專利名稱：尿素還原劑的一閥五控噴射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尿素還原劑的一閥五控噴射方法，應(yīng)用于汽車尾氣的后處理行業(yè)。
背景技術(shù)：
未來幾年內(nèi)，全球的汽車生產(chǎn)商，特別是美國和歐洲關(guān)于汽車氮氧化物NOx和微粒PM 的排放達標(biāo)方面將強制性地實施一些更嚴(yán)厲的規(guī)格，例如，歐5和歐6排放標(biāo)準(zhǔn)。在排放法規(guī)的壓力下，一方面國外的車用重負(fù)荷柴油機正不斷進行技術(shù)升級和 改進，另一方面，選擇恰當(dāng)?shù)暮筇幚砑夹g(shù)策略和裝備，例如，SCR (Selective Catalytic Reduction)催化轉(zhuǎn)化還原技術(shù)，DPF (Diesel Particulate Filter)顆粒捕捉器，DOC (Diesel Oxidation Catalyst)氧化型催化器等。SCR技術(shù)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(yīng)，理想工況下生成無毒的N2和H2O,從而達 到凈化的目的。SCR技術(shù)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(shù)而進 行了開發(fā)和廣泛應(yīng)用。為應(yīng)對新的環(huán)保法規(guī)的要求，國外從90年已開始把SCR技術(shù)成功移 植到柴油汽車上，并相應(yīng)進行了 SCR催化劑工藝技術(shù)和尿素還原劑的開發(fā)驗證，實現(xiàn)了工 業(yè)化應(yīng)用，例如，歐洲和日本。目前，歐洲的大多數(shù)制造商已經(jīng)開始堅定不移的采用SCR技 術(shù)來實現(xiàn)歐4和歐5標(biāo)準(zhǔn)。例如，在歐洲的7家主要商用汽車公司中，有5家(戴克、雷諾、 依維柯、沃爾沃和達夫)選擇SCR技術(shù)來達到歐4和歐5標(biāo)準(zhǔn)。另外兩家(斯堪尼亞和曼)則 傾向于EGR技術(shù)，但也不排斥SCR技術(shù)。以戴克集團為例，自2005年元月開始，就推出滿足 歐4和歐5標(biāo)準(zhǔn)的Actros牌重型載貨車，并給一個時髦的名字‘BlueTec’。BlueTec的后 處理方式均采用SCR技術(shù)。根據(jù)戴克的研究結(jié)果表明，SCR技術(shù)與歐3標(biāo)準(zhǔn)水平的汽車相 比，能夠節(jié)省燃油3 6%，NOx的排放可低于歐4限值，如對SCR進行進一步的優(yōu)化，達到歐 6限值也毫無問題。國外如此熱衷于SCR技術(shù)的原因，主要是SCR具有很多優(yōu)點，例如，可以在柴油車 的排氣溫度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(shù)，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?；谝陨戏治觯琒CR后處理技術(shù)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(yīng)用車載SCR后處理技術(shù)，必須解決好尿素還原劑供應(yīng)、 尿素還原劑的劑量、尿素還原劑的霧化噴射、SCR催化劑轉(zhuǎn)換效率、氨氣泄露量等至關(guān)重要 的技術(shù)難點。上述各點都涉及到尿素還原劑的問題。在這些問題中，尿素還原劑的噴射霧 化策略是一個關(guān)鍵點。它涉及到催化劑表面的堵塞問題、催化劑活性問題、還原劑效率、氨 氣逃逸以及二次污染控制等問題。對于預(yù)計實現(xiàn)國4排放的車輛，其發(fā)動機已經(jīng)完成機內(nèi)的優(yōu)化，NOx去除率在 35^40%即可滿足國4排放標(biāo)準(zhǔn)，NOx去除率在65 70%即可滿足國5排放標(biāo)準(zhǔn)。想象中只 需連接上SCR后處理裝置就可以作為國4車輛銷售，事實上面對的問題遠不止此；采用整
3套進口的SCR后處理裝置，成本高達1200(Γ15000元/套，而尿素噴射和控制部分就占到 2500^4000元，而且一旦損壞，不能保修，必須整體更換，費用用戶難以承受；但是，可以僅 僅采用進口尿素噴射和控制關(guān)鍵組建的部分，來配裝國內(nèi)的SCR后處理裝置，此時，尿素噴 射和控制部分就必須花費350(Γ5000元的成本才能買到。尿素噴射和控制部分絕對是SCR 后處理成套裝置的關(guān)鍵和核心部分。對標(biāo)國外的SCR后處理裝置中的尿素噴射和控制部分，各家采用的技術(shù)方式不 同，既有獨立的尿素噴射和控制部分，然后輸送尿素還原劑到噴嘴；也有把尿素噴射和控制 部分集成到尿素還原劑噴嘴上的，其目的都是適時適量的提供尾氣去除NOx所需要的尿素 還原劑。例如，按照理論噴量的曲線A進行，或者是按照低于理論值的曲線B進行。尿素噴射和控制部分的適時適量的提供尾氣所需要的尿素還原劑的技術(shù)，可以采 用串聯(lián)在尿素管路上的精密電磁質(zhì)量流量計來實現(xiàn)，也可以采用精密的電磁流量控制閥來 實現(xiàn)。事實上，精度高的電磁流量控制閥完全可以實現(xiàn)精密電磁質(zhì)量流量計的功能。對小量程的精密電磁質(zhì)量流量計進行試驗，依靠排氣溫度或尾氣中的NOx水平作 為模擬量來控制開啟度，完全能滿足要求，但是，目前小量程的精密電磁質(zhì)量流量計幾乎 100%是進口品，其價格通常在2000(Γ30000元/個左右，整車廠和整車用戶無法承受，國產(chǎn) 的小量程的精密電磁質(zhì)量流量計還是空白點。將來也會有產(chǎn)品面世。對小量程的精密的電磁流量控制閥進行試驗，依靠排氣溫度或尾氣中的NOx水平 作為模擬量來控制開啟度，完全能滿足要求，但是，目前小量程的精密的電磁流量控制閥幾 乎100%也是進口品，其價格通常在800(Γ15000元/個左右，整車廠和整車用戶無法承受， 國產(chǎn)的小量程的精密的電磁流量控制閥還是空白點。隨著國內(nèi)制造業(yè)整體水平的提高，這 種國產(chǎn)的小量程的精密的電磁流量控制閥將會面世，預(yù)計其價格在1500元/個以下。國產(chǎn)的小量程的精度不太高的電磁流量控制閥有大量的市場供應(yīng)，而且，價格非 常低廉，平均成本120元/個左右。國產(chǎn)的小量程的電磁流量控制閥精度不太高的主要原 因是閥芯的關(guān)鍵運動部件的材料選擇和加工精度同國外相差較大，實測結(jié)果表明，國產(chǎn)的 小量程的電磁流量控制閥的流量的精度誤差約士30%。例如，在實際的尿素還原劑噴射和控制中，根據(jù)控制策略，尿素還原劑的流量從 5、5g/min之間變化。如果選擇一個國產(chǎn)的精度不太高的電磁流量控制閥來實現(xiàn)控制，理論 設(shè)定的流量是5、5g/min，當(dāng)某個工況需要60g/min的還原劑供應(yīng)量，根據(jù)其誤差，其真實 的流量范圍可能達到42 78g/min，對于42g/min的流量，可能的結(jié)果是尿素還原劑的供應(yīng) 量不足，無法除去規(guī)定量的NOx ；而對于78g/min的流量，可能的結(jié)果是尿素還原劑的供應(yīng) 量超標(biāo)，雖然能除去規(guī)定量的N0X，但是，一定會造成NH3的過量逃逸，形成新的污染。專利號為CN200510129691. 6的‘用于控制向SCR催化劑的尿素供給的系統(tǒng)，專 利、專利號為CN200510136379. X的‘一種控制還原劑噴入來自內(nèi)燃機的含NOx廢氣流中的 方法’的專利、專利號為CN200810095099.2 ‘一種用于分布內(nèi)燃機廢氣系統(tǒng)中流動性添加 劑的裝置’的專利、專利號為CN200920045181. 4的‘一種SCR反應(yīng)裝置的引射噴氨混合機 構(gòu)’的專利、專利號為CN200810047114.6 ‘一種柴油機SCR系統(tǒng)中使用的控制添藍投放量 的控制方法及控制裝置’的專利、專利號為CN98805246.6的‘一種減少和廢氣系統(tǒng)相關(guān)聯(lián) 的貧燃料燃燒發(fā)動機的NOx排放量的方法’的專利、專利號為CN200580030812.X的‘用于
4發(fā)動機后處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)’的專利、專利號為CN200480017220.X的‘控制還原劑添加 的方法’的專利等專利，僅僅涉及到尿素還原劑劑量的信號獲取和策略、尿素還原劑噴入的 位置、噴口的形狀、管線、混合方式等方面、并沒有提出計量的實際控制辦法和手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種尿素還原劑的一閥五控噴射方法，管路上串聯(lián)電磁流量 閥或電磁比例閥以及精密機械開關(guān)，達到控制尿素還原劑劑量的目的，能滿足國4以上的 SCR標(biāo)準(zhǔn)要求，又不至于產(chǎn)生NH3逃逸量，可以取消對NH3進行氧化處理的DOC裝置，簡化車 輛配置，降低成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的，尿素還原劑的一閥五控噴射方法，其特征在于 尿素還原劑箱的管路好串聯(lián)過濾器和電磁流量控制閥或電磁比例閥，電磁流量控制閥或電 磁比例閥上設(shè)有5個出口端分別并聯(lián)精密機械開關(guān)閥，并與穩(wěn)壓閥、尿素還原劑噴嘴和排 氣管相通。
所述的電磁流量控制閥的5個出口端的精密機械開關(guān)閥或單獨，或2個一組，或3個一 組，或4個一組，或5個同時啟動，經(jīng)過精密機械開關(guān)閥的二次校準(zhǔn)后構(gòu)成31個計量水平的 控制平臺。所述的電磁流量控制閥或電磁比例閥的5個出液的出口流量不相同，分別為a、b、 c、d禾口 e時，尿素還原劑的劑量水平平臺是a、b、c、d、e、a+b、a+c、a+d、a+e、b+c、b+d、b+e、 c+d、c+e、d+e、a+b+c> a+b+d> a+b+e> b+c+d、d+c+a> a+c+e> b+c+e、b+d+e、c+d+e、a+d+e> a+b+c+d> a+c+d+e > b+c+d+e > a+b+d+e > a+b+c+e > a+b+c+d+e ；胃中，a <b<c<d<e;5yh 出口 a+b+c+d+e全開的劑量范圍低于廣20ml/min。本發(fā)明的積極效果在于采用常規(guī)的工業(yè)電磁流量控制閥或電磁流量比例閥以及 精密機械開關(guān)閥，依據(jù)不同的控制邏輯，解決了原用尿素還原劑劑量的問題，具有很高的可 靠性和實用價值。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的描述
實施例1如圖1所示，以空氣輔助和空氣動力的噴射系統(tǒng)進行描述，尿素還原劑箱2的 液體在壓力驅(qū)動下經(jīng)過管路1流經(jīng)過濾器12，管路1和過濾器12是串聯(lián)的，流經(jīng)過濾器12 的管線和電磁流量控制閥或電磁比例閥3串聯(lián)，流經(jīng)電磁流量控制閥電磁比例閥3后，在電 磁流量控制閥3的5個出口端分別并聯(lián)精密機械開關(guān)閥4、5、6、7和8，流經(jīng)電磁流量控制閥 3以及精密機械開關(guān)閥4、5、6、7和8的液體匯集到穩(wěn)壓閥9，然后從穩(wěn)壓閥9輸送到尿素還 原劑噴嘴10，在空氣輔助下噴射到排氣管14中；
來自溫度傳感器15或NOx傳感器11的信號模擬量，反饋到控制單元13，控制單元13 根據(jù)設(shè)定的控制邏輯啟動電磁流量控制閥3，分別啟動精密機械閥4，流量為a ；或精密機械 閥5，流量為b ；或精密機械閥6，流量為c ；或精密機械閥7，流量為d ；或精密機械閥8，流量 為e閥組中的1個；尿素還原劑的劑量水平平臺是或a、或b、或C、或d和或e ；其中，a < b <c<d<e ；劑量范圍低于理論需求量的廣20ml/min。滿足小流量的尿素還原劑的供給 劑量。
5
實施例2
來自溫度傳感器15或NOx傳感器11的信號模擬量，反饋到控制單元13，控制單元13根 據(jù)設(shè)定的控制邏輯啟動電磁流量控制閥3，分別同時啟動精密機械閥4，流量為a ；或精密機 械閥5，流量為b ；或精密機械閥6，流量為c ；精密機械閥7，流量為d ；或精密機械閥8，流量 為e的閥組中的2個，尿素還原劑的劑量水平平臺是或a+b、或a+c、或a+d、或a+e、或b+c、 或b+d、或b+e、或c+d、或c+e、或d+e中的1組；其中，a<b<c<d<e ；劑量范圍低于 理論需求量的廣20ml/min。滿足中小流量的尿素還原劑的供給劑量。實施例3
來自溫度傳感器15或NOx傳感器11的信號模擬量，反饋到控制單元13，控制單元13 根據(jù)設(shè)定的控制邏輯啟動電磁流量控制閥3，同時分別啟動精密機械閥4，流量為a ；精密機 械閥5，流量為b ；精密機械閥6，流量為c ；精密機械閥7，流量為d;或精密機械閥8，流量為 e的閥組中的3個，尿素還原劑的劑量水平平臺是或a+b+c、或a+b+d、或a+b+e、或b+c+d、 d+c+a>^c a+c+e>b+c+e>b+d+e>c+d+e、g a+d+e 中的 1 ；胃中，a < b < c < d < e ；劑量范圍低于理論需求量的廣20ml/min。滿足較大流量的尿素還原劑的供給劑量。實施例4
來自溫度傳感器15或NOx傳感器11的信號模擬量，反饋到控制單元13，控制單元13 根據(jù)設(shè)定的控制邏輯啟動電磁流量控制閥3，同時啟動精密機械閥4，流量為a ；精密機械 閥5，流量為b ；精密機械閥6，流量為c ；精密機械閥7，流量為d ；或精密機械閥8，流量為 e的閥組中的4個，尿素還原劑的劑量水平平臺是或a+b+c+d、或a+c+d+e、或b+c+d+e、或 a+b+d+e、或a+b+c+e ；其中，a<b<C<d<e中的1組；劑量范圍低于理論需求量的 廣20ml/min。滿足大流量的尿素還原劑的供給劑量。實施例5
來自溫度傳感器15或NOx傳感器11的信號模擬量，反饋到控制單元13，控制單元13 根據(jù)設(shè)定的控制邏輯啟動電磁流量控制閥3，同時啟動精密機械閥4，流量為a ；精密機械閥 5，流量為b ；精密機械閥6，流量為c ；精密機械閥7，流量為d ；或精密機械閥8，流量為e的 閥組中的5個，尿素還原劑的劑量水平平臺是或a+b+c+d+e ；其中，a < b < c < d < e ；劑 量范圍低于理論需求量的廣20ml/min。滿足最大流量的尿素還原劑的供給劑量。
權(quán)利要求
尿素還原劑的一閥五控噴射方法，其特征在于尿素還原劑箱的管路好串聯(lián)過濾器和電磁流量控制閥或電磁比例閥，電磁流量控制閥或電磁比例閥上設(shè)有5個出口端分別并聯(lián)精密機械開關(guān)閥，并與穩(wěn)壓閥、尿素還原劑噴嘴和排氣管相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素還原劑的一閥五控噴射方法，其特征在于所述的電磁流 量控制閥的5個出口端的精密機械開關(guān)閥或單獨，或2個一組，或3個一組，或4個一組，或 5個同時啟動，經(jīng)過精密機械開關(guān)閥的二次校準(zhǔn)后構(gòu)成31個計量水平的控制平臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素還原劑的一閥五控噴射方法，其特征在于所述的電磁 流量控制閥或電磁比例閥的5個出液的出口流量不相同，分別為a、b、c、d和e時，尿素 原齊U的齊Ufi^KW臺i a、b、 c、 d、e、 a+b、 a+c、 a+d、 a+e、 b+c、b+d、b+e、c+d、c+e、d+e、 a+b+c、a+b+d、a+b+e、b+c+d、d+c+a>a+c+e 、 b+c+e 、 b+d+e 、 c+d+e、a+d+e、 a+b+c+d、a+c+d+e、 b+c+d+e 、 a+b+d+e、 a+b+c+e 、 a+b+c+d+e 其中,a<b<c<d<e;5 個出口 a+b+c+d+e 全開的劑量范圍低于1～20ml/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尿素還原劑的一閥五控噴射方法，其特征在于尿素還原劑箱的管路串聯(lián)過濾器和電磁流量控制閥或電磁比例閥，電磁流量控制閥或電磁比例閥上設(shè)有5個出口端分別并聯(lián)精密機械開關(guān)閥，并與穩(wěn)壓閥、尿素還原劑噴嘴和排氣管相通。
所述的電磁流量控制閥的5個出口端的精密機械開關(guān)閥或單獨，或2個一組，或3個一組，或4個一組，或5個同時啟動，經(jīng)過精密機械開關(guān)閥的二次校準(zhǔn)后構(gòu)成31個計量水平的控制平臺。解決了原用尿素還原劑劑量的問題，具有很高的可靠性和實用價值。
文檔編號F01N3/24GK101922334SQ201010277030
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者候福建, 崔龍, 應(yīng)善強, 張克金, 李文祥, 王丹, 魏曉川 申請人:中國第一汽車集團公司