CN107559079A - 柴油机后处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油机后处理系统，包括：排气管、催化消声器、NOx传感器、添蓝罐、压缩空气辅助喷射系统、添蓝喷嘴以及后处理控制单元ACU。其中，催化消声器与排气管相连接，用于还原废气中的氮氧化物并且降低发动机的排气噪声；添蓝罐安装有添蓝泵、传感器和加热器，用于盛装尿素水溶液；压缩空气辅助喷射系统通过添蓝管路与添蓝罐连接，压缩空气辅助喷射系统包括计量喷射泵；添蓝喷嘴被设置于所述排气管上，并通过添蓝管路与计量喷射泵连接；后处理控制单元ACU与计量喷射泵通信连接，用于控制计量泵和压缩空气电磁阀按照预定程序工作。该柴油机后处理系统设计合理、集成度高、尿素喷射雾化效率高、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机尾气后处理，特别涉及一种柴油机后处理系统。
背景技术
现有的柴油后处理系统SCR系统(SCR是Selective(选择性)、Catalytic(催化)、Reduction(还原)的英文缩写)的工作原理是将还原剂喷入排气管，排气中的氮氧化合物在催化器的作用下与还原剂反应而被还原成氮气和水，SCR系统目前采用的还原剂是尿素。尿素NH2CONH2加H2O后在高温下分解成成NH3和CO2：
NH2CONH2+H2O-＝2NH3+CO2
NH3再和排气中的NO和NO2反应产生氮气和水：
NO+NO2+2NH3-＝2N2+3H2O
4NO+O2+4NH3-＝4N2+6H2O
2NO2+O2+4NH3-＝3N2+6H2O
为了防止发动机在整个使用寿命过程中氨气的泄漏，SCR催化器后设有氨催化器，在这个催化器中NH3与O2反应生成氮气和水：
4NH3+3O2-＝2N2+6H2O
其中，SCR系统用的标准化尿素水溶液称为添蓝。
现有技术中使用的SCR系统通常包括尿素喷射系统、前温度传感器、后温度传感器、NOx传感器、压差传感器、混合器以及排气管。因此，现有技术中的SCR系统存在长度过长、不易整车布置，排气阻力大，排气管路抗结晶能力较差，而且尿素的喷射雾化效果差、效率低、低温转化率较低，还原剂的喷射精度较差、成本高等缺点。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柴油机后处理系统，从而解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种柴油机后处理系统，其应用于带有涡轮增压器的柴油机，该柴油机后处理系统包括：排气管，其与柴油机的发动机相连接，用于接收来自发动机的废气；催化消声器，其与排气管相连接，用于还原废气中的氮氧化物并且降低发动机的排气噪声，催化消声器包括SCR催化器和发动机排气消声器，催化消声器的入口端和出口端分别设置有温度传感器；NOx传感器，其设置于催化消声器的出口端，用于测量经过催化消声器反应后的废气中的NOx成分的浓度；添蓝罐，用于盛装尿素水溶液，添蓝罐安装有添蓝泵、传感器和加热器，其中传感器为液位、液温传感器；压缩空气辅助喷射系统，其通过添蓝管路与添蓝罐连接，压缩空气辅助喷射系统包括计量喷射泵，计量喷射泵集成有计量泵和压缩空气电磁阀；添蓝喷嘴，其被设置于排气管上，并通过添蓝管路与计量喷射泵连接，用于将计量喷射泵送来的尿素水溶液与空气混合物均匀雾化并且顺流喷入排气管中；以及后处理控制单元ACU，其与计量喷射泵通信连接，用于控制计量泵和压缩空气电磁阀按照预定程序工作。
优选地，上述技术方案中，柴油机后处理系统还包括：冷却液电磁阀，其通过冷却液管路与添蓝罐和添蓝泵内置的换热器相连接，用来为系统提供化冰服务。
优选地，上述技术方案中，后处理控制单元ACU通过CAN总线与发动机ECU通讯连接，通过对发动机的运行状态数据及两个温度传感器的信号进行计算，以获得尿素水溶液的喷射量，进而通过CAN总线控制计量喷射泵的喷射量，从而使得废气中的NOx成分被精确还原。
优选地，上述技术方案中，催化消声器的表层材料为不锈钢，不锈钢材料的下部为绝缘材料，运行过程中催化消声器的表面平均温度低于200℃。
优选地，上述技术方案中，添蓝罐的材料为塑料，添蓝罐的内部设置有添蓝粗滤器，用于防止直径大于0.1mm的大颗粒进入系统。
优选地，上述技术方案中，添蓝罐还设置有通气阀，用于平衡罐内外气体压力，添蓝罐的底部设置有残液放出螺塞孔。
优选地，上述技术方案中，计量喷射泵还包括加热器，以防止添蓝罐内的尿素水溶液结冰。
优选地，上述技术方案中，空气辅助喷射系统还包括压缩空气管和空气滤清器，其中压缩空气管用于通入压缩空气，以携带计量后的尿素水溶液到添蓝喷嘴，使得尿素水溶液经添蓝喷嘴充分雾化喷出。
优选地，上述技术方案中，冷却液管路与添蓝管路捆扎在一起，且外部套有保温管。
优选地，上述技术方案中，冷却液管路采用纤维加强的三元乙丙橡胶管。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的SCR系统设计合理，整体空间小、易整车布置，包括压缩空气辅助喷射系统，集成度高、效率高、成本低；不需混合器，排气管容易布置、排气阻力小、抗结晶能力强；尿素喷射雾化充分，且氨存储控制策略完善，低温转化效率高。由于喷嘴为纯机械结构，无电器和运动件，可靠性好、维修成本低；可匹配多种电控系统，满足排放及环保法规要求，能完美升级到国5、国6标准。同时，本发明的SCR系统采用一个独立的电控单元控制，因而能够精确地完成尿素水溶液的喷射量控制、化冰控制、所述温度传感器和所述液位、液温传感器的信号处理以及OBD功能的实现。
附图说明
图1是根据本发明的SCR系统的装置组成示意图；
图2是根据本发明的SCR系统的结构框图。
主要附图标记说明：
1-排气管，2-催化消声器，3-NOx传感器，4-温度传感器，5-添蓝罐，6-压缩空气辅助喷射系统，7-计量喷射泵，8-后处理控制单元ACU，9-压缩空气管，10-添蓝喷嘴，11-冷却水电磁阀，12-添蓝管路，13-空气滤清器，14-冷却液管路，15-车辆储气罐，16-压缩空气电磁阀，17-液位、温度传感器，18-电信号，19-CAN信号。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1和图2所示，分别为根据本发明具体实施方式的SCR系统的装置组成示意图和SCR系统的结构框图。本发明的柴油机后处理系统，其应用于带有涡轮增压器的柴油机，该SCR系统包括：排气管1、催化消声器2、NOx传感器3、添蓝罐5、压缩空气辅助喷射系统6、添蓝喷嘴7、后处理控制单元ACU 8、冷却液电磁阀11、以及相应的管路(添蓝管路12、冷却液管路14)和线束。
其中，排气管1与柴油机的发动机相连接，用于接收来自发动机的废气。催化消声器2与排气管1相连接，用于还原所述废气中的氮氧化物并且降低所述发动机的排气噪声，所述催化消声器2包括SCR催化器和发动机排气消声器，所述催化消声器的入口端和出口端分别设置有一个温度传感器4。催化消声器2的整体材料为不锈钢，内装有SCR催化器芯子和消声管路，表层不锈钢材料的下部为绝缘材料。应当理解的是，现有技术中的通用的绝缘材料均可以用作本发明的绝缘材料。催化消声器2在运行过程中所述催化消声器的表面平均温度低于200℃。催化消声器2的入口端为法兰面接口，出口端为光管接口，本发明的催化消声器2可以选用桶式催化消声器，温度传感器4分别设置于入口端和出口端的圆柱面上。然而，应当理解的是，本法明的具体实施方式仅是示例性的而不是限制性的。NOx传感器3设置于催化消声器2的出口端，用于测量经过催化消声器反应后的废气中的NOx成分的浓度，其浓度信号用于添蓝喷射的闭环控制和OBD功能。OBD(On-Board Diagnostics for VehicleEmission Control Systems)是指排放控制用车载诊断系统，它具有识别可能导致排放超标的故障区域的功能，并以故障代码的方式将该信息储存在电控单元存储器内，同时点亮故障指示灯(MIL)。当故障导致排放明显恶化时，激活发动机减扭矩功能，避免排放进一步恶化、提醒驾驶员尽早进行维修。
添蓝罐5用于盛装尿素水溶液，添蓝罐安装有添蓝泵、传感器和加热器，其中该传感器为液位、液温传感器，用于感应添蓝罐5内尿素水溶液的液面高度和温度。加热器可以利用发动机冷却液的热量来化冰。添蓝罐5的材料为塑料，添蓝罐5的内部设置有添蓝粗滤器，用于防止直径大于0.1mm的大颗粒进入系统中。添蓝罐5还设置有通气阀，用于平衡罐内外气体压力。此外，添蓝罐5的底部设置有残液放出螺塞孔，用于放出罐内残存的液体。
压缩空气辅助喷射系统6通过添蓝管路12与添蓝罐5连接，压缩空气辅助喷射系统6包括计量喷射泵7、压缩空气管9和空气滤清器13。其中，计量喷射泵7集成有计量泵、压缩空气电磁阀和加热器。计量喷射泵7具有四个液体/空气接头和两个电器接口，液体/空气接头从顶部顺时针依次为：压缩空气入口、喷嘴接口、添蓝入口、添蓝回液口。两个电器接口为：压缩空气电磁阀4针电器接头和37针主电器接头，其中，37针主电器接头包括蓄电池电源接口、点火开关、空气电磁阀正负极和J1939高、低和屏蔽端子。计量喷射泵7可控制内部的加热器自动加热，以防止所述添蓝罐5内的尿素水溶液结冰。压缩空气管9用于通入压缩空气，以携带计量后的尿素水溶液到添蓝喷嘴10，使得尿素水溶液经添蓝喷嘴10充分雾化喷出。空气滤清器13是用来过滤压缩空气的颗粒和杂质。
添蓝喷嘴10被设置于所述排气管1上，并通过添蓝管路12与计量喷射泵7连接，用于将计量喷射泵7送来的尿素水溶液与空气混合物均匀雾化并且顺流喷入排气管1中；添蓝喷嘴10为不锈钢材料的喷射器。
后处理控制单元ACU 8为一个独立的电控单元，用于控制计量泵和压缩空气电磁阀16按照预定程序工作，从而精确计算尿素水溶液的喷射量，后处理控制单元ACU 8还用于化冰控制、温度传感器和液位、液温传感器17的信号处理以及OBD功能的实现。后处理控制单元ACU 8通过CAN总线与发动机ECU通讯连接，通过对所述发动机的运行状态数据及两个所述温度传感器的电信号18进行计算，并根据预先标定好的各种脉冲，适时地计算发动机实际工作情况下的尿素水溶液的喷射量，进而通过CAN总线控制计量喷射泵的喷射量，从而使得废气中的NOx成分被精确还原。
后处理控制单元ACU 8具有故障自诊断和OBD功能，正常运行时，打开钥匙后能听到泵运转时发出的短促的声音，这时电机回到“停车”位置；当发动机起动时，泵进入“起动排空”模式，泵以最大流量将尿素水溶液抽入，再通过添蓝回液口回到添蓝罐，这样持续进行半分钟，然后内部控制器打开压缩空气电磁阀，如果压缩空气压力正常而且“起动排空”模式成功完成时，计量喷射泵7将进入计量喷射模式，根据后处理控制单元ACU8发出的命令控制尿素水溶液的喷射量，如果排气温度低于200℃，尿素水溶液喷射量为零，压缩空气持续喷射。当起动钥匙关闭后，泵自动开始吹扫，压缩空气继续喷射30秒，以泵扫喷嘴管路中的残液，避免因尿素水溶液结晶而造成管路堵塞。
冷却液电磁阀11通过冷却液管路14与添蓝罐5和添蓝泵内置的换热器相连接，用来为系统提供化冰服务。化冰控制具体为：当后处理控制单元ACU8通过添蓝罐5的液位、温度传感器17感应到尿素水溶液的温度低于一定程度时，判断出系统结冰，此时通电打开冷却液电磁阀11。加热后的发动机冷却液就会顺着冷却液管路14流向添蓝罐5和添蓝泵内置的换热器，这些地方的冰就会迅速融化。由于冷却液管路14和添蓝管路12捆扎在一起，且外部套有保温管，所以添蓝管路12内部的冰也会同时融化。
本发明的SCR系统中的添蓝管路12必须有足够的强度，不会因为抽吸产生的真空而被压扁。压缩空气管只需考虑强度和耐低温性能即可。冷却液管路14是用发动机的冷却液来加热添蓝罐5和添蓝管路12，从而解决冬天添蓝易结冰、寒冷季节添蓝温度低的问题。冷却液管路14优选纤维加强的三元乙丙橡胶管。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种柴油机后处理系统，其应用于带有涡轮增压器的柴油机，其特征在于，所述柴油机后处理系统包括：
排气管，其与所述柴油机的发动机相连接，用于接收来自所述发动机的废气；
催化消声器，其与所述排气管相连接，用于还原所述废气中的氮氧化物并且降低所述发动机的排气噪声，所述催化消声器包括SCR催化器和发动机排气消声器，所述催化消声器的入口端和出口端分别设置有温度传感器；
NOx传感器，其设置于所述催化消声器的出口端，用于测量经过催化消声器反应后的废气中的NOx成分的浓度；
添蓝罐，用于盛装尿素水溶液，所述添蓝罐安装有添蓝泵、传感器和加热器，其中所述传感器为液位、液温传感器；
压缩空气辅助喷射系统，其通过添蓝管路与所述添蓝罐连接，所述压缩空气辅助喷射系统包括计量喷射泵，所述计量喷射泵集成有计量泵和压缩空气电磁阀；
添蓝喷嘴，其被设置于所述排气管上，并通过添蓝管路与所述计量喷射泵连接，用于将所述计量喷射泵送来的所述尿素水溶液与空气混合物均匀雾化并且顺流喷入所述排气管中；以及
后处理控制单元ACU，其与所述计量喷射泵通信连接，用于控制所述计量泵和所述压缩空气电磁阀按照预定程序工作。
2.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统，其特征在于，所述柴油机后处理系统还包括：冷却液电磁阀，其通过冷却液管路与所述添蓝罐和添蓝泵内置的换热器相连接，用来为系统提供化冰服务。
3.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统，其特征在于，所述后处理控制单元ACU通过CAN总线与发动机ECU通信连接，通过对所述发动机的运行状态数据及两个所述温度传感器的信号进行计算，以获得所述尿素水溶液的喷射量，进而通过CAN总线控制所述计量喷射泵的喷射量，从而使得所述废气中的NOx成分被精确还原。
4.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统，其特征在于，所述催化消声器的表层材料为不锈钢，所述不锈钢材料的下部为绝缘材料，运行过程中所述催化消声器的表面平均温度低于200℃。
5.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统，其特征在于，所述添蓝罐的材料为塑料，所述添蓝罐的内部设置有添蓝粗滤器，用于防止直径大于0.1mm的大颗粒进入系统。
6.根据权利要求5所述的柴油机后处理系统，其特征在于，所述添蓝罐还设置有通气阀，用于平衡罐内外气体压力，所述添蓝罐的底部设置有残液放出螺塞孔。
7.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统，其特征在于，所述计量喷射泵还包括加热器，以防止所述添蓝罐内的尿素水溶液结冰。
8.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统，其特征在于，所述空气辅助喷射系统还包括压缩空气管和空气滤清器，其中压缩空气管用于通入压缩空气，以携带计量后的尿素水溶液到所述添蓝喷嘴，使得所述尿素水溶液经所述添蓝喷嘴充分雾化喷出。
9.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统，其特征在于，所述冷却液管路与所述添蓝管路捆扎在一起，且外部套有保温管。
10.根据权利要求9所述的柴油机后处理系统，其特征在于，所述冷却液管路采用纤维加强的三元乙丙橡胶管。
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