CN101660442A - 以排气中NOx为变量的车载SCR计量喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以排气中NOX为变量的车载SCR尿素还原剂的计量喷射控制系统，其特征在于：SCR后处理器入口端设有精密NOX传感器，采用智能PID控制器和自编计算机程序，在NOX控制单元产生反馈信号；以NOX信号控制电磁计量隔膜泵的流量，使来自尿素还原剂箱的经过过滤后的尿素还原剂按照一定剂量输出，经过单向阀流入二腔的气液混合单元；经过滤和压力调节后的压缩空气也流入二腔的气液混合单元；尿素还原剂和空气的混合气体经过喷嘴喷入SCR后处理器的前端，尿素还原剂分解出的NH3在SCR催化剂表面同尾气中的NOX反应，完成无害化处理，自成控制回路，替代车载ECU和DCU，节约成本。

Description

以排气中NOx为变量的车载SCR计量喷射系统
技术领域：
本发明涉及一种以排气中NOX为变量的车载SCR计量喷射系统，应用于汽车发动机行业，满足了欧4以上的环保辅助要求。
背景技术：
汽车发动机排气中的有害成分主要是PM、NOX、HC及CO等。在过去2～3年里，低排放发动机已经成为人们争论、关心、甚至渴望实现的一个理想。
美国国家环保局(EPA)2007排放法规要求汽车制造商同时减少废气的颗粒(PM)和氮氧化物(NOX)两种污染物。这需要有相当的技巧，解决这个问题没有什么捷径可走。按传统的方法，减少一种污染势必导致另一种污染的增加。汽车制造商似乎已经陷入了困境。
在排放法规的压力下，一方面车用柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，选择恰当的后处理技术策略和装备，例如，SCR、DPF、DOC等。
SCR技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH3，作为还原剂的NH3和发动机排气中的NOX在催化剂和温度的综合作用下进行反应，理想工况下生成无毒的N2和H2O，从而达到净化的目的。SCR技术自70年代开始在国外作为发电厂等的固定源使用的脱硝技术而进行了开发和广泛应用。为应对新的环保法规的要求，国外从90年已开始把SCR技术成功移植到柴油汽车上，并相应进行了SCR催化剂工艺技术和尿素还原剂的开发验证，实现了工业化应用，例如，欧洲和日本。目前，欧洲的大多数造商已经开始坚定不移的采用SCR技术来实现欧4和欧5标准。
国外如此热衷于SCR技术的原因，主要是SCR具有很多优点，例如，可以在排气温度250～550℃的范围内具有50～85％的NOX去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能轻松满足欧4和欧5水平，也具有达到欧6水平的潜力；目前达到欧4采用的SCR技术，发动机的燃油耗可降低3～6％；SCR催化剂不含有贵金属，比成本相对较低；SCR对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感。基于以上分析，SCR后处理技术也最适合中国的车辆状况和车用燃油状况。
如果2008年在中国推广应用车载SCR后处理技术，必须解决好尿素还原剂供应、尿素还原剂的剂量、尿素还原剂的雾化喷射、SCR催化剂转换效率、氨气泄露量等至关重要的技术难点。上述各点都涉及到尿素还原剂的问题。在这些问题中，尿素还原剂的计量控制和雾化喷射是一个关键点。它涉及到催化剂表面的堵塞问题、催化剂活性问题、尿素还原剂腐蚀和结焦堵塞喷嘴的问题。
根据国外公司的做法，通常是采用标准的ECU和DCU电子模块，并同车载电脑进行通讯兼容。但系统的成本高昂，国内的汽车生产企业和汽车用户很难接受。
在系统控制参数的选取中，可以选用以NOX或温度作为主控参数，各自有其优缺点。例如，采用NOX传感器来测定NOX作为主控参数，反馈调节控制SCR前端的尿素还原剂喷量的技术方案，具有精度高的优点。目前来讲，NOX传感器还不能国产，都需要进口，成本很高。但也可以选用热电偶来测定SCR某点的温度作为主控参数，反馈调节控制SCR前端的尿素还原剂喷量的技术方案，但没有NOX传感器科学合理。
在参数转化中，其特征在于选取智能PID控制器和自编计算机程序同构成所述的计量喷射控制系统来控制的电磁计量隔膜泵。
根据发动机燃烧分析，发动机尾气中的NOX主要来自三个方面：(1)空气中的氮气在高温下氧化成NOX；(2)柴油燃料中的含氮化合物燃烧中生成的NOX；(3)润滑油中含氮成分的微量挥发。为此，完全可以采用NOX作为控制和反馈的参数来决定尿素还原剂的喷射量，实现SCR同步去除NOX的目的。
从化学计算的角度分析，尿素还原剂在温度高于150℃以上都会分解放出氨气，以实现对NOX的清除。但是，发动机处于冷启动、怠速或燃烧不充分阶段运转时，温度通常保持在150℃以下，此时也能生成较多的HC和PM，这些成分能对SCR催化剂的微观孔道产生堵塞问题，造成SCR转化效率下降。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种以排气中NOX为变量的车载SCR计量喷射系统，SCR后处理器入口端设有精密NOX传感器，选取智能PID控制器和自编计算机程序同温度控制单元产生NOX控制反馈信号；以NOX信号控制电磁计量隔膜泵的流量，使来自尿素还原剂箱的经过过滤后的尿素还原剂按照一定剂量输出，经过单向阀流入二腔的气液混合单元；过滤和压力调节后的压缩空气也流入二腔的气液混合单元；尿素还原剂和空气的混合气体经过喷嘴喷入SCR后处理器的前端，尿素还原剂分解出的NH3在SCR催化剂表面同尾气中的NOX反应，完成无害化处理，替代车载的ECU和DCU，节约成本。
本发明的技术方案是这样实现的：一种以排气中NOX为变量的车载SCR计量喷射系统，包括发动机进气歧管、汽车发动机、发动机排气歧管、发动机排气管、SCR后处理器联结件、SCR后处理器入口端扩张管、SCR后处理器、SCR后处理器出口端锥管、发动机排气尾管；其特征在于：由尿素还原剂输送管路系统和压缩空气输送管路系统两部分构成，尿素还原剂输送管路系统中NOX传感器与智能PID控制器和自编计算机程序构成的NOX控制单元线路相连安装在SCR后处理器入口端扩张管，以NOX信号控制的电磁计量隔膜泵连接在管路上与带有液位刻线标识的尿素还原剂箱之间设有减压阀和尿素还原剂过滤器；在电磁计量隔膜泵的输出端设有防止尿素还原剂回流的单向阀；压缩空气输送管路系统中尿素还原剂喷嘴放置在SCR后处理器的前端，二腔的气液混合单元与空气动力源之间连接有防止空气回流单向阀、压缩空气过滤器、减压阀、压力表和阀门。
电磁计量隔膜泵也可以选用精密柱塞泵和齿轮泵。
分体式尿素还原剂喷嘴和二腔的气液混合单元组成尿素还原剂喷射单元。
本发明的积极效果是采用精度高的NOX传感器的NOX作为主控参数，以NOX参数作为变量，智能PID控制器和自编计算机程序启动电磁计量隔膜泵，使尿素还原剂在二腔混合单元中充分雾化，用喷嘴喷入SCR前端，达到消除NOX的目的，其成本相当于进口系统的约1/3-1/4，可靠性高，容易依靠国内资源实现工业化应用。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的描述：如图1所示，一种以排气中NOX为变量的车载SCR尿素还原剂的计量喷射控制系统，包括发动机进气歧管1、汽车发动机2、发动机排气歧管3、发动机排气管4、SCR后处理器联结件5、SCR后处理器入口端扩张管6、SCR后处理器7、SCR后处理器出口端锥管8、发动机排气尾管9；其特征在于：由尿素还原剂输送管路系统和压缩空气输送管路系统两部分构成，尿素还原剂输送管路系统中NOX传感器10与智能PID控制器和自编计算机程序构成的NOX控制单元11线路相连安装在SCR后处理器入口端扩张管，以NOX信号控制的电磁计量隔膜泵12连接在管路上与带有液位刻线标识的尿素还原剂箱15之间设有减压阀13和尿素还原剂过滤器14；在电磁计量隔膜泵12的输出端设有防止尿素还原剂回流的单向阀16；压缩空气输送管路系统中尿素还原剂喷嘴17放置在SCR后处理器7的前端，二腔的气液混合单元18与空气动力源24之间连接有防止空气回流单向阀19、压缩空气过滤器20、减压阀21、压力表22和阀门23。
电磁计量隔膜泵12也可以选用精密柱塞泵和齿轮泵。
分体式尿素还原剂喷嘴17和二腔的气液混合单元18组成尿素还原剂喷射单元。
首先由NOX传感器10来测定SCR后处理器入口端扩张管6的炙热的尾气的NOX，对于柴油机从启动或怠速状态下的温度范围会在0～550℃；把此测定的NOX反馈到智能PID控制器和自编计算机程序控制NOX单元11，以NOX信号为输入参数来控制的电磁计量隔膜泵12，按照采用标准质量流量计标定的NOX-尿素还原剂流量曲线剂量尿素还原剂；在二腔的气液混合单元18中，按调整的空气压力和流量，尿素还原剂和空气进行混合汽化，此混合气通过尿素还原剂喷嘴17喷射在SCR后处理器的前端；尿素还原剂在一定的温度下分解出NH3，最终在SCR催化剂的作用下使尾气无害化。单向阀16和19是防止液体或气体反向流动；过滤器14和20是为了保证气体和液体的精度，防止尿素还原剂喷嘴微孔的堵塞；减压阀13和21用于设定气体和液体的压力范围，达到尿素还原剂最佳雾化的效果。

Claims (3)

1、一种以排气中NOX为变量的车载SCR计量喷射系统，包括发动机进气歧管(1)、汽车发动机(2)、发动机排气歧管(3)、发动机排气管(4)、SCR后处理器联结件(5)、SCR后处理器入口端扩张管(6)、SCR后处理器(7)、SCR后处理器出口端锥管(8)、发动机排气尾管(9)；其特征在于：由尿素还原剂输送管路系统和压缩空气输送管路系统两部分构成，尿素还原剂输送管路系统中NOX传感器(10)与智能PID控制器和自编计算机程序构成的NOX控制单元(11)线路相连安装在SCR后处理器入口端扩张管，以NOX信号控制的电磁计量隔膜泵(12)连接在管路上与带有液位刻线标识的尿素还原剂箱(15)之间设有减压阀(13)和尿素还原剂过滤器(14)；在电磁计量隔膜泵(12)的输出端设有防止尿素还原剂回流的单向阀(16)；压缩空气输送管路系统中尿素还原剂喷嘴(17)放置在SCR后处理器(7)的前端，二腔的气液混合单元(18)与空气动力源(24)之间连接有防止空气回流单向阀(19)、压缩空气过滤器(20)、减压阀(21)、压力表(22)和阀门(23)。
2、根据权利要求1所述的一种以排气中NOX为变量的车载SCR计量喷射系统，其特征在于所述的电磁计量隔膜泵(12)也可以选用精密柱塞泵和齿轮泵。
3、根据权利要求1所述的一种以排气中NOX为变量的车载SCR计量喷射系统，其特征在于所述的分体式尿素还原剂喷嘴(17)和二腔的气液混合单元(18)组成尿素还原剂喷射单元。
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