专利名称：尿素还原剂的一阀五控喷射方法
技术领域：
本发明涉及一种尿素还原剂的一阀五控喷射方法，应用于汽车尾气的后处理行业。
背景技术：
未来几年内，全球的汽车生产商，特别是美国和欧洲关于汽车氮氧化物NOx和微粒PM 的排放达标方面将强制性地实施一些更严厉的规格，例如，欧5和欧6排放标准。在排放法规的压力下，一方面国外的车用重负荷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 (Selective Catalytic Reduction)催化转化还原技术，DPF (Diesel Particulate Filter)颗粒捕捉器，DOC (Diesel Oxidation Catalyst)氧化型催化器等。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。例如，在欧洲的7家主要商用汽车公司中，有5家(戴克、雷诺、 依维柯、沃尔沃和达夫)选择SCR技术来达到欧4和欧5标准。另外两家(斯堪尼亚和曼)则 倾向于EGR技术，但也不排斥SCR技术。以戴克集团为例，自2005年元月开始，就推出满足 欧4和欧5标准的Actros牌重型载货车，并给一个时髦的名字‘BlueTec’。BlueTec的后 处理方式均采用SCR技术。根据戴克的研究结果表明，SCR技术与欧3标准水平的汽车相 比，能够节省燃油3 6%，NOx的排放可低于欧4限值，如对SCR进行进一步的优化，达到欧 6限值也毫无问题。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，可以在柴油车 的排气温度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，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，尿素还原剂的喷射雾 化策略是一个关键点。它涉及到催化剂表面的堵塞问题、催化剂活性问题、还原剂效率、氨 气逃逸以及二次污染控制等问题。对于预计实现国4排放的车辆，其发动机已经完成机内的优化，NOx去除率在 35^40%即可满足国4排放标准，NOx去除率在65 70%即可满足国5排放标准。想象中只 需连接上SCR后处理装置就可以作为国4车辆销售，事实上面对的问题远不止此；采用整
3套进口的SCR后处理装置，成本高达1200(Γ15000元/套，而尿素喷射和控制部分就占到 2500^4000元，而且一旦损坏，不能保修，必须整体更换，费用用户难以承受；但是，可以仅 仅采用进口尿素喷射和控制关键组建的部分，来配装国内的SCR后处理装置，此时，尿素喷 射和控制部分就必须花费350(Γ5000元的成本才能买到。尿素喷射和控制部分绝对是SCR 后处理成套装置的关键和核心部分。对标国外的SCR后处理装置中的尿素喷射和控制部分，各家采用的技术方式不 同，既有独立的尿素喷射和控制部分，然后输送尿素还原剂到喷嘴；也有把尿素喷射和控制 部分集成到尿素还原剂喷嘴上的，其目的都是适时适量的提供尾气去除NOx所需要的尿素 还原剂。例如，按照理论喷量的曲线A进行，或者是按照低于理论值的曲线B进行。尿素喷射和控制部分的适时适量的提供尾气所需要的尿素还原剂的技术，可以采 用串联在尿素管路上的精密电磁质量流量计来实现，也可以采用精密的电磁流量控制阀来 实现。事实上，精度高的电磁流量控制阀完全可以实现精密电磁质量流量计的功能。对小量程的精密电磁质量流量计进行试验，依靠排气温度或尾气中的NOx水平作 为模拟量来控制开启度，完全能满足要求，但是，目前小量程的精密电磁质量流量计几乎 100%是进口品，其价格通常在2000(Γ30000元/个左右，整车厂和整车用户无法承受，国产 的小量程的精密电磁质量流量计还是空白点。将来也会有产品面世。对小量程的精密的电磁流量控制阀进行试验，依靠排气温度或尾气中的NOx水平 作为模拟量来控制开启度，完全能满足要求，但是，目前小量程的精密的电磁流量控制阀几 乎100%也是进口品，其价格通常在800(Γ15000元/个左右，整车厂和整车用户无法承受， 国产的小量程的精密的电磁流量控制阀还是空白点。随着国内制造业整体水平的提高，这 种国产的小量程的精密的电磁流量控制阀将会面世，预计其价格在1500元/个以下。国产的小量程的精度不太高的电磁流量控制阀有大量的市场供应，而且，价格非 常低廉，平均成本120元/个左右。国产的小量程的电磁流量控制阀精度不太高的主要原 因是阀芯的关键运动部件的材料选择和加工精度同国外相差较大，实测结果表明，国产的 小量程的电磁流量控制阀的流量的精度误差约士30%。例如，在实际的尿素还原剂喷射和控制中，根据控制策略，尿素还原剂的流量从 5、5g/min之间变化。如果选择一个国产的精度不太高的电磁流量控制阀来实现控制，理论 设定的流量是5、5g/min，当某个工况需要60g/min的还原剂供应量，根据其误差，其真实 的流量范围可能达到42 78g/min，对于42g/min的流量，可能的结果是尿素还原剂的供应 量不足，无法除去规定量的NOx ；而对于78g/min的流量，可能的结果是尿素还原剂的供应 量超标，虽然能除去规定量的N0X，但是，一定会造成NH3的过量逃逸，形成新的污染。专利号为CN200510129691. 6的‘用于控制向SCR催化剂的尿素供给的系统，专 利、专利号为CN200510136379. X的‘一种控制还原剂喷入来自内燃机的含NOx废气流中的 方法’的专利、专利号为CN200810095099.2 ‘一种用于分布内燃机废气系统中流动性添加 剂的装置’的专利、专利号为CN200920045181. 4的‘一种SCR反应装置的引射喷氨混合机 构’的专利、专利号为CN200810047114.6 ‘一种柴油机SCR系统中使用的控制添蓝投放量 的控制方法及控制装置’的专利、专利号为CN98805246.6的‘一种减少和废气系统相关联 的贫燃料燃烧发动机的NOx排放量的方法’的专利、专利号为CN200580030812.X的‘用于
4发动机后处理系统的控制系统’的专利、专利号为CN200480017220.X的‘控制还原剂添加 的方法’的专利等专利，仅仅涉及到尿素还原剂剂量的信号获取和策略、尿素还原剂喷入的 位置、喷口的形状、管线、混合方式等方面、并没有提出计量的实际控制办法和手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尿素还原剂的一阀五控喷射方法，管路上串联电磁流量 阀或电磁比例阀以及精密机械开关，达到控制尿素还原剂剂量的目的，能满足国4以上的 SCR标准要求，又不至于产生NH3逃逸量，可以取消对NH3进行氧化处理的DOC装置，简化车 辆配置，降低成本。本发明的技术方案是这样实现的，尿素还原剂的一阀五控喷射方法，其特征在于 尿素还原剂箱的管路好串联过滤器和电磁流量控制阀或电磁比例阀，电磁流量控制阀或电 磁比例阀上设有5个出口端分别并联精密机械开关阀，并与稳压阀、尿素还原剂喷嘴和排 气管相通。
所述的电磁流量控制阀的5个出口端的精密机械开关阀或单独，或2个一组，或3个一 组，或4个一组，或5个同时启动，经过精密机械开关阀的二次校准后构成31个计量水平的 控制平台。所述的电磁流量控制阀或电磁比例阀的5个出液的出口流量不相同，分别为a、b、 c、d禾口 e时，尿素还原剂的剂量水平平台是a、b、c、d、e、a+b、a+c、a+d、a+e、b+c、b+d、b+e、 c+d、c+e、d+e、a+b+c> a+b+d> a+b+e> b+c+d、d+c+a> a+c+e> b+c+e、b+d+e、c+d+e、a+d+e> a+b+c+d> a+c+d+e > b+c+d+e > a+b+d+e > a+b+c+e > a+b+c+d+e ；胃中，a <b<c<d<e;5yh 出口 a+b+c+d+e全开的剂量范围低于广20ml/min。本发明的积极效果在于采用常规的工业电磁流量控制阀或电磁流量比例阀以及 精密机械开关阀，依据不同的控制逻辑，解决了原用尿素还原剂剂量的问题，具有很高的可 靠性和实用价值。
图1为本发明的结构示意图；
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述
实施例1如图1所示，以空气辅助和空气动力的喷射系统进行描述，尿素还原剂箱2的 液体在压力驱动下经过管路1流经过滤器12，管路1和过滤器12是串联的，流经过滤器12 的管线和电磁流量控制阀或电磁比例阀3串联，流经电磁流量控制阀电磁比例阀3后，在电 磁流量控制阀3的5个出口端分别并联精密机械开关阀4、5、6、7和8，流经电磁流量控制阀 3以及精密机械开关阀4、5、6、7和8的液体汇集到稳压阀9，然后从稳压阀9输送到尿素还 原剂喷嘴10，在空气辅助下喷射到排气管14中；
来自温度传感器15或NOx传感器11的信号模拟量，反馈到控制单元13，控制单元13 根据设定的控制逻辑启动电磁流量控制阀3，分别启动精密机械阀4，流量为a ；或精密机械 阀5，流量为b ；或精密机械阀6，流量为c ；或精密机械阀7，流量为d ；或精密机械阀8，流量 为e阀组中的1个；尿素还原剂的剂量水平平台是或a、或b、或C、或d和或e ；其中，a < b <c<d<e ；剂量范围低于理论需求量的广20ml/min。满足小流量的尿素还原剂的供给 剂量。
5
实施例2
来自温度传感器15或NOx传感器11的信号模拟量，反馈到控制单元13，控制单元13根 据设定的控制逻辑启动电磁流量控制阀3，分别同时启动精密机械阀4，流量为a ；或精密机 械阀5，流量为b ；或精密机械阀6，流量为c ；精密机械阀7，流量为d ；或精密机械阀8，流量 为e的阀组中的2个，尿素还原剂的剂量水平平台是或a+b、或a+c、或a+d、或a+e、或b+c、 或b+d、或b+e、或c+d、或c+e、或d+e中的1组；其中，a<b<c<d<e ；剂量范围低于 理论需求量的广20ml/min。满足中小流量的尿素还原剂的供给剂量。实施例3
来自温度传感器15或NOx传感器11的信号模拟量，反馈到控制单元13，控制单元13 根据设定的控制逻辑启动电磁流量控制阀3，同时分别启动精密机械阀4，流量为a ；精密机 械阀5，流量为b ；精密机械阀6，流量为c ；精密机械阀7，流量为d;或精密机械阀8，流量为 e的阀组中的3个，尿素还原剂的剂量水平平台是或a+b+c、或a+b+d、或a+b+e、或b+c+d、 d+c+a>^c a+c+e>b+c+e>b+d+e>c+d+e、g a+d+e 中的 1 ；胃中，a < b < c < d < e ；剂量范围低于理论需求量的广20ml/min。满足较大流量的尿素还原剂的供给剂量。实施例4
来自温度传感器15或NOx传感器11的信号模拟量，反馈到控制单元13，控制单元13 根据设定的控制逻辑启动电磁流量控制阀3，同时启动精密机械阀4，流量为a ；精密机械 阀5，流量为b ；精密机械阀6，流量为c ；精密机械阀7，流量为d ；或精密机械阀8，流量为 e的阀组中的4个，尿素还原剂的剂量水平平台是或a+b+c+d、或a+c+d+e、或b+c+d+e、或 a+b+d+e、或a+b+c+e ；其中，a<b<C<d<e中的1组；剂量范围低于理论需求量的 广20ml/min。满足大流量的尿素还原剂的供给剂量。实施例5
来自温度传感器15或NOx传感器11的信号模拟量，反馈到控制单元13，控制单元13 根据设定的控制逻辑启动电磁流量控制阀3，同时启动精密机械阀4，流量为a ；精密机械阀 5，流量为b ；精密机械阀6，流量为c ；精密机械阀7，流量为d ；或精密机械阀8，流量为e的 阀组中的5个，尿素还原剂的剂量水平平台是或a+b+c+d+e ；其中，a < b < c < d < e ；剂 量范围低于理论需求量的广20ml/min。满足最大流量的尿素还原剂的供给剂量。
权利要求
尿素还原剂的一阀五控喷射方法，其特征在于尿素还原剂箱的管路好串联过滤器和电磁流量控制阀或电磁比例阀，电磁流量控制阀或电磁比例阀上设有5个出口端分别并联精密机械开关阀，并与稳压阀、尿素还原剂喷嘴和排气管相通。
2.根据权利要求1所述的尿素还原剂的一阀五控喷射方法，其特征在于所述的电磁流 量控制阀的5个出口端的精密机械开关阀或单独，或2个一组，或3个一组，或4个一组，或 5个同时启动，经过精密机械开关阀的二次校准后构成31个计量水平的控制平台。
3.根据权利要求1所述的尿素还原剂的一阀五控喷射方法，其特征在于所述的电磁 流量控制阀或电磁比例阀的5个出液的出口流量不相同，分别为a、b、c、d和e时，尿素 原齐U的齐Ufi^KW台i a、b、 c、 d、e、 a+b、 a+c、 a+d、 a+e、 b+c、b+d、b+e、c+d、c+e、d+e、 a+b+c、a+b+d、a+b+e、b+c+d、d+c+a>a+c+e 、 b+c+e 、 b+d+e 、 c+d+e、a+d+e、 a+b+c+d、a+c+d+e、 b+c+d+e 、 a+b+d+e、 a+b+c+e 、 a+b+c+d+e 其中,a<b<c<d<e;5 个出口 a+b+c+d+e 全开的剂量范围低于1～20ml/min。
全文摘要
本发明涉及一种尿素还原剂的一阀五控喷射方法，其特征在于尿素还原剂箱的管路串联过滤器和电磁流量控制阀或电磁比例阀，电磁流量控制阀或电磁比例阀上设有5个出口端分别并联精密机械开关阀，并与稳压阀、尿素还原剂喷嘴和排气管相通。
所述的电磁流量控制阀的5个出口端的精密机械开关阀或单独，或2个一组，或3个一组，或4个一组，或5个同时启动，经过精密机械开关阀的二次校准后构成31个计量水平的控制平台。解决了原用尿素还原剂剂量的问题，具有很高的可靠性和实用价值。
文档编号F01N3/24GK101922334SQ201010277030
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者候福建, 崔龙, 应善强, 张克金, 李文祥, 王丹, 魏晓川 申请人:中国第一汽车集团公司