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CN105697106A - 一种用于高效scr的尿素加热装置及其使用方法 - Google Patents

一种用于高效scr的尿素加热装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种尿素加热装置及其使用方法，尤其是涉及一种用于高效SCR的尿素加热装置及其使用方法。所述装置包括温度传感器、尿素喷嘴、金属载体催化剂和SCR；温度传感器、尿素喷嘴、金属载体催化剂置于SCR之前，三者依次从前到后设置于排气管路上。本发明通过在尿素喷嘴附近增加金属载体催化剂和ECU控制加热的方法，降低高效SCR结晶风险、降低为发动机热管理所消耗的能量、实现精确控制加热温度及时间。

Description

一种用于高效SCR的尿素加热装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种尿素加热装置及其使用方法，尤其是涉及一种用于高效SCR的尿素加热装置及其使用方法。
背景技术
SCR：选择性催化还原，该技术是消除发动机排气中氮氧化物的主要技术手段。
SCR降低氮氧化物的化学反应：
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
尿素溶液经尿素喷嘴喷入排气管中，当温度在200℃以上发生热解反应产生氨气(NH3)，氨气在催化剂作用下与废气中的NOx反应，达到减少NOx排放的目的。
尿素热解反应：
(NH)2CO2→NH3+HNCO
HNCO+H2O→NH3+CO2
高效SCR技术：控制SCR的转化效率高于96％；高效SCR技术需要的尿素喷射量更高，涵盖低温区域更广，因而结晶风险也相应增加。
使用SCR技术的发动机其主要工作过程是尿素溶液经尿素喷嘴喷入排气管中，在一定温度下发生热解反应产生氨气(NH3)，氨气在催化剂作用下与废气中的NOx反应，达到减少NOx排放的目的。
尿素经过尿素喷嘴后，尿素喷雾周围温度越高，尿素热解反应越快。反之，温度越低，尿素的热解反应越慢越不充分。一旦尿素热解不充分就会形成结晶，影响整个排气后处理系统的正常工作。因此，SCR技术应用必须解决尿素结晶问题。
当发动机工作在低负荷工况时，发动机排气温度较低，需要SCR较少；但是过低的排气温度仍然容易导致尿素分解不充分，容易出现尿素结晶问题。如果通过燃油的不充分燃烧手段，能够在一定程度上提升排气温度，但是对整体排气管路的加热浪费燃油并且提升温度较慢，并容易使排放劣化。
现有技术中提供一种高SCR转化率排气温控装置，该装置中温度传感器采集SCR还原反应环境的温度。当温度低于所要求的温度时，电子控制单元驱动加热装置将该处尾气加热到所要求的温度；当温度高于所要求温度时，电子控制单元驱动冷却装置将该处尾气冷却到所要求的温度。但该装置是通过加热整个排气管路中的废气提升尿素喷嘴处的温度，加热所需时间长，响应性差，装置体积大，浪费能量。发动机排气温度比较低的工况通常所需的尿素喷射量也比较少，该技术中间接加热的方式不能根据SCR的喷射量进行调整，能量消耗大。
发明内容
为解决目前市场上使用SCR技术的发动机的尿素容易结晶、发动机热管理浪费能量多、加热效果不好的问题，本发明提供一种用于高效SCR的尿素加热装置及其使用方法，通过在尿素喷嘴附近增加金属载体催化剂和ECU控制加热的方法，降低高效SCR结晶风险、降低为发动机热管理所消耗的能量、实现精确控制加热温度及时间。
为了达到以上目的，本发明采取以下技术方案，一种用于高效SCR的尿素加热装置，包括温度传感器、尿素喷嘴、金属载体催化剂和SCR；温度传感器、尿素喷嘴、金属载体催化剂置于SCR之前，三者依次从前到后设置于排气管路上；
温度传感器，将识别的温度信号传给发动机ECU；
尿素喷嘴，喷射角度可调，喷出的喷雾正好对准金属载体催化剂；
金属载体催化剂是一种多孔式结构，能够有效增加尿素喷雾与金属载体催化剂的接触面积，加快尿素热解反应速度；其内部可通电加热，外部与整车电源连接，其通电时间由发动机ECU控制；通过控制电流的接通与断开控制金属载体催化剂的加热功能。
一种上述用于高效SCR的尿素加热装置的使用方法如下：
(1)将安装有所述装置的排气管路的入口安装在涡轮增压器之后，对于有DOC，DPF的发动机，入口安装在DOC，DPF之后；出口在SCR之前；
(2)调整尿素喷嘴的喷射角度，使尿素的喷雾正好对准金属载体催化剂，即尿素经过尿素喷嘴后，雾化的尿素直接被金属载体催化剂加热；
(3)布置在尿素喷嘴之前的温度传感器将识别的温度信号传给发动机ECU；当废气温度低于温度限值时，如果需要喷射尿素，则接通电流，金属载体催化剂通电，较高的温度能够促进尿素的热解反应，同时发动机ECU根据尿素喷射量进行调节控制加热时间；当废气温度高于特定温度限值时，废气温度可以保证SCR的转化效率处于较高水平，此时，金属载体催化剂停止通电。
该加热装置能够在发动机排气温度较低，却需要尿素喷射的工况下快速提升温度，使尿素热解充分，避免尿素结晶。在发动机排气温度较高的工况下能够智能的断开，节省能源。有效保证SCR工作在高转化效率区间。
本发明的优点是：
1.在发动机排气温度较低，却需要尿素喷射的工况下快速提升温度，使尿素热解充分，避免尿素结晶，降低高效SCR结晶风险。
2.在发动机排气温度较高的工况下能够智能的断开，节省能源，降低为发动机热管理所消耗的能量。
3.加热受ECU控制，直接解热尿素，加热时间根据尿素的喷射量智能控制，加热温度及时间可以实现精确控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图中1-温度传感器，2-尿素喷嘴，3-金属载体催化剂，4-SCR。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种用于高效SCR的尿素加热装置，包括温度传感器1、尿素喷嘴2、金属载体催化剂3和SCR4；温度传感器1、尿素喷嘴2、金属载体催化剂3置于SCR4之前，三者依次从前到后设置于排气管路上；
温度传感器1，将识别的温度信号传给发动机ECU；
尿素喷嘴2，喷射角度可调，喷出的喷雾正好对准金属载体催化剂3；
金属载体催化剂3是一种多孔式结构，内部可通电加热，外部与整车电源连接，其通电时间由发动机ECU控制；通过控制电流的接通与断开控制金属载体催化剂3的加热功能。
一种上述用于高效SCR的尿素加热装置的使用方法如下：
(1)将安装有所述装置的排气管路的入口安装在涡轮增压器之后，对于有DOC，DPF的发动机，入口安装在DOC，DPF之后；出口在SCR4之前；
(2)调整尿素喷嘴2的喷射角度，使尿素的喷雾正好对准金属载体催化剂3，即尿素经过尿素喷嘴2后，雾化的尿素直接被金属载体催化剂3加热；
(3)布置在尿素喷嘴2之前的温度传感器1将识别的温度信号传给发动机ECU；当废气温度低于温度限值时，如果需要喷射尿素，则接通电流，金属载体催化剂3通电，较高的温度能够促进尿素的热解反应，同时发动机ECU根据尿素喷射量进行调节控制加热时间；当废气温度高于特定温度限值时，废气温度可以保证SCR4的转化效率处于较高水平，此时，金属载体催化剂3停止通电。
该金属载体催化剂是一种多孔式结构，能够有效增加尿素喷雾与金属载体催化剂的接触面积，加快尿素热解反应速度；其内部可通电加热，外部与整车电源连接，其通电时间可由发动机ECU控制。该金属载体催化剂通电后，在电流作用下，金属载体催化剂逐步升温。安装时，通过调整尿素喷嘴的喷射角度，使尿素的喷雾正好对准金属载体催化剂，即尿素经过尿素喷嘴后，雾化的尿素直接被金属载体催化剂加热。
在发动机工作的过程中，根据不同的使用工况，发动机排气温度不同。布置在尿素喷嘴之前的温度传感器能够将识别的温度信号传给发动机ECU。当废气温度低于某一温度限值时，如果需要喷射尿素，则金属载体催化剂通电，较高的温度能够促进尿素的热解反应。当废气温度高于特定温度限值时，废气温度可以保证SCR的转化效率处于较高水平，此时，金属载体催化剂停止通电。
该加热装置能够在发动机排气温度较低，却需要尿素喷射的工况下快速提升温度，使尿素热解充分，避免尿素结晶。在发动机排气温度较高的工况下能够智能的断开，节省能源。有效保证SCR工作在高转化效率区间。
该加热装置受发动机ECU控制，加热时间可以根据尿素喷射量进行调节。控制的方式简单，仅需控制电流的接通与断开即可完成。
该加热装置直接加热尿素喷雾所需的加热功率小，响应迅速。

Claims (2)

1.一种用于高效SCR的尿素加热装置，其特征在于：包括温度传感器(1)、尿素喷嘴(2)、金属载体催化剂(3)和SCR(4)；温度传感器(1)、尿素喷嘴(2)、金属载体催化剂(3)置于SCR(4)之前，三者依次从前到后设置于排气管路上；
温度传感器(1)，将识别的温度信号传给发动机ECU；
尿素喷嘴(2)，喷射角度可调，喷出的喷雾正好对准金属载体催化剂(3)；
金属载体催化剂(3)是一种多孔式结构，内部可通电加热，外部与整车电源连接，其通电时间由发动机ECU控制；通过控制电流的接通与断开控制金属载体催化剂(3)的加热功能。
2.一种权利要求1所述用于高效SCR的尿素加热装置的使用方法，其特征在于：
(1)将安装有所述装置的排气管路的入口安装在涡轮增压器之后，对于有DOC，DPF的发动机，入口安装在DOC，DPF之后；出口在SCR(4)之前；
(2)调整尿素喷嘴(2)的喷射角度，使尿素的喷雾正好对准金属载体催化剂(3)，即尿素经过尿素喷嘴(2)后，雾化的尿素直接被金属载体催化剂(3)加热；
(3)布置在尿素喷嘴(2)之前的温度传感器(1)将识别的温度信号传给发动机ECU；当废气温度低于温度限值时，如果需要喷射尿素，则接通电流，金属载体催化剂(3)通电，较高的温度能够促进尿素的热解反应，同时发动机ECU根据尿素喷射量进行调节控制加热时间；当废气温度高于特定温度限值时，废气温度可以保证SCR(4)的转化效率处于较高水平，此时，金属载体催化剂(3)停止通电。
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