專利名稱：一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，應用于汽車發動機 行業，滿足了歐4以上的環保要求。
背景技術：
汽車發動機排氣中的有害成分主要是PM、NOX、HC及CO等。在過去2 3年里，低 排放發動機已經成為人們爭論、關心、甚至渴望實現的一個理想。 美國國家環保局(EPA)2007排放法規要求汽車制造商同時減少廢氣的顆粒(PM) 和氮氧化物(NOX)兩種污染物。這需要有相當的技巧，解決這個問題沒有什么捷徑可走。按 傳統的方法，減少一種污染勢必導致另一種污染的增加。汽車制造商似乎已經陷入了困境。
在排放法規的壓力下， 一方面車用柴油機正不斷進行技術升級和改進，另一方面， 選擇恰當的后處理技術策略和裝備，例如，SCR、 DPF、 D0C等。 SCR技術的本質是利用尿素在高溫下分解出NH3，作為還原劑的NH3和發動機排氣 中的N0X在催化劑和溫度的綜合作用下進行反應，理想工況下生成無毒的N2和H20，從而達 到凈化的目的。SCR技術自70年代開始在國外作為發電廠等的固定源使用的脫硝技術而進 行了開發和廣泛應用。為應對新的環保法規的要求，國外從90年已開始把SCR技術成功移 植到柴油汽車上，并相應進行了 SCR催化劑工藝技術和尿素還原劑的開發驗證，實現了工 業化應用，例如，歐洲和日本。目前，歐洲的大多數造商已經開始堅定不移的采用SCR技術 來實現歐4和歐5標準。 國外如此熱衷于SCR技術的原因，主要是SCR具有很多優點，例如，可以在排氣溫 度250 550°C的范圍內具有50 85%的N0X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，也具有達到歐6水平的潛力；目前達到歐4采用的SCR技術， 發動機的燃油耗可降低3 6X;SCR催化劑不含有貴金屬，比成本相對較低；SCR對車用燃 油的質量，特別是硫含量不敏感。基于以上分析，SCR后處理技術也最適合中國的車輛狀況 和車用燃油狀況。 如果2008年在中國推廣應用車載SCR后處理技術，必須解決好尿素還原劑供應、 尿素還原劑的控制劑量、尿素還原劑的霧化噴射、SCR催化劑轉換效率、氨氣泄露量等至關 重要的技術難點。上述各點都涉及到尿素還原劑的問題。在這些問題中，尿素還原劑的計 量控制和霧化噴射是一個關鍵點。它涉及到催化劑表面的堵塞問題、催化劑活性問題、尿素 還原劑腐蝕和結焦堵塞噴嘴的問題。 根據國外公司的做法，汽車的排放達標通常是采用標準的ECU和DCU電子模塊，并 同車載電腦進行通訊兼容。但系統的成本高昂，國內的汽車生產企業和汽車用戶很難接受。
在系統控制參數的選取中，可以選用以NOX或溫度作為主控參數，各自有其優缺 點。在參數轉化中，其特征在于選取智能控制單元的設定程序同構成所述的噴射控制系統 來控制的空氣和尿素還原劑的比例。 從化學計算的角度分析，尿素還原劑在溫度高于15(TC以上都會分解放出氨氣，以
3實現對N0X的清除。但是，發動機處于冷啟動、怠速或燃燒不充分階段運轉時，溫度通常保 持在15(TC以下，此時也能生成較多的HC和PM，這些成分能對SCR催化劑的微觀孔道產生 堵塞問題，造成SCR轉化效率下降。考慮到尿素還原劑水溶液為反應活性高的堿性液體，能 在低溫下部分去除HC和PM，防止SCR催化劑堵塞失活，本發明的一種空氣輔助動力霧化尿 素還原劑噴射控制系統的尿素還原劑的流量從0到NOX化學計量的噴射量的最大值之間變 化。 國外公司在我國銷售的后處理系統，并沒有聲明尿素還原劑的供給采用的是何種 類型的'泵送動力源'，而是把和'泵送動力源'有關部分和元器件集成打包在一起，并由 專門的硬殼體密封包裝成無接縫的整體，變成一個獨立的不可拆卸的單元模塊，一次性購 買，一次性安裝，一次性更換，國外公司專門負責維修；例如國外公司的DCU，其價格高昂， 4500 6000元/件左右；這個DCU就具備液體壓力輸送和比例計量的功能。
發明內容
本發明的目的在于提供一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，一種空 氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，由氣體流量電磁閥、手動液體開關、過濾器、液 體流量電磁閥、單向閥、控制單元、溫度傳感器、氮氧化物傳感器、氣液兩腔的尿素還原劑噴 嘴、發動機排氣管、壓縮空氣主管、尿素還原劑輸送管、尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管、噴嘴 霧化壓縮空氣分管、尿素還原劑容器蓋、尿素還原劑容器、調壓閥組成；其特征在于壓縮 空氣主管的進氣端設有調壓閥，出氣端分別與吹掃噴嘴用壓縮空氣分管和尿素還原劑儲罐 壓縮空氣分管相通，尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管連接在尿素還原劑容器上；尿素還原劑 容器底部連接手動液體開關，尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管上設有氣體流量電磁閥和手動 液體開關；吹掃噴嘴用壓縮空氣分管上設有氣體流量電磁閥、手動液體開關、過濾器和單向 閥并與單腔的尿素還原劑噴嘴相通，尿素還原劑輸送管一端設在尿素還原劑容器內，另一 端與尿素還原劑噴嘴相通，在尿素還原劑輸送管上設有過濾器、液體流量電磁閥和單向閥； 設在發動機排氣管上的溫度傳感器和氮氧化物傳感器與控制單元電連接，控制單元與氣體 流量電磁閥、和液體流量電磁閥電連接。 所述的壓縮空氣主管的壓力范圍在0. 2 0. 5Mpa ;尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管 和噴嘴霧化壓縮空氣分管的壓力范圍在O. 1 0. 4Mpa之間調節，其中尿素還原劑儲罐壓縮 空氣分管分壓總是比噴嘴霧化壓縮空氣分管的分壓值高0. 04 0. 06Mpa，由控制單元輸出 的信號來調節氣體流量電磁閥的開度完成。 所述的液體流量電磁閥的開度由控制單元輸出的信號來調節；尿素流量可變。
所述的控制單元的輸入信號來自于溫度傳感器、氮氧化物傳感器，或是溫度傳感 器和氮氧化物傳感器輸出信號擬合的結果。 所述的尿素還原劑容器蓋是由不銹鋼材料或塑料制成的耐壓蓋；尿素還原劑容器 是由厚度3 3. 5mm的不銹鋼板焊制而成，或由聚乙烯/聚丙烯改性材料滾塑而成的厚度 4 6mm的耐壓材料制成。 所述噴嘴為氣液兩腔的尿素還原劑噴嘴，尿素還原劑輸送管輸送的還原劑液體和 噴嘴霧化壓縮空氣分管輸送的空氣在氣液兩腔的尿素還原劑噴嘴混合，形成顆粒尺寸在 0. 5 50iim氣霧混合物。
所述的控制單元在系統啟動時，控制邏輯是在溫度傳感器和氮氧化物傳感器信號 響應時優先啟動氣體流量電磁閥，延遲5 50秒后再啟動氣體流量電磁閥和液體流量電磁 閥；同樣，系統關閉時，首先關閉氣體流量電磁閥和液體流量電磁閥，延遲5 50秒后再關 閉氣體流量電磁閥；控制單元不需要同車載ECU和DCU連接通訊。 本發明的積極效果是采用可靠性很高和價廉的工業熱電偶測量的溫度作為主控 參數控制尿素流量，使尿素還原劑在二腔混合單元中充分霧化，到消除N0X的目的。
其成本相當于進口系統的約1/2-1/3，可靠性高，容易依靠國內資源實現工業化應 用。
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明做進一步的描述
實施例1 : 采用內徑為lOmm不銹鋼管或尼龍管作為壓縮空氣主管13，壓縮空氣主管13的壓 力范圍在0. 2Mpa，由調壓閥19預先設定，壓縮空氣的動力源可以來自車載的制動儲氣筒； 采用內徑為4mm不銹鋼管作為尿素還原劑輸送管14、尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管16和 噴嘴霧化壓縮空氣分管17 ;調節噴嘴霧化壓縮空氣分管17壓力范圍在0. 1Mpa ;調節尿素 還原劑儲罐壓縮空氣分管16的壓力范圍在0. 14Mpa ;液體流量電磁閥5的開度由控制單元 7輸出的信號來調節；控制單元7的輸入信號來自于工業的溫度傳感器8 ;耐壓尿素還原劑 容器蓋12由不銹鋼材質制成，尿素還原劑容器18是由厚度3mm的不銹鋼板焊制而成，容量 30L ;尿素還原劑輸送管14輸送的還原劑液體和噴嘴霧化壓縮空氣分管17輸送的空氣在氣 液兩腔的尿素還原劑噴嘴10混合，噴嘴采用工業化的不銹鋼材料的噴嘴，形成顆粒尺寸在 0. 5 50iim氣霧混合物；系統啟動時，控制單元7的優先啟動氣體流量電磁閥1，延遲5秒 后再啟動氣體流量電磁閥2和液體流量電磁閥5 ;同樣，完成試驗后，系統關閉，首先關閉氣 體流量電磁閥2和液體流量電磁閥5，延遲5秒后再關閉氣體流量電磁閥1 ;控制單元7不 需要同車載ECU和DCU連接通訊。
實施例2 采用內徑為10mm尼龍管作為壓縮空氣主管13，壓縮空氣主管13的壓力范圍在 0. 5Mpa，由調壓閥19預先設定，壓縮空氣的動力源可以來自車載的制動儲氣筒；采用內徑 為6mm尼龍管作為尿素還原劑輸送管14、尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管16和噴嘴霧化壓 縮空氣分管17 ;調節噴嘴霧化壓縮空氣分管17壓力范圍在0. 4Mpa ;調節尿素還原劑儲罐 壓縮空氣分管16的壓力范圍在0. 46Mpa ;液體流量電磁閥5的開度由控制單元7輸出的信 號來調節；控制單元7的輸入信號來自于工業的溫度傳感器8 ;耐壓尿素還原劑容器蓋12 由塑料材質制成，尿素還原劑容器18是由聚乙烯改性材料滾塑而成的厚度6mm容器，容量 30L ;尿素還原劑輸送管14輸送的還原劑液體和噴嘴霧化壓縮空氣分管17輸送的空氣在氣 液兩腔的尿素還原劑噴嘴10混合，噴嘴采用工業化的不銹鋼材料的噴嘴，形成顆粒尺寸在 0. 5 50 ii m氣霧混合物；系統啟動時，控制單元7的優先啟動氣體流量電磁閥1，延遲50秒后再啟動氣體流量電磁闊2和液體流量電磁閥5 ;同樣，完成試驗后，系統關閉，首先關閉 氣體流量電磁閥2和液體流量電磁閥5，延遲50秒后再關閉氣體流量電磁閥1 ;控制單元7 不需要同車載ECU和DCU連接通訊。
權利要求
一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，由氣體流量電磁閥(1)(2)、手動液體開關(3)、過濾器(4)、液體流量電磁閥(5)、單向閥(6)、控制單元(7)、溫度傳感器(8)、氮氧化物傳感器(9)、氣液兩腔的尿素還原劑噴嘴(10)、發動機排氣管(11)、耐壓尿素還原劑容器蓋(12)、壓縮空氣主管(13)、尿素還原劑輸送管(14)、發動機尾氣(15)、尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管(16)、噴嘴霧化壓縮空氣分管(17)、尿素還原劑容器(18)、調壓閥(19)組成；其特征在于壓縮空氣主管(13)的進氣端設有調壓閥(19)，出氣端分別與吹掃噴嘴用壓縮空氣分管(17)和尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管(16)相通，尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管(16)連接在尿素還原劑容器(18)上；耐壓尿素還原劑容器蓋(12)固定在尿素還原劑容器(18)上；尿素還原劑容器(18)底部連接手動液體開關(3)，尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管(16)上設有氣體流量電磁閥(2)和手動液體開關(3)；吹掃噴嘴用壓縮空氣分管(17)上設有氣體流量電磁閥(1)、手動液體開關(3)、過濾器(4)和單向閥(6)并與單腔的尿素還原劑噴嘴(10)相通，尿素還原劑輸送管(14)一端設在尿素還原劑容器(18)內，另一端與尿素還原劑噴嘴(10)相通，在尿素還原劑輸送管(14)上設有過濾器(4)、液體流量電磁閥(5)和單向閥(6)；設在發動機排氣管(11)上的溫度傳感器(8)和氮氧化物傳感器(9)與控制單元(7)電連接，控制單元(7)與氣體流量電磁閥(1)(2)和液體流量電磁閥(5)電連接。
2. 根據權利要求1所述的一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，其特征在于所述的壓縮空氣主管(13)的壓力范圍在0. 2 0. 5Mpa ;尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管(16)和噴嘴霧化壓縮空氣分管(17)的壓力范圍在O. 1 0.4Mpa之間調節，尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管(16)分壓總是比噴嘴霧化壓縮空氣分管(17)的分壓值高0.04 0.06Mpa，此壓差由控制單元(7)輸出的信號來調節氣體流量電磁閥(1) (2)的開度完成。
3. 根據權利要求1所述的一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，其特征在于液體流量電磁閥(5)的開度由控制單元(7)輸出的信號來調節；尿素流量是可變的。
4. 根據權利要求1所述的一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，其特征在于控制單元(7)的輸入信號來自于溫度傳感器(8)、氮氧化物傳感器(9)或溫度傳感器(8)和氮氧化物傳感器(9)輸出信號擬合的結果。
5. 根據權利要求1所述的一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，其特征在于所述的尿素還原劑容器蓋(12)和尿素還原劑容器(18)是由耐壓材料制成。
6. 根據權利要求1所述的一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，其特征在于所述噴嘴為氣液兩腔的尿素還原劑噴嘴，尿素還原劑輸送管(14)輸送的還原劑液體和噴嘴霧化壓縮空氣分管(17)輸送的空氣在氣液兩腔的尿素還原劑噴嘴(10)混合，形成顆粒尺寸在0. 5 50 ii m氣霧混合物。
7. 根據權利要求1所述的一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，其特征在于所述的控制單元(7)在系統啟動時，控制邏輯是在溫度傳感器(8)和氮氧化物傳感器(9)信號響應時優先啟動氣體流量電磁閥(1)，延遲5 50秒后再啟動氣體流量電磁閥(2)和液體流量電磁閥(5);同樣，系統關閉時，首先關閉氣體流量電磁閥(2)和液體流量電磁閥(5)，延遲5 50秒后再關閉氣體流量電磁閥(1).
全文摘要
本發明涉及一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統，其特征在于壓縮空氣主管的進氣端設有調壓閥，出氣端分別與吹掃噴嘴用壓縮空氣分管和尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管相通，尿素還原劑儲罐壓縮空氣分管連接在尿素還原劑容器上；吹掃噴嘴用壓縮空氣分管與單腔的尿素還原劑噴嘴相通，尿素還原劑輸送管一端設在尿素還原劑容器內，另一端與尿素還原劑噴嘴相通，設在發動機排氣管上的溫度傳感器和氮氧化物傳感器與控制單元電連接。采用可靠性很高和價廉的工業熱電偶測量的溫度作為主控參數控制尿素流量，使尿素還原劑在二腔混合單元中充分霧化，相當于進口系統的約1/2-1/3，可靠性高，容易依靠國內資源實現工業化應用。
文檔編號F01N3/18GK101793184SQ201010128420
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月13日 優先權日2010年3月13日
發明者劉國軍, 崔龍, 張克金, 張苡銘, 王丹, 董鶴維, 魏曉川 申請人:中國第一汽車集團公司