CN107476858A - 一种发动机排气处理系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机排气处理系统，包括尿素罐，尿素喷射阀；还包括热管系统，所述热管系统包括冷凝端、蒸发端和热管连接管；所述冷凝端包括连通管，所述连通管内部套装有热管冷凝管件，所述连通管的一端与所述输送管道连通，另一端与所述尿素喷射阀的尿素溶液进口连通；所述蒸发端包括热管蒸发管件，所述热管蒸发管件在SCR催化器的下游插入到排气管中；所述蒸发管件和冷凝管件之间设置有热管连接管，热管连接管整体成倾斜结构；所述热管连接管上还连通地设置有冷凝支管，所述冷凝支管相对于地面垂直向上设置，并在其头部设置有风冷翅片。本发明的发动机排气处理系统可以防止尿素喷射阀堵塞，对发动机的改动较小，成本低。

Description

一种发动机排气处理系统

技术领域

本发明涉一种排气处理系统，尤其是涉及一种用于发动机的排气后处理系统。

背景技术

车辆发动机的排气后处理系统是降低NOx排放的重要系统。随着国家排放标准的日益严格，SCR(三元催化装置)装置日益变得普及。不仅在大型卡车、货车上使用三元催化装置，而且在小型乘用车上也广泛地应用了SCR装置。

SCR装置的特点在于使用尿素水喷射到排气中，通过催化反应将排气中的NOx转化为无害的氮气和水。然而尿素水冰点较低，在零下11度时就会发生结冰现象，事实上在冬季，气温下降到零度以下时，就容易产生结晶。这种结晶会危害尿素水的喷射系统，造成发动机的效率下降。

现有技术中通常是采用车辆的冷却水来加热尿素管中的尿素溶液，以及尿素喷射阀。然而，发动机的冷却水在发动机启动后升温较为缓慢，可能存在对尿素水的加热不足的缺陷。同时由于尿素管到尿素喷射阀之间的管道通常是裸露在空气中的，容易受到环境的影响，因此常常会出现在燃料喷射阀处的尿素水溶液温度大大低于尿素罐中的尿素水溶液的现象，这导致了燃料喷射阀的堵塞。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明由此提供了一种发动机排气处理系统，包括尿素罐，所述尿素管中的尿素水溶液在尿素泵的泵送下经过输送管道输送至尿素喷射阀，所述尿素喷射阀插入到排气管道中，位于氧化催化器和SCR催化器之间；还包括热管系统，所述热管系统包括冷凝端、蒸发端和热管连接管；所述冷凝端包括连通管，所述连通管内部套装有热管冷凝管件，所述热管冷凝管件的一部分预先封装在连通管内部形成良好密封，所述冷凝管件的该部分与连通管之间具有充分的空间，所述热管冷凝管件的另一部分穿过所述连通管的外壁与热管连接管相连通，所述连通管的一端与所述输送管道连通，另一端与所述尿素喷射阀的尿素溶液进口连通；所述蒸发端包括热管蒸发管件，所述热管蒸发管件在SCR催化器的下游插入到排气管中；所述蒸发管件和冷凝管件之间设置有热管连接管，热管连接管整体成倾斜结构，使得在冷凝管件冷却的工质能在重力和毛细现象的共同作用下，回到蒸发管件中；所述热管连接管上还连通地设置有冷凝支管，所述冷凝支管相对于地面垂直向上设置，并在其头部设置有风冷翅片。

进一步的，所述冷凝管件为一L型管件，其中的竖直管件部分设置在所述连通管内部，所述冷凝管件的底部形成向下倾斜的角度，使得冷凝后的工质可以顺利流入到L型管件下方的管件中。

进一步的，所述连通管的两端端分别设置有管接头，其中一个管接头用于与尿素水输送管道连接，另一个管接头用于与尿素喷射阀的尿素进口管连接，所述连通管731为硬质塑料构成；或者所述连通管由橡胶软管构成，其一端直接套装在尿素喷射阀的尿素进口管，另一端直接套装在所述尿素泵的出口管上。

进一步的，所述热管连接管上位于冷凝支管的上游处设置有阀装置，所述阀装置通过电机控制；还包括控制单元ECU，以及设置在所述连通管内、位于所述冷凝管件下游的温度传感器，所述ECU实时监控温度传感器的温度信号，并根据所述温度信号控制所述电机转动，从而控制所述阀装置的开度。

进一步的，所述热管系统的管件包括气流通道以及毛细冷凝液体通道，所述气流通道为光滑管壁结构，所述毛细冷凝液体通道位于管件外壁与气流通道内壁之间，所述阀装置设置与所述光滑管壁结构相接触。

进一步的，所述热管系统的管件采用耐低温，耐尿素腐蚀的特质钢制成。

进一步的，所述蒸发端包括L型蒸发管件，其中竖直的一端部上设置有安装法兰，安装法兰上设置有螺钉，在排气管上加工出孔或槽，蒸发管件的末端插入到所述孔或槽中，沿着排气的方向延伸；法兰通过螺钉固定到排气管的管壁上，在法兰和管壁间设置有密封件以封闭所述孔或槽。

进一步的，所述安装法兰通过铸造等方式固定到蒸发管件上。

进一步的，所述热管蒸发管件的远端的长度是根据不同的发动机、不同的SCR传热需求而选择的。

此外，本发明还提供一种操作上述方案所述的发动机排气处理系统的方法包括如下步骤：

步骤S1：ECU监控位于连通管下游的温度传感器的温度信号，如果该信号表征温度大于第一值，则进行步骤S2；

步骤S2:ECU根据温度传感器的温度信号控制电机转动，从而驱动阀装置转动至关闭位置；

步骤S3：ECU继续监控位于连通管下游的温度传感器的温度信号，如果该信号表征温度小于第二值，则控制控制电机驱动阀装置转动至打开位置位置；

步骤S4：当温度传感器的温度信号表征的温度值在所述第二值与第一值之间时，ECU控制控制电机驱动蝶阀转动从而确保阀装置维持一定的开度。

本发明的发动机排气处理系统利用排气对末端尿素溶液进行加热，由此可以确保获得必要的温度，防止尿素喷射阀堵塞，对发动机的改动较小，成本低。

附图说明

当结合附图考虑时，参考下面的描述能够很好的理解本发明的结构、原理、工作特点和优点，但此处说明的附图用来对本发明的进一步解释，所附示意图只是为了更好的对本发明进行说明，并不对本发明构成不当限定，其中：

图1为本发明的排气处理系统的结构示意图；

图2是本发明的排气处理系统的热管系统的冷凝端的特写示意图；

图3是本发明的排气处理系统的热管系统的阀装置的特写示意图；

图4是本发明的排气处理系统的热管系统的蒸发端的特写示意图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步的描述，应当指出的是，以下实施例仅仅为示意性的，其并非意图限制本发明。

参照图1，本发明的发动机排气处理系统包括尿素罐1，尿素管1中的尿素水溶液在尿素泵2的泵送下经过输送管道3输送至尿素喷射阀9，所述尿素喷射阀9插入到排气管道5中，位于氧化催化器51和SCR催化器52之间，尿素喷射阀9向排气中喷射尿素水溶液，剩余的尿素水溶液通过回流管4返回到尿素罐1中。

由于输送管3是裸露在空气中的，因此，即使对油箱中的汽油进行了加热，在车辆行驶过程中，由于软管直接处于大气环境中，在高速对流的风速中热量严重受到损失。

本发明的发动机排气处理系统进一步包括热管系统7，该热管系统7包括冷凝端73以及蒸发端72和热管连接管74。参照图2，热管系统7的冷凝端73包括连通管731，连通管731的内部套装有热管冷凝管件732，参照图1和2，冷凝管件732为一L型管件，其中的竖直管件部分设置在连通管731内部，用于加热连通管731内的尿素水。即，所述热管冷凝管件的一部分预先封装在连通管内部形成良好密封，所述冷凝管件的该部分与连通管之间具有充分的空间，所述热管冷凝管件的另一部分穿过所述连通管的外壁与热管连接管相连通。连通管731的两端端可以分别设置有管接头734,735，管接头734用于与尿素水输送管道3连接，管接头735用于与尿素喷射阀9的尿素进口管连接。在图2所示的实施例中，该连通管731为硬质塑料构成，具有一定的刚性。冷凝管件732预先封装在连通管23内部形成良好密封，冷凝管件732与连通管731之间具有充分的空间，确保尿素水能够顺利通过。

特别的，冷凝管件732的底部形成向下倾斜的角度，而非严格意义上的L型，使得冷凝后的工质可以顺利流入到L型管件下方的管件中。

再次参考图1，热管系统的蒸发端72在SCR装置的下游插入到排气管5中，排气中热量用于加热热管中工质使其蒸发。在蒸发管件和冷凝管件732之间设置有热管连接管74，热管连接管74整体成倾斜结构，使得在冷凝管件732冷却的工质能在重力和毛细现象的共同作用下，回到蒸发管件721中。这样从蒸发管件721中吸收的热量源源不断地通过热管系统泵送到冷凝管件732中，由此排气中的热量传递到尿素水中。这样可以利用排气的热量对尿素输送管3末端的尿素水溶液进行加热，由此提高了尿素喷射阀的喷射温度，降低了结冰的可能。

特别的，在热管连接管74上还连通地设置有冷凝支管71，冷凝支管71相对于地面垂直向上设置，并在其头部设置有风冷翅片，这可以对热管系统进行温度调节。由于热管系统的导热是连续不断地，因此热量会连续地从排气中抽取，可能会导致尿素水的温度过高，因此，本发明进一步在热管连接管74上位于冷凝支管71的上游处设置了阀装置8，所述阀装置8通过电机31控制。当然也可以手动控制。本发明的燃料过滤装置还包括控制单元ECU，以及设置在连通管731内、位于冷凝管件732下游的温度传感器733，ECU实时监控温度传感器733的温度信号，当温度信号显示尿素水的加热温度高于某一阀值时，ECU控制电机81转动，从而带动阀装置8打开或关闭一定程度。此时工质的气流部分将无法通过热管连接管74进入到冷凝管件732中，只能进入到冷凝支管71中进行冷却。由此可见冷凝支管71的另一个作用在于当阀装置8关闭时，充当热管系统7的冷凝端，由此防止排气对热管系统的损害。

进一步参照图3，所述热管系统的管件包括气流通道742以及毛细冷凝液体通道741，气体工质在热管的气流通道742中受热上升，在冷凝端73冷凝后液化，并通过毛细冷凝液通道741回到蒸发端72。这种设置，使得可以在光滑的气流通道742中设置阀装置87，例如可以是蝶阀。众所周知，热管的内壁通常是粗糙地毛细部，当热管内的气体工质蒸发后，在冷凝部冷凝，然后沿着内壁的毛细部在重力的作用下回流到蒸发部，然后在蒸发部受热挥发，反复循环。因此常规的热管内部很难设置阀装置，因为其内壁是不光滑的，气流会从阀装置与粗糙内部的间隙中通过。而本发明中，采用了光滑管壁结构的热管，使得粗糙的毛细部位于外壁与内壁之间，这样阀装置在管道内与光滑的内壁相接触，由此可以控制气体工质的通过量，由此对冷凝部的放热量进行调整。

本发明的阀装置87与热管的安装结构如图3所示。在热管连接管74上通过例如模铸等方式固定有安装盒，该安装盒包括盒体83以及盖体84，在盒体83内部固定有电机81。在热管连接管74的内部设置有蝶阀87，蝶阀87具有阀杆89，阀杆89穿过热管连接管的外壁，并在其端部设置有阀开关齿轮88。电机81的一端安装有驱动齿轮82，驱动齿轮82与阀开关齿轮88相互啮合，在电机81驱动下，蝶阀87可以进行开闭动作。在一个实施例中，驱动齿轮82与阀开关齿轮88为相互啮合的伞形齿轮，驱动齿轮82与阀开关齿轮88的齿轮轴相互垂直，这样有利于节省空间。电机81为微型电机，在安装盒内部还设置有电池(未示出)，例如纽扣电池，用于给电机供电。或者所述电机可以与SCR的电加热器共用一个电池。电机81还包括引线85,86连接到ECU，接收ECU的控制信号而完成驱动。特别的，所述电机为步进电机。

在一个实施例中，本发明的连通管731可以是软管形式，连通管731的一端直接套在尿素喷射阀的尿素进口上，连通管的另一端直接套在电动泵2的出口上。软管形式的连通管可以适应车辆底盘复杂的空间布局，更为灵活。

本发明的热管可以采用特质钢等金属材料制成，耐低温，耐尿素腐蚀的金属即可。

参考图4，其示出了本发明的热泵系统的蒸发端72的结构示意图。蒸发端72包括蒸发管件721，其大致为L型结构，其中竖直的一端部上设置有安装法兰722，安装法兰722上设置有螺钉723，在排气管5上加工出孔或槽51，蒸发管件721的末端插入到所述孔或槽51中，沿着排气的方向延伸。法兰722通过螺钉723固定到排气管5的管壁上，在法兰和管壁间设置有密封件。所述法兰可以通过铸造等方式固定到蒸发管件上。

在上述实施例中，热管蒸发管件721的远端的长度是根据不同的发动机、不同的SCR传热需求而选择的。

本发明还公开一种发动机排气处理系统的操作方法，包括如下步骤：

步骤S1：ECU监控位于连通管731下游的温度传感器733的温度信号，如果该信号表征温度大于第一值，则进行步骤S2；

步骤S2:ECU根据温度传感器733的温度信号控制电机81转动，从而驱动蝶阀87转动至关闭位置；

步骤S3：ECU继续监控位于连通管731下游的温度传感器733的温度信号，如果该信号表征温度小于第二值，则控制控制电机81驱动蝶阀87转动至打开位置位置。

步骤S4：当温度传感器733的温度信号表征的温度值在所述第二值与第一值之间时，ECU控制控制电机81驱动蝶阀87转动从而确保蝶阀维持一定的开度。

本发明的排气处理系统可以利用排气对末端尿素溶液进行加热，由此可以确保获得必要的温度，防止尿素喷射阀堵塞。

尽管已经结合实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解地是，本发明并非仅限于特定实施例，相反，在没有超出本申请精神和实质的各种修正，变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种发动机排气处理系统，其特征在于：包括尿素罐，所述尿素罐中的尿素水溶液在尿素泵的泵送下经过输送管道输送至尿素喷射阀，所述尿素喷射阀插入到排气管道中，位于氧化催化器和SCR催化器之间；还包括热管系统，所述热管系统包括冷凝端、蒸发端和热管连接管；所述冷凝端包括连通管，所述连通管内部套装有热管冷凝管件，所述热管冷凝管件的一部分预先封装在连通管内部形成良好密封，所述冷凝管件的该部分与连通管之间具有充分的空间，所述热管冷凝管件的另一部分穿过所述连通管的外壁与热管连接管相连通，所述连通管的一端与所述输送管道连通，另一端与所述尿素喷射阀的尿素溶液进口连通；所述蒸发端包括热管蒸发管件，所述热管蒸发管件在SCR催化器的下游插入到排气管中；所述蒸发管件和冷凝管件之间设置有热管连接管，热管连接管整体成倾斜结构，使得在冷凝管件冷却的工质能在重力和毛细现象的共同作用下，回到蒸发管件中；所述热管连接管上还连通地设置有冷凝支管，所述冷凝支管相对于地面垂直向上设置，并在其头部设置有风冷翅片。

2.根据权利要求1所述的发动机排气处理系统，其特征在于：所述冷凝管件为一L型管件，其中的竖直管件部分设置在所述连通管内部，所述冷凝管件的底部形成向下倾斜的角度，使得冷凝后的工质可以顺利流入到L型管件下方的管件中。

3.根据权利要求2所述的发动机排气处理系统，其特征在于：所述连通管的两端端分别设置有管接头，其中一个管接头用于与尿素水输送管道连接，另一个管接头用于与尿素喷射阀的尿素进口管连接，所述连通管为硬质塑料构成；或者所述连通管由橡胶软管构成，其一端直接套装在尿素喷射阀的尿素进口管，另一端直接套装在所述尿素泵的出口管上。

4.根据权利要求3所述的发动机排气处理系统，其特征在于：所述热管连接管上、位于冷凝支管的上游处设置有阀装置，所述阀装置通过电机控制；还包括控制单元ECU，以及设置在所述连通管内、位于所述冷凝管件下游的温度传感器，所述ECU实时监控温度传感器的温度信号，并根据所述温度信号控制所述电机转动，从而控制所述阀装置的开度。

5.根据权利要求4所述的发动机排气处理系统，其特征在于：所述热管系统的管件包括气流通道以及毛细冷凝液体通道，所述气流通道为光滑管壁结构，所述毛细冷凝液体通道位于管件外壁与气流通道内壁之间，所述阀装置设置与所述光滑管壁结构相接触。

6.根据权利要求5所述的发动机排气处理系统，其特征在于：所述热管系统的管件采用耐低温，耐尿素腐蚀的特质钢制成。

7.根据权利要求6所述的发动机排气处理系统，其特征在于：所述蒸发端包括L型蒸发管件，其中竖直的一端部上设置有安装法兰，安装法兰上设置有螺钉，在排气管上加工出孔或槽，蒸发管件的末端插入到所述孔或槽中，沿着排气的方向延伸；所述安装法兰通过所述螺钉固定到排气管的管壁上，在法兰和管壁间设置有密封件以封闭所述孔或槽。

8.根据权利要求7所述的发动机排气处理系统，其特征在于：所述安装法兰通过铸造等方式固定到蒸发管件上。

9.根据权利要求8所述的发动机排气处理系统，其特征在于：所述热管蒸发管件的远端的长度是根据不同的发动机、不同的SCR传热需求而选择的。

10.一种操作根据权利要求1-9任意一项所述的发动机排气处理系统的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S1：ECU监控位于连通管下游的温度传感器的温度信号，如果该信号表征温度大于第一值，则进行步骤S2；

步骤S2:ECU根据温度传感器的温度信号控制电机转动，从而驱动阀装置转动至关闭位置；

步骤S3：ECU继续监控位于连通管下游的温度传感器的温度信号，如果该信号表征温度小于第二值，则控制控制电机驱动阀装置转动至打开位置位置；

步骤S4：当温度传感器的温度信号表征的温度值在所述第二值与第一值之间时，ECU控制控制电机驱动蝶阀转动从而确保阀装置维持一定的开度。