车用scr系统的辅助加热装置和加热方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对车用SCR系统的辅助加热装置和加热方法，装置包括：尾气与高温气体混合装置、信号采集系统、控制器、点火模块、液化气燃烧装置、燃烧装置燃料供给系统、比例电磁阀、点火器等。加热方法包括：通过信号采集系统采集的信号，控制器对是否辅助系统加热做出判断，当需要加热时，比例电磁阀开启，液化气、空气和柴油机废气进入燃烧装置并混合，经过点火器点火后燃烧形成高温的气体，高温气体通过混合装置进入排气管与柴油机尾气混合，达到提升尾气温度的目的，最终提升SCR系统温度。本发明通过加热，解决当柴油机尾气处于低温时SCR系统转化效率低和排气管中出现沉积物发生堵塞的问题。
【专利说明】
车用SCR系统的辅助加热装置和加热方法
技术领域
[0001]本发明涉及发动机的氮氧化物排放控制领域，特别涉及一种车用SCR系统的辅助加热装置和加热方法。
【背景技术】
[0002]车用SCR(Selective Catalytic Reduct1n，选择催化还原)技术，在催化剂载体上，利用尿素热解后的NH3作为还原物，将NOx还原为N2和■，以此来减少尾气中NOx的排放。在该技术下，NH3会优先还原NOx，而不与尾气中的O2反应，故称为“选择性催化还原技术”。
[0003]在实际发动机运行过程中，对于SCR系统催化转化效率存在众多影响因素:温度、流速、NO2的浓度、尾气中水分含量和尾气中硫化物生成量。其中温度是最主要的影响因素，首先，在SCR系统运行过程中，随着发动机排气温度的升高催化器温度也随之升高，NH3对NOx的催化转化活性逐渐增加，当温度达到350 °C时转化效率达到峰值，并且在350?450 °C内，催化器转化效率都维持在较高的水平。其次，在尿素热解过程中还伴随着多种副反应发生，易生成缩二脲、三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺，甚至更复杂的聚合物，这些副产物在低温下不易分解，最终形成沉积物，堵塞排气管。
[0004]在柴油机冷启动、低负荷时发动机排气温度低，要用很长的加热时间才能使催化器达到理想转化效率，特别是我国北方，冬季气温寒冷，SCR系统的NOx传感器、温度传感器等部件需要10?20分钟的预热时间，在这期间柴油机尾气直接排放到大气中。与此同时，在发动机低负荷工况下，尤其是高转速低负荷情况，发动机的排气流量大，排气温度通常在100?300°C之间，此时催化器处于低温状态，过高的排气流量又进一步减少催化器与尾气的接触时间，这个时候NH3对NOx的催化转化效率只有10?40%。
[0005]排气的低温也会造成大量沉积物聚集在尿素喷嘴下游的排气管内壁温度较低处，如果长时间在此工况运行，必定会造成排气管堵塞，排气背压的增加既影响了催化剂的转化效率又影响了发动机经济性能。有研究发现，尿素热解引起的聚合物，在350?450°C的温度条件下将大量分解，分解率能达到95 %。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种车用SCR系统的辅助加热装置和加热方法，通过加热，解决当柴油机尾气处于低温时SCR系统转化效率低和排气管中出现沉积物发生堵塞的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0008]—种车用SCR系统的辅助加热装置，空气压气机通过第一比例电磁阀连接到燃烧装置的空气入口，废气涡轮进气端通过第三比例电磁阀连接到废气入口，废气涡轮出气端连接到混合装置废气入口，液化气输入口通过第二比例电磁阀连接到燃烧装置的液化气入P;
[0009]在导流杆外，沿其径向由内至外依次设置有空气腔、液化气腔、废气腔，所述液化气腔上开有液化气喷嘴，所述液化气喷嘴伸入空气腔，空气腔、液化气腔和废气腔汇于燃烧室，所述燃烧室固定有点火器；
[0010]混合装置的上接口连接燃烧装置，所述混合装置内设有混合装置燃气腔，所述混合装置燃气腔内穿过一条废气管，所述废气管一端为混合装置废气入口，另一端为混合装置出口，废气管在混合装置燃气腔内为喉口，所述喉口上开有混合孔；
[0011]设置有点火模块，所述点火模块控制点火器的启动与停止。
[0012]根据上述方案，所述液化气输入口与液化气入口之间还串联有稳压器。
[0013]根据上述方案，所述液化气输入口与液化气入口之间还串联有调压阀。
[0014]根据上述方案，所述液化气输入口与液化气入口之间还串联有过滤器。
[0015]根据上述方案，所述液化气输入口与液化气入口之间还串联有安全阀。
[0016]根据上述方案，所述混合装置出口连接到SCR系统。
[0017]根据上述方案，所述混合装置上设置有第二温度传感，混合装置与SCR系统之间的管道上设置有第二温压传感和第一温度传感，所述SCR系统出气端设置有第一温压传感。
[0018]根据上述方案，还设置有控制器，所述控制器分别控制和连接第二比例电磁阀、第一比例电磁阀、第三比例电磁阀、点火模块、第二温度传感、第一温度传感、第二温压传感以及第一温压传感。
[0019]根据上述方案，所述控制器由信号处理模块、点火信号模块、电磁阀驱动模块、报警器和EQJ(Electronic Control Unit，电子控制单元)组成;所述信号处理模块，实时处理温度传感器和压力传感器的信号，并将信号传送给ECU;所述电磁阀驱动模块，通过脉冲电压信号实现对各个比例电磁阀的开启、关闭和升程控制;所述点火信号模块，给予所述点火模块一个触发信号;所述报警器，接收ECU报警信号后，以红灯闪烁报警。
[0020]—种车用SCR系统的辅助加热方法，包括以下步骤:
[0021]柴油机点火后，ECU根据SCR系统实时状态参数做出判断，其中系统温度阀值为400°C，SCR系统前后压差阀值为2kpa，当温度低于400°C或压差超过2kpa时，控制器向点火模块、各个比例电磁阀发送触发信号；
[0022 ] 各个比例电磁阀开启、点火器开始点火，E⑶开始计时30 s，E⑶通过位于燃烧室的第二温度传感判断此时是否正常点火；
[0023]当燃烧装置正常点火时，停止点火并且各个比例电磁阀开度根据温升情况实时调节;当SCR系统温度达到500°C后，控制器控制燃烧装置停止工作，并关闭各个比例电磁阀；
[0024]当燃烧装置点火不正常时，控制器先后控制液化气的第二比例电磁阀开度升高，空气气路、柴油机尾气气路的比例电磁阀开度降低，重新调整混合气浓度，并重新点火;再通过第二比例电磁阀开度降低，空气气路、柴油机尾气气路的比例电磁阀升高，重新调整混合气浓度，并重新点火；
[0025]当两次都未能正常点火时，控制器中报警器红灯闪烁报警，并控制各个比例电磁阀关闭。
[0026]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0027]I)不用改变现有的柴油机SCR系统结构，在改善其催化效率的前提下，实现很好的兼容。
[0028]2)采用燃气燃烧器，此种燃烧器NOx的排放，CH及颗粒物排放很低，燃气燃烧的火焰又可以实现尾气的二次燃烧，优化柴油机的碳烟的排放和CH、CO的排放。
[0029]3)零部件拆卸方便易于在整车上安装。
[0030]4)采用直接燃烧的方式加热，实现响应迅速加热效率高。
【附图说明】
[0031]图1是本发明中车用SCR系统的辅助加热装置的整体结构示意图。
[0032]图2是本发明中燃烧装置结构示意图。
[0033]图3是本发明中混合装置结构示意图。
[0034]图4是本发明中车用SCR系统的辅助加热方法流程示意图。
[0035]图中:1_空气压气机；2-第一比例电磁阀；3-第二比例电磁阀；4-稳压器；5-调压阀;6-过滤器;7-安全阀;8-点火模块;9-控制器;10-第一温压传感;I1-SCR系统；12-第二温压传感；13-第一温度传感；14-第二温度传感；15-混合装置；16-燃烧装置；17-第三比例电磁阀；18-废气涡轮;19-液化气入口 ； 20-液化气腔;21-液化气喷嘴;22-导流杆;23-点火器；24-燃烧室;25-废气腔;26-空气腔;27-废气入口 ； 28-空气入口 ； 29-混合装置废气入口 ； 30-混合装置燃气腔;31-上接口 ； 32-喉口 ； 33-混合孔;34-混合装置出口。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和【具体实施方式】对发明作进一步详细的说明。本发明提供的一种车用SCR系统的辅助加热装置，其结构为:空气压气机I通过第一比例电磁阀2连接到燃烧装置16的空气入口 28，废气涡轮18进气端通过第三比例电磁阀17连接到废气入口 27，废气涡轮18出气端连接到混合装置废气入口 29，液化气输入口通过第二比例电磁阀3连接到燃烧装置16的液化气入口 19;
[0037]在导流杆22外，沿其径向由内至外依次设置有空气腔26、液化气腔20、废气腔25，所述液化气腔20上开有液化气喷嘴21，所述液化气喷嘴21伸入空气腔26，空气腔26、液化气腔20和废气腔25汇于燃烧室24，所述燃烧室24固定有点火器23;
[0038]混合装置15的上接口31连接燃烧装置16，所述混合装置15内设有混合装置燃气腔30，所述混合装置燃气腔30内穿过一条废气管，所述废气管一端为混合装置废气入口 29，另一端为混合装置出口 34，废气管在混合装置燃气腔30内为喉口 32，所述喉口 32上开有混合孔33;
[0039]设置有点火模块8，所述点火模块8控制点火器23的启动与停止。
[0040]所述液化气输入口与液化气入口 19之间还串联有稳压器4。所述液化气输入口与液化气入口 19之间还串联有调压阀5。所述液化气输入口与液化气入口 19之间还串联有过滤器6。所述液化气输入口与液化气入口 19之间还串联有安全阀7。所述混合装置出口 34连接到SCR系统11。所述混合装置15上设置有第二温度传感14，混合装置15与SCR系统11之间的管道上设置有第二温压传感12和第一温度传感13，所述SCR系统11出气端设置有第一温压传感10。
[0041]还设置有控制器9，所述控制器9分别控制和连接第二比例电磁阀3、第一比例电磁阀2、第三比例电磁阀17、点火模块8、第二温度传感14、第一温度传感13、第二温压传感12以及第一温压传感10。
[0042]所述控制器9由信号处理模块、点火信号模块、电磁阀驱动模块、报警器和ECU组成;所述信号处理模块，实时处理温度传感器和压力传感器的信号，并将信号传送给ECU;所述电磁阀驱动模块，通过脉冲电压信号实现对各个比例电磁阀的开启、关闭和升程控制;所述点火信号模块，给予所述点火模块8—个触发信号;所述报警器，接收ECU报警信号后，以红灯闪烁报警。
[0043 ] 一种车用SCR系统的辅助加热方法，包括以下步骤:
[0044]柴油机点火后，ECU根据SCR系统11实时状态参数做出判断，其中系统温度阀值为400 °C，SCR系统11前后压差阀值为2kpa，当温度低于400 °C或压差超过2kpa时，控制器9向点火模块8、各个比例电磁阀发送触发信号；
[0045]各个比例电磁阀开启、点火器23开始点火，E⑶开始计时30s，ECU通过位于燃烧室24的第二温度传感14判断此时是否正常点火；
[0046]当燃烧装置16正常点火时，停止点火并且各个比例电磁阀开度根据温升情况实时调节；当SCR系统11温度达到500°C后，控制器9控制燃烧装置16停止工作，并关闭各个比例电磁阀；
[0047]当燃烧装置16点火不正常时，控制器9先后控制液化气的第二比例电磁阀3开度升高，空气气路、柴油机尾气气路的比例电磁阀开度降低，重新调整混合气浓度，并重新点火；再通过第二比例电磁阀3开度降低，空气气路、柴油机尾气气路的比例电磁阀升高，重新调整混合气浓度，并重新点火;当两次都未能正常点火时，控制器9中报警器红灯闪烁报警，并控制各个比例电磁阀关闭。
[0048]本发明装置的工作过程如下:
[0049]从柴油机启动时，本加热装置开始工作。控制器9接收到第一温度传感13、第一温压传感10、第二温压传感12所传送的信号，作出判断，当温度低于400°C或压差超过2kpa时，控制器9发送触发信号给点火模块8和比例电磁阀2、3、17，点火器23接受到点火模块8的电压信号后开始点火，比例电磁阀2、3、17接收到脉冲信号后开启，并且比例电磁阀的升程可以实现实时调节。
[0050]液化气经过过滤器6、调压阀5、稳压器4、第二比例电磁阀3调压和调量后，以
1.1bar的压力从液化气入口 19进入燃烧装置16的液化气腔20，并通过液化气喷嘴21进入空气腔26;空气从空气压气机I后端引入，经过第一比例电磁阀2调量后，从空气入口 28进入空气腔26，与从液化气喷嘴21出来的液化气混合，后形成可燃混合气。
[0051]柴油机废气从废气涡轮18前端引气口，经过第三比例电磁阀17调量后，从废气入口 27进入燃烧装置16的废气腔25，最终在导流杆22末端，与可燃混合气混合后，进入燃烧室24;点火器23接收到点火模块8的点火电压后，开始跳火，可燃混合气遇到跳火后开始燃烧；燃烧的高温气体从混合装置15的上接口 31进入，在混合装置燃气腔30中作进一步燃烧，柴油机废气通过混合装置废气入口 29进入喉口 32，由于燃烧装置高温气体已经具备一定的压力以及混合器文丘里效应所导致的尾气通过喉口 32部位时形成的一定程度的压降，高温气体能够通过喉口 32部位周布的混合孔33进入排气管与柴油机尾气混合，最终从混合装置出口 34流出进入SCR系统11，从而达到加热SCR系统11的目的。
[0052]当第一温度传感13检测SCR系统11温度达到500V时，控制器9做出停止加热的判断，最终关闭比例电磁阀2、3、17和点火器23，燃烧装置16停止工作。
[0053]造成点火异常主要原因是混合气浓度不足，特别是当柴油机工况发生变化时，空气压气机I后空气的压力和废气涡轮18前的废气压力均发生变化，造成进入燃烧装置16的混合气浓度发生变化:过浓或者过稀。因此，控制器9采取两个动作来保证正常点火。当控制器9通过第二温度传感14检测到燃烧装置16熄火时，首先，分别采取提高液化气的第二比例电磁阀3的升程，降低比例电磁阀2、17的升程，提高燃烧装置16中混合气的浓度，并再次点火;其次采取降低液化的第二比例电磁阀3的升程，提高比例电磁阀2、17的升程，降低燃烧装置16中混合气的浓度，并再次点火。如果两次动作都没有正常点火，控制器9中报警红灯开始闪烁并关闭所有比例电磁阀2、3、17。
【主权项】
1.一种车用SCR系统的辅助加热装置，其特征在于，空气压气机(I)通过第一比例电磁阀(2)连接到燃烧装置(16)的空气入口(28)，废气涡轮(18)进气端通过第三比例电磁阀(17)连接到废气入口(27)，废气涡轮(I8)出气端连接到混合装置废气入口(29)，液化气输入口通过第二比例电磁阀(3)连接到燃烧装置(16)的液化气入口(19); 在导流杆(22)外，沿其径向由内至外依次设置有空气腔(26)、液化气腔(20)、废气腔(25),所述液化气腔(20)上开有液化气喷嘴(21)，所述液化气喷嘴(21)伸入空气腔(26)，空气腔(26)、液化气腔(20)和废气腔(25)汇于燃烧室(24)，所述燃烧室(24)固定有点火器(23); 混合装置(I5)的上接口(31)连接燃烧装置(16)，所述混合装置(I5)内设有混合装置燃气腔(30)，所述混合装置燃气腔(30)内穿过一条废气管，所述废气管一端为混合装置废气入口(29)，另一端为混合装置出口(34)，废气管在混合装置燃气腔(30)内为喉口(32)，所述喉口(32)上开有混合孔(33); 设置有点火模块(8)，所述点火模块(8)控制点火器(23)的启动与停止。2.如权利要求1所述的车用SCR系统的辅助加热装置，其特征在于，所述液化气输入口与液化气入口( 19)之间还串联有稳压器(4)。3.如权利要求1所述的车用SCR系统的辅助加热装置，其特征在于，所述液化气输入口与液化气入口( 19)之间还串联有调压阀(5)。4.如权利要求1所述的车用SCR系统的辅助加热装置，其特征在于，所述液化气输入口与液化气入口( 19)之间还串联有过滤器(6)。5.如权利要求1所述的车用SCR系统的辅助加热装置，其特征在于，所述液化气输入口与液化气入口( 19)之间还串联有安全阀(7)。6.如权利要求1至5任一项所述的车用SCR系统的辅助加热装置，其特征在于，所述混合装置出口(34)连接到SCR系统(11)。7.如权利要求6所述的车用SCR系统的辅助加热装置，其特征在于，所述混合装置(15)上设置有第二温度传感(14)，混合装置(15)与SCR系统(11)之间的管道上设置有第二温压传感(12)和第一温度传感(13)，所述SCR系统(11)出气端设置有第一温压传感(10)。8.如权利要求7所述的车用SCR系统的辅助加热装置，其特征在于，还设置有控制器(9)，所述控制器(9)分别控制和连接第二比例电磁阀(3)、第一比例电磁阀(2)、第三比例电磁阀(17)、点火模块(8)、第二温度传感(14)、第一温度传感(13)、第二温压传感(12)以及第一温压传感(10)。9.如权利要求8所述的车用SCR系统的辅助加热装置，其特征在于，所述控制器(9)由信号处理模块、点火信号模块、电磁阀驱动模块、报警器和ECU组成;所述信号处理模块，实时处理温度传感器和压力传感器的信号，并将信号传送给ECU;所述电磁阀驱动模块，通过脉冲电压信号实现对各个比例电磁阀的开启、关闭和升程控制;所述点火信号模块，给予所述点火模块(8) —个触发信号;所述报警器，接收ECU报警信号后，以红灯闪烁报警。10.—种车用SCR系统的辅助加热方法，其特征在于，包括以下步骤: 柴油机点火后，ECU根据SCR系统(11)实时状态参数做出判断，其中系统温度阀值为400°C，SCR系统(11)前后压差阀值为2kpa，当温度低于400°C或压差超过2kpa时，控制器(9)向点火模块(8)、各个比例电磁阀发送触发信号； 各个比例电磁阀开启、点火器(23)开始点火，E⑶开始计时30s，ECU通过位于燃烧室(24)的第二温度传感(14)判断此时是否正常点火； 当燃烧装置(16)正常点火时，停止点火并且各个比例电磁阀开度根据温升情况实时调节；当SCR系统(11)温度达到500°C后，控制器(9)控制燃烧装置(16)停止工作，并关闭各个比例电磁阀； 当燃烧装置(16)点火不正常时，控制器(9)先后控制液化气的第二比例电磁阀(3)开度升高，空气气路、柴油机尾气气路的比例电磁阀开度降低，重新调整混合气浓度，并重新点火;再通过第二比例电磁阀(3)开度降低，空气气路、柴油机尾气气路的比例电磁阀升高，重新调整混合气浓度，并重新点火； 当两次都未能正常点火时，控制器(9)中报警器红灯闪烁报警，并控制各个比例电磁阀关闭。
【文档编号】F01N3/28GK106089370SQ201610630517
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月3日 公开号201610630517.8, CN 106089370 A, CN 106089370A, CN 201610630517, CN-A-106089370, CN106089370 A, CN106089370A, CN201610630517, CN201610630517.8
【发明人】潘锁柱, 何文潇, 赵家辉, 田维
【申请人】西华大学