一种大功率发动机尿素喷射装置及控制方法与流程

1.本发明涉及尿素喷射技术领域，尤其涉及一种大功率发动机尿素喷射装置及控制方法。


背景技术：

2.选择性催化还原(selective catalytic reduction，scr)技术可以在保证动力性和经济性的同时，有效解决no
x
排放的问题，满足环保法规的要求，该技术在车用柴油机国iv、国v阶段得到了广泛的应用。
3.scr的基本原理是通过尿素喷射装置往柴油机排气管中喷射还原剂，还原剂在催化剂的作用下与no
x
发生反应，将no
x
排放控制在法规限值以内。整个系统由尿素喷射装置、尿素混合及催化装置组成。
4.尿素喷射装置根据发动机工况，时刻计算当前需要的尿素喷射量，实现喷射量的精确控制，并保证尿素喷出后获得理想的喷雾特性；尿素在混合装置的作用下与高温废气快速混合，使尿素吸热分解成nh3(反应1)；最后nh3在催化剂的作用下与no
x
发生反应，达到消除no
x
排放的目的(反应2、3)。
5.(nh2)2co h2o
→
co2 2nh3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
6.4no 4nh3 o2→
4n2 6h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
7.no no2 2nh3→
2n2 3h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
8.根据尿素雾化方式不同，尿素喷射装置主要分为气助式和非气助式两种。非气助式喷射利用尿素泵形成高压尿素，通过控制喷嘴的开启频率和持续时间计量尿素喷射量，高压尿素穿过尿素喷嘴的小孔时实现液体喷射雾化；气助式喷射利用计量泵进行尿素计量，在尿素喷嘴端利用高压空气将液态尿素打散，实现喷射雾化。与非气助喷射相比，气助式喷射尿素液滴雾化更好，有利于尿素与废气的混合和快速分解，对于防止scr排气管结晶，提升scr系统综合性能是有利的。
9.目前市场上应用的尿素喷射装置最大尿素喷射能力通常≤7.5l/h，可以配套480kw以下的车用发动机；对于480kw以上大功率柴油机而言，由于发动机功率大，需要喷射更多的尿素溶液才能满足排放要求，现有产品尿素喷射能力不足，不能满足大功率柴油机的匹配需求。
10.可以采用两个、三个、甚至多个车用发动机尿素喷射装置并联的方式满足尿素喷射能力的需求，然而随着并联尿素喷射装置的增加，整套喷射及控制系统变的极其复杂，成本大幅度增加，且可靠性难以保证。


技术实现要素：

11.本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种大功率发动机尿素喷射装置及控制方法，该系统结构简单、计量精度高、喷雾连续稳定、可靠性好。
12.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
13.一种大功率发动机尿素喷射装置，包括尿素箱，所述尿素箱连接液路系统；
14.所述液路系统和气路系统的末端都连接到尿素喷枪；
15.所述尿素喷枪的出口设置在尿素混合管内；
16.所述液路系统经过所述气液控制箱后通过尿素喷射管连接所述尿素喷枪；
17.所述气路系统经过所述气液控制箱后通过出气管连接所述尿素喷枪；
18.所述液路系统和气路系统都与控制系统连接。
19.所述液路系统包括吸液支路和回液支路；
20.所述吸液支路包括尿素吸液管，所述尿素箱通过所述尿素吸液管连接所述气液控制箱；
21.所述回液支路包括尿素回液管，所述尿素回液管将气液控制箱和所述尿素箱连通。
22.所述吸液支路还包括设置在所述气液控制箱内的尿素计量泵和背压阀；背压阀用于维持尿素计量泵出口背压稳定，保证尿素计量泵的计量精度；
23.所述尿素计量泵与控制系统连接；尿素计量泵接收控制系统指令，根据尿素喷射速率的需要进行尿素溶液的精确计量；
24.所述尿素计量泵的一端连接所述尿素吸液管，另一端连接所述背压阀的进口，所述背压阀的出口与气液控制箱外部的尿素喷射管连接。
25.所述尿素吸液管与所述尿素计量泵之间还设有过滤器，所述过滤器设置在所述气液控制箱的外部。过滤器对进入尿素计量泵的尿素溶液进行过滤，保证尿素溶液清洁度，防止尿素计量泵被杂质堵塞。
26.所述背压阀的出口还连接脉冲阻尼器。脉冲阻尼器用于保证进入尿素喷枪内的尿素溶液压力稳定。
27.所述回液支路还包括设置在所述气液控制箱内部的回液电磁阀；
28.所述回液电磁阀设置在所述背压阀的出口与所述尿素回液管之间。尿素喷射装置停止工作之前，回液电磁阀导通，尿素喷枪和尿素喷射管内的尿素溶液通过尿素回液管流回尿素箱。
29.所述气路系统包括设置在所述气液控制箱外部的进气管；
30.所述进气管通过管道依次与所述气液控制箱内部的压力调节阀、气路电磁阀及压力传感器连接；所述压力传感器和气路电磁阀都与所述控制系统连接。
31.压力调节阀用于调节进气管内的气体压力，保证气路压力稳定；气路电磁阀用于接收控制系统指令，根据工作需要进行气路通断控制；控制系统还设有报警器，压力传感器时时检测气路压力值，一旦压力超限，控制系统控制报警器进行报警提示，并停止尿素喷射，避免压力超限导致尿素雾化不良，引起尿素混合管内尿素结晶；
32.所述压力传感器通过管道与所述气液控制箱外部的所述出气管连接。
33.采用所述一种大功率发动机尿素喷射装置的控制方法，包括：
34.步骤一、控制系统控制气路系统工作，将压缩气体送到尿素喷枪；
35.步骤二、控制系统控制液路系统工作，将计量后的设定量尿素溶液经过稳压后送到尿素喷枪；
36.步骤三、压缩气体与尿素溶液在尿素喷枪的后端混合，打散雾化成液滴，并以设定
的角度喷雾到尿素混合管内；
37.步骤四、工作结束时，液路系统先停止工作，将液路系统里的尿素溶液送回尿素箱；气路系统工作设定时间后停止工作。
38.所述步骤四中，工作结束时，借助尿素喷枪的节流作用和气路压力，将尿素喷枪和尿素喷射管内的尿素溶液通过尿素回液管压回尿素箱。
39.所述步骤四中，液路系统先停止工作后，气路系统继续保持工作15s～30s，对尿素喷枪内残留的尿素进行清空。
40.本发明的有益效果：
41.系统结构简单、计量精度高、喷雾连续稳定、可靠性好。
42.本发明工作结束时，尿素计量泵先停止工作、气路系统保持开启15s～30s。借助尿素喷枪的节流作用和气路压力，将尿素喷枪和尿素喷射管内的尿素溶液通过尿素回液管压回尿素箱，对管路内的尿素溶液进行清空，防止低温环境下尿素结冰膨胀损坏液路零部件；同时尿素喷枪喷头处少量的残留尿素溶液被吹入尿素混合管，对尿素喷枪内的尿素进行清空，避免残留的尿素液滴在喷孔处结晶导致喷嘴堵塞。
附图说明
43.图1为本发明大功率柴油机尿素喷射装置结构图；
44.其中，1.尿素箱、2.尿素吸液管、3.y型过滤器、4.尿素计量泵、5.背压阀、6.脉冲阻尼器、7.尿素喷射管、8.出气管、9.尿素喷枪、10.尿素混合管、11.进气管、12.压力调节阀、13.气路电磁阀、14.压力传感器、15.回液电磁阀、16.尿素回液管，17.气液控制箱。
具体实施方式
45.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
46.如图1所示，一种大功率发动机尿素喷射装置，包括液路系统和气路系统；
47.液路系统包括尿素箱1、尿素吸液管2、y型过滤器3、尿素计量泵4、背压阀5、脉冲阻尼器6、尿素喷射管7、回液电磁阀15及尿素回液管16；其中，尿素计量泵4、背压阀5、脉冲阻尼器6及回液电磁阀15设置在气液控制箱17内；
48.尿素箱1通过管道依次连接尿素吸液管2、y型过滤器3、尿素计量泵4、背压阀5、脉冲阻尼器6；背压阀5和脉冲阻尼器6之间通过管道连接回液电磁阀后通过尿素回液管连接到尿素箱1。
49.气路系统包括依次连接的进气管11、压力调节阀12、气路电磁阀13、压力传感器14及出气管8。其中，压力调节阀12、气路电磁阀13及压力传感器14设置在气液控制箱17内。
50.在尿素喷枪9内液路系统和气路系统混合，将尿素喷入尿素混合管10，为no
x
催化还原提供还原剂。
51.所述液路系统和气路系统都与外围的控制系统连接。
52.一种大功率发动机尿素喷射装置的各零部件的功能如下：
53.y型过滤器3：对进入尿素计量泵4的尿素溶液进行过滤，保证尿素溶液清洁度，防止尿素计量泵4被杂质堵塞；
54.尿素计量泵4：接收控制系统指令，根据尿素喷射速率的需要进行尿素溶液的精确
计量；
55.背压阀5：维持尿素计量泵4出口背压稳定，保证尿素计量泵4的计量精度；
56.脉冲阻尼器6：减少尿素溶液压力波动，保证进入尿素喷枪9内的尿素溶液压力稳定；
57.压力调节阀12：调节进气管11内的气体压力，保证气路压力稳定；
58.气路电磁阀13：接收控制系统指令，根据工作需要进行气路通断控制；
59.压力传感器14：时时检测气路压力值，一旦压力超限，控制系统进行报警提示，并停止尿素喷射，避免压力超限导致尿素雾化不良，引起尿素混合管10内尿素结晶；
60.回液电磁阀15：尿素喷射装置停止工作之前，该电磁阀导通，尿素喷枪9和尿素喷射管7内的尿素溶液通过尿素回液管16流回尿素箱1。
61.采用所述一种大功率发动机尿素喷射装置的控制方法，该方法匹配480kw以上大功率发动机的scr系统的需求，包括：
62.步骤一、控制系统控制气路系统工作，将压缩气体送到尿素喷枪；
63.步骤二、控制系统控制液路系统工作，将计量后的设定量尿素溶液经过稳压后送到尿素喷枪；
64.步骤三、压缩气体与尿素溶液在尿素喷枪的后端混合，打散雾化成液滴，并以设定的角度喷雾到尿素混合管内；
65.步骤四、工作结束时，液路系统先停止工作，将液路系统里的尿素溶液送回尿素箱；气路系统工作设定时间后停止工作。
66.所述步骤四中，工作结束时，借助尿素喷枪的节流作用和气路压力，将尿素喷枪和尿素喷射管内的尿素溶液通过尿素回液管压回尿素箱。
67.所述步骤四中，液路系统先停止工作后，气路系统继续保持工作15s～30s，对尿素喷枪内残留的尿素进行清空。
68.具体的，尿素喷射之前首先开启气路系统，并将液路系统充满尿素，为尿素喷射做准备，过程如下：
69.控制系统驱动气路电磁阀13导通，外部压缩空气通过进气管11，依次经过压力调节阀12、气路电磁阀13、最终通过出气管8到达尿素喷枪9。
70.该过程控制系统通过压力传感器14时刻监测气路压力，如气路压力在正常范围内，尿素计量泵4开始工作，将液路系统充满尿素，过程如下：
71.尿素计量泵4经过尿素吸液管2、y型过滤器3从尿素箱1中抽取尿素溶液；尿素溶液被尿素计量泵4抽出以后，经背压阀5、脉冲阻尼器6、最终通过尿素喷射管7到达尿素喷枪9，将液路充满尿素，为尿素喷射做好准备。
72.尿素喷射过程中，气路系统保持导通，尿素计量泵4根据控制需要进行尿素计量。在尿素喷枪9的后端尿素溶液和空气混合，尿素喷枪9的节流作用，配合压缩空气的扰动、剪切力将尿素溶液打散雾化成细小液滴，并以合适的角度喷雾到尿素混合管10中，为no
x
催化还原提供还原剂。
73.工作结束时，尿素计量泵4停止工作、气路系统保持开启15s～30s，回液电磁阀15导通。借助尿素喷枪9的节流作用和气路压力，将尿素喷枪9和尿素喷射管7内的尿素溶液通过尿素回液管16压回尿素箱1，对管路内的尿素溶液进行清空，防止低温环境下尿素结冰膨
胀损坏液路零部件；同时尿素喷枪9喷头处少量的残留尿素溶液被吹入尿素混合管10，对尿素喷枪内9的尿素进行清空，避免残留的尿素液滴在喷孔处结晶导致喷嘴堵塞。
74.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。