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CN105626203A - 一种scr尿素加热/冷却系统及方法 - Google Patents

一种scr尿素加热/冷却系统及方法 Download PDF

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CN105626203A CN201610049871.1A CN201610049871A CN105626203A CN 105626203 A CN105626203 A CN 105626203A CN 201610049871 A CN201610049871 A CN 201610049871A CN 105626203 A CN105626203 A CN 105626203A
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Abstract

本发明涉及一种工程机械的尾气处理领域，尤其涉及一种SCR尿素加热/冷却系统及方法。包括发动机及散热器，设置于尿素罐中的加热冷却管，该加热冷却管具有第一进水端口和第一出水端口；发动机具有第二进水端口和第二出水端口，散热器具有第三进水端口和第三出水端口，且第二出水端口与第三进水端口贯通连接、第三出水端口与第二进水端口贯通连接，以对发动机进行散热；其中，第一进水端口分别与第二出水端口及第三进水端口贯通连接，第一出水端口与第二进水端口连接，以利用发动机输出的热水对尿素加热，利用散热器输出的温水对尿素降温。本方案能根据尿素的实时温度进行控制，使尿素始终工作在适宜的温度下，确保机器的排放性能。

Description

一种SCR尿素加热/冷却系统及方法
技术领域
本发明涉及一种工程机械机动车的尾气处理领域，尤其涉及一种SCR尿素加热/冷却系统及方法。
背景技术
当前工程机械中，随着排放的升级，尤其是柴油发动机在挖掘机中的搭载。目前，在欧美市场已经实施满足欧四排放的ier4f发动机，为满足排放法规要求，多数发动机都采用SCR系统，即选择性催化还原系统以降低发动机的排放。尿素是一种无味无毒的溶液，存储在柴油车上专门配置的尿素罐中。当废气从发动机排除后，它会与废气一起到达卡车催化转化器，然后通过高温分解产生的氨气将氮氧化物转化为无害的氮气和水，从而大大减低废气排放。尿素专用于柴油发动机SCR系统的必备催化还原剂。它是用来减少柴油车尾气中氮氧化物污染的液体。其组成成分为3.5％的高纯尿素和67.5％的去离子水。SCR系统包括尿素罐(装载柴油机尾气处理液)，SCR催化反应罐。其运行过程是：当发现排气管中有氮氧化物时，尿素罐自动喷出柴油机尾气处理液，柴油机尾气处理液和氮氧化物在SCR催化反应罐中发生氧化还原反应，生成无污染的氮气和水蒸气排出。
在满足ier4f排放的挖掘机中，需要使用尿素系统，系统中尿素的温度对系统的正常运行起着关键性作用。尿素溶液呈碱性，对铜、铸铁、焊料、铸铝的腐蚀性很大，其工作温度不宜大于50℃，因为大于50℃容易造成尿素的分解，降低机器尾气排放的性能；尿素的温度也不宜低于-11℃，因为低于-11℃容易致使尿素溶液结冰，导致尿素管及尿素罐堵塞，使得尿素泵及尿素喷嘴无法工作，影响机器尾气的排放功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SCR尿素加热冷却系统，解决以上技术问题；本发明还提供一种尿素加热冷却方法。
本发明采用以下技术方案来实现：
一种SCR尿素加热/冷却系统,应用于对机动车尾气进行处理的尿素罐上，所述机动车包括发动机及散热器，所述加热/冷却系统包括：
加热冷却管，设置于所述尿素罐中，且该加热冷却管具有第一进水端口和第一出水端口；以及
所述发动机具有第二进水端口和第二出水端口，所述散热器具有第三进水端口和第三出水端口，且所述第二出水端口与所述第三进水端口贯通连接、所述第三出水端口与所述第二进水端口贯通连接，以对所述发动机进行散热；
其中，所述第一进水端口分别与所述第二出水端口及所述第三进水端口贯通连接，所述第一出水端口与所述第二进水端口连接，以利用所述发动机输出的热水对所述尿素罐中盛放的尿素进行加热或者利用所述散热器输出的温水对所述尿素罐中的尿素进行降温。
优选地，所述热水的温度高于所述温水的温度。
优选地，所述加热/冷却系统还包括：冷却器，设置于所述第三出水端口与所述第一进水端口之间，以将所述散热器输出的温水降温为冷水，并利用所述冷水对所述尿素罐中的尿素进行降温。
优选地，所述温水的温度高于所述冷水的温度。
优选地，所述加热/冷却系统还包括：
第一流量阀，设置于所述第三出水端口与所述冷却器之间，以控制所述散热器输出的温水的流量；
第二流量阀，设置于所述第二出水端口与所述第一进水端口之间，以控制所述发动机输出的热水的流量。
优选地，所述加热/冷却系统还包括：控制器，分别与所述第一流量阀的控制端和所述第二流量阀的控制端电连接。
优选地，所述加热/冷却系统还包括：
设置于所述尿素罐中的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器连接，以获取所述尿素罐中尿素的实时温度；
其中，所述控制器存储有温度阈值，以根据所述实时温度和所述温度阈值控制所述第一流量阀和所述第二流量阀的工作状态。
优选地，所述温度阈值包括低温阈值和高于所述低温阈值的高温阈值，
所述实时温度低于所述低温阈值时，所述第二流量阀开启并工作；
所述实时温度高于所述高温阈值时，所述第一流量阀开启并工作；
否则，所述第一流量阀和第二流量阀保持状态不变。
优选地，所述加热/冷却系统还包括：
第一三通接头，所述第一三通接头的三个端口分别连接所述第三出水端口、第一流量阀、第二进水端口；
第二三通接头，所述第二三通接头的三个端口分别连接所述第二流量阀、冷却器、第一进水端口。
优选地，所述加热冷却管为加热冷却螺旋管。
优选地，所述散热器和冷却器采用集成方式集成一个模块。
一种挖掘机，包括上述任意一项所述的SCR尿素加热/冷却系统。
一种SCR尿素加热/冷却方法，用于对机动车尾气进行处理的尿素罐上，所述机动车包括发动机及散热器，利用所述发动机输出的热水对所述尿素进行加热或者利用所述散热器输出的温水对所述尿素进行降温。
优选地，预设低温阈值和高温阈值，所述低温阈值低于所述高温阈值，
检测尿素的实时温度；
若所述尿素的实时温度低于预设的低温阈值，所述发动机输出热水对所述尿素进行加热；
若所述尿素的实时温度高于预设的高温阈值，所述散热器输出的温水对所述尿素进行降温；
否则，保持不变。
本发明提出的方案能够满足欧四排放且搭载SCR系统的工程机械或挖掘机中尿素系统中所需的加热与冷却系统，并具有如下有益效果：
(1)能根据尿素的实时温度进行控制，使尿素始终工作在适宜的温度下，确保机器的排放性能。
(2)因尿素流量小，在所需散热量下，较小的冷却器即能满足系统的要求，因此具有成本低的优点。
(3)尤其适用于环境温度高的地区以及由于搭载ier4f后处理空间限制所引起的尿素罐附件存在热源的机器。
(4)加热冷却管采用加热冷却螺旋管，加大了导热面积，缩短了尿素的加热与冷却时间。
附图说明
图1为本发明的一种SCR尿素加热/冷却系统的结构示意图。
附图中，1、发动机；2、第二流量阀；3、第二三通接头；4、加热冷却管；5、尿素罐；6、散热器；7、第一三通接头；8、第一流量阀；9、冷却器；10、控制器；11、温度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参照图1，一种SCR尿素加热/冷却系统，包括发动机1，装有尿素的尿素罐5，用于控制SCR尿素加热冷却系统工作状态的控制器10，还包括设置于尿素罐5中的加热冷却管4，该加热冷却管4具有第一进水端口和第一出水端口，该加热冷却管4为加热冷却螺旋管，其导热面积大，能够缩短对尿素的加热与冷却时间。发动机1具有第二进水端口和第二出水端口，散热器6具有第三进水端口和第三出水端口，且第二出水端口与第三进水端口贯通连接、第三出水端口与第二进水端口贯通连接，以对发动机1进行散热；其中，第一进水端口分别与第二出水端口及第三进水端口贯通连接，第一出水端口与第二进水端口连接，以利用发动机1输出的热水对尿素罐5中盛放的尿素进行加热或者利用散热器6输出的温水对尿素罐5中的尿素进行降温。在第三出水端口与第一进水端口之间设置冷却器9，以将散热器6输出的温水降温为冷水，并利用冷水对尿素罐5中的尿素进行降温。其中，发动机1输出的热水的温度高于散热器6输出的温水的温度，散热器6输出的温水的温度高于经冷却器9冷却后的冷水的温度。散热器6和冷却器9可以集成一个模块，以降低成本及缩小整个系统的体积。
在第三出水端口与冷却器9之间安装第一流量阀(流量阀8)，控制器10与第一流量阀(流量阀8)电连接，以控制散热器6输出的温水的流量；在第二出水端口与第一进水端口之间设置第二流量阀(流量阀2)，控制器10也与第二流量阀(流量阀2)电连接，以控制发动机1输出的热水的流量。此外，为了使管道内的水更通畅得流动，在散热器6、流量阀、发动机1之间设置一个第一三通接头(三通接头7)，第一三通接头(三通接头7)的三个端口分别连接第三出水端口、第一流量阀(流量阀8)、第二进水端口；在发动机1、冷却器9和加热冷却管4之间设置一个第二三通接头(三通接头3)，该第二三通接头(三通接头3)的三个端口分别连接第二流量阀(流量阀2)、冷却器9、第一进水端口。
在尿素罐5中设置一个与控制器10电连接的温度传感器11，以实时检测尿素的温度。控制器10中存储有两个温度阈值，分别为低温阈值和高温阈值，低温阈值低于高温阈值，一般地，将低温阈值设为-11°，因为水溶性尿素结晶点是-11°；将高温阈值设为50°，因为大于50°容易造成尿素的分解，降低机器的性能。当尿素的实时温度低于低温阈值时，第二流量阀(流量阀2)开启，第一流量阀(流量阀8)关闭，发动机1输出的热水经过加热冷却器9进行加热；当尿素的实时温度高于高温阈值时，第一流量阀(流量阀8)开启，第二流量阀(流量阀2)关闭，散热器6输出的温水经过冷却器9进行降温。
该SCR尿素加热/冷却系统的工作原理是：温度传感器11检测尿素的实时温度，当实时温度低于低温阈值，-11°时，控制器10控制并开启第二流量阀(流量阀2)，关闭第一流量阀(流量阀8)以及控制加热冷却管4加热，然后流出发动机1第二出水端口的热水依次流经第二流量阀(流量阀2)、第二三通接头(三通接头3)和设在尿素罐5中的加热冷却管4，对尿素进行加热，加热后的水继续流入发动机1，使之形成一个水循环系统，将加热后的尿素温度控制在-11°～10°之间。当温度高于高温阈值50°时，控制器10控制并开启第一流量阀(流量阀8)和冷却器9，关闭第二流量阀(流量阀2)，以及控制加热冷却管4工作在冷却状态，流出散热器6的第三出水端口的温水依次流经第一三通接头(三通接头7)、第一流量阀(流量阀8)、冷却器9、第二三通接头(三通接头3)和加热冷却管4，对尿素进行降温，水继续流入发动机1，形成一个冷却的水循环系统，使尿素的温度控制在30°～50°之间。当实时温度在低温阈值和高温阈值之间时，系统保持原有状态不变。
还包括了一种挖掘机，包括上述的SCR尿素加热/冷却系统，应用于挖掘机的排放系统。
还包括一种SCR尿素加热/冷却方法，用于对机动车尾气进行处理的尿素罐5上，机动车包括发动机1及散热器6，预设低温阈值和高温阈值，其中低温阈值低于高温阈值，检测尿素的实时温度；若尿素的实时温度低于预设的低温阈值，发动机输出热水对尿素进行加热；若尿素的实时温度高于预设的高温阈值，散热器6输出的温水对尿素进行降温；否则，保持不变。
本方案能根据尿素的实时温度进行控制，使尿素始终工作在适宜的温度下，确保机器的排放性能；采用加热冷却螺旋管，加大了导热面积，缩短了尿素的加热与冷却时间。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，应用于对机动车尾气进行处理的尿素罐(5)上，所述机动车包括发动机(1)及散热器(6)，所述加热/冷却系统包括：
加热冷却管(4)，设置于所述尿素罐(5)中，且该加热冷却管(4)具有第一进水端口和第一出水端口；以及
所述发动机(1)具有第二进水端口和第二出水端口，所述散热器(6)具有第三进水端口和第三出水端口，且所述第二出水端口与所述第三进水端口贯通连接、所述第三出水端口与所述第二进水端口贯通连接，以对所述发动机(1)进行散热；
其中，所述第一进水端口分别与所述第二出水端口及所述第三进水端口贯通连接，所述第一出水端口与所述第二进水端口连接，以利用所述发动机(1)输出的热水对所述尿素罐(5)中盛放的尿素进行加热或者利用所述散热器(6)输出的温水对所述尿素罐(5)中的尿素进行降温。
2.根据权利要求1所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述热水的温度高于所述温水的温度。
3.根据权利要求1所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述加热/冷却系统还包括：
冷却器(9)，设置于所述第三出水端口与所述第一进水端口之间，以将所述散热器(6)输出的温水降温为冷水，并利用所述冷水对所述尿素罐(5)中的尿素进行降温。
4.根据权利要求3所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述温水的温度高于所述冷水的温度。
5.根据权利要求3所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述加热/冷却系统还包括：
第一流量阀(8)，设置于所述第三出水端口与所述冷却器(9)之间，以控制所述散热器(6)输出的温水的流量；
第二流量阀(2)，设置于所述第二出水端口与所述第一进水端口之间，以控制所述发动机(1)输出的热水的流量。
6.根据权利要求5所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述加热/冷却系统还包括：
控制器(10)，分别与所述第一流量阀(8)的控制端和所述第二流量阀(2)的控制端电连接。
7.根据权利要求6所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述加热/冷却系统还包括：
设置于所述尿素罐(5)中的温度传感器(11)，所述温度传感器(11)与所述控制器(10)连接，以获取所述尿素罐(5)中尿素的实时温度；
其中，所述控制器(10)存储有温度阈值，以根据所述实时温度和所述温度阈值控制所述第一流量阀(8)和所述第二流量阀(2)的工作状态。
8.根据权利要求7所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述温度阈值包括低温阈值和高于所述低温阈值的高温阈值，
所述实时温度低于所述低温阈值时，所述第二流量阀(2)开启并工作；
所述实时温度高于所述高温阈值时，所述第一流量阀(8)开启并工作；
否则，所述第一流量阀(8)和第二流量阀(2)保持状态不变。
9.根据权利要求6所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述加热/冷却系统还包括：
第一三通接头(7)，所述第一三通接头(7)的三个端口分别连接所述第三出水端口、第一流量阀(8)、第二进水端口；
第二三通接头(3)，所述第二三通接头(3)的三个端口分别连接所述第二流量阀(2)、冷却器(9)、第一进水端口。
10.根据权利要求1所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述加热冷却管(4)为加热冷却螺旋管。
11.根据权利要求3所述的SCR尿素加热/冷却系统，其特征在于，所述散热器(6)和冷却器(9)采用集成方式集成一个模块。
12.一种挖掘机，其特征在于，包括权利要求1～11任意一项所述的SCR尿素加热/冷却系统。
13.一种SCR尿素加热/冷却方法，其特征在于，用于对机动车尾气进行处理的尿素罐(5)上，所述机动车包括发动机(1)及散热器(6)，
利用所述发动机(1)输出的热水对所述尿素进行加热或者利用所述散热器(6)输出的温水对所述尿素进行降温。
14.根据权利要求13所述的SCR尿素加热/冷却方法，其特征在于，预设低温阈值和高温阈值，所述低温阈值低于所述高温阈值，
检测尿素的实时温度；
若所述尿素的实时温度低于预设的低温阈值，所述发动机输出热水对所述尿素进行加热；
若所述尿素的实时温度高于预设的高温阈值，所述散热器(6)输出的温水对所述尿素进行降温；
否则，保持不变。
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