CN103511039A - 气动式尿素喷射*** - Google Patents

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赵中煜
冀栋
闫国栋
唐莲花
徐帅
刘玉彬
牛犇
李如灿
芦斌
赵彩俊
蒲玉来
李忠娟
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Abstract

本发明提供一种气动式尿素喷射***，包括尿素罐、提供喷射压力的气源、控制单元，以及起连接作用的气体管路、尿素管路和电控线路；尿素管路一端连接尿素罐，另一端连接尿素喷射阀；气体管路包括气体一路、气体二路和气体三路；电控线路包括一端均与控制单元连接，另一端分别与三联电磁阀、尿素罐传感器、尿素喷射阀、以及设置在排气管上SCR后处理器前端的排温传感器和SCR后处理器后端的氮氧传感器连接的各电控支路。本***结构简单，部件数量少，成本低，***运行比较平稳，控制单元模块化，尿素喷射部分安全稳定性好。

Description

气动式尿素喷射***
技术领域
本发明创造涉及一种汽车尾气处理器，尤其是一种气动式尿素喷射***。
背景技术
SCR(Selective Catalytic Reduction)是一种选择还原技术，SCR技术使用氨气（NH3)或尿素水溶液（Urea water solution）作为还原性物质，在一定温度和催化剂作用下，利用NH3或尿素水溶液将NOx还原为对环境无害的氮气(N2)和水(H2O)。由于NH3在催化剂的作用下选择性地优先还原NOx而不先与O2反应，故称其为“选择性催化还原”。NH3是良好的还原剂，但是有很强的刺激性，不便于直接在汽车上使用，而尿素水溶液无毒、无害，储存时性能稳定，运输方便且不具有刺激性气味，因此一般使用尿素水溶液作为车载SCR***的还原剂。欧洲使用的32.5%浓度的尿素水溶液，国际标准ISO22241-1也对柴油机的NOx还原剂进行了质量标准的要求。使用SCR技术，则需要设计一个***，能够将尿素水溶液喷射到发动机排气管中，该***需要满足以下要求：
1）将尿素水溶液精确定量地喷到排气管中，并使之高效地与NOx排放物在催化剂的作用下发生反应。这不仅需要尿素喷射***精确的控制尿素喷射量，而且还需要提供非常好的尿素水溶液的雾化效果；
2）由于尿素水溶液在较低的温度下会冻结，因此***还需要采取解冻措施；
3）考虑到市场上的尿素水溶液质量良莠不齐，并且***的生产加工过程中也会有颗粒残留，需要设计一些措施以防止***被堵塞；
4）由于在发动机不同运转工况下生成的NOx排放污染物有较大的变化，发动机的工况变化又非常频繁，因此需要***根据发动机工况自动调整并精确控制喷射量。
发明内容
本发明创造要解决的问题是提供一种满足上述要求的气动式尿素喷射***。
为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：一种气动式尿素喷射***，包括尿素罐、提供喷射压力的气源、控制单元，以及起连接作用的气体管路、尿素管路和电控线路；
尿素管路一端连接尿素罐，另一端连接尿素喷射阀；
气体管路包括气体一路、气体二路和气体三路；气体管路上设置三联电磁阀，气体一路一端与气源连接，另一端经过三联电磁阀中的阀a与尿素罐连接；气体二路一端与尿素罐连接，另一端经过三联电磁阀中的阀b通向大气，气体三路一端与气源连接，另一端经过三联电磁阀中的阀c与尿素喷射阀连接；
电控线路包括一端均与控制单元连接，另一端分别与三联电磁阀、尿素罐传感器、尿素喷射阀，以及设置在排气管上SCR后处理器前端的排温传感器和SCR后处理器后端的氮氧传感器连接的各电控支路。
进一步，尿素罐传感器包括压力传感器、温度传感器和液位传感器。
进一步，气源出口设有空气滤清器。
进一步，尿素管路上设有尿素滤清器和加热器。
进一步，尿素喷射***内还设有尿素喷射阀冷却管路和尿素加热管路，尿素加热管路从发动机冷却循环管路引出，流经尿素罐；尿素喷射阀冷却管路也从发动机冷却循环管路引出，流经尿素喷射阀。
更进一步，尿素加热管路上设有控制开闭的冷却液电磁阀，冷却液电磁阀通过电控线路与控制单元连接。
三联电磁阀对气源中压缩气体和尿素罐中尿素的控制：
1）气源中的气体先进入空气滤清器进行油气分离，再开启三联电磁阀中的阀a，通过气源中的压缩气体给尿素罐提供压力，将尿素罐中的尿素水溶液经过尿素滤清器压入尿素喷射阀前端的排气管中；
2）三联电磁阀中的阀b控制尿素罐排气，当停机时，开启阀b，将罐内气体排出；
3）三联电磁阀中的阀c控制气体回吹，在停机时，开启阀c，将尿素罐和尿素喷射阀之间尿素管路中的尿素水溶液回吹到尿素罐中。
***的工作过程：
1、***建压和喷射过程
***的工作压力在指定压力范围值之间，控制单元根据测量得到的***压力控制阀a的开关，将***的压力控制在此压力区间内；控制单元根据发动机的工况和其他因素计算并控制尿素喷射阀的喷射；当***压力小于指定压力范围值的最低值时，开启阀a增压；当***压力大于指定压力范围值的最高值时，关闭阀a。
2、卸压和清空过程
当控制单元收到***关闭信号后，开始卸压和清空过程：
关闭阀a，打开阀b，关闭阀c：释放尿素罐和尿素管路中的压力，当***压力小于限定值1时，即可判定卸压完成。
关闭阀a，关闭阀b，打开阀c：清空尿素管路中的尿素溶液，当***压力大于限定值2时，即可判定完成清空，此时压缩气体由尿素管路进入尿素罐，尿素管路中的尿素水溶液回流至尿素罐。
关闭阀a，打开阀b，关闭阀c：释放尿素罐和尿素管路中的压力，当***压力小于限定值1时，即可判定完成卸压和清空过程。
关闭阀a、阀b和阀c。
3、停机。
本发明创造具有的优点和积极效果是：
1）***结构简单，部件数量少，成本低。
2）尿素罐作为缓冲器，对液路***起到很好的缓冲作用，使***运行起来比较平稳。
3）控制单元采用模块化设计，方便安装和更换。
4）尿素喷射部分具有低温条件下使用的解冻功能和停机排空能力，避免管路结冰，安全稳定性好。
附图说明
图1是本发明***原理示意图
图2是本发明控制流程示意图
图中：
1.压力传感器    2.液位传感器     3.温度传感器
4.电控线路      5.冷却液电磁阀   6.尿素喷射阀冷却管路
7.尿素加热管路  8.尿素滤清器     9.加热器
10.尿素喷射阀   11.尿素管路      12.排温传感器
13.氮氧传感器   14.三联电磁阀    15.气体三路
16.气体二路     17.气体一路      18.空气滤清器
a.阀a           b.阀b             c.阀c
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种气动式尿素喷射***，包括尿素罐、提供喷射压力的气源、控制单元，以及起连接作用的气体管路、尿素管路11和电控线路4。尿素管路11一端连接尿素罐，另一端连接尿素喷射阀10。气体管路包括气体一路17、气体二路16和气体三路15。气体管路上设置三联电磁阀14，三联电磁阀的作用是控制进气、回气和排气，结构简单，空间利用率高。气体一路17一端与气源连接，另一端经过三联电磁阀14中的阀a与尿素罐连接，控制尿素喷射时的进气；气体二路16一端与尿素罐连接，另一端经过三联电磁阀14中的阀b通向大气，控制尿素管路11中的排气；气体三路15一端与气源连接，另一端经过三联电磁阀14中的阀c与尿素喷射阀10连接，控制尿素管路11中残余尿素水溶液的回吹。
尿素喷射***内还设有尿素喷射阀冷却管路6和尿素加热管路7，尿素加热管路7从发动机冷却循环管路引出，流经尿素罐，并且设有控制其通断的冷却液电磁阀5，实现适时地对尿素罐中尿素水溶液的加热；尿素喷射阀冷却管路6也从发动机冷却循环管路引出，流经尿素喷射阀10，对其进行冷却降温。
气源出口设有空气滤清器18。空气滤清器18起到的作用是将油和气体分离，给***提供洁净的气体。在尿素罐和尿素喷射阀10之间的尿素管路11上设有尿素滤清器8和加热器9，尿素滤清器8的作用是过滤尿素水溶液，加热器9的作用是对喷射过程中流经尿素管路11的尿素水溶液进行加热，优化尿素的喷射效果。
控制单元分别控制三联电磁阀14、尿素罐传感器（压力传感器1、温度传感器3和液位传感器2）、尿素喷射阀10、加热器9、冷却液电磁阀5，以及设置在排气管上SCR后处理器前端的排温传感器12和SCR后处理器后端的氮氧传感器13。
***中的从发动机冷却循环管路中引出的尿素喷射阀冷却管路6、尿素加热管路7、冷却液电磁阀5、加热器8等温度控制部件及管路，简化了***结构，降低了生产成本。
本发明的工作原理：
1、***的气源来自整车气罐，滤清器对进气进行油气分离。
2、通过三联电磁阀给尿素罐提供压力并保持相对稳定的压力，将尿素罐中的尿素水溶液经过滤清器压入尿素喷射阀前端管道，控制单元控制尿素喷射阀计量尿素喷射量。
3、三联电磁阀控制一路气体，在停机时回吹尿素喷射阀和尿素罐之间的尿素水溶液进尿素罐，起到排空作用。另一只电磁阀起到控制尿素罐排气的作用。
本发明具体的工作内容：
一、气源和尿素的配合
车载气罐为***提供气源，气体先进入空气滤清器进行油气分离，洁净的气体通过三联（空气）电磁阀中的一只给尿素罐提供压力，并保持相对稳定的压力，将尿素罐中的尿素水溶液经滤清器压入尿素喷射阀前端管道中；
三联电磁阀中的第二只控制的气体起到回吹作用，在停机时将尿素喷射阀和尿素罐之间的尿素水溶液回吹到尿素罐中，避免管路结冰，起到排空作用。
三联电磁阀最后一只起到尿素罐排气作用，当停机时，把罐内气体排出。
二、控制单元的功能
1、控制单元控制尿素喷射阀计量尿素喷射量。
2、根据压力传感器反馈的信号和***的工作状态来控制给尿素罐供气的三联电磁阀的开启与关闭，以保证罐内压力的相对稳定。
3、根据温度传感器反馈的信号来控制循环冷却水的开关。
4、根据液位传感器反馈的信号来判断罐内液位的高低。
三、***的工作过程
如图2所示，主要由建压和喷射过程、卸压和清空过程组成。***在启动后进入建压和喷射过程，在接收到停机信号后进入卸压和清空过程。
***建压和喷射过程
***的工作压力优选是在4.8至5.1bar之间，控制单元根据测量得到的***压力控制空气电磁阀a的开关，将***的压力控制在此压力区间内。控制单元根据发动机的工况和其他环境因素（如尿素水溶液是否结冰，尿素罐中是否有尿素水溶液等）计算并控制尿素喷射阀的喷射。***建压及喷射的过程见流程图。其中压力过低的判定条件为***压力小于4.8bar，压力过高的判定条件为***压力大于5.1bar。
卸压和清空过程
当控制单元收到***关闭信号后，开始卸压和清空过程，其目的是卸去***内（包括气体和喷射管路、尿素罐）的压力并清空尿素喷射管路内的残存尿素水溶液。卸压和清空的过程见流程图。具体步骤说明如下：
关闭a、打开b、关闭c：释放尿素罐和喷射管路中的压力（卸压），当***压力小于限定值1时，即可判定卸压完成；
关闭a、关闭b、打开c：清空喷射管路中的尿素水溶液，当***压力大于限定值2时，即可判定完成清空（此时压缩空气由喷射管路进入尿素罐，即可认为喷射管路中的尿素水溶液已经排空）；
关闭a、打开b、关闭c：释放尿素罐和喷射管路的压力，当***压力小于限定值1时，即可判定完成卸压和清空过程。
关闭a、关闭b、关闭c。
以上关于限定值1和限定值2的具体数值可通过标定获得。
停机。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种气动式尿素喷射***，其特征在于：包括尿素罐、提供喷射压力的气源、控制单元，尿素罐传感器，尿素喷射阀，以及起连接作用的气体管路、尿素管路和电控线路；
尿素管路一端连接尿素罐，另一端连接尿素喷射阀；
气体管路包括气体一路、气体二路和气体三路；气体管路上设置三联电磁阀，气体一路一端与气源连接，另一端经过三联电磁阀中的阀a与尿素罐连接；气体二路一端与尿素罐连接，另一端经过三联电磁阀中的阀b通向大气，气体三路一端与气源连接，另一端经过三联电磁阀中的阀c与尿素喷射阀连接；
电控线路包括一端均与控制单元连接，另一端分别与三联电磁阀、尿素罐传感器、尿素喷射阀、以及设置在SCR后处理器前端的排温传感器和SCR后处理器后端的氮氧传感器连接的各电控支路。
2.根据权利要求1所述的气动式尿素喷射***，其特征在于：尿素罐传感器包括压力传感器、温度传感器和液位传感器。
3.根据权利要求1所述的气动式尿素喷射***，其特征在于：气源出口设有空气滤清器。
4.根据权利要求1所述的气动式尿素喷射***，其特征在于：尿素管路上设有尿素滤清器和加热器，加热器通过电控线路与控制单元连接。
5.根据权利要求1所述的气动式尿素喷射***，其特征在于：尿素喷射***内还设有尿素喷射阀冷却管路和尿素加热管路，尿素加热管路从发动机冷却循环管路引出，流经尿素罐；尿素喷射阀冷却管路也从发动机冷却循环管路引出，流经尿素喷射阀。
6.根据权利要求5所述的气动式尿素喷射***，其特征在于：尿素加热管路上设有控制开闭的冷却液电磁阀，冷却液电磁阀通过电控线路与控制单元连接。
7.根据权利要求1所述的气动式尿素喷射***，其特征在于：三联电磁阀对气源中压缩气体和尿素罐中尿素水溶液的控制方法为，
1）气源中的气体先进入空气滤清器进行油气分离，再开启三联电磁阀中的阀a，通过气源中的压缩气体给尿素罐提供压力，将尿素罐中的尿素水溶液经过尿素滤清器压入尿素喷射阀前端的尿素管中；
2）三联电磁阀中的阀b控制尿素罐排气，当停机时，保持阀b开启，将罐内气体排出；
3）三联电磁阀中的阀c控制气体回吹，在停机时，开启阀c，将尿素喷射阀和尿素罐之间尿素管路中的尿素水溶液回吹到尿素罐中。
8.根据权利要求7所述的气动式尿素喷射***的控制方法，其特征在于：
1）***建压和喷射过程
***在指定的压力区间内工作，控制单元根据测量得到的***压力控制阀a的开关，将***的压力控制在此压力区间内；控制单元根据发动机的工况和其他因素计算并控制尿素喷射阀的喷射；当***压力小于指定压力范围值的最低值时，开启阀a增压；当***压力大于指定压力范围值的最高值时，关闭阀a。
2）卸压和清空过程
当控制单元收到***关闭信号后，开始卸压和清空过程：
关闭阀a，打开阀b，关闭阀c：释放尿素罐和尿素管路中的压力，当***压力小于限定值1时，即可判定卸压完成。
关闭阀a，关闭阀b，打开阀c：清空尿素管路中的尿素溶液，当***压力大于限定值2时，即可判定完成清空，此时压缩气体由尿素管路进入尿素罐，尿素管路中的尿素溶液回流至尿素罐。
关闭阀a，打开阀b，关闭阀c：释放尿素罐和尿素管路中的压力，当***压力小于限定值1时，即可判定完成卸压和清空过程。
关闭阀a、阀b和阀c。
3）停机。
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