專利名稱：以排氣溫度為變量的車載scr計量噴射系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種以排氣溫度為變量的車載SCR尿素還原劑 的計量噴射控制系統(tǒng)，應用于汽車發(fā)動機行業(yè)，滿足了歐4以上的環(huán) 保輔助要求。
技術背景
汽車發(fā)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(fā)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(huán)保局(EPA) 2007排放法規(guī)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(tǒng)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(guī)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、 DOC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(fā)動機排氣中的NOx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(fā)電廠等的固定源使用的脫硝技術而進行了開發(fā)和廣泛應用。為應對新的環(huán)保法規(guī)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(fā)驗證，實現了工業(yè)化應用，例如，歐洲和 日本。目前，歐洲的大多數制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(yōu)點， 例如，可以在排氣溫度250 550°C的范圍內具有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，也具有達到歐6水平的潛力；目前達到歐4采用的SCR技術， 發(fā)動機的燃油耗可降低3 6%; SCR催化劑不含有貴金屬，成本相 對較低；SCR對車用燃油的質量，特別是硫含量不敏感?；谝陨戏?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，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(tǒng)的成本高昂，國內的汽車生產企 業(yè)和汽車用戶很難接受。
在系統(tǒng)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(yōu)缺點。例如，采用NOX傳感器來測定NOX作為主 控參數，反饋調節(jié)控制SCR前端的尿素還原劑噴量的技術方案，具 有精度高的優(yōu)點；但是NOX傳感器的精度較差，誤差10~15%，時 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 來講，NOX傳感器還不能國產，都需要進口，成本很高。
但也可以選用熱電偶來測定SCR某點的溫度作為主控參數，反 饋調節(jié)控制SCR前端的尿素還原劑噴量的技術方案，雖然沒有NOX 傳感器科學合理，但測量的精度高，誤差0.5 1.5°C，時間響應快幾 乎沒有時間滯后，對柴油燃料中硫的影響可以忽略。目前來講，精密 熱電偶完全可以國產化，不需要進口，成本很低。
在參數轉化中，其特征在于選取智能PID控制器和自編計算機程 序同構成所述的計量噴射控制系統(tǒng)來控制的電磁計量隔膜泵。
根據發(fā)動機燃燒分析，發(fā)動機尾氣中的NOX主要來自三個方面 (1)空氣中的氮氣在高溫下氧化成NOX; (2)柴油燃料中的含氮化 合物燃燒中生成的NOX; (3)潤滑油中含氮成分的微量揮發(fā)。所有 上述三個方面都是溫度的函數，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來決定尿素 還原劑的噴射量，實現SCR同步去除NOX的目的。
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，以實現對NOX的清除。但是，發(fā)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。
發(fā)明內容
本實用新型的目的在于提供一種以排氣溫度為變量的車載SCR 尿素還原劑的計量噴射控制系統(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 入口端或出口端設有精密溫度探頭，并由智能PID控制器和自編計算 機程序同溫度控制單元產生溫度控制反饋信號；以溫度信號控制電磁 計量隔膜泵的流量，從車輛啟動就開始啟動控制和劑量噴射動作，使 尿素還原劑箱中經過過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，完成無害化處理， 替代ECU和DCU，節(jié)約成本。
本實用新型的技術方案是這樣實現的 一種以排氣溫度為變量的 車載SCR尿素還原劑的計量噴射控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機進氣歧管、 汽車發(fā)動機、發(fā)動機排氣歧管、發(fā)動機排氣管、SCR后處理器聯(lián)結件、 SCR后處理器入口端擴張管、SCR后處理器、SCR后處理器出口端 錐管、發(fā)動機排氣尾管；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控制器和自編計算機程序構成的溫度控制單元線 路相連安裝在SCR后處理器入口端擴張管，以溫度信號控制的電磁 計量隔膜泵連接在管路上與帶有液位刻線標識的尿素還原劑箱之間 設有減壓閥和尿素還原劑過濾器；在電磁計量隔膜泵的輸出端設有防 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力源 之間連接有防止空氣回流單向閥、壓縮空氣過濾器、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。
本實用新型的積極效果是采用可靠性很高和價廉的工業(yè)熱電偶 測量的溫度作為主控參數，以溫度參數作為變量，智能PID控制器和 自編計算機程序啟動電磁計量隔膜泵，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，達到消除NOX的目的；其成本 相當于進口系統(tǒng)的約1/3—1/4，可靠性高，容易依靠國內資源實現工 業(yè)化應用。


圖1為本實用新型的結構示意圖2為本實用新型另一種實施方式的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖1對本實用新型做進一步的描述如圖1所示，一 種以排氣溫度為變量的車載SCR尿素還原劑的計量噴射控制系統(tǒng)，
包括發(fā)動機進氣歧管1、汽車發(fā)動機2、發(fā)動機排氣歧管3、發(fā)動機 排氣管4、 SCR后處理器聯(lián)結件5、 SCR后處理器入口端擴張管6、 SCR后處理器7、 SCR后處理器出口端錐管8、發(fā)動機排氣尾管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
制器和自編計算機程序構成的溫度控制單元11線路相連安裝在SCR 后處理器入口端擴張管6，以溫度信號控制的電磁計量隔膜泵12連 接在管路上與帶有液位刻線標識的尿素還原劑箱15之間設有減壓閥 13和尿素還原劑過濾器14;在電磁計量隔膜泵12的輸出端設有防止
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
空氣動力源之間連接有防止空氣回流單向閥19、壓縮空氣過濾器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IO來測定SCR后處理器入口端擴張管6的炙 熱的尾氣的溫度，對于柴油機從啟動或怠速狀態(tài)下的溫度范圍會在 0~550°C;把此測定的溫度反饋到智能PID控制器和自編計算機程序 控制溫度單元11，以溫度信號為輸入參數來控制的電磁計量隔膜泵 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程中存在零件磨損問題而使劑量的 準確度下降，因此，隔膜泵為首選，而隔膜泵的型號又包括液動方式、 氣動方式和電磁方式，其中電磁方式的隔膜泵可以實現同溫度信號的協(xié)調和控制反饋，因此采用電磁隔膜泵。按照采用標準質量流量計標
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，按調整的空氣壓力和流量，尿素還原劑和空氣進行混合 汽化，此混合氣通過尿素還原劑噴嘴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 下使尾氣無害化處理。單向閥16和19是防止液體或氣體反向流動； 過濾器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用于設定氣體和液體的壓力范圍，達到 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，此時測量的溫度代表SCR后處理器載體的當時的溫 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，溫度可能會相差1 6°C， 但在發(fā)動機較長時間運轉中，NOX的轉化率相差很小。在電磁計量 隔膜泵12的輸出端設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，經過單向閥流入二腔的氣液 混合單元18;經過過濾器20和壓力調節(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過噴嘴噴入SCR 后處理器7的前端。
權利要求1、一種以排氣溫度為變量的車載SCR計量噴射系統(tǒng)，包括發(fā)動機排氣歧管(1)、汽車發(fā)動機(2)、發(fā)動機排氣歧管(3)、發(fā)動機排氣管(4)、SCR后處理器聯(lián)結件(5)、SCR后處理器入口端擴張管(6)、SCR后處理器(7)、SCR后處理器出口端錐管(8)、發(fā)動機排氣尾管(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后處理器入口端擴張管(6)上，以溫度信號控制的電磁計量隔膜泵(12)連接在管路上與帶有液位刻線標識的尿素還原劑箱(15)之間設有減壓閥(13)和尿素還原劑過濾器(14)；在電磁計量隔膜泵(12)的輸出端設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)與空氣動力源之間連接有防止空氣回流單向閥(19)、壓縮空氣過濾器(20)、減壓閥(21)、壓力表(22)和閥門(23)。
2、 根據權利要求1所述的一種以排氣溫度為變量的車載SCR計 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、 根據權利要求1所述的一種以排氣溫度為變量的車載SCR計 量噴射系統(tǒng)，其特征在于所述的電磁計量隔膜泵(12)也可以選用精 密柱塞泵和齒輪泵。
4、根據權利要求1所述的一種以排氣溫度為變量的車載SCR 計量噴射系統(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。
專利摘要本實用新型涉及一種以排氣溫度為變量的車載SCR計量噴射系統(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后處理器入口端擴張管上，電磁計量隔膜泵連接在管路上與尿素還原劑箱之間設有減壓閥和尿素還原劑過濾器；在電磁計量隔膜泵的輸出端設有單向閥；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力源之間連接有單向閥、壓縮空氣過濾器、減壓閥、壓力表和閥門。采用熱電偶測量的溫度，以溫度參數作為變量，智能PID控制器和自編計算機程序啟動電磁計量隔膜泵，使尿素還原劑在二腔混合單元中充分霧化，達到消除NO_X的目的；其成本相當于進口系統(tǒng)的約1/3-1/4，可靠性高，實現工業(yè)化應用。
文檔編號F01N9/00GK201292881SQ20082007190
公開日2009年8月19日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權日2008年5月28日
發(fā)明者劉國軍, 孫國慶, 龍 崔, 張克金, 張苡銘, 王金民, 郭英俊, 銘 鐘 申請人:中國第一汽車集團公司;香港博達科技有限公司