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CN102242658A - 采用气体压力源的尿素喷射系统 - Google Patents

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gas pressure
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liquid
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CN2010101771747A
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吴君华
居钰生
缪雪龙
徐秀华
朱明健
孔亮
王晓勇
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Wuxi Fuel Injection Equipment Institute China Faw Group Corp
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Abstract

一种采用气体压力源的尿素喷射系统，包括尿素罐、过滤器、尿素喷嘴、压力传感器、温度传感器，电控单元，其特征在于：系统中包括一个与系统主管道相连的气体压力源和调压稳压器，利用稳定的气体压力给用于喷射的尿素溶液加压，系统内不设置电动尿素泵。该系统结构简单、压力稳定，喷射计量精度高。

Description

采用气体压力源的尿素喷射系统
技术领域
本发明涉及一种用于柴油机排气后处理的尿素喷射系统，它属于内燃机废气净化系统；更具体地说，涉及一种采用气体压力源向柴油机排气系统喷射尿素溶液，用于降低柴油机NOx排放的SCR(Selective Catalyst Reduction)选择性催化还原系统。
背景技术
为了实现尿素喷射，现有的SCR尿素喷射系统普遍采用直流电动泵对尿素溶液加压。在汽车和其他车船中都需要由蓄电池向该电动泵供电，加大了蓄电池电能的损耗。有的现有技术，如日本博世株式会社的CN1965153A(WO2005/106220)专利还采用电加热器加热尿素溶液，更加大了蓄电池电能的损耗。个别现有技术，如德国西门子公司的US6273120B1专利说明书公布了一种备有气源的尿素溶液喷射系统。其中尿素溶液在空气的辅助作用下进行喷射，但仍采用电动的尿素泵给尿素溶液加压，电池的能耗仍相当大。而且，由于尿素泵的压力波动，喷射量的准确性和稳定性较差。
国际标准ISO22241-1规定了用于柴油机的NOx还原剂AUS32的质量要求。这是一种尿素含量为32.5％的尿素水溶液，其初始结晶温度为-11.5℃。为了防止温度过低时尿素溶液结冰，需要采用加热器对尿素溶液加热。现有技术都采用电加热的方法，由蓄电池对加热器供电，增加了蓄电池的能耗。
现有技术一般将尿素喷嘴直接安装在发动机排气管上的混合器处。由于排气温度很高，会造成尿素喷嘴过热损坏。美国清洁柴油技术(Clean Diesel Technologies)公司的US6279603B1专利提出了利用尿素溶液冷却尿素喷嘴的技术方案。经加热后的尿素溶液流回尿素箱，发挥了加热尿素溶液的作用。但是当环境温度过高，或加热作用过强时，有必要冷却尿素溶液，以免过热分解，放出氨气。目前现有技术尚未提供可行的冷却方法。
发明内容
为了解决现有技术蓄电池能耗过高的问题，本发明提供了一种新的采用气体压力源的SCR尿素喷射系统。
本发明所采用的技术方案是：设计一种用于柴油机排气后处理的SCR尿素喷射系统，它包括尿素罐、过滤器、尿素喷嘴、压力传感器、温度传感器，电控单元，其主要特征在于：系统中包括一个与系统主管道相连的气体压力源和调压稳压器，利用稳定的气体压力给用于喷射的尿素溶液加压，系统内不设置电动尿素泵。上述气体压力源分为两种：一种是高压储气瓶，例如高压氮气瓶。其压力一般为15～50MPa，最高可达100MPa以上，其优点是体积较小。由于受到有关高压容器使用安全法规的限制，这种采用高压储气瓶的尿素喷射系统只适用于航空和导弹测控方面的特种车辆。第二种气体压力源包括小型空气压缩机和压缩空气储气罐，其中空气压缩机的出口压力通常是8kgf/cm2(0.8MPa)。这种方案适用于各种车船，对于采用气刹车的汽车，可以利用原有的空压机和储气罐。
1.本发明的其他技术特征是：所述的尿素罐为压力容器，由气体压力源提供压力，尿素罐的工作压力是0.5～1.0MPa。在所述的尿素罐上装有温度传感器、液位传感器和利用发动机废气加热尿素溶液的热交换器；上述热交换器由进气管、散热管和出气管组成，固定在尿素罐下部；进气管与发动机的排气管连接，管路上安装加热开关电磁阀，将部分废气引入上述热交换器中，废气在加热了尿素溶液后由出气管排出。另外，在所述的尿素喷射系统中包括尿素喷嘴冷却装置，它由冷却器体、冷却温度控制阀、冷却剂入口、冷却剂出口组成；冷却剂入口及冷却剂出口分别与汽车的空调装置连接，利用汽车空调冷却剂冷却尿素喷嘴。还有一个特征是系统中的气体压力源压力、尿素溶液喷射压力、尿素溶液温度、尿素罐的液位等参数都反馈给电控单元，并由电控单元根据设定的程序控制加热开关电磁阀调节尿素溶液的温度，控制冷却温度控制阀的开度来调节尿素喷嘴的温度。
本发明的优点和有益效果是：首先，由于尿素喷射系统中采用了气体压力源和调压稳压器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稳定，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。其次，本发明采用了利用发动机废气加热尿素溶液的热交换器和利用汽车空调冷却剂冷却尿素喷嘴的冷却装置，又可以通过电控单元控制尿素溶液的温度，从而实现系统优化控制的目标。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明采用高压氮气瓶的系统示意图。
图2是本发明采用空气压缩机和储气罐的系统示意图。
图3是装有加热装置的尿素罐。
图中8、高压氮气瓶，9、尿素罐，10、储气罐，11、充气阀，12、减压阀，13、电控单元，14、压力传感器，15、液位传感器，16、温度传感器，17、加热开关电磁阀，18、废气入口管，19、散热管，20、尿素罐开关阀，21、过滤器，22、尿素喷嘴，23、冷却器体，24、冷却液控制阀，25、冷却剂入口管、26、冷却剂出口管，27、排气管。
具体实施方式
本发明是一种采用气体压力源的尿素喷射系统，其中气体压力源可以是一种高压储气瓶，或者是空气压缩机和储气罐。第一种实施例如图1所示。该实施例中的高压储气瓶是一个高压氮气瓶8，工作压力35MPa。第二种实施例如图2所示。在图2中，由小型空气压缩机经充气阀11向储气罐10充气，作为气体压力源。工作压力为0.8MPa。两种实施例除气体压力源不同外，其余部分的工作原理相同。按国际标准ISO22241-1配制的尿素溶液储存在尿素罐9中。尿素罐9为压力容器，由气体压力源加压，本实施例选用的尿素罐容积是40L。在压力的作用下，尿素溶液经尿素罐开关阀20和过滤器21进入尿素喷嘴22，在电控单元13的控制下将定量的尿素溶液喷入排气内，尿素溶液在一定温度下水解为氨气，氨气在催化剂作用下将排气内的NOx排放还原为氮气，达到降低排气内NOx的效果。尿素冷却装置30由冷却剂入口管25、冷却液控制阀24、冷却剂出口管26和冷却器体23构成，用来冷却与发动机排气管27直接相连而温度升高尿素喷嘴22。冷却剂入口管25与汽车空调的高压管相连，冷却剂出口管26与空调低压管相连。温度控制阀24由电控单元控制开度，通过调节冷却剂的量而实现对尿素喷嘴温度的控制，防止尿素喷嘴22过热损坏。尿素罐9上安装有压力传感器14，测量尿素溶液的压力并反馈给电控单元；在尿素罐上安装有液位传感器15，测量尿素溶液的液位高度；在尿素罐上还装有温度传感器16，测量尿素溶液的温度并反馈给电控单元；采用废气加热尿素溶液的温度，热交换器由加热开关阀17、废气入口管18和散热管19组成，固定在尿素溶液箱下部；进气管与发动机的排气管连接，管路上安装加热开关电磁阀，将部分废气引入上述热交换器中，废气在加热了尿素溶液后由排气管27排出。
图3是装有加热装置的尿素罐。尿素喷嘴22的启闭由电控单元控制，进行喷射。通过控制尿素喷嘴的开启时间来决定尿素溶液的喷射量。本系统图3中压力传感器14、温度传感器15测得的信号和发动机上测得的油温、水温、负荷、转速等各种信号一起传输给发动机电控单元13。然后再根据电控单元输出的控制信号控制尿素喷嘴22的喷射次数与喷射量、加热开关电磁阀17的开关、冷却液控制阀24的开度。本发明中尿素喷射系统的控制装置和控制方法属于现有技术，因此在本说明书中不再详细说明。

Claims (7)

1.一种采用气体压力源的尿素喷射系统，包括尿素罐、过滤器、尿素喷嘴、压力传感器、温度传感器，电控单元，其特征在于：系统中包括一个与系统主管道相连的气体压力源和调压稳压器，利用稳定的气体压力给用于喷射的尿素溶液加压，系统内不设置电动尿素泵。
2.根据权利要求1所述的采用气体压力源的尿素喷射系统，其特征在于所采用的气体压力源是一种高压储气瓶。
3.根据权利要求1所述的采用气体压力源的尿素喷射系统，其特征在于所采用的气体压力源包括小型空气压缩机和压缩空气储气罐。
4.根据权利要求1所述的采用气体压力源的尿素喷射系统，其特征是所述的尿素罐为压力容器，由气体压力源提供压力，尿素罐的工作压力是0.5～1.0MPa。
5.根据权利要求1所述的采用气体压力源的尿素喷射系统，其特征是在所述的尿素罐上装有温度传感器、液位传感器和利用发动机废气加热尿素溶液的热交换器；上述热交换器由进气管、散热管和出气管组成，固定在尿素罐下部；进气管与发动机的排气管连接，管路上安装加热开关电磁阀，将部分废气引入上述热交换器中，废气在加热了尿素溶液后由出气管排出。
6.根据权利要求1所述的采用气体压力源的尿素喷射系统，其特征是在所述的尿素喷射系统中包括尿素喷嘴装置，它由冷却器体、冷却温度控制阀、冷却剂入口、冷却剂出口组成；冷却剂入口及冷却剂出口分别与汽车的空调装置连接，利用汽车空调冷却剂冷却尿素喷嘴。
7.根据权利要求1所述的采用气体压力源的尿素喷射系统，其特征是系统中的气体压力源压力、尿素溶液喷射压力、尿素溶液温度、尿素罐的液位等参数都反馈给电控单元，并由电控单元根据设定的程序控制加热开关电磁阀和冷却温度控制阀的开度，从而调节尿素溶液的温度。
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