所述第二连通口之间设置有辅助尿素喷射系统以及电加热器；所述辅助尿素喷射系统位于所述废气旁通阀与所述电加热器之间；

其中，所述还原性气体为NH₃；如果所述废气旁通阀开启，所述辅助尿素喷射系统以及所述电加热器均开启，所述辅助尿素喷射系统用于向所述废气旁通管路喷射尿素水溶液，所述电加热器用于加热所述废气旁通管路中气体，加速所述尿素水溶液分解为NH₃；如果所述废气旁通阀关闭，所述辅助尿素喷射系统以及所述电加热器均关闭。

优选的，在上述的后处理系统中，还包括：涡轮增压机；所述涡轮增压机包括设置在所述内燃机的进气管路中的压气机以及设置在所述废气主通管路中的涡轮机；

其中，所述废气主通管路中传输废气能够驱动所述涡轮机转动，以带动所述压气机对所述进气管路中气体进行加压；所述涡轮机位于所述第一连通口与所述第二连通口之间。

优选的，在上述的后处理系统中，所述进气管路具有中冷器和空滤器，所述中冷器位于所述内燃机进气口与所述空滤器之间，所述涡轮增压机位于所述中冷器与所述空滤器之间。

本实用新型还提供一种柴油机，包括上述任一项所述的后处理系统。

根据上述描述可知，本实用新型实施例提供的后处理系统中，废气主通管路与内燃机的排气口连通，该废气主通管路中具有后处理设备，用于对所述内燃机排出的废气进行碳颗粒捕集以及氮氧化物净化，废气主通管路中的第一连通口和第二连通口分别与废气旁通管路的进气口和出气口连通，如果废气旁通管路中的废气旁通阀开启，则废气旁通管路用于为内燃机排出的一部分废气预供还原性气体以及预热。应用本实用新型提供的后处理系统，能够在发动机低温状态下有效提高氮氧化物的转化效率，从而降低氮氧化物的排放，同时通过废气旁通管路对部分分期进行预热，还可以使得废气温度迅速提升至DPF再生所需温度，保证DPF的主动再生。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种柴油机后处理系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种柴油机后处理系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

正如背景技术中描述的，柴油机在汽车中的应用日益广泛，同时面临排放法规不断加严和排放限值不断降低的挑战。随着排放法规的加严，需要进一步优化柴油机的性能，提高柴油机热管理技术，从而满足排放法规的限值。

为了解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种柴油机及其后处理系统，所述后处理系统包括：

现有柴油机欧六后处理技术采用DOC(Diesel Oxidation Catalyst,氧化型催化器)+DPF(Diesel Particulate Filter，颗粒捕捉器)+SCR(Selective CatalyticReduction，选择性催化还原)技术路线降低尾气污染物，其中SCR作为降低柴油机氮氧化物排放的重要技术，目前已经得到了广泛的应用。其中DPF是一种高效净化颗粒物的方式，通过具有极小孔隙的过滤介质捕集柴油机尾气中的固态碳粒和吸附可溶性有机成分的碳烟，并通过再生技术除去DPF内沉积的颗粒。SCR的工作原理是当排气温度达到一定范围时，通过向尾气中喷射尿素水溶液，尿素在汽化段迅速水解释放出NH₃(氨气)，NH₃与尾气中的氮氧化物发生选择性催化还原反应，并将其转化为氮气和水蒸气，从而实现净化氮氧化物的目的。

现有技术中SCR系统通过向废气中喷射尿素水溶液，从而降低氮氧化物的排放。但是在冷态测试循环或城市驾驶工况下，如果柴油机排气温度低，经过后处理设备后难以达到尿素水解的温度，导致在低温工况下，氮氧化物不能转化为氨气，不仅不能将氮氧化物转化为氮气和水蒸气，未反应的尿素还会使得空气污染加重。

因此，本实用新型提供了一种柴油机的后处理系统，能够在发动机冷启动或者低温工况下提高尾气温度，达到尿素喷射的起喷温度，有效提高氮氧化物的转化效率，进而实现降低氮氧化物排放的目的。同时能够解决当DPF 触发主动再生时，能够提高HC(HydroCarbon，碳氢喷射器)喷射器的起喷温度，通过所述废气旁通管路为所述内燃机排出的一部分废气预供还原性气体以及预热，不仅可以保证SRC处理过程中氮氧化物的转换效率，还可以防止DPF触发主动再生时，排气温度过低，阻碍再生的问题。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本实用新型实施例提供的一种柴油机后处理系统的结构示意图，如图1所示，所述柴油机的后处理系统包括：

废气主通管路11，所述废气主通管路11与内燃机12的排气口连通，所述废气主通管路11具有后处理设备16，用于对所述内燃机12排出的废气进行碳颗粒捕集以及氮氧化物净化；所述内燃机12的排气口与所述后处理设备 16之间的废气主通管路11具有第一连通口以及第二连通口；

废气旁通管路13，所述废气旁通管路13的进气口与所述第一连通口连通，其出气口与所述第二连通口连通；所述废气旁通管路13中具有废气旁通阀15，如果所述废气旁通阀15开启，所述废气旁通管路13用于为所述内燃机12排出的一部分废气预供还原性气体以及预热。

如图1所示，所述内燃机的进气口通过进气管路14输入空气，用于燃料燃烧。

本申请技术方案中，当发动机处于冷启动、怠速或者其他低温工况下，通过ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)调节废气旁通阀15开启的角度，一部分废气通过废气旁通阀15节流后进入废气旁通管路13，该废气旁通管路13用于为内燃机12排出的一部分废气预供还原性气体以及预热，所述还原性气体可以为NH₃，内燃机排出的另一部分废气通过废气与所述废气旁通管路13中排除的气体在所述废气主通管路11汇流排出后，通过所述后处理设备16处理后排出。

本实用新型实施例所述后处理系统中，所述后处理设备16的实现方式可以如图2所示。

参考图2，图2为本实用新型实施例提供的另一种柴油机后处理系统的结构示意图，图2所示方式中，所述废气主通管路11内部废气的传输方向上，所述后处理设备16包括：依次设置的第一SCR设备21、HC喷射器22、DOC 设备23、DPF设备24、主尿素喷射系统25以及第二SCR设备26；所述内燃机12的排气口与所述第一SCR设备21之间的废气主通管路11具有所述第一连通口以及所述第二连通口。所述第一SCR设备21为废气旁通管路13的紧耦合SCR设备。

在低温工况下，如温度参数低于设定阈值，使得所述废气旁通阀15至少部分开启，所述内燃机12排出的废气，一部分会通过废气旁通管路13预处理，该处理包括预供还原性气体以及预热，从而使得流经所述后处理设备16 内的废气温度提高，能够满足SCR处理和DPF再生所述需温度，不仅可以保证SRC处理过程中氮氧化物的转换效率，还可以防止DPF触发主动再生时，排气温度过低，阻碍再生的问题。

本实用新型实施例所述后处理系统中，所述后处理设备16的实现方式进一步的还可以如图3所示。

参考图3，图3为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图，图3所示方式中，所述后处理设备16还包括：位于所述第二连通口与所述第一SCR设备21之间的第一温度传感器31；如果所述第一温度传感器31所采集的温度小于第一设定阈值和/或所述柴油机的水温小于所述第一设定阈值，所述废气旁通阀15开启，包括部分开启或是全部开启。

如果所述第一温度传感器31所采集的温度不小于所述第一设定阈值，表明所述废气主通管路11中废气温度满足后处理设备16进行SCR处理和DPF 再生所需问题，所述废气旁通阀15关闭，以避免废气旁通管路13分流废气导致压力降低，影响排气速率，同时避免由于压力降低对后续实施例中对涡轮增压机的性能影响。其中，所述柴油机的水温可以通过单独的水温传感器进行测量。

通过ECU对废气旁通阀15的控制，实现在不同温度下对排气的节流。所述ECU分别与所述第一温度传感器31以及所述水温传感器连接，基于所述第一温度传感器31或是所述水温传感器的温度采集参数控制说话时旁通阀的开关状态。

进一步的，如果所述第一温度传感器31所采集的温度不小于所述第一设定阈值，且所述柴油机触发DPF再生后，所述HC喷射器22开启，向所述废气主通管路11内喷射碳氢化合物，所述碳氢化合物在所述DOC设备23氧化释放热量，以使得所述DPF设备24燃烧内部碳烟颗粒，完成DPF再生。

需要说明的是，如果所述第一温度传感器31所采集的温度小于所述第一设定阈值，则HC喷射器22关闭。其中，所述第一设定阈值可以基于需求进行设定，本申请不做具体限定。

如果所述第一温度传感器31所采集的温度小于所述第一设定阈值，表明废气温度不满DPF再生温度，此时，保持所述HC喷射器22关闭。在所述温度不小于所述第一设定阈值，且触发DPF再生时，开启所述HC喷射器22。

通过ECU判断DPF设备24内碳载量是否达到限值，如达到限值，则触发DPF主动再生，如果发动机处于低温工况下，第一温度传感器31反馈的温度低于HC喷射器22的起喷温度，无法实现喷射HC进入DOC设备23内氧化，进而无法释放大量热量进行DPF的主动再生。此时，本申请实施例中，可以通过ECU控制废气旁通阀15开启的角度以及电加热器的开启，快速提高后处理设备16的排气温度，达到HC喷射器22的起喷温度，HC喷射器22 喷射HC进入DOC设备23内氧化，释放大量燃气，实现DPF的主动再生。

本实用新型实施例所述后处理系统中，所述后处理设备16的实现方式进一步的还可以如图4所示。

参考图4，图4为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图，图4所示方式中，所述后处理设备16还包括：位于所述主尿素喷射系统25与所述第二SCR设备26之间的第二温度传感器41；如果所述第二温度传感器41所采集的温度不小于第二设定阈值，所述主尿素喷射系统25 开启，反之则关闭。其中，所述第二设定阈值可以基于需求进行设定，本申请不做具体限定。

如果所述第二温度传感器41所采集的温度小于所述第二设定阈值，表明废气温度不满SCR处理温度条件，此时，保持所述HC喷射器22关闭。在所述温度不小于所述第二设定阈值，开启所述主尿素喷射系统25，进行SCR处理。

本申请技术方案中，当发动机处于冷启动或低温状态时，通过ECU控制废气旁通阀15开启的角度，同时开启电加热器，使得废气温度迅速升高，进而使第二温度传感器41探测的温度迅速升高，达到尿素喷射的起喷温度，尿素喷射量根据开环控制逻辑进行喷射。当第二温度传感器41的温度不小于第二设定阈值时，通过ECU控制电加热器关闭，废气旁通阀15处于全部开启状态，发动机废气经两路方式进入后处理设备中，实现低温和高温两种状态下对氮氧化物的高效转化。

需要说明的是，当发动机低温启动时，废气旁通阀15全开，使得发动机快速升温，当发动机转速达到第二设定阈值后，废气旁通阀15关闭。随着废气温度的升高，以逐渐减小废气旁通阀15的开启程度。

本实用新型实施例所述后处理系统中，所述后处理设备16的实现方式进一步的还可以如图5所示。

参考图5，图5为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图，图5所示方式中，所述废气旁通管路13中，在所述废气旁通阀15 与所述第二连通口之间设置有辅助尿素喷射系统51以及电加热器52；所述辅助尿素喷射系统51位于所述废气旁通阀15与所述电加热器52之间；其中，所述还原性气体为NH₃；如果所述废气旁通阀15开启，所述辅助尿素喷射系统51以及所述电加热器52均开启，所述辅助尿素喷射系统51用于向所述废气旁通管路13喷射尿素水溶液，所述电加热器52用于加热所述废气旁通管路13中气体，加速所述尿素水溶液分解为NH₃；如果所述废气旁通阀15关闭，所述辅助尿素喷射系统51以及所述电加热器52均关闭。

通过ECU控制电加热器52开启，排气时由于电加热器52的加热，温度迅速升高，提升了废气温度，使得尿素快速水解，缩短了水解时间，有利于尿素转化成NH₃，提高低温时氮氧化物的转化效率。

本实用新型实施例所述后处理系统中，所述后处理设备16的实现方式进一步的还可以如图6所示。

参考图6，图6为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图，图6所示方式中，所述的后处理系统还包括：涡轮增压机61；所述涡轮增压机61包括设置在所述内燃机12的进气管路14中的压气机62以及设置在所述废气主通管路11中的涡轮机63；其中，所述废气主通管路11 中传输废气能够驱动所述涡轮机63转动，以带动所述压气机62对所述进气管路14中气体进行加压；所述涡轮机63位于所述第一连通口与所述第二连通口之间。

需要说明的是，发动机废气经废气旁通管路13和涡轮增压机61两部分进入下游第一SCR设备21和第二SCR设备26中，进行对废气的氧化还原反应以及颗粒的捕集。同时，排气经过废气旁通管路13后，流经涡轮机增压机 61的排气能量降低，涡轮增压机61包括压气机62和涡轮机63，废气驱动涡轮机63转动，涡轮机63带动同轴压气机62转动，提高进气压力，使得进入发动机的新鲜进气量减少，从而提升了排气温度，便于低温工况下废气温度迅速提升，有效提高了低温工况下氮氧化物的转化效率。

本实用新型实施例所述后处理系统中，所述后处理设备16的实现方式进一步的还可以如图7所示。

参考图7，图7为本实用新型实施例提供的又一种柴油机后处理系统的结构示意图，图7所示方式中，所述进气管路14具有中冷器71和空滤器72，所述中冷器71位于所述内燃机12进气口与所述空滤器72之间，所述涡轮增压机61 位于所述中冷器71与所述空滤器72之间。

通过上述描述可知，本实用新型实施例提供的技术方案中，废气主通管路11与内燃机12的排气口连通，该废气主通管路11中具有后处理设备16，用于对所述内燃机12排出的废气进行碳颗粒捕集以及氮氧化物净化，废气主通管路11中的第一连通口和第二连通口分别与废气旁通管路13的进气口和出气口连通，如果废气旁通管路13中的废气旁通阀15开启，则废气旁通管路13用于为内燃机12排出的一部分废气预供还原性气体以及预热。应用本实用新型提供的后处理系统，能够在发动机低温状态下有效提高氮氧化物的转化效率，从而降低氮氧化物的排放，同时通过废气旁通管路对部分分期进行预热，还可以使得废气温度迅速提升至DPF再生所需温度，保证DPF的主动再生。

基于上述后处理系统实施例，本实用新型另一个实施例还提供了一种柴油机，所述柴油机包括上述任一项所述的后处理系统，其后处理原理可以参考上述实施例所述方式，在此不再赘述。所述柴油机由于具有上述实施所述的后处理系统，故可以在低温工况下快速进行SCR处理和DPF再生。

本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，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。对于实施例公开的柴油机而言，由于其与实施例公开的后处理系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见后处理系统部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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。

Claims

1.一种柴油机的后处理系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的后处理系统，其特征在于，在所述废气主通管路内部废气的传输方向上，所述后处理设备包括：

3.根据权利要求2所述的后处理系统，其特征在于，所述后处理设备还包括：位于所述第二连通口与所述第一SCR设备之间的第一温度传感器；

4.根据权利要求3所述的后处理系统，其特征在于，如果所述第一温度传感器所采集的温度不小于所述第一设定阈值，且所述柴油机触发DPF再生后，所述HC喷射器开启，向所述废气主通管路内喷射碳氢化合物，所述碳氢化合物在所述DOC设备氧化释放热量，以使得所述DPF设备燃烧内部碳烟颗粒，完成DPF再生。

5.根据权利要求2所述的后处理系统，其特征在于，所述后处理设备还包括：位于所述主尿素喷射系统与所述第二SCR设备之间的第二温度传感器；

6.根据权利要求1-5任一项所述的后处理系统，其特征在于，所述废气旁通管路中，在所述废气旁通阀与所述第二连通口之间设置有辅助尿素喷射系统以及电加热器；所述辅助尿素喷射系统位于所述废气旁通阀与所述电加热器之间；

7.根据权利要求1所述的后处理系统，其特征在于，还包括：涡轮增压机；所述涡轮增压机包括设置在所述内燃机的进气管路中的压气机以及设置在所述废气主通管路中的涡轮机；

8.根据权利要求7所述的后处理系统，其特征在于，所述进气管路具有中冷器和空滤器，所述中冷器位于所述内燃机进气口与所述空滤器之间，所述涡轮增压机位于所述中冷器与所述空滤器之间。

9.一种柴油机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的后处理系统。