專利名稱：一種重型汽車用柴油發動機的制作方法
技術領域：
一種重型汽車用柴油發動機技術領域[0001]本實用新型涉及柴油機的技術領域，特別涉及一種采用催化還原反應SCR技術路 線的滿足國IV排放標準的重型汽車用柴油發動機。
背景技術：
[0002]目前，國家規定，新生產的發動機必須分階段滿足中華人民共和國國家標準GB 17691《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國 III、IV、V階段)》的強制排放標準。[0003]其中滿足第IV階段排放限值的重型車用柴油機的技術路線，一般有兩種，一種是 采用電控燃油噴射系統在機內凈化顆粒物，機外采用SCR (催化還原反應)技術凈化NOx (氮 氧化物)的技術路線；另一種是采用電控燃油噴射系統并同時機內采用EGR (廢氣再循環) 技術凈化NOx，機外采用DPF (柴油機顆粒過濾器)或DOC (柴油機氧化反應器)和PMC (顆 粒捕集器)等技術凈化顆粒物的技術路線。[0004]采用第一種技術路線的重型車用柴油機，機外采用SCR的實現方式目前有多種方 式，如采取壓縮空氣作為噴射動力源的方式，將尿素溶液和壓縮空氣混合后噴射到排氣管 中；或采取電控噴嘴的噴射方式，利用尿素泵產生一定壓力的尿素溶液，通過控制尿素噴嘴 的開啟與關閉，實現精確的尿素噴射計量。[0005]采用第一種技術路線的重型車用柴油機，機內顆粒物的凈化主要通過對機內燃燒 的控制，將燃燒的顆粒物降低；產生的N0X、HC等排放物通過SCR后處理系統進行處理。[0006]另外，滿足國IV階段排放標準的柴油機，還必須同時帶有符合中華人民共和國國 家環境保護部標準HJ437-20(^《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發動機與汽車車載診斷(OBD) 系統技術要求》的車載診斷OBD系統，實時監控與柴油機排放有關的系統的運行狀態。[0007]但目前的柴油機結構設計上成本比較高，對柴油的品質和使用環境要求也比較 高，從而限制了使用范圍。發明內容[0008]為解決以上技術上的不足，本實用新型提供了一種成本低，使用范圍廣，能滿足 GB17691排放法規第IV階段排放限值要求和法規HJ437要求并能實現車載診斷OBD系統實 時監控要求的重型汽車用柴油發動機。[0009]本實用新型是通過以下措施實現的[0010]一種重型汽車用柴油發動機，包括電控共軌燃油噴射系統、排氣后處理系統和車 載診斷OBD系統；電控共軌燃油噴射系統和排氣后處理系統分別設置在發動機內和發動機 外，車載診斷OBD系統包括尿素噴射系統控制單元DCU、電子控制單元ECU和各類傳感器，電 子控制單元ECU和尿素噴射系統控制單元DCU分別通過相應的傳感器與電控共軌燃油噴射 系統和排氣后處理系統連接。[0011]所述電控共軌燃油噴射系統設置在發動機內的供油和燃燒系統內，包括供油泵、共軌組件、噴油器、電子控制單元ECU，供油泵通過管路與共軌組件連接，共軌組件與噴油 器連接，供油泵、共軌組件上分別設有共軌傳感器，各共軌傳感器均與電子控制單元ECU連 接。[0012]所述電子控制單元E⑶還與監測大氣狀態的大氣壓力傳感器和大氣溫度傳感器 連接。[0013]所述排氣后處理系統設置在發動機外，包括尿素噴射系統、催化還原反應器和尿 素噴射系統控制單元DCU ；其中，催化還原反應器封裝在消聲器內；尿素噴射系統與尿素噴 射系統控制單元D⑶連接。[0014]所述尿素噴射系統包括尿素箱、尿素泵、尿素噴嘴、尿素管、冷卻液單向閥、控制線 束，尿素箱通過尿素管與尿素泵連接，尿素泵與尿素噴嘴連接；尿素噴嘴與尿素噴射系統控 制單元DCU連接；尿素箱內設有尿素加熱器，尿素加熱器與冷卻液管連接，在冷卻液管上 設有冷卻液單向閥；冷卻液管與發動機出水管連接；尿素箱上設有與尿素噴射系統控制單 元DCU連接的尿素液位傳感器和尿素溫度傳感器，尿素泵上設有與尿素噴射系統控制單元 DCU連接的尿素壓力傳感器，催化還原反應器前端設有載體前溫度傳感器，后端設有載體后 溫度傳感器和氮氧化物NOx傳感器，載體前溫度傳感器、載體后溫度傳感器和氮氧化物NOx 傳感器均與尿素噴射系統控制單元DCU連接。[0015]本實用新型的有益效果是遵循目前主流的各種排放控制原理，結合柴油機實際， 柴油機的排放控制裝置能完全滿足法規對排放污染物的第IV階段限值要求、車載診斷OBD 系統監控要求及其他排放耐久性要求等，同時，結構上的具體設置更具有成本優勢，降低了 對使用環境的要求，使用范圍更加廣泛，更能滿足中國國內對柴油機的使用要求，同時降低 了燃油消耗，具有節能減排的效果。
[0016]圖1為本實用新型的結構示意圖；[0017]圖2為本實用新型的排氣后處理系統的結構示意圖。[0018]圖中1.電控共軌燃油噴射系統，2.排氣后處理系統，3.尿素噴射系統，4.催化 還原反應器，5.尿素噴射系統控制單元DOT，6.共軌傳感器，7.供油泵，8.共軌組 件，9.噴油器，10.電子控制單元E⑶，11.尿素箱，12.尿素泵，13.尿素噴嘴，14.尿素液位 傳感器，15.尿素溫度傳感器，16.尿素壓力傳感器，17.載體前溫度傳感器，18.載體后溫 度傳感器，19.氮氧化物NOx傳感器，20.尿素管，21.尿素加熱器，22.冷卻液管，23.冷 卻液單向閥，24.大氣壓力傳感器，25大氣溫度傳感器。
具體實施方式
[0019]
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。[0020]圖1、圖2中，包括電控共軌燃油噴射系統1、排氣后處理系統2和車載診斷OBD系 統；電控共軌燃油噴射系統1和排氣后處理系統2分別設置在發動機內和發動機外，車載診 斷OBD系統包括尿素噴射系統控制單元DCU5和電子控制單元ECUlO和各類傳感器，電子控 制單元ECUlO和尿素噴射系統控制單元DCU5分別通過相應的傳感器與電控共軌燃油噴射 系統1和排氣后處理系統2連接。[0021]所述電控共軌燃油噴射系統1設置在發動機內的供油和燃燒系統內，包括供油泵 7、共軌組件8、噴油器9、電子控制單元E⑶10，供油泵7通過管路與共軌組件8連接，共軌組 件8與噴油器9連接，供油泵7、共軌組件8上分別設有共軌傳感器6，各共軌傳感器6均與 電子控制單元E⑶10連接。[0022]所述電子控制單元E⑶10還與監測大氣狀態的大氣壓力傳感器M和大氣溫度傳 感器25連接。[0023]所述排氣后處理系統2設置在發動機外，包括尿素噴射系統3、催化還原反應器4 和尿素噴射系統控制單元DCU5 ；其中，催化還原反應器4封裝在消聲器內；尿素噴射系統3 與尿素噴射系統控制單元D⑶5連接。[0024]所述尿素噴射系統3包括尿素箱11、尿素泵12、尿素噴嘴13、尿素管20、冷卻液單 向閥23、控制線束，尿素箱11通過尿素管20與尿素泵12連接，尿素泵12與尿素噴嘴13連 接；尿素噴嘴13與尿素噴射系統控制單元DCTO連接；尿素箱11內設有尿素加熱器21，尿 素加熱器21與冷卻液管22連接，在冷卻液管22上設有冷卻液單向閥23 ；冷卻液管22與發 動機出水管連接；尿素箱11上設有與尿素噴射系統控制單元DCU5連接的尿素液位傳感器 14和尿素溫度傳感器15，尿素泵12上設有與尿素噴射系統控制單元DCU5連接的尿素壓力 傳感器16，催化還原反應器4前端設有載體前溫度傳感器17，后端設有載體后溫度傳感器 18和氮氧化物NOx傳感器19，載體前溫度傳感器17、載體后溫度傳感器18和氮氧化物NOx 傳感器19均與尿素噴射系統控制單元DCU5連接。[0025]本實用新型的柴油機，將電控共軌燃油噴射系統1、排氣后處理系統2和車載診斷 OBD系統有機的設計在一起，滿足排放法規第IV階段排放限值要求和車載診斷OBD系統監 控要求。電控共軌燃油噴射系統1與燃燒系統一起，控制氣缸內的燃燒，通過控制噴油時間 及噴油壓力，使燃油和空氣充分混合后燃燒，做到機內顆粒物排放的優化，同時降低燃油消^^ ο[0026]本實用新型設計的柴油機，采用了催化還原反應SCR系統的排氣后處理系統2，利 用發動機排氣中的氮氧化物NOx與所精確計量噴射的液體尿素混合后，在涂有還原劑的載 體上進行還原反應，將氮氧化物NOx分解成N2和H2O的原理，最終將尾氣中的氮氧化物NOx 排放降低到法規要求的水平。采用該方式的后處理系統對燃油中的硫敏感度低，具有即使 使用含硫量高的燃油也不會被堵塞的特點，因此，不易產生因燃油品質不好導致的堵塞等 問題。[0027]排氣后處理系統2的尿素箱11和尿素管20上設有電控的尿素解凍系統。當環境 溫度過低時，冷卻液單向閥23打開，柴油機冷卻液經由冷卻液管22進入尿素箱11中的尿 素加熱器21，尿素加熱器21利用柴油機冷卻液熱提供的熱能將尿素解凍，同時系統啟動尿 素管20上的電加熱解凍系列以確保管路中尿素溶液正常流動。[0028]車載診斷OBD系統的傳感器包括用于監測共軌系統運行的各共軌傳感器6 ；用以 監測大氣狀態的大氣壓力傳感器M和大氣溫度傳感器25 ；用以監測尿素供給狀態的尿素 溫度傳感器15、尿素壓力傳感器16和尿素液位傳感器14 ；用以監測催化還原反應SCR排 氣后處理系統的運行的載體前溫度傳感器17、載體后溫度傳感器18和氮氧化物NOx傳感器 19。尿素溫度傳感器15和尿素液位傳感器16與尿素加熱器21集成并設置在尿素箱11內， 載體前溫度傳感器17設置在催化還原反應器4前，載體后溫度傳感器18和氮氧化物NOx傳感器19設置在催化還原反應器4后。[0029] 利用上述各種傳感器，對各種柴油機運行數據進行實時采集并將傳感器信號分別 發送給尿素噴射控制單元DCU5和電子控制單元ECU10，尿素噴射控制單元DCU5和電子控 制單元ECUlO之間有信號連接。尿素噴射控制單元DCU5接收尿素噴射系統部分的傳感器 信號和電子控制單元ECUlO提供的信號，判斷是否開啟尿素解凍系統，并與存儲在其內的 標定數據進行比較，精確控制尿素的噴射量，同時判斷排放是否超出排放法規要求的限值， 發出控制信號；電子控制單元ECUlO接收共軌系統傳感器的信號并執行尿素噴射控制單元 DCU5提供的控制信號，滿足車載診斷OBD的實時監控的要求。
權利要求1.一種重型汽車用柴油發動機，其特征在于包括電控共軌燃油噴射系統(1)、排氣后 處理系統(2)和車載診斷OBD系統；電控共軌燃油噴射系統(1)和排氣后處理系統(2)分 別設置在發動機內和發動機外，車載診斷OBD系統包括尿素噴射系統控制單元DCU (5)和 電子控制單元ECU (10)和各類傳感器，電子控制單元ECU (10)和尿素噴射系統控制單元 D⑶(5)分別通過相應的傳感器與電控共軌燃油噴射系統(1)和排氣后處理系統(2)連接。
2.如權利要求1所述的重型汽車用柴油發動機，其特征在于所述電控共軌燃油噴射 系統(1)設置在發動機內的供油和燃燒系統內，包括供油泵(7)、共軌組件(8)、噴油器(9)、 電子控制單元E⑶(10)，供油泵(7)通過管路與共軌組件(8)連接，共軌組件(8)與噴油器(9)連接，供油泵(7)、共軌組件(8)上分別設有共軌傳感器(6)，各共軌傳感器(6)均與電子 控制單元ECU (10)連接。
3.如權利要求2所述的重型汽車用柴油發動機，其特征在于所述電子控制單元ECU(10)還與監測大氣狀態的大氣壓力傳感器(24)和大氣溫度傳感器(25)連接。
4.如權利要求1所述的重型汽車用柴油發動機，其特征在于所述排氣后處理系統(2) 設置在發動機外，包括尿素噴射系統(3)、催化還原反應器(4)和尿素噴射系統控制單元 DCU (5);其中，催化還原反應器(4)封裝在消聲器內；尿素噴射系統(3)與尿素噴射系統控 制單元D⑶(5)連接。
5.如權利要求4所述的重型汽車用柴油發動機，其特征在于所述尿素噴射系統(3)包 括尿素箱(11)、尿素泵(12)、尿素噴嘴(13)、尿素管(20)、冷卻液單向閥(23)、控制線束，尿 素箱(11)通過尿素管(20)與尿素泵(12)連接，尿素泵(12)與尿素噴嘴(13)連接；尿素噴 嘴(13)與尿素噴射系統控制單元D⑶(5)連接；尿素箱(11)內設有尿素加熱器(21)，尿 素加熱器(21)與冷卻液管(22)連接，在冷卻液管(22)上設有冷卻液單向閥(23)；冷卻液 管(22)與發動機出水管連接；尿素箱(11)上設有與尿素噴射系統控制單元DCU (5)連接 的尿素液位傳感器(14)和尿素溫度傳感器(15)，尿素泵(12)上設有與尿素噴射系統控制 單元D⑶(5)連接的尿素壓力傳感器(16)，催化還原反應器(4)前端設有載體前溫度傳感 器(17)，后端設有載體后溫度傳感器(18)和氮氧化物NOx傳感器(19)，載體前溫度傳感器 (17)、載體后溫度傳感器(18)和氮氧化物NOx傳感器(19)均與尿素噴射系統控制單元DCU (5)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種重型汽車用柴油發動機。它成本低，使用范圍廣，能滿足GB17691排放法規第Ⅳ階段排放限值要求和法規HJ437要求并能實現車載診斷OBD系統實時監控要求。其結構為它包括電控共軌燃油噴射系統、排氣后處理系統和車載診斷OBD系統；電控共軌燃油噴射系統和排氣后處理系統分別設置在發動機內和發動機外，車載診斷OBD系統包括尿素噴射系統控制單元DCU和電子控制單元ECU和各類傳感器，電子控制單元ECU和尿素噴射系統控制單元DCU分別通過相應的傳感器與電控共軌燃油噴射系統和排氣后處理系統連接。
文檔編號F02M55/02GK201818369SQ201020575340
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者孫霞, 李紅珍, 王濤, 蓋永田, 范輝, 蒲雨新, 趙黎斌, 金增兵, 鐘力民, 陳利仙, 陳金軍 申請人:中國重汽集團濟南動力有限公司