CN101806238A - 一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在于：压缩空气主管的进气端设有调压阀，出气端尿素还原剂喷嘴相通，尿素还原剂回流输送管连接在尿素还原剂容器上；尿素还原剂容器盖固定在尿素还原剂容器上；尿素还原剂容器底部连接手动液体开关，尿素还原剂输送管与尿素还原剂回流输送管通过液体流量电磁阀与尿素还原剂喷嘴相通，设在发动机排气管上的温度传感器和氮氧化物传感器与控制单元电连接。其成本相当于进口系统的约1/2-1/3，可靠性高，成本低廉，实用性强，容易依靠国内资源实现工业化应用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，应用于汽车发动机行业，满足了欧4以上的环保要求。
背景技术：
汽车发动机排气中的有害成分主要是PM、NOX、HC及CO等。在过去2～3年里，低排放发动机已经成为人们争论、关心、甚至渴望实现的一个理想。
美国国家环保局(EPA)2007排放法规要求汽车制造商同时减少废气的颗粒(PM)和氮氧化物(NOX)两种污染物。这需要有相当的技巧，解决这个问题没有什么捷径可走。按传统的方法，减少一种污染势必导致另一种污染的增加。汽车制造商似乎已经陷入了困境。
在排放法规的压力下，一方面车用柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，选择恰当的后处理技术策略和装备，例如，SCR、DPF、DOC等。
SCR技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH3，作为还原剂的NH3和发动机排气中的NOX在催化剂和温度的综合作用下进行反应，理想工况下生成无毒的N2和H2O，从而达到净化的目的。SCR技术自70年代开始在国外作为发电厂等的固定源使用的脱硝技术而进行了开发和广泛应用。为应对新的环保法规的要求，国外从90年已开始把SCR技术成功移植到柴油汽车上，并相应进行了SCR催化剂工艺技术和尿素还原剂的开发验证，实现了工业化应用，例如，欧洲和日本。目前，欧洲的大多数造商已经开始坚定不移的采用SCR技术来实现欧4和欧5标准。
国外如此热衷于SCR技术的原因，主要是SCR具有很多优点，例如，可以在排气温度250～550℃的范围内具有50～85％的NOX去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能轻松满足欧4和欧5水平，也具有达到欧6水平的潜力；目前达到欧4采用的SCR技术，发动机的燃油耗可降低3～6％；SCR催化剂不含有贵金属，比成本相对较低；SCR对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感。基于以上分析，SCR后处理技术也最适合中国的车辆状况和车用燃油状况。
如果2008年在中国推广应用车载SCR后处理技术，必须解决好尿素还原剂供应、尿素还原剂的控制剂量、尿素还原剂的雾化喷射、SCR催化剂转换效率、氨气泄露量等至关重要的技术难点。上述各点都涉及到尿素还原剂的问题。在这些问题中，尿素还原剂的计量控制和雾化喷射是一个关键点。它涉及到催化剂表面的堵塞问题、催化剂活性问题、尿素还原剂腐蚀和结焦堵塞喷嘴的问题。
根据国外公司的做法，汽车的排放达标通常是采用标准的ECU和DCU电子模块，并同车载电脑进行通讯兼容。但系统的成本高昂，国内的汽车生产企业和汽车用户很难接受。
在系统控制参数的选取中，可以选用以NOX或温度作为主控参数，各自有其优缺点。在参数转化中，其特征在于选取智能控制单元的设定程序同构成所述的喷射控制系统来控制的空气和尿素还原剂的比例。
从化学计算的角度分析，尿素还原剂在温度高于150℃以上都会分解放出氨气，以实现对NOX的清除。但是，发动机处于冷启动、怠速或燃烧不充分阶段运转时，温度通常保持在150℃以下，此时也能生成较多的HC和PM，这些成分能对SCR催化剂的微观孔道产生堵塞问题，造成SCR转化效率下降。考虑到尿素还原剂水溶液为反应活性高的碱性液体，能在低温下部分去除HC和PM，防止SCR催化剂堵塞失活，本发明的一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统的尿素还原剂的流量从0到NOX化学计量的喷射量的最大值之间变化。
国外公司在我国销售的后处理系统，并没有声明尿素还原剂的供给采用的是何种类型的‘泵送方式’，而是把和‘泵送动力源’有关部分和元器件集成打包在一起，并由专门的硬壳体密封包装成无接缝的整体，变成一个独立的不可拆卸的单元模块，一次性购买，一次性安装，一次性更换，国外公司专门负责维修；例如国外公司的DCU，其价格高昂，4500～6000元/件左右；这个DCU就具备液体压力输送和比例计量的功能。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，其经过过滤的尿素还原剂依靠微型泵的驱动，出口端的流量恒定，尿素还原剂和压缩空气在尿素喷嘴中混合雾化，空气量和尿素还原剂的量依靠流量电磁阀的调节和控制，多余的尿素还原剂回流到尿素还原剂箱中，该系统根据排气管反馈的温度或NOX参数，实现对尿素流量的控制，尿素还原剂混合气雾化效果好，达到对汽车尾气中的NOX的净化处理；系统可靠，成本低廉，实用性强。
本发明的技术方案是这样实现的：一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，由气体流量电磁阀、手动液体开关、过滤器、液体流量电磁阀、单向阀、控制单元、温度传感器、氮氧化物传感器、气液两腔的尿素还原剂喷嘴、发动机排气管、尿素泵、压缩空气主管、尿素还原剂输送管、尿素还原剂回流输送管、尿素还原剂容器盖、车载24V直流动力电源、尿素还原剂容器、调压阀组成；其特征在于：压缩空气主管的进气端设有调压阀，出气端尿素还原剂喷嘴相通，尿素还原剂回流输送管连接在尿素还原剂容器上；尿素还原剂容器盖固定在尿素还原剂容器上；尿素还原剂容器底部连接手动液体开关，尿素还原剂输送管与尿素还原剂回流输送管通过液体流量电磁阀与尿素还原剂喷嘴相通，尿素还原剂输送管上设有过滤器、尿素泵和单向阀；设在发动机排气管上的温度传感器和氮氧化物传感器与控制单元电连接，控制单元与气体流量电磁阀、和液体流量电磁阀和尿素泵电连接。
所述的压缩空气主管的压力范围在0.1～0.3Mpa；由控制单元输出的信号来调节气体流量电磁阀的开度完成。
所述的液体流量电磁阀的开度由控制单元输出的信号来调节；尿素流量可变。
所述的控制单元的输入信号来自于温度传感器，或氮氧化物传感器，或温度传感器和氮氧化物传感器输出信号拟合的结果。
所述尿素还原剂的输送由尿素泵来实现，车载24V直流动力电源驱动尿素泵；尿素还原剂输送管输送的还原剂液体和压缩空气主管输送的空气在气液两腔的尿素还原剂喷嘴混合，形成颗粒尺寸在0.5～50μm气雾混合物。
所述的所用的尿素泵是工业的24V直流微型电磁隔膜泵、机械隔膜泵、柱塞泵和齿轮泵。
所述的尿素泵的出口流量和压力恒定，设置尿素还原剂回流输送管，液体流量电磁阀控制回流量；尿素泵的出口压力总是高于压缩空气主管的压力0.04～0.06Mpa。
所述的系统启动时，控制单元的控制逻辑是在温度传感器和氮氧化物传感器信号响应时优先启动气体流量电磁阀，延迟5～50秒后再启动液体流量电磁阀；同样，系统关闭时，首先关闭液体流量电磁阀，延迟5～50秒后再关闭气体流量电磁阀；
本发明的积极效果是采用可靠性很高和价廉的工业热电偶测量的温度作为主控参数控制尿素流量，采用工业微型泵作为尿素泵，设计回流回路，控制尿素还原剂流量，使尿素还原剂在二腔混合单元中充分雾化，到消除NOX的目的。
其成本相当于进口系统的约1/2-1/3，可靠性高，容易依靠国内资源实现工业化应用。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1：
采用内径为4mm不锈钢管作为压缩空气主管13，压缩空气主管13的压力范围在0.1Mpa，由调压阀19预先设定，压缩空气的动力源可以来自车载的制动储气筒；采用内径为4mm不锈钢管作为尿素还原剂输送管14，采用车载24V直流动力电源17作为直流尿素泵(12)的动力源，采用24V直流的微型齿轮泵作为尿素泵12，出口端的最大流量80mL/min；调节液体流量电磁阀5的开度使流向尿素还原剂喷嘴10的尿素还原剂的压力范围在0.14Mpa；液体流量电磁阀5的开度由控制单元7输出的信号来调节；控制单元7的输入信号来自于工业的温度传感器8；尿素还原剂容器18是由厚度1.5mm的不锈钢板焊制而成，容量30L；尿素还原剂输送管14输送的还原剂液体和压缩空气主管13在气液两腔的尿素还原剂喷嘴10混合，喷嘴采用工业化的不锈钢材料的喷嘴，形成颗粒尺寸在0.5～50μm气雾混合物；系统启动时，控制单元7的优先启动气体流量电磁阀1，延迟5秒后再启动液体流量电磁阀5；同样，完成试验后，系统关闭，首先关闭液体流量电磁阀5，延迟5秒后再关闭气体流量电磁阀1；控制单元7不需要同车载ECU和DCU连接通讯。
实施例2
采用内径为6mm尼龙管作为压缩空气主管13，压缩空气主管13的压力范围在0.3Mpa，由调压阀19预先设定，压缩空气的动力源可以来自车载的制动储气筒；采用内径为6mm尼龙管作为尿素还原剂输送管14，采用车载24V直流动力电源17作为直流尿素泵12的动力源，采用24V直流的微型隔膜泵作为尿素泵12，出口端的最大流量150mL/min；调节液体流量电磁阀5的开度使流向尿素还原剂喷嘴10的尿素还原剂的压力范围在0.36Mpa；液体流量电磁阀5的开度由控制单元7输出的信号来调节；控制单元7的输入信号来自于工业的温度传感器8；尿素还原剂容器18是由聚乙烯改性材料滚塑而成的厚度6mm容器，容量30L；尿素还原剂输送管14输送的还原剂液体和压缩空气主管13输送的空气在气液两腔的尿素还原剂喷嘴10混合，喷嘴采用工业化的不锈钢材料的喷嘴，形成颗粒尺寸在0.5～50μm气雾混合物；系统启动时，控制单元7的优先启动气体流量电磁阀1，延迟50秒后再启动液体流量电磁阀5；同样，完成试验后，系统关闭，首先关闭液体流量电磁阀5，延迟50秒后再关闭气体流量电磁阀1；控制单元7不需要同车载ECU和DCU连接通讯。
Claims (8)
1.一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，由气体流量电磁阀(1)、发动机尾气(2)、手动液体开关(3)、过滤器(4)、液体流量电磁阀(5)、单向阀(6)、控制单元(7)、温度传感器(8)、氮氧化物传感器(9)、气液两腔的尿素还原剂喷嘴(10)、发动机排气管(11)、尿素泵(12)、压缩空气主管(13)、尿素还原剂输送管(14)、尿素还原剂回流输送管(15)、尿素还原剂容器盖(16)、车载24V直流动力电源(17)、尿素还原剂容器(18)、调压阀(19)组成；其特征在于：压缩空气主管(13)的进气端设有调压阀(19)，出气端尿素还原剂喷嘴(10)相通，尿素还原剂回流输送管(15)连接在尿素还原剂容器(18)上；尿素还原剂容器盖(16)固定在尿素还原剂容器(18)上；尿素还原剂容器(18)底部连接手动液体开关(3)，尿素还原剂输送管(14)与尿素还原剂回流输送管(15)通过液体流量电磁阀(5)与尿素还原剂喷嘴(10)相通，尿素还原剂输送管(14)上设有过滤器(4)、尿素泵(12)和单向阀(6)；车载24V直流动力电源(17)、驱动尿素泵(12)；设在发动机排气管(11)上的温度传感器(8)和氮氧化物传感器(9)与控制单元(7)电连接，控制单元(7)与气体流量电磁阀(1)、液体流量电磁阀(5)和尿素泵(12)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在于所述的压缩空气主管(13)的压力范围在0.1～0.3Mpa；由控制单元(7)输出的信号来调节气体流量电磁阀(1)的开度完成。
3.根据权利要求1所述的一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在于液体流量电磁阀(5)的开度由控制单元(7)输出的信号来调节；尿素流量是可变的。
4.根据权利要求1所述的一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在于控制单元(7)的输入信号来自于温度传感器(8)，或氮氧化物传感器(9)，或温度传感器(8)和氮氧化物传感器(9)输出信号拟合的结果。
5.根据权利要求1所述的一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在于所述尿素还原剂的输送由尿素泵来实现，尿素还原剂输送管(14)输送的还原剂液体和压缩空气主管(13)输送的空气在气液两腔的尿素还原剂喷嘴(10)混合，形成颗粒尺寸在0.5～50μm气雾混合物。
6.根据权利要求1所述的一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在于所述的所用的尿素泵(12)是工业的12V或24V直流微型电磁隔膜泵、机械隔膜泵、柱塞泵和齿轮泵。
7.根据权利要求1所述的一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在于所述的尿素泵(12)的出口流量和压力恒定，设置尿素还原剂回流输送管(15)，液体流量电磁阀(5)控制回流量；尿素泵(12)的出口压力总是高于压缩空气主管(13)的压力0.04～0.06Mpa。
8.根据权利要求1所述的一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在于所述的系统启动时，控制单元(7)的控制逻辑是在温度传感器(8)和氮氧化物传感器(9)信号响应时优先启动气体流量电磁阀(1)，延迟5～50秒后再启动液体流量电磁阀(5)；同样，系统关闭时，首先关闭液体流量电磁阀(5)，延5～50秒后再关闭气体流量电磁阀(1)。
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