CN102536397A - 车用scr系统尿素供应装置 - Google Patents

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赵栋
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Abstract

本发明公开了一种车用SCR系统尿素供应装置，包括机械系统泵体、控制机械系统泵体的电子控制单元、以及电子控制单元与机械系统泵体之间连接的线束；所述机械系统泵体包括用于将高压空气和尿素混合的液气混合室、尿素溶液压力计量泵和空气供应装置，所述液气混合室设有两个入口端，分别与尿素溶液压力计量泵及空气供应装置的出口端连接，液气混合室出口端上连接有喷射接头；所述电子控制单元通过与外界通讯，计算SCR系统实时所需的尿素溶液喷射量，控制和驱动整个装置。本发明装置计量精度高、尿素溶液雾化效果好、结构小巧、成本低廉、安装方便，是组成SCR系统的核心部件。

Description

车用SCR系统尿素供应装置
技术领域
本发明属于汽车电子技术领域，涉及发动机废气后处理装置中的尿素供应装置，具体涉及应用了电子控制和喷射技术的车用SCR（选择性催化还原）系统尿素供应装置。
背景技术
柴油机以其优越的动力性、经济性和排放性受到人们的青睐，其应用范围也越来越广泛。目前，欧美国家100%重型车、90%轻型车采用柴油机。欧洲柴油轿车已占轿车年产总量的32%左右，其中法国、西班牙等国更是高达50%以上。但是随着地球环境问题变得日益严重，各国政府争相颁布了相关法规来限制汽车的尾气排放。随着法规的不断升级，排放要求也日益苛刻。从欧三到欧四这一阶段主要问题是如何解决柴油机NOx排放和PM排放。目前主流的办法有两个： EGR+DPF；高压共轨+SCR。后者燃油经济性优于前者，对燃油品质也相对没那么敏感。因此，SCR技术受到了更为广泛的关注。其中尿素选择性催化还原（urea-SCR）技术是迄今被认为最有前途的柴油机NOx排放控制措施，同时该项技术也是目前业内相关企业、高校和其他科研机构研究的热点和重点。
SCR（Selective Catalyst Reduction）：选择性催化还原系统。车用尿素进入柴油机排气管中后经过热解和水解分解成氨和水。氨作为还原剂在催化剂的作用下能够选择性的将柴油机废气中的氮氧化物还原，生成氮气和水。该项技术的优点如下：增加升功率；降低热损耗(Low heat rejection)；对比欧三产品，发动机结构没有改变 ；对比欧三产品，燃油经济性得到改善 ；机油更换周期更长（Low soot) ；尿素的成本低 ；具备升级至欧五的能力。
尿素溶液的精确计量和喷射是尿素选择性催化还原（urea-SCR）技术的核心，国内在该领域尚无成熟的研究成果。
发明内容
本发明的目的是提供一种车用SCR系统尿素供应装置。
本发明采用的技术方案为：一种车用SCR系统尿素供应装置，包括机械系统泵体、控制机械系统泵体的电子控制单元、以及电子控制单元与机械系统泵体之间连接的线束；系统线束将电子控制单元与机械系统泵体连接到一起实现驱动和信号传输的功能；
所述机械系统泵体包括用于将高压空气和尿素混合的液气混合室、尿素溶液压力计量泵和空气供应装置，所述液气混合室设有两个入口端，分别与尿素溶液压力计量泵及空气供应装置的出口端连接，液气混合室出口端上连接有喷射接头；
所述电子控制单元通过与外界通讯，计算SCR系统实时所需的尿素溶液喷射量，控制和驱动整个装置。
作为优选，所述液气混合室与空气供应装置出口端连接处设有空气背压阀，液气混合室与尿素溶液压力计量泵出口端连接处设有尿素溶液背压阀。
作为优选，所述尿素溶液压力计量泵包括用于计量的膜片泵、尿素溶液温度传感器、尿素溶液加热装置、尿素溶液压力传感器、尿素回流接口和尿素输入接口，所述尿素溶液温度传感器置于膜片泵的回流管路中，便于实时采集尿素溶液温度，所述尿素溶液加热装置覆盖尿素溶液压力计量泵内部回流管路、喷射管路和吸取管路，所述尿素溶液压力传感器置于所述液气混合室和尿素溶液压力计量泵出口端之间，所述尿素溶液加热装置、尿素溶液压力传感器与尿素溶液温度传感器通过所述线束与所述电子控制单元连接。
尿素压力传感器采集尿素溶液压力并实时传输到电子控制单元中。当检测到压力低于正常工作压力时，电子控制单元能够判断出尿素溶液压力计量泵出现故障。该功能主要用在车载在线故障诊断（OBD）上。
作为优选，所述尿素溶液加热装置由PTC（正温度系数）加热元件制成，配备防止局部温度过高的温度开关，当局部温度过高时则自动断开加热电路，当温度下降到最高温度以下时则重新接通加热电路。
电子温控装置实时调控该尿素供应装置内部尿素溶液的温度。当温度传感器检测到的温度过低时，SCR电控单元通过电控接头驱动电控温控装置对尿素供应装置进行加热。直到温度传感器检测到的温度达到正常水平时，加热停止。
作为优选，所述空气供应装置包括高压空气输入接头、空气电磁开关阀和空气调压阀，所述空气电磁开关阀置于高压空气输入接头与空气调压阀之间，外界高压空气从高压空气输入接头输入，先经过空气电磁开关阀进行通断，再经过空气调压阀进行调压，最终输出稳压的高压空气。
作为优选，所述空气电磁开关阀由所述电子控制单元通过所述线束进行通/断控制；当该尿素供应装置不需要高压空气时，空气电磁开关阀关闭，高压气输入管路被截断；当尿素供应装置需要高压空气时，空气电磁开关阀打开，高压气输入管路接通。
作为优选，所述电子控制单元包括主控芯片、电源模块、电机驱动模块、电磁阀驱动模块、信号输入/输出模块和通信模块，其中，主控芯片为8位或16位的单片机。电子控制单元是该车用SCR系统尿素供应装置的控制核心。单元内部应用了嵌入式单片机技术，不仅用于控制该装置，还用于与发动机ECU进行通信获取发动机工况相关的信息，计算实时尿素溶液喷射量、尿素喷射压力等参数。
作为优选，所述线束与所述机械系统泵体上设有的机械系统线束接头连接。
工作时通过电子控制单元驱动尿素溶液压力计量泵，将尿素溶液升压、精确计量、与高压空气充分混合，最终输送到尿素喷嘴中。在这一过程中始终保持泵喷嘴内部尿素溶液在某一合理温度上。
供应装置机械系统由电子控制单元通过电控接头和线束驱动。正常工作状态下，一方面电子控制单元根据其内部软件计算出的尿素溶液喷射量控制尿素溶液压力计量泵进行正常运转，建立尿素压力；另一方面电子控制单元驱动高压空气开关阀，接通高压空气管路，空气调压阀对输入的高压空气进行调压将压力稳定在工作所需的压力上。经过升压和计量的尿素溶液与经过调压和稳压的高压空气汇聚到气液混合室中，两者经过充分混合再从喷射接头输出。
有益效果：本发明车用SCR系统尿素供应装置通过电子控制单元对尿素溶液压力计量泵的驱动控制尿素喷射压力，精确计量尿素喷射量；对电加热体的驱动实时对该泵喷嘴装置内部尿素溶液进行温度管理，防止尿素溶液冻结和结晶；对高压空气的输入进行通/断控制，稳定尿素压力参与液气混合。本发明装置计量精度高、尿素溶液雾化效果好、结构小巧、成本低廉、安装方便，是组成SCR系统的核心部件。
附图说明
图1为本发明车用SCR系统尿素供应装置结构示意图；
图中：1-电子控制单元；2-线束；3-机械系统泵体；4-高压空气输入接头；5-空气电磁开关阀；6-空气调压阀；7-液气混合室；8-喷射接头；9-尿素溶液压力传感器；10-尿素溶液压力计量泵；11-尿素回流接头；12-尿素输入接头；13-尿素溶液加热装置；14-尿素溶液温度传感器，15-机械系统线束接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
如图1所示：一种车用SCR系统尿素供应装置，包括机械系统泵体3、控制机械系统泵体的电子控制单元1、以及电子控制单元与机械系统泵体之间连接的线束2；
正常工作状态下，首先电子控制单元1从车载总线上获取必要的数据计算当前所需要的尿素喷射量。第二步电子控制单元1通过线束2驱动尿素溶液压力计量泵10进行尿素的计量和尿素压力的建立。本发明中的尿素溶液压力计量泵10以一个高精度加工的膜片泵为基础，用步进电机进行转速的精确控制，通过传动机构实现电机旋转运动和膜片直线往复运动的转变。尿素溶液通过尿素输入接头12进入尿素溶液压力计量泵10内，膜片的出口和入口均设置单向阀，防止尿素回流。第三步电子控制单元对当前工况进行判断，如果当前是尿素喷射工况则经过精确计量和压力建立的尿素溶液冲入混合室与膜片出口之间的管道中，该处尿素溶液压力传感器9将尿素溶液压力传回电子控制单元1中；如果当前工况是非喷射状态，则尿素溶液从尿素回流接头11回流到尿素存储装置中。第四步电子控制单元1对尿素溶液压力传感器9传回的数据进行分析，若尿素溶液压力符合要求则继续正常工作，否则系统停止工作、发动机降扭并提醒驾驶员及时进行维修。
空气供应装置分为三个部分：空气输入接头4、空气电磁开关阀5、空气调压阀6。工作时外界高压空气从空气输入接头4输入整个装置中。如果尿素供应装置当前工况不需要输入高压空气，则电子控制单元1驱动空气电磁开关阀5将高压空气管路关闭，如果当前工况需要输入高压空气，则电子控制单元1驱动空气电磁开关阀5将高压空气管路打开。高压空气经过电磁开关阀5后进入到空气调压阀6中。空气调压阀6将外界输入的不稳定的高压空气稳压到工作所需的压力上，再输入到液气混合室7中备用。
当尿素溶液和高压空气均进入到液气混合室7中后，两者经过充分的混合从喷射接头8处输出到尿素喷嘴中进行尿素的喷射。
电子控制单元1硬件电路主要包括：主控芯片；电源模块；电机驱动模块；电磁阀驱动模块；信号输入/输出模块；通信模块。主控芯片可以选择8位或者16位的单片机；电源模块将车载12V或24V电源进行转换；电机驱动模块可以向步进电机输出电流信号，经过传动最终实现膜片的往复运动；电磁阀驱动模块向空气电磁开关阀5提供合适的电流，承担驱动空气电磁开关阀的任务；信号输入/输出模块将采集到的传感器信号进行滤波、放大等处理后输入单片机备用，同时向外界输出必要的信号；通信模块可用CAN总线通信的方式，实现该装置信息与外界信息的交换，如发动机转速、喷油量、尿素喷射量、膜片驱动频率等。
电子温控装置用于实时调控该尿素供应装置内部尿素溶液的温度。当尿素溶液温度传感器14检测到的温度过低时，电子控制单元1通过机械系统线束接头15驱动尿素溶液加热装置13对整个装置内部尿素溶液进行加热，加热元件为PTC。
该车用SCR系统尿素供应装置为车用SCR系统中尿素溶液计量和喷射的基础，采用先进的标定匹配试验之后，本发明才能发挥其良好的作用，实现国四发动机到国五排放标准的过渡。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种车用SCR系统尿素供应装置，其特征在于：包括机械系统泵体、控制机械系统泵体的电子控制单元、以及电子控制单元与机械系统泵体之间连接的线束；
所述机械系统泵体包括用于将高压空气和尿素混合的液气混合室、尿素溶液压力计量泵和空气供应装置，所述液气混合室设有两个入口端，分别与尿素溶液压力计量泵及空气供应装置的出口端连接，液气混合室出口端上连接有喷射接头；
所述电子控制单元通过与外界通讯，计算SCR系统实时所需的尿素溶液喷射量，控制和驱动整个装置。
2.根据权利要求1所述的车用SCR系统尿素供应装置，其特征在于：所述液气混合室与空气供应装置出口端连接处设有空气背压阀，液气混合室与尿素溶液压力计量泵出口端连接处设有尿素溶液背压阀。
3.根据权利要求1所述的车用SCR系统尿素供应装置，其特征在于：所述尿素溶液压力计量泵包括用于计量的膜片泵、尿素溶液温度传感器、尿素溶液加热装置、尿素溶液压力传感器、尿素回流接口和尿素输入接口，所述尿素溶液温度传感器置于膜片泵的回流管路中，所述尿素溶液加热装置覆盖尿素溶液压力计量泵内部回流管路、喷射管路和吸取管路，所述尿素溶液压力传感器置于所述液气混合室和尿素溶液压力计量泵出口端之间，所述尿素溶液加热装置、尿素溶液压力传感器与尿素溶液温度传感器通过所述线束与所述电子控制单元连接。
4.根据权利要求3所述的车用SCR系统尿素供应装置，其特征在于：所述尿素溶液加热装置由PTC加热元件制成，配备防止局部温度过高的温度开关。
5.根据权利要求1所述的车用SCR系统尿素供应装置，其特征在于：所述空气供应装置包括高压空气输入接头、空气电磁开关阀和空气调压阀，所述空气电磁开关阀置于高压空气输入接头与空气调压阀之间。
6.根据权利要求5所述的车用SCR系统尿素供应装置，其特征在于：所述空气电磁开关阀由所述电子控制单元通过所述线束进行通/断控制。
7.根据权利要求1所述的车用SCR系统尿素供应装置，其特征在于：所述电子控制单元包括主控芯片、电源模块、电机驱动模块、电磁阀驱动模块、信号输入/输出模块和通信模块，其中，主控芯片为8位或16位的单片机。
8.根据权利要求1所述的车用SCR系统尿素供应装置，其特征在于：所述线束与所述机械系统泵体上设有的机械系统线束接头连接。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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