CN104863672A

CN104863672A - 一种简易的气动式尿素计量喷射系统

Info

Publication number: CN104863672A
Application number: CN201510159075.9A
Authority: CN
Inventors: 祝乔; 郑文亮
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2015-08-26

Abstract

本发明公开了一种简易的气动式尿素计量喷射系统，包括尿素箱、压缩空气源、尿素喷射机构和电控单元。在低于尿素箱25液位面下的尿素泵14内竖向设置两个平行的尿素喷射容器：即尿素主喷射容器8和辅助喷射容器20；二尿素喷射容器的顶部均设置有排空管阀并有与提供尿素溶液的喷射压力的压缩空气源储气罐连通的相应管阀；二尿素喷射容器的底部设置有与高位的尿素箱25相通的相应管阀；本发明采用两路分系统协同承担尿素供给与喷射的功能，提高了系统的可靠性，显著提高了尿素溶液喷射量的计量准确性和稳定性；采用气体压力源作为尿素喷射动力，利用尿素的重力作为供给动力，节能环保效果显著。

Description

一种简易的气动式尿素计量喷射系统

技术领域

本发明涉及一种用于柴油机排气后处理的尿素计量喷射系统，它属于柴油机尾气净化系统；更具体地说，涉及一种采用气体压力源作为动力向柴油机排气后处理系统计量喷射尿素溶液，用于降低柴油机NOx排放的选择性催化还原SCR系统。

背景技术

为了实现尿素喷射，现有的SCR尿素喷射系统基本采用两种喷射方式：气助式与非气助式。非气助式尿素喷射系统的工作原理为采用直流电动泵对尿素溶液加压。气助式尿素喷射系统采用气压源作为动力为尿素溶液加压，如专利CN102032029A、CN102242658A、CN101975103A中公开的气压式尿素喷射系统，通过控制尿素喷嘴电磁阀的占空比达到计量喷射的目的。这些系统虽然从原理上是可行的，但在实际使用中需要消耗蓄电池电能或压缩空气以实现尿素的供给，节能效果不佳，同时系统长期处于高压和负压循环交替状态下，对各零部件的可靠性要求较高。

发明内容

为了解决现有气压式尿素喷射系统蓄电池能量消耗量过大、零件较多问题，本发明提供了一种采用重力作用进行尿素供给的气压式尿素喷射系统，该系统结构简单、小巧，零部件数量少，能耗低，成本低廉；尤其适用于满足国四及更高排放法规的中重型柴油机排气后处理领域。若利用气压式制动能量回收系统作为辅助气源，则该系统的节能减排效果将更加显著。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：

一种简易的气动式尿素计量喷射系统，通过调节尿素喷嘴电磁阀的占空比来计量尿素溶液的喷射量，包括尿素箱、压缩空气源、尿素泵、尿素喷射机构和电控单元。在低于尿素箱25液位面下的尿素泵14内竖向设置两个平行的尿素喷射容器：即尿素主喷射容器8和辅助喷射容器20；二尿素喷射容器的顶部均设置有排空管阀并有与提供尿素溶液的喷射压力的压缩空气源储气罐连通的相应管阀；二尿素喷射容器的底部设置有与高位的尿素箱25相通的相应管阀；二尿素喷射容器内设置有液位和压力传感器，尿素泵内设置有温度传感器；尿素喷射管路由尿素主喷射容器8的下部引出；二尿素喷射容器分别通过电磁阀与压缩空气源和大气相连，两容器之间通过电磁阀相连接；控制器38采集各传感器信号并利用各电磁阀协调控制来产生恒定的空气压力用于给尿素溶液加压。

电控单元的输入信号包括发动机CAN总线信号和尿素主喷射容器、辅助喷射容器、尿素箱内、尿素泵内的各传感器信号及催化反应器各传感器信号，输出信号包括尿素喷射容器内的加热执行单元信号、各电磁阀动作信号以及系统故障监测与诊断输出信号；电控单元根据内置控制算法控制各执行单元，从而协调控制尿素供给、喷射、回流及调节尿素溶液的温度。

尿素主喷射容器与辅助喷射容器的下段采用便于物料汇集的圆滑缩径结构，从而实现尿素溶液回流。

尿素主喷射容器与辅助喷射容器通过电磁阀相连接，通过控制电磁阀的动作以实现尿素辅助喷射容器为尿素主喷射容器供给和协同喷射功能。

尿素主喷射容器与辅助喷射容器竖直安装且两容器的顶部齐平，尿素箱以及尿素喷嘴安装于两个喷射容器之上，从而可利用重力使尿素箱内的尿素溶液直接流入喷射容器，实现尿素的供给；利用重力使位于喷射电磁阀与主喷射容器间管路上的尿素能回流回主喷射容器，两个尿素喷射容器的工作压力为0.8～1.0MPa。

压缩空气源可采用车载小型空气压缩机、压缩空气储气罐或气压式制动能量回收系统，对于采用空气制动的商用车，可以利用原有的空压机和储气罐。可利用发动机冷却液加热尿素泵内的尿素溶液，在发动机刚启动时冷却液温度较低，尿素喷射容器可采用加热电阻丝辅助加热。

本发明的工作原理及过程是：通过调节尿素喷嘴电磁阀的占空比来计量尿素溶液的喷射量，压缩空气源为尿素喷射容器内的尿素溶液加压、为尿素喷射机构提供喷射动力，尿素箱安装于喷射机构上方，利用尿素的重力作为尿素供给的动力。当尿素主喷射容器工作时，主喷射容器与尿素箱连接的电磁阀动作，同时主喷射容器上的液压阀打开，尿素主喷射容器与尿素箱连通，在重力的作用下，尿素箱内的尿素溶液进入尿素主喷射容器，主喷射容器供给完成后，关闭泄压阀和主辅压力容器之间的电磁阀，主喷射容器即可进入喷射状态；同时，尿素辅助喷射容器上的泄压阀打开，尿素箱中的尿素流入辅助喷射容器进行供给，完成后关闭泄压阀和与尿素箱连接的电磁阀，辅喷射容器进入待命模式。尿素主喷射容器与压缩空气源连通，压缩空气源为尿素主喷射容器加压，尿素主喷嘴电磁阀通电时，尿素主喷射容器开始喷射尿素；当尿素主喷射容器内尿素不足时，通过电磁阀的特定动作，在主辅喷射容器间建立一定的压差，使主喷射容器在喷射尿素的同时，辅喷射容器对其进行供给。供给完成后，辅压力容器重新备料，等待下次主喷射容器尿素不足时进行供给。当尿素喷射结束后，可利用重力使尿素喷嘴与主喷射容器间的尿素回流到主喷射容器，再通过电磁阀的特定动作，利用压缩空气压力，将主辅压力容器中的尿素压回尿素箱。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：第一，由于尿素喷射系统中采用了气体压力源来控制尿素溶液的喷射压力，所以能使尿素喷嘴入口处的压力恒定，显著地减小了尿素溶液脉冲喷射造成的管内压力波，消除了不稳定压力波对尿素喷嘴喷射量的不利影响，从而显著地提高了尿素溶液喷射量的计量准确性和稳定性；第二，采用重力作为尿素供给和回流的一部分动力，进一步节省了系统的能源消耗，同时减少了零部件数量，降低成本。第三，采用气体压力源作为尿素供给与喷射动力，系统节能效果显著。

附图说明

图1是本发明采用的一种简易的气动式尿素计量喷射系统示意图，包括：1、压缩空气入口；2、储气罐；3、空气滤清器；4、减压稳压阀；5、泄压阀外泄口与大气相通；6、主喷射容器泄压阀；7、电磁阀；8、主喷射容器；9、主喷射容器压力传感器；10、主喷射容器电热丝；11、主喷射容器液位传感器；12、主喷射容器尿素；13、尿素泵内温度传感器；14、尿素泵；15、双向电磁阀；16、辅喷射容器尿素；17、辅喷射容器液位传感器；18、辅喷射容器电热丝；19、辅喷射容易压力传感器；20、辅喷射容器；21、电磁阀；22、辅喷射容器泄压阀；23、电磁阀；24、尿素过滤器；25、尿素箱；26、尿素箱液位传感器；27、尿素箱尿素；28、尿素箱尿素加料口；29、尿素箱加热电阻丝；30、尿素箱温度传感器；31、尿素喷射管路电热丝；32、尿素喷射管路；33、尿素喷嘴；34、发动机冷却液入口；35、发动机冷却液出口；36、电控单元传感器输入接口；37、发动机CAN总线信号输入；38、电控单元；39、电控单元信号输出；

具体实施方式

本发明是一种简易的气动式尿素计量喷射系统，其中气体压力源可以是车载小型空气压缩机、压缩空气储气罐或气压式制动能量回收系统，各种方式的工作原理类似。现以储气罐为气体压力源的实施例，结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，由小型空气压缩机或气压式制动能量回收系统经压缩空气入口1向储气罐2充气，储气罐2中的高压空气经过空气滤清器3过滤、稳压阀(调压阀/限压阀)4稳压，为尿素泵14提供气体压力源，作为尿素的供给与喷射动力。8、20分别为尿素主喷射容器和尿素辅助喷射容器，容积各为500ml的。尿素泵14内部安装有温度传感器13。尿素喷嘴设有发动机冷却液进出口，利用发动机冷却液来冷却尿素主喷嘴33，防止尿素喷嘴33过热损坏，冷却液由发动机冷却液入口34流入喷嘴，由发动机冷却液出口35流出喷嘴。所有的电磁阀、加热执行单元均由电控单元38控制。

当尿素泵14开始工作时，电磁阀23、15、6通电，尿素箱25中的尿素溶液27在重力的作用下通过尿素过滤器24，流入尿素主喷射容器8，尿素主喷射容器8中的空气经电磁阀6流出，尿素喷射容器开始供料，当尿素主喷射容器8中的液位传感器11检测到尿素溶液12上升到一定的高度后，尿素喷射容器供料完成，这时电磁阀6、15断电，电磁阀22通电，尿素箱25中的尿素溶液27在重力的作用下通过尿素过滤器24，流入尿素辅喷射容器8，尿素辅喷射容器8中的空气经电磁阀22流出，尿素辅喷射容器开始供料，当尿素辅喷射容器20中的液位传感器17检测到尿素溶液16上升到一定的高度后，电磁阀22、23关闭，尿素辅喷射容器供料完成。同时，电磁阀7打开，尿素喷射容器供料完成，储气罐2中压缩空气经空气滤清器3和减压阀4后进入尿素主喷射容器8，对尿素溶液12加压，通过对电磁阀7的控制可使主喷射容器8内尿素压力达到恒定状态。当尿素主喷嘴33的电磁阀通电时，尿素喷嘴33开始喷射尿素溶液，通过调节尿素主喷嘴33的电磁阀的占空比来计量尿素的喷射量。

当尿素主喷射容器8尿素溶液12即将用尽时，电磁阀15、21打开，电磁阀6间断动作，使尿素主喷射容器8和尿素辅喷射容器20建立一定的压差，尿素辅喷射容器20中的尿素16在压差的作用下补充进尿素主喷射容器8，尿素主喷射容器8中的液位传感器11检测到尿素溶液12上升到一定的高度后，尿素喷射容器供料完成，电磁阀15关闭，电磁阀6停止动作。同时电磁阀22、23打开，尿素辅喷射容器20重新进行备料操作，备料完成后等待下一次循环为尿素主喷射容器8补充尿素。

当尿素喷射结束后，电磁阀6、22及尿素喷嘴电磁阀33通电，尿素主喷射管路32、中的残余尿素溶液在重力的作用下流回尿素主喷射容器8内，之后，电磁阀6、22及尿素喷嘴电磁阀33关闭，电磁阀7、15、21、23通电，压缩空气将尿素主喷射容器8和尿素辅助喷射容器20中剩余的尿素溶液压回至尿素箱25内，完成后系统断电停机。

尿素箱25上安装有液位传感器26，测量尿素箱25内尿素溶液27的液位高度；在尿素箱25上还装有温度传感器30，测量尿素溶液27的温度；采用加热继电器开关与加热电阻丝29(或发动机冷却液)加热尿素箱25中的尿素溶液27；利用尿素溶液过滤器24过滤尿素箱25中的尿素溶液27；通过尿素加注口与通气塞28，为尿素箱25添加尿素及保持尿素箱25内气压平衡、空气清洁。

Claims

1.一种简易的气动式尿素计量喷射系统，通过调节尿素喷嘴电磁阀的占空比来计量尿素溶液的喷射量，包括尿素箱、压缩空气源、尿素泵、尿素喷射机构和电控单元，其特征在于，在低于尿素箱(25)液位面下的尿素泵(14)内竖向设置两个平行的尿素喷射容器：即尿素主喷射容器(8)和辅助喷射容器(20)；二尿素喷射容器的顶部均设置有排空管阀并有与提供尿素溶液的喷射压力的压缩空气源储气罐连通的相应管阀；二尿素喷射容器的底部设置有与高位的尿素箱(25)相通的相应管阀；二尿素喷射容器内设置有液位和压力传感器，尿素泵内设置有温度传感器；尿素喷射管路由尿素主喷射容器(8)的下部引出；二尿素喷射容器分别通过电磁阀与压缩空气源和大气相连，两容器之间通过电磁阀相连接；控制器(38)采集各传感器信号并利用各电磁阀协调控制来产生恒定的空气压力用于给尿素溶液加压。

2.根据权利要求1所述之简易的气动式尿素计量喷射系统，其特征在于，所述控制器的输入信号包括发动机CAN总线信号和尿素主喷射容器、辅助喷射容器、尿素箱内、尿素泵内的各传感器信号及催化反应器各传感器信号，输出信号包括尿素喷射容器内的加热执行单元信号和各电磁阀的动作信号以及系统故障监测与诊断输出信号；电控单元根据内置控制算法控制各执行单元。

3.根据权利要求1所述之简易的气动式尿素计量喷射系统，其特征在于，所述尿素主喷射容器与辅助喷射容器的下段采用便于物料汇集的圆滑缩径结构。

4.根据权利要求1所述之简易的气动式尿素计量喷射系统，其特征在于，所述尿素主喷射容器与辅助喷射容器竖直安装且两容器的顶部齐平，尿素箱安装于两个喷射容器之上。

5.根据权利要求1所述之简易的气动式尿素计量喷射系统，其特征在于，所述尿素主喷射容器与辅助喷射容器通过电磁阀相连接，通过控制电磁阀的动作以实现尿素辅助喷射容器为工作中的尿素主喷射容器供给。

6.根据权利要求1所述之简易的气动式尿素计量喷射系统，其特征在于，尿素喷嘴的安装位置在喷射容器之上，且尿素管路需一路上行，避免局部拱形，从而可在喷射结束尿素回流时，使位于喷射电磁阀与主喷射容器间管路上的尿素能利用重力回流回主喷射容器。

7.根据权利要求1所述之简易的气动式尿素计量喷射系统，其特征在于，所述两个尿素喷射容器的工作压力为0.8～1.0MPa。