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以排氣溫度為變量的車載scr計(jì)量噴射系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):5168308閱讀:149來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:以排氣溫度為變量的車載scr計(jì)量噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種以排氣溫度為變量的車載SCR計(jì)量噴射系統(tǒng), 應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè),滿足了歐4以上的環(huán)保輔助要求。
背景技術(shù)
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的有害成分主要是PM、 NOx、 HC及CO等。 在過(guò)去2 3年里,低排放發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為人們爭(zhēng)論、關(guān)心、甚至渴望 實(shí)現(xiàn)的一個(gè)理想。
美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(EPA) 2007排放法規(guī)要求汽車制造商同時(shí)減少 廢氣的顆粒(PM)和氮氧化物(Nox)兩種污染物。這需要有相當(dāng) 的技巧,解決這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有什么捷徑可走。按傳統(tǒng)的方法,減少一種 污染勢(shì)必導(dǎo)致另一種污染的增加。汽車制造商似乎已經(jīng)陷入了困境。
在排放法規(guī)的壓力下, 一方面車用柴油機(jī)正不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和 改進(jìn),另一方面,選擇恰當(dāng)?shù)暮筇幚砑夹g(shù)策略和裝備,例如,SCR、 DPF、 DOC等。
SCR技術(shù)的本質(zhì)是利用尿素在高溫下分解出NH3,作為還原劑的 NH3和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NOx在催化劑和溫度的綜合作用下進(jìn)行反應(yīng), 理想工況下生成無(wú)毒的N2和H20,從而達(dá)到凈化的目的。SCR技術(shù) 自70年代開(kāi)始在國(guó)外作為發(fā)電廠等的固定源使用的脫硝技術(shù)而進(jìn)行 了開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用。為應(yīng)對(duì)新的環(huán)保法規(guī)的要求,國(guó)外從90年已開(kāi)始把SCR技術(shù)成功移植到柴油汽車上,并相應(yīng)進(jìn)行了 SCR催化劑工 藝技術(shù)和尿素還原劑的開(kāi)發(fā)驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用,例如,歐洲和 日本。目前,歐洲的大多數(shù)制造商已經(jīng)開(kāi)始堅(jiān)定不移的采用SCR技 術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)歐4和歐5標(biāo)準(zhǔn)。
國(guó)外如此熱衷于SCR技術(shù)的原因,主要是SCR具有很多優(yōu)點(diǎn), 例如,可以在排氣溫度250 550°C的范圍內(nèi)具有50 85%的NOx 去除效率,并能有效降低PM的排放水平;SCR能輕松滿足歐4和歐 5水平,也具有達(dá)到歐6水平的潛力;目前達(dá)到歐4采用的SCR技術(shù), 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油耗可降低3 6%; SCR催化劑不含有貴金屬,成本相 對(duì)較低;SCR對(duì)車用燃油的質(zhì)量,特別是硫含量不敏感?;谝陨戏?析,SCR后處理技術(shù)也最適合中國(guó)的車輛狀況和車用燃油狀況。
如果2008年在中國(guó)推廣應(yīng)用車載SCR后處理技術(shù),必須解決好 尿素還原劑供應(yīng)、尿素還原劑的劑量、尿素還原劑的霧化噴射、SCR 催化劑轉(zhuǎn)換效率、氨氣泄露量等至關(guān)重要的技術(shù)難點(diǎn)。上述各點(diǎn)都涉 及到尿素還原劑的問(wèn)題。在這些問(wèn)題中,尿素還原劑的計(jì)量控制和霧 化噴射是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。它涉及到催化劑表面的堵塞問(wèn)題、催化劑活性 問(wèn)題、尿素還原劑腐蝕和結(jié)焦堵塞噴嘴的問(wèn)題。
根據(jù)國(guó)外公司的做法,通常是采用標(biāo)準(zhǔn)的ECU和DCU電子模塊, 并同車載電腦進(jìn)行通訊兼容。但系統(tǒng)的成本高昂,國(guó)內(nèi)的汽車生產(chǎn)企 業(yè)和汽車用戶很難接受。
在系統(tǒng)控制參數(shù)的選取中,可以選用以NOX或溫度作為主控參 數(shù),各自有其優(yōu)缺點(diǎn)。例如,采用NOX傳感器來(lái)測(cè)定NOX作為主控參數(shù),反饋調(diào)節(jié)控制SCR前端的尿素還原劑噴量的技術(shù)方案,具 有精度高的優(yōu)點(diǎn);但是NOX傳感器的精度較差,誤差10~15%,時(shí) 間滯后8 15s,而且NOX傳感器易受到柴油燃料中硫的影響。目前 來(lái)講,NOX傳感器還不能國(guó)產(chǎn),都需要進(jìn)口,成本很高。
但也可以選用熱電偶來(lái)測(cè)定SCR某點(diǎn)的溫度作為主控參數(shù),反 饋調(diào)節(jié)控制SCR前端的尿素還原劑噴量的技術(shù)方案,雖然沒(méi)有NOX 傳感器科學(xué)合理,但測(cè)量的精度高,誤差0.5 1.5°C,時(shí)間響應(yīng)快幾 乎沒(méi)有時(shí)間滯后,對(duì)柴油燃料中硫的影響可以忽略。目前來(lái)講,精密 熱電偶完全可以國(guó)產(chǎn)化,不需要進(jìn)口,成本很低。
在參數(shù)轉(zhuǎn)化中,其特征在于選取智能PID控制器和自編計(jì)算機(jī)程 序同構(gòu)成所述的計(jì)量噴射控制系統(tǒng)來(lái)控制的電磁計(jì)量隔膜泵。
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒分析,發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的NOX主要來(lái)自三個(gè)方面 (1)空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸蒒OX; (2)柴油燃料中的含氮化 合物燃燒中生成的NOX; (3)潤(rùn)滑油中含氮成分的微量揮發(fā)。所有 上述三個(gè)方面都是溫度的函數(shù),即隨著溫度的升高,生成更多的NOX。 為此,完全可以采用溫度作為控制和反饋的參數(shù)來(lái)決定尿素還原劑的 噴射量,實(shí)現(xiàn)SCR同步去除NOX的目的。
從化學(xué)計(jì)算的角度分析,尿素還原劑在溫度高于15(TC以上都會(huì) 分解放出氨氣,以實(shí)現(xiàn)對(duì)NOX的清除。但是,發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷啟動(dòng)、 怠速或燃燒不充分階段運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),溫度通常保持在15(TC以下,此時(shí)也 能生成較多的HC和PM,這些成分能對(duì)SCR催化劑的微觀孔道產(chǎn)生 堵塞問(wèn)題,造成SCR轉(zhuǎn)化效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以排氣溫度為變量的車載SCR計(jì)量 噴射系統(tǒng),由于尿素還原劑水溶液能在低溫下部分去除HC和PM, 防止SCR催化劑堵塞失活,在SCR后處理器入口端或出口端設(shè)有精 密溫度探頭,并由智能PID控制器和自編計(jì)算機(jī)程序同溫度控制單元 產(chǎn)生溫度控制反饋信號(hào);以溫度信號(hào)控制電磁計(jì)量隔膜泵的流量,從 車輛啟動(dòng)就開(kāi)始啟動(dòng)控制和劑量噴射動(dòng)作,使尿素還原劑箱中經(jīng)過(guò)過(guò) 濾后的尿素還原劑按照一定劑量輸出,并分解出NH3在SCR催化劑 表面同尾氣中的NOX反應(yīng),完成無(wú)害化處理,替代ECU和DCU, 節(jié)約成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的以排氣溫度為變量的車載SCR 計(jì)量噴射系統(tǒng),包括發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管、 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管、SCR后處理器聯(lián)結(jié)件、SCR后處理器入口端擴(kuò)張管、 SCR后處理器、SCR后處理器出口端錐管、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣尾管;其特 征在于由尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)和壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)兩部分 構(gòu)成,尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)中精密熱電偶與智能PID控制器和自 編計(jì)算機(jī)程序構(gòu)成的溫度控制單元線路相連安裝在SCR后處理器入 口端擴(kuò)張管,以溫度信號(hào)控制的電磁計(jì)量隔膜泵連接在管路上與帶有 液位刻線標(biāo)識(shí)的尿素還原劑箱之間設(shè)有減壓閥和尿素還原劑過(guò)濾器; 在電磁計(jì)量隔膜泵的輸出端設(shè)有防止尿素還原劑回流的單向閥;壓縮 空氣輸送管路系統(tǒng)中尿素還原劑噴嘴放置在SCR后處理器的前端, 二腔的氣液混合單元與空氣動(dòng)力源之間連接有防止空氣回流單向閥、壓縮空氣過(guò)濾器、減壓閥、壓力表和閥門。
精密熱電偶也可以安裝在SCR后處理器出口端錐管上。 所述的電磁計(jì)量隔膜泵也可以選用精密柱塞泵和齒輪泵。 分體式尿素還原劑噴嘴和二腔的氣液混合單元組成尿素還原劑 噴射單元。
本發(fā)明的積極效果是采用可靠性很高和價(jià)廉的工業(yè)熱電偶測(cè)量 的溫度作為主控參數(shù),以溫度參數(shù)作為變量,智能PID控制器和自編 計(jì)算機(jī)程序啟動(dòng)電磁計(jì)量隔膜泵,使尿素還原劑在二腔混合單元中充 分霧化,用噴嘴噴入SCR前端,達(dá)到消除NOX的目的;其成本相當(dāng) 于進(jìn)口系統(tǒng)的約1/3—1/4,可靠性高,容易依靠國(guó)內(nèi)資源實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 應(yīng)用。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述如圖1所示, 一種以 排氣溫度為變量的車載SCR計(jì)量噴射系統(tǒng),包括發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管1、
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)2、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管3、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管4、 SCR后處理器 聯(lián)結(jié)件5、 SCR后處理器入口端擴(kuò)張管6、 SCR后處理器7、 SCR后 處理器出口端錐管8、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣尾管9;其特征在于由尿素還原 劑輸送管路系統(tǒng)和壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)兩部分構(gòu)成,尿素還原劑輸 送管路系統(tǒng)中精密熱電偶10與智能PID控制器和自編計(jì)算機(jī)程序構(gòu)成的溫度控制單元11線路相連安裝在SCR后處理器入口端擴(kuò)張管6, 以溫度信號(hào)控制的電磁計(jì)量隔膜泵12連接在管路上與帶有液位刻線 標(biāo)識(shí)的尿素還原劑箱15之間設(shè)有減壓閥13和尿素還原劑過(guò)濾器14; 在電磁計(jì)量隔膜泵12的輸出端設(shè)有防止尿素還原劑回流的單向閥16; 壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)中尿素還原劑噴嘴17放置在SCR后處理器7 的前端,二腔的氣液混合單元18與空氣動(dòng)力源之間連接有防止空氣 回流單向閥19、壓縮空氣過(guò)濾器20、減壓閥21、壓力表22和閥門 23。
精密熱電偶10也可以安裝在SCR后處理器出口端錐管8上。 電磁計(jì)量隔膜泵12也可以選用精密柱塞泵和齒輪泵代替。 分體式尿素還原劑噴嘴17和二腔的氣液混合單元18組成尿素還 原劑噴射單元。
首先由溫度熱電偶10來(lái)測(cè)定SCR后處理器入口端擴(kuò)張管6的炎 熱的尾氣的溫度,對(duì)于柴油機(jī)從啟動(dòng)或怠速狀態(tài)下的溫度范圍會(huì)在 0~550°C;把此測(cè)定的溫度反饋到智能PID控制器和自編計(jì)算機(jī)程序 控制溫度單元11,以溫度信號(hào)為輸入?yún)?shù)來(lái)控制的電磁計(jì)量隔膜泵 12,隔膜泵12可以選擇柱塞泵、微型齒輪泵和隔膜泵,考慮到柱塞 泵和齒輪泵在輸送尿素還原劑過(guò)程中存在零件磨損問(wèn)題而使劑量的 準(zhǔn)確度下降,因此,隔膜泵為首選,而隔膜泵的型號(hào)又包括液動(dòng)方式、 氣動(dòng)方式和電磁方式,其中電磁方式的隔膜泵可以實(shí)現(xiàn)同溫度信號(hào)的 協(xié)調(diào)和控制反饋,因此采用電磁隔膜泵。按照采用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)標(biāo) 定的溫度一尿素還原劑流量曲線劑量尿素還原劑;在二腔的氣液混合單元18中,按調(diào)整的空氣壓力和流量,尿素還原劑和空氣進(jìn)行混合 汽化,此混合氣通過(guò)尿素還原劑噴嘴17噴射在SCR后處理器的前端; 尿素還原劑在一定的溫度下分解出NH3,最終在SCR催化劑的作用 下使尾氣無(wú)害化處理。單向閥16和19是防止液體或氣體反向流動(dòng); 過(guò)濾器14和20是為了保證氣體和液體的精度,防止尿素還原劑噴嘴 微孔的堵塞;減壓閥13和21用于設(shè)定氣體和液體的壓力范圍,達(dá)到 尿素還原劑最佳霧化的效果。
如圖2所示的一種以排氣溫度為變量的車載SCR尿素還原劑的 計(jì)量噴射控制系統(tǒng)中精密熱電偶10的位置是在SCR后處理器出口端 錐管8的位置,此時(shí)測(cè)量的溫度代表SCR后處理器載體的當(dāng)時(shí)的溫 度,也就是更接近催化劑表面的溫度水平,可能具有與圖1所述的系 統(tǒng)布置不同的溫度地圖(map)分布,例如,溫度可能會(huì)相差1~6°C, 但在發(fā)動(dòng)機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)中,NOX的轉(zhuǎn)化率相差很小。在電磁計(jì)量 隔膜泵12的輸出端設(shè)有防止尿素還原劑回流的單向閥16;尿素還原 劑噴嘴17放置在SCR后處理器的前端,經(jīng)過(guò)單向閥流入二腔的氣液 混合單元18;經(jīng)過(guò)過(guò)濾器20和壓力調(diào)節(jié)后的壓縮空氣也流入二腔的 氣液混合單元18;尿素還原劑和空氣的混合氣體經(jīng)過(guò)噴嘴噴入SCR 后處理器7的前端,
權(quán)利要求
1、一種以排氣溫度為變量的車載SCR計(jì)量噴射系統(tǒng),包括發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管(1)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)(2)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管(3)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(4)、SCR后處理器聯(lián)結(jié)件(5)、SCR后處理器入口端擴(kuò)張管(6)、SCR后處理器(7)、SCR后處理器出口端錐管(8)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣尾管(9);其特征在于由尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)和壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)兩部分構(gòu)成,尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)中精密熱電偶(10)與溫度控制單元(11)線路相連安裝在SCR后處理器入口端擴(kuò)張管(6)上,以溫度信號(hào)控制的電磁計(jì)量隔膜泵(12)連接在管路上與帶有液位刻線標(biāo)識(shí)的尿素還原劑箱(15)之間設(shè)有減壓閥(13)和尿素還原劑過(guò)濾器(14);在電磁計(jì)量隔膜泵(12)的輸出端設(shè)有防止尿素還原劑回流的單向閥(16);壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)中尿素還原劑噴嘴(17)放置在SCR后處理器(7)的前端,二腔的氣液混合單元(18)與空氣動(dòng)力源之間連接有防止空氣回流單向閥(19)、壓縮空氣過(guò)濾器(20)、減壓閥(21)、壓力表(22)和閥門(23)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以排氣溫度為變量的車載SCR計(jì) 量噴射系統(tǒng),其特征在于所述的精密熱電偶(10)也可以安裝在SCR 后處理器出口端錐管(8)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以排氣溫度為變量的車載SCR計(jì) 量噴射系統(tǒng),其特征在于所述的電磁計(jì)量隔膜泵(12)也可以選用精 密柱塞泵和齒輪泵。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以排氣溫度為變量的車載SCR 計(jì)量噴射系統(tǒng),其特征在于所述的分體式尿素還原劑噴嘴(17)和二 腔的氣液混合單元(18)組成尿素還原劑噴射單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以排氣溫度為變量的車載SCR計(jì)量噴射系統(tǒng),其特征在于精密熱電偶與溫度控制單元線路相連安裝在SCR后處理器入口端擴(kuò)張管上,電磁計(jì)量隔膜泵連接在管路上與尿素還原劑箱之間設(shè)有減壓閥和尿素還原劑過(guò)濾器;在電磁計(jì)量隔膜泵的輸出端設(shè)有單向閥;尿素還原劑噴嘴放置在SCR后處理器的前端,二腔的氣液混合單元與空氣動(dòng)力源之間連接有單向閥、壓縮空氣過(guò)濾器、減壓閥、壓力表和閥門。采用熱電偶測(cè)量的溫度,以溫度參數(shù)作為變量,智能PID控制器和自編計(jì)算機(jī)程序啟動(dòng)電磁計(jì)量隔膜泵,使尿素還原劑在二腔混合單元中充分霧化,達(dá)到消除NO<sub>X</sub>的目的;其成本相當(dāng)于進(jìn)口系統(tǒng)的約1/3-1/4,可靠性高,實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)F01N3/20GK101660443SQ20091012976
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者劉國(guó)軍, 孫國(guó)慶, 龍 崔, 張克金, 張苡銘, 王金民, 郭英俊, 銘 鐘 申請(qǐng)人:中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司;香港博達(dá)科技有限公司
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