通用型scr噴射系統的製作方法
2023-05-31 06:48:06 2
專利名稱：通用型scr噴射系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於發動機排出的尾氣後處理技術，具體涉及一種SCR噴射系統，通過該系統將適量的還原劑噴射到發動機排出的尾氣中以降低發動機尾氣中的NOx濃度。
背景技術：
隨著汽車尾氣汙染的日益嚴重，汽車尾氣排放法規也越來越嚴格。發動機的機內淨化已經滿足不了嚴格的法規，則採用機內淨化和後處理系統相結合的技術路線才能達到更為嚴格的法規標準。以非均質燃燒為表徵的柴油機最難控制且存在矛盾性的是顆粒物(PM)和氮氧化物(NOx)兩種。作為後處理技術之一的選擇性催化還原技術(SCR)能夠有效的處理尾氣中的NOx。然而由於歷史的原因，我國重型柴油機的電子控制系統大量借鑑或引入了國外的產品，對整機控制算法、信號協議、核心硬體自主開發權限不足。同時，我國的後處理系統產業發展也不容樂觀，催化反應器、系統電子控制單元均未見商品型產品出現。在這樣的前提下 SCR和電控系統是相互耦合的，例如BOSCH公司的第二代SCR噴射系統，控制單元(DCU)需不斷與發動機ECU進行實時通信，從而確定發動機的工況信息，然後通過控制計量噴射泵來給噴嘴提供各個工況下所需噴射的還原劑質量，從而實時控制噴嘴進行噴射；目前我國大量自主研發的SCR後處理系統一如既往的沿襲了國外的模式，一機一標，缺乏通用性，無法為全行業的進步提供支撐。
發明內容
本發明的目的是提供一種通用型SCR噴射系統，以解決發動機後處理系統與發動機ECU之間的解耦問題，從而能夠使SCR噴射系統獨立於發動機ECU之外工作，並且針對不同的SCR催化器，該系統都能夠自學習生成相應的還原劑噴射量MAP，使發動機排氣中的 NOx保持在合理的範圍之內，提高系統的通用性。本發明通用型SCR噴射系統，包括設置在發動機排氣總管上的佔空比控制式還原劑噴嘴和通過文丘裡管與該噴嘴相連接的SCR催化器、氣動恆壓還原劑供給裝置、間歇性補液裝置、壓縮氣體源、還原劑罐和控制單元，所述的還原劑罐的出液口通過第II單向閥與間歇性補液裝置的進液口、間歇性補液裝置的出液口通過第I單向閥與氣動恆壓還原劑供給裝置的進液口、氣動恆壓還原劑供給裝置的出液口通過第I電磁閥與佔空比控制式還原劑噴嘴的入口依次進行管道連接；所述的壓縮氣體源通過第II三通閥分別經減壓閥與氣動恆壓還原劑供給裝置氣路連接，經第III電磁閥、第I三通閥與間歇性補液裝置氣路連接，第I三通閥的另一端通過第II電磁閥與所述的文丘裡管氣路連通；在所述的佔空比控制式還原劑噴嘴之前和SCR催化器之後的發動機排氣總管上分別設置一取樣支管通過電控三通閥聯結在NOx傳感器上；佔空比控制式還原劑噴嘴出口通過回液管與還原劑罐相連；在發動機進氣總管上和排氣總管上分別設置有進氣流量傳感器和排氣溫度傳感器；在所述還原劑罐、氣動恆壓還原劑供給裝置的下部分別設置第III液位傳感器、第II液位傳感器；氣動恆壓還原劑供給裝置的上部還設置第I液位傳感器；所述控制單元由一單片機和與單片機的PWM通道I相聯接的驅動電路板構成；進氣流量傳感器和排氣溫度傳感器直接與控制單元中單片機的A/D轉換通道I相聯接；第 III液位傳感器、第II液位傳感器、第I液位傳感器和NOx傳感器分別與控制單元中單片機的A/D轉換通道II相聯接；所述的第I電磁閥、第II電磁閥、第III電磁閥和電控三通閥分別與控制單元中單片機的I/O 口聯接；佔空比控制式還原劑噴嘴通過控制單元中的驅動電路板與單片機的P麗通道I相聯接，單片機通過控制PWM波形佔空比來實現還原劑的定量噴射。本發明的原理是當發動機運轉時，控制單元分別通過採集進氣流量傳感器、排氣溫度傳感器、通過SCR催化器後和佔空比控制式還原劑噴嘴前的取樣支管採集的NOx傳感器信號，利用幾個典型工況構建出總NOx生成量、SCR催化器轉化效率兩個核心模型後，針對不同機型的原始排氣特性和預期NOx排放水平就可以構建出氨氮比控制初始MAP。從而還原劑噴射系統就可以自學習生成相應的還原劑噴射量MAP。實現自適應的定量噴射。本發明的有益效果在於通用型SCR噴射系統具有自學習能力，對於任何機型只用輸入原機排放水平、預期排放目標，經過簡單的訓練工況後通用型SCR噴射系本身就會評判出機型排放達標的可行性及還原劑噴射量MAP。即通用型SCR噴射控制系統可以獨立於發動機E⑶工作，具有很強的通用性。
圖1為通用型SCR噴射系統的結構框圖；圖2為圖1中所示間歇性補液裝置的結構示意圖；圖3為圖1中所示氣動恆壓還原劑供給裝置的結構示意圖；圖4為圖1中所示控制單元組成框圖。
具體實施例方式以下結合附圖給出的實施例對本發明噴射系統作進一步詳細闡述。參照圖1、4，一種通用型SCR噴射系統，包括設置在發動機排氣總管8上的佔空比控制式還原劑噴嘴7和通過文丘裡管6與該噴嘴7相連接的SCR催化器5、氣動恆壓還原劑供給裝置13、間歇性補液裝置18、壓縮氣體源12、還原劑罐21和控制單元9 ；所述的還原劑罐21的出液口通過第II單向閥19與間歇性補液裝置18的進液口、間歇性補液裝置18 的出液口通過第I單向閥17與氣動恆壓還原劑供給裝置13的進液口、氣動恆壓還原劑供給裝置13的出液口通過第I電磁閥15與佔空比控制式還原劑噴嘴7的入口依次進行管道連接；所述的壓縮氣體源12通過第II三通閥25分別經減壓閥沈與氣動恆壓還原劑供給裝置13氣路連接，經第III電磁閥24、第I三通閥23與間歇性補液裝置18氣路連接，第I 三通閥23的另一端通過第II電磁閥22與所述的文丘裡管6氣路連通；在所述的佔空比控制式還原劑噴嘴7之前和SCR催化器5之後的發動機排氣總管8上分別設置一取樣支管通過電控三通閥11聯結在NOx傳感器10上；佔空比控制式還原劑噴嘴7出口通過回液管與還原劑罐21相連；
在發動機進氣總管3上和排氣總管8上分別設置有進氣流量傳感器2和排氣溫度傳感器4 ；在所述還原劑罐21、氣動恆壓還原劑供給裝置13的下部分別設置第III液位傳感器20、第II液位傳感器16 ；氣動恆壓還原劑供給裝置13的上部還設置第I液位傳感器 14 ；所述控制單元9由一單片機和與單片機的PWM通道I相聯接的驅動電路板構成； 進氣流量傳感器2和排氣溫度傳感器4直接與控制單元9中單片機的A/D轉換通道I相聯接；第III液位傳感器20、第II液位傳感器16、第I液位傳感器14和NOx傳感器10分別與控制單元9中單片機的A/D轉換通道II相聯接；所述的第I電磁閥15、第II電磁閥22、 第III電磁閥M和電控三通閥11分別與控制單元9中單片機的I/O 口聯接；佔空比控制式還原劑噴嘴7通過控制單元9中的驅動電路板與單片機的PWM通道I相聯接，單片機通過控制PWM波形佔空比來實現還原劑的定量噴射。參照圖2，所述的間歇性補液裝置18，包括桶體27、密封連接在該桶體27上端的頂蓋四、通過柱形環體28固連在頂蓋四下面的倒置的碗狀板體34、通過固設在桶體27內的導柱30設置一可沿該導柱上下移動的球形浮子31 ；在球形浮子31上設有與桶體進液口 33相配合的錐形塞32 ；在碗狀板體34和柱形環體28上均設有均勻分布的錐形通孔，錐形通孔之大孔徑端分別朝向碗狀板體34的外側和柱形環體觀的內側。參照圖3，所述的氣動恆壓還原劑供給裝置13由一罐體36和密封連接該罐體上端的具有氣路連接孔的蓋板35構成，在罐體36上設有上、下兩個液位傳感器插孔，進液口和出液口。本發明通用型SCR噴射系統的工作過程 選擇性催化還原過程發動機1運行時，控制單元9通過採集進氣量傳感器2和排溫傳感器4的信號確定此時發動機的工況，控制單元9可獲得SCR催化器後和佔空比控制式還原劑噴嘴前的取樣支管採集的NOx傳感器信號(α，β)，控制單元9根據自學習生成的還原劑噴射量MAP確定此工況下的還原劑噴射量，並且通過佔空比控制式還原劑噴嘴7將一定量的還原劑噴入文丘裡管6中。 當發動機1運轉時，第I電磁閥15打開，壓縮氣體源12通過第II三通閥25、減壓閥26向氣動恆壓還原劑供給裝置13提供6bar的壓縮氣體；並且壓縮氣體源12通過第II 三通閥25、第III電磁閥M和第I三通閥23向間歇性補液裝置18提供Sbar壓縮氣體； 氣動恆壓還原劑供給裝置始終保持6bar壓力，並經過第I電磁閥15持續給佔空比控制式還原劑噴嘴6供應還原劑。當氣動恆壓還原劑供給裝置13內的還原劑液面高度低於第II 液位傳感器16時，第III電磁閥M開啟，壓縮氣體源12向間歇性補液裝置18提供Sbar 壓力，從而壓縮還原劑到氣動恆壓還原劑供給裝置13 ；當氣動恆壓還原劑供給裝置內的液面高於第I液位傳感器14後，關閉第III電磁閥M，打開第II電磁閥22，間歇性補液裝置 18內的氣體排到文丘裡管6處，由於文丘裡管6處的節流作用，會使間歇性補液裝置18內壓力較快降低；還原劑罐內的還原劑由於重力的作用會經過第II單向閥19流入間歇性補液裝置18。當液面到達一定高度時，間歇性補液裝置18內的浮子會關閉進液口。一定時間後關閉第II電磁閥22。還原劑罐21內液面高度低於第III液位傳感器20時，控制單元9 發出及時加入還原劑提示信號。發動機1停止工作後，控制單元發出信號關閉第I電磁閥 15。
當第III電磁閥M開啟後，壓縮氣體源12內的壓縮氣體進入間歇性補液裝置18， 壓縮氣體經柱形環體觀和倒置的碗狀板體34的緩衝作用，壓縮還原劑進入氣動恆壓還原劑供給裝置13中；當氣動恆壓還原劑供給裝置13內的頁面到達第I液位傳感器14所在位置時，電磁閥IIIM關閉，電磁閥1122打開，間歇性補液裝置18內的壓縮氣體通過柱形環體觀和倒置的碗狀板體34上的錐形孔流入文丘裡管6中，由於氣體流出時總是朝著錐形孔孔徑增大的方向，壓縮氣體會不斷膨脹，從而使壓縮氣體流出時攜帶的還原劑小液滴不斷冷凝，最終再次流入間歇性補液裝置18中，間歇性補液裝置18內的液面下降到一定高度時，設有錐形塞的球形浮子31由於浮力減小向下運動，會將進液口打開，此時第II電磁閥 22已經打開，故還原劑罐21內的還原劑會通過進液口流入間歇性補液裝置18中，當液面到達一定高度時，設有錐形塞的球形浮子31由於浮力增加向上運動，又會將進液口堵住，使還原劑不能流入。自學習過程當發動機1運轉時，控制單元9控制電控三通閥11的轉換，使NOx傳感器分別與SCR催化器5後和佔空比控制式還原劑噴嘴7前的取樣支管相連通，可分別獲得SCR催化器5後和佔空比控制式還原劑噴嘴7前的NOx傳感器信號值(α，β)。並且發動機的進氣流量傳感器2和排氣溫度傳感器4可檢測到發動機運轉時的進氣流量和排氣溫度信號，並將其傳送給控制單元9。在整機上測試十三工況點的進氣量、排氣溫度、SCR催化器5後和佔空比控制式還原劑噴嘴7前的NOx傳感器信號值(α，β)，由十三工況點的進氣流量信號值X、排氣溫度信號值y以及佔空比控制式還原劑噴嘴7前的NOx濃度值ζ可構建出NOx總生成量核心模型f (x, y，ζ)，由十三工況點的排氣溫度信號值y、佔空比控制式還原劑噴嘴7前的NOx濃度值ζ和催化器5後的NOx濃度值w可構建出催化轉化器效率核心模型g(y，z，w)。根據已構建的發動機1在十三工況點下的NOx總生成量核心模型f (χ，y, ζ)、催化轉化器效率核心模型g(y，z，w)和發動機預期的NOx排放水平δ就可以構建出氨氮比控制初始MAP模型。利用催化轉化器前後兩個NOx傳感器信號(α，β )及NOx總生成量核心模型f(x，y，z)、催化轉化器效率核心模型g(y，z，w)和氨氮比控制初始MAP模型，還原劑噴射系統控制單元9就可以自學習生成相應的還原劑噴射量MAP。
權利要求
1.一種通用型SCR噴射系統，包括設置在發動機排氣總管8上的佔空比控制式還原劑噴嘴7和通過文丘裡管6與該噴嘴7相連接的SCR催化器5、氣動恆壓還原劑供給裝置13、 間歇性補液裝置18、壓縮氣體源12、還原劑罐21和控制單元9，其特徵在於所述的還原劑罐21的出液口通過第II單向閥19與間歇性補液裝置18的進液口、間歇性補液裝置18的出液口通過第I單向閥17與氣動恆壓還原劑供給裝置13的進液口、氣動恆壓還原劑供給裝置13的出液口通過第I電磁閥15與佔空比控制式還原劑噴嘴7的入口依次進行管道連接；所述的壓縮氣體源12通過第II三通閥25分別經減壓閥沈與氣動恆壓還原劑供給裝置13氣路連接，經第III電磁閥24、第I三通閥23與間歇性補液裝置18氣路連接，第I三通閥23的另一端通過第II電磁閥22與所述的文丘裡管6氣路連通；在所述的佔空比控制式還原劑噴嘴7之前和SCR催化器5之後的發動機排氣總管8上分別設置一取樣支管通過電控三通閥11聯結在NOx傳感器10上；佔空比控制式還原劑噴嘴7出口通過回液管與還原劑罐21相連；在發動機進氣總管3上和排氣總管8上分別設置有進氣流量傳感器2和排氣溫度傳感器4 ；在所述還原劑罐21、氣動恆壓還原劑供給裝置13的下部分別設置第III液位傳感器 20、第II液位傳感器16 ；氣動恆壓還原劑供給裝置13的上部還設置第I液位傳感器14 ；所述控制單元9由一單片機和與單片機的PWM通道I相聯接的驅動電路板構成；進氣流量傳感器2和排氣溫度傳感器4直接與控制單元9中單片機的A/D轉換通道I相聯接；第 III液位傳感器20、第II液位傳感器16、第I液位傳感器14和NOx傳感器10分別與控制單元9中單片機的A/D轉換通道II相聯接；所述的第I電磁閥15、第II電磁閥22、第III 電磁閥M和電控三通閥11分別與控制單元9中單片機的I/O 口聯接；佔空比控制式還原劑噴嘴7通過控制單元9中的驅動電路板與單片機的PWM通道I相聯接，單片機通過控制 PWM波形佔空比來實現還原劑的定量噴射。
2.根據權利要求1所述的通用型SCR噴射系統，其特徵在於，所述的間歇性補液裝置 18，包括桶體27、密封連接在該桶體27上端的頂蓋四、通過柱形環體28固連在頂蓋四下面的倒置的碗狀板體34、通過固設在桶體27內的導柱30設置一可沿該導柱上下移動的球形浮子31 ；在球形浮子31上設有與桶體進液口 33相配合的錐形塞32 ；在碗狀板體34和柱形環體觀上均設有均勻分布的錐形通孔，錐形通孔之大孔徑端分別朝向碗狀板體34的外側和柱形環體觀的內側。
3.根據權利要求1所述的通用型SCR噴射系統，其特徵在於，所述的氣動恆壓還原劑供給裝置13由一罐體36和密封連接該罐體上端的具有氣路連接孔的蓋板35構成，在罐體 36上設有上、下兩個液位傳感器插孔，進液口和出液口。
全文摘要
本發明涉及一種用於對發動機排出尾氣後處理的通用型SCR噴射系統，通過該系統將適量的還原劑噴射到發動機排出的尾氣中以降低NOx濃度。它主要包括設置在發動機排氣總管上的佔空比控制式還原劑噴嘴和SCR催化器、與佔空比控制式還原劑噴嘴相連的氣動恆壓還原劑供給裝置、設置在發動機進氣總管和排氣總管上的進氣流量傳感器和排氣溫度傳感器和驅動控制上述噴嘴和還原劑供給裝置的控制單元。通過SCR催化器後和佔空比控制式還原劑噴嘴前的NOx傳感器信號及總NOx生成量模型、催化轉化器效率模型、氨氮比控制初始MAP，還原劑噴射系統就可以自學習生成相應的還原劑噴射量MAP，通過氣動恆壓還原劑供給裝置實現自適應的定量噴射。該系統可以獨立於發動機ECU工作，具有很強的通用性。
文檔編號F01N3/24GK102269031SQ20111018222
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者史青州, 王忠恕, 田徑, 許允, 趙海光, 韓永強 申請人:吉林大學