CN106837489B - 一种scr供给喷射系统防结晶装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCR供给喷射系统防结晶装置及方法。包括气路部分、液路部分和控制单元；液路部分，尿素箱与水箱通过三位三通电磁阀与隔膜泵相连，尿素箱与三位三通电磁阀的A端相连，水箱与三位三通电磁阀的B端相连，三位三通电磁阀的K端与隔膜泵相连，隔膜泵与混合腔相连，混合腔与喷嘴相连，三位三通电磁阀与隔膜泵之间装有液路吹扫单向阀；气路部分，压缩空气罐与空气过滤装置相连，空气过滤装置分别与电磁阀A和电磁阀B相连；电磁阀A与液路吹扫单向阀相连，电磁阀B与混合腔相连。本发明根据不同时刻，不同需求控制输出不同压力的压缩空气，切换供给不同的溶液，可使系统工作更可靠，基本杜绝了结晶问题。

Description

一种SCR供给喷射系统防结晶装置及方法

技术领域

本发明涉及排气后处理技术领域，特别是涉及一种SCR供给喷射系统防结晶装置及方法。

背景技术

近年来，随着柴油机数量的增加，柴油机尾气污染已成为我国空气污染的重要来源。其主要污染物有两种：氮氧化物(NOx)和颗粒(PM)。随着法规的日益严格，仅靠机内净化已经无法满足法规要求，必须使用后处理技术。为减少NOx的排放，汽车行业使用的主要技术路线就是选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR)，及通过向废气内喷射一定量尿素溶液，经过一系列物理化学反应，将废气中的NOx还原为无害的氮气、二氧化碳和水。随着汽车工业的发展，对SCR系统的需求也越来越大。SCR系统在广泛应用的同时出现了很多问题，其中系统的尿素结晶问题几乎是所有问题的根源。系统尿素结晶会导致进液管路堵塞，建压不成功；回液管路结晶堵塞，压力开关异常打开；此外还有喷嘴堵塞，气路单向阀堵塞等等，这些故障会使汽车故障报警，以至于汽车不可以正常行驶。

为了提高SCR系统的转化效率，一般采用气体辅助喷射。传统的空气辅助式SCR系统一般只有气路吹扫，这就可能导致残余尿素吹扫不彻底，进而引发气路，回液管或喷嘴的结晶，从而导致尿素泵工作性能不佳。

中国专利(CN103147827A)公开了一种柴油机选择性催化喷射系统，其包括尿素箱、尿素供给模块、计量模块、稳压/排空模块、混合腔模块、空气供给模块、车载压缩空气源、喷射模块以及控制模块。该喷射系统结构简单，且无尿素回流管路设计，降低了系统使用成本，但是没有考虑系统的防结晶设计，普通的气路吹扫不足以解决系统结晶问题。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种SCR供给喷射系统防结晶装置及方法，通过添加水箱、尿素箱和液路吹扫单向阀对传统系统进行了优化，快速的将管路中的残余尿素溶液吹扫回尿素箱，并用水溶液进行冲洗，很大程度上避免了管路结晶问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种SCR供给喷射系统防结晶装置，其特征在于，包括气路部分、液路部分和控制单元，所述液路部分，包括尿素箱、水箱、隔膜泵、混合腔和喷嘴，其中尿素箱与水箱通过三位三通电磁阀与隔膜泵相连，尿素箱与三位三通电磁阀的A端相连，水箱与三位三通电磁阀的B端相连，三位三通电磁阀的K端与隔膜泵相连，隔膜泵外部装有驱动装置，为步进电机M，隔膜泵与混合腔相连，混合腔与喷嘴相连，三位三通电磁阀与隔膜泵之间装有液路吹扫单向阀，混合腔上安装有温度传感器T；所述气路部分，包括压缩空气罐、空气过滤装置、电磁阀A、电磁阀B，其中压缩空气罐与空气过滤装置相连，空气过滤装置分别与电磁阀A和电磁阀B相连；所述电磁阀A与液路吹扫单向阀相连，电磁阀B与混合腔相连；所述控制单元，分别控制电磁阀A、电磁阀B、步进电机M和三位三通电磁阀。

所述隔膜泵与混合腔之间装有液路单向阀，隔膜泵与液路单向阀之间装有压力开关P和气控阀。电磁阀B与混合腔之间安装有气路单向阀，电磁阀B与气路单向阀之间安装有调压阀，调压阀与气路单向阀之间安装有压力传感器N。压力传感器N与气路单向阀之间安装有气控阀，气控阀的一端连在液路单向阀和隔膜泵之间，另一端通过回液管与尿素箱相连。

所述控制单元，分别采集压力传感器N、温度传感器T、压力开关P信号；电磁阀A由控制单元普通I/O控制，电磁阀B和三位三通电磁阀由控制单元PWM模块控制。

一种SCR供给喷射系统防结晶方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：控制单元控制电磁阀A关闭、电磁阀B打开，压缩空气罐提供的压缩空气，通过空气过滤装置，经过滤后流经电磁阀B至调压阀，调压阀将压缩空气稳压后送往气控阀和气路单向阀，气控阀受压封闭回液管；此时，三位三通电磁阀处于常态，三位三通电磁阀的A端与K端打开，B端关闭，与尿素箱相通，控制单元控制步进电机M工作，驱动隔膜泵作往复运动将尿素箱中的尿素溶液泵出至液路单向阀再到混合腔；尿素溶液与压缩空气混合，通向喷嘴；

步骤2：控制单元控制步进电机M停止运转、保持电磁阀B打开状态，停止隔膜泵工作，继续供给压缩空气对混合腔和喷嘴进行初步吹扫；

步骤3：控制单元控制电磁阀B关闭、电磁阀A打开，此时气控阀不受压，回液管通路，压缩空气依次通过空气过滤装置和电磁阀A至液路吹扫单向阀将管路中的尿素溶液冲回尿素箱；紧接着控制单元控制三位三通电磁阀的A端与K端关闭，K端与A、B两端都不通，此时压缩空气顶开隔膜泵中的吸液单向阀和出液单向阀，将管路中的残余尿素溶液通过回液管吹回尿素箱；

步骤4：三位三通电磁阀的B端与K端打开，A端关闭，与水箱相通，控制单元控制步进电机M工作，驱动隔膜泵作往复运动将水箱中的水溶液泵出至液路单向阀再到混合腔；

步骤5：控制单元控制电磁阀A关闭、电磁阀B打开，压缩空气罐提供的压缩空气，通过空气过滤装置，经过滤后流经电磁阀B至调压阀，调压阀将压缩空气稳压后送往气控阀和气路单向阀，此时，气控阀受压封闭回液管，压缩气体在混合腔内与水溶液混合，通向喷嘴；

步骤6：控制单元控制电磁阀A、电磁阀B打开，控制步进电机M停止运转，停止隔膜泵工作，继续供给压缩空气，压缩空气通过空气过滤装置后依次通过电磁阀A到达液路吹扫单向阀和电磁阀B、调压阀、压力传感器N到达气路单向阀和气控阀，气控阀受压封闭回液管，流经液路吹扫单向阀的压缩空气先将管路中的水溶液冲回水箱，紧接着控制单元控制三位三通电磁阀的B端和K端关闭，再将隔膜泵中的残余水溶液吹至混合腔，通过喷嘴排入排气管中，利用尾气余温将水溶液蒸发。

本发明的有益效果在于：

1.一般的车载压缩罐内的压缩空气的压力为6—12bar，经过系统调压阀后的压力约为2.6bar，再经过气路单向阀调节到达混合腔的压缩空气的压力约为1.7bar，系统对压缩空气有严格的气压控制，防止气压过大或过低。

2.控制单元通过PWM模块控制电磁阀B，可根据脉冲占空比，控制通过电磁阀电流的大小，有效的降低了电磁阀B发热程度，同时实现了在电磁阀开启阶段和开启状态保持阶段对电磁阀B电流大小的控制。

3.系统中气路单向阀的前端安装有压力传感器N，除了检测系统压缩空气压力和气路压力是否正常，检测喷嘴、管路等是否有堵塞故障外，还可避免压力传感器与尿素溶液接触被腐蚀，提高了压力传感器N的工作稳定性。

4.系统中增加了水箱，可使隔膜泵用水溶液工作，彻底冲洗管路中残余的尿素溶液，并在此之后，有二次吹扫，大大降低了尿素溶液结晶的可能。

附图说明

图1为本发明所述的一种SCR供给喷射系统防结晶装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种SCR供给喷射系统防结晶装置，其特征在于，包括气路部分、液路部分和控制单元，所述液路部分，包括尿素箱、水箱、隔膜泵、混合腔和喷嘴，其中尿素箱与水箱通过三位三通电磁阀与隔膜泵相连，尿素箱与三位三通电磁阀的A端相连，水箱与三位三通电磁阀的B端相连，三位三通电磁阀的K端与隔膜泵相连，隔膜泵外部装有驱动装置，为步进电机M，隔膜泵与混合腔相连，混合腔与喷嘴相连，三位三通电磁阀与隔膜泵之间装有液路吹扫单向阀，混合腔上安装有温度传感器T；所述气路部分，包括压缩空气罐、空气过滤装置、电磁阀A、电磁阀B，其中压缩空气罐与空气过滤装置相连，空气过滤装置分别与电磁阀A和电磁阀B相连；所述电磁阀A与液路吹扫单向阀相连，电磁阀B与混合腔相连；所述控制单元，分别控制电磁阀A、电磁阀B、步进电机M和三位三通电磁阀。

所述隔膜泵与混合腔之间装有液路单向阀，隔膜泵与液路单向阀之间装有压力开关P和气控阀。电磁阀B与混合腔之间安装有气路单向阀，电磁阀B与气路单向阀之间安装有调压阀，调压阀与气路单向阀之间安装有压力传感器N。压力传感器N与气路单向阀之间安装有气控阀，气控阀的一端连在液路单向阀和隔膜泵之间，另一端通过回液管与尿素箱相连。

所述控制单元，分别采集压力传感器N、温度传感器T、压力开关P信号；电磁阀A由控制单元普通I/O控制，电磁阀B和三位三通电磁阀由控制单元PWM模块控制。

一种SCR供给喷射系统防结晶方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：控制单元控制电磁阀A关闭、电磁阀B打开，压缩空气罐提供的压缩空气，通过空气过滤装置，经过滤后流经电磁阀B至调压阀，调压阀将压缩空气稳压后送往气控阀和气路单向阀，气控阀受压封闭回液管；此时，三位三通电磁阀处于常态，三位三通电磁阀的A端与K端打开，B端关闭，与尿素箱相通，控制单元控制步进电机M工作，驱动隔膜泵作往复运动将尿素箱中的尿素溶液泵出至液路单向阀再到混合腔；尿素溶液与压缩空气混合，通向喷嘴；

步骤2：控制单元控制步进电机M停止运转、保持电磁阀B打开状态，停止隔膜泵工作，继续供给压缩空气对混合腔和喷嘴进行初步吹扫；

步骤3：控制单元控制电磁阀B关闭、电磁阀A打开，此时气控阀不受压，回液管通路，压缩空气依次通过空气过滤装置和电磁阀A至液路吹扫单向阀将管路中的尿素溶液冲回尿素箱；紧接着控制单元控制三位三通电磁阀的A端与K端关闭，K端与A、B两端都不通，此时压缩空气顶开隔膜泵中的吸液单向阀和出液单向阀，将管路中的残余尿素溶液通过回液管吹回尿素箱；

步骤4：三位三通电磁阀的B端与K端打开，A端关闭，与水箱相通，控制单元控制步进电机M工作，驱动隔膜泵作往复运动将水箱中的水溶液泵出至液路单向阀再到混合腔；

步骤5：控制单元控制电磁阀A关闭、电磁阀B打开，压缩空气罐提供的压缩空气，通过空气过滤装置，经过滤后流经电磁阀B至调压阀，调压阀将压缩空气稳压后送往气控阀和气路单向阀，此时，气控阀受压封闭回液管，压缩气体在混合腔内与水溶液混合，通向喷嘴；

步骤6：控制单元控制电磁阀A、电磁阀B打开，控制步进电机M停止运转，停止隔膜泵工作，继续供给压缩空气，压缩空气通过空气过滤装置后依次通过电磁阀A到达液路吹扫单向阀和电磁阀B、调压阀、压力传感器N到达气路单向阀和气控阀，气控阀受压封闭回液管，流经液路吹扫单向阀的压缩空气先将管路中的水溶液冲回水箱，紧接着控制单元控制三位三通电磁阀的B端和K端关闭，再将隔膜泵中的残余水溶液吹至混合腔，通过喷嘴排入排气管中，利用尾气余温将水溶液蒸发。

实施例

电磁阀B开启时，需要较大的电磁力，需要的驱动电流也较大，电磁阀B开启阈值为1.2A，此时控制单元控制PWM的脉冲占空比在80％左右，提供的开启电流值在1.3A左右，既保证电磁阀B迅速开启，又可减少能耗和发热量。电磁阀B开启动作结束后，进入维持开启状态的控制阶段，此时需要的电磁力较小，需要的驱动电流也较小。电磁阀B的维持开启状态的电流阈值为0.6A，此时控制单元控制PWM的脉冲占空比在40％左右，提供的开启电流值在0.7A左右，既能维持电磁阀开启状态，又可减少维持开启阶段的能耗和发热量。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种SCR供给喷射系统防结晶装置，其特征在于，包括气路部分、液路部分和控制单元，所述液路部分，包括尿素箱、水箱、隔膜泵、混合腔和喷嘴，其中尿素箱与水箱通过三位三通电磁阀与隔膜泵相连，尿素箱与三位三通电磁阀的A端相连，水箱与三位三通电磁阀的B端相连，三位三通电磁阀的K端与隔膜泵相连，隔膜泵上装有驱动装置，隔膜泵与混合腔相连，混合腔与喷嘴相连，三位三通电磁阀与隔膜泵之间装有液路吹扫单向阀；

所述气路部分，包括压缩空气罐、空气过滤装置、电磁阀A、电磁阀B；

其中压缩空气罐与空气过滤装置相连，空气过滤装置分别与电磁阀A和电磁阀B相连；

所述电磁阀A与液路吹扫单向阀相连，电磁阀B与混合腔相连；

所述控制单元，分别控制电磁阀A、电磁阀B、驱动装置和三位三通电磁阀。

2.根据权利要求1所述一种SCR供给喷射系统防结晶装置，其特征在于，所述混合腔外部安装有温度传感器T。

3.根据权利要求1所述一种SCR供给喷射系统防结晶装置，其特征在于，所述隔膜泵与混合腔之间装有液路单向阀，隔膜泵与液路单向阀之间装有压力开关P和气控阀。

4.根据权利要求1所述一种SCR供给喷射系统防结晶装置，其特征在于，所述驱动装置，为步进电机M。

5.根据权利要求1所述一种SCR供给喷射系统防结晶装置，其特征在于，所述电磁阀B与混合腔之间安装有气路单向阀，电磁阀B与气路单向阀之间安装有调压阀，调压阀与气路单向阀之间安装有压力传感器N。

6.根据权利要求5所述一种SCR供给喷射系统防结晶装置，其特征在于，所述压力传感器N与气路单向阀之间安装有气控阀，气控阀的一端连在液路单向阀和隔膜泵之间，另一端通过回液管与尿素箱相连。

7.根据权利要求1、2、3、或5所述一种SCR供给喷射系统防结晶装置，其特征在于，所述控制单元，分别采集压力传感器N、温度传感器T、压力开关P信号；电磁阀A由控制单元普通I/O控制，电磁阀B和三位三通电磁阀由控制单元PWM模块控制。

8.一种SCR供给喷射系统防结晶方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：控制单元控制电磁阀A关闭、电磁阀B打开，压缩空气罐提供的压缩空气，通过空气过滤装置，经过滤后流经电磁阀B至调压阀，调压阀将压缩空气稳压后送往气控阀和气路单向阀，气控阀受压封闭回液管；此时，三位三通电磁阀处于常态，三位三通电磁阀的A端与K端打开，B端关闭，与尿素箱相通，控制单元控制步进电机M工作，驱动隔膜泵作往复运动将尿素箱中的尿素溶液泵出至液路单向阀再到混合腔；尿素溶液与压缩空气混合，通向喷嘴；

步骤2：控制单元控制步进电机M停止运转、保持电磁阀B打开状态，停止隔膜泵工作，继续供给压缩空气对混合腔和喷嘴进行初步吹扫；

步骤3：控制单元控制电磁阀B关闭、电磁阀A打开，此时气控阀不受压，回液管通路，压缩空气依次通过空气过滤装置和电磁阀A至液路吹扫单向阀将管路中的尿素溶液冲回尿素箱；紧接着控制单元控制三位三通电磁阀的A端与K端关闭，K端与A、B两端都不通，此时压缩空气顶开隔膜泵中的吸液单向阀和出液单向阀，将管路中的残余尿素溶液通过回液管吹回尿素箱；

步骤4：三位三通电磁阀的B端与K端打开，A端关闭，与水箱相通，控制单元控制步进电机M工作，驱动隔膜泵作往复运动将水箱中的水溶液泵出至液路单向阀再到混合腔；

步骤5：控制单元控制电磁阀A关闭、电磁阀B打开，压缩空气罐提供的压缩空气，通过空气过滤装置，经过滤后流经电磁阀B至调压阀，调压阀将压缩空气稳压后送往气控阀和气路单向阀，此时，气控阀受压封闭回液管，压缩气体在混合腔内与水溶液混合，通向喷嘴；

步骤6：控制单元控制电磁阀A、电磁阀B打开，控制步进电机M停止运转，停止隔膜泵工作，继续供给压缩空气，压缩空气通过空气过滤装置后依次通过电磁阀A到达液路吹扫单向阀和电磁阀B、调压阀、压力传感器N到达气路单向阀和气控阀，气控阀受压封闭回液管，流经液路吹扫单向阀的压缩空气先将管路中的水溶液冲回水箱，紧接着控制单元控制三位三通电磁阀的B端和K端关闭，再将隔膜泵中的残余水溶液吹至混合腔，通过喷嘴排入排气管中，利用尾气余温将水溶液蒸发。