CN103775177A - 重卡柴油动力气助雾化scr尿素液喷射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，包括压缩空气管（1）、计量泵和喷嘴（2），压缩空气管的一端连接计量泵，另一端连接喷嘴，其特征在于：设有至少一根导液管（3），导液管（3）一端和计量泵连接，另一端靠近喷嘴（2）或通过导管接入喷嘴（2）内。本发明提供的重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，解决了气助雾化方式气助雾化系统响应慢和控制精度低的问题。催化剂反应床上的NH3与NOx反应恰好“实时当量”，反应完全进行。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机污染排放的治理，特别涉及道路重型卡车柴油动力的SCR后处理系统。
背景技术
柴油机排放污染物由严格的国家标准限定。中国目前实施第四阶段排放标准，法规限定的污染物包括一氧化碳CO、总碳氢HC、氮氧化物NOx和黑烟(PM)。重型柴油机的排放物中，CO和HC一般不需要催化后处理装置可以达到国四标准，但是NOx和PM很难达到标准的限值，必须加装净化后处理装置。从柴油机的缸内燃烧机理上看，经过细致的发动机控制单元的“标定”，可以将NOx或PM净化达到环保标准，但不可能同时达到标准。一方面，采用改进缸内燃烧，提高缸内燃烧温度的途径降低PM排放，直至达到国家第四阶段排放标准。但是燃烧温度的提高意味着NOx排放量的增加，需要要加装催化后处理装置加以净化。另一方面，可以采用组织缸内燃烧的方法降低缸内燃烧温度，NOx排放可以达到排放标准的限值以下，但PM大幅增加，也需要用后处理净化装置加以净化。目前国内是采用净化处理NOx的技术途径，主要出发点是可以得到较好的燃油经济性。
重型柴油机NOx排放后处理净化技术的最成功技术是选择性催化还原Selective Catalytic Reduction，SCR。基本原理是向柴油机排气系统中添加还原剂，与排气中的NOx在SCR催化剂的作用下发生反应生成氮气和水。还原剂一般采用尿素水溶液，如欧洲用的Addblue溶液和美国的DEF溶液。尿素溶液在热的排气中发生热理解和水解生成氨气NH3。当然还有其它化学品可以作为还原剂，本发明统称为“脱硝液”。
实现该技术的核心有两大核心部件：脱硝液剂量控制与喷射雾化系统简称尿素泵，或Dosing Control Unit, DCU和SCR催化剂。
尿素泵的性能直接影响到SCR系统整体性能。特别是向排气管中喷尿素溶液时的雾化性能决定了氨气的产生速度、氨气与排气的混合及空间分布均匀性，SCR催化剂反应效率和氨逸出等，甚至还影响到SCR系统的可靠性，如尿素结晶、喷嘴碳化阻塞等。目前尿素泵喷射雾化主要有利用压缩空气将尿素溶液雾化，简称气助雾化系统。实际使用过程中，因喷嘴工作条件恶劣，可靠性较差。
气助雾化系统采用计量泵精确控制尿素溶液的加注量，尿素溶加入压缩空气气路的混合腔，尿素溶液随压缩空气流经一定长度的导管，压缩空气与尿素溶液一并通过导管末端的喷嘴形成二元射流喷雾。喷嘴安装在排气管上，在催化剂模块的上游一定的距离。如图1所示。
气助雾化方式的优点是雾化效果好，而且喷嘴内部没有运动部件，结构简单单一，可靠性好。缺点是多了一套压缩空气气路，气路需要调压、稳压、过滤净化、通/断控制等。另一个缺点是尿素液加入压缩空气管路后，要经过一段滞后才能进入排气管，系统响应慢。对于柴油机工况不稳定情况下，尿素加注不及时，造成SCR系统效率下降。特别是氨逸出Ammonia-slip 会带来二次污染。
气助雾化方式响应慢的主要原因是1尿素溶液自计量泵出口进入压缩空气气路后，随气流在导管内流动，流经导管末端的喷嘴后形成二元射流。在导管内的流动时间会形成滞后。如图2所示，滞后时间为DT0。2尿素溶液在压缩空气导管内流动时，会在表面张力的作用下“团聚”，如图2所示。无形中造成了尿素溶液喷射不均匀，特别是尿素溶液的“间断”喷出，或影响到导管内气压的波动，进而影响到计量泵的计量精度。
上述的两个来自系统固有特性造成的滞后和团聚最终导致气助雾化系统响应慢和控制精度低。由于尿素溶液进入压缩空气气路后，随压缩空气流动、经喷嘴喷射进入排气管，进而到达催化剂反应床的时间与DCU接收发动机电控单元ECM发出指令时刻的柴油机产生排气到达催化剂反应床的时间“错位”，造成了在催化剂反应床上的NH3与NOx反应难以达到恰好“等量”，反应难以完全进行，NH3多时会造成NH3-slip，NH3少时则会造成NOx反应不彻底。
发明内容
1、 所要解决的技术问题：
现有重型柴油机NOx排放后SCR处理净化技术，气助雾化方式气助雾化系统响应慢和控制精度低。
2、 技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，包括压缩空气管1、计量泵和喷嘴2，压缩空气管的一端连接计量泵，另一端连接喷嘴，其特征在于：设有至少一根导液管3，导液管3一端和计量泵连接，另一端靠近喷嘴2。
导液管3位于压缩空气管1内。
压缩空气管1和导液管3之间设有支撑5。
一种重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，其特征在于：包括压缩空气管1、计量泵和喷嘴2，压缩空气管的一端连接计量泵，另一端连接喷嘴，其特征在于：设有至少一根导液管3，导液管3一端和计量泵连接，另一端通过导管6接入喷嘴2内。
导液管3位于压缩空气管1外。
导液管3外设有加热单元4。
导液管3、压缩空气管1、电加热单元4封装成一个结构件。
导液管3和压缩空气管1形状为圆形或三角形。
计量泵为尿素泵或电磁阀。
3、 有益效果：
本发明提供的重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，解决了气助雾化方式气助雾化系统响应慢和控制精度低的问题。催化剂反应床上的NH3与NOx反应恰好“等量”，反应完全进行。
附图说明
图1现有气助雾化系统结构示意图。
图2为现有气助雾化系统的压缩空气与尿素液的“团聚”流动示意图。
图3为本发明导液管内置于压缩空气管的结构示意图。
图4为本发明导液管外置于压缩空气管的结构示意图。
图5为本发明的截面示意图。
图6为本发明喷嘴的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明。
如图3、图4所示，尿素溶液通过导液管至喷嘴处和压缩空气混合经喷嘴喷出，解决了系统响应慢的时间，响应时间得到加快。
导液管的出口孔径很小，在毛细管效应的作用下，如果没有新的液体进入导液管时，能保持液体不漏出，
每当计量泵有一定量的尿素液加入导液管时，等体积的尿素液自导液管的出口流出至压缩空气管，并经在喷嘴形成气液二元射流雾化，气管内流动的。
导液管可以是一根或者多根，导液管可以装载压缩空气管的内部，也可放在外部，当导液管装置在空气管外部时，导液管需要接一导管6使尿素溶液由导管6接至喷嘴内。
导液管也可以加热或不加热，加热的导液管可以保护导液管内的液体不冻结。
导液管、压缩空气管、电加热单元可以封装成一个结构件，或分开成多个部件注意组装。
导液管内置于压缩空气管内的，可以有支撑，也可以无支撑。
压缩空气管可以是圆形方形、三角形或其它任何形状，导液管可以是圆形方形、三角形或其它任何形状。
喷嘴机构如图6所示，包括压缩空气入口、尿素液入口、混合腔和气液混合出口。
喷嘴内尿素液管与压缩空气的夹角α在0~180度任意角度之间。
计量泵为尿素泵或者电磁阀。
尿素泵不具有剂量控制功能，只为尿素管提供稳定压力和流量的尿素溶液。
尿素剂量控制由一电磁阀实现，电磁阀可以与混合腔直接连接成为一个总成。
实施例1
实验在一款国四标定的5L柴油机上进行。但尿素液出口有两种方式，即：
1. 配置一，混合腔在尿素泵体内，尿素液与压缩空气混合到喷嘴；
2. 配置二，尿素液体由导管6接至喷嘴。
柴油机参数：
| 项 目 | WP5.180E40柴油机 |
| 气缸数 | 4 |
| 缸径 / mm | 108 |
| 行程 / mm | 130 |
| 排量 / L | 4.76 |
| 压缩比 | 18：1 |
| 进气形式 | 增压中冷 |
| 燃油供给 | 高压共轨 |
| 额定功率 / kW | 132/(2300r/min) |
| 最大转矩 / N·m | 650/(1200-1600r/min) |
实验方法采用国标GB17691-2005规定的动态测试循环ETC。测试结果如下表：
ETC测试结果，g/kwh
| CO | HC | NOx | |
| 裸机 | 0．45 | 0.06 | 14.57 |
| 配置一 | 0.5 | 0.01 | 3.87 |
| 配置二 | 0.52 | 0.02 | 2.84 |
从以上表格可以看出，重卡排放的污染物经处理后全部达到了国4标准。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (9)
1.一种重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，包括压缩空气管（1）、计量泵和喷嘴（2），压缩空气管的一端连接计量泵，另一端连接喷嘴，其特征在于：设有至少一根导液管（3），导液管（3）一端和计量泵连接，另一端靠近喷嘴（2）。
2.一种重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，其特征在于：包括压缩空气管（1）、计量泵和喷嘴（2），压缩空气管的一端连接计量泵，另一端连接喷嘴，其特征在于：设有至少一根导液管（3），导液管（3）一端和计量泵连接，另一端通过导管（6）接入喷嘴（2）内。
3.如权利要求1所述重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，其特征在于：导液管（3）位于压缩空气管（1）内。
4.如权利要求2所述的重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，其特征在于：导液管（3）位于压缩空气管（1）外。
5.如权利要求1-4任一权利要求所述的重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，其特征在于：导液管（3）外设有加热单元（4）。
6.如权利要求1-4任一权利要求所述的重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，其特征在于：导液管（3）、压缩空气管（1）、电加热单元（4）封装成一个结构件。
7.如权利要求1或3任一权利要求所述的重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，其特征在于：压缩空气管（1）和导液管（3）之间设有支撑（5）。
8.如权利要求1-4任一权利要求所述的重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，其特征在于：导液管（3）和压缩空气管（1）形状为圆形、三角形或其它几何。
9.如权利要求1或2任一权利要求所述的重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统，其特征在于：计量泵为尿素泵或电磁阀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140507 |