用於非道路柴油機歐ⅢB排放控制系統的製作方法

2023-05-27 23:30:26

本實用新型屬於內燃機領域，涉及一種用於非道路柴油機排放控制系統，尤其涉及一種採用「增壓中冷+電控高壓共軌+選擇性催化還原（SCR）」的用於非道路柴油機歐ⅢB排放控制系統。

背景技術：
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目前，國內外相關排放控制技術在發動機上的應用日益加快。柴油機排放控制有四大關鍵技術：發動機本體性能優化技術、先進缸內燃燒控制技術、機外尾氣淨化技術以及燃料和潤滑油油品控制技術。日趨嚴格的排放法規直接影響著發動機的設計和研製，單純依靠發動機機內淨化措施很難達到排放要求，還必須採取機外尾氣淨化技術。

發動機尾氣後處理技術路線主要有選擇性催化還原技術（SCR）和柴油顆粒捕集技術（DPF）兩種。各國因法規、油品和關注的性能指標（如油耗、顆粒物、氮氧化合物）等具體情況不同，採取的技術路線也不同。採用SCR技術路線時，可以用電控高壓噴射和增壓中冷等機內淨化措施降低顆粒物至法規要求，但由於氮氧化合物和顆粒物的相悖關係，氮氧化合物排放會顯著增高，這時可以依靠SCR後處理系統將氮氧化合物降低至法規要求。

技術實現要素：
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本實用新型所要解決的技術問題是提供一種成本低、對發動機本身改動小、可以實現用於非道路柴油機歐ⅢB排放標準的排放控制系統。

本實用新型的技術方案是：用於非道路柴油機歐ⅢB排放控制系統，包括：「電控高壓共軌+增壓中冷」的機內淨化系統和SCR後處理系統；「電控高壓共軌+增壓中冷」的機內淨化系統和SCR後處理系統之間通過排氣管和發動機排氣連接管連接在一起。

「電控高壓共軌+增壓中冷」的機內淨化系統包括：空氣濾清器、壓氣機、中冷器、進氣歧管、發動機、排氣歧管、渦輪機、排氣管、進氣溫度信號線、進氣壓力信號線、冷卻水溫度信號線、曲軸轉速信號線、凸輪軸轉速信號線、油門位置信號線、機油溫度信號線、發動機控制器、燃油箱、燃油濾清器、電子輸油泵、高壓油泵、高壓共軌管、燃油溫度信號線、油量計量閥信號線、軌壓傳感器信號線、共軌噴油器、共軌噴油器驅動線、限壓閥、燃油回油管。

發動機上的空氣濾清器一端與大氣相通，另一端連接壓氣機的進氣口，壓氣機的出氣口連接中冷器與進氣歧管；渦輪機進氣口與排氣歧管連接，渦輪機出氣口與發動機排氣管連接；渦輪機與壓氣機同軸連接。

發動機控制器通過線束與進氣溫度信號線、進氣壓力信號線、冷卻水溫度信號線、曲軸轉速信號線、凸輪軸轉速信號線、油門位置信號線、機油溫度信號線、燃油溫度信號線、油量計量閥信號線、軌壓傳感器信號線、共軌噴油器驅動線相連接。

燃油箱與燃油濾清器之間、燃油濾清器與電子輸油泵之間、電子輸油泵與高壓油泵之間通過低壓油管連接。高壓油泵與高壓共軌管之間、高壓共軌管與共軌噴油器之間通過高壓油管相連接。限壓閥安裝在高壓共軌管上，共軌噴油器與燃油回油管相連接。

後處理系統B主要包括空氣壓縮機、空氣濾清器、空氣電磁閥、冷卻水電磁閥、尿素罐、尿素計量泵、尿素液位信號線、CAN總線、尿素溫度信號線、尿素噴射控制器、氮氧化合物傳感器、SCR催化消聲器入口溫度傳感器、SCR催化消聲器出口溫度傳感器、尿素噴射裝置、發動機排氣連接管、SCR催化消聲器。

空氣壓縮機與空氣濾清器相連接，空氣電磁閥安裝在空氣濾清器與尿素計量泵之間。冷卻水電磁閥一端與發動機相連接，另一端與尿素罐相連接。

發動機排氣管與SCR催化消聲器通過排氣連接管連接，SCR催化消聲器入口300~400mm處的排氣連接管上安裝有尿素噴射裝置，尿素噴射裝置與尿素計量泵相連接，尿素計量泵與尿素罐相連接。

尿素噴射控制器與發動機控制器之間通過CAN總線進行連接，同時通過線束與尿素液位信號線、尿素溫度信號線、氮氧化合物傳感器信號線、SCR催化消聲器入口溫度傳感器信號線、SCR催化消聲器出口溫度傳感器信號線相連接。

本實用新型採用以上技術方案後可達到如下有益效果：通過本方案提供的非道路柴油機歐ⅢB排放控制系統，發動機採用「電控高壓共軌+增壓中冷」機內淨化技術，通過發動機控制器採集曲軸轉速、凸輪軸轉速、共軌管壓力、油門位置等傳感器信號，從而實現對噴油器噴射壓力、噴射時刻以及噴射脈寬的精確控制，大幅改善發動機燃燒過程，優化發動機缸內燃燒過程，使發動機油耗及顆粒物排放有明顯改善。但是這種富氧及高溫燃燒過程，造成氮氧化合物的排放也大幅升高，需要採用SCR後處理系統來降低氮氧化合物的含量。發動機排氣系統加裝SCR後處理系統，通過尿素噴射控制器採集SCR催化消聲器入口溫度、SCR催化消聲器出口氮氧化合物含量以及尿素箱液位溫度等傳感器信號，實現尿素噴射量的精確控制，從而有效地降低了發動機尾氣中氮氧化合物的含量。通過兩種方案的優化組合，可以使非道路柴油機達到歐ⅢB排放指標，是一種有效可行的技術路線。

附圖說明：

圖1為本實用新型用於非道路柴油機歐ⅢB排放控制系統的「電控高壓共軌+增壓中冷」的機內淨化系統工作原理圖；

圖2為本實用新型用於非道路柴油機歐ⅢB排放控制系統的SCR後處理系統工作原理圖。

具體實施方式：

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1-2所示，用於非道路柴油機歐ⅢB排放控制系統，包括：「電控高壓共軌+增壓中冷」機內淨化系統A和SCR後處理系統B兩部分組成。「電控高壓共軌+增壓中冷」的機內淨化系統A和SCR後處理系統B之間通過排氣管8和發動機排氣連接管43連接在一起。

「電控高壓共軌+增壓中冷」機內淨化系統A主要包括：空氣濾清器1、壓氣機2、中冷器3、進氣歧管4、發動機5、排氣歧管6、渦輪機7、排氣管8、進氣溫度信號線9、進氣壓力信號線10、冷卻水溫度信號線11、曲軸轉速信號線12、凸輪軸轉速信號線13、油門位置信號線14、機油溫度信號線15、ECU16、燃油箱17、燃油濾清器18、電子輸油泵19、高壓油泵20、高壓共軌管21、燃油溫度信號線22、油量計量閥信號線23、軌壓傳感器信號線24、共軌噴油器25、共軌噴油器驅動線26、限壓閥27、燃油回油管28。

發動機5上的空氣濾清器1一端與大氣相通，另一端與壓氣機2的進氣口相通。壓氣機2的出氣口經過中冷器3與進氣歧管4相連通；渦輪機7進氣口與排氣歧管6連通，渦輪機7出氣口與發動機排氣管8相連通；渦輪機7與壓氣機2同軸。發動機5排氣中的高溫廢氣帶動渦輪機7高速旋轉，渦輪機7帶動同軸的壓氣機2旋轉，新鮮空氣經過壓氣機2壓縮後溫度升高，需要經過中冷器3的冷卻從而達到提高新鮮空氣進氣量的目的。

發動機控制器16通過線束與進氣溫度信號線9、進氣壓力信號線10、冷卻水溫度信號線11、曲軸轉速信號線12、凸輪軸轉速信號線13、油門位置信號線14、機油溫度信號線15、燃油溫度信號線22、油量計量閥信號線23、軌壓傳感器信號線24、共軌噴油器驅動線26相連接。通過發動機控制器採集所需傳感器信號，從而實現對噴油器噴射壓力、噴射時刻以及噴射脈寬的精確控制，大幅改善發動機燃燒過程，優化發動機缸內燃燒過程，使發動機油耗及顆粒物排放有明顯改善。

燃油箱17與燃油濾清器18之間、燃油濾清器18與電子輸油泵19之間、電子輸油泵19與高壓油泵20之間通過低壓油管連接。高壓油泵20與高壓共軌管21之間、高壓共軌管21與共軌噴油器25之間通過高壓油管相連接。共軌噴油器25的回油由回油管相連接，共軌噴油器25回油經燃油冷卻器冷卻後回到燃油箱17。

後處理系統B主要包括空氣壓縮機29、空氣濾清器30、空氣電磁閥31、冷卻水電磁閥32、尿素罐33、尿素計量泵34、尿素液位信號線35、CAN總線36、尿素溫度信號線37、DCU44、氮氧化合物傳感器39、SCR催化消聲器入口溫度傳感器40、SCR催化消聲器出口溫度傳感器41、尿素噴射裝置42、發動機排氣連接管43、SCR催化消聲器44。

空氣壓縮機29與空氣濾清器30相連接，空氣電磁閥31安裝在空氣濾清器30與尿素計量泵34之間。發動機5上的冷卻水經冷卻水電磁閥32進入尿素罐33，保證在低溫工況下尿素罐33中尿素溶液不會結晶。

發動機排氣管8與SCR催化消聲器44之間有排氣連接管43，距離SCR催化消聲器44入口300～400mm處的排氣連接管43上安裝有尿素噴射裝置42。尿素噴射裝置42通過尿素溶液管與尿素計量泵34相連接，尿素計量泵34通過尿素溶液管與尿素罐33相連接。

尿素噴射控制器44與發動機控制器16之間通過CAN總線36進行通信，同時通過線束與尿素液位信號線35、尿素溫度信號線37、氮氧化合物傳感器信號線39、SCR催化消聲器入口溫度傳感器信號線40、SCR催化消聲器出口溫度傳感器41信號線相連接。通過尿素噴射控制器38採集相應傳感器信號，實現尿素噴射量的精確控制，從而有效的降低發動機尾氣中氮氧化合物的含量。