專利名稱：通過控制排溫實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的方法及實(shí)施裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重型柴油機(jī)，特別是涉及通過控制排氣溫度實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的方法。
背景技術(shù)：
面對(duì)環(huán)境污染和能源匱乏，柴油機(jī)排放法規(guī)日益嚴(yán)格，這對(duì)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)高效、 清潔燃燒的排放控制技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。柴油機(jī)在重型車領(lǐng)域的應(yīng)用占據(jù)著主導(dǎo)地 位，如何應(yīng)對(duì)近乎苛刻的排放要求是重型柴油機(jī)在發(fā)展過程中面臨的主要問題。眾所周知，柴油機(jī)的NOx和碳煙排放之間存在一種此消彼長(zhǎng)的Trade-off關(guān)系， 改善一種排放的措施往往會(huì)帶來另一種排放的升高。因此，長(zhǎng)期以來，人們一直在圍繞 如何改善兩者之間的Trade-off關(guān)系展開了深入的研究。目前，圍繞降低柴油機(jī)排放的研究已經(jīng)得到了廣泛的開展，在一些新型燃燒方 式(如HCCI、LTC> SCCI、PCCI等)方面取得了一定的進(jìn)展，在一定的工況范圍內(nèi)表 現(xiàn)出了實(shí)現(xiàn)超低排放(如美國(guó)EPA2010法規(guī))的潛力。但這些燃燒方式目前還存在應(yīng)用 的局限性，有諸多問題還需要解決，尤其是對(duì)覆蓋大負(fù)荷工況的重型柴油機(jī)來說，新型 燃燒方式很難覆蓋其全部工況范圍。在進(jìn)行燃燒控制和機(jī)內(nèi)凈化研究的同時(shí)，柴油機(jī)的后處理技術(shù)也得到了快速的 發(fā)展，如降低NOx的SCR(Selective Catalytic Reduction選擇性催化還原)技術(shù)、降低碳 煙和顆粒的 DOC (Diesel Oxidation Catalyst,氧化催化轉(zhuǎn)化器)禾Π DPF (Diesel Particulate Filter,顆粒捕集器)技術(shù)等。這些后處理技術(shù)雖然具有高的轉(zhuǎn)化效率，但存在著系統(tǒng)復(fù) 雜、成本高、轉(zhuǎn)化效率受邊界條件影響較大等問題，如SCR需要定時(shí)填充NH3來維持正 常工作，并存在NH3泄漏等問題，DOC存在催化器熱老化和催化劑中毒的問題，而DPF 的再生和可靠性問題會(huì)嚴(yán)重影響其使用。同時(shí)，使用后處理器還會(huì)降低柴油機(jī)在燃油經(jīng) 濟(jì)性方面的優(yōu)勢(shì)。因此，改善燃燒和降低排放還是需在機(jī)內(nèi)凈化(優(yōu)化燃燒過程，提高 熱效率和燃燒效率)的基礎(chǔ)上盡量減少?gòu)?fù)雜后處理器的使用。目前，SCR是一種相對(duì)成熟的NOx后處理技術(shù)，具有較高的轉(zhuǎn)化效率，但其高 效區(qū)存在于一個(gè)范圍狹窄的特定溫度區(qū)間(350°C 550°C)。因此，如果能夠在全工況范 圍內(nèi)控制SCR前的排氣溫度處于該高效區(qū)間，就可以大大提高SCR的轉(zhuǎn)化效率。若此時(shí) 通過進(jìn)氣管理、提高噴射壓力、優(yōu)化噴油定和噴射策略等措施，改善碳煙(微粒)排放， 從而減小對(duì)微粒后處理效率的要求。因此通過采用對(duì)排氣溫度控制的方法，可以在使用 SCR和DOC后處理器條件下滿足歐6排放要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過控制排溫實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的方 法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，通過控制排溫實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放 的方法，借助于發(fā)動(dòng)機(jī)的排溫控制單元實(shí)現(xiàn)，并包括下列步驟
(1)發(fā)動(dòng)機(jī)的排溫電控單元分別讀取來自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)和來自油 門踏板傳感器的負(fù)荷信號(hào)，并根據(jù)讀取到的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在中、低 負(fù)荷還是高負(fù)荷工況，并讀取SCR上游的排溫信號(hào)判斷排溫是否處于所要求的350°C 550°C的SCR高效率轉(zhuǎn)化區(qū)間； (2)如果步驟(1)的判斷結(jié)果為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于低負(fù)荷工況，若低于350°C 550°C 的溫度范圍，則排溫電控單元根據(jù)預(yù)置的低負(fù)荷工況排溫控制策略，通過可變氣門機(jī)構(gòu) VVA控制排氣門正時(shí)(晚開或早關(guān))來減小冷的新鮮進(jìn)氣量、增加缸內(nèi)熱的殘余廢氣量 來提高燃燒后的缸內(nèi)工質(zhì)溫度，從而使排出氣缸的廢氣溫度也得到相應(yīng)提高，同時(shí)采用 安裝在排氣管路的電加熱裝置快速加熱廢氣，使廢氣溫度迅速達(dá)到350°C 550°C這一溫 度區(qū)間；(3)如步驟⑴中的判斷結(jié)果為發(fā)動(dòng)機(jī)處于中等負(fù)荷工況，但排溫仍不能達(dá)到 350°C 550°C的要求，此時(shí)排溫電控單元根據(jù)預(yù)先優(yōu)化好的排溫控制策略，通過減小安 裝在進(jìn)氣管路上的電子節(jié)氣門開度來減小發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，提高缸內(nèi)工質(zhì)的燃燒溫度和 排出的廢氣溫度，同時(shí)采用安裝在排氣管路的電加熱裝置快速加熱廢氣，使廢氣溫度迅 速達(dá)到350°C 550°C這一溫度區(qū)間要求；(4)如步驟⑴中的判斷結(jié)果為發(fā)動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷工況，不會(huì)出現(xiàn)排溫低于 350°C的情況，此時(shí)如果排氣溫度超過了 550°C，排溫電控單元根據(jù)預(yù)置的排溫控制策 略，利用連接到排氣管路的旁通閥向廢氣中補(bǔ)充新鮮冷空氣降低排氣溫度到規(guī)定的溫度 區(qū)間；(5)除了采用VVA、電子節(jié)氣門、補(bǔ)充冷空氣等調(diào)節(jié)排氣溫度外，對(duì)排氣管路 要采取輔助的保溫措施，目的是使排氣管中的廢氣溫度盡量均勻，使進(jìn)入SCR的全部廢 氣溫度都保持在SCR高效的溫度區(qū)間；(6)除上述控制排氣溫度提高SCR效率、使NOx滿足歐6排放法規(guī)要求的措施 夕卜，同時(shí)要對(duì)燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化，盡量提高燃油的噴射壓力、采用靈活可調(diào)的噴射控制 策略，以獲得較低的顆粒原始排放，在結(jié)合DOC后處理器情況下使顆粒能夠滿足歐6排 放法規(guī)的要求。通過控制排溫實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的裝置，包括空氣濾清器，用于凈化進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮空氣；進(jìn)氣中冷器，利用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)，用于冷卻被增壓器壓縮過后溫度有所 升高的新鮮進(jìn)氣；電子節(jié)氣門，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)并實(shí)時(shí)靈活控制開度，電子節(jié)氣門與控制單元相 連；可變氣門機(jī)構(gòu)VVA，用于靈活調(diào)節(jié)進(jìn)排氣正時(shí)和氣門升程，從而靈活控制新鮮 進(jìn)氣流量和殘余廢氣量，可變氣門機(jī)構(gòu)VVA與控制單元相連；空氣壓縮機(jī)，通過皮帶傳動(dòng)系由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶動(dòng)，通過控制旁通空氣控制閥可 向排放管路提供溫度相對(duì)較低的新鮮冷空氣，以降低排氣管路中SCR上游的排氣溫度， 旁通空氣控制閥與控制單元相連；電加熱器，用于提高排氣溫度，電加熱器與控制單元相連；溫度傳感器安裝在SCR上游，并與控制單元相連；
SCR用于降低NOx排放；DOC,用于尾氣后處理；控制單元接收來自曲軸轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門踏板傳感器的負(fù)荷信號(hào)?？刂茊卧獮?6位微處理器控制芯片。本發(fā)明具備如下技術(shù)效果(1)具有無源喚醒功能的有源標(biāo)簽待機(jī)功耗超低，電池壽命理論上可達(dá)普通有源喚醒標(biāo)簽的7倍。(2)具有無源喚醒功能的有源標(biāo)簽的閱讀距離遠(yuǎn)大于無源標(biāo)簽，能夠滿足遠(yuǎn)距離 工作的要求


圖1是本發(fā)明的一種通過控制排氣溫度實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的裝置示意圖。 圖中，1.空氣濾清器2.增壓器3.進(jìn)氣中冷器4.電子節(jié)氣門5.可變氣門機(jī)構(gòu)(VVA) 6.皮帶傳動(dòng)系7.空氣壓縮機(jī)8.旁通空氣控制閥9.電加熱器10.溫度傳感器11.SCR12. DOC。圖2是本發(fā)明的排溫控制原理圖。
具體實(shí)施例方式如果能夠在全工況范圍控制SCR前的排氣溫度處于該高效區(qū)間，就可以大大提 高SCR的轉(zhuǎn)化效率；此時(shí)再通過提高噴射壓力、優(yōu)化噴射策略和進(jìn)氣管理等措施，改善 碳煙(微粒)排放，從而減小對(duì)微粒后處理器的要求。因此通過采用排溫控制的方法， 可以在使用SCR和DOC后處理器條件下滿足歐6排放要求。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)已有技術(shù)的不足，提出一種通過控制重型柴油機(jī)排溫 來提高SCR對(duì)NOx的轉(zhuǎn)化效率，在不采用EGR技術(shù)的情況下使NOx排放滿足歐6排放 法規(guī)；通過提高缸內(nèi)噴油壓力和燃燒優(yōu)化降低顆粒排放，在采用DOC的條件下使顆粒滿 足歐6要求，從而實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的控制方法。本發(fā)明的通過排氣溫度控制實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的方法，包括以下步驟(1)發(fā)動(dòng)機(jī)的排溫電控單元分別讀取來自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)和來自 油門踏板傳感器的負(fù)荷信號(hào)，并根據(jù)讀取到的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在中、 低負(fù)荷還是高負(fù)荷工況。讀取SCR上游的排溫信號(hào)判斷排溫是否處于所要求的350°C 5500C的SCR高效轉(zhuǎn)率化區(qū)間。(2)如果步驟⑴的判斷結(jié)果為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于低負(fù)荷工況，此時(shí)排氣溫度一般比 較低。若低于350°C 550°C的溫度范圍，則排溫電控單元根據(jù)預(yù)置的低負(fù)荷工況排溫控 制策略，通過可變氣門機(jī)構(gòu)(VVA)控制排氣門正時(shí)(晚開或早關(guān))來減小冷的新鮮進(jìn)氣 量、增加缸內(nèi)熱的殘余廢氣量來提高燃燒后的缸內(nèi)工質(zhì)溫度，從而使排出氣缸的廢氣溫 度也得到相應(yīng)提高，同時(shí)采用安裝在排氣管路的電加熱裝置快速加熱廢氣，使廢氣溫度 迅速達(dá)到350°C 550°C這一溫度區(qū)間。小負(fù)荷工況采用VVA減少進(jìn)氣量，相對(duì)調(diào)整節(jié) 氣門可以大大減小泵氣損失，保持較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)小負(fù)荷情況下顆粒生成量很 小，缸內(nèi)殘余廢氣的增多不會(huì)造成顆粒明顯增多。
(3)如步驟(1)中的判斷結(jié)果為發(fā)動(dòng)機(jī)處于中等負(fù)荷工況，但排溫仍不能達(dá)到 350°C 550°C的要求(中等負(fù)荷排氣溫度一般不會(huì)超過550°C，有可能出現(xiàn)低于350°C 的情況)，此時(shí)排溫電控單元根據(jù)預(yù)先優(yōu)化好的排溫控制策略，通過減小安裝在進(jìn)氣管路 上的電子節(jié)氣門開度來減小發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，提高缸內(nèi)工質(zhì)的燃燒溫度和排出的廢氣溫 度，同時(shí)采用安裝在排氣管路的電加熱裝置快速加熱廢氣，使廢氣溫度迅速達(dá)到350°C 550°C這一溫度區(qū)間要求。(4)如步驟(1)中的判斷結(jié)果為發(fā)動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷工況，不會(huì)出現(xiàn)排溫低于 350°C的情況。此時(shí)如果排氣溫度超過了 550°C，排溫電控單元根據(jù)預(yù)置的排溫控制策 略，利用連接到排氣管路的旁通閥向廢氣中補(bǔ)充新鮮冷空氣降低排氣溫度到規(guī)定的溫度 區(qū)間，補(bǔ)充的新鮮空氣來自一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)； (5)除了采用VVA、電子節(jié)氣門、補(bǔ)充冷空氣等調(diào)節(jié)排氣溫度外，對(duì)排氣管路 要采取輔助的保溫措施，目的是使排氣管中的廢氣溫度盡量均勻，使進(jìn)入SCR的全部廢 氣溫度都保持在SCR高效的溫度區(qū)間，從而保證SCR較高的催化效率；(6)除上述控制排氣溫度提高SCR效率、使NOx滿足歐6排放法規(guī)要求的措施 夕卜，同時(shí)要對(duì)燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化，如盡量提高燃油的噴射壓力、采用靈活可調(diào)的噴射策 略等，以獲得較低的顆粒原始排放，在結(jié)合DOC后處理器情況下使顆粒能夠滿足歐6排 放法規(guī)的要求。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示為本發(fā)明的一種通過控制重型柴油機(jī)(匹配傳統(tǒng)單級(jí)帶旁通閥的廢氣 渦輪增壓器)排氣溫度實(shí)現(xiàn)低排放的裝置示意圖。在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中安裝有空氣濾清器1、進(jìn)氣中冷器3、電子節(jié)氣門4和可 變氣門機(jī)構(gòu)5(VVA)?？諝鉃V清器1主要是凈化進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮空氣；進(jìn)氣中冷器3利 用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)，用于冷卻被增壓器壓縮過后溫度有所升高的新鮮進(jìn)氣，進(jìn)氣溫 度下降一方面會(huì)提高進(jìn)氣密度，增加了進(jìn)氣量，另一方面降低進(jìn)氣溫度，使缸內(nèi)的燃燒 溫度有所下降，有利于減少NOx的排放；電子節(jié)氣門4是由步進(jìn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)并由控制 程序?qū)崟r(shí)靈活控制其開度，節(jié)氣門開度越大，則進(jìn)氣有效流通面積就越大，進(jìn)氣量則增 力口，反之，進(jìn)氣量則減少；可變氣門機(jī)構(gòu)5(VVA)能靈活調(diào)節(jié)進(jìn)排氣正時(shí)和氣門升程， 從而靈活控制新鮮進(jìn)氣流量和殘余廢氣量(內(nèi)部EGR)。排氣管路連接和安裝有空氣壓縮機(jī)7、旁通空氣控制閥8、電加熱器9、溫度傳 感器10、SCR 11、DOC 12等?？諝鈮嚎s機(jī)7是通過皮帶傳動(dòng)系6由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶動(dòng)， 通過控制旁通空氣控制閥8可向排放管路提供溫度相對(duì)較低的新鮮冷空氣，以降低排氣 管路中SCR上游的排氣溫度；通過溫度傳感器10判斷排氣溫度高低，控制電加熱器9能 提高排氣溫度；SCR 11用于降低NOx排放，但其高效率區(qū)所處溫度窗口較窄(350°C 550°C),如何控制排氣溫度處于該溫度范圍，使SCR始終保持較高的NOx轉(zhuǎn)化效率是本 發(fā)明的技術(shù)重點(diǎn)。該發(fā)明主要是通過采用VVA、電子節(jié)氣門、電加熱器和在SCR上游的 排氣補(bǔ)充新鮮冷空氣等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)排氣溫度分布于SCR高轉(zhuǎn)化效率所在溫度區(qū)域； DOC 12對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的HC和CO具有較高的轉(zhuǎn)化效率，并對(duì)微粒中SOF具有一定的轉(zhuǎn)化效 率。本發(fā)明通過提高噴油壓力，調(diào)整噴油控制策略，優(yōu)化缸內(nèi)燃燒過程以降低發(fā)動(dòng)機(jī)微 粒的原始排放，并耦合DOC實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)微粒排放以滿足歐6排放法規(guī)要求(DOC布置在SCR下游)。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)排溫控制主要機(jī)構(gòu)是由排溫電控單元統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。 根據(jù)對(duì)排氣溫度的控制目標(biāo)，經(jīng)過大量的臺(tái)架性能試驗(yàn)確定各個(gè)工況下VVA，電子節(jié) 氣門、旁通空氣控制閥、電加熱器的綜合控制策略，將其制定成全工況范圍內(nèi)(中小負(fù) 荷、大負(fù)荷)的綜合控制MAP寫入排溫電控單元?？刂七^程為發(fā)動(dòng)機(jī)排溫電控單元首先 接受油門踏板、轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)判斷其當(dāng)前所處的工況，并經(jīng)SCR上游的溫度傳感器實(shí) 時(shí)判斷當(dāng)前溫度狀況，排溫電控單元根據(jù)事先制定的全工況范圍內(nèi)的排溫控制策略，通 過控制MAP協(xié)調(diào)控制各部件，以達(dá)到對(duì)排氣溫度控制的目標(biāo)和要求。排溫電控單元，是實(shí)現(xiàn)所需功能的控制中心，其控制芯片有多種選擇，如可選 擇飛思卡爾(Freescale)公司的16位控制芯片(型號(hào)EVB9S12XEP100)即可滿足開發(fā)要 求。電控單元連接曲軸轉(zhuǎn)速傳感器和油門踏板傳感器，并通過控制信號(hào)線根據(jù)控制策略 制定的控制MAP協(xié)調(diào)控制VVA，電子節(jié)氣門、旁通空氣控制閥和電加熱器等裝置，實(shí)現(xiàn) 對(duì)運(yùn)行工況排氣溫度的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)，使排氣溫度滿足目標(biāo)要求。本發(fā)明是通過排溫電控單元判斷發(fā)動(dòng)機(jī)所運(yùn)行的工況及該工況下的排氣溫度， 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和排氣溫度特性采用不同的技術(shù)措施以達(dá)到控制排氣溫度的目的。如圖 1和圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)排溫電控單元通過曲軸轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門踏板傳感器的負(fù) 荷信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在何種工況(中、低負(fù)荷還是高負(fù)荷工況)，并通過讀取安裝在 SCR上游的溫度傳感器10的排氣溫度信號(hào)來判讀是否處于SCR高轉(zhuǎn)化效率所在溫度區(qū)間 (350°C 550°C )。具體實(shí)施如下所述(1)如果排溫電控單元判斷當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低負(fù)荷工況，此時(shí)排氣溫度一般比 較低，若低于350°C 550°C的溫度范圍，則排溫電控單元根據(jù)預(yù)置的低負(fù)荷工況排溫控 制策略，通過可變氣門機(jī)構(gòu)(VVA)5控制排氣門正時(shí)(晚開或早關(guān))來減小冷的新鮮進(jìn)氣 量、增加缸內(nèi)熱的殘余廢氣量來提高燃燒后的缸內(nèi)工質(zhì)溫度，從而使排出氣缸的廢氣溫 度也得到相應(yīng)提高。同時(shí)采用安裝在排氣管路的電加熱裝置9快速加熱廢氣，使廢氣溫 度迅速達(dá)到350°C 550°C這一溫度區(qū)間要求。(2)如果排溫電控單元判斷當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)處在中等負(fù)荷工況，但排氣溫仍不能達(dá)到 350°C 550°C的要求，此時(shí)排溫電控單元根據(jù)預(yù)先優(yōu)化好的排溫控制策略，通過減小安 裝在進(jìn)氣管路上的電子節(jié)氣門4的開度來減小發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，提高缸內(nèi)工質(zhì)的燃燒溫 度和排出的廢氣溫度，同時(shí)采用安裝在排氣管路的電加熱裝置9快速加熱廢氣，使廢氣 溫度迅速達(dá)到350°C 550°C這一溫度要求。(3)如果排溫電控單元判斷當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷工況，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)排溫一般不 會(huì)出現(xiàn)低于350°C的情況。此時(shí)如果排氣溫度超過了 550°C，排溫電控單元根據(jù)預(yù)置的排 溫控制策略，打開連接到排氣管路的旁通閥8向SCR上游的廢氣中補(bǔ)充溫度較低的新鮮 冷空氣以降低排氣溫度到規(guī)定的溫度區(qū)間，補(bǔ)充的新鮮空氣由發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)系6所驅(qū) 動(dòng)的壓氣機(jī)7提供。本發(fā)明采用VVA、電子節(jié)氣門、排氣電加熱和向SCR上游補(bǔ)充新鮮冷空氣等技 術(shù)措施，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，由排溫電控單元統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制各部件，以達(dá)到調(diào)節(jié)排氣 溫度的要求，此外，為使SCR上游的排氣管中的廢氣溫度盡量均勻，使流入SCR的全部 廢氣溫度都保持在SCR高效率的溫度區(qū)間(350°C 550°C)，排氣管路還采取輔助的保溫措施， 目的是始終保證SCR具有較高的催化效率。除采用上述控制排氣溫度以提高SCR 轉(zhuǎn)化效率，使NOx排放滿足歐6排法法規(guī)要求的措施外，同時(shí)需要提高燃油的噴射壓 力、調(diào)整噴油定時(shí)、采用靈活可調(diào)的噴射控制策略并優(yōu)化進(jìn)氣參數(shù)等技術(shù)措施來改善柴 油機(jī)缸內(nèi)燃燒過程，提高燃燒效率，以獲得較低的顆粒原始排放和良好的燃油經(jīng)濟(jì)性， 并結(jié)合DOC后處理器使顆粒排放完全能達(dá)到歐6排放法規(guī)的要求。
權(quán)利要求
1.一種通過控制排溫實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的方法，其特征是，借助于發(fā)動(dòng)機(jī)的排 溫控制單元實(shí)現(xiàn)，并包括下列步驟(1)發(fā)動(dòng)機(jī)的排溫控制單元分別讀取來自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)和來自油門踏 板傳感器的負(fù)荷信號(hào)，并根據(jù)讀取到的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在中、低負(fù)荷 還是高負(fù)荷工況，讀取SCR上游的排溫信號(hào)判斷排溫是否處于所要求的350°C 550°C的 SCR高效轉(zhuǎn)化區(qū)間；(2)如果步驟(1)的判斷結(jié)果為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于低負(fù)荷工況，若低于350°C 550°C的溫 度范圍，則排溫控制單元根據(jù)預(yù)置的低負(fù)荷工況排溫控制策略，通過可變氣門機(jī)構(gòu)VVA 控制排氣門正時(shí)(晚開或早關(guān))來減小冷的新鮮進(jìn)氣量、增加缸內(nèi)熱的殘余廢氣量來提 高燃燒后的缸內(nèi)工質(zhì)溫度，從而使排出氣缸的廢氣溫度也得到相應(yīng)提高，同時(shí)采用安裝 在排氣管路的電加熱裝置快速加熱廢氣，使廢氣溫度迅速達(dá)到350°C 550°C這一溫度區(qū) 間；小負(fù)荷工況采用VVA減少進(jìn)氣量，相對(duì)調(diào)整節(jié)氣門可以大大減小泵氣損失，保持較 好的燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)小負(fù)荷情況下顆粒生成量很小，缸內(nèi)殘余廢氣的增多不會(huì)造成顆 粒明顯增多；(3)如步驟(1)中的判斷結(jié)果為發(fā)動(dòng)機(jī)處于中等負(fù)荷工況，但排溫仍不能達(dá)到 350°C 550°C的要求，此時(shí)排溫控制單元根據(jù)預(yù)先優(yōu)化好的排溫控制策略，通過減小安 裝在進(jìn)氣管路上的電子節(jié)氣門開度來減小發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，提高缸內(nèi)工質(zhì)的燃燒溫度和 排出的廢氣溫度，同時(shí)采用安裝在排氣管路的電加熱裝置快速加熱廢氣，使廢氣溫度迅 速達(dá)到350°C 550°C這一溫度區(qū)間要求；(4)如步驟(1)中的判斷結(jié)果為發(fā)動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷工況，不會(huì)出現(xiàn)排溫低于350°C的 情況，此時(shí)如果排氣溫度超過了 550°C，排溫控制單元根據(jù)預(yù)置的排溫控制策略，利用連 接到排氣管路的旁通閥向廢氣中補(bǔ)充新鮮冷空氣降低排氣溫度到規(guī)定的溫度區(qū)間，補(bǔ)充 的新鮮空氣來自一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)；(5)除了采用VVA、節(jié)氣門、補(bǔ)充冷空氣等調(diào)節(jié)排氣溫度外，對(duì)排氣管路要采取輔 助的保溫措施，目的是使排氣管中的廢氣溫度盡量均勻，使進(jìn)入SCR的全部廢氣溫度都 保持在SCR高效的溫度區(qū)間；(6)除上述控制排氣溫度提高SCR效率、使NOx滿足歐6排放法規(guī)要求的措施外， 同時(shí)要對(duì)燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化，盡量提高燃油的噴射壓力、采用靈活可調(diào)的噴射策略，以 獲得低的顆粒原始排放，在結(jié)合DOC后處理器情況下使顆粒能夠滿足歐6排放法規(guī)的要 求。
2.—種通過控制排溫實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的裝置，其特征是，包括空氣濾清器，用于凈化進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮空氣；進(jìn)氣中冷器，利用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)，用于冷卻被增壓器壓縮過后溫度有所升高 的新鮮進(jìn)氣；電子節(jié)氣門，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)并實(shí)時(shí)靈活控制開度，電子節(jié)氣門與控制單元相連；可變氣門機(jī)構(gòu)VVA，用于靈活調(diào)節(jié)進(jìn)排氣正時(shí)和氣門升程，從而靈活控制新鮮進(jìn)氣 流量和殘余廢氣量，可變氣門機(jī)構(gòu)VVA與控制單元相連；空氣壓縮機(jī)，通過皮帶傳動(dòng)系由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶動(dòng)，通過控制旁通空氣控制閥可向排 放管路提供溫度相對(duì)較低的新鮮冷空氣，以降低排氣管路中SCR上游的排氣溫度，旁通空氣控制閥與控制單元相連；電加熱器，用于提高排氣溫度，電加熱器與控制單元相連； 溫度傳感器安裝在SCR上游，并與控制單元相連； SCR用于降低NOx排放； DOC,用于尾氣后處理；控制單元接收來自曲軸轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門踏板傳感器的負(fù)荷信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通過控制排溫實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的裝置，其特征 是，控制單元為16位微處理器控制芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及重型柴油機(jī)排放控制。為提供一種通過控制排溫實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的方法，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，通過控制排溫實(shí)現(xiàn)重型柴油機(jī)低排放的方法及實(shí)施裝置，借助于發(fā)動(dòng)機(jī)的排溫控制單元實(shí)現(xiàn)，并包括下列步驟(1)發(fā)動(dòng)機(jī)的排溫電控單元分別讀取來自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)和來自油門踏板傳感器的負(fù)荷信號(hào)；(2)如果步驟(1)的判斷結(jié)果控制廢氣溫度；(3)除了采用VVA、電子節(jié)氣門、補(bǔ)充冷空氣等調(diào)節(jié)排氣溫度外，對(duì)排氣管路要采取輔助的保溫措施；(4)同時(shí)要對(duì)燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化，盡量提高燃油的噴射壓力、采用靈活可調(diào)的噴射控制策略。本發(fā)明主要應(yīng)用于重型柴油機(jī)排放控制。
文檔編號(hào)F02D43/00GK102022214SQ20101055581
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者堯命發(fā), 鄭尊清, 陳貴升 申請(qǐng)人:天津大學(xué)