一种发动机排气系统及发动机排气系统的控制方法
技术领域
本发明涉及发动机排气系统技术领域，尤其涉及一种发动机排气系统及发动机排气系统的控制方法。
背景技术
氮氧化物是柴油发动机的主要污染排放物之一，现有的车辆中，通常采用缸内燃烧净化技术以及后处理技术来满足排放法规对排放限值的要求。其中，后处理技术在氮氧化物排放控制上，主要使用选择性催化还原技术，即SCR技术。
SCR技术是利用还原剂(如尿素等)选择性地将氮氧化物还原为氮气和水的方法。SCR技术中，对发动机氮氧化物排放物处理的效率取决于温度、空速以及SCR催化剂种类。在排放控制开发流程上，一旦选定SCR技术，在足够的还原剂(尿素溶液)下，氮氧化物的处理效率就取决于温度与空速。大量试验数据表明，增加尿素浓度和尿素喷射量时，排气中氮氧化物的转化效率呈减速抛物线型增长趋势。这是由于SCR技术中催化剂的自身活性随着入口排气温度的下降而降低，且低温时尿素分解条件变差，因此当排气温度较低时，不仅催化剂的稳态转化效率较低，催化剂的响应速度也会变慢。当发动机处于冷启动阶段，发动机排气出口处的温度只有10℃左右，排气中氮氧化物的转化效率非常低，不能满足发动机的低排放性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机排气系统及发动机排气系统的控制方法，能够在冷启动阶段保证氮氧化物的转化效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种发动机排气系统，包括：
第一流通管路，包括依次连通的DOC系统、DPF系统、电加热系统、SCR系统、电磁阀和ASC系统以及设置于所述电加热系统和所述SCR系统之间的连通管路上的尿素喷嘴；
第二流通管路，包括单向阀，所述电磁阀为三通阀，所述SCR系统连通于所述电磁阀的进口端，所述ASC系统连通于所述电磁阀的一个出口端，所述单向阀的进口端连通于所述电磁阀的另一个出口端，所述单向阀的出口端连通于所述DPF系统和所述电加热系统之间的连通管路上；
电子控制单元，所述电子控制单元能够调节所述电磁阀的开度，使得部分气体通过所述第二流通管路回流后再次流经所述电加热系统和所述SCR系统进行催化还原。
作为优选，所述电加热系统具有多个不同的加热功率，所述电子控制单元能够根据所述SCR系统内载体温度的不同，调节所述电加热系统在不同的加热功率下工作。
作为优选，所述电加热系统包括并联设置的第一加热线圈和第二加热线圈；
所述第一加热线圈和所述第二加热线圈同时接电工作时，所述电加热系统的加热功率为P1，所述第一加热线圈单独接电工作时，所述电加热系统的加热功率为P2，所述第二加热线圈单独接电工作时，所述电加热系统的加热功率为P3，所述第一加热线圈和所述第二加热线圈均不工作时，所述电加热系统的加热功率为P4，P1＞P2＞P3＞P4＝0。
作为优选，还包括电连接于所述电子控制单元的第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置于所述电加热系统和所述SCR系统之间的连通管路上，所述第二温度传感器设置于所述SCR系统和所述电磁阀之间的连通管路上，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器所检测的温度值的平均值Ta作为所述SCR系统的载体温度值；
Ta≤T1时，所述电子控制单元调节所述电加热系统的加热功率至P1，T1＜Ta≤T2时，所述电子控制单元调节所述电加热系统的加热功率至P2，T2＜Ta≤T3时，所述电子控制单元调节所述电加热系统的加热功率至P3，T3＜Ta时，所述电子控制单元调节所述电加热系统的加热功率至P4，T1、T2和T3为存储于所述电子控制单元内的设定值，T1＜T2＜T3。
作为优选，还包括第三温度传感器，所述第三温度传感器设置于所述DOC系统与发动机的连通管路上，电连接于所述电子控制单元。
作为优选，还包括第四温度传感器，所述第四温度传感器设置于所述DOC系统与所述DPF系统的连通管路上，电连接于所述电子控制单元。
作为优选，还包括第一压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述DOC系统与发动机的连通管路上，电连接于所述电子控制单元。
作为优选，还包括压差传感器，所述压差传感器分别连通于所述DPF系统的进口端和出口端，电连接于所述电子控制单元。
作为优选，还包括第一氮氧传感器和第二氮氧传感器，所述第一氮氧传感器设置于所述DPF系统和所述电加热系统之间的连通管路上，电连接于所述电子控制单元，所述第二氮氧传感器设置于所述ASC系统的排气管路上，电连接于所述电子控制单元。
一种发动机排气系统的控制方法，用于控制上述的发动机排气系统，包括：
步骤一、在电子控制单元中存储第一特性谱图和第二特性谱图，第一特性谱图中设有根据发动机排气系统的空速和SCR系统内的载体温度而标定的氮氧化物的转化效率参数值表，第二特性谱图中设有根据发动机排气系统的压力值以及尾排氮氧化物浓度的差值范围标定的电磁阀开度参数值表；
步骤二、电子控制单元检测得到当前工况下发动机排气系统的原排氮氧化物浓度值；
步骤三、电子控制单元根据原排氮氧化物浓度值和通过第一特性谱图得到的当前工况下的氮氧化物的转化效率计算得到当前工况下发动机排气系统的实际尾排氮氧化物浓度值；
步骤四、电子控制单元检测得到当前工况下发动机排气系统的压力值；
步骤五、电子控制单元根据当前工况下的发动机排气系统的压力值以及实际尾排氮氧化物浓度值与标准氮氧化物浓度值的差值在第二特性谱图中确定电磁阀的目标开度值；
步骤六、电子控制单元控制电磁阀至目标开度。
本发明的有益效果：
在第一流通管路的基础上设置第二流通管路，使得当发动机处于冷启动阶段时，能够控制排气在经过第一流通管路的SCR系统后，通过第二流通管路再返回SCR系统，再次进行催化还原，并且在SCR系统上游设置电加热系统，使得SCR系统内载体的温度能够尽快达到阈值温度，最终提高了氮氧化物的转化率。
电加热系统多个加热功率的设置，可以在发动机冷启动阶段提高电加热系统的响应性和加热效率，避免能量的无效损耗。
附图说明
图1是本发明实施例所述的发动机排气系统的结构示意图。
图中：
10、DOC系统；20、DPF系统；30、电加热系统；40、SCR系统；50、电磁阀；60、ASC系统；70、尿素喷嘴；80、单向阀；90、电子控制单元；
1、第一温度传感器；2、第二温度传感器；3、第三温度传感器；4、第四温度传感器；5、第一压力传感器；6、压差传感器；7、第一氮氧传感器；8、第二氮氧传感器；9、氨气传感器；
100、发动机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种发动机排气系统，图1中箭头所示方向为排气流动方向，发动机排气系统包括第一流通管路、第二流通管路和电子控制单元90。其中，第一流通管路包括依次连通的DOC系统10、DPF系统20、电加热系统30、SCR系统40、电磁阀50和ASC系统60以及设置于电加热系统30和SCR系统40之间的连通管路上的尿素喷嘴70，DOC系统10的进气端连通于发动机100的排气口，ASC系统60的出气端连通于外界大气，第二流通管路包括单向阀80，电磁阀50为三通阀，SCR系统40连通于电磁阀50的进口端，ASC系统60连通于电磁阀50的一个出口端，单向阀80的进口端连通于电磁阀50的另一个出口端，单向阀80的出口端连通于DPF系统20和电加热系统30之间的连通管路上，电子控制单元90能够调节电磁阀50的开度，使得部分气体通过第二流通管路回流后再次流经电加热系统30和SCR系统40进行催化还原。
本发明中，在第一流通管路的基础上设置第二流通管路，使得当发动机100处于冷启动阶段时，能够控制排气在经过第一流通管路的SCR系统40后，通过第二流通管路再返回SCR系统40，再次进行催化还原，并且在SCR系统40上游设置电加热系统30，使得SCR系统40内载体的温度能够尽快达到阈值温度，最终提高了氮氧化物的转化率。
在本发明中，DOC系统10为本领域中常规的氧化催化器(Diesel OxidentCatalyst，DOC)，DPF系统20为本领域中常规的柴油机颗粒捕集器(Diesel ParticulateFilter，DPF)，SCR系统40为本领域中常规的选择性催化还原系统(Selective CatalyticReduction，SCR)，ASC系统60为本领域中常规的氨逃逸催化器(Ammonia Slip Catalyst，ASC)，电子控制单元90为常规的发动机控制单元或车辆控制单元，它们的结构和工作原理在此不再赘述。
具体作业时，电子控制单元90根据发动机100的实时工作状况，准确地利用尿素喷嘴70将适量的尿素溶液喷入SCR系统40前的发动机100排气中，此过程中将产生气化分解反应，从尿素溶液中释放氨气，对排气中的氮氧化物进行还原，一部分氮氧化物得以转化。电磁阀50为二位三通阀，控制SCR系统40下游的排气部分进入或不进入第二流通管路，进入第二流通管路的排气经过单向阀80进入SCR系统40进行二次催化还原，通过增大或减小电磁阀50的开度对排气流量调整更新，实现发动机排气系统较高的氮氧化物转化效率，保证整个发动机排气系统中尾排氮氧化物值满足排放要求的同时，又可以降低能量损耗。
可选择地，电加热系统30具有多个不同的加热功率，电子控制单元90能够根据SCR系统40内载体温度的不同，调节电加热系统30在不同的加热功率下工作。上述设置，可以在发动机100冷启动阶段提高电加热系统30的响应性和加热效率，避免能量的无效损耗。
具体地，电加热系统30包括并联设置的第一加热线圈和第二加热线圈。其中，第一加热线圈和第二加热线圈同时接电工作时，电加热系统30的加热功率为P1，第一加热线圈单独接电工作时，电加热系统30的加热功率为P2，第二加热线圈单独接电工作时，电加热系统30的加热功率为P3，第一加热线圈和第二加热线圈均不工作时，电加热系统30的加热功率为P4，P1＞P2＞P3＞P4＝0。上述两个加热线圈的设置，使得电加热系统30具有四档加热功率。
更为具体地，还包括电连接于电子控制单元90的第一温度传感器1和第二温度传感器2，第一温度传感器1设置于电加热系统30和SCR系统40之间的连通管路上，第二温度传感器2设置于SCR系统40和电磁阀50之间的连通管路上，第一温度传感器1和第二温度传感器2所检测的温度值的平均值Ta作为SCR系统40的载体温度值。上述第一温度传感器1布置在尿素喷嘴70之前，用于采集SCR系统40前的温度值并传递给电子控制单元90，第二温度传感器2用于采集SCR系统40后的温度值并传递给电子控制单元90。
具体地，Ta≤T1时，电子控制单元90调节电加热系统30的加热功率至P1，T1＜Ta≤T2时，电子控制单元90调节电加热系统30的加热功率至P2，T2＜Ta≤T3时，电子控制单元90调节电加热系统30的加热功率至P3，T3＜Ta时，电子控制单元90调节电加热系统30的加热功率至P4，T1、T2和T3为存储于电子控制单元90内的设定值，T1＜T2＜T3。
在本实施例中，T1＝150℃，T2＝20℃，T3＝250℃，除此之外，还可以根据具体需求设置其它的温度值。
具体地，发动机排气系统还包括第三温度传感器3，第三温度传感器3设置于DOC系统10与发动机100的连通管路上，电连接于电子控制单元90，用于采集DOC系统10上游的温度值并传送给电子控制单元90。
更为具体地，发动机排气系统还包括第四温度传感器4，第四温度传感器4设置于DOC系统10与DPF系统20的连通管路上，电连接于电子控制单元90，用于采集DOC系统10下游的温度值并传送给电子控制单元90。
具体地，发动机排气系统还包括第一压力传感器5，第一压力传感器5设置于DOC系统10与发动机100的连通管路上，电连接于电子控制单元90，用于采集发动机100排气管内压力值并传递给电子控制单元90。
更为具体地，发动机排气系统还包括压差传感器6，压差传感器6分别连通于DPF系统20的进口端和出口端，电连接于电子控制单元90，用于采集DPF系统20前后压力差值并传递给电子控制单元90。
在本实施例中，发动机排气系统还包括第一氮氧传感器7和第二氮氧传感器8，第一氮氧传感器7设置于DPF系统20和电加热系统30之间的连通管路上，电连接于电子控制单元90，用于采集排气管上游，即SCR系统40前，氮氧化物的浓度并传递给电子控制单元90，第二氮氧传感器8设置于ASC系统60的排气管路上，电连接于电子控制单元90，用于采集整个发动机排气系统尾管排气的氮氧化物浓度并传递给电子控制单元90。
此外，发动机排气系统还包括氨气传感器9，氨气传感器9设置于ASC系统60的排气管路上，电连接于电子控制单元90，用于采集发动机排气系统尾管排气的氨气浓度并传递给电子控制单元90。
实施例二
本发明还提供一种发动机排气系统的控制方法，用于控制上述实施例中的发动机排气系统，包括如下步骤：
步骤一、在电子控制单元90中存储第一特性谱图和第二特性谱图，第一特性谱图中设有根据发动机排气系统的空速和SCR系统40内的载体温度而标定的氮氧化物的转化效率参数值表，第二特性谱图中设有根据发动机排气系统的压力值以及尾排氮氧化物浓度的差值范围标定的电磁阀50开度参数值表。
在此步骤中，第一特性谱图和第二特性谱图根据实验测试而得。
步骤二、电子控制单元90检测得到当前工况下发动机排气系统的原排氮氧化物浓度值。
在此步骤中，电子控制单元90通过第一氮氧传感器7检测得到当前的原排氮氧化物浓度值。
步骤三、电子控制单元90根据原排氮氧化物浓度值和通过第一特性谱图得到的当前工况下的氮氧化物的转化效率计算得到当前工况下发动机排气系统的实际尾排氮氧化物浓度值。
在此步骤中，SCR系统40确定之后，其内载体的体积为一定值，电子控制单元90通过检测得到发动机100排气管的排气量即可计算得到发动机排气系统的空速值，电子控制单元90根据第一温度传感器1和第二温度传感器2所检测的温度值所计算的平均值Ta作为SCR系统40的载体温度值，基于上述空速值和载体温度值，通过第一特性谱图即可得到当前工况下的氮氧化物的转化效率。
步骤四、电子控制单元90检测得到当前工况下发动机排气系统的压力值。
在此步骤中，电子控制单元90通过第一压力传感器5检测得到当前的发动机排气系统的压力值。
步骤五、电子控制单元90根据当前工况下的发动机排气系统的压力值以及实际尾排氮氧化物浓度值与标准氮氧化物浓度值的差值在第二特性谱图中确定电磁阀50的目标开度值。
在此步骤中，步骤三中计算得到的尾排氮氧化物浓度值与标准氮氧化物浓度值的差值即为第二特性谱图中的尾排氮氧化物浓度的差值范围，基于此差值范围和步骤四中得到的压力值，通过第二特性谱图即可得到电磁阀50需要达到的目标开度。
步骤六、电子控制单元90控制电磁阀50至目标开度。
在此步骤中，电子控制单元90将电磁阀50调整至目标开度，以实现降低最终排气中氮氧化物浓度的目的。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
