本發(fā)明涉及柴油機后處理技術領域，尤其涉及一種滿足國六排放的柴油機后處理系統(tǒng)。

背景技術：

近年來，我國各大城市連續(xù)出現(xiàn)霧霾現(xiàn)象，嚴重危害人們健康，影響我國國際形象?？刂撇裼蜋C尾氣中的氮氧化物和顆粒物排放是治理城市空氣污染的關鍵。柴油機是支撐我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)品，每年柴油機保有量以18％的速度遞增，環(huán)保壓力巨大。另一方面，我國排放法規(guī)日益嚴格，nox的排放限值從國四階段的3.5g/kw.h降低到國六階段的0.4g/kw.h，nox的排放限值從國四階段的0.02g/kw.h降低到國六階段的0.01g/kw.h。原有的機內(nèi)凈化技術已無法滿足新的排放要求，必須增加排放后處理系統(tǒng)。在世界范圍來看，以選擇性催化還原技術和壁流式顆粒捕集器技術來降低柴油機氮氧化物和顆粒物排放已經(jīng)成為共識。在世界范圍來看，以選擇性催化還原技術來降低柴油機氮氧化物排放已經(jīng)成為共識。scr通過向尾氣中噴射尿素水溶液，經(jīng)過“選擇性催化還原”過程，將尾氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化為無害的氮氣和水蒸氣。柴油機國六排放限值方面，氮氧化物排放轉(zhuǎn)化效率要超過90％的轉(zhuǎn)化效率。然而,在城市駕駛條件循環(huán)工況下，柴油機排溫很低，很難實現(xiàn)這么高的轉(zhuǎn)化效率，因此需要很好的排氣熱管理，提高scr催化器的工作溫度，實現(xiàn)高效的nox排放轉(zhuǎn)化。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過一種滿足國六排放的柴油機后處理系統(tǒng)，來解決以上背景技術部分提到的問題。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種滿足國六排放的柴油機后處理系統(tǒng)，其包括低溫scr尿素后處理系統(tǒng)和低溫噴油助燃催化再生dpf系統(tǒng)；所述低溫scr尿素后處理系統(tǒng)包括尿素計量泵、尿素噴嘴、尿素管路、scr催化器、nox傳感器、排溫傳感器以及尿素系統(tǒng)電控單元；所述尿素計量泵一端連接尿素箱，另一端連接尿素噴嘴；所述尿素噴嘴連接scr催化器；所述scr催化器與nox傳感器、排溫傳感器連接；所述nox傳感器連接尿素系統(tǒng)電控單元；所述尿素系統(tǒng)電控單元連接尿素箱；所述低溫噴油助燃催化再生dpf系統(tǒng)包括低溫燃燒器、doc催化器、cdpf催化器、低壓燃油油泵、燃油噴嘴、再生系統(tǒng)電控單元、燃油箱、壓差傳感器、排溫傳感器以及報警指示燈；所述低溫燃燒器通過點火器連接再生系統(tǒng)電控單元；所述doc催化器與低溫燃燒器、cdpf催化器連接；所述低壓燃油油泵通過燃油噴嘴連接低溫燃燒器；所述doc催化器連接cdpf催化轉(zhuǎn)換器；所述再生系統(tǒng)電控單元與壓差傳感器、排溫傳感器、報警指示燈連接；所述壓差傳感器連接cdpf催化器；所述排溫傳感器連接doc催化器、cdpf催化器。

特別地，所述dpf催化器與所述scr催化器采用法蘭串接在排氣管之間。

特別地，所述尿素系統(tǒng)電控單元對nox傳感器、尿素計量泵的輸出信號進行反饋控制，精確控制尿素噴射量。

特別地，所述尿素計量泵采用空氣輔助式尿素噴射計量泵，其采用多重氣液混合，使尿素和空氣在計量泵內(nèi)、出口、管內(nèi)以及噴口進行若干次混合，保證了素溶液的霧化。

特別地，所述尿素噴嘴具有容置腔，保持噴孔附近尿素水溶液的流動，在尿素雜質(zhì)含量在預設范圍內(nèi)時仍可使用。

特別地，所述低溫scr尿素后處理系統(tǒng)具體用于采用滿足國六標準的scr控制策略，建立柴油機原始排放預測模型；建立基于模型的scr系統(tǒng)控制策略，穩(wěn)定控制策略、瞬態(tài)控制策略及修正控制策略；建立催化器nh3濃度、儲氨量及氨覆蓋率狀態(tài)估計模型，對scr催化器內(nèi)部狀態(tài)進行實時觀測；基于氨儲量目標值和實際觀測值，實現(xiàn)尿素噴射量的精確閉環(huán)控制；基于預測模型的優(yōu)化控制，提高nox轉(zhuǎn)化效率，降低nh3的泄漏量。

特別地，所述低溫燃燒器包括燃燒室，所述燃燒室由燃燒腔、內(nèi)燃燒套、氣體導流混合座、外燃燒套依次焊接在一起；所述燃燒室內(nèi)的氣體導流混合器使流過燃燒室的發(fā)動機尾氣與噴油燃燒的高溫氣流均勻混合。

特別地，所述低溫燃燒器具有獨立的燃油噴射計量泵、壓縮空氣泵、油氣混合分配器、點火加熱塞。

本發(fā)明提出的滿足國六排放的柴油機后處理系統(tǒng)在國五柴油機技術基礎上，采用低溫燃燒器+doc+cdpf+scr系統(tǒng)達到國六排放標準，不需要進行大量的柴油機機內(nèi)熱管理標定，后處理熱管理標定獨立，降低機內(nèi)和機外耦合性標定，系統(tǒng)安裝布置簡單，維修方便，適合國內(nèi)各種柴油機國六后處理需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的滿足國六排放的柴油機后處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部內(nèi)容，除非另有定義，本文所使用的所有技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術語只是為了描述具體的實施例，不是旨在于限制本發(fā)明。

請參照圖1所示，圖1為本發(fā)明實施例提供的滿足國六排放的柴油機后處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

本實施例中滿足國六排放的柴油機后處理系統(tǒng)100具體包括低溫scr尿素后處理系統(tǒng)和低溫噴油助燃催化再生dpf系統(tǒng)。具體的，所述低溫scr尿素后處理系統(tǒng)包括尿素計量泵101、尿素噴嘴102、尿素管路、scr催化器103、nox傳感器104、排溫傳感器105以及尿素系統(tǒng)電控單元106；所述尿素計量泵101一端連接尿素箱107，另一端連接尿素噴嘴102；所述尿素噴嘴102連接scr催化器103；所述scr催化器103與nox傳感器104、排溫傳感器105連接。所述nox傳感器104連接尿素系統(tǒng)電控單元106；所述尿素系統(tǒng)電控單元106連接尿素箱107；所述低溫噴油助燃催化再生dpf系統(tǒng)包括低溫燃燒器108、doc催化器109、cdpf催化器110、低壓燃油油泵111、燃油噴嘴112、再生系統(tǒng)電控單元113、燃油箱114、壓差傳感器115、排溫傳感器116以及報警指示燈117；所述低溫燃燒器108通過點火器連接再生系統(tǒng)電控單元113；所述doc催化器109與低溫燃燒器108、cdpf催化器110連接；所述低壓燃油油泵111通過燃油噴嘴112連接低溫燃燒器108；所述doc催化器109連接cdpf催化轉(zhuǎn)換器；所述再生系統(tǒng)電控單元113與壓差傳感器115、排溫傳感器116、報警指示燈117連接；所述壓差傳感器115連接cdpf催化器110；所述排溫傳感器116連接doc催化器109、cdpf催化器110；所述燃油箱114連接柴油機118，柴油機118連接低溫燃燒器108。

在本實施例中所述dpf催化器與所述scr催化器103采用法蘭串接在排氣管之間。所述尿素系統(tǒng)電控單元106對nox傳感器104、尿素計量泵101的輸出信號進行反饋控制，精確控制尿素噴射量，解決了尿素噴射量控制穩(wěn)定性差、排放波動大，控制滯后，一致性難以達到要求的問題。尿素系統(tǒng)電控單元106的噴射精度控制、故障診斷容錯性以及抗干擾性的關鍵性能直接決定低溫scr尿素后處理系統(tǒng)的nox轉(zhuǎn)化效果。

低溫scr尿素后處理系統(tǒng)的電機采用不同尿素噴射工況下“多級濾波”控制策略，有效解決了在電機轉(zhuǎn)速直接控制策略下，電機易卡死，尿素噴射中斷，排放惡化的難題，實現(xiàn)了在預注工況、噴射工況、吹掃工況下的電機瞬態(tài)轉(zhuǎn)速控制。所述尿素計量泵101采用空氣輔助式尿素噴射計量泵，其采用多重氣液混合，使尿素和空氣在計量泵內(nèi)、出口、管內(nèi)以及噴口進行若干次混合，保證了素溶液的霧化?？諝廨o助式尿素噴射計量泵采用反推力結(jié)構(gòu)單向閥計量泵設計，有效防止并化解了泵內(nèi)部的尿素結(jié)晶現(xiàn)象。所述尿素噴嘴102具有容置腔，暫留少量尿素中的結(jié)晶雜質(zhì)，保持噴孔附近尿素水溶液的流動，在尿素雜質(zhì)含量在預設范圍內(nèi)時仍可使用。

所述低溫scr尿素后處理系統(tǒng)具體用于采用滿足國六標準的scr控制策略，建立柴油機原始排放預測模型；建立基于模型的scr系統(tǒng)控制策略，穩(wěn)定控制策略、瞬態(tài)控制策略及修正控制策略；建立催化器nh3濃度、儲氨量及氨覆蓋率狀態(tài)估計模型，對scr催化器103內(nèi)部狀態(tài)進行實時觀測；基于氨儲量目標值和實際觀測值，實現(xiàn)尿素噴射量的精確閉環(huán)控制；基于預測模型的優(yōu)化控制，提高nox轉(zhuǎn)化效率，降低nh3的泄漏量。

低溫scr尿素后處理系統(tǒng)的工作過程如下：尿素溶液儲存在尿素箱107中，箱內(nèi)安裝溫度傳感器和液面位置傳感器檢測尿素溶液狀態(tài)。尿素溶液經(jīng)過濾器后，然后進入噴射容腔，然后進入尿素噴嘴102，而后噴入排氣管混合器中，多余的尿素溶液回流到尿素箱107?；亓鞴苈飞线€安裝有控制系統(tǒng)壓力的溢流閥，尿素溶液系統(tǒng)就形成了一個完整的回路。為了保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，采用穩(wěn)壓閥來減少系統(tǒng)的壓力波動，壓力傳感器和溫度則用來監(jiān)控系統(tǒng)壓力和溫度。當尿素溶液結(jié)束噴射后，換向電磁閥開啟，換向閥打開，殘留在管路和過濾器內(nèi)的尿素溶液在泵的作用下回流到尿素箱107。

低溫噴油助燃催化再生dpf系統(tǒng)工作原理為根據(jù)dpf催化器前后壓差傳感器115的數(shù)值進行再生需求判斷，當達到要再生值時再生系統(tǒng)電控單元113給壓縮氣泵、低壓燃油油泵111通電，壓縮空氣泵、低壓燃油油泵111產(chǎn)生壓縮空氣和燃油通過油氣混合器的充分混合，氣液混合物由連接管輸送到噴嘴處霧化噴到燃燒腔中，油霧接觸到點火塞，進行點燃燃燒，再生系統(tǒng)電控單元113控制噴油噴射量把高溫氣流控制在600℃±20℃，在實際的柴油機瞬態(tài)工況下，需要燃油噴射前饋和閉環(huán)反饋控制，確保dpf催化器前排氣溫度控制達到目標控制區(qū)間。

在本實施例中所述低溫燃燒器108具有良好的排氣管獨立升溫功能，實現(xiàn)可靠的排氣溫度調(diào)節(jié)控制，保證dpf催化器實現(xiàn)及時的催化再生功能，以及在低溫工況下，實現(xiàn)scr催化器103高效催化轉(zhuǎn)化，通過低溫燃燒器108，實現(xiàn)柴油機排氣管獨立熱管理控制功能，實現(xiàn)后處理高效控制，避開了柴油機機內(nèi)熱管理帶來的標定工作量大，標定周期長等問題，適合中國的國情，降低了后處理系統(tǒng)研發(fā)成本，滿足客戶的需求。所述低溫燃燒器108包括燃燒室，所述燃燒室由燃燒腔、內(nèi)燃燒套、氣體導流混合座、外燃燒套依次焊接在一起；所述燃燒室內(nèi)的氣體導流混合器使流過燃燒室的發(fā)動機尾氣與噴油燃燒的高溫氣流均勻混合。所述低溫燃燒器108具有獨立的燃油噴射計量泵、壓縮空氣泵、油氣混合分配器、點火加熱塞，可以實現(xiàn)燃油和空氣精確計量預混合，實現(xiàn)良好的油氣混合，保證混合器能夠充分燃燒。

本發(fā)明研究排氣尾管燃油噴射doc催化氧化升溫過程；研究碳煙在dpf中的催化氧化再生過程，研究主動再生燃油-空氣預混合、低溫點燃控制過程；研究被動再生過程中cdpf進氣溫度、氣體組分對pm累積的影響，被動再生平衡條件和再生過程中顆粒物排放的差異；建立dpf系統(tǒng)的壓降模型、碳載量估計模型、灰分估計模型；完成dpf主動再生控制策略開發(fā)。根據(jù)doc、dpf、scr等催化劑的特性，通過研究噴射壓力、噴油提前角、后噴等機內(nèi)措施及排氣熱管理技術，進行排氣溫度場的有效控制，實現(xiàn)農(nóng)用柴油機排氣溫度、燃油消耗量、nh3的泄漏量及尿素溶液消耗量的最優(yōu)控制。開發(fā)后處理系統(tǒng)doc+cdpf+scr典型故障的失效模式，探究故障的失效機理；開發(fā)不同失效模式對排放性能、安全性能和可靠性能的影響規(guī)律，為故障診斷策控制策略和閾值設定提供依據(jù)；開發(fā)容錯控制算法，故障容錯控制策略，實現(xiàn)最大程度的降低故障狀態(tài)下的污染物排放量和系統(tǒng)安全。

為了滿足國六柴油機排放限值要求，選擇性催化還原(scr)證明是一個有效的解決方案。隨著柴油機對燃油消耗率的嚴格要求，因此需要對nox排放轉(zhuǎn)化效率更高，這樣對后處理布置方案提出更高的要求，因此需要對柴油機后處理的doc催化器109、dpf催化器、scr催化器103提出更高的要求。在實際的后處理系統(tǒng)布置，scr催化器103布置在dpf之后，因此scr催化器103的溫度更低，影響到了scr對nox排放的轉(zhuǎn)化效率。在降低柴油機顆粒物排放方面，目前公認最有效的技術是顆粒物過濾技術。柴油機尾氣顆粒物捕集器(dpf)系統(tǒng)能夠消除柴油機95％的顆粒物(黑煙)排放，減少空氣中pm含量。

本發(fā)明的技術方案提在國五柴油機技術基礎上，采用低溫燃燒器+doc+cdpf+scr系統(tǒng)達到國六排放標準，不需要進行大量的柴油機機內(nèi)熱管理標定，后處理熱管理標定獨立，降低機內(nèi)和機外耦合性標定，系統(tǒng)安裝布置簡單，維修方便，適合國內(nèi)各種柴油機國六后處理需求。

本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進行了較為詳細的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權利要求范圍決定。