專利名稱：以排氣中NOx為變量的車載SCR計量噴射系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以排氣中NOx為變量的車載SCR計量噴射系統(tǒng)， 應用于汽車發(fā)動機行業(yè)，滿足了歐4以上的環(huán)保輔助要求。
背景技術：
汽車發(fā)動機排氣中的有害成分主要是PM、 NOX、 HC及CO等。 在過去2 3年里，低排放發(fā)動機已經(jīng)成為人們爭論、關心、甚至渴望 實現(xiàn)的一個理想。
美國國家環(huán)保局(EPA) 2007排放法規(guī)要求汽車制造商同時減少 廢氣的顆粒(PM)和氮氧化物(NOX)兩種污染物。這需要有相當 的技巧，解決這個問題沒有什么捷徑可走。按傳統(tǒng)的方法，減少一種 污染勢必導致另一種污染的增加。汽車制造商似乎已經(jīng)陷入了困境。
在排放法規(guī)的壓力下， 一方面車用柴油機正不斷進行技術升級和 改進，另一方面，選擇恰當?shù)暮筇幚砑夹g策略和裝備，例如，SCR、 DPF、 DOC等。
SCR技術的本質(zhì)是利用尿素在高溫下分解出NH3，作為還原劑的 NH3和發(fā)動機排氣中的NOx在催化劑和溫度的綜合作用下進行反應， 理想工況下生成無毒的N2和H20，從而達到凈化的目的。SCR技術 自70年代開始在國外作為發(fā)電廠等的固定源使用的脫硝技術而進行 了開發(fā)和廣泛應用。為應對新的環(huán)保法規(guī)的要求，國外從90年已開 始把SCR技術成功移植到柴油汽車上，并相應進行了 SCR催化劑工藝技術和尿素還原劑的開發(fā)驗證，實現(xiàn)了工業(yè)化應用，例如，歐洲和
日本。目前，歐洲的大多數(shù)造商已經(jīng)開始堅定不移的采用SCR技術 來實現(xiàn)歐4和歐5標準。
國外如此熱衷于SCR技術的原因，主要是SCR具有很多優(yōu)點， 例如，可以在排氣溫度250 550°C的范圍內(nèi)具有50 85%的NOX 去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能輕松滿足歐4和歐 5水平，也具有達到歐6水平的潛力；目前達到歐4采用的SCR技術， 發(fā)動機的燃油耗可降低3 6%; SCR催化劑不含有貴金屬，比成本 相對較低；SCR對車用燃油的質(zhì)量，特別是硫含量不敏感。基于以上 分析，SCR后處理技術也最適合中國的車輛狀況和車用燃油狀況。
如果2008年在中國推廣應用車載SCR后處理技術，必須解決好 尿素還原劑供應、尿素還原劑的劑量、尿素還原劑的霧化噴射、SCR 催化劑轉換效率、氨氣泄露量等至關重要的技術難點。上述各點都涉 及到尿素還原劑的問題。在這些問題中，尿素還原劑的計量控制和霧 化噴射是一個關鍵點。它涉及到催化劑表面的堵塞問題、催化劑活性 問題、尿素還原劑腐蝕和結焦堵塞噴嘴的問題。
根據(jù)國外公司的做法，通常是采用標準的ECU和DCU電 模塊， 并同車載電腦進行通訊兼容。但系統(tǒng)的成本高昂，國內(nèi)的汽車生產(chǎn)企 業(yè)和汽車用戶很難接受。
在系統(tǒng)控制參數(shù)的選取中，可以選用以NOx或溫度作為主控參 數(shù)，各自有其優(yōu)缺點。例如，采用NOx傳感器來測定NOx作為主控 參數(shù)，反饋調(diào)節(jié)控制SCR前端的尿素還原劑噴量的技術方案，具有精度高的優(yōu)點。目前來講，NOx傳感器還不能國產(chǎn)，都需要進口，成 本很高。但也可以選用熱電偶來測定SCR某點的溫度作為主控參數(shù)， 反饋調(diào)節(jié)控制SCR前端的尿素還原劑噴量的技術方案，但沒有NOx 傳感器科學合理。
在參數(shù)轉化中，其特征在于選取智能PID控制器和自編計算機程 序同構成所述的計量噴射控制系統(tǒng)來控制的電磁計量隔膜泵。
根據(jù)發(fā)動機燃燒分析，發(fā)動機尾氣中的NOx主要來自三個方面 (1)空氣中的氮氣在高溫下氧化成NOx; (2)柴油燃料中的含氮化 合物燃燒中生成的NOx; (3)潤滑油中含氮成分的微量揮發(fā)。為此， 完全可以采用NOx作為控制和反饋的參數(shù)來決定尿素還原劑的噴射 量，實現(xiàn)SCR同步去除NOx的目的。
從化學計算的角度分析，尿素還原劑在溫度高于15(TC以上都會 分解放出氨氣，以實現(xiàn)對NOx的清除。但是，發(fā)動機處于冷啟動、 怠速或燃燒不充分階段運轉時，溫度通常保持在15(TC以下，此時也 能生成較多的HC和PM，這些成分能對SCR催化劑的微觀孔道產(chǎn)生 堵塞問題，造成SCR轉化效率下降。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以排氣中NOx為變量的車載SCR計 量噴射系統(tǒng)，SCR后處理器入口端設有精密NOx傳感器，選取智能 PID控制器和自編計算機程序同溫度控制單元產(chǎn)生NOx控制反饋信 號；以NOx信號控制電磁計量隔膜泵的流量，使來自尿素還原劑箱 的經(jīng)過過濾后的尿素還原劑按照一定劑量輸出，經(jīng)過單向閥流入二腔的氣液混合單元；過濾和壓力調(diào)節(jié)后的壓縮空氣也流入二腔的氣液混 合單元；尿素還原劑和空氣的混合氣體經(jīng)過噴嘴噴入SCR后處理器 的前端，尿素還原劑分解出的NH3在SCR催化劑表面同尾氣中的NOx 反應，完成無害化處理，替代車載的ECU和DCU，節(jié)約成本。
本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的 一種以排氣中NOx為變量的 車載SCR計量噴射系統(tǒng)，包括發(fā)動機進氣歧管、汽車發(fā)動機、發(fā)動 機排氣歧管、發(fā)動機排氣管、SCR后處理器聯(lián)結件、SCR后處理器 入口端擴張管、SCR后處理器、SCR后處理器出口端錐管、發(fā)動機 排氣尾管；其特征在于由尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)和壓縮空氣輸送 管路系統(tǒng)兩部分構成，尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)中NOx傳感器與智 能PID控制器和自編計算機程序構成的NOx控制單元線路相連安裝 在SCR后處理器入口端擴張管，以NOx信號控制的電磁計量隔膜泵 連接在管路上與帶有液位刻線標識的尿素還原劑箱之間設有減壓閥 和尿素還原劑過濾器；在電磁計量隔膜泵的輸出端設有防止尿素還原 劑回流的單向閥；壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)中尿素還原劑噴嘴放置在 SCR后處理器的前端，二腔的氣液混合單元與空氣動力源之間連接有 防止空氣回流單向閥、壓縮空氣過濾器、減壓閥、壓力表和閥門。 電磁計量隔膜泵也可以選用精密柱塞泵和齒輪泵。 分體式尿素還原劑噴嘴和二腔的氣液混合單元組成尿素還原劑 噴射單元。
本發(fā)明的積極效果是采用精度高的NOx傳感器的NOx作為主控 參數(shù)，以NOx參數(shù)作為變量，智能PID控制器和自編計算機程序啟動電磁計量隔膜泵，使尿素還原劑在二腔混合單元中充分霧化，用噴
嘴噴入SCR前端，達到消除NOx的目的，其成本相當于進口系統(tǒng)的 約1/3—1/4，可靠性高，容易依靠國內(nèi)資源實現(xiàn)工業(yè)化應用。
圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述如圖l所示， 一種以排
氣中NOx為變量的車載SCR尿素還原劑的計量噴射控制系統(tǒng)，包括 發(fā)動機進氣歧管1、汽車發(fā)動機2、發(fā)動機排氣歧管3、發(fā)動機排氣 管4、 SCR后處理器聯(lián)結件5、 SCR后處理器入口端擴張管6、 SCR 后處理器7、 SCR后處理器出口端錐管8、發(fā)動機排氣尾管9;其特 征在于由尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)和壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)兩部分 構成，尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)中NOx傳感器10與智能PID控制器 和自編計算機程序構成的NOx控制單元11線路相連安裝在SCR后 處理器入口端擴張管，以NOx信號控制的電磁計量隔膜泵12連接在 管路上與帶有液位刻線標識的尿素還原劑箱15之間設有減壓閥13和 尿素還原劑過濾器14;在電磁計量隔膜泵12的輸出端設有防止尿素 還原劑回流的單向閥16;壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)中尿素還原劑噴嘴 17放置在SCR后處理器7的前端，二腔的氣液混合單元18與空氣動 力源24之間連接有防止空氣回流單向閥19、壓縮空氣過濾器20、減 壓閥21、壓力表22和閥門23。
電磁計量隔膜泵12也可以選用精密柱塞泵和齒輪泵。分體式尿素還原劑噴嘴17和二腔的氣液混合單元18組成尿素還 原劑噴射單元。
首先由NOx傳感器10來測定SCR后處理器入口端擴張管6的 炙熱的尾氣的NOx，對于柴油機從啟動或怠速狀態(tài)下的溫度范圍會在 0 550°C;把此測定的NOx反饋到智能PID控制器和自編計算機程序 控制NOx單元11，以NOx信號為輸入?yún)?shù)來控制的電磁計量隔膜泵 12，按照采用標準質(zhì)量流量計標定的NOx—尿素還原劑流量曲線劑量 尿素還原劑；在二腔的氣液混合單元18中，按調(diào)整的空氣壓力和流 量，尿素還原劑和空氣進行混合汽化，此混合氣通過尿素還原劑噴嘴 17噴射在SCR后處理器的前端；尿素還原劑在一定的溫度下分解出 NH3，最終在SCR催化劑的作用下使尾氣無害化。單向閥16和19 是防止液體或氣體反向流動；過濾器14和20是為了保證氣體和液體 的精度，防止尿素還原劑噴嘴微孔的堵塞；減壓閥13和21用于設定 氣體和液體的壓力范圍，達到尿素還原劑最佳霧化的效果。
權利要求
1、一種以排氣中NOX為變量的車載SCR計量噴射系統(tǒng)，包括發(fā)動機進氣歧管(1)、汽車發(fā)動機(2)、發(fā)動機排氣歧管(3)、發(fā)動機排氣管(4)、SCR后處理器聯(lián)結件(5)、SCR后處理器入口端擴張管(6)、SCR后處理器(7)、SCR后處理器出口端錐管(8)、發(fā)動機排氣尾管(9)；其特征在于由尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)和壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)兩部分構成，尿素還原劑輸送管路系統(tǒng)中NOX傳感器(10)與智能PID控制器和自編計算機程序構成的NOX控制單元(11)線路相連安裝在SCR后處理器入口端擴張管，以NOX信號控制的電磁計量隔膜泵(12)連接在管路上與帶有液位刻線標識的尿素還原劑箱(15)之間設有減壓閥(13)和尿素還原劑過濾器(14)；在電磁計量隔膜泵(12)的輸出端設有防止尿素還原劑回流的單向閥(16)；壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)中尿素還原劑噴嘴(17)放置在SCR后處理器(7)的前端，二腔的氣液混合單元(18)與空氣動力源(24)之間連接有防止空氣回流單向閥(19)、壓縮空氣過濾器(20)、減壓閥(21)、壓力表(22)和閥門(23)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種以排氣中NOx為變量的車載SCR計量 噴射系統(tǒng)，其特征在于所述的電磁計量隔膜泵(12)也可以選用精密 柱塞泵和齒輪泵。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種以排氣中NOx為變量的車載SCR計量 噴射系統(tǒng)，其特征在于所述的分體式尿素還原劑噴嘴(17)和二腔的 氣液混合單元(18)組成尿素還原劑噴射單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以排氣中NO<sub>X</sub>為變量的車載SCR尿素還原劑的計量噴射控制系統(tǒng)，其特征在于SCR后處理器入口端設有精密NO<sub>X</sub>傳感器，采用智能PID控制器和自編計算機程序，在NO<sub>X</sub>控制單元產(chǎn)生反饋信號；以NO<sub>X</sub>信號控制電磁計量隔膜泵的流量，使來自尿素還原劑箱的經(jīng)過過濾后的尿素還原劑按照一定劑量輸出，經(jīng)過單向閥流入二腔的氣液混合單元；經(jīng)過濾和壓力調(diào)節(jié)后的壓縮空氣也流入二腔的氣液混合單元；尿素還原劑和空氣的混合氣體經(jīng)過噴嘴噴入SCR后處理器的前端，尿素還原劑分解出的NH<sub>3</sub>在SCR催化劑表面同尾氣中的NO<sub>X</sub>反應，完成無害化處理，自成控制回路，替代車載ECU和DCU，節(jié)約成本。
文檔編號F01N3/20GK101660442SQ20091012976
公開日2010年3月3日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權日2008年5月28日
發(fā)明者劉國軍, 孫國慶, 龍 崔, 張克金, 張苡銘, 王金民, 郭英俊, 銘 鐘 申請人:中國第一汽車集團公司;香港博達科技有限公司