一种紧耦合的柴油机排气后处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及柴油机后处理装置，更具体地说，它涉及一种紧耦合的柴油机排气后处理系统。


背景技术：

2.对于常规国六排放轻型车用柴油发动机，后处理一般采用的技术路线有：1、采用高低压egr，后处理系统采用doc scrf scr asc；2、采用高压egr，后处理系统采用doc scr asc dpf。如图1所示，整车布置安装后处理系统单元时，通常采用整体封装，即一级封装,安装在整车底盘上，增压器涡后通过连接管与后处理连接，或者将柴油氧化催化器耦合安装于发动上，其余催化器总体封装后布置于整车底盘上，这两种后处理封装整车布置往往是需要有充足的车架空间。
3.此种结构的后处理系统由于远离发动机，中低负荷时排气入口温度偏低，通常需要对连接排气管进行更有效的包裹保温才能保证前级排气处理品的最低工作温度需求。另外，对于皮卡等轻型车，单级后处理器体积偏大偏长，很难布置于底盘上，主要影响是离地间隙无法满足需求，或者与底盘操作机构干涉等因素。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本实用新型的目的是提供一种紧耦合的柴油机排气后处理系统，采用三级系统构架，实现后处理系统在整车上的合理安装和高效匹配。
5.本实用新型的技术方案一是这样的：一种紧耦合的柴油机排气后处理系统，包括一级后处理单元、二级后处理单元和三级后处理单元，所述的一级后处理单元耦合安装在柴油机的排气出口，且所述的一级后处理单元、二级后处理单元和三级后处理单元依次连接，所述的一级后处理单元内沿排气方向依次封装有前级柴油氧化催化器和前级选择性催化转化器，所述的二级后处理单元内沿排气方向依次封装有后级选择性催化转化器和氨气捕捉器，所述的三级后处理单元内沿排气方向依次封装有后级柴油氧化催化器和柴油颗粒捕集器。
6.作为进一步地改进，所述二级后处理单元、三级后处理单元的外壁直径均小于一级后处理单元的外壁直径。
7.进一步地，所述的一级后处理单元上靠近柴油机的排气出口一端设有前nox传感器，所述前级柴油氧化催化器两侧的一级后处理单元上均设有第一温度传感器，所述前级柴油氧化催化器和前级选择性催化转化器之间的一级后处理单元内设有混合器，与所述混合器位置对应的一级后处理单元外壁设有尿素喷射组件。
8.进一步地，所述氨气捕捉器后侧的二级后处理单元上设有后nox传感器。
9.进一步地，所述后级柴油氧化催化器前侧的三级后处理单元上设有hc喷射装置，所述后级柴油氧化催化器两侧的三级后处理单元上均设有第二温度传感器，所述柴油颗粒
捕集器对应的三级后处理单元上设有压差传感器，所述柴油颗粒捕集器后侧的三级后处理单元上设有pm传感器。
10.进一步地，所述前级柴油氧化催化器前侧的一级后处理单元侧面设有进气管，所述的进气管与柴油机的排气出口连接。
11.进一步地，所述前级柴油氧化催化器前侧的一级后处理单元内设有稳压腔，所述的稳压腔与进气管连通。
12.进一步地，所述进气管的内壁与稳压腔的内壁侧面相切，且所述进气管的轴心线与一级后处理单元的顶面之间的夹角为锐角。
13.进一步地，所述进气管的轴心线与稳压腔的内壁顶面中心相交，且所述稳压腔的内壁顶面为凹陷的锥形面。
14.有益效果
15.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
16.1、本实用新型的后处理系统分为三级后处理单元，一级后处理单元与轻型柴油机紧耦合安装，即一级后处理单元的排气入口直接耦合涡轮增压器的排气出口，一级后处理单元封装前级柴油氧化催化器和前级选择性催化转化器，保证前级后处理器的温度降最小，保证柴油机中低负荷转速下的起燃温度,使后处理系统能够迅速高效起燃进入高效区间工作；二级后处理单元封装后级选择性催化转化器和氨气捕捉器，三级后处理单元封装后级柴油氧化催化器和柴油颗粒捕集器，实现对柴油机的高温排气流处理后再排放。
17.2、本实用新型的后处理系统采用三级系统构架，使得二级和三级后处理单元封装体积相对小，可灵活在整车底盘上布置安装，避开底盘上各类操作机构，保证整车离地间隙，实现后处理系统在整车上的合理安装和高效匹配。
18.3、本实用新型的后处理系统，通过在一级后处理单元内设置稳压腔，并对进气管的角度进一步限定，使得进气管的出气口在水平方向与稳压腔的进气口相切，并且高温气流在垂直方向带夹角喷射在稳压腔内壁顶面，进而使得柴油机的高温排气在稳压腔内形成紊流，均匀通过后处理载体，避免高温的排气流直接集中对后处理载体的冲击，减小排气流随柴油机工况变化的压力波变化对后处理载体的冲击，有效延长一级后处理单元的使用寿命。
附图说明
19.图1为本实用新型的结构示意图；
20.图2为本实用新型应用时的结构示意图；
21.图3为本实用新型各级单元中内部封装的结构简略示意图；
22.图4为本实用新型中一级后处理单元的剖面结构放大示意图；
23.图5为本实用新型中一级后处理单元内气流流动的主视结构示意图；
24.图6为本实用新型中一级后处理单元内气流流动的俯视结构示意图。
25.其中：1-一级后处理单元、2-二级后处理单元、3-三级后处理单元、4-柴油机、5-前级柴油氧化催化器、6-前级选择性催化转化器、7-后级选择性催化转化器、8-氨气捕捉器、9-后级柴油氧化催化器、10-柴油颗粒捕集器、11-前nox传感器、12-第一温度传感器、13-尿素喷射组件、14-后nox传感器、15-hc喷射装置、16-第二温度传感器、17-压差传感器、18-pm
传感器、19-进气管、20-稳压腔、21-混合器、22-托架、23-抱箍、24-排气出口管。
具体实施方式
26.下面结合附图中的具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
27.参阅图1-6，本实用新型的一种紧耦合的柴油机排气后处理系统，包括一级后处理单元1、二级后处理单元2和三级后处理单元3，其中，一级后处理单元1耦合安装在柴油机4的排气出口，即一级后处理单元1的排气入口直接耦合柴油机4的涡轮增压器的排气出口，且一级后处理单元1、二级后处理单元2和三级后处理单元3依次连接，具体的，三者之间是通过气管连通，气管与三个后处理单元之间通过法兰连接，拆装方便，柴油机排气依次流经一级后处理单元1、二级后处理单元2、三级后处理单元3，在一级后处理单元1内沿排气方向依次封装有前级柴油氧化催化器5和前级选择性催化转化器6，用于对柴油机排气的前级净化，在二级后处理单元2内沿排气方向依次封装有后级选择性催化转化器7和氨气捕捉器8，其中，后级选择性催化转化器7用于对气体的后级净化，氨气捕捉器8用于对气体中多余的氨气净化，在三级后处理单元3内沿排气方向依次封装有后级柴油氧化催化器9和柴油颗粒捕集器10，其中后级柴油氧化催化器9用于对气体的后级净化，柴油颗粒捕集器10用于气体中的颗粒捕捉拦截。
28.本实用新型的后处理系统分为三级后处理单元，一级后处理单元1与轻型柴油机紧耦合安装，一级后处理单元1封装前级柴油氧化催化器5和前级选择性催化转化器6，保证前级后处理器的温度降最小，保证柴油机中低负荷转速下的起燃温度,使后处理系统能够迅速高效起燃进入高效区间工作；二级后处理单元2封装后级选择性催化转化器7和氨气捕捉器8，三级后处理单元3封装后级柴油氧化催化器9和柴油颗粒捕集器10，实现对柴油机的高温排气流处理后再排放，有效提高排气后处理效果。
29.优选的，二级后处理单元2、三级后处理单元3的外壁直径均小于一级后处理单元1的外壁直径，在保证排气后处理效果的前提下，方便二级后处理单元2、三级后处理单元3安装在整车底盘上。进一步地，一级后处理单元1竖向布置，且二级后处理单元2、三级后处理单元3横向布置，合理优化后处理系统的结构布局。
30.本实用新型的后处理系统采用三级系统构架，使得二级和三级后处理单元封装体积相对小，可灵活在整车底盘上布置安装，避开底盘上各类操作机构，保证整车离地间隙，实现后处理系统在整车上的合理安装和高效匹配。
31.优选的，在一级后处理单元1上靠近柴油机4的排气出口一端设有前nox传感器11，用于监测柴油机原排中的nox，并反馈给ecu，在前级柴油氧化催化器5两侧的一级后处理单元1上均设有第一温度传感器12，用于前级柴油氧化催化器5的温度差，在前级柴油氧化催化器5和前级选择性催化转化器6之间的一级后处理单元1内设有混合器21，与混合器21位置对应的一级后处理单元1外壁设有尿素喷射组件13，尿素喷射组件13一般包括喷嘴，可以将尿素溶液喷射到混合器21中。
32.优选的，在氨气捕捉器8后侧的二级后处理单元2上设有后nox传感器14，后nox传感器14不但为选择性催化还原器提供闭环信号，而且为车载诊断系统系统提供信号。
33.优选的，在后级柴油氧化催化器9前侧的三级后处理单元3上设有hc喷射装置15，hc喷射装置15一般包括喷嘴，可向三级后处理单元3内喷射柴油，在后级柴油氧化催化器9
两侧的三级后处理单元3上均设有第二温度传感器16，用于后级柴油氧化催化器9的温度差，在柴油颗粒捕集器10对应的三级后处理单元3上设有压差传感器17，用于测量柴油颗粒捕集器10的气流阻力，从而对柴油颗粒捕集器10的阻力进行监测，在柴油颗粒捕集器10后侧的三级后处理单元3上设有pm传感器18，用于柴油颗粒捕集器10的过滤效率诊断。本实施例的各种传感器、及hc喷射装置15、尿素喷射组件13、各种催化器等部件均与ecu电性连接。
34.优选的，在前级柴油氧化催化器5前侧的一级后处理单元1侧面设有进气管19，该进气管19与柴油机4的排气出口连接，具体的，进气管19与涡轮增压器的排气出口连接。进一步地，在前级柴油氧化催化器5前侧的一级后处理单元1内设有稳压腔20，稳压腔20与进气管19连通。进气管19的内壁与稳压腔20的内壁侧面相切，且进气管19的轴心线与一级后处理单元1的顶面之间的夹角为锐角，即如图5所示，a为锐角。
35.本实用新型的后处理系统，通过在一级后处理单元1内设置稳压腔20，并对进气管19的角度进一步限定，使得进气管19的出气口在水平方向与稳压腔20的进气口相切，并且高温气流在垂直方向带夹角喷射在稳压腔20内壁顶面，进而使得柴油机的高温排气在稳压腔内形成紊流，均匀通过后处理载体，避免高温的排气流直接集中对后处理载体的冲击，减小排气流随柴油机工况变化的压力波变化对后处理载体的冲击，有效延长一级后处理单元1的使用寿命。
36.优选的，进气管19的轴心线与稳压腔20的内壁顶面中心相交，且稳压腔20的内壁顶面为凹陷的锥形面，使得高温排气在稳压腔20内更容易形成紊流，进一步减小气流对后处理载体的冲击。
37.优选的，在一级后处理单元1的底部一侧设有托架22，在一级后处理单元1的上部设有抱箍23。该一级后处理单元1通过托架22和抱箍23安装于柴油机上，提高一级后处理单元1的稳定性。进一步地，在一级后处理单元1底部设有与其连通的排气出口管24，经过一级处理后的排气流通过排气出口管24流到下一个后处理单元，该排气出口管24的直径小于一级后处理单元1的直径，延缓排气流在一级后处理单元1内的时间，提高处理效果。
38.一种紧耦合的柴油机排气后处理方法，该方法包括如下步骤：
39.步骤1：柴油机排气以紊流的形式流经一级后处理单元1的前级柴油氧化催化器5，前级柴油氧化催化器5将排气中的hc和co、no进行前级净化；
40.具体的过程为，通过进气管19的角度限定和稳压腔20的结构设计而在一级后处理单元1内获得紊流的排气，其中，排气中的hc和co在氧化催化剂的催化作用下被氧化成co2和h2o，排气中的no在氧化催化剂的催化作用下被氧化成no2，其化学反应式包括：co o2→
co2、hc o2→
co2 h2o、no o2→
no2；
41.步骤2：将步骤1净化后的气体与nh3混合，混合后的混合气流经一级后处理单元1的前级选择性催化还原器6，前级选择性催化还原器6将混合气中的nox进行前级净化；
42.具体的过程为，ecu根据前级选择性催化还原器6温度情况、柴油机工况等信息计算出所需的尿素喷射量，计量喷射泵按照ecu指令将车用尿素溶液通过喷嘴喷入混合器21，尿素溶液在高温下分解成nh3，进入前级选择性催化还原器6，和nox在前级选择性催化还原器6内部反应生成n2和h20，实现nox的净化，其化学反应式包括：(nh2)2co h2o
→
nh3 co2、nh3 no o2→
n2 h2o、nh3 no no2→
n2 h2o、nh3 no2→
n2 h2o；
43.步骤3：步骤2净化后的气体流经二级后处理单元2的后级选择性催化还原器7，后
级选择性催化还原器7继续将气体中的nox进行后级净化，其具体过程与步骤2相同；
44.步骤4：步骤3净化后的气体流经二级后处理单元2的氨气捕捉器8，氨气捕捉器8将气体中多余的nh3净化，利用氨气捕捉器8将多余的nh3氧化成n2和h20，其反应化学式包括：nh3 o2→
n2 h2o；
45.步骤5：步骤4净化后的气体流经三级后处理单元3的后级柴油氧化催化器9，后级柴油氧化催化器9将气体中的hc和co、no进行后级净化，其具体过程与步骤1相同；
46.步骤6：步骤5净化后的气体流经三级后处理单元3的柴油颗粒捕集器10，柴油颗粒捕集器10将气体中的颗粒净化；
47.其中，所述的步骤6还包括如下具体步骤：
48.步骤s6.1：柴油颗粒捕集器10拦截下来的颗粒中的碳颗粒和气体中的no2在250℃以上进行氧化反应,从而将碳烟氧化成co2，实现柴油颗粒捕集器10的被动再生；
49.步骤s6.2：当柴油颗粒捕集器10的碳载量达到再生限值，柴油颗粒捕集器10阻力增大到设定值，hc喷射装置15向后级柴油氧化催化器9前侧的气体中喷射柴油，气体流经后级柴油氧化催化器9发生燃烧，提升柴油颗粒捕集器10的温度，进行主动再生，其化学反应式包括：no2 c
(s)
→
co no、no o2→
no2、co o2→
co2、hc o2→
co2 h2o。
50.以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。