一种国六非EGR重型柴油SDPF后处理控制系统的制作方法

本发明属于柴油发动机尾气后处理，特别是涉及一种国六非egr重型柴油sdpf后处理控制系统。

背景技术：

1、随着国家第六阶段机动车污染物排放标准（国六）的全面实施，柴油车尾气排放控制要求日益严格。目前，柴油车后处理技术路线主要分为两类：

2、（1）n1类轻型柴油车技术路线：doc+sdpf+scr+asc，选择性催化还原颗粒捕集器（sdpf）技术是将scr催化剂涂覆颗粒捕捉器（dpf）载体壁面，使单一载体同时具备碳烟捕集与denox功能。该技术率先在n1类轻型柴油车上得到规模化应用，sdpf集成化结构有利于缩短起燃时间、提升低温排放性能。

3、（2）n2类重型柴油车技术路线：doc+dpf+scr+asc，n2类重型柴油车普遍采用分体式后处理架构，即氧化催化器（doc）、dpf（颗粒捕集器）、选择性催化还原器（scr）+氨逃逸催化器（asc）各自独立设置，通过连接管路串联组成后处理系统。

4、但是，本领域技术人员普遍认为，sdpf技术仅适用于n1类轻型柴油车，不适用于n2类重型柴油车，核心原因在于sdpf内部存在一个固有矛盾：dpf被动再生需要no2作为反应物，在低温下与碳烟发生氧化反应；scrdenox反应中，no2与尿素的反应为快速反应，会优先消耗no2；两者竞争同一反应物no2，导致dpf被动再生能力下降。在n1类车型上，由于原始排放nox本身较低（氮氧化合物nox约1g/kw·h），no2供给有限，这一矛盾尤为突出，scr快速反应大量消耗no2，导致dpf被动再生能力严重不足，再生里程短，主动再生频繁。行业普遍认为，n2类车型排量更大、排气流量更高，若采用sdpf技术，no2竞争问题会更加严重，因此长期以来n2类车型均采用分体式后处理路线。

5、且，传统doc+dpf+scr+asc分体式路线需要独立的dpf载体、独立的scr载体、独立的asc载体，以及对应的封装壳体、连接管路、保温层等配套部件，导致系统轴向总长度大，底盘布置难度高、零部件数量多，物料成本与装配成本高、系统重量大，影响整车轻量化。随着国内柴油发动机市场竞争加剧，各整机企业均面临巨大的降本压力，传统分体式后处理路线的成本劣势日益凸显。

6、再者，传统分体式后处理路线中，尿素混合器布置在dpf与scr之间，距离发动机排气口较远，排气温降大，为保证低温工况下尿素充分分解、scr正常起燃，发动机需要通过推迟喷油、进气节流等方式强制提升排温，这些热管理措施直接牺牲了发动机的燃烧效率，导致燃油经济性下降。

7、而n1类sdpf系统由于no2被scr快速消耗，被动再生能力弱，碳烟积累快，需要频繁触发主动再生。主动再生过程中，sdpf内部温度可达600℃以上，高温环境会加速scr催化剂的热老化，导致催化剂活性下降、排放耐久性降低，同时增加燃油消耗。

8、由此，现有技术针对sdpf再生问题的改进思路主要集中在后处理侧，如优化催化剂配方、调整涂覆工艺、增加主动再生控制策略等，均未从发动机本体与后处理系统协同的角度出发，从根源上解决no2供给与碳烟负荷的平衡问题，改进效果有限。因此，本技术提供一种国六非egr重型柴油sdpf后处理控制系统，解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种国六非egr重型柴油sdpf后处理控制系统，通过基于非egr发动机本体燃烧优化与sdpf后处理协同的再生-denox控制方法，从根源上解决sdpf技术中no2竞争导致的被动再生不足问题，实现n2类车型sdpf技术的稳定应用，同时达到降本增效、提升热效率、延长催化剂寿命的多重技术效果。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明为一种国六非egr重型柴油sdpf后处理控制系统，具体涉及一种适配n2类重型柴油车的sdpf集成后处理系统，所述后处理控制系统采用非egr架构的柴油发动机，后处理控制系统包括，沿排气流动方向依次设置的doc氧化单元、尿素混合单元、sdpf集成单元、后置scr载体以及asc氨氧化单元：

4、所述sdpf集成单元采用壁流式dpf载体壁面涂覆scr催化剂的集成结构，scr催化剂涂覆层与后置scr载体共同构成后处理控制系统总scr催化体系，所述尿素混合单元设置于doc氧化单元出口与sdpf集成单元入口之间；所述柴油发动机基于多点喷射喷油器进行燃烧优化，控制柴油发动机原始排放nox水平为8～9g/kw·h，并控制柴油发动机干碳烟原始排放≤15mg/kw·h，所述发动机原始排放nox经doc氧化单元转化为no2，生成充足的no2供给至sdpf集成单元，并在sdpf集成单元内部同时进行碳烟的被动氧化再生反应和快速scrdenox反应，所述柴油发动机经燃烧优化，具有高浓度nox原始排放和低干碳烟原始排放特性，使所述sdpf集成单元内部形成no2供给充足、碳烟负荷低的被动再生环境，以缓解sdpf内部scr反应与被动再生之间的no2竞争；还包括协同控制单元，其用于实时获取柴油发动机工况参数、sdpf集成单元前后压差、sdpf集成单元进出口的nox与no2浓度信号，基于柴油发动机的高原始排放no2和低碳烟的本底特性，控制sdpf集成单元内部碳烟被动再生速率与scr脱硝效率的动态平衡，以被动氧化再生反应作为主要碳烟清除方式，并在sdpf集成单元的碳烟载荷超过设定阈值且被动氧化再生反应无法满足清灰需求时，触发主动再生程序；所述协同控制单元包括温度分区控制模块，根据sdpf集成单元的温度区间调整尿素喷射量，以控制被动再生速率与scr脱硝反应之间的no2分配。

5、进一步地，所述多点喷射喷油器配置为10孔或11孔，通过分区域燃烧策略，使柴油发动机干碳烟原始排放不大于15mg/kw·h，干碳烟生成量相较n1类车型降低≥85%。

6、进一步地，所述doc氧化单元、sdpf集成单元、asc氨氧化单元与后置scr载体的外径相同，所述sdpf集成单元的载体轴向长度为5英寸，所述后置scr载体的轴向长度为2英寸，所述asc氨氧化单元的载体轴向长度为2英寸，后处理控制系统总scr催化等效长度≥7英寸。

7、进一步地，所述sdpf集成单元的scr催化剂采用轴向梯度涂覆工艺，dpf载体入口段scr催化剂涂覆量大于出口段，scr催化剂涂覆深度沿dpf载体孔道轴向逐步递减。

8、进一步地，所述后处理控制系统不设置独立的 scr 入口温度传感器；所述sdpf集成单元的入口处设置有温度传感器，所述温度传感器采集sdpf集成单元入口处温度信号；所述后处理控制系统内置scr预测温度动态修正模型，用于根据所述sdpf集成单元入口处温度信号估算后置scr载体入口处温度。

9、进一步地，所述协同控制单元还用于根据sdpf集成单元的温度区间进行分区控制：当sdpf集成单元的温度处于250～400℃的b态区间时，在尾管nox不超限下，主动限制sdpf集成单元入口的尿素喷射量，使no2优先用于碳烟的被动氧化再生反应，并由后置scr载体进行剩余nox的脱硝反应。

10、进一步地，所述协同控制单元还用于：当sdpf集成单元的温度处于低于250℃、高于180℃的a态区间时，控制sdpf集成单元优先进行脱硝反应；

11、当sdpf集成单元的温度高于400℃的c态区间时，减少向sdpf集成单元上游喷射的尿素量，改由后置scr载体优先进行脱硝反应。

12、进一步地，当sdpf集成单元的温度处于250～400℃的b态区间时，采用上下游nox传感器闭环控制，在线自适应调整no2让渡比例，当检测到尾管nox超限时增加尿素喷射量。

13、进一步地，所述sdpf集成单元的碳烟载荷采用双模型估算策略，双模型估算策略为：分别采用基于压差与排气流量的压差流阻模型、基于发动机运行积分的里程积分模型进行碳烟载荷估算，再取两个模型估算结果的最大值，最大值乘以大于1的高估因子，作为最终碳烟载荷估算值。

14、进一步地，所述尿素混合单元设置于doc氧化单元出口与sdpf集成单元入口之间，利用doc氧化单元的排气完成尿素雾化与热解，降低低温工况下尿素结晶风险，缩短scr起燃时间，降低发动机为抬升排温而采取的燃烧恶化干预强度。

15、本发明具有以下有益效果：

16、本发明采用“发动机本体+后处理控制系统”双线协同策略：发动机侧：非egr架构使no2生成量提升460%，多点喷射分区域燃烧优化使干碳烟排放从100mg/kw·h降至15mg/kw·h以内（降低85%以上）；后处理侧：sdpf集成化设计提升催化容量。双线作用下，sdpf被动再生速率显著提升、碳烟积累速率显著下降，被动再生即可维持碳烟平衡，大幅延长再生里程，减少主动再生频次；突破了行业内“sdpf仅适用于n1轻型车、用于重型车会加剧再生恶化”的技术偏见，反向利用n2类车型可实现高原始排放nox的特性，通过非egr架构大幅提升no2供给量，同时通过燃烧优化大幅降低碳烟负荷，从根源上化解了sdpf内部no2竞争的核心矛盾，使sdpf技术在n2类车型上不仅可行，而且再生性能优于n1类车型。

17、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。