專利名稱：采用氣體壓力源的尿素噴射系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于柴油機排氣后處理的尿素噴射系統，它屬于內燃機廢氣凈化系統；更具體地說，涉及一種采用氣體壓力源向柴油機排氣系統噴射尿素溶液，用于降低柴油機NOx排放的SCR(Selective Catalyst Reduction)選擇性催化還原系統。
背景技術：
為了實現尿素噴射，現有的SCR尿素噴射系統普遍采用直流電動泵對尿素溶液加壓。在汽車和其他車船中都需要由蓄電池向該電動泵供電，加大了蓄電池電能的損耗。有的現有技術，如日本博世株式會社的CN1965153A(W02005/106220)專利還采用電加熱器加熱尿素溶液，更加大了蓄電池電能的損耗。個別現有技術，如德國西門子公司的US6273120B1 專利說明書公布了一種備有氣源的尿素溶液噴射系統。其中尿素溶液在空氣的輔助作用下進行噴射，但仍采用電動的尿素泵給尿素溶液加壓，電池的能耗仍相當大。而且，由于尿素泵的壓力波動，噴射量的準確性和穩定性較差。國際標準IS022241-1規定了用于柴油機的NOx還原劑AUS32的質量要求。這是一種尿素含量為32. 5%的尿素水溶液，其初始結晶溫度為-11. 5°C。為了防止溫度過低時尿素溶液結冰，需要采用加熱器對尿素溶液加熱。現有技術都采用電加熱的方法，由蓄電池對加熱器供電，增加了蓄電池的能耗。現有技術一般將尿素噴嘴直接安裝在發動機排氣管上的混合器處。由于排氣溫度很高，會造成尿素噴嘴過熱損壞。美國清潔柴油技術(Clean Diesel Technologies)公司的US6279603B1專利提出了利用尿素溶液冷卻尿素噴嘴的技術方案。經加熱后的尿素溶液流回尿素箱，發揮了加熱尿素溶液的作用。但是當環境溫度過高，或加熱作用過強時，有必要冷卻尿素溶液，以免過熱分解，放出氨氣。目前現有技術尚未提供可行的冷卻方法。
發明內容
為了解決現有技術蓄電池能耗過高的問題，本發明提供了一種新的采用氣體壓力源的SCR尿素噴射系統。本發明所采用的技術方案是設計一種用于柴油機排氣后處理的SCR尿素噴射系統，它包括尿素罐、過濾器、尿素噴嘴、壓力傳感器、溫度傳感器，電控單元，其主要特征在于系統中包括一個與系統主管道相連的氣體壓力源和調壓穩壓器，利用穩定的氣體壓力給用于噴射的尿素溶液加壓，系統內不設置電動尿素泵。上述氣體壓力源分為兩種一種是高壓儲氣瓶，例如高壓氮氣瓶。其壓力一般為15 50MPa，最高可達IOOMPa以上，其優點是體積較小。由于受到有關高壓容器使用安全法規的限制，這種采用高壓儲氣瓶的尿素噴射系統只適用于航空和導彈測控方面的特種車輛。第二種氣體壓力源包括小型空氣壓縮機和壓縮空氣儲氣罐，其中空氣壓縮機的出口壓力通常是8kgf/cm2(0. 8MPa)。這種方案適用于各種車船，對于采用氣剎車的汽車，可以利用原有的空壓機和儲氣罐。1.本發明的其他技術特征是所述的尿素罐為壓力容器，由氣體壓力源提供壓力，尿素罐的工作壓力是0. 5 1. OMPa0在所述的尿素罐上裝有溫度傳感器、液位傳感器和利用發動機廢氣加熱尿素溶液的熱交換器；上述熱交換器由進氣管、散熱管和出氣管組成， 固定在尿素罐下部；進氣管與發動機的排氣管連接，管路上安裝加熱開關電磁閥，將部分廢氣引入上述熱交換器中，廢氣在加熱了尿素溶液后由出氣管排出。另外，在所述的尿素噴射系統中包括尿素噴嘴冷卻裝置，它由冷卻器體、冷卻溫度控制閥、冷卻劑入口、冷卻劑出口組成；冷卻劑入口及冷卻劑出口分別與汽車的空調裝置連接，利用汽車空調冷卻劑冷卻尿素噴嘴。還有一個特征是系統中的氣體壓力源壓力、尿素溶液噴射壓力、尿素溶液溫度、尿素罐的液位等參數都反饋給電控單元，并由電控單元根據設定的程序控制加熱開關電磁閥調節尿素溶液的溫度，控制冷卻溫度控制閥的開度來調節尿素噴嘴的溫度。本發明的優點和有益效果是首先，由于尿素噴射系統中采用了氣體壓力源和調壓穩壓器來控制尿素溶液的噴射壓力，所以能使尿素噴嘴入口處的壓力穩定，顯著地減小了尿素溶液脈沖噴射造成的管內壓力波，消除了不穩定壓力波對尿素噴嘴噴射量的不利影響。從而顯著地提高了尿素溶液噴射量的計量準確性和穩定性。其次，本發明采用了利用發動機廢氣加熱尿素溶液的熱交換器和利用汽車空調冷卻劑冷卻尿素噴嘴的冷卻裝置，又可以通過電控單元控制尿素溶液的溫度，從而實現系統優化控制的目標。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。圖1是本發明采用高壓氮氣瓶的系統示意圖。圖2是本發明采用空氣壓縮機和儲氣罐的系統示意圖。圖3是裝有加熱裝置的尿素罐。圖中8、高壓氮氣瓶，9、尿素罐，10、儲氣罐，11、充氣閥，12、減壓閥，13、電控單元， 14、壓力傳感器，15、液位傳感器，16、溫度傳感器，17、加熱開關電磁閥，18、廢氣入口管，19、 散熱管，20、尿素罐開關閥，21、過濾器，22、尿素噴嘴，23、冷卻器體，24、冷卻液控制閥，25、 冷卻劑入口管、26、冷卻劑出口管，27、排氣管。
具體實施例方式本發明是一種采用氣體壓力源的尿素噴射系統，其中氣體壓力源可以是一種高壓儲氣瓶，或者是空氣壓縮機和儲氣罐。第一種實施例如圖1所示。該實施例中的高壓儲氣瓶是一個高壓氮氣瓶8，工作壓力35MPa。第二種實施例如圖2所示。在圖2中，由小型空氣壓縮機經充氣閥11向儲氣罐10充氣，作為氣體壓力源。工作壓力為O.SMPa。兩種實施例除氣體壓力源不同外，其余部分的工作原理相同。按國際標準IS022241-1配制的尿素溶液儲存在尿素罐9中。尿素罐9為壓力容器，由氣體壓力源加壓，本實施例選用的尿素罐容積是40L。在壓力的作用下，尿素溶液經尿素罐開關閥20和過濾器21進入尿素噴嘴22，在電控單元13的控制下將定量的尿素溶液噴入排氣內，尿素溶液在一定溫度下水解為氨氣， 氨氣在催化劑作用下將排氣內的NOx排放還原為氮氣，達到降低排氣內NOx的效果。尿素冷卻裝置30由冷卻劑入口管25、冷卻液控制閥24、冷卻劑出口管26和冷卻器體23構成， 用來冷卻與發動機排氣管27直接相連而溫度升高尿素噴嘴22。冷卻劑入口管25與汽車空調的高壓管相連，冷卻劑出口管26與空調低壓管相連。溫度控制閥24由電控單元控制開度，通過調節冷卻劑的量而實現對尿素噴嘴溫度的控制，防止尿素噴嘴22過熱損壞。尿素罐9上安裝有壓力傳感器14，測量尿素溶液的壓力并反饋給電控單元；在尿素罐上安裝有液位傳感器15，測量尿素溶液的液位高度；在尿素罐上還裝有溫度傳感器16，測量尿素溶液的溫度并反饋給電控單元；采用廢氣加熱尿素溶液的溫度，熱交換器由加熱開關閥17、 廢氣入口管18和散熱管19組成，固定在尿素溶液箱下部；進氣管與發動機的排氣管連接， 管路上安裝加熱開關電磁閥，將部分廢氣引入上述熱交換器中，廢氣在加熱了尿素溶液后由排氣管27排出。 圖3是裝有加熱裝置的尿素罐。尿素噴嘴22的啟閉由電控單元控制，進行噴射。 通過控制尿素噴嘴的開啟時間來決定尿素溶液的噴射量。本系統圖3中壓力傳感器14、溫度傳感器15測得的信號和發動機上測得的油溫、水溫、負荷、轉速等各種信號一起傳輸給發動機電控單元13。然后再根據電控單元輸出的控制信號控制尿素噴嘴22的噴射次數與噴射量、加熱開關電磁閥17的開關、冷卻液控制閥24的開度。本發明中尿素噴射系統的控制裝置和控制方法屬于現有技術，因此在本說明書中不再詳細說明。
權利要求
1.一種采用氣體壓力源的尿素噴射系統，包括尿素罐、過濾器、尿素噴嘴、壓力傳感器、 溫度傳感器，電控單元，其特征在于系統中包括一個與系統主管道相連的氣體壓力源和調壓穩壓器，利用穩定的氣體壓力給用于噴射的尿素溶液加壓，系統內不設置電動尿素泵。
2.根據權利要求1所述的采用氣體壓力源的尿素噴射系統，其特征在于所采用的氣體壓力源是一種高壓儲氣瓶。
3.根據權利要求1所述的采用氣體壓力源的尿素噴射系統，其特征在于所采用的氣體壓力源包括小型空氣壓縮機和壓縮空氣儲氣罐。
4.根據權利要求1所述的采用氣體壓力源的尿素噴射系統，其特征是所述的尿素罐為壓力容器，由氣體壓力源提供壓力，尿素罐的工作壓力是0. 5 1. OMPa0
5.根據權利要求1所述的采用氣體壓力源的尿素噴射系統，其特征是在所述的尿素罐上裝有溫度傳感器、液位傳感器和利用發動機廢氣加熱尿素溶液的熱交換器；上述熱交換器由進氣管、散熱管和出氣管組成，固定在尿素罐下部；進氣管與發動機的排氣管連接，管路上安裝加熱開關電磁閥，將部分廢氣引入上述熱交換器中，廢氣在加熱了尿素溶液后由出氣管排出。
6.根據權利要求1所述的采用氣體壓力源的尿素噴射系統，其特征是在所述的尿素噴射系統中包括尿素噴嘴裝置，它由冷卻器體、冷卻溫度控制閥、冷卻劑入口、冷卻劑出口組成；冷卻劑入口及冷卻劑出口分別與汽車的空調裝置連接，利用汽車空調冷卻劑冷卻尿素噴嘴。
7.根據權利要求1所述的采用氣體壓力源的尿素噴射系統，其特征是系統中的氣體壓力源壓力、尿素溶液噴射壓力、尿素溶液溫度、尿素罐的液位等參數都反饋給電控單元，并由電控單元根據設定的程序控制加熱開關電磁閥和冷卻溫度控制閥的開度，從而調節尿素溶液的溫度。
全文摘要
一種采用氣體壓力源的尿素噴射系統，包括尿素罐、過濾器、尿素噴嘴、壓力傳感器、溫度傳感器，電控單元，其特征在于系統中包括一個與系統主管道相連的氣體壓力源和調壓穩壓器，利用穩定的氣體壓力給用于噴射的尿素溶液加壓，系統內不設置電動尿素泵。該系統結構簡單、壓力穩定，噴射計量精度高。
文檔編號B01D53/94GK102242658SQ20101017717
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月10日 優先權日2010年5月10日
發明者吳君華, 孔亮, 居鈺生, 徐秀華, 朱明健, 王曉勇, 繆雪龍 申請人:中國第一汽車集團公司無錫油泵油嘴研究所