[发明专利]一种柴油机后处理系统的热管理装置

说明书

一种柴油机排气处理系统的热管理装置，包括气辅助柴油喷嘴，点火器，柴油计量泵，空气压缩机(或压缩空气源)，回抽装置和控制器，设置在包括至少一个颗粒物过滤器(DPF)和选择催化还原器(SCR)的柴油机排气处理系统中，所述气辅柴油喷嘴由电磁驱动的直线电动泵提供柴油、由空气压缩机提供压缩空气，压缩空气在喷嘴内部破碎柴油，形成油气混合物喷出至发动机排气中，点火器点燃油气混合物，提升排气温度，实现排气处理系统的清理，所述控制器通过脉冲调制(PWM)的驱动电信号调节所述电动计量泵油量，压缩空气流量，形成适于点燃的空气/燃料比，保证点火可靠性。目的在于提供一种喷射雾化性能好、控制精度高、结构简单、工作可靠的发动机排气处理热管理装置，以有效实现对发动机颗粒物排放和氮氧化物(NOx)排放的控制。

技术领域

本发明属于柴油机排气后处理技术领域，具体涉及柴油发动机的排气颗粒物过滤器(DPF)和选择催化还原器(SCR)的热管理装置及其控制技术。

背景技术

柴油发动机以其高热效率和低二氧化碳排放量而成为当今世界最重要的原动力装置，广泛应用于道路及非道路车辆、工程机械、固定动力设备等。然而，柴油机燃烧伴随产生污染大气环境危害生物健康的多种污染物质，包括氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)等。随着人类环境问题的日益突出，许多国家已经立法限制各种动力装置产品的污染环境物质的排放量，尤其对于车辆、工程机械、发电设备等的排放限值不断加严。

已知的解决柴油发动机排放问题的主要手段是采用柴油机排气处理技术，包括在排气管路中设置各种催化转换器和捕集器，例如柴油排气氧化催化

(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)装置、颗粒物氧化(POC：Particulate MatterOxidation Catalyst)装置、选择性催化还原(SCR:Selective Catalyst Reduction)装置、柴油机颗粒物过滤器(DPF:Diesel Particulate Filter)等。

上述柴油机排气后处理技术中，SCR和DPF需要特别的热管理装置，SCR需要定量提供还原剂，例如定量向排气管中喷射柴油机排气液体(DEF：Diesel Exhaust Fluid)，即32.5％的尿素水溶液(欧洲称其为添蓝液:AddBlue)，若尿素水溶液不能快速热解为氨气就会在尿素喷嘴、混合器、SCR载体表面形成固态副产物，降低NOx转化率，提高发动机背压，使发动机性能恶化。而DPF捕集到的颗粒物快达到饱和或者许可最大值时，需要采取专门的措施无污染地清除捕集到的颗粒物，否则捕集到的颗粒物堵塞DPF，同样会导致发动机排气背压升高，使发动机性能恶化。因此热管理装置是必须而关键的。

柴油机颗粒物过滤捕集器DPF的清除技术可分为被动再生和主动再生。被动再生是利用发动机正常运行出现的高负荷工况形成的排气条件使捕集到的颗粒物燃烧。但因为用户使用发动机的模式是不确定的，这种方式不能够排除DPF堵塞风险，所以需要配置主动再生装置。主动再生是根据监测的DPF工作状态来随时产生高于DPF颗粒物能够起燃的温度的排气，对DPF进行再生的专门装置。DPF颗粒物能够起燃的温度也能有效的烧掉尿素结晶副产物。因此设计合理有效的热管理系统，是DPF和SCR技术成功的关键。

DPF主动再生主要有两种方式：发动机的主燃料喷射系统在膨胀或排气冲程内缸内喷射柴油或在排气管喷油，通过DOC化学反应提高排气温度的再生方式；在排气管内喷油，点火燃烧加热排气的再生方式。

缸内喷油的再生方式因在膨胀或排气冲程中喷油导致喷射到气缸壁面，很容易稀释曲轴箱机油，对发动机运转可靠性带来威胁；使用排气管柴油喷射的再生方式，需要增加一个柴油喷射装置。这种靠DOC化学反应提升温度的再生方式需要标定和发动机性能标定一起进行，标定成本较高，而且可靠性低，运行范围窄，若因误用高硫柴油造成DOC失效则产生非常高的维修成本。但总体来看，因成本低多被采用。