一种易于控制的气压式尿素计量喷射系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于柴油机排气后处理的尿素计量喷射系统，它属于柴油机尾气净化系统；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后处理系统计量喷射尿素溶液，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】
[0002]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。非气助式尿素喷射系统的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及船舶的应用中都需要由蓄电池向该电动泵供电，需要消耗大量的蓄电池电能。气助式尿素喷射系统采用气压源作为动力为尿素溶液加压，如专利CN102032029A、CN102242658A、CN101975103A中公开的气压式尿素喷射系统，尿素喷射压力不稳定，尿素喷射量计量不准确。这两种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，如尿素喷射量计量误差较大、对材料的要求较高、结构复杂、成本较高，并且尿素泵内也存在尿素结晶的隐患。
【发明内容】
[0003]为了解决现有非气助式尿素喷射系统蓄电池能耗过高的问题以及气助式尿素喷射系统设计中的不足，本发明提供了一种采用气体压力源的新型尿素计量喷射系统，该系统结构简单、小巧，零部件数量少，能耗低，成本低廉；实际应用时，尿素喷射量的计量准确性和系统稳定性、可靠性、响应特性都较好，尤其适用于满足国四及更高排放法规的中重型柴油机排气后处理领域。若利用气压式制动能量回收系统作为辅助气源，则该系统的节能减排效果将更加显著。
[0004]本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是:
[0005]一种易于控制的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溶液的喷射量，包括尿素箱、压缩空气源、气动式真空泵、尿素喷射机构和电控单元及连接管路和相应阀系，其特征在于，两套尿素供给及喷射系统，即尿素供给及喷射主系统及尿素供给及喷射辅助系统，并行设置在由压缩空气源和气动式真空泵构成的气源进口与尿素箱之间；
[0006]所述二尿素供给及喷射系统中，均具有如下的结构:连接有尿素喷射容器，尿素喷射容器的上部通过相应阀系与气源进口气路连接，其底部通过相应阀系与尿素箱液路相连；尿素喷射管路与尿素喷射容器液路相连；各尿素喷射容器内设置有电阻丝加热装置、液位及温度传感机构；
[0007]压缩空气源和气动式真空泵通过管路和相应阀系并行与二尿素供给及喷射系统气路相通；气动式真空泵的入口与压缩空气源连接，排气口与大气相通，气动式真空泵的真空口与二尿素喷射容器上部气路相通；气动式真空泵的卷吸作用提供供料动力，压缩空气源加压作用提供喷射动力；电控单元控制管路和相应阀系协调控制压缩空气的不同作用之间的相互切换使压缩空气源和气动式真空泵错时工作；
[0008]所述电控单元接受包括发动机CAN总线、二尿素供给及喷射系统及尿素箱内、尿素泵内的传感器信号，输出包括尿素喷射容器内的加热执行单元信号和各电磁阀的动作信号以及系统故障监测与诊断输出信号；电控单元根据内置控制算法控制各执行单元，从而协调控制尿素的供给、喷射、回流，及控制尿素溶液的温度。
[0009]这样，两路分系统之间通过三通接头、电磁阀相连接；利用各电磁阀协调控制来产生恒定的空气压力用于给尿素溶液加压，两个尿素喷射容器的工作压力为0.8?1.0MPa ;气动式真空泵以压缩空气源作为动力源，利用压缩空气的射流产生卷吸作用，在尿素喷射容器内建立一定的真空度，其工作压力为0.4?0.5MPa ;电控单元控制各电磁阀的特定动作，实现尿素主喷射容器与辅助喷射容器独立、共同、协调交替承担尿素供给与喷射的功能，以及将尿素喷射容器和尿素喷射管路中的剩余尿素溶液回收至尿素箱中。
[0010]电控单元的输入信号包括发动机CAN总线信号和尿素主喷射容器、辅助喷射容器、尿素箱内、尿素泵内的各传感器信号及催化反应器各传感器信号，输出信号包括尿素喷射容器内的加热执行单元信号、各电磁阀动作信号以及系统故障监测与诊断输出信号；电控单元根据内置控制算法控制各执行单元，从而协调控制尿素供给、喷射、回流及尿素溶液的温度。
[0011]尿素主喷射容器与辅助喷射容器的下段采用便于物料汇集的圆滑缩径结构，且尿素主喷射容器的容积比辅助喷射容器的小，从而实现尿素溶液的快速供给、喷射与回流。
[0012]尿素主喷射容器与辅助喷射容器通过电磁阀相连接，通过控制电磁阀的动作以实现尿素辅助喷射容器为尿素主喷射容器供料以及两者的协同喷射等功能。
[0013]气动式真空泵由压缩空气源提供动力、由电磁阀控制，利用压缩空气的射流产生卷吸作用，在尿素喷射容器内建立一定的真空度，实现尿素的供给与回流。
[0014]这样，系统中由尿素喷射容器及尿素喷射机构组成的两路分系统独立、共同、协调交替工作，每一路分系统中与压缩空气源、气动式真空泵相连接的尿素喷射容器均独立、共同承担尿素供给与喷射功能，两路分系统之间通过控制电磁阀的动作以实现尿素辅助喷射容器为尿素主喷射容器供料以及两者的协同喷射等功能。压缩空气源可采用车载小型空气压缩机、压缩空气储气罐或气压式制动能量回收系统，对于采用空气制动的商用车，可以利用原有的空压机和储气罐。利用发动机冷却液加热尿素泵内的尿素溶液，在发动机刚启动时冷却液温度较低，尿素喷射容器可采用加热电阻丝辅助加热。这种方案适用于各种道路与非道路车辆及船舶，尤其适用于满足国四及更高排放法规的中重型柴油机市场。
[0015]本发明的工作原理及过程是:通过调节尿素喷嘴电磁阀的占空比来计量尿素溶液的喷射量，压缩空气源为尿素喷射容器内的尿素溶液加压、为尿素喷射机构提供喷射动力、为气动式真空泵提供抽真空动力。当尿素主喷射容器工作时，气动式真空泵先工作，与尿素主喷射容器相连的电磁阀通电动作，尿素主喷射容器与气动式真空泵、尿素箱连通，在压差的作用下，尿素箱内的尿素溶液进入尿素主喷射容器，同时，与尿素辅助喷射容器相连的电磁阀通电动作，尿素辅助喷射容器与气动式真空泵、尿素箱连通，尿素箱内的尿素溶液同时进入尿素辅助喷射容器，当两个尿素喷射容器供料完成后，电磁阀断电，气动式真空泵停机，与尿素主喷射容器相连的电磁阀通电换向，尿素主喷射容器与压缩空气源连通，压缩空气源为尿素主喷射容器加压，尿素主喷嘴电磁阀通电时，尿素主喷射容器开始喷射尿素；当系统所需尿素量较大，尿素主喷射容器的喷射量无法满足系统需求时，与尿素辅助喷射容器相连的电磁阀通电换向，压缩空气源为尿素辅助喷射容器加压，尿素辅助喷嘴电磁阀通电，尿素主喷射容器与尿素辅助喷射容器同时喷射尿素；当尿素主喷射容器内尿素不足时，通过电磁阀的特定动作，尿素辅助喷射容器开始喷射，同时，尿素箱为尿素主喷射容器供料，供料完成后，尿素主喷射容器喷射，尿素辅助喷射容器进入待定状态；当某一路分系统发生故障无法喷射时，另一路分系统进入工作状态，完成尿素的供给与喷射。当尿素喷射结束后，气动式真空泵利用射流的卷吸作用，再将尿素喷射容器与尿素喷嘴之间管路中的尿素抽回至尿素喷射容器中，气动式真空泵停机后，通过电磁阀的动作，尿素喷射容器与压缩空气源、尿素箱连通，压缩空气源将尿素喷射容器内的剩余尿素溶液压回至尿素箱中。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是:第一，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；第二，采用两路分系统协同承担尿素供给与喷射的功能，当某一路分系统发生故障时，另一路分系统进入工作状态，继续完成尿素的供给与喷射，提高了系统的可靠性；第三，采用气体压力源作为尿素供给与喷射动力，利用发动机冷却液加热尿素，系统节能效果显著。
【附图说明】
[0017]图1是本发明采用的一种易于控制的气压式尿素计量喷射系统示意图，包括: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、稳压阀外泄口与大气相通；6、高压空气管路；7、稳压阀(调压阀/限压阀)；8、三通接头；9、二级减压阀；10、稳压空气管路；11、三通接头；12、气动式真空泵气源入口 ；13、气动式真空泵排气出口 ；14、电磁阀；15、尿素泵；16、尿素泵内温度传感器；17、气动式真空泵；18、气动式真空泵真空口 ；19、三通接头；20、电磁阀；21电磁阀、22三通接头；23尿素主喷射容器；24、尿素主喷射容器压力传感器；25、尿素主喷射容器辅助加热继电器与电阻丝；26、尿素主喷射容器液位传感器；27、尿素主喷射容器内尿素溶液；28、尿素主喷射管路；29、尿素辅助喷射管路；30、发动机冷却液入口(用于加热尿素溶液)；31、发动机冷却液出口(用于加热尿素溶液)；32、尿素辅助喷嘴；33、尿素主喷嘴；34、发动机冷却液出口(用于冷却尿素主喷嘴)；35、发动机冷却液入口(用于冷却尿素主喷嘴)；36、发动机冷却液出口(用于冷却尿素辅助喷嘴)；37、发动机冷却液入口(用于冷却尿素辅助喷嘴)；38、尿素箱；39、尿素箱内尿素溶液；40、尿素箱液位传感器；41、尿素溶液过滤器；42、尿素箱温度传感器；43、尿素箱加热继电器与加热电阻丝；44、尿素加注口与通气塞；45、双向电磁阀；46、三通接头；47、双向电磁阀；48、电控单元；49、发动机CA