专利名称：一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，应用于汽车发 动机行业，满足了欧IV以上的环保要求。
技术背景汽车发动机排气中的有害成分主要是PM、N0x、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H2O,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，欧洲的大多数造商已经开始坚定不移的采用SCR技 术来实现欧IV和欧V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IV和欧V水平，也具有达到欧VI水平的潜力；目前达到欧IV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，比成本相对较低；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、 尿素还原剂的控制剂量、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，汽车的排放达标通常是采用标准的E⑶和D⑶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。在参数转化中，其特征在于选取智能控制单元的设定程序同构成所述的喷射控制系统 来控制的空气和尿素还原剂的比例。从化学计算的角度分析，尿素还原剂在温度高于150°c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150°C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。考虑到尿素还原剂水溶液为反应活性高的碱性液体，能 在低温下部分去除HC和PM，防止SCR催化剂堵塞失活，本发明的一种空气辅助动力雾化尿 素还原剂喷射控制系统的尿素还原剂的流量从0到NOx化学计量的喷射量的最大值之间变 化。国外公司在我国销售的后处理系统，并没有声明尿素还原剂的供给采用的是何种 类型的‘泵送动力源’，而是把和‘泵送动力源’有关部分和元器件集成打包在一起，并由 专门的硬壳体密封包装成无接缝的整体，变成一个独立的不可拆卸的单元模块，一次性购 买，一次性安装，一次性更换，国外公司专门负责维修；例如国外公司的DCU，其价格高昂， 4500 6000元/件左右；这个D⑶就具备液体压力输送和比例计量的功能。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，其 经过过滤的尿素还原剂依靠压缩空气的驱动，在气液两腔的尿素还原剂喷嘴中混合雾化， 依靠流量电磁阀的调节和控制，根据排气管反馈的温度或NOx参数，实现对尿素流量的控 制，尿素还原剂混合气雾化效果好，达到对汽车尾气中的NOx的净化处理。系统可靠，成本 低廉，实用性强。本实用新型的技术方案可以是这样实现的一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷 射控制系统，由气体流量电磁阀、手动液体开关、过滤器、液体流量电磁阀、单向阀、控制单 元、温度传感器、氮氧化物传感器、气液两腔的尿素还原剂喷嘴、发动机排气管、耐压尿素还 原剂容器盖、压缩空气主管、尿素还原剂输送管、发动机尾气、尿素还原剂储罐压缩空气分 管、喷嘴雾化压缩空气分管、尿素还原剂容器、调压阀组成；其特征在于压缩空气主管的 进气端设有调压阀，出气端分别与吹扫喷嘴用压缩空气分管和尿素还原剂储罐压缩空气分 管相通，尿素还原剂储罐压缩空气分管连接在尿素还原剂容器上；耐压尿素还原剂容器盖 固定在尿素还原剂容器上；尿素还原剂容器底部连接手动液体开关，尿素还原剂储罐压缩 空气分管上设有气体流量电磁阀和手动液体开关；吹扫喷嘴用压缩空气分管上设有气体流 量电磁阀、手动液体开关、过滤器和单向阀并与单腔的尿素还原剂喷嘴相通，尿素还原剂输 送管一端设在尿素还原剂容器内，另一端与尿素还原剂喷嘴相通，在尿素还原剂输送管上 设有过滤器、液体流量电磁阀和单向阀；设在发动机排气管上的温度传感器和氮氧化物传 感器与控制单元电连接，控制单元与气体流量电磁阀和液体流量电磁阀电连接。所述的压缩空气主管的压力范围在0. 2 0. 5Mpa ；尿素还原剂储罐压缩空气分管 和喷嘴雾化压缩空气分管的压力范围在0. 1 0. 4Mpa之间调节，其中尿素还原剂储罐压 缩空气分管分压总是比喷嘴雾化压缩空气分管的分压值高0. 04 0. 06Mpa,由控制单元输 出的信号来调节气体流量电磁阀的开度完成。所述的液体流量电磁阀的开度由控制单元输出的信号来调节；尿素流量可变。所述的控制单元的输入信号来自于温度传感器或氮氧化物传感器，或是温度传感 器和氮氧化物传感器输出信号拟合的结果。所述的尿素还原剂容器盖是由不锈钢材料或塑料制成的耐压盖；尿素还原剂容器
4是由厚度3 3. 5mm的不锈钢板焊制而成，或由聚乙烯/聚丙烯改性材料滚塑而成的厚度 4 6mm的耐压材料制成。所述喷嘴为气液两腔的尿素还原剂喷嘴，尿素还原剂输送管输送的还原剂液体和 喷嘴雾化压缩空气分管输送的空气在气液两腔的尿素还原剂喷嘴混合，形成颗粒尺寸在 0. 5 50 μ m气雾混合物。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 主控参数控制尿素流量，使尿素还原剂在二腔混合单元中充分雾化，到消除NOx的目的。该成本相当于进口系统的约1/2-1/3，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。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的描述如图1所示，一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，由气体流量电磁阀1、2、手动液 体开关3、过滤器4、液体流量电磁阀5、单向阀6、控制单元7、温度传感器8、氮氧化物传感 器9、气液两腔的尿素还原剂喷嘴10、发动机排气管11、耐压尿素还原剂容器盖12、压缩空 气主管13、尿素还原剂输送管14、发动机尾气15、尿素还原剂储罐压缩空气分管16、喷嘴雾 化压缩空气分管17、尿素还原剂容器18、调压阀19组成；其特征在于压缩空气主管13的 进气端设有调压阀19，出气端分别与吹扫喷嘴用压缩空气分管17和尿素还原剂储罐压缩 空气分管16相通，尿素还原剂储罐压缩空气分管16连接在尿素还原剂容器18上；耐压尿 素还原剂容器盖12安装在尿素还原剂容器18，尿素还原剂容器18底部连接手动液体开关 3，尿素还原剂储罐压缩空气分管16上设有气体流量电磁阀2和手动液体开关3 ；吹扫喷嘴 用压缩空气分管17上设有气体流量电磁阀1、手动液体开关3、过滤器4和单向阀6并与单 腔的尿素还原剂喷嘴10相通，尿素还原剂输送管14 一端设在尿素还原剂容器18内，另一 端与尿素还原剂喷嘴10相通，在尿素还原剂输送管14上设有过滤器4、液体流量电磁阀5 和单向阀6 ；设在发动机排气管11上的温度传感器8和氮氧化物传感器9与控制单元7电 连接，控制单元7与气体流量电磁阀1、2、和液体流量电磁阀5电连接。所述的压缩空气主管13的压力范围在0. 2 0. 5Mpa ；尿素还原剂储罐压缩空 气分管16和喷嘴雾化压缩空气分管17的压力范围在0. 1 0. 4Mpa之间调节，其中尿素 还原剂储罐压缩空气分管16分压总是比喷嘴雾化压缩空气分管17的分压值高0. 04 0. 06Mpa,由控制单元7输出的信号来调节气体流量电磁阀1、2的开度完成。所述的液体流量电磁阀5的开度由控制单元7输出的信号来调节；尿素流量可变。所述的控制单元7的输入信号来自于温度传感器8或氮氧化物传感器9，或是温度 传感器8和氮氧化物传感器9输出信号拟合的结果。所述的尿素还原剂容器盖12是由不锈钢材料或塑料制成的耐压盖；尿素还原剂 容器18是由厚度3 3. 5mm的不锈钢板焊制而成，或由聚乙烯/聚丙烯改性材料滚塑而成 的厚度4 6mm的耐压材料制成。[0028]所述喷嘴为气液两腔的尿素还原剂喷嘴，尿素还原剂输送管14输送的还原剂液 体和喷嘴雾化压缩空气分管17输送的空气在气液两腔的尿素还原剂喷嘴10混合，形成颗 粒尺寸在0. 5 50 μ m气雾混合物。采用内径为IOmm不锈钢管或尼龙管作为压缩空气主管13，压缩空气主管13的压 力范围在0. 2Mpa,由调压阀19预先设定，压缩空气的动力源可以来自车载的制动储气筒； 采用内径为4mm不锈钢管作为尿素还原剂输送管14、尿素还原剂储罐压缩空气分管16和 喷嘴雾化压缩空气分管17 ；调节喷嘴雾化压缩空气分管17压力范围在0. IMpa ；调节尿素 还原剂储罐压缩空气分管16的压力范围在0. 14Mpa ；液体流量电磁阀5的开度由控制单元 7输出的信号来调节；控制单元7的输入信号来自于工业的温度传感器8 ；尿素还原剂容器 18是由厚度3mm的不锈钢板焊制而成，容量30L ；尿素还原剂输送管14输送的还原剂液体 和喷嘴雾化压缩空气分管17输送的空气在气液两腔的尿素还原剂喷嘴10混合，喷嘴采用 工业化的不锈钢材料的喷嘴，形成颗粒尺寸在0. 5 50 μ m气雾混合物；系统启动时，控制 单元7的优先启动气体流量电磁阀1，延迟5秒后再启动气体流量电磁阀2和液体流量电磁 阀5 ；同样，完成试验后，系统关闭，首先关闭气体流量电磁阀2和液体流量电磁阀5，延迟5 秒后再关闭气体流量电磁阀1 ；控制单元7不需要同车载ECU和DCU连接通讯。
权利要求一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，由气体流量电磁阀(1)(2)、手动液体开关(3)、过滤器(4)、液体流量电磁阀(5)、单向阀(6)、控制单元(7)、温度传感器(8)、氮氧化物传感器(9)、气液两腔的尿素还原剂喷嘴(10)、发动机排气管(11)、耐压尿素还原剂容器盖(12)、压缩空气主管(13)、尿素还原剂输送管(14)、发动机尾气(15)、尿素还原剂储罐压缩空气分管(16)、喷嘴雾化压缩空气分管(17)、尿素还原剂容器(18)、调压阀(19)组成；其特征在于压缩空气主管(13)的进气端设有调压阀(19)，出气端分别与吹扫喷嘴用压缩空气分管(17)和尿素还原剂储罐压缩空气分管(16)相通，尿素还原剂储罐压缩空气分管(16)连接在尿素还原剂容器(18)上；耐压尿素还原剂容器盖(12)固定在尿素还原剂容器(18)上；尿素还原剂容器(18)底部连接手动液体开关(3)，尿素还原剂储罐压缩空气分管(16)上设有气体流量电磁阀(2)和手动液体开关(3)；吹扫喷嘴用压缩空气分管(17)上设有气体流量电磁阀(1)、手动液体开关(3)、过滤器(4)和单向阀(6)并与单腔的尿素还原剂喷嘴(10)相通，尿素还原剂输送管(14)一端设在尿素还原剂容器(18)内，另一端与尿素还原剂喷嘴(10)相通，在尿素还原剂输送管(14)上设有过滤器(4)、液体流量电磁阀(5)和单向阀(6)；设在发动机排气管(11)上的温度传感器(8)和氮氧化物传感器(9)与控制单元(7)电连接，控制单元(7)与气体流量电磁阀(1)(2)和液体流量电磁阀(5)电 连接。
2.根据权利要求1所述的一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在 于所述的压缩空气主管(13)的压力范围在0. 2 0. 5Mpa ；尿素还原剂储罐压缩空气分管 (16)和喷嘴雾化压缩空气分管(17)的压力范围在0.1 0.4Mpa之间调节，其中尿素还 原剂储罐压缩空气分管(16)分压总是比喷嘴雾化压缩空气分管(17)的分压值高0.04 0. 06Mpa，由控制单元(7)输出的信号来调节气体流量电磁阀(1) (2)的开度完成。
3.根据权利要求1所述的一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在 于所述的液体流量电磁阀(5)的开度由控制单元(7)输出的信号来调节；尿素流量可变。
4.根据权利要求1所述的一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在 于所述的控制单元(7)的输入信号来自于温度传感器(8)或氮氧化物传感器(9)，或是温度 传感器(8)和氮氧化物传感器(9)输出信号拟合的结果。
5.根据权利要求1所述的一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在 于所述的尿素还原剂容器(18)和耐压尿素还原剂容器盖(12)是由耐压材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在 于所述喷嘴为气液两腔的尿素还原剂喷嘴，尿素还原剂输送管(14)输送的还原剂液体和 喷嘴雾化压缩空气分管(17)输送的空气在气液两腔的尿素还原剂喷嘴(10)混合，形成颗 粒尺寸在0. 5 50 μ m气雾混合物。
专利摘要本实用新型涉及一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统，其特征在于压缩空气主管的进气端设有调压阀，出气端分别与吹扫喷嘴用压缩空气分管和尿素还原剂储罐压缩空气分管相通，尿素还原剂储罐压缩空气分管连接在尿素还原剂容器上；吹扫喷嘴用压缩空气分管与单腔的尿素还原剂喷嘴相通，尿素还原剂输送管一端设在尿素还原剂容器内，另一端与尿素还原剂喷嘴相通，设在发动机排气管上的温度传感器和氮氧化物传感器与控制单元电连接。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控制尿素流量，使尿素还原剂在二腔混合单元中充分雾化。相当于进口系统的约1/2-1/3，可靠性高，容易依靠国内资源实现工业化应用。
文档编号B05B12/00GK201738997SQ20102013612
公开日2011年2月9日 申请日期2010年3月13日 优先权日2010年3月13日
发明者刘国军, 崔龙, 张克金, 张苡铭, 王丹, 董鹤维, 魏晓川 申请人:中国第一汽车集团公司