CN114961934A - 一种发动机尾气处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种发动机尾气处理装置及方法，主要涉及发动机技术领域。其中，发动机尾气处理装置包括氨气供给器，控制器以及选择性催化还原器SCR；氨气供给器与发动机排气管之间设置电磁阀，排气管与SCR连通，且按照尾气排放方向在电磁阀前设置氮氧化合物传感器；控制器分别与氨气供给器、电磁阀、氮氧化合物传感器相连。基于上述装置，向排气管中输入氨气来进行发动机尾气处理，可以避免向排气管中喷入尿素水溶液喷雾会导致排气温度降低，同时，还可以避免尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸沉积在排气管及催化器内部，提升氮氧化合物NOX转化效率。

Description

一种发动机尾气处理装置及方法
技术领域
本申请涉及发动机技术领域，特别是涉及一种发动机尾气处理装置及方法。
背景技术
发动机排放尾气中的氮氧化合物NOX不仅会污染环境，还会危害人体健康。为了减小其危害，通常需要用到选择性催化还原(Select Catalyst Reduction，SCR)对发动机的尾气进行处理，进而降低NOX排放。
现有SCR***如图1所示，尿素箱中的尿素水溶液通过尿素供给单元泵至尿素喷射单元后控制尿素水溶液以雾状喷入发动机尾气中，尿素喷雾在排气管及混合器中与发动机高温排气混合，尿素在高温排气中分解生成的氨气NH3随气流进入催化转化器中与废气中NOX产生反应，生成氮气N2和水H2O排放到空气中。
在上述过程中，向排气管中喷入尿素水溶液喷雾会导致排气温度降低，不利于NOX发生化学反应，降低NOX转化效率。此外，尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸HNCO在排气管中难以分解生产NH3，变为沉积物附着在排气管及催化器内部，降低NOX转化效率。
发明内容
本申请公开了一种发动机尾气处理装置及方法，通过向排气管中输入氨气来进行发动机尾气处理，可以避免向排气管中喷入尿素水溶液喷雾会导致排气温度降低，同时，还可以避免尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸沉积在排气管及催化器内部，提升氮氧化合物NOX转化效率。
第一方面，本申请提供了一种发动机尾气处理装置，所述装置包括氨气供给器，控制器以及选择性催化还原器SCR；
所述氨气供给器与发动机排气管之间设置电磁阀，所述排气管与所述SCR连通；
所述控制器分别与所述氨气供给器、所述电磁阀相连，其中，所述控制器用于控制所述氨气供给器供给氨气，并通过控制所述电磁阀占空比调节所述氨气控制量。
基于上述装置，向排气管中精准输入氨气来进行发动机尾气处理，可以避免向排气管中喷入尿素水溶液喷雾会导致排气温度降低，同时，还可以避免尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸沉积在排气管及催化器内部，提升氮氧化合物NOX转化效率。
在一种可能的设计种，所述氨气供给器包括液氨罐、氨气转化器；
所述液氨罐与所述氨气转化器及所述控制器相连；
所述氨气转化器与所述控制器相连；
其中，所述液氨罐用于存储液氨，所述氨气转化器用于将液氨转化为氨气。
基于上述装置，可以制取得到氨气，该氨气用于对氮氧化合物NOX转化氮气和水。
在一种可能的设计中，所述氨气供给器内设置温度传感器和压力传感器；
所述温度传感器与所述控制器相连；
所述压力传感器与所述控制器相连；
其中，所述温度传感器用于检测所述氨气供给器内的氨气温度，所述压力传感器用于检测所述氨气供给器内的氨气压力。
基于上述装置，获取氨气供给器内的氨气温度及氨气压力，有助于对氨气供给量进行控制。
在一种可能的设计中，所述氨气转化器包括调压阀及蒸发器；
所述蒸发器与所述调压阀相连；
所述调压阀与所述液氨罐及所述控制器相连；
所述蒸发皿与所述控制器相连；
其中，所述调压阀用于调节液氨的压力，使得液氨均匀输出，所述蒸发器用于将调压后的液氨汽化成氨气。
基于上述装置，将液氮转化为氨气，并均匀输出。
在一种可能的设计中，所述氨气转化器还包括换热器，所述换热器设置于所述液氨罐与所述调压阀之间，用于将液氨加热后在输送给所述调压阀。
基于上述装置，对液氮进行升温，不仅有助于提高氨气转化效率，升温后的氨气也能减小对排气管中的温度影响。
第二方面，本申请提供了一种发动机尾气处理方法，基于上述任一装置，所述方法包括：
根据发动机转速及油门开合度，计算处理氮氧化合物所需的氨气需求量；
根据所述氨气需求量、温度传感器检测到的氨气供给器内氨气温度值以及压力传感检测到的氨气供给器内氨气压力值，确定电磁阀目标占空比；
根据目标占空比控制所述电磁阀的开启和关闭，控制氨气定量输入排气管。
通过上述方法，向排气管中定量输入氨气来进行发动机尾气处理，可以避免向排气管中喷入尿素水溶液喷雾会导致排气温度降低，同时，还可以避免尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸沉积在排气管及催化器内部，提升氮氧化合物NOX转化效率。
在一种可能的设计中，所述根据发动机转速及油门开合度，计算处理氮氧化合物所需的氨气需求量，包括：
根据所述发动机转速及所述油门开合度，计算发动机排气流量；
根据所述排气流量及氮氧化合物的体积浓度，计算氮氧化合物的摩尔流量；
根据所述摩尔流量，计算所述氨气需求量。
通过上述方法，计算处理当前发动机排气管中的氮氧化合物所需的氨气需求量，可以有效避免氨气浪费或者氮氧化合物排放超标。
在一种可能的设计中，所述根据所述氨气需求量、温度传感器检测到的氨气供给器内氨气温度值以及压力传感检测到的氨气供给器内氨气压力值，确定电磁阀目标占空比，包括：
获取温度传感器检测到的氨气供给器内氨气温度值，以及压力传感检测到的氨气供给器内氨气压力值；
将所述氨气需求量、所述氨气温度值以及所述氨气压力值，与电磁阀特性图进行比对，其中，所述电磁阀特性图中包含氨气需求量、氨气温度值、氨气压力值以及电磁阀占空比；
根据比对结果，确定所述氨气需求量、所述氨气温度值以及所述氨气压力值共同对应的第一电磁阀占空比；
将所述第一电磁阀占空比作为所述目标占空比。
通过上述方法，获取控制电磁阀的占空比，进而实现对氨气的精准定量排放，可以有效避免氨气浪费或者氮氧化合物排放超标。
在一种可能的设计中，在所述确定电磁阀目标占空比之前，还包括：
控制液氨罐输出液氨；
控制调压阀对所述液氨进行调压；
控制蒸发器将调压后的液氨转化为氨气；
将氨气通过所述氨气供给器输向电磁阀。
通过上述方法，制取得到用于处理氮氧化合物的氨气。
在一种可能的设计中，在所述通过调压阀对液氨进行调压之前，还包括：
控制换热器对所述液氨进行加热；
将加热后的液氨输送给所述调压阀。
通过上述方法，对液氨进行升温，有助于提高液氨转化为氨气的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种发动机尾气处理装置的截面结构示意图之一；
图2为本申请提供的一种发动机尾气处理装置的截面结构示意图之二；
图3为本申请提供的一种发动机尾气处理装置的截面结构示意图之三；
图4为本申请提供的一种发动机尾气处理装置的截面结构示意图之四；
图5为本申请提供的一种发动机尾气处理装置的截面结构示意图之五；
图6为本申请提供的一种发动机尾气处理装置的截面结构示意图之六；
图7为本申请提供的一种发动机尾气处理方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。方法实施例中的具体操作方法也可以应用于装置实施例或***实施例中。需要说明的是，在本申请的描述中“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。A与B连接，可以表示：A与B直接连接和A与B通过C连接这两种情况。另外，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
下面结合附图，对本申请实施例进行详细描述。
现有SCR***如图1所示，尿素箱中的尿素水溶液通过尿素供给单元泵至尿素喷射单元后，控制尿素水溶液以雾状喷入发动机尾气中，尿素喷雾在排气管及混合器中与发动机高温排气混合，尿素在高温排气中分解生成的氨气NH3随气流进入催化转化器中与废气中NOX产生反应，生成氮气N2和水H2O排放到空气中。
在上述过程中，向排气管中喷入尿素水溶液喷雾会导致排气温度降低，不利于NOX发生化学反应，降低NOX转化效率。此外，尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸HNCO在排气管中难以分解生产NH3，变为沉积物附着在排气管及催化器内部，降低NOX转化效率。
为了解决上述问题，本申请实施例中提供了一种发动机尾气处理装置及方法，通过向排气管中输入氨气来进行发动机尾气处理，可以避免向排气管中喷入尿素水溶液喷雾会导致排气温度降低，同时，还可以避免尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸沉积在排气管及催化器内部，提升氮氧化合物NOX转化效率。
第一方面，如图2所示，为本申请提供的一种发动机尾气处理装置的截面结构示意图，所述装置包括氨气供给器21，控制器22以及选择性催化还原器SCR23；
氨气供给器21与发动机排气管24之间设置电磁阀25，排气管24与SCR23连通，且按照尾气排放方向在电磁阀25前设置氮氧化合物传感器26，其中，氮氧化合物传感器26用于检测氮氧化合物的体积浓度；
控制器22分别与氨气供给器21、电磁阀25相连，其中，控制器22用于控制氨气供给器21供给氨气，并通过控制电磁阀25占空比，调节氨气控制量。
在上述装置中，氨气供给器21供给的氨气，通过电磁阀25进入排气管24中，在这个过程中，控制器25根据氮氧化合物传感器26检测到的氮氧化合物的体积浓度，来控制电磁阀25占空比，实现氨气供给量的调整，使得进入排气管24中的氨气与排气管中的氮氧化合物在SCR23中发生转化的时候，避免氨气供给过多导致氨气逃逸，或者氨气供给过少，导致氮氧化合物排放超标。
同时，通过向排气管中输入氨气来进行发动机尾气处理，可以避免向排气管中喷入尿素水溶液喷雾会导致排气温度降低，还可以避免尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸沉积在排气管及催化器内部，提升氮氧化合物转化效率。
此外，本实施例中氨气供给器21直接通过氨气导管与排气管24连通，无需设置进入排气管中的喷嘴，无需耐高温，更加可靠耐用。
在一种可能的应用场景中，如图3所示，氨气供给器21包括液氨罐31、氨气转化器32；液氨罐31与氨气转化器32之间通过氨气导管连通，并且液氨罐31及控制器22相连；氨气转化器32与控制器22相连，并且与电磁阀25之间通过氨气管道连通；其中，液氨罐31用于存储液氨，氨气转化器32用于将液氨转化为氨气。
在上述装置中，控制器22控制液氨罐31输出液态氨后，进一步控制氨气转化器32将液态氨转化为氨气，并将氨气通过管道33向电磁阀25输送，最后，通过控制电磁阀25的占空比，实现氨气定量供给。
在一种可能的应用场景中，如图4所示，氨气供给器21内设置温度传感器41和压力传感器42，并且温度传感器41和压力传感器42均设置于电磁阀25与氨气转化器32之间；此外，温度传感器41与控制器22相连，压力传感器42与控制器22相连；其中，温度传感器41用于检测氨气供给器21内死亡氨气温度，压力传感器42用于检测氨气供给器21内的氨气压力。
在上述装置中，温度传感器41检测到输向电磁阀25的氨气温度时，将氨气温度值发送给控制器22，压力传感器42检测到输向电磁阀25的氨气压力时，将氨气压力值发送给控制器22，控制器22根据获取到的氨气温度值及氨气压力值，控制电磁阀25的占空比，实现氨气的定量供给。
在一种可能的应用场景中，如图5所示，氨气转化器32包括调压阀51及蒸发器52；蒸发器52与调压阀51相连；调压阀51与液氨罐31及控制器22相连；蒸发器52与控制器22相连；其中，调压阀51用于调节液氨的压力，使得液氨均匀输出，蒸发器52用于将调压后的液氨汽化成氨气。
在上述装置中，液氮罐内的液氮不便于以高压状态输入给氨气转化器，因此，控制器22控制调压阀51对液氮罐31输出的液氮进行减压，减压后的液氮便于控制。
在一种可能的应用场景中，如图6所示，氨气转化器32还包括换热器61，换热器61设置于液氨罐31与调压阀51之间，用于将液氨加热后在输送给调压阀51，升温后的液氮不仅有助于提高氨气转化效率，转化成氨气后也能减小对排气管中的温度影响。
在一种可能的应用场景中，在氨气供给器内还设置过滤网，用以清除氨气中的杂质，避免对发动机排气管造成堵塞。
第二方面，本申请提供了一种发动机尾气处理方法，基于上述任一项装置，如图7所示，所述方法的执行流程包括如下步骤：
S71，根据发动机转速及油门开合度，计算处理氮氧化合物所需的氨气需求量；
为了避免向排气管中喷入尿素水溶液喷雾导致排气温度降低，同时，避免尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸沉积在排气管及催化器内部，本申请采用考虑将氨气输入发动机排气管中，使得氨气直接和排气管中的氮氧化合物在SCR内部发生化学反应，生产氮气和水，实现对发动机尾气中的氮氧化合物进行处理。
但是在向排气管中输入氨气的过程中，若氨气输入量过多，会造成氨气浪费，若氨气输入量过少，会导致尾气中的氮氧化合物不能得到充分的转化，使得氮氧化合物排放超标。因此，在向排气管中输入氨气时，需要计算发动机当前工况下的氨气需求量，使得输入排气管中的氨气刚好可以使得当前排气管中的氮氧化合物充分转化。其中，计算发动机当前工况下的氨气需求量的方法可以是：
根据发动机转速及油门开合度，计算发动机排气流量；
根据排气流量及氮氧化合物的体积浓度，计算氮氧化合物的摩尔流量，其中，氮氧化合物的体积浓度根据氮氧化合物传感器检测得到；
根据摩尔流量，计算氨气需求量。
通过上述方法，计算得到转化当前发动机排气管中的氮氧化合物的氨气需求量，进而实现氨气的精准定量输入，避免造成氨气浪费或者尾气中的氮氧化合物排放超标。
S72，根据氨气需求量、温度传感器检测到的氨气供给器内氨气温度值以及压力传感检测到的氨气供给器内氨气压力值，确定电磁阀目标占空比；
计算出氨气需求量后，要想实现输出的氨气量和氨气需求量一致，那么就要对氨气的输出进行精准控制，在本申请实施例中，对氨气的输出量精准控制主要通过控制电磁阀的占空比来实现，具体来讲：
获取温度传感器检测到的氨气供给器内氨气温度值，以及压力传感检测到的氨气供给器内氨气压力值；
将氨气需求量、氨气温度值以及氨气压力值，与电磁阀特性图进行比对，其中，电磁阀特性图中包含氨气需求量、氨气温度值、氨气压力值以及电磁阀占空比；
根据比对结果，确定氨气需求量、氨气温度值以及氨气压力值共同对应的第一电磁阀占空比，并将第一电磁阀占空比作为目标占空比。
举例来讲，若当前氨气需求量为A，温度传感器检测到的氨气温度值为B，压力传感器检测到的氨气压力值为C，那么将数据(A，B，C)与电磁阀特性图进行比对，若电磁阀特性图中数据(A，B，C)对应的电磁阀占空比为D，那么可以确定目标占空比为D。
通过上述方法，获取控制电磁阀的占空比，进而实现对氨气的精准定量排放，可以有效避免氨气浪费或者氮氧化合物排放超标。
S73，根据目标占空比控制电磁阀的开启和关闭，控制氨气定量输入排气管。
在本申请实施例中，在获取得到电磁阀目标占空比以后，按照目标占空比控制电磁阀的开启和关闭，使得当前氨气输入排气管中的实际氨气量，与处理排气管中的氮氧化合物所需的氨气需求量保持一致，进而实现对氨气的精准定量排放，可以有效避免氨气浪费或者氮氧化合物排放超标。
基于上述发动机尾气处理方法，通过向排气管中输入氨气来进行发动机尾气处理，可以避免向排气管中喷入尿素水溶液喷雾会导致排气温度降低，同时，还可以避免尿素水溶液喷雾热解产物异氰酸沉积在排气管及催化器内部，提升氮氧化合物NOX转化效率。此外，还可以使得当前氨气输入排气管中的实际氨气量，与处理排气管中的氮氧化合物所需的氨气需求量保持一致，进而实现对氨气的精准定量排放，可以有效避免氨气浪费或者氮氧化合物排放超标。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种发动机尾气处理装置，其特征在于，所述装置包括氨气供给器，控制器以及选择性催化还原器SCR；
所述氨气供给器与发动机排气管之间设置电磁阀，所述排气管与所述SCR连通，且按照尾气排放方向在所述电磁阀前设置氮氧化合物传感器，其中，所述氮氧化合物传感器用于检测氮氧化合物的体积浓度；
所述控制器分别与所述氨气供给器、所述电磁阀、所述氮氧化合物传感器相连，其中，所述控制器用于控制所述氨气供给器供给氨气，并通过控制所述电磁阀占空比调节所述氨气控制量。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述氨气供给器包括液氨罐、氨气转化器；
所述液氨罐与所述氨气转化器及所述控制器相连；
所述氨气转化器与所述控制器相连；
其中，所述液氨罐用于存储液氨，所述氨气转化器用于将液氨转化为氨气。
3.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述氨气供给器内设置温度传感器和压力传感器；
所述温度传感器与所述控制器相连；
所述压力传感器与所述控制器相连；
其中，所述温度传感器用于检测所述氨气供给器内的氨气温度，所述压力传感器用于检测所述氨气供给器内的氨气压力。
4.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述氨气转化器包括调压阀及蒸发器；
所述蒸发器与所述调压阀相连；
所述调压阀与所述液氨罐及所述控制器相连；
所述蒸发皿与所述控制器相连；
其中，所述调压阀用于调节液氨的压力，使得液氨均匀输出，所述蒸发器用于将调压后的液氨汽化成氨气。
5.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述氨气转化器还包括换热器，所述换热器设置于所述液氨罐与所述调压阀之间，用于将液氨加热后在输送给所述调压阀。
6.一种发动机尾气处理方法，基于上述1-5任一项权利要求所述装置，其特征在于，所述方法包括：
根据发动机转速及油门开合度，计算处理氮氧化合物所需的氨气需求量；
根据所述氨气需求量、温度传感器检测到的氨气供给器内氨气温度值以及压力传感检测到的氨气供给器内氨气压力值，确定电磁阀目标占空比；
根据目标占空比控制所述电磁阀的开启和关闭，控制氨气定量输入排气管。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据发动机转速及油门开合度，计算处理氮氧化合物所需的氨气需求量，包括：
根据所述发动机转速及所述油门开合度，计算发动机排气流量；
根据所述排气流量及氮氧化合物的体积浓度，计算氮氧化合物的摩尔流量；
根据所述摩尔流量，计算所述氨气需求量。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述氨气需求量、温度传感器检测到的氨气供给器内氨气温度值以及压力传感检测到的氨气供给器内氨气压力值，确定电磁阀目标占空比，包括：
获取温度传感器检测到的氨气供给器内氨气温度值，以及压力传感检测到的氨气供给器内氨气压力值；
将所述氨气需求量、所述氨气温度值以及所述氨气压力值，与电磁阀特性图进行比对，其中，所述电磁阀特性图中包含氨气需求量、氨气温度值、氨气压力值以及电磁阀占空比；
根据比对结果，确定所述氨气需求量、所述氨气温度值以及所述氨气压力值共同对应的第一电磁阀占空比；
将所述第一电磁阀占空比作为所述目标占空比。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述确定电磁阀目标占空比之前，还包括：
控制液氨罐输出液氨；
控制调压阀对所述液氨进行调压；
控制蒸发器将调压后的液氨转化为氨气；
将氨气通过所述氨气供给器输向电磁阀。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述通过调压阀对液氨进行调压之前，还包括：
控制换热器对所述液氨进行加热；
将加热后的液氨输送给所述调压阀。
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