一种提高SDPF尿素混合性能的装置及控制方法

摘要

本发明涉及动力机械及工程领域，公开了一种提高SDPF尿素混合性能的装置，包括尿素喷射器、多级叶片和分布式多通道混合器，所述装置安装在DOC载体和SDPF载体之间，混合气通过多级叶片的引导进入分布式多通道混合器；SDPF载体入口处设有空气流量计和上游NOx传感器，SDPF载体出口处设有氨传感器和下游NOx传感器；本发明还提供了一种提高SDPF尿素混合性能的装置控制方法，具体包括6个步骤，本发明通过多级叶片加热尿素水溶液，实现尿素水溶液在低温下喷射而不会产生尿素结晶；通过分布式多通道的混合器结构加强了混合气均匀性，并基于NOx转化率和NH3排放对基本尿素喷射量进行修正，从而大幅提高了SDPF在柴油机冷起动等低温工况下的起燃速率，并降低NOx排放。

说明书

技术领域

本发明涉及动力机械及工程领域，尤其是涉及一种提高SDPF尿素混合性能的装置及控制方法。

背景技术

柴油机具有良好的动力性和经济性，是交通运输、农用机械和工程机械等领域的主导动力。然而，柴油机固有的扩散燃烧模式使其颗粒物与氮氧化物(NOx)等污染物排放严重，对大气环境和人体健康造成严重威胁。

一般采用柴油机颗粒捕集器(DPF)对柴油机排放的颗粒物进行捕集，DPF为进出口交替堵塞的壁流式结构，颗粒物在经过过滤壁面时被捕集。颗粒物在DPF中累积到一定程度后会产生较高的背压，使柴油机油耗上升，通常采用缸内燃油后喷等方式将排气温度提高到550℃以上，利用氧气在高温下将颗粒物氧化并生成CO

一般采用选择性催化还原催化器(SCR)对柴油机排放的NOx进行处理，具体过程为：尿素喷射系统将浓度为32.5％的尿素水溶液喷入排气中，尿素水溶液经过热解和水解产生NH

传统的柴油机后处理布置中，SCR距离柴油机排气门较远，在冷起动等低温工况，SCR入口的排气温度很低(<200℃)，在该温度下不喷射尿素水溶液以防止尿素结晶等问题，此时SCR不起作用，NOx排放严重。为了提升SCR入口的排气温度，一种新型的SDPF技术将SCR催化剂涂覆在壁流式颗粒捕集器的过滤壁面内，使得SDPF兼具颗粒物捕集和NOx还原功能。SDPF的布置比传统的SCR更加靠近柴油机排气门，有效提高了SCR反应温度，能够减少冷起动等低温工况的NOx排放，同时也减小了后处理系统的体积，节省了载体和封装成本。

但是，SDPF在其入口温度低于200℃时也无法喷射尿素，否则会造成尿素结晶等问题，该阶段SDPF无法起到NOx还原的作用。这造成了SDPF在冷起动等低温工况下NOx排放控制困难，无法满足超低NOx排放法规要求。

DOC的英文全拼为Diesel Oxidation Catalyst，氧化催化器；SDPF的英文全拼为SCR-Catalyzed Diesel Particulate Filter，选择性催化还原颗粒捕集器。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种提高SDPF尿素混合性能的装置，包括尿素喷射器、多级叶片和分布式多通道混合器，所述装置安装在DOC载体和SDPF载体之间，混合气通过多级叶片的引导进入分布式多通道混合器；SDPF载体入口处设有空气流量计和上游NOx传感器，SDPF载体出口处设有氨传感器和下游NOx传感器。

多级叶片安装在SDPF的入口侧。在排气温度低于200℃的低温工况下，该装置将多级叶片加热到200℃以上，并将尿素水溶液直接喷射在多级叶片表面，使尿素水溶液充分热解水解并产生NH

不同于一般的通过提高排气温度实现尿素提前喷射的方法，本发明在排气温度低于200℃时加热多级叶片，并将尿素水溶液直接喷射到多级叶片的表面，实现了高效的尿素热解水解。

进一步地，多级叶片是通电而发热并转动的发热体，表面设有温度传感器，快速升温到目标温度。

本发明还提供了一种提高SDPF尿素混合性能的装置控制方法，使用一种提高SDPF尿素混合性能的装置，包括如下步骤：

步骤1：通过多级叶片表面温度传感器获取多级叶片表面温度T

步骤2：通过ECU、ACU判断T

步骤3：通过空气流量计获得排气质量流量Q

步骤4：根据步骤3计算出的尿素喷射量，ECU和ACU控制尿素喷射器的喷嘴进行尿素喷射，尿素水溶液在温度≥200℃的多级叶片上热解水解生成NH

步骤5：分别通过上游NOx传感器、下游NOx传感器获得SDPF载体入口和出口的NOx浓度C

步骤6：根据C

附图说明

图1为本发明一种提高SDPF尿素混合性能的装置示意图。

图2为本发明多级叶片的示意图。

图3为本发明一种提高SDPF尿素混合性能的装置控制方法流程图。

图4为本发明ECU和ACU、CAN总线以及各传感器之间的连接关系示意图。

附图标记：1、尿素喷射器；2、多级叶片；3、分布式多通道混合器；4、空气流量计；5、上游NOx传感器；6、氨传感器；7、下游NOx传感器；8、温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种提高SDPF尿素混合性能的装置，包括尿素喷射器1、多级叶片2和分布式多通道混合器3，所述装置安装在DOC载体和SDPF载体之间，混合气通过多级叶片2的引导进入分布式多通道混合器3；SDPF载体入口处设有空气流量计4和上游NOx传感器5，SDPF载体出口处设有氨传感器6和下游NOx传感器7。

在排气温度低于200℃的低温工况下，该装置将多级叶片2加热到200℃以上，并将尿素水溶液直接喷射在多级叶片2表面，使尿素水溶液充分热解水解并产生NH

不同于一般的通过提高排气温度实现尿素提前喷射的方法，本发明在排气温度低于200℃时加热多级叶片2，并将尿素水溶液直接喷射到多级叶片2的表面，实现了高效的尿素热解水解。

优先地，多级叶片2是通电而发热并转动的发热体，表面设有温度传感器8，快速升温到目标温度，如图2所示。

如图3所示，一种提高SDPF尿素混合性能的装置控制方法，使用一种提高SDPF尿素混合性能的装置，包括如下步骤：

步骤1：通过多级叶片2表面温度传感器8获取多级叶片2表面温度T

步骤2：通过ECU、ACU判断T

步骤3：通过空气流量计4获得排气质量流量Q

Q

由式(1)可知，尿素的物质的量是NH

由式(1)、(2)可知，NH

一般认为排气的相对分子质量为29g/mol，设排气质量流量为Q

由于NOx与NH

由式(1)可知，尿素的物质的量是NH

对式(4)-(6)进行化简计算可初步确定尿素喷射量Q

Q

步骤4：根据步骤3计算出的尿素喷射量，ECU和ACU控制尿素喷射器进行尿素喷射，尿素水溶液在温度≥200℃的多级叶片2上热解水解生成NH

步骤5：分别通过上游NOx传感器5、下游NOx传感器7获得SDPF载体入口和出口的NOx浓度C

EF

同时，通过氨传感器6获得SDPF载体出口的NH

步骤6：根据C

如图4所示，通过多级叶片2表面温度传感器8获取多级叶片2表面温度T