CN104005819A - 一种双尿素压力容器气压式尿素计量喷射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双尿素压力容器气压式尿素计量喷射系统，系统中具有分别与压缩空气源相连接作为尿素供给装置的第一尿素压力容器和承担尿素喷射功能第二尿素压力容器；第一尿素压力容器和第二尿素压力容器均有电磁阀与压缩空气源连接并置有放空电磁阀；第一尿素压力容器和第二尿素压力容器通过电磁阀连接；第一尿素压力容器与尿素供给装置连接；第二尿素压力容器与尿素喷出机构连接；控制器与各电磁阀电气连接并控制其开断，并通过进、排气电磁阀调节来产生恒定的空气压力用于给喷尿素溶液加压。本发明系统的尿素喷嘴入口处的压力恒定，显著地减小了尿素溶液脉冲喷射造成的管内压力波，提高了尿素溶液喷射量的计量准确性和稳定性。
Description
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作为动力向柴油机排气系统喷射尿素溶液，用于降低柴油机NOx排放的选择性催化还原SCR系统。
背景技术
为了实现尿素喷射，现有的SCR尿素喷射系统基本采用两种喷射方式：气助式与非气助式。其工作原理为采用直流电动泵对尿素溶液加压。在道路与非道路车辆与船舶的应用中都需要由蓄电池向该电动泵供电，需要大量蓄电池能耗。最近提出的气压式尿素喷射系统如CN102032029A专利、CN102242658A专利、CN101975103A专利采用气压源作为动力将尿素溶液加到一定的压力后，通过控制尿素喷嘴的电磁阀占空比达到喷射计量目标。这些系统虽然从原理上是可行的，但在实际应用中存在很多问题，并不实用。而且对成本、材料要求、安全性、可靠性与结构设计上都有很大的改进空间。
发明内容
为了解决现有技术蓄电池能耗过高的问题以及气压式尿素喷射计量装置设计中的不足，本发明提供了一种采用气体压力源的新型结构SCR尿素喷射系统。
本发明的目的是通过如下手段实现的：
一种双尿素压力容器气压式尿素计量喷射系统，通过调节尿素喷嘴电磁阀的占空比来计量尿素的喷射量，包括尿素供给装置、压缩空气源、尿素喷出机构和控制器，其特征在于，系统中具有分别与压缩空气源相连接作为尿素供给装置的第一尿素压力容器和承担尿素喷射功能第二尿素压力容器；第一尿素压力容器和第二尿素压力容器均有电磁阀与压缩空气源连接并置有放空电磁阀；第一尿素压力容器和第二尿素压力容器通过电磁阀连接；第一尿素压力容器与尿素供给装置连接；第二尿素压力容器与尿素喷出机构连接；控制器与各电磁阀电气连接并控制其开断，并通过进、排气电磁阀调节来产生恒定的空气压力用于给喷尿素溶液加压。
尿素压力容器的工作压力为0.8～1.0MPa，设置计量喷射控制单元调节第一尿素压力容器的电磁阀与第二尿素压力容器的电磁阀使得当第一压力容器为第二压力容器供给尿素溶液时，第一压力容器压力略高于第二尿素压力容器中的压力。
尿素压力容器、尿素供给装置内及物料管路上设置有与控制器并受其控制的液位探测单元、温度探测和加热执行单元。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。
本发明方案适用于各种道路与非道路车辆及船舶，对于采用空气刹车的商用车，可以利用原有的空压机和储气罐。
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恒定，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。
附图说明
图1是本发明采用双尿素压力容器气压式尿素计量喷射系统示意图。
1、压缩空气入口；2、储气罐；3、压缩空气出口；4、空气滤清器；
5、加热继电器开关与尿素箱加热电阻丝；6、尿素箱温度传感器；7、尿素水溶液过滤器；8、尿素水溶液面；9、尿素水溶液位传感器；10、尿素箱；11、尿素喷嘴；12、尿素管路；13、加热继电器与尿素管路加热电阻丝；14、尿素压力容器I压力传感器；15、尿素压力容器I液位传感器；16、尿素压力容器I加热继电器与加热电阻丝；17、尿素压力容器I；18、尿素压力容器II；19、尿素压力容器开关电磁阀；20、尿素压力容器开关电磁阀；21、尿素压力容器I尿素液面；22、尿素压力容器II尿素液面；23、尿素压力容器II压力传感器；24、尿素压力容器II液位传感器；25、尿素压力容器II加热继电器与加热电阻丝；26、尿素压力容器II进气电磁阀；27、尿素压力容器II放气电磁阀；28、尿素压力容器I/II放气管端头；29、尿素压力容器I真空气泵；30、尿素压力容器I进气电磁阀；31、尿素压力容器I放气电磁阀；32、尿素管路；33、电控单元；34、电控单元输入信号；35、电控单元输出信号；36、尿素泵腔内温度传感器；37、尿素加注口；38、尿素泵；39、发动机冷却液入口(用于冷却尿素喷嘴)；40、发动机冷却液出口(用于冷却尿素喷嘴)。41、发动机CAN总线信号输入。
所有的传感器输入信号6、9、38、14、15、23、24连接到电控单元33的输入端34，所有的继电器开关与电磁阀执行器连接到电控单元33的输出端35。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
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，两种方式其工作原理类似。现以空气压缩机和储气罐实施为例。
由小型空气压缩机经压缩空气入口向储气罐2充气。作为车辆用气体压力源，工作压力一般为0.8～1.0MPa。17为尿素压力容器I，本实施例选用的尿素压力容器I容积是1L，气体压力源和尿素压力容器及相关阀系构成尿素泵。尿素压力容器I进气电磁阀30处于关闭状态，尿素压力容器I、II连接开关电磁阀19处于关闭状态，尿素压力容器I放气电磁阀30处于打开状态，尿素压力容器I开关电磁阀20打开，尿素压力容器I中安装的空气真空泵29抽走压力容器I中的部分空气形成一定的真空度，尿素箱10中的尿素在压差的作用下被抽到尿素压力容器I中，当尿素压力容器I液位传感器15检测到尿素溶液上升到一定的高度后，这时关闭尿素压力容器I同尿素箱10连接的开关电磁阀20，并关闭尿素压力容器I的电磁阀30。同时打开尿素压力容器I的进气电磁阀30与连接尿素压力容器II的开关电磁阀19。在高压空气的作用下将尿素压力容器I中的尿素压入尿素压力容器II中，然后关闭尿素压力容器I与尿素压力容器II的连接开关电磁阀19。尿素压力容器II通过尿素管路12同尿素喷嘴11连接。尿素压力容器II内的空气压力通过尿素压力容器II的进气电磁阀26与放气电磁阀27调节至恒定的压力。这样使压力容器II中尿素的压力始终保持恒定的压力，建立恒定的压力容器II内部压力。根据从CAN总线41得到的发动机工况信息，电控单元计算需要的尿素喷射量，通过调节尿素喷嘴电磁阀的占空比来计量尿素的喷射量。压力容器I承担所需尿素供给功能，压力容器II承担尿素喷射计量功能。所有的阀门与空气真空泵由电控单元33调节。
当尿素泵停止工作时，通过打开电磁阀19与20，尿素压力容器I与II中的尿素在压力差的作用下压回到尿素箱10中。关闭压力容器II的电磁阀20，同时启动空气真空泵，并打开电磁阀27与尿素喷嘴电磁阀11，尿素管道12中残余的尿素在压差的作用下抽回至尿素压力容器AB段的容器腔内。关闭电磁阀27、11，并同时打开电磁阀19与28，容器腔AB内的尿素在压差的作用下被压回至尿素箱10中。
尿素压力容器I及尿素压力容器II上均装有电加热丝16、26，其内部安装温度传感器26与液位传感器15、24，压力传感器14、23，相关的尿素管道加热丝，由电控单元33控制。
尿素冷却装置由冷却剂入口管39、冷却剂出口管40用来冷却尿素喷嘴11，防止尿素喷嘴11过热损坏。尿素罐10上安装有液位传感器9，测量尿素溶液的液位高度；在尿素罐上还装有温度传感器40，测量尿素溶液的温度并反馈给电控单元33；采用加热继电器开关与尿素箱加热电阻丝5(或发动机冷却液)加热尿素箱中的尿素。
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 (3)
1.一种双尿素压力容器气压式尿素计量喷射系统，通过调节尿素喷嘴电磁阀的占空比来计量尿素的喷射量，包括尿素供给装置、压缩空气源、尿素喷出机构和控制器，其特征在于，系统中具有分别与压缩空气源相连接作为尿素供给装置的第一尿素压力容器和承担尿素喷射功能第二尿素压力容器；第一尿素压力容器和第二尿素压力容器均有电磁阀与压缩空气源连接并置有放空电磁阀；第一尿素压力容器和第二尿素压力容器通过电磁阀连接；第一尿素压力容器与尿素供给装置连接；第二尿素压力容器与尿素喷出机构连接；控制器与各电磁阀电气连接并控制其开断，并通过进、排气电磁阀调节来产生恒定的空气压力用于给喷尿素溶液加压。
2.根据权利要求1所述之双尿素压力容器气压式尿素计量喷射系统，其特征在于，所述尿素压力容器的工作压力为0.8～1.0MPa，设置计量喷射控制单元调节第一尿素压力容器的电磁阀与第二尿素压力容器的电磁阀使得当第一压力容器为第二压力容器供给尿素溶液时，第一压力容器压力略高于第二尿素压力容器中的压力。
3.根据权利要求1所述之双尿素压力容器气压式尿素计量喷射系统，其特征在于，尿素压力容器、尿素供给装置内及物料管路上设置有与控制器并受其控制的液位探测单元、温度探测和加热执行单元。
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