CN215369990U - 预处理单元及尾气处理***和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种预处理单元及尾气处理***和车辆，该预处理单元设于发动机和柴油颗粒捕集器之间的排气管路上，包括前反应部和后反应部，前反应部与后反应部均设置在排气管路上；并且，在前反应部和后反应部之间设有喷油器，所述喷油器伸于所述排气管路内的一端上设有防积碳涂层。本实用新型的预处理单元，通过在喷油器的位于排气管路内的一端涂设防积碳涂层，可以催化流过其表面的CO和HC与O₂反应，生成H₂0和CO₂，能够减少甚至避免积碳的生成，而有利于喷油器性能的保持。

Description

预处理单元及尾气处理***和车辆

技术领域

本实用新型涉及发动机尾气处理技术领域，特别涉及一种用于柴油颗粒捕集器再生的预处理单元。本实用新型还涉及一种尾气处理***，以及一种设有该***的车辆。

背景技术

柴油发动机具有热效率高、节油等优点，但其颗粒物(PM，也被称作碳颗粒)的排放污染是影响其应用于乘用车辆上的重要障碍。随着柴油车排放标准的升级，尤其是PM及氮氧化物(NO_X)限值的不断收紧，仅依靠发动机本身和借助柴油氧化催化器减少燃烧污染物已无法满足要求。

现有技术中，通过在发动机尾气排放管路中增加DPF，来降低PM的排放，是当前公认的降PM的最有效手段之一，净化效率能达到90％以上。其中，DPF(Diesel ParticulateFilter)指柴油颗粒捕集器，在DPF中加设SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原装置)则形成带有SCR功能的DPF(Diesel Particle Filter with SCR Function)，简称SDPF。此间，DPF的过滤体的再生是DPF得以实用化的关键技术。

DPF的过滤体随着捕集的颗粒物的增多，会发生阻塞，而碳颗粒(PM)通常可在550℃以上可以氧化燃烧，从而使DPF再生。传统的手段是，排气管路中设置稀燃NO_X捕集器(lean NO_X trap，LNT)或者氧化催化器(Diesel Oxidation Catalyst，DOC)，采用缸内燃油后喷技术，在发动机正常喷油着火后，在活塞下行的过程中，喷油器额外向气缸内喷射燃油。后喷产生的燃油产生大量的HC和CO，这些反应剂在DOC内部贵金属Pt、Rh等催化剂的作用下与O₂(氧气)，进行催化氧化反应生热，直到DOC出口温度达到DPF前的温度达到590℃左右时，DPF开始再生。

但是，一般的轻型柴油发动机实际DPF再生过程可达20分钟，在缸内燃油后喷技术中，缸内燃油后喷时，燃油颗粒会附着在发动机的缸壁上，被油底壳的机油冲刷，这个结果会使机油稀释。机油稀释如果超标则后果非常严重，有可能造成发动机的报废。

故而，在现有技术中，一般会在排气管路上单独设置一个喷油器(俗称“第五喷油器”，这里所述的“第五”，是因为最早研究排气管路上增加喷油器，是针对四缸柴油发动机上研究的，四缸柴油发动机每缸各有一个喷油器，然后在排气管路上增设一个相同的喷油器，故称之为第五)，该喷油器设于DOC前。

然而，在实践应用中，由于第五喷油器所处的超高温工况环境，经常会造成喷油器内部电磁线圈的烧损，第五喷油器的头部也很容易形成积碳，影响喷油器的性能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种预处理单元，以能够减少喷油器积碳的形成。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种预处理单元，设于发动机和所述柴油颗粒捕集器之间的排气管路上，所述预处理单元包括前反应部和后反应部，所述前反应部与所述后反应部均设置在所述排气管路上；

所述前反应部和所述后反应部之间设有喷油器，所述喷油器伸于所述排气管路内的一端上设有防积碳涂层。

进一步的，所述前反应部与所述后反应部沿所述排气管路内的尾气流向顺次布置。

进一步的，所述后反应部的长度为所述前反应部长度的0.25～0.5倍。

进一步的，所述喷油器中设有可与外部冷却回路相连的降温结构。

进一步的，所述降温结构包括设于所述喷油器壳体中的水套。

进一步的，所述前反应部设置为稀燃NO_X捕集器或氧化催化器。

进一步的，所述后反应部包括壳体，以及设于所述壳体内的载体；所述壳体串接于所述排气管路上，所述载体具有多个孔道；各所述孔道将所述载体前后的所述排气管路导通，所述孔道的内壁上设有催化剂涂层。

进一步的，所述催化剂涂层设置为铑涂层。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

本实用新型所述的预处理单元，在为柴油颗粒捕集器的再生提供高温条件的预处理单元中，将喷油器设置在前反应部和后反应部之间，并通过在喷油器的位于排气管路内的一端涂设防积碳涂层，可以较好地催化流过其表面的CO和HC与O₂反应，生成H₂0和CO₂，从而能够减少甚至避免积碳的生成，而有利于喷油器性能的保持。

此外，将后反应部设置为前反应部的0.25～0.5倍长度，也有利于预处理单元整体催化反应性能的保持。

本实用新型还提出一种尾气处理***，包括与发动机的排气门相连接的排气管路，所述排气管路上设有柴油颗粒捕集器，所述排气管路上设有本实用新型所述的预处理单元；所述预处理单元位于所述发动机和所述柴油颗粒捕集器之间。

另外，本实用新型也提出了一种车辆，所述车辆上设有如上所述的尾气处理***。

相对于现有技术，本实用新型的尾气处理***及车辆具有上述预处理单元所具备的技术优势。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图，是用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明是用于解释本实用新型，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例一所述的预处理单元设于排气管路中的整体***配置图；

图2为本实用新型实施例一所述的载体及其壳体的整体结构示意图；

附图标记说明：

1、发动机；10、排气管路；100、排气门；101、增压器；102、第一氧传感器；103、第一高温传感器；

20、前反应部；21、后反应部；22、喷油器；201、第一氮氧传感器；202、第二高温传感器；203、第二氧传感器；204、第一尿素喷嘴；211、衬垫；212、载体；213、孔道；214、壳体；215、过渡段；216、接口；

3、柴油颗粒捕集器；300、差压传感器；301、第二尿素喷嘴；302、第二氮氧传感器；303、第三高温传感器；

4、选择性催化还原装置；400、第三氮氧传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，亦或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例一

本实施例涉及一种预处理单元，设于发动机1和柴油颗粒捕集器3之间的排气管路上，以减少喷油器上积碳的生成，有利于喷油器性能的保持。

该预处理单元包括前反应部20和后反应部21，前反应部20与后反应部21均设置在排气管路10上；并且，在前反应部20和后反应部21之间设有喷油器22，该喷油器22伸于排气管路内的一端上也设有防积碳涂层。

基于上述的设计思想，本实施例的预处理单元应用于发动机尾气处理的排气管路10中的一种示例性***配置如图1所示。

本实施例中，喷油器22伸入到排气管路10内的一端表面所设置的防积碳涂层，用于减少甚至避免喷油器22头部积碳的生成。具体实施时，该防积碳涂层例如可采用金属Rh或Ni，以Rh为例，Rh可以催化流过其表面的CO和HC与O₂反应，生成H₂0和CO₂，从而在喷油器22位于前后反应部之间的基础上，可达到减少甚至避免在喷油器22的头部的金属表面形成积碳的效果，以利于喷油器22性能的保持。

此外，喷油器22中可以设置与外部冷却回路相连的降温结构。通过为喷油器22设置降温结构，可降低喷油器22的温度，从而减少喷油器22内线路的高温损坏。优选地，降温结构可采用水套形式，将水套结构设于喷油器22的壳体中。采用水套形式，可取发动机“小循环”的水(冷却液)实现对喷油器22的冷却，适合喷油器22的工况条件，且便于技术实施。

预处理单元中的前反应部20和后反应部21沿排气管路10内的尾气流向顺次布置，上述的喷油器22则设于两者之间。该处的前反应部20和后反应部21采用现有的稀燃NO_X捕集器产品，或者氧化催化器产品即可。优选地，两者采用同一类型的反应器，即前反应部20采用氧化催化器DOC时，后反应部21也采用氧化催化器。

以氧化催化器为例，在具体实施时，作为进一步的优选实施形式，当前反应部20和后反应部21采用氧化催化器DOC时，前反应部20采用贵金属Pt、Rh、Pd等催化剂均配置的氧化催化器便可。对于后反应部21，其例如可采用贵金属使用Rh，不含Pt及Pd的氧化催化器产品，或者，也可采用除了Rh，也增加有适量Ce等储氧物质的氧化催化器产品。其中，Rh的涂覆的量与前反应部20中的相同即可。

采用上述设置，通过前反应部20中贵金属Pt、Rh等催化剂的作用完成对燃油产生的大量的HC和CO的氧化反应，从而产生高温；同时，通过对后反应部21内催化剂的调整，规避对N₂O的生成起主要催化作用的Pt的使用，从而可在保持预处理单元的反应升温和尾气处理性能的同时，创造不利于N₂O反应生成的条件，以利于发动机1尾气中N₂O排放量的降低。

在上述的前反应部20和后反应部21的催化作用下，主要包括如下反应：

CO+1/2O2→CO₂

HC+O₂→CO₂+H₂O

PAH(多环芳烃)+O₂→CO₂+H₂O

醛+O₂→CO₂+H₂O

通过上述的反应，可为柴油颗粒捕集器3创造高温的再生条件，同时处理尾气中的部分有害气体。

如图1所示，优选将后反应部21的长度设为前反应部20长度的0.25～0.5倍，通过为前反应部20和后反应部21配置不同的反应催化距离，有利于预处理单元整体催化反应性能的保持。

同时，本实施例的后反应部21中不含有Pt催化剂。由于Pt对H₂(氢)具有高效的催化作用，当Pt周围有“H₂(氢)”、氧和NO时，会发生NO+O₂+H₂→N₂O反应，在现有的DOC后处理的***中，正是由于该反应的大量发生，造成尾气中富含大量的N₂O。本实施例的后反应部21，则不存在N₂O产生的有利条件。这样，可使车辆发动机排放的尾气中的N₂O的含量大大降低。

当然，上述的前反应部20和后反应部21也可以采用稀燃NO_X捕集器，此种情况下，在后反应部21和柴油颗粒捕集器3之间可加设第二氧传感器203。采用稀燃NO_X捕集技术的反应器，具有稳定的氧化还原效果，其相较于DOC反应器在反应完成后可能会富余较多的氧气，通过配置第二氧传感器203，可及时掌控预处理单元的整体反应情况。

对于前反应部20和后反应部21的具体结构，可参照现有的DOC或者LNT结构设置，一种优选的结构如图2所示。以后反应部21为例，其包括串接在排气管路10上的载体212，载体212具有多个孔道213，各孔道213密集排布，将载体212前后的排气管路10导通，孔道213的内壁上设有催化剂涂层；该催化剂涂层优选采用铑(Rh)涂层。这样的配置，有利于以增大载体212与尾气的接触面积，利于催化反应的充分进行。

载体212则优选采用陶瓷、金属、碳化硅和钛酸铝等惰性物质制成，选用一种物质制造即可；使用单一的惰性物质制作载体212，利于保持载体212的稳定性，防止载体212本身对催化反应的不利影响。并且，载体212中可增设氧化铝，氧化铝能提供较高的比表面积、增强CO、HC、NO_X等物质的附着能力，有利于催化反应的进行。

同时，载体212的径向尺寸应设置为大于排气管路10，且优选为排气管路10径向尺寸的两倍以上；这样，可保障载体212上各孔道213的整体通过量，防止在载体212处产生大的气流阻力。

在本实施例中，载体212盛装在壳体214内，壳体214的两端设有与排气管路10相连接的接口216，并且，在接口216与壳体214之间设有径向尺寸渐变的过渡段215；过渡段215的设置便于在载体212和排气管路10之间形成良好的气流导向效果。为了保障载体212和壳体214之间的密封性，可在两者之间夹设衬垫211。

实施例二

本实施例涉及一种尾气处理***和车辆，该***可有效降低排气管路10中喷油器22上积碳的生成，以保持喷油器22的性能，从而提高尾气处理***的运行稳定性。。

仍如图1所示，该***包括与发动机1的排气门100相连接的排气管路10，在排气管路10上设有柴油颗粒捕集器3，同时，在发动机1和柴油颗粒捕集器3之间的排气管路10上，设有实施例一所提供的预处理单元。

如图1所示，当本实施例的预处理单元应用于发动机1的尾气处理***中时，发动机1产生的尾气从排气门100排入排气管路10，通过增压器101增压进入预处理单元，在增压器101和预处理单元之间的排气管路10上可设置第一氧传感器102和第一高温传感器103，以检测该段尾气的温度和氧含量。

之后，尾气依次通过预处理单元的前反应部20、喷油器22和后反应部21，在不利于N₂O产生的条件下发生大量的氧化反应，使得尾气温度升高，由预处理单元排出的尾气进入柴油颗粒捕集器3，通过预处理单元和柴油颗粒捕集器3之间设置的第一氮氧传感器201、第二高温传感器202可检测尾气的氮氧含量和温度；通过柴油颗粒捕集器3上差压传感器300的配置可实时了解柴油颗粒捕集器3的阻塞情况，以确定是否需要进行DPF再生，进而通过控制喷油器22的喷油动作以达到柴油颗粒捕集器3再生所需要的条件。经过柴油颗粒捕集器3处理的尾气再经过选择性催化还原装置4的处理后排出到大气中。

此外，在柴油颗粒捕集器3的前后可加设第一尿素喷嘴204和第二尿素喷嘴301，以对尾气做进一步处理，在选择性催化还原装置4的前后可设置第二氮氧传感器302、第三高温传感器303和第三氮氧传感器400，以形成对对应管段的尾气氮氧含量和温度的检测。

另外，本实施例也涉及一种车辆，该车辆上即设有如上所述的尾气处理***，可有效改善车辆的尾气处理效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预处理单元，设于发动机(1)和所述柴油颗粒捕集器(3)之间的排气管路(10)上，其特征在于：

所述预处理单元包括前反应部(20)和后反应部(21)，所述前反应部(20)与所述后反应部(21)均设置在所述排气管路(10)上；

所述前反应部(20)和所述后反应部(21)之间设有喷油器(22)，所述喷油器(22)伸于所述排气管路(10)内的一端上设有防积碳涂层。

2.根据权利要求1所述的预处理单元，其特征在于：

所述前反应部(20)与所述后反应部(21)沿所述排气管路(10)内的尾气流向顺次布置。

3.根据权利要求2所述的预处理单元，其特征在于：所述后反应部(21)的长度为所述前反应部(20)长度的0.25～0.5倍。

4.根据权利要求1所述的预处理单元，其特征在于：所述喷油器(22)中设有可与外部冷却回路相连的降温结构。

5.根据权利要求4所述的预处理单元，其特征在于：所述降温结构包括设于所述喷油器(22)壳体中的水套。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的预处理单元，其特征在于：

所述前反应部(20)设置为稀燃NO_X捕集器或氧化催化器。

7.根据权利要求1所述的预处理单元，其特征在于：

所述后反应部(21)包括壳体(214)，以及设于所述壳体(214)内的载体(212)；

所述壳体(214)串接于所述排气管路(10)上，所述载体(212)具有多个孔道(213)；

各所述孔道(213)将所述载体(212)前后的所述排气管路(10)导通，所述孔道(213)的内壁上设有催化剂涂层。

8.根据权利要求7所述的预处理单元，其特征在于：

所述催化剂涂层设置为铑涂层。

9.一种尾气处理***，包括与发动机(1)的排气门(100)相连接的排气管路(10)，所述排气管路(10)上设有柴油颗粒捕集器(3)，其特征在于：

所述排气管路(10)上设有权利要求1-8中任一项所述的预处理单元；

所述预处理单元位于所述发动机(1)和所述柴油颗粒捕集器(3)之间。

10.一种车辆，其特征在于：所述车辆上设有权利要求9所述的尾气处理***。

Images