CN108425726A - 一种scr***加热装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及柴油汽车尾气后处理***，尤其涉及一种SCR***加热装置及其控制方法，还涉及一种汽车尾气余热回收装置。旨在环境温度较低时，能够加快SCR***解冻速度，并且不影响汽车空调等取暖设施工作。余热回收装置主要包括集热器、储热箱以及换热管，该装置可以将发动机尾气余热回收并储存较长时间，可用作发动机冷启动时对尿素箱中的尿素水进行解冻。尿素泵、尿素喷嘴以及尿素管路根据所需热量不同均覆有不同功率的电加热套，通电加热可快速提高解冻速度；电加热套有电线快接头，方便安装以及更换。
Description
技术领域
本发明涉及柴油汽车尾气后处理***，尤其涉及SCR***加热装置、加热方法，还涉及一种汽车尾气余热回收装置。
背景技术
柴油机的稀燃会产生较多的NOx以及微粒(PM)，为了满足日益严格的汽车排放法规，仅仅依靠优化柴油机缸内燃烧和减排技术是不可达到的，须采用后处理技术。由于SCR技术具有无额外燃油消耗，较强的油品适应性等优点，已经成为国Ⅵ柴油机尾气处理的首要方案。
SCR技术反应条件较为简单，使用较为便利。SCR***主要由尿素箱、尿素喷射***和催化反应装置组成。SCR技术是将尿素溶液喷射到柴油机排气管道中，在催化剂和废气温度作用下，尿素溶液释放氨气(NH3)与废气中的NOx进行还原反应，生成N2，降低了NOx的排放。然而，尿素箱中的尿素水在-11℃左右开始结晶，会导致SCR***管路堵塞，尿素喷嘴不能正常工作，进而影响柴油机的排放。
目前，SCR***的加热装置有两种，一种是在尿素箱内布置发动机冷却液管道，利用冷却液的温度加热尿素箱，该方法仅能加热尿箱内的尿素，不能加热***管道内的尿素，另一种是对尿素喷射***中的尿素泵设置加热装置，该方法较为复杂，成本较高，在温度高于零下11摄氏度时，该加热装置便处于停止工作状态，浪费空间。
发明内容
本发明所要解决的问题。
在冬季或者温度较低的地区(温度低于-11℃)，发动机冷启动时，SCR***中的尿素水会出现冻结现象。现有的技术，通常将发动机冷却水管接通SCR***的尿素箱中，用于对SCR***的加热。
但发动机冷启动时，发动机冷却水温度较低，通入尿素箱，使尿素箱以及尿素喷射***管路中结晶冻结的尿素水解冻升温速度过慢，影响SCR***的正常工作，同时也影响汽车空调等取暖设施的工作；同时，在SCR***的管路中，也会存有一些尿素水，在温度较低情况下也会发生结晶现象。本发明的目的是在环境温度较低时，能够加快SCR***解冻速度，并且不影响汽车空调等取暖设施工作。
本发明是为解决上述问题所提供的一种使用余热回收装置给SCR加热的装置，其余热回收装置包括：集热器，回收尾气余热，上有进出口，进出口上有卡箍，方便在排气管上安装，且连接处较好的密封性；泵，用作余热回收装置导热介质循环；电磁阀，用于控制管路开启、关闭；换热管，从储热箱收装置中分支，插通尿素箱；储热箱，用于存放导热介质；导热介质，在储热箱、排气管集热器与换热管之间流动，可储存较多热量；储液罐，存放导热介质，用以补偿损失；SCR加热装置包括：空气电磁阀，用于控制冷却液管的开启、关闭；尿素泵，依靠尿素水管路连接尿素箱和尿素喷嘴，对尿素水进行加压输送；尿素喷嘴，对尿素水进行加压喷射；电加热套，置于尿素水管路和尿素喷嘴；温度传感器，通过线束与发动机ECU相连，用于检测尿素箱、余热回收装置和尿素喷嘴的温度；整车电源，向电加热套供电。
所述方案中，温度传感器安装在罐体内部、储热箱内部以及尿素喷嘴处，通过线束与发动机ECU连接。
所述方案中，在尿素箱与发动机冷却水管路的连接处，设置空气电磁阀。
所述方案中，电加热套包裹整个SCR***的管路以及尿素喷嘴，电加热套可拆卸，通过线束与整车电源连接，线束上设有电线快速接头，电源通过发动机ECU控制，SCR***不同位置根据所需热量的不同，选择不同功率的电加热套。
所述方案中，发动机冷启动时，温度传感器检测尿素箱中尿素水的温度，当尿素箱温度低于设定阈值并且冷却水温度低于解冻阈值时，温度传感器发出信号，该信号反馈至发动机ECU，ECU控制换热管上的电磁阀打开，导热介质经换热管流过尿素箱，对尿素水进行加热；当冷却液温度传感器检测到冷却液温度高于解冻阈值时，ECU控制换热管上电磁阀关闭，打开冷却液管的电磁阀，冷却液流经尿素箱，与尿素水进行换热，同时ECU控制整车电源向电加热套供电，加热SCR***尿素水管路；发动机ECU接收温度传感器信号，当尿素箱温度高于设定阈值时，并且尿素喷嘴处的温度高于设定阈值时，并且冷却水流经尿素箱后对尿素水进行加热持续一段所规定的时间后，ECU控制冷却液管电磁阀关闭，尿素水加热结束；当发动机ECU接收温度传感器信号，尿素箱温度或尿素喷嘴处温度低于设定阈值时，ECU控制冷却液管电磁阀开启，直到发动机停止工作时关闭。
本发明的优点在于：
1、可拆卸式电热套使用了电线快接头，方便装配以及更换；当柴油发动机冷启动或者在温度较低时，ECU控制电源输出，加热套可快速提高SCR***升温速度，防止尿素水结晶，提高了效率。
2、通过采用该装置，可回收排气余热并将其长时间储存，储存的热量用于解冻尿素箱的尿素水，减少了冷启动时对冷却水温度的影响，节省了能源。发动机低温启动时能够更好的使冷却水升温，避免因冷却水温度过低影响汽车空调取暖等设施的工作，为柴油发动机后处理装置在低于零下11摄氏度正常工作提供了条件。
3、从排气回收的余热还可用于预热冷却水、机油、变速箱等，节省了能源。
附图说明：
图1为一种SCR***尿素加热装置结构示意图；
图2为余热回收装置结构示意图；
图3为换热管结构示意图；
图4为集热管路入口结构示意图；
图5为集热管路出口结构示意图；
图1中：1、发动机，2、发动机ECU，3、尿素箱，4、电加热套，5、尿素泵，6、尿素喷嘴，7、尿素喷嘴温度传感器，8、电线快接头，9、整车电源，10、换热管，101、散热片，11、余热回收装置，12、储热箱温度传感器，13、换热管单向阀，14、空气电磁阀，15、尿素箱温度传感器，16、冷却水温度传感器，17、发动机冷却水管。
图2中：18、排气管，19、铝壳，100、集热器，20、集热管，21、集热器管路出口，22、集热管单向阀，23、三通阀，24储液罐，25、泵，200、储热箱，26、储热材料，27、储热管，28、保温材料，29、真空绝热层，30、铝壳，31、三通阀，32、单向阀，33、集热管路入口，34、卡箍，35、导热介质。
具体实施方式：
如图1所示，其包括：集热器100，连接排气管18，回收尾气余热；泵25，用作余热回收装置11导热介质35循环；换热管10，从储热箱中分支，插通尿素箱3；储热箱200，用于存放导热介质35；导热介质35，在储热箱200、集热器100与换热管10之间流动，可储存较多热量；储液罐24，存放导热介质35，用以补偿损失；尿素箱3，用于存放喷射排气管18内的尿素水；发动机冷却水管17，从发动机冷却水管分支，插通尿素箱3，使尿素箱3与发动机1连接；换热管单向阀13，用于控制换热管10开闭；空气电磁阀14，用于控制冷却水管17开闭；尿素泵5，依靠尿素水管路连接尿素箱3和尿素喷嘴6，对尿素水进行加压输送；尿素喷嘴6，对尿素水进行加压喷射；电加热套4，用于加热尿素水管路和尿素喷嘴6；整车电源9，向电加热套4供电。
如图2所示，余热回收包括集热、储热以及传热过程。集热器100安装在排气管18上，集热器100上有排气进口和排气出口，排气进出口上有卡箍34，方便在排气管18上安装，且有较好的密封性；集热器100由铝壳19和集热管20组成，集热管20螺旋盘绕在排气管18上。在集热和储热过程中，换热管单向阀13关闭，集热管单向阀22和电磁阀32打开，泵25通电工作，导热介质35由泵25从集热器管路入口33输入，经集热管20从排气中吸收热量，在集热器管路出口21输出，导热介质35流入储热箱200，保温材料28将导热介质35中的热量储存起来，导热介质35从储热箱200另一端流至集热器入口33，从而形成循环。储热箱200由保温材料28、真空绝热层29和铝壳30组成。在传热过程中，集热管单向阀22和电磁阀32关闭，换热管单向阀13打开，泵27工作，导热介质35从储热箱200流出，流经换热管10对外传输热量后流回储热箱200，形成循环。
所述方案中，集热管路入口33与集热管路出口21上有卡箍34，方便与余热回收装置11的管路连接。
所述方案中，温度传感器安装在罐体内部、储热箱内部以及尿素喷嘴处，通过线束与发动机ECU2连接。
所述方案中，在尿素箱3与发动机冷却水管17的连接处，设置空气电磁阀14。
所述方案中，电加热套4包裹整个SCR***的管路以及尿素喷嘴6，电加热套4可拆卸，通过线束与整车电源9连接，线束上设有电线快速接头8，整车电源9通过发动机ECU2控制，SCR***不同位置根据所需热量的不同，选择不同功率的电加热套4。
所述方案中，泵25通过线束与发动机ECU2和整车电源9相连。
所述方案中，储热材料26为熔融盐。
所述方案中，导热介质35为导热油。
所述方案中，保温材料28为橡塑保温材料，较低以及较为稳定的导热系数，可以保证较长时间保温。
所述方案中，所有温度传感器都与发动机ECU2相连。
所述方案中，换热管10上装有散热片101。
所属方案中，换热管10还可经过改进，进而可用以预热机油、变速箱(图中未标出)等装置。
余热回收装置11的控制方法是：
如图2所示，发动机启动时，发动机ECU2首先控制电源，使整个余热回收装置不工作，电磁阀均处于关闭状态，然后根据储热箱温度传感器12判断储热箱温度是否高于设定的取热阈值(低于该数值时，导热介质的热量不足以对外进行热交换)，为是时，发动机ECU2控制集热管单向阀22、换热管单向阀13和单向阀32关闭，泵25不工作；为否时，发动机ECU2控制集热管单向阀22和单向阀32打开，整车电源9向泵25通电，泵25工作，导热介质35在集热器100与储热箱200之间循环，当储热箱温度高于取热阈值时，发动机ECU2控制整个余热回收装置11停止工作，电磁阀全部处于关闭状态，泵25停止工作。
整个加热装置的控制方法是：
如图1所示，发动机冷却水管17连接尿素箱3两端，管内冷却液用作解冻尿素水。发动机冷启动时，发动机ECU2首先禁止换热管单向阀13和空气电磁阀14打开，并关闭电源9对电加热套4的供电。
随后，发动机ECU2根据温度传感器所传输的信号判断尿素箱3以及尿素喷嘴6中的尿素水温度是否为在预先设好的第一阈值(由整车厂标定而得，一般为零下11℃左右，在该温度值下，尿素水开始部分结晶)之下，为否时，不打开空气电磁阀14和换热管路单向阀13且整车电源9不向电加热套4供电，并维持禁止空气电磁阀14和换热管单向阀13打开状态，维持禁止整车电源9向加电热套4供电的状态。
发动机冷启动时，当尿素箱温度传感器15检测尿素水温度低于设定的第一阈值并且冷却水温度传感器16检测冷却水温度低于解冻阈值(该温度值由整车厂标定得出，处于该温度值的冷却液可在不影响汽车空调等取暖设施工作时与尿素水进行热交换)时，发动机ECU2控制空气电磁阀14关闭，发动机ECU2根据储热箱温度传感器12所传输的信号判断储热箱11温度是否高于设定的第二阈值(处于该值的导热油能够将足够的热量传递给尿素水)，为否时(一般为车辆处于长时间未工作状态)，换热管单向阀13和空气电磁阀14关闭，发动机ECU2等待冷却水温度信号高于解冻阈值时，打开空气电磁阀14，使冷却水与尿素水进行热交换，发动机ECU2同时控制整车电源9向电加热套4供电，加热SCR***。
发动机冷启动时，当尿素箱温度传感器15检测尿素水温度低于设定的第一阈值并且冷却水温度传感器16检测冷却水温度低于解冻阈值时，发动机ECU2控制空气电磁阀14关闭，发动机ECU2根据储热箱温度传感器12所传输的信号判断储热箱11温度是否高于设定的第二阈值，为是时，打开空气电磁阀14，发动机ECU2控制泵25工作，导热介质35流经换热管10，与尿素水进行换热，发动机ECU2同时控制整车电源9向电加热套4供电，加热SCR***，当冷却水温度高于解冻阈值时，发动机ECU2打开空气电磁阀14同时关闭换热管单向阀13和泵25，使冷却水与尿素水进行热交换并保持整车电源9向电加热套4供电。
当尿素箱温度传感器15检测尿素水温度低于设定的第一阈值并且冷却液温度传感器16检测冷却水温度高于解冻阈值时，发动机ECU2控制空气电磁阀14打开，使冷却水与尿素水进行热交换，发动机ECU2同时控制整车电源9向电加热套4供电，加热SCR***。
当尿素箱温度传感器15检测尿素水温度高于设定的第一阈值，但尿素喷嘴温度传感器7检测的温度低于设定的阈值时，发动机ECU2控制空气电磁阀4打开，并且控制针车电源9向电加热套4供电。
如果尿素箱温度传感器15检测尿素箱3中尿素水温度以及尿素喷嘴6处均处于解冻完毕后的第一阈值之上、并且装置执行加热持续了一定的预设时间(该时间值由整车厂标定得出，由该时间值可判断SCR***中的尿素水处于完全解冻状态)，则发动机ECU2控制空气电磁阀14关闭，并且整车电源9停止向电加热套4供电。
如果尿素箱温度传感器15检测尿素箱3中尿素水温度以及尿素喷嘴9出均处于解冻完毕后的阈值之上、并且装置执行加热持续了一定的预设时间后，尿素箱温度传感器15检测尿素箱3统温度再次低于第一阈值时，发动机ECU2控制空气电磁阀14打开，对SCR***进行换热并保温，直到发动机1停止工作前，发动机ECU2控制空气电磁阀14关闭。
以上对本发明所提供的一种关于SCR***及其尿素水加热的装置，并对加热方法进行了详细的叙述。应当指出，所属技术领域的人员应该清楚，不做出创造性改进而直接在本发明的基础以及原理上做出各种修改仍在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种SCR***加热装置，其特征是：余热回收装置(11)收集尾气余热，主要包括：集热器(100)、储热箱(200)以及换热管(10)；余热回收装置(11)中的导热介质(35)依靠泵(25)在及集热器(100)、储热箱(200)以及换热管(10)之间循环，余热回收过程主要包括集热、储热、换热；换热管以及发动机冷却液管(17)插通尿素箱(3)，尿素泵(5)、尿素水管路以及尿素喷嘴(6)均覆有电加热套(4)，用以加热尿素水。
2.如权利要求1所述一种SCR***加热装置，集热器(100)由铝壳(19)和集热管(20)组成，集热管(20)螺旋盘绕在排气管(18)上，集热器(100)上有排气进口和排气出口。
3.如权利要求2所述一种SCR***加热装置，在集热器(100)排气进出口上装有卡箍(34)。
4.如权利要求2所述一种SCR***加热装置，集热管路入口(33)与集热管路出口(21)上有卡箍(34)。
5.如权利要求1所述一种SCR***加热装置，储热箱(200)由保温材料(28)、真空绝热层(29)和铝壳(30)组成。
6.如权利要求1所述一种SCR***加热装置，在SCR***的尿素水管路、尿素泵(6)等处装有电加热套(4)，电加热套(4)为可拆卸式，有电线快接头(8)。
7.如权利要求1所述一种SCR***加热装置，换热管(10)上装有散热片(101)。
8.一种SCR***加热装置的控制方法，具体如下：
发动机冷却水管(17)连接尿素箱3两端，管内冷却液用作解冻尿素水；发动机冷启动时，发动机ECU(2)首先禁止换热管单向阀(13)和空气电磁阀(14)打开，并关闭电源(9)对电加热套(4)的供电；
随后，发动机ECU(2)根据温度传感器所传输的信号判断尿素箱(3)以及尿素喷嘴(6)中的尿素水温度是否为在预先设好的第一阈值(由整车厂标定而得，一般为零下11℃左右，在该温度值下，尿素水开始部分结晶)之下，为否时，不打开空气电磁阀(14)和换热管路单向阀(13)且整车电源(9)不向电加热套(4)供电，并维持禁止空气电磁阀(14)和换热管单向阀(13)打开状态，维持禁止整车电源(9)向加电热套(4)供电的状态；
发动机冷启动时，当尿素箱温度传感器(15)检测尿素水温度低于设定的第一阈值并且冷却水温度传感器(16)检测冷却水温度低于解冻阈值(该温度值由整车厂标定得出，处于该温度值的冷却液可在不影响汽车空调等取暖设施工作时与尿素水进行热交换)时，发动机ECU(2)控制空气电磁阀(14)关闭，发动机ECU(2)根据储热箱温度传感器(12)所传输的信号判断储热箱(11)温度是否高于设定的第二阈值(处于该值的导热油能够将足够的热量传递给尿素水)，为否时(一般为车辆处于长时间未工作状态)，换热管单向阀(13)和空气电磁阀(14)关闭，发动机ECU(2)等待冷却水温度信号高于解冻阈值时，打开空气电磁阀14，使冷却水与尿素水进行热交换，发动机ECU(2)同时控制整车电源(9)向电加热套(4)供电，加热SCR***；
发动机冷启动时，当尿素箱温度传感器(15)检测尿素水温度低于设定的第一阈值并且冷却水温度传感器(16)检测冷却水温度低于解冻阈值时，发动机ECU(2)控制空气电磁阀(14)关闭，发动机ECU(2)根据储热箱温度传感器(12)所传输的信号判断储热箱(11)温度是否高于设定的第二阈值，为是时，打开空气电磁阀(14)，发动机ECU(2)控制泵(25)工作，导热介质(35)流经换热管(10)，与尿素水进行换热，发动机ECU(2)同时控制整车电源(9)向电加热套(4)供电，加热SCR***，当冷却水温度高于解冻阈值时，发动机ECU(2)打开空气电磁阀(14)同时关闭换热管单向阀(13)和泵(25)，使冷却水与尿素水进行热交换并保持整车电源(9)向电加热套(4)供电；
当尿素箱温度传感器(15)检测尿素水温度低于设定的第一阈值并且冷却液温度传感器(16)检测冷却水温度高于解冻阈值时，发动机ECU(2)控制空气电磁阀(14)打开，使冷却水与尿素水进行热交换，发动机ECU(2)同时控制整车电源(9)向电加热套(4)供电，加热SCR***；
当尿素箱温度传感器(15)检测尿素水温度高于设定的第一阈值，但尿素喷嘴温度传感器(7)检测的温度低于设定的阈值时，发动机ECU(2)控制空气电磁阀(4)打开，并且控制针车电源(9)向电加热套(4)供电；
如果尿素箱温度传感器(15)检测尿素箱(3)中尿素水温度以及尿素喷嘴(6)处均处于解冻完毕后的第一阈值之上、并且装置执行加热持续了一定的预设时间(该时间值由整车厂标定得出，由该时间值可判断SCR***中的尿素水处于完全解冻状态)，则发动机ECU(2)控制空气电磁阀(14)关闭，并且整车电源(9)停止向电加热套(4)供电；
如果尿素箱温度传感器(15)检测尿素箱(3)中尿素水温度以及尿素喷嘴(9)出均处于解冻完毕后的阈值之上、并且装置执行加热持续了一定的预设时间后，尿素箱温度传感器(15)检测尿素箱(3)统温度再次低于第一阈值时，发动机ECU(2)控制空气电磁阀(14)打开，对SCR***进行换热并保温，直到发动机(1)停止工作前，发动机ECU(2)控制空气电磁阀(14)关闭。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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