CN201818369U - 一种重型汽车用柴油发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种重型汽车用柴油发动机。它成本低，使用范围广，能满足GB17691排放法规第Ⅳ阶段排放限值要求和法规HJ437要求并能实现车载诊断OBD系统实时监控要求。其结构为：它包括电控共轨燃油喷射系统、排气后处理系统和车载诊断OBD系统；电控共轨燃油喷射系统和排气后处理系统分别设置在发动机内和发动机外，车载诊断OBD系统包括尿素喷射系统控制单元DCU和电子控制单元ECU和各类传感器，电子控制单元ECU和尿素喷射系统控制单元DCU分别通过相应的传感器与电控共轨燃油喷射系统和排气后处理系统连接。

Description

一种重型汽车用柴油发动机

技术领域

本实用新型涉及柴油机的技术领域，特别涉及一种采用催化还原反应SCR技术路线的满足国Ⅳ排放标准的重型汽车用柴油发动机。

背景技术

目前，国家规定，新生产的发动机必须分阶段满足中华人民共和国国家标准GB 17691《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）》的强制排放标准。

其中满足第Ⅳ阶段排放限值的重型车用柴油机的技术路线，一般有两种，一种是采用电控燃油喷射系统在机内净化颗粒物，机外采用SCR（催化还原反应）技术净化NOx（氮氧化物）的技术路线；另一种是采用电控燃油喷射系统并同时机内采用EGR（废气再循环）技术净化NOx，机外采用DPF（柴油机颗粒过滤器）或DOC（柴油机氧化反应器）和PMC（颗粒捕集器）等技术净化颗粒物的技术路线。

采用第一种技术路线的重型车用柴油机，机外采用SCR的实现方式目前有多种方式，如采取压缩空气作为喷射动力源的方式，将尿素溶液和压缩空气混合后喷射到排气管中；或采取电控喷嘴的喷射方式，利用尿素泵产生一定压力的尿素溶液，通过控制尿素喷嘴的开启与关闭，实现精确的尿素喷射计量。

采用第一种技术路线的重型车用柴油机，机内颗粒物的净化主要通过对机内燃烧的控制，将燃烧的颗粒物降低；产生的NO_X、HC等排放物通过SCR后处理系统进行处理。

另外，满足国Ⅳ阶段排放标准的柴油机，还必须同时带有符合中华人民共和国国家环境保护部标准HJ437-2008《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技术要求》的车载诊断OBD系统，实时监控与柴油机排放有关的系统的运行状态。

但目前的柴油机结构设计上成本比较高，对柴油的品质和使用环境要求也比较高，从而限制了使用范围。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种成本低，使用范围广，能满足GB17691排放法规第Ⅳ阶段排放限值要求和法规HJ437要求并能实现车载诊断OBD系统实时监控要求的重型汽车用柴油发动机。

本实用新型是通过以下措施实现的：

一种重型汽车用柴油发动机，包括电控共轨燃油喷射系统、排气后处理系统和车载诊断OBD系统；电控共轨燃油喷射系统和排气后处理系统分别设置在发动机内和发动机外，车载诊断OBD系统包括尿素喷射系统控制单元DCU、电子控制单元ECU和各类传感器，电子控制单元ECU和尿素喷射系统控制单元DCU分别通过相应的传感器与电控共轨燃油喷射系统和排气后处理系统连接。

所述电控共轨燃油喷射系统设置在发动机内的供油和燃烧系统内，包括供油泵、共轨组件、喷油器、电子控制单元ECU，供油泵通过管路与共轨组件连接，共轨组件与喷油器连接，供油泵、共轨组件上分别设有共轨传感器，各共轨传感器均与电子控制单元ECU连接。

所述电子控制单元ECU还与监测大气状态的大气压力传感器和大气温度传感器连接。

所述排气后处理系统设置在发动机外，包括尿素喷射系统、催化还原反应器和尿素喷射系统控制单元DCU；其中，催化还原反应器封装在消声器内；尿素喷射系统与尿素喷射系统控制单元DCU连接。

所述尿素喷射系统包括尿素箱、尿素泵、尿素喷嘴、尿素管、冷却液单向阀、控制线束，尿素箱通过尿素管与尿素泵连接，尿素泵与尿素喷嘴连接；尿素喷嘴与尿素喷射系统控制单元DCU连接；尿素箱内设有尿素加热器, 尿素加热器与冷却液管连接，在冷却液管上设有冷却液单向阀；冷却液管与发动机出水管连接；尿素箱上设有与尿素喷射系统控制单元DCU连接的尿素液位传感器和尿素温度传感器，尿素泵上设有与尿素喷射系统控制单元DCU连接的尿素压力传感器，催化还原反应器前端设有载体前温度传感器，后端设有载体后温度传感器和氮氧化物NO_X传感器，载体前温度传感器、载体后温度传感器和氮氧化物NO_X传感器均与尿素喷射系统控制单元DCU连接。

本实用新型的有益效果是：遵循目前主流的各种排放控制原理，结合柴油机实际，柴油机的排放控制装置能完全满足法规对排放污染物的第Ⅳ阶段限值要求、车载诊断OBD系统监控要求及其他排放耐久性要求等，同时，结构上的具体设置更具有成本优势，降低了对使用环境的要求，使用范围更加广泛，更能满足中国国内对柴油机的使用要求，同时降低了燃油消耗，具有节能减排的效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的排气后处理系统的结构示意图。

图中：1.电控共轨燃油喷射系统，2.排气后处理系统，3.尿素喷射系统，4.催化还原反应器，5. 尿素喷射系统控制单元DCU，6. 共轨传感器，      7.供油泵，8. 共轨组件，9.喷油器，10. 电子控制单元ECU，11.尿素箱，12.尿素泵，13.尿素喷嘴，14. 尿素液位传感器，15. 尿素温度传感器，16. 尿素压力传感器，17. 载体前温度传感器，18.载体后温度传感器，   19. 氮氧化物NO_X传感器，20. 尿素管，21.尿素加热器，22.冷却液管，23.冷却液单向阀，24.大气压力传感器，25大气温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。

图1、图2中，包括电控共轨燃油喷射系统1、排气后处理系统2和车载诊断OBD系统；电控共轨燃油喷射系统1和排气后处理系统2分别设置在发动机内和发动机外，车载诊断OBD系统包括尿素喷射系统控制单元DCU5和电子控制单元ECU10和各类传感器，电子控制单元ECU10和尿素喷射系统控制单元DCU5分别通过相应的传感器与电控共轨燃油喷射系统1和排气后处理系统2连接。

所述电控共轨燃油喷射系统1设置在发动机内的供油和燃烧系统内，包括供油泵7、共轨组件8、喷油器9、电子控制单元ECU10，供油泵7通过管路与共轨组件8连接，共轨组件8与喷油器9连接，供油泵7、共轨组件8上分别设有共轨传感器6，各共轨传感器6均与电子控制单元ECU10连接。

所述电子控制单元ECU10还与监测大气状态的大气压力传感器24和大气温度传感器25连接。

所述排气后处理系统2设置在发动机外，包括尿素喷射系统3、催化还原反应器4和尿素喷射系统控制单元DCU5；其中，催化还原反应器4封装在消声器内；尿素喷射系统3与尿素喷射系统控制单元DCU5连接。

所述尿素喷射系统3包括尿素箱11、尿素泵12、尿素喷嘴13、尿素管20、冷却液单向阀23、控制线束，尿素箱11通过尿素管20与尿素泵12连接，尿素泵12与尿素喷嘴13连接；尿素喷嘴13与尿素喷射系统控制单元DCU5连接；尿素箱11内设有尿素加热器21, 尿素加热器21与冷却液管22连接，在冷却液管22上设有冷却液单向阀23；冷却液管22与发动机出水管连接；尿素箱11上设有与尿素喷射系统控制单元DCU5连接的尿素液位传感器14和尿素温度传感器15，尿素泵12上设有与尿素喷射系统控制单元DCU5连接的尿素压力传感器16，催化还原反应器4前端设有载体前温度传感器17，后端设有载体后温度传感器18和氮氧化物NO_X传感器19，载体前温度传感器17、载体后温度传感器18和氮氧化物NO_X传感器19均与尿素喷射系统控制单元DCU5连接。

本实用新型的柴油机，将电控共轨燃油喷射系统1、排气后处理系统2和车载诊断OBD系统有机的设计在一起，满足排放法规第Ⅳ阶段排放限值要求和车载诊断OBD系统监控要求。电控共轨燃油喷射系统1与燃烧系统一起，控制气缸内的燃烧，通过控制喷油时间及喷油压力，使燃油和空气充分混合后燃烧，做到机内颗粒物排放的优化，同时降低燃油消耗。

本实用新型设计的柴油机，采用了催化还原反应SCR系统的排气后处理系统2，利用发动机排气中的氮氧化物NO_X与所精确计量喷射的液体尿素混合后，在涂有还原剂的载体上进行还原反应，将氮氧化物NO_X分解成N₂和H₂O的原理，最终将尾气中的氮氧化物NO_X排放降低到法规要求的水平。采用该方式的后处理系统对燃油中的硫敏感度低，具有即使使用含硫量高的燃油也不会被堵塞的特点，因此，不易产生因燃油品质不好导致的堵塞等问题。

排气后处理系统2的尿素箱11和尿素管20上设有电控的尿素解冻系统。当环境温度过低时，冷却液单向阀23打开，柴油机冷却液经由冷却液管22进入尿素箱11中的尿素加热器21，尿素加热器21利用柴油机冷却液热提供的热能将尿素解冻，同时系统启动尿素管20上的电加热解冻系列以确保管路中尿素溶液正常流动。

车载诊断OBD系统的传感器包括用于监测共轨系统运行的各共轨传感器6；用以监测大气状态的大气压力传感器24和大气温度传感器25；用以监测尿素供给状态的尿素温度传感器15、尿素压力传感器16和尿素液位传感器14；用以监测催化还原反应SCR排气后处理系统的运行的载体前温度传感器17、载体后温度传感器18和氮氧化物NO_X传感器19。尿素温度传感器15和尿素液位传感器16与尿素加热器21集成并设置在尿素箱11内，载体前温度传感器17设置在催化还原反应器4前，载体后温度传感器18和氮氧化物NO_X传感器19设置在催化还原反应器4后。

利用上述各种传感器，对各种柴油机运行数据进行实时采集并将传感器信号分别发送给尿素喷射控制单元DCU5和电子控制单元ECU10，尿素喷射控制单元DCU5和电子控制单元ECU10之间有信号连接。尿素喷射控制单元DCU5接收尿素喷射系统部分的传感器信号和电子控制单元ECU10提供的信号，判断是否开启尿素解冻系统，并与存储在其内的标定数据进行比较，精确控制尿素的喷射量，同时判断排放是否超出排放法规要求的限值，发出控制信号；电子控制单元ECU10接收共轨系统传感器的信号并执行尿素喷射控制单元DCU5提供的控制信号，满足车载诊断OBD的实时监控的要求。

Claims (5)

1.一种重型汽车用柴油发动机，其特征在于：包括电控共轨燃油喷射系统（1）、排气后处理系统（2）和车载诊断OBD系统；电控共轨燃油喷射系统（1）和排气后处理系统（2）分别设置在发动机内和发动机外，车载诊断OBD系统包括尿素喷射系统控制单元DCU（5）和电子控制单元ECU（10）和各类传感器，电子控制单元ECU（10）和尿素喷射系统控制单元DCU（5）分别通过相应的传感器与电控共轨燃油喷射系统（1）和排气后处理系统（2）连接。

2.如权利要求1所述的重型汽车用柴油发动机，其特征在于：所述电控共轨燃油喷射系统（1）设置在发动机内的供油和燃烧系统内，包括供油泵（7）、共轨组件（8）、喷油器（9）、电子控制单元ECU（10），供油泵（7）通过管路与共轨组件（8）连接，共轨组件（8）与喷油器（9）连接，供油泵（7）、共轨组件（8）上分别设有共轨传感器（6），各共轨传感器（6）均与电子控制单元ECU（10）连接。

3.如权利要求2所述的重型汽车用柴油发动机，其特征在于：所述电子控制单元ECU（10）还与监测大气状态的大气压力传感器（24）和大气温度传感器（25）连接。

4.如权利要求1所述的重型汽车用柴油发动机，其特征在于：所述排气后处理系统（2）设置在发动机外，包括尿素喷射系统（3）、催化还原反应器（4）和尿素喷射系统控制单元DCU（5）；其中，催化还原反应器（4）封装在消声器内；尿素喷射系统（3）与尿素喷射系统控制单元DCU（5）连接。

5.如权利要求4所述的重型汽车用柴油发动机，其特征在于：所述尿素喷射系统（3）包括尿素箱（11）、尿素泵（12）、尿素喷嘴（13）、尿素管（20）、冷却液单向阀（23）、控制线束，尿素箱（11）通过尿素管（20）与尿素泵（12）连接，尿素泵（12）与尿素喷嘴（13）连接；尿素喷嘴（13）与尿素喷射系统控制单元DCU（5）连接；尿素箱（11）内设有尿素加热器（21）, 尿素加热器（21）与冷却液管（22）连接，在冷却液管（22）上设有冷却液单向阀（23）；冷却液管（22）与发动机出水管连接；尿素箱（11）上设有与尿素喷射系统控制单元DCU（5）连接的尿素液位传感器（14）和尿素温度传感器（15），尿素泵（12）上设有与尿素喷射系统控制单元DCU（5）连接的尿素压力传感器（16），催化还原反应器（4）前端设有载体前温度传感器（17），后端设有载体后温度传感器（18）和氮氧化物NO_X传感器（19），载体前温度传感器（17）、载体后温度传感器（18）和氮氧化物NO_X传感器（19）均与尿素喷射系统控制单元DCU（5）连接。

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