专利名称：以排气温度为变量的车载scr计量喷射系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种以排气温度为变量的车载SCR尿素还原剂 的计量喷射控制系统，应用于汽车发动机行业，满足了欧4以上的环 保辅助要求。
技术背景
汽车发动机排气中的有害成分主要是PM、 NOx、 HC及CO等。 在过去2 3年里，低排放发动机已经成为人们争论、关心、甚至渴望 实现的一个理想。
美国国家环保局(EPA) 2007排放法规要求汽车制造商同时减少 废气的颗粒(PM)和氮氧化物(Nox)两种污染物。这需要有相当 的技巧，解决这个问题没有什么捷径可走。按传统的方法，减少一种 污染势必导致另一种污染的增加。汽车制造商似乎已经陷入了困境。
在排放法规的压力下， 一方面车用柴油机正不断进行技术升级和 改进，另一方面，选择恰当的后处理技术策略和装备，例如，SCR、 DPF、 DOC等。
SCR技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH3，作为还原剂的 NH3和发动机排气中的NOx在催化剂和温度的综合作用下进行反应， 理想工况下生成无毒的N2和H20，从而达到净化的目的。SCR技术 自70年代开始在国外作为发电厂等的固定源使用的脱硝技术而进行了开发和广泛应用。为应对新的环保法规的要求，国外从90年已开 始把SCR技术成功移植到柴油汽车上，并相应进行了 SCR催化剂工 艺技术和尿素还原剂的开发验证，实现了工业化应用，例如，欧洲和 日本。目前，欧洲的大多数制造商已经开始坚定不移的采用SCR技 术来实现欧4和欧5标准。
国外如此热衷于SCR技术的原因，主要是SCR具有很多优点， 例如，可以在排气温度250 550°C的范围内具有50 85%的NOx 去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能轻松满足欧4和欧 5水平，也具有达到欧6水平的潜力；目前达到欧4采用的SCR技术， 发动机的燃油耗可降低3 6%; SCR催化剂不含有贵金属，成本相 对较低；SCR对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感。基于以上分 析，SCR后处理技术也最适合中国的车辆状况和车用燃油状况。
如果2008年在中国推广应用车载SCR后处理技术，必须解决好 尿素还原剂供应、尿素还原剂的剂量、尿素还原剂的雾化喷射、SCR 催化剂转换效率、氨气泄露量等至关重要的技术难点。上述各点都涉 及到尿素还原剂的问题。在这些问题中，尿素还原剂的计量控制和雾 化喷射是一个关键点。它涉及到催化剂表面的堵塞问题、催化剂活性 问题、尿素还原剂腐蚀和结焦堵塞喷嘴的问题。
根据国外公司的做法，通常是采用标准的ECU和DCU电子模块， 并同车载电脑进行通讯兼容。但系统的成本高昂，国内的汽车生产企 业和汽车用户很难接受。
在系统控制参数的选取中，可以选用以NOX或温度作为主控参数，各自有其优缺点。例如，采用NOX传感器来测定NOX作为主 控参数，反馈调节控制SCR前端的尿素还原剂喷量的技术方案，具 有精度高的优点；但是NOX传感器的精度较差，误差10~15%，时 间滞后8 15s，而且NOX传感器易受到柴油燃料中硫的影响。目前 来讲，NOX传感器还不能国产，都需要进口，成本很高。
但也可以选用热电偶来测定SCR某点的温度作为主控参数，反 馈调节控制SCR前端的尿素还原剂喷量的技术方案，虽然没有NOX 传感器科学合理，但测量的精度高，误差0.5 1.5°C，时间响应快几 乎没有时间滞后，对柴油燃料中硫的影响可以忽略。目前来讲，精密 热电偶完全可以国产化，不需要进口，成本很低。
在参数转化中，其特征在于选取智能PID控制器和自编计算机程 序同构成所述的计量喷射控制系统来控制的电磁计量隔膜泵。
根据发动机燃烧分析，发动机尾气中的NOX主要来自三个方面 (1)空气中的氮气在高温下氧化成NOX; (2)柴油燃料中的含氮化 合物燃烧中生成的NOX; (3)润滑油中含氮成分的微量挥发。所有 上述三个方面都是温度的函数，即随着温度的升高，生成更多的 NOX。为此，完全可以采用温度作为控制和反馈的参数来决定尿素 还原剂的喷射量，实现SCR同步去除NOX的目的。
从化学计算的角度分析，尿素还原剂在温度高于15(TC以上都会 分解放出氨气，以实现对NOX的清除。但是，发动机处于冷启动、 怠速或燃烧不充分阶段运转时，温度通常保持在15(TC以下，此时也 能生成较多的HC和PM，这些成分能对SCR催化剂的微观孔道产生堵塞问题，造成SCR转化效率下降。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种以排气温度为变量的车载SCR 尿素还原剂的计量喷射控制系统，由于尿素还原剂水溶液能在低温下 部分去除HC和PM,防止SCR催化剂堵塞失活，在SCR后处理器 入口端或出口端设有精密温度探头，并由智能PID控制器和自编计算 机程序同温度控制单元产生温度控制反馈信号；以温度信号控制电磁 计量隔膜泵的流量，从车辆启动就开始启动控制和剂量喷射动作，使 尿素还原剂箱中经过过滤后的尿素还原剂按照一定剂量输出，并分解 出NH3在SCR催化剂表面同尾气中的NOX反应，完成无害化处理， 替代ECU和DCU，节约成本。
本实用新型的技术方案是这样实现的 一种以排气温度为变量的 车载SCR尿素还原剂的计量喷射控制系统，包括发动机进气歧管、 汽车发动机、发动机排气歧管、发动机排气管、SCR后处理器联结件、 SCR后处理器入口端扩张管、SCR后处理器、SCR后处理器出口端 锥管、发动机排气尾管；其特征在于由尿素还原剂输送管路系统和 压縮空气输送管路系统两部分构成，尿素还原剂输送管路系统中精密 热电偶与智能PID控制器和自编计算机程序构成的温度控制单元线 路相连安装在SCR后处理器入口端扩张管，以温度信号控制的电磁 计量隔膜泵连接在管路上与带有液位刻线标识的尿素还原剂箱之间 设有减压阀和尿素还原剂过滤器；在电磁计量隔膜泵的输出端设有防 止尿素还原剂回流的单向阀；压縮空气输送管路系统中尿素还原剂嘴放置在SCR后处理器的前端，二腔的气液混合单元与空气动力源 之间连接有防止空气回流单向阀、压縮空气过滤器、减压阀、压力表 和阀门。
精密热电偶也可以安装在SCR后处理器出口端锥管上。 所述的电磁计量隔膜泵也可以选用精密柱塞泵和齿轮泵。 分体式尿素还原剂喷嘴和二腔的气液混合单元组成尿素还原剂 喷射单元。
本实用新型的积极效果是采用可靠性很高和价廉的工业热电偶 测量的温度作为主控参数，以温度参数作为变量，智能PID控制器和 自编计算机程序启动电磁计量隔膜泵，使尿素还原剂在二腔混合单元 中充分雾化，用喷嘴喷入SCR前端，达到消除NOX的目的；其成本 相当于进口系统的约1/3—1/4，可靠性高，容易依靠国内资源实现工 业化应用。
图1为本实用新型的结构示意图2为本实用新型另一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1对本实用新型做进一步的描述如图1所示，一 种以排气温度为变量的车载SCR尿素还原剂的计量喷射控制系统，
包括发动机进气歧管1、汽车发动机2、发动机排气歧管3、发动机 排气管4、 SCR后处理器联结件5、 SCR后处理器入口端扩张管6、 SCR后处理器7、 SCR后处理器出口端锥管8、发动机排气尾管9;其特征在于由尿素还原剂输送管路系统和压縮空气输送管路系统两 部分构成，尿素还原剂输送管路系统中精密热电偶10与智能PID控
制器和自编计算机程序构成的温度控制单元11线路相连安装在SCR 后处理器入口端扩张管6，以温度信号控制的电磁计量隔膜泵12连 接在管路上与带有液位刻线标识的尿素还原剂箱15之间设有减压阀 13和尿素还原剂过滤器14;在电磁计量隔膜泵12的输出端设有防止
尿素还原剂回流的单向阀16;压縮空气输送管路系统中尿素还原剂
喷嘴17放置在SCR后处理器7的前端，二腔的气液混合单元18与
空气动力源之间连接有防止空气回流单向阀19、压縮空气过滤器20、
减压阀21、压力表22和阀门23。
精密热电偶10也可以安装在SCR后处理器出口端锥管8上。 电磁计量隔膜泵12也可以选用精密柱塞泵和齿轮泵代替。 分体式尿素还原剂喷嘴17和二腔的气液混合单元18组成尿素还
原剂喷射单元。
首先由温度热电偶IO来测定SCR后处理器入口端扩张管6的炙 热的尾气的温度，对于柴油机从启动或怠速状态下的温度范围会在 0~550°C;把此测定的温度反馈到智能PID控制器和自编计算机程序 控制温度单元11，以温度信号为输入参数来控制的电磁计量隔膜泵 12，隔膜泵12可以选择柱塞泵、微型齿轮泵和隔膜泵，考虑到柱塞 泵和齿轮泵在输送尿素还原剂过程中存在零件磨损问题而使剂量的 准确度下降，因此，隔膜泵为首选，而隔膜泵的型号又包括液动方式、 气动方式和电磁方式，其中电磁方式的隔膜泵可以实现同温度信号的协调和控制反馈，因此采用电磁隔膜泵。按照采用标准质量流量计标
定的温度一尿素还原剂流量曲线剂量尿素还原剂；在二腔的气液混合 单元18中，按调整的空气压力和流量，尿素还原剂和空气进行混合 汽化，此混合气通过尿素还原剂喷嘴17喷射在SCR后处理器的前端; 尿素还原剂在一定的温度下分解出NH3，最终在SCR催化剂的作用 下使尾气无害化处理。单向阀16和19是防止液体或气体反向流动； 过滤器14和20是为了保证气体和液体的精度，防止尿素还原剂喷嘴 微孔的堵塞；减压阀13和21用于设定气体和液体的压力范围，达到 尿素还原剂最佳雾化的效果。
如图2所示的一种以排气温度为变量的车载SCR尿素还原剂的 计量喷射控制系统中精密热电偶10的位置是在SCR后处理器出口端 锥管8的位置，此时测量的温度代表SCR后处理器载体的当时的温 度，也就是更接近催化剂表面的温度水平，可能具有与图1所述的系 统布置不同的温度地图(map)分布，例如，温度可能会相差1 6°C， 但在发动机较长时间运转中，NOX的转化率相差很小。在电磁计量 隔膜泵12的输出端设有防止尿素还原剂回流的单向阀16;尿素还原 剂喷嘴17放置在SCR后处理器的前端，经过单向阀流入二腔的气液 混合单元18;经过过滤器20和压力调节后的压縮空气也流入二腔的 气液混合单元18;尿素还原剂和空气的混合气体经过喷嘴喷入SCR 后处理器7的前端。
权利要求1、一种以排气温度为变量的车载SCR计量喷射系统，包括发动机排气歧管(1)、汽车发动机(2)、发动机排气歧管(3)、发动机排气管(4)、SCR后处理器联结件(5)、SCR后处理器入口端扩张管(6)、SCR后处理器(7)、SCR后处理器出口端锥管(8)、发动机排气尾管(9)；其特征在于由尿素还原剂输送管路系统和压缩空气输送管路系统两部分构成，尿素还原剂输送管路系统中精密热电偶(10)与温度控制单元(11)线路相连安装在SCR后处理器入口端扩张管(6)上，以温度信号控制的电磁计量隔膜泵(12)连接在管路上与带有液位刻线标识的尿素还原剂箱(15)之间设有减压阀(13)和尿素还原剂过滤器(14)；在电磁计量隔膜泵(12)的输出端设有防止尿素还原剂回流的单向阀(16)；压缩空气输送管路系统中尿素还原剂喷嘴(17)放置在SCR后处理器(7)的前端，二腔的气液混合单元(18)与空气动力源之间连接有防止空气回流单向阀(19)、压缩空气过滤器(20)、减压阀(21)、压力表(22)和阀门(23)。
2、 根据权利要求1所述的一种以排气温度为变量的车载SCR计 量喷射系统，其特征在于所述的精密热电偶(10)也可以安装在SCR 后处理器出口端锥管(8)上。
3、 根据权利要求1所述的一种以排气温度为变量的车载SCR计 量喷射系统，其特征在于所述的电磁计量隔膜泵(12)也可以选用精 密柱塞泵和齿轮泵。
4、根据权利要求1所述的一种以排气温度为变量的车载SCR 计量喷射系统，其特征在于所述的分体式尿素还原剂喷嘴(17)和二腔的气液混合单元(18)组成尿素还原剂喷射单元。
专利摘要本实用新型涉及一种以排气温度为变量的车载SCR计量喷射系统，其特征在于精密热电偶与温度控制单元线路相连安装在SCR后处理器入口端扩张管上，电磁计量隔膜泵连接在管路上与尿素还原剂箱之间设有减压阀和尿素还原剂过滤器；在电磁计量隔膜泵的输出端设有单向阀；尿素还原剂喷嘴放置在SCR后处理器的前端，二腔的气液混合单元与空气动力源之间连接有单向阀、压缩空气过滤器、减压阀、压力表和阀门。采用热电偶测量的温度，以温度参数作为变量，智能PID控制器和自编计算机程序启动电磁计量隔膜泵，使尿素还原剂在二腔混合单元中充分雾化，达到消除NO<sub>X</sub>的目的；其成本相当于进口系统的约1/3-1/4，可靠性高，实现工业化应用。
文档编号F01N9/00GK201292881SQ20082007190
公开日2009年8月19日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者刘国军, 孙国庆, 龙 崔, 张克金, 张苡铭, 王金民, 郭英俊, 铭 钟 申请人:中国第一汽车集团公司;香港博达科技有限公司