一種scr尿素噴射系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種SCR尿素噴射系統(tǒng)，特別是精確控制尿素溶液劑量的SCR尿素噴射系統(tǒng)。具體包括連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的泵體、尿素容器、存液室、電控單元，其特征在于：所述的泵體入口連接尿素容器，其出口連接存液室；所述的存液室的出液口經(jīng)過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥連接至氣液混合室；所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)還包括高壓氣源，該高壓氣源經(jīng)過(guò)節(jié)流機(jī)構(gòu)連接至氣液混合室，所述的氣液混合室連接至尿素噴嘴。通過(guò)保持一定壓力的存液室及自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)尿素噴射系統(tǒng)的噴射精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型公開(kāi)一種SCR尿素噴射系統(tǒng)，特別是精確控制尿素溶液劑量的SCR尿 素噴射系統(tǒng)。 -種SCR尿素噴射系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大氣霧霾污染的日益嚴(yán)重，以及社會(huì)對(duì)大氣質(zhì)量提高的迫切需求，世界各國(guó) 對(duì)燃油(氣）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)的不斷提高，柴油機(jī)作為機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染貢獻(xiàn)率占40%的 排放源，控制其排放顯得尤為重要，尤其是柴油機(jī)"國(guó)IV排放標(biāo)準(zhǔn)"的推行，結(jié)合我國(guó)油品等 諸多現(xiàn)狀，通過(guò)優(yōu)化燃油燃燒，降低PM顆粒物，增大氮氧化物NOx排放+SCR系統(tǒng)的技術(shù)路 線(xiàn)，成為最適合我國(guó)柴油機(jī)尾氣后處理的技術(shù)路線(xiàn)。該技術(shù)路線(xiàn)通過(guò)精確噴射尿素溶液，作 為尾氣中NOx的還原劑，將其還原為對(duì)大氣無(wú)污染的氮?dú)馀c水。達(dá)到降低氮氧化物污染的 目的。
[0003] 其中SCR后處理系統(tǒng)采用32. 5%的標(biāo)準(zhǔn)尿素溶液，通過(guò)尿素噴射霧化后注 入到發(fā)動(dòng)機(jī)催化反應(yīng)箱內(nèi)。尿素溶液在高溫環(huán)境下水解生成氨氣?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下： ^。生成的NH3作為還原劑，在尾氣催化轉(zhuǎn)化器中發(fā)生如 下化學(xué)反應(yīng)：
[0004] 4冊(cè)3 + 4M? + 02-+6H70
[0005] 2N02 + 02 +4NH, 3N2 + 6H20
[0006] NO + NO, + 2NH3 -? 2Nj + 3H30
[0007] SCR把柴油機(jī)廢氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化為N2和H20,達(dá)到凈化廢氣的目的。
[0008] SCR尿素噴射系統(tǒng)中，尿素噴射量的精確控制是很重要的。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，往 往由于控制上的不足，導(dǎo)致尿素實(shí)際噴射量與需求噴射量有偏差，使當(dāng)氧化物反應(yīng)效率不 足或造成氨泄露。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本實(shí)用新型為了解決以上的問(wèn)題，提供一種SCR尿素噴射系統(tǒng)，包括連接驅(qū)動(dòng)電 機(jī)的泵體、尿素容器、存液室、電控單元，所述的泵體入口連接尿素容器，其出口連接存液 室；所述的存液室的出液口經(jīng)過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥連接至氣液混合室；所述的尿素計(jì)量泵還包括 高壓氣源，該高壓氣源經(jīng)過(guò)節(jié)流機(jī)構(gòu)連接至氣液混合室，所述的氣液混合室連接至尿素噴 嘴。
[0010] 所述電控單元，所述的電控單元與所述的泵體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接；所述的存液室 上設(shè)置有壓力傳感器，所述的壓力傳感器與所述電控單元電連接。
[0011] 所述的存液室還包括回液管，該回液管經(jīng)過(guò)單向泄壓閥連接所述的尿素容器。所 述的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥與所述的電控單元電連接。
[0012] 所述的高壓氣源以切向方向進(jìn)入氣液混合室，形成氣體旋流與尿素溶液混合。所 述的存液室內(nèi)設(shè)置有存液室，所述的存液室為窄道盤(pán)旋方式。
[0013] 所述的尿素計(jì)量泵包括預(yù)注狀態(tài)，在該狀態(tài)時(shí)，所述泵體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，自動(dòng)調(diào) 節(jié)閥關(guān)閉，直到所述存液室達(dá)到預(yù)定壓力。
[0014] 所述的尿素計(jì)量泵包括噴射狀態(tài)，在該狀態(tài)時(shí)，所述電控單元連接控制自動(dòng)調(diào)節(jié) 閥開(kāi)度，所述泵體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行存液室恒定壓力。
[0015] 所述的尿素計(jì)量泵包括排空狀態(tài)，在該狀態(tài)時(shí)，所述泵體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)閉，自動(dòng)調(diào) 節(jié)閥開(kāi)啟，所述存液室內(nèi)尿素溶液流出至所述氣液混合室，所述高壓氣源經(jīng)節(jié)流機(jī)構(gòu)進(jìn)入 氣液混合室,高壓氣流吹動(dòng)氣液混合室內(nèi)的尿素溶液從所述尿素噴嘴排出。
[0016] 采用本實(shí)用新型披露的SCR尿素噴射系統(tǒng)，可以確保儲(chǔ)液腔體恒壓環(huán)境，通過(guò)尿 素噴射系統(tǒng)電控單元提供的PWM控制信號(hào)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)合，實(shí)現(xiàn)尿素溶液劑量的精 確噴射。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；
[0018] 圖2為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖。
[0019] 其中：1.尿素容器2.驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.泵體4.壓力傳感器5.電控單元6.進(jìn)液口 7.回液口 8.出液口 9.存液室10.單向限壓閥11.自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12.高壓氣源13.氣液混 合室14.節(jié)流機(jī)構(gòu)15.尿素噴嘴。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 本實(shí)用新型公開(kāi)一種SCR尿素噴射系統(tǒng)，如圖1所示具體包括連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的 泵體3、尿素容器1、存液室9、電控單元5,其特征在于：所述的泵體3入口連接尿素容器1， 其出口連接存液室9 ;所述的存液室9的出液口 8經(jīng)過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11連接至氣液混合室13 ; 所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)還包括高壓氣源12,該高壓氣源經(jīng)過(guò)節(jié)流機(jī)構(gòu)14連接至氣液混合 室13,所述的氣液混合室13連接至尿素噴嘴15。泵體3從尿素容器1中抽取SCR尿素溶 液，加壓后訴訟到存液室9中；保持有壓力的存液室9內(nèi)的尿素溶液經(jīng)過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11進(jìn) 入到氣液混合室13,并在氣液混合室13中與經(jīng)過(guò)節(jié)流后的氣流混合，形成的混合流體經(jīng)過(guò) 尿素噴嘴15進(jìn)行噴射。這樣可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使泵運(yùn)轉(zhuǎn)從而保持存液室9內(nèi)有相對(duì)穩(wěn)定 的液壓，通過(guò)調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11的開(kāi)度，控制進(jìn)入氣液混合室13內(nèi)尿素溶液的量，從而較 好的控制尿素噴嘴15的噴出量。
[0021] 進(jìn)一步的，圖1所示，電控單元5連接至自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11，調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度， 使得根據(jù)需要對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11的開(kāi)度進(jìn)行控制，提高尿素溶液的噴出精度。其中，電控單 元5可以理解為后處理電控單元，作為SCR尿素噴射系統(tǒng)的控制核心；自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11可以 是通過(guò)PWM波的占空比大小調(diào)節(jié)開(kāi)啟時(shí)間周期的電磁閥，或者是可以調(diào)節(jié)節(jié)流能力大小的 電子膨脹閥，其目的為實(shí)現(xiàn)對(duì)于開(kāi)度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。尿素容器1為容納尿素液體的容器，優(yōu)選 的采用筒形或者箱型，也可以根據(jù)實(shí)際位置，采用適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變形，而這種變形是本領(lǐng)域技 術(shù)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，容易想到的。
[0022] 具體的，為了提高氣液混合室內(nèi)較高壓力的氣體與尿素溶液的充分混合，并且在 較小的空間中實(shí)現(xiàn)，經(jīng)節(jié)流后的高壓氣源以切向方向進(jìn)入氣液混合室，形成氣體旋流與尿 素溶液混合。同時(shí)在存液室9內(nèi)設(shè)置有存液室，該存液室為窄道盤(pán)旋方式，確保了流動(dòng)的穩(wěn) 定性。由于氣流的速度較高，且周向旋流的速度和方向不易受到汽車(chē)顛簸和速度變化的影 響，所以確保了在各種汽車(chē)運(yùn)行工況下，都能穩(wěn)定的對(duì)氣體和尿素液體進(jìn)行混合。
[0023] 進(jìn)一步的在存液室9內(nèi)設(shè)有電加熱器，在低溫工作時(shí)，內(nèi)部殘存的液體將凍結(jié)，通 過(guò)電加熱器，將其融化，使之可以正常工作。
[0024] 在實(shí)際使用過(guò)程中，本實(shí)用新型公開(kāi)的SCR尿素噴射系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、自 動(dòng)調(diào)節(jié)閥11、節(jié)流機(jī)構(gòu)14等調(diào)節(jié)裝置的狀態(tài)，可以形成預(yù)注、噴射、排空、關(guān)閉四個(gè)狀態(tài)，從 而實(shí)現(xiàn)在各種需求情況下，完成特定的功能。
[0025] SCR尿素噴射系統(tǒng)在預(yù)注狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)泵體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)2啟動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11關(guān) 閉，直到所述存液室9達(dá)到預(yù)定壓力。當(dāng)泵內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，尿素噴射系統(tǒng)電控單元 給驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的控制電流為〇,電機(jī)暫時(shí)停止工作，維持存液室9內(nèi)壓力穩(wěn)定。具體的，驅(qū) 動(dòng)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)磁力齒輪泵3將尿素溶液從尿素箱輸送到進(jìn)液口 6進(jìn)入存液室9中，通過(guò)尿 素噴射系統(tǒng)電控單元5輸出的控制電流，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2,使尿素存液室9內(nèi)維持到設(shè)定壓 力。其中存液室9體積不小于12cm 3,且該腔體為窄道盤(pán)旋式，該體積可使存液室9內(nèi)維持 設(shè)定壓力，且沖擊較小，同時(shí)可以是液體充滿(mǎn)存液室，也可避免氣穴的形成。
[0026] SCR尿素噴射系統(tǒng)在噴射狀態(tài)時(shí)，電控單元連接控制自動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，所述泵體的 驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行確保存液室9恒定壓力，高壓氣源輸入氣流在氣液混合室13內(nèi)與來(lái)自自動(dòng)調(diào) 節(jié)閥的尿素溶液混合，混合后的高壓尿素溶液噴射至尿素噴嘴15。尿素噴射系統(tǒng)電控單元 DUC 5計(jì)算當(dāng)前工況下所需尿素噴射量，以此決定輸出給自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11的PWM波的占空比 大小，采用電控單元連接控制自動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的常規(guī)控制手段，結(jié)合到本實(shí) 施例的尿素噴射系統(tǒng)中，有效的提高噴射的精度。與此同時(shí)磁力齒輪泵維持腔內(nèi)恒定壓力， 以此保證噴射量的精確。尿素溶液從自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11噴出后，進(jìn)入氣液混合腔13,與高壓氣 源12輸入氣流完成混合，混合后的高壓尿素溶液出液管路流至尿素噴嘴15,噴嘴將其霧化 后噴射至SCR反應(yīng)箱。
[0027] SCR尿素噴射系統(tǒng)在排空狀態(tài)時(shí)，所述泵體3的驅(qū)動(dòng)電機(jī)2關(guān)閉，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11開(kāi) 啟，所述存液室9內(nèi)尿素溶液流出至所述氣液混合室13,所述高壓氣源12經(jīng)節(jié)流機(jī)構(gòu)14進(jìn) 入氣液混合室13,高壓氣流吹動(dòng)氣液混合室13內(nèi)的尿素溶液從所述尿素噴嘴15排出。驅(qū) 動(dòng)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)的磁力齒輪泵3停止工作，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11完全開(kāi)啟，存液室9內(nèi)的殘留尿素 溶液流出至氣液混合腔13,壓縮空氣將該液體吹洗干凈。高壓氣源經(jīng)過(guò)氣源管路連與混合 腔體，為混合腔內(nèi)液體混合提供均勻氣流，高壓氣源以徑向切入的方式從進(jìn)入混合腔，形成 氣旋，使氣液充分混合均勻。其中，泵體3在安裝時(shí)，泵體需高于尿素儲(chǔ)液箱和SCR反應(yīng)箱， 保證泵體內(nèi)的存液室在SCR系統(tǒng)處于排空狀態(tài)時(shí)，殘留的尿素溶液可從出液口 8自然流出 至SCR反應(yīng)箱。
[0028] 實(shí)施例二
[0029] 進(jìn)一步，如圖2所示，為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例，與前一實(shí)施例的區(qū)別在于，電 控單元5與泵體3的驅(qū)動(dòng)電機(jī)2電連接；存液室9上設(shè)置有壓力傳感器4,壓力傳感器4與 電控單元5電連接，電控單元根據(jù)壓力信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)。存液室9還包括回液 管7,該回液管7經(jīng)過(guò)單向泄壓閥10連接尿素容器1，當(dāng)存液室9內(nèi)的尿素壓力超過(guò)設(shè)定壓 力時(shí)，單向泄壓閥10開(kāi)啟排出一些尿素到尿素容器1，實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)的自動(dòng)卸壓，直到存液室9 內(nèi)的尿素壓力恢復(fù)到設(shè)定壓力。特別是，在預(yù)注狀態(tài)時(shí)，由于尿素溶液不易壓縮，如果壓力 過(guò)高會(huì)使存液室損壞，所以自動(dòng)泄壓的單向泄壓閥會(huì)起到保護(hù)設(shè)備及穩(wěn)定運(yùn)行的作用。
[0030] 具體的，磁力齒輪式泵體3將尿素抽到存液室9內(nèi)，以存液室9內(nèi)尿素壓力傳感器 信號(hào)為反饋信號(hào)，采用PID調(diào)節(jié)方法控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)存液室體內(nèi)壓力的的 閉環(huán)控制，多余的尿素溶液通過(guò)單向限壓閥回流到尿素箱中。這里采用的PID調(diào)節(jié)方法為 本領(lǐng)域的常用控制方法，其與本實(shí)用新型公開(kāi)的系統(tǒng)結(jié)合，能夠更好的穩(wěn)定存液室9內(nèi)的 尿素壓力，當(dāng)該尿素壓力均衡和穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11可以準(zhǔn)確控制噴射量。特別是 在預(yù)注狀態(tài)和噴射狀態(tài)時(shí)，通過(guò)PID調(diào)節(jié)方法可以提高存液室9內(nèi)的尿素壓力的穩(wěn)定性。
[0031] 如圖2所示，本實(shí)施例中，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥1 1與所述的電控單元5電連接，尿素噴射 系統(tǒng)電控單元輸出PWM波給尿素出液自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM占空比實(shí)現(xiàn)尿素溶液噴射 劑量的精確控制。精確控制與NOx精確反應(yīng)的尿素溶液劑量是整個(gè)SCR系統(tǒng)的關(guān)鍵所在， 其計(jì)量泵是執(zhí)行需求尿素溶液噴射量的核心部件。通過(guò)PID調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)泵體維持儲(chǔ)液腔體恒 壓環(huán)境，通過(guò)電控單元提供的PWM控制信號(hào)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)合，實(shí)現(xiàn)尿素溶液劑量的 精確噴射。
[0032] 本實(shí)用新型技術(shù)內(nèi)容及特征已揭示如上，然而本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)人員任可能基于本 實(shí)用新型的提示而做出種種不背離本文精神的替換及修飾，因此，本新型保護(hù)范圍應(yīng)不限 于實(shí)施例揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本實(shí)用新型的替換及修飾，并為本實(shí)用新型申 請(qǐng)權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1. 一種SCR尿素噴射系統(tǒng)，包括連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的泵體、尿素容器、存液室、電控單元，其 特征在于：所述的泵體入口連接尿素容器，其出口連接存液室；所述的存液室的出液口經(jīng) 過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥連接至氣液混合室；所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)還包括高壓氣源，該高壓氣源 經(jīng)過(guò)節(jié)流機(jī)構(gòu)連接至氣液混合室，所述的氣液混合室連接至尿素噴嘴。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于：所述電控單元，所述的電控 單元與所述的泵體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接；所述的存液室上設(shè)置有壓力傳感器，所述的壓力傳 感器與所述電控單元電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于：所述的存液室還包括回液 管，該回液管經(jīng)過(guò)單向泄壓閥連接所述的尿素容器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于：所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥與所述 的電控單元電連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于：所述的高壓氣源以切向方 向進(jìn)入氣液混合室，形成氣體旋流與尿素溶液混合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于：所述的存液室內(nèi)設(shè)置有存 液室，所述的存液室為窄道盤(pán)旋方式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于：所述的存液室內(nèi)設(shè)有電加 熱器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1- 7中任一項(xiàng)所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于：所述的尿素計(jì) 量泵包括預(yù)注狀態(tài)，在該狀態(tài)時(shí)，所述泵體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，直到所述存 液室達(dá)到預(yù)定壓力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1- 7中任一項(xiàng)所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于：所述的尿素計(jì) 量泵包括噴射狀態(tài)，在該狀態(tài)時(shí)，所述電控單元連接控制自動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，所述泵體的驅(qū)動(dòng) 電機(jī)運(yùn)行存液室恒定壓力，所述的高壓氣源輸入氣流在氣液混合室內(nèi)與來(lái)自自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的 尿素溶液混合，混合后的高壓尿素溶液噴射至尿素噴嘴。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1- 7中任一項(xiàng)所述的SCR尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于：所述的尿素 計(jì)量泵包括排空狀態(tài)，在該狀態(tài)時(shí)，所述泵體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)閉，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟，所述存液 室內(nèi)尿素溶液流出至所述氣液混合室，所述高壓氣源經(jīng)節(jié)流機(jī)構(gòu)進(jìn)入氣液混合室，高壓氣 流吹動(dòng)氣液混合室內(nèi)的尿素溶液從所述尿素噴嘴排出。
【文檔編號(hào)】F01N3/20GK203891978SQ201420178172
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】仇滔, 劉興華, 岳廣照, 李旭初, 高偉 申請(qǐng)人:北京大學(xué)工學(xué)院包頭研究院