[发明专利]一种DOC搭载NTP联合再生DPF的系统及控制方法

说明书

本发明提供一种DOC搭载NTP联合再生DPF的系统及控制方法，该系统主要包括后处理系统、NTP喷射系统、电源电路以及控制单元。后处理系统、NTP喷射系统、电源电路均与控制单元相连，控制单元依据各传感器反馈的信号对各系统的工作状态进行调节。在柴油机停机时，NTP活性物质喷入排气管与DPF中PM发生氧化分解反应，实现DPF的离线再生；柴油机运行时，控制NTP喷射系统联合DOC交替或共同在线再生DPF。本发明能够实现NTP喷射系统的自主控制，通过在线再生和离线再生相结合的方式，实现DPF在不同排气温度下的再生，可有效拓宽DPF再生温度区间，达到DPF长期高效使用的目的。

技术领域

本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，具体地，涉及一种DOC搭载NTP联合再生DPF的系统及控制方法。

背景技术

柴油机颗粒物(Particulate Matter，PM)是一种可悬浮在空气中的细颗粒，一定条件下会形成雾霾，遮蔽阳光影响植物生长，给交通出行带来安全隐患。且PM可随人体呼吸进入肺部和血液中，会大大增加患呼吸系统疾病的风险，甚至诱发癌症。可见，柴油机PM危及人体健康，并对大气环境造成污染，各个国家通过颁布严格的排放法规对其加以限制。随着排放法规的不断严格，对柴油机后处理系统的设计和制造有了更高的要求。

柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)技术是目前降低PM排放最为有效的后处理手段，其捕集效率可达90％以上。然而，DPF会因PM捕集过多而堵塞，造成DPF背压升高、捕集性能降低及车辆燃油消耗增大等问题。因此，利用DPF降低柴油机PM排放的关键在于DPF的再生，即在DPF堵塞后及时清除DPF内堆积的PM，恢复DPF的工作性能，延长其使用寿命。

传统的DPF再生技术主要为热再生和催化再生。热再生技术主要原理是利用较高的温度(600℃)加热DPF内沉积的PM直至烧除，从而达到再生DPF的效果。热再生的实现方式主要有喷油加热再生、微波加热再生以及红外加热再生等。热再生需要较高的温度条件，DPF载体会因局部过热而损坏。催化再生技术能够大幅降低PM氧化反应的起始温度，但催化剂保持活性的温度窗口较窄，对油品的要求较高。因此，传统DPF再生技术存在着一定的缺陷，在具体应用方面存在一定的局限性。

目前，柴油机颗粒排气后处理主流技术路线是将CDPF(Catalytic DieselParticulate Filter,CDPF)与前置氧化催化转化器(Diesel Oxidation Catalyst，DOC)作为组合系统，主被动再生相结合的方式同步实现PM的去除和DPF的再生。已有研究表明，300℃的低温条件下DOC对颗粒物中的SOF净化效率较高(超过80％)，对总的PM净化率在30％左右，但对PM中的干碳烟几乎无降解作用。此外，DOC还可将排气中的NO部分转化为氧化性极强的NO₂，使之与沉积在CDPF主通道与壁流通道内的PM发生氧化反应，从而实现DPF被动再生。通过DOC氧化柴油释放热量，提升DPF的温度达到PM的着火点，进而实现DPF的主动再生。但DOC在250℃以上才可以将来自发动机的NO转化为NO₂，提供给DPF用以分解PM。当排温高于400℃时，CDPF内部涂覆的催化剂可能出现逆向反应，促使SO₂氧化成SO₃，与水结合生成硫酸；此外，受DOC自身温度特性的影响，需考虑喷油器的燃油喷雾特性、喷油压力、喷油时刻、喷油量等多项因素的影响，对控制策略提出了很高的要求。目前的技术储备尚未使DPF脱离使用限制，制造商以及研究人员都在努力开发替代策略。

低温等离子体(Non-thermal Plasma,NTP)是一种高效清洁的柴油机排气后处理技术，可去除沉积在DPF内的PM。NTP技术以空气作为气源，在经过NTP发生器的放电作用后可以产生O₃、NO₂等活性物质，能够在较低温度下(＜300℃)与PM发生氧化分解反应，实现DPF的再生。由于NTP主要活性物质(O₃)在高温下易分解，NTP再生DPF的高效温度区间在200℃以下。