CN105019988B - 车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置 - Google Patents

车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105019988B
CN105019988B CN201510467773.5A CN201510467773A CN105019988B CN 105019988 B CN105019988 B CN 105019988B CN 201510467773 A CN201510467773 A CN 201510467773A CN 105019988 B CN105019988 B CN 105019988B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
urea
ultrasonic atomization
feedway
atomization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510467773.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105019988A (zh
Inventor
熊飘洋
岳广照
朱宏宇
姚文生
常辉
李科
肖冰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baotou Beida Goodoing Engine Technology Co Ltd
Original Assignee
Baotou Beida Goodoing Engine Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baotou Beida Goodoing Engine Technology Co Ltd filed Critical Baotou Beida Goodoing Engine Technology Co Ltd
Priority to CN201510467773.5A priority Critical patent/CN105019988B/zh
Publication of CN105019988A publication Critical patent/CN105019988A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105019988B publication Critical patent/CN105019988B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

本发明涉及柴油机尾气后处理雾化供给装置技术领域，具体涉及车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，该装置包括计量控制电控模块(1)、尿素吸取模块、超声波雾化模块(4)和吹送模块(8)，所述尿素吸取模块包括有尿素泵模块(2)和尿素存储器(11)，所述尿素存储器(11)与超声波雾化模块(4)和压力传感器(10)联通，所述超声波雾化模块(4)与雾化尿素管路(14)和吹送模块(8)联通，所述压力传感器(10)与计量控制电控模块(1)的输入端电路连接，尿素泵模块(2)、吹送模块(8)和超声波雾化模块(4)与计量控制电控模块(1)的输入、输出端电路连接。该装置采用内置超声波雾化模块，系统结构简单合理，便于组装及维护，为柴油机尾气治理提供了新的选择。

Description

车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置
技术领域
本发明涉及柴油机雾化装置技术领域，具体涉及车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置。
背景技术
随着国家对大气环境污染治理的重视，汽车排放的尾气污染也越来越受到关注，尤其是采用柴油动力的发动机排放的NOx污染物，迫切需要采取有效的尾气后处理手段将其降低，减少NOx等污染物带来的一系列环境问题。为了满足日趋严格的排放法规，国内外许多汽车及发动机制造商已经开始把SCR技术运用到其产品上，这意味着SCR技术开始进入实用阶段，与之配套的尿素泵也进入实用阶段。目前，虽然国内几家主要车用柴油机企业已经在尿素泵的领域开展了研究，但基本上以国外技术引进应用为主，核心技术仍主要掌握在国外相关厂家手中，应用成本高昂、使用条件要求多、运行维护成本高使得引进国外技术体系的柴油机尾气后处理SCR系统尿素计量雾化装置在我国推广应用困难。而随着国家大气污染防治法规的施行，柴油机尾气后处理国Ⅳ排放法规已于2015年1月1日实行，为符合我国采用欧洲标准体系的排放法规，在柴油机尾气后处理中采用欧洲通行的SCR系统技术已成为我国柴油机行业的必然选择。为在我国特定国情条件下推行柴油机尾气SCR后处理系统，研发生产符合我国国情需要的尿素计量雾化装置成为行业的迫切需求。
目前，在SCR后处理系统中常用的引进国外技术路线的尿素溶液供给装置分为两种，一种利用车身压缩空气辅助喷射形式的气助式尿素计量泵，典型代表为依米泰克尿素泵；另一种是无压缩空气辅助形式尿素泵，典型代表为博世尿素泵。气助式尿素泵是利用车辆刹车系统、气动门系统的压缩空气，通过喷嘴后将尿素计量装置供给的尿素溶液雾化后带入到柴油机尾气催化反应装置参与催化还原反应，降低NOx浓度。非气助式尿素泵是直接将一定压力的尿素溶液通过特殊喷嘴装置送入排气歧管，借助尿素溶液自身压力和喷嘴进行雾化后参与催化还原反应。
发明内容
为了满足国四排放法规的要求，目前在尿素加注设施不完善以及无压缩空气的情况下，为节省成本，现有中、轻卡多采用废气再循环(EGR，Exhaust-gas Recirculation)，结合柴油氧化催化(DOC，Diesel Oxidation Catalyst)颗粒氧化催化(POC，ParticleOxidation Catalyst)技术。但是，随着排放法规不断升级，当实施国五排放标准以后续更严格的排放标准后，按照欧洲等发达国家技术路线，采用SCR技术降低氮氧化物污染物排放是最佳技术路线。
即本发明解决的技术问题是：SCR系统中，气助式尿素泵对车身压缩空气高度依赖，且工作时由于其用气量较大，容易对压缩空气式刹车系统和气动门系统造成潜在失效威胁。非气助式尿素泵的喷嘴装置加工精度要求高，且热可靠性的要求很高，一般需要利用尿素溶液或者柴油机冷却液对喷嘴进行冷却；此外在柴油机排气温度较低时，非气助式尿素泵的雾化效果有限，容易在排气歧管壁或催化剂端面形成尿素结晶。由于气助式尿素泵雾化效果明显，升级后多采用气助式尿素泵，但是，由于中轻卡的购买成本远低于重卡，因此中轻卡排放升级的成本要比重卡高。在相同技术路线下，比如都要加装尿素罐时，轻卡排放升级成本要增加50％，对于中轻卡用户来说，升级成本过高。
本发明的目的是：(1)解决了传统的气助式尿素计量雾化供给装置对车身压缩空气的依赖，减少SCR系统对车身系统的潜在失效威胁。(2)扩大SCR系统的应用范围，在自身无压缩空气的中轻卡等使用中轻型柴油机车辆，也可以使用SCR系统进行尾气后处理。(3)采用模块化设计，集尿素泵模块、超声波雾化模块和吹送模块于一体，计量超声波雾化供给装置的模块便于组装和更换，降低SCR系统应用和维护成本。(4)能够全方位替代进口技术路线的气助式尿素泵装置，为国内整机厂和整车厂提供更多技术路线选择。本发明的可提供一种成本低廉、性能高效、加工容易雾化充分的集成式尿素泵技术，开发一种高效的柴油机尾气后处理雾化供给装置技术。
在计量超声波雾化供给装置中，根据排气中NOx的浓度向其中精确喷入尿素水溶液。实际上，随着发动机工况不同，NOx排放量也不同。如果还原剂喷入过量会导致多余的NH3随废气排入大气，造成二次污染。相反地，还原剂喷入量过少会导致SCR系统NOx转化效率降低。为了实时地精确控制还原剂的喷入量，SCR后处理装置的尿素水溶液供给系统起着至关重要的作用。本发明将设计能实现精确、快速响应的尿素水溶液计量系统。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，包括尿素箱、计量控制电控模块、尿素吸取模块、过滤模块、超声波雾化模块、吹送模块、温度测量模块和加热模块。所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置连接在排气歧管上，所述排气歧管中设置有SCR催化反应装置。
其中，尿素泵模块通过控制泵驱动膜片快速吸液和排液，每次膜片吸液2ml，通过控制泵的频率精确计量质量浓度32.5％尿素水溶液的吸液量。吸液管通过控制阀打开，排液管关闭，快速吸液；吸液管关闭，排液管打开，慢速排液。
所述超声波雾化模块采用超声波雾化，通过控制将雾化后的尿素水溶液颗粒吹入尾气排气歧管道中，无需喷嘴，加工难度低。超声波雾化模块雾化后的尿素水溶液颗粒只有10um左右。雾化后的尿素水溶液将随着管路进入排气歧管道并随着尾气进入催化反应箱体内，进行氨解和催化还原反应。
具体来说，针对现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：
一种车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其特征在于，包括计量控制电控模块1、尿素吸取模块、超声波雾化模块4和吹送模块8，所述尿素吸取模块包括有尿素泵模块2和尿素存储器11，所述尿素存储器11与超声波雾化模块4和压力传感器10联通，所述超声波雾化模块4与雾化尿素管路14和吹送模块8联通，所述压力传感器10与计量控制电控模块1的输入端电路连接，尿素泵模块2、吹送模块8和超声波雾化模块4与计量控制电控模块1的输入、输出端电路连接；
其中，所述计量控制电控模块1通过获取发动机工作状态信息和SCR系统工作信息控制整个车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置的工作状态。
优选的，所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述尿素泵模块2和尿素存储器11之间设置有过滤模块9。
优选的，所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述超声波雾化模块4为内置超声波雾化模块，安装有超声波高频振荡单元。
优选的，所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述尿素泵模块2通过尿素吸液管路7联通尿素箱13，所述尿素吸液管路7设置有控制阀6，控制吸取尿素水溶液或者换向使尿素水溶液回流工作。
优选的，所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述尿素泵模块2还可与尿素箱13通过尿素回流管路12联通。
优选的，所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述尿素吸取模块和所述超声波雾化模块4内部均安装有温度测量模块5和加热模块3，所述温度测量模块5和加热模块3与所述计量控制电控模块1连接。
优选的，所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置的给液方法，包括下述步骤：
1)计量控制电控模块1计算出尿素吸取量，控制尿素泵模块2工作，吸取所需尿素溶液，存储于尿素存储器11中；
2)当尿素存储器11溶液存储压力达到设定值时，尿素存储器11的尿素溶液进入超声波雾化模块4，利用超声波进行雾化；
3)雾化尿素在吹送模块8的作用下，进入雾化尿素管路14。
优选的，所述的给液方法，其中，还包括下述步骤：
当温度测量模块5检测到计量超声波雾化供给装置温度低于特定温度时，启动加热模块3，对计量超声波雾化供给装置进行加热；
当温度测量模块5检测到计量超声波雾化供给装置已加热到理想温度时，所述计量控制电控模块1控制加热模块3停止加热。
优选的，所述的给液方法，其中，还包括下述步骤：
计量控制电控模块1根据压力传感器10和尿素泵模块2驱动器反馈电信号诊断尿素泵模块2是否工作正常，当非正常工作时，控制尿素泵模块2停止工作；
计量控制电控模块1根据吹送模块8驱动器和超声波雾化模块4驱动器反馈电信号诊断超声波雾化模块4是否工作正常；当非正常工作时，控制超声波雾化模块4停止工作。
优选的，所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述计量控制电控模块1具备自诊断报警功能，当尿素泵模块2或超声波雾化模块4非正常工作时，通过CAN总线将报警信息发送给整车控制器或发动机控制器，同时通过计量控制电控模块1控制所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置停止工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所述尿素计量超声波雾化供给装置采用喷嘴前雾化，雾化效果好、雾化颗粒小。无需喷嘴，加工难度降低，降低成本。
(2)本发明所述尿素计量超声波雾化供给装置采用超声波雾化，雾化效果好，提高了柴油机SCR系统的低温性能，防止在低温工况尿素结晶析出造成的排气堵塞。
(3)本发明所述尿素计量超声波雾化供给装置采用内置超声波雾化模块，解决了传统的气助式尿素计量雾化供给装置对车身压缩空气的依赖，减少SCR系统对车身系统的潜在失效威胁，使得气助式尿素计量雾化供给装置在无压缩空气的中轻卡等中轻型柴油机车辆上运用推广成为可能。
(4)本发明柴油机尿素溶液雾化供给装置采用模块化设计，集成了计量控制电控模块、尿素泵模块、吹送雾化模块、过滤模块、加热模块等，系统结构简单合理，便于组装及维护，有效降低了柴油机尾气后处理SCR系统的使用和维护成本，为柴油机尾气治理提供了新的选择。
(5)能够全方位替代进口技术路线的气助式尿素泵装置，为国内整机厂和整车厂提供更多技术路线选择。
附图说明
图1为本发明所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置的技术路线图。其中，1为计量控制电控模块(Pump&Dosing Control Unit简称PDCU)、2为尿素泵模块、3为加热模块、4为超声波雾化模块、5为温度测量模块、6为控制阀、7为尿素吸液管路、8为吹送模块、9为过滤模块、10为压力传感器、11为尿素存储器、12为尿素回流管路、13为尿素箱、14为雾化尿素管路、15为发动机排气歧管。
图2为本发明所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置的工作流程图。
具体实施方式
本发明提供一种车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，包括集成式计量控制电控模块1、尿素吸取模块、过滤模块9、集成式超声波雾化模块4和集成式吹送模块8。集成式尿素吸取模块包括尿素泵模块2、尿素存储器11，通过控制泵驱动膜片快速吸液和排液。集成式超声波雾化模块4中，超声波雾化模块4利用超声波高频振荡将将尿素存储器11中吸取的液态尿素水分子打散而产生自然飘逸的尿素雾，通过吹送模块8的吹送风机将尿素雾吹送至雾化尿素管路14并进入到催化反应箱进行反应。
本发明所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，是集成式车载尿素供给装置，用于车载柴油机尾气后处理SCR系统。本装置包含计量控制电控模块1、尿素吸取模块、超声波雾化模块4和吹送模块8，实现尿素水溶液的精确计量和充分雾化。尿素吸取模块中尿素泵模块2通过控制泵驱动模块，在控制阀6的协助下，根据计量电控模块1发送指令完成尿素溶液的精确吸取。超声波雾化模块4是通过超声波高频振荡做功将吸取的尿素水溶液充分雾化，并在吹送模块8的作用下将雾化后的尿素水雾吹送入雾化尿素管路14，进而进入排气歧管15中，供SCR催化反应装置使用。通过自身集成超声波雾化供给装置，使SCR系统应用在中轻卡等中轻型柴油机动力车辆上成为可能，扩大SCR系统应用范围。装置采用集成式设计，将所有部件集成为能够安装在尿素箱13上的一整体，大大方便了装置的使用安装，使得SCR系统的加装不用大量更改整车结构。
一种优选的实施方式中，本发明所述超声波雾化供给装置如图1所示，包括计量控制电控模块1、尿素泵模块2、加热模块3、超声波雾化模块4、温度测量模块5、控制阀6、尿素吸液管路7、吹送模块8、过滤模块9、压力传感器10、尿素存储器11、尿素回流管路12、尿素箱13、雾化尿素管路14。
所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置在实施方式中简称计量超声波雾化供给装置。
其中，上述计量超声波雾化供给装置中，计量控制电控模块1通过获取发动机工作状态信息，并根据相关信息计算尾气中NOx(氮氧化物)含量，所述相关信息一般包括发动机转速、发动机扭矩、发动机进气温度、发动机压力、发动机排量等信息。
其中，上述计量超声波雾化供给装置中，计量控制电控模块1计算出达到尾气排放法规所需的尿素溶液量，并控制尿素泵模块2工作，在控制阀6、尿素吸液管路7和尿素存储器11的协助下，从尿素箱13中吸取所需量的尿素溶液，以一定压力(1～6bar)形式储存在尿素存储器11中。尿素泵模块2的泵驱动膜片每次吸液2ml，通过控制泵的频率精确计量尿素水溶液的吸液量。压力传感器10与尿素存储器11联通，检测尿素水溶液的储存压力，将信息传输给所述计量控制电控单元1，在超声波雾化模块4和吹送模块8的协助下，将尿素存储器11输送过来的尿素溶液雾化，并将雾化后的尿素溶液吹送入雾化尿素管路14中，最终通过雾化尿素管路14进入排气歧管15中与发动机尾气进行混合、氨解，参与SCR系统的催化还原反应，降低尾气中NOx浓度。
其中，上述计量超声波雾化供给装置中，计量控制电控模块1通过检测压力传感器10检测到尿素存储器11水溶液达到一定压力(1～6bar，优选为2～3bar)后，超声波雾化模块4开始雾化工作，同时吹送模块8中吹送风机做功将雾化尿素溶液吹送进雾化尿素管路14。通过雾化尿素管路14尿素最终以雾化微粒形式进入排气歧管15中与发动机尾气进行混合、氨解，最终参与SCR系统的催化还原反应，降低尾气中NOx浓度。
其中，上述计量超声波雾化供给装置中，尿素泵模块2吸取的尿素溶液经过过滤模块9，过滤掉尿素溶液中的杂质，避免造成压力传感器10堵塞失效和超声波雾化模块4堵塞失效。
其中，上述计量超声波雾化供给装置中，计量控制电控模块1根据温度测量模块5分别检测尿素吸取模块和超声波雾化模块4温度，并在温度低于特定温度(-6℃或以下)时，启动加热模块3，对尿素吸取模块或者超声波雾化模块4及其附属管路进行加热，防止尿素溶液在计量超声波雾化供给装置内部结晶凝固；当温度测量模块5检测到计量超声波雾化供给装置已加热到理想温度(0℃或以上)时，停止加热，理想温度为尿素溶液不易结晶凝固温度。计量控制电控模块1采用闭环控制加热过程。
其中，上述计量超声波雾化供给装置中，计量控制电控模块1根据压力传感器10控制尿素泵模块2工作，并根据压力传感器10读取数值和尿素泵模块2驱动器反馈电信号诊断尿素泵模块2有无正常工作。在检测到非正常工作时，给出相应报警信息并控制计量超声波雾化供给装置各个功能模块停止工作。
其中，上述计量超声波雾化供给装置中，计量控制电控模块1根据吹送模块8驱动器和超声波雾化模块4驱动器反馈的电信号来诊断超声波雾化模块4是否正常工作，当检测到非正常工作时，发出相应报警信息并控制计量超声波雾化供给装置各个功能停止工作。
其中，上述计量超声波雾化供给装置中，计量控制电控模块1根据发动机运行情况合理控制计量超声波雾化供给装置各个模块运行工作。在检测到车辆停止运行信号或SCR系统停止运行信号时，通过尿素泵模块2控制尿素回流管路12排空计量超声波雾化供给装置内残留尿素水溶液回到尿素箱13内；同时控制吹送模块8和超声波雾化模块4持续工作一定时间，将管路内残留尿素溶液雾化送入排气歧管15内，借助排气歧管15内尾气余热和后端SCR催化反应装置余热进行氨解催化还原反应，降低内部管路尿素残留结晶风险。
本发明的工作流程如图2所示，包括以下步骤：
在步骤201中，计量控制电控模块1通过检测ECU的工况信息、NOx传感器浓度和排气温度计算出达到尾气排放法规所需的尿素溶液量，控制尿素泵模块2工作，泵驱动膜片通过控制阀6吸取所需量的尿素水溶液；
在步骤202中，尿素水溶液经过过滤模块9过滤杂质，然后以一定压力形式储存在尿素存储器11中，等待雾化；
在步骤203中，尿素存储器11在达到一定尿素溶液储存压力下，尿素存储器11的尿素水溶液进入超声波雾化模块4，超声波雾化模块4采用超声波高频振荡单元，利用超声波振动使尿素水溶液充分雾化，同时通过控制不同的振动频率来控制不同的雾化程度，辅助控制还原剂进入排气歧管15的时间；
在步骤204中，吹送模块8与超声波雾化模块4相连，雾化后的尿素溶液在吹送模块8风机的作用下进入雾化尿素管路14中；
在步骤205中，雾化尿素管道14输出端与发动机排气歧管15连通，雾化尿素溶液进而进入到发动机排气歧管道；
在步骤206中，雾化尿素溶液通过排气歧管15，最后在SCR催化还原反应器中与发动机尾气混合、氨解，降低尾气中NOx浓度。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置。
实施例一
一种车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，如图1所示，包括计量控制电控模块1、尿素吸取模块、超声波雾化模块4和吹送模块8。
尿素吸取模块包括尿素泵模块2和尿素存储器11，尿素泵模块2通过尿素吸液管路7与尿素箱13联通，尿素吸液管路7设置有控制阀6，尿素存储器11联通有压力传感器10，尿素泵模块2还通过尿素回流管路12与尿素箱13联通。
超声波雾化模块4通过一段尿素管路与尿素存储器11相联通，并与雾化尿素管路14联通。
吹送模块8连接超声波雾化模块4.
图1中，计量超声波雾化供给装置还包括加热模块3和温度测量模块5，所述尿素吸取模块和所述超声波雾化模块4内部均安装有温度测量模块5和加热模块3，用于低温环境(-6℃或以下)的尿素泵模块2和超声波雾化模块4及附属管路加热。
计量控制电控模块1：计量控制电控模块1的输入端与温度测量模块5、尿素泵模块2、加热模块3、压力传感器10、超声波雾化模块4和吹送模块8连接；输出端与加热模块3、尿素泵模块2、吹送模块8和超声波雾化模块4连接。计量控制电控模块1通过温度测量模块5的测量值控制加热模块3工作，通过压力传感器10的测量值控制尿素泵模块2工作，通过吹送模块8及超声波雾化模块4驱动器反馈的测量值控制吹送模块8和超声波雾化模块4工作。
本实施例中，所述尿素泵模块2采用膜片泵，为膜片吸液模式，每次吸液2ml，吸液量程为0L-7.5L/小时；所述超声波雾化模块4装有超声波高频震荡单元，振动频率为1.7MHz；吹送模块8内吹送器功率为12w；所述温度测量模块5为温度检测计，所用尿素溶液的质量浓度为32.5％。
其中所述膜片泵包括膜片、膜片托、膜片腔和膜片安装槽等结构，所述膜片吸液面采用四氟复合橡胶材质，具有耐尿素腐蚀作用，后带有安装螺杆，便于安装到驱动连杆上，所述膜片托为铝合金金属材质，置于驱动杆和膜片之间，主要用于减少膜片在连杆机械驱动的过程中的损害，所述膜片腔置于中泵体上，主要是集成在泵体模块上的与膜片机械配合的凹陷腔体构成，其主要的功能是配合膜片的机械运动形成负压腔，吸进尿素溶液和排出尿素溶液，所述膜片安装槽位置于下泵体上，用于从膜片背面承托住膜片，紧固住膜片与膜片腔的贴合，保证膜片在运动的过程中不被拉扯出。
超声波雾化模块4包括驱动电路、高频震荡雾化片和雾化槽结构，所述高频震荡雾化片为陶瓷材质，具有良好的高频谐振性能，能够很好地雾化通过尿素泵模块2供给过来到雾化槽内的尿素水溶液，所述高频震荡雾化片至于雾化槽的底部。
当PDCU接收到点火信号时，计量控制电控模块1通过发动机转速、发动机扭矩、发动机进气温度、发动机压力、发动机排量等信息计算尾气中NOx(氮氧化物)含量，然后计算出所需尿素溶液量，同时启动尿素泵模块2开始工作，32.5wt％的尿素溶液依次通过尿素存储箱11、控制阀6、尿素泵模块2和过滤模块9，进入尿素存储器11，PDCU接收压力传感器10的信号，当压力传感器10检测值达到计量压力1.8bar时，所述计量超声波雾化供给装置进入可计量工作状态，计量控制电控模块1控制尿素泵模块2启动吸液计量工作，并同时控制超声波雾化模块4和吹送模块8开始工作，尿素水溶液经过超声波高频振荡雾化成雾状微粒形式，在吹送模块8风机的作用下，雾状尿素溶液进入雾化尿素管路14，进而进入排气歧管15，在SCR催化反应装置中进行催化还原反应。
其中，尿素溶液量的计算过程如下：
SCR系统工作原理为：尿素溶液在高温废弃作用下发生水解和热解反应，生成还原剂NH3，NH3在催化剂作用下选择性将氮氧化物NOx还原为氮气N2，反应方程式如下：
H2N-CO-NH2+H2O→2NH3+CO2
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
2NH3+NO2+NO→2N2+3H2O
NOx流量、NH3需求量和尿素需求量之间的计算公式为：
NOx流量计算公式为：
其中，QNOx为NOx流量，单位kg/h；FQ为尾气中NOx质量流量系数，单位mg/s。MNOx和MEG分别为NOx和排气的摩尔质量，单位g/mol；默认NO和NO2体积比例为4:1，因此MNOx为35.3g/mol，MEG为27g/mol；
QEG为排气流量，单位kg/h；由发动机ECU获取；
VNOx,ppm为反应箱上游侧NOx浓度即排气净化前NOx浓度，单位ppm。
NH3需求量的计算公式为：
其中，QNH3为NH3需求量，单位mg/s；
MNOx与公式(1)含义相同；
MNH3为NH3的摩尔质量，单位g/mol，MNH3为17g/mol；
NSR为氨气转换成32.5％尿素水溶液修正系数。
QNOx由公式(1)计算所得；
fa为排温及废气流量修正系数；
fs为转速、进气温度、冷却水温度修正系数。
尿素需求量的计算公式为：
其中，QNH3由公式(2)计算所得；
QAdblue为尿素需求量，单位ml/h；
kl为所需尿素体积流量修正参数；
ρAdblue为尿素密度，为1.08g/ml；
MNH3含义与公式(2)中含义相同。
PDCU通过温度测量模块5检测尿素吸取模块或者超声波雾化模块4温度，当温度≤-6℃时，启动加热模块3进行加热，当温度达到0℃时，关闭加热模块3停止加热。
本实施例中，环境温度为13℃时，未处理前，尾气中氮氧化物NOx含量为5.26g/kwh，当尾气经过SCR催化器后，氮氧化物含量达到3.39g/kwh。国三排放要求为5g/kwh，国四排放要求为3.5g/kwh，国五排放要求为2.0g/kwh。由此可知，本实施例中处理后的尾气含量可达到国四标准。
此外，计量控制电控模块1根据压力传感器10的检测值和尿素泵模块2驱动器反馈电信号诊断尿素泵模块2有无正常工作：计量电控模块1监测尿素泵模块2驱动模块反馈的电流值检验驱动器有无正常工作，如果驱动电流超过规定范围0.8A，则判断尿素泵模块2故障。此时，给出报警信号并控制计量超声波雾化供给装置停止工作。
此外，计量控制电控模块1根据吹送模块8驱动器和超声波雾化模块4驱动器反馈的电流值诊断超声波雾化模块4是否正常工作：计量电控模块1监测超声波雾化模块4驱动器反馈的电流值检验驱动器有无正常工作，如果超声波雾化模块4驱动电流超过规定范围0.8A，则判断超声波雾化模块4故障，或者吹送模块8驱动电流超出规定范围0.8A，则判断吹送模块8故障，此时，给出报警信号并控制计量超声波雾化供给装置停止工作。
其中，不同的驱动装置，规定的驱动电流不同。
当发动机停止运行时，PDCU通过尿素泵模块2控制尿素回流管路12排空计量超声波雾化供给装置内残留尿素水溶液回到尿素箱13内，同时控制吹送模块8和超声波雾化模块4持续工作一定时间，将装置内残留尿素溶液雾化送入排气歧管15内，借助排气歧管15内尾气余热和后端SCR催化反应装置余热进行氨解催化还原反应，降低内部管路尿素残留结晶风险。
实施例二
一种车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，与实施例一的不同之处仅在于：
尿素溶液压力为2bar，超声波振动频率为2.4MHz。
将实施例一所述发动机更换为朝柴CY4102-CE4B发动机进行试验，按照实施例一相同的方法处理尾气后，尾气中氮氧化物的含量为2.25g/kwh，氮氧化物浓度基本可以达到国五标准。
实施例三
一种车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，与实施例二的不同之处仅在于：
尿素溶液压力为2.5bar，超声波振动频率为2.4MHz。
按照实施例一相同的方法处理尾气后，尾气中氮氧化物的含量为3.47g/kwh，达到了国四标准。
我国每年柴油车年产量为大于200万，直至2008年，我国轻卡车年产量已占到全世界轻卡总产量的55％，国IV标准实施后，后处理装置产值预计将超过100亿元。随着排放法规不断升级，当达到国五排放标准后，轻卡的技术路线必须采用SCR技术才能满足要求，届时，轻卡市场对SCR尿素溶液计量超声波雾化供给装置的需求将大大提高。本发明所述车载尿素溶液计量压缩空气源雾化装置结构独立、简单，不受发动机型号、工况的影响，通用性好，对降低排气中的NOx有良好的效果，升级成本降低，适用于无整车压缩空气的中轻型柴油机车辆，具有广阔的应用前景。

Claims (8)

1.一种车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其特征在于，包括计量控制电控模块(1)、尿素吸取模块、超声波雾化模块(4)和吹送模块(8)，所述尿素吸取模块包括有尿素泵模块(2)和尿素存储器(11)，所述尿素存储器(11)与超声波雾化模块(4)和压力传感器(10)联通，当尿素存储器(11)溶液存储压力达到设定值时，尿素存储器(11)的尿素溶液进入超声波雾化模块(4)，利用超声波进行雾化；所述超声波雾化模块(4)与雾化尿素管路(14)和吹送模块(8)联通，所述压力传感器(10)与计量控制电控模块(1)的输入端电路连接，尿素泵模块(2)、吹送模块(8)和超声波雾化模块(4)与计量控制电控模块(1)的输入、输出端电路连接；
其中，所述计量控制电控模块(1)通过获取发动机工作状态信息和SCR系统工作信息控制整个车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置的工作状态；
其中，所述计量控制电控模块(1)具备自诊断报警功能，当尿素泵模块(2)或超声波雾化模块(4)非正常工作时，通过CAN总线将报警信息发送给整车控制器或发动机控制器，同时通过计量控制电控模块(1)控制所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置停止工作；
计量控制电控模块(1)计算出尿素吸取量，控制尿素泵模块(2)工作，吸取所需尿素溶液，存储于尿素存储器(11)中；
当尿素存储器(11)溶液存储压力达到设定值时，尿素存储器(11)的尿素溶液进入超声波雾化模块(4)，利用超声波进行雾化；
雾化尿素在吹送模块(8)的作用下，进入雾化尿素管路(14)。
2.根据权利要求1所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述尿素泵模块(2)和尿素存储器(11)之间设置有过滤模块(9)。
3.根据权利要求1所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述超声波雾化模块(4)为内置超声波雾化模块，安装有超声波高频振荡单元。
4.根据权利要求1所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述尿素泵模块(2)通过尿素吸液管路(7)联通尿素箱(13)，所述尿素吸液管路(7)设置有控制阀(6)，控制吸取尿素水溶液或者换向使尿素水溶液回流工作。
5.根据权利要求4所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述尿素泵模块(2)还与尿素箱(13)通过尿素回流管路(12)联通。
6.根据权利要求1所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置，其中，所述尿素吸取模块和所述超声波雾化模块(4)内部均安装有温度测量模块(5)和加热模块(3)，所述温度测量模块(5)和加热模块(3)与所述计量控制电控模块(1)连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置的给液方法，其中，还包括下述步骤：
当温度测量模块(5)检测到计量超声波雾化供给装置温度低于特定温度时，启动加热模块(3)，对计量超声波雾化供给装置进行加热；
当温度测量模块(5)检测到计量超声波雾化供给装置已加热到理想温度时，所述计量控制电控模块(1)控制加热模块(3)停止加热。
8.根据权利要求7所述的给液方法，其中，还包括下述步骤：
计量控制电控模块(1)根据压力传感器(10)和尿素泵模块(2)驱动器反馈电信号诊断尿素泵模块(2)是否工作正常，当非正常工作时，控制尿素泵模块(2)停止工作；
计量控制电控模块(1)根据吹送模块(8)驱动器和超声波雾化模块(4)驱动器反馈电信号诊断超声波雾化模块(4)是否工作正常；当非正常工作时，控制超声波雾化模块(4)停止工作。
CN201510467773.5A 2015-08-03 2015-08-03 车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置 Expired - Fee Related CN105019988B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510467773.5A CN105019988B (zh) 2015-08-03 2015-08-03 车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510467773.5A CN105019988B (zh) 2015-08-03 2015-08-03 车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105019988A CN105019988A (zh) 2015-11-04
CN105019988B true CN105019988B (zh) 2019-07-26

Family

ID=54410227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510467773.5A Expired - Fee Related CN105019988B (zh) 2015-08-03 2015-08-03 车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105019988B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106437957A (zh) * 2016-11-30 2017-02-22 凯德斯环保科技（烟台）有限公司 一种柴油发动机后处理系统的尾气净化装置
US20200141298A1 (en) * 2017-07-07 2020-05-07 Plastic Omnium Advanced Innovation And Research Tank for storing a solution and method for measuring a value in such a tank
CN109838295B (zh) * 2017-11-29 2022-12-02 博世动力总成有限公司 柴油发动机的尾气后处理系统及压力波动幅度确定方法
CN108843430A (zh) * 2018-07-04 2018-11-20 刘光文 作用于尾气净化的催化净化器选择性还原超声波汽化方法
US11421573B1 (en) 2021-02-17 2022-08-23 Deere & Company DEF system
CN113339112B (zh) * 2021-06-30 2022-09-20 同济大学 一种防尿素结晶的scr系统及其控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101418713A (zh) * 2007-08-08 2009-04-29 福特环球技术公司 喷射还原剂的方法
CN101806238A (zh) * 2010-03-13 2010-08-18 中国第一汽车集团公司 一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统
CN102242658A (zh) * 2010-05-10 2011-11-16 中国第一汽车集团公司无锡油泵油嘴研究所 采用气体压力源的尿素喷射系统
CN202250319U (zh) * 2011-08-30 2012-05-30 潍柴动力股份有限公司 一种柴油机尾气后处理系统
CN203130207U (zh) * 2013-03-26 2013-08-14 无锡市凯龙汽车设备制造有限公司 气助式尿素计量喷射系统
CN104612793A (zh) * 2015-01-20 2015-05-13 西南交通大学 一种易于控制的气压式尿素计量喷射系统
CN204851394U (zh) * 2015-08-03 2015-12-09 包头北大工道发动机技术有限公司 车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007182803A (ja) * 2006-01-06 2007-07-19 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2011196332A (ja) * 2010-03-23 2011-10-06 Yanmar Co Ltd ディーゼルエンジン

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101418713A (zh) * 2007-08-08 2009-04-29 福特环球技术公司 喷射还原剂的方法
CN101806238A (zh) * 2010-03-13 2010-08-18 中国第一汽车集团公司 一种泵动力的空气辅助雾化尿素还原剂喷射控制系统
CN102242658A (zh) * 2010-05-10 2011-11-16 中国第一汽车集团公司无锡油泵油嘴研究所 采用气体压力源的尿素喷射系统
CN202250319U (zh) * 2011-08-30 2012-05-30 潍柴动力股份有限公司 一种柴油机尾气后处理系统
CN203130207U (zh) * 2013-03-26 2013-08-14 无锡市凯龙汽车设备制造有限公司 气助式尿素计量喷射系统
CN104612793A (zh) * 2015-01-20 2015-05-13 西南交通大学 一种易于控制的气压式尿素计量喷射系统
CN204851394U (zh) * 2015-08-03 2015-12-09 包头北大工道发动机技术有限公司 车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105019988A (zh) 2015-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105019988B (zh) 车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置
CN103046989B (zh) 一种即插即用的尿素喷射控制方法及系统
CN104675481B (zh) 还原剂喷射控制系统和方法
CN102748101B (zh) 用于降低发动机NOx排放的尿素喷射系统及其控制方法
CN105545423B (zh) 一种无空气辅助雾化尿素喷射系统及其控制方法
CN204609994U (zh) 一种空气辅助式scr尿素喷射系统
CN204344341U (zh) 一种液体喷射计量单元
CN105019987A (zh) 车载尿素溶液计量雾化供给装置
CN101793183A (zh) 一种空气动力雾化尿素还原剂喷射控制系统
CN106014563A (zh) 一种柴油发动机尾气后处理系统及加热控制方法
CN202789025U (zh) 用于降低发动机NOx排放的尿素喷射系统
CN101793184A (zh) 一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统
CN107559079A (zh) 柴油机后处理系统
CN204851394U (zh) 车载尿素溶液计量超声波雾化供给装置
CN205330771U (zh) 一种空气辅助雾化尿素喷射系统
CN105545422A (zh) 一种空气辅助雾化尿素喷射系统及其控制方法
CN202768118U (zh) 一种基于气动隔膜泵的scr空气辅助式喷射系统
CN102536397A (zh) 车用scr系统尿素供应装置
CN204851393U (zh) 车载尿素溶液计量雾化供给装置
CN201666176U (zh) 柴油车用储液罐加压式尿素溶液计量喷射系统
CN203035321U (zh) 一种即插即用的尿素喷射控制系统
CN207499951U (zh) 柴油机后处理系统
CN202544973U (zh) 车用scr系统尿素供应装置
CN106285854A (zh) 一种scr液体喷射装置
CN203130208U (zh) 柴油机选择性催化转化喷射系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190726

Termination date: 20210803