[發明專利]發動機及其降低發動機氮氧化合物的排放量的裝置

有效

• 申請號: 201110229974.3
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102322325A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 孫少軍;佟德輝;龔英利;李云強;胡廣地;孫永亮;馬寶東;范振勇
• 申請（專利權）人: 濰柴動力股份有限公司
• 主分類號: F01N11/00
• 分類號: F01N11/00;F01N9/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波;逯長明

技術領域

本發明涉及發動機尾氣處理技術領域，特別是涉及一種降低發動機氮氧化合物的排放量的裝置。本發明還涉及一種包含降低發動機氮氧化合物的排放量的發動機。

背景技術

隨著汽車尾氣排放法規的日益嚴格，發動機排氣后處理技術越來越受到人們的關注。

在眾多的排氣后處理方法中，選擇性催化還原(SCR)技術成為發動機氮氧化合物排放控制的關鍵技術之一。

請參考圖1，圖1為現有技術中一種降低發動機氮氧化合物的排放量的裝置的結構示意圖。

發動機11主要包括開設有氣缸114的機體113，其進氣管111中的氣體通過進氣歧管112進入氣缸114，經過燃燒反應后，廢氣經過排氣歧管115和增壓器渦輪311，再經過排氣管116進入催化還原反應單元25，將氮氧化合物還原為N₂，以減少氮氧化合物的排放。

現有技術中，以尿素為還原劑的SCR系統主要包括電子控制單元24、尿素的供給單元23、尿素的噴射單元21和催化還原反應單元25四部分，其中，電子控制單元24與發動機的控制單元(ECU)22集成在一起，主要用于完成尿素的供給單元23和尿素的噴射單元21、催化還原反應單元25及發動機11之間的通訊連接和控制；尿素的供給單元23主要包括尿素箱和尿素泵，尿素的噴射單元21主要包括尿素噴嘴和加熱組件，用于根據需求定時定量地將尿素溶液噴射到排氣氣流中，以確保尿素溶液的充分霧化和分解；催化還原反應單元25包括SCR催化器等，用于提供催化條件，將發動機排氣中的主要有害成分氮氧化物還原為氮氣，SCR催化器是該系統的核心部件，其性能的好壞直接影響到整個后處理系統的轉化效率、轉化體積、轉化成本和可靠性。

其中，SCR系統工作原理是：發動機11的排氣從其氣缸114流出后流入排氣管116中，同時，安裝在排氣管116上的尿素噴射裝置21在恰當的時刻將定量的尿素水溶液以霧狀形態噴入排氣管116中，尿素液滴在高溫廢氣作用下發生水解和熱解反應生成還原劑氨氣，氨氣與發動機的尾氣混合，在一定的溫度和催化條件下把尾氣中的氮氧化合物還原為氮氣(N₂)，同時還生成水(H₂O)，催化的作用主要是降低氮氧化合物還原反應的活化能，使其反應溫度降低至200～550℃之間。

SCR系統的工作效率取決于氣體的溫度，如果在200℃到550℃的溫度范圍內工作，它可以將85％的氮氧化合物轉化為氮氣(N2)和水(H2O)，在氣體溫度低于200℃的情況下以及發動機冷啟動時，SCR催化器的氮氧化合物轉化率很低甚至不起作用，而對于歐Ⅳ標準來說轉化率必須在50％以上，對于歐Ⅴ標準來說，在測試工況下轉化率就必須在70％以上，而對于歐Ⅵ標準來說，轉化率就必須在90％以上，因此，為了提高轉化率，需要噴射更多尿素，而這樣又會引起氨氣泄漏，造成二次污染。

綜上所述，現有的SCR系統主要存在以下問題：一是在冷啟動工況和低溫工況下的氮氧化合物轉化率很低，無法在所有工況下都獲得足夠高的氮氧化合物轉換效率；二是最大氮氧化合物轉化率受到可以接受的氨(NH3)泄漏的限制，從而采用現有的SCR系統以同時達到較高的氮氧化合物轉化率和較低的氨泄漏變得非常困難，特別是在瞬態測試循環中容易造成排放的瞬時超標或是氨泄漏超標。

因此，如何保證較低的氨的泄漏的基礎上，獲得在所有工況下較高的氮氧化合物轉換效率，就成為本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種降低發動機氮氧化合物的排放量的裝置，該裝置可以在保證較低的氨的泄漏的同時，獲得在所有工況下較高的氮氧化合物轉換效率。本發明的另一目的是提供一種包含上述降低發動機氮氧化合物的排放量的裝置的發動機。

為解決上述技術問題，本發明提供一種降低發動機氮氧化合物的排放量的裝置，包括檢測裝置、電子控制單元、尿素供給單元、尿素噴射單元和催化還原反應單元，所述檢測裝置檢測所述發動機的排氣管的溫度和所述排氣管中氮氧化合物的濃度，得到檢測信號，其輸出端與所述電子控制單元連接，將所述檢測信號傳輸至所述電子控制單元，所述電子控制單元與所述尿素供給單元和所述尿素噴射單元連接，并與所述發動機的控制單元配合控制所述尿素噴射單元的噴射狀態，所述尿素供給單元與所述尿素噴射單元連接，所述尿素噴射單元的噴嘴布置在所述發動機的排氣管上，所述催化還原反應單元設置于所述噴嘴后方的所述排氣管中，所述催化還原反應單元包括沿所述排氣管依次設置的第一級氮氧化合物催化器和第二級氮氧化合物催化器。