[發(fā)明專利]柴油機SCR尿素溶液噴射裝置及其噴射量控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310144487.6
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103256102A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周志立;劉孟楠;徐立友;方樹平;王偉;游昆云;王心彬;李晴;劉海亮
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;F01N9/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種柴油機SCR尿素溶液噴射裝置及其噴射量控制方法。

背景技術(shù)

節(jié)能和環(huán)保是我國以及當(dāng)今世界的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的兩個重要主題，氮氧化物是柴油機的主要排放物。在柴油機排放的NO_x中占多數(shù)的是NO，NO是無色氣體，本身毒性不大，高濃度時能造成人體中樞神經(jīng)障礙，且NO在大氣中可以緩慢氧化成NO2，NO₂是褐色氣體，具有強烈的刺激味，毒性是NO的5倍，并可以和水反應(yīng)形成硝酸。NO_x進入植物體內(nèi)也會產(chǎn)生很多嚴(yán)重的危害，據(jù)有關(guān)資料介紹，體積百分比濃度為2.5×10－6的氮氧化物7小時就會使豆類、西紅柿等作物葉子變成白色，更有許多植物會因傷害而死亡，此外，NO_x能使醋酸纖維、棉紗和人造絲等褪色。而且NO_x也是酸雨形成的主要原因之一，酸雨對作物同樣存在著嚴(yán)重的危害。此外，NO_x還是在地面附近形成含有毒臭氧的光化學(xué)煙霧的主要原因之一。結(jié)合我國非道路柴油機排氣后處理技術(shù)現(xiàn)狀，采用選擇性催化還原（SCR）技術(shù)是減排氮氧化物的最佳技術(shù)途徑。

SCR技術(shù)原理：當(dāng)廢氣流經(jīng)排氣總管時，SCR系統(tǒng)向排氣總管中噴入一定量的尿素溶液，尿素溶液由于排氣總管中高溫高壓的環(huán)境因素迅速釋放出氨（NH₃）將廢氣中的氮氧化物還原成氮氣（N₂）和水（H₂O）排入大氣。SCR技術(shù)的關(guān)鍵在于：（1）尿素溶液的噴射量需根據(jù)廢氣中的NO_x的量進行控制，否則會出現(xiàn)催化不足或浪費催化劑的問題；（2）當(dāng)排氣管內(nèi)的溫度達(dá)到250-500℃時，催化反應(yīng)的程度可以達(dá)到90%，因此需要讓反應(yīng)處于排氣管溫度達(dá)到250℃之后進行，保證催化效率。

目前，國內(nèi)外柴油機SCR系統(tǒng)中普遍采用的催化劑投放量控制方法是基于排氣管中的溫度以及氮氧化物的濃度，如中國專利CN101929377A公開了一種尿素催化劑的三閥噴射方法，該方法中，溫度傳感器和NO_x傳感器分別將排氣管內(nèi)的溫度和氮氧化物的濃度信號反饋到電控單元，電控單元根據(jù)設(shè)定的控制邏輯將信號反饋給三個電磁流量控制閥，從而達(dá)到對噴頭噴射到排氣管內(nèi)的尿素溶液量的控制。該方法的缺點在于：尿素溶液的噴射量只能由電控單元控制噴嘴的開啟時間來決定，因此無法準(zhǔn)確獲得合適的投放尿素溶液需求量，容易出現(xiàn)催化不足或浪費催化劑的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)柴油機實際排放的尾氣量以準(zhǔn)確控制噴射裝置噴射量的控制方法；同時本發(fā)明還提供了一種實施該方法的柴油機SCR尿素溶液噴射裝置。

本發(fā)明的柴油機SCR尿素溶液噴射裝置的噴射量控制方法采用如下技術(shù)方案：柴油機SCR尿素溶液噴射裝置的噴射量控制方法，該方法基于柴油機實際排放的尾氣量大小，通過柴油機與噴頭之間設(shè)置的正時機構(gòu)，將氣缸排氣門開啟時產(chǎn)生的動力實時傳遞給氣缸對應(yīng)噴嘴的開度控制開關(guān)，以控制噴嘴噴液口的開啟度；其中，正時機構(gòu)的氣門凸輪軸與噴液凸輪軸同步動作，氣門凸輪軸上裝配有與氣缸排氣門頂推傳動配合的氣門凸輪，噴液凸輪軸上裝配有與開度控制開關(guān)頂推傳動配合的噴液凸輪。

根據(jù)柴油機的氣缸數(shù)量設(shè)置一一對應(yīng)的噴嘴、氣門凸輪和噴液凸輪，即：

當(dāng)氣缸的數(shù)量為一個時，噴嘴、氣門凸輪和噴液凸輪的數(shù)量均為一個；

當(dāng)氣缸的數(shù)量為兩個以上時，噴嘴、氣門凸輪和噴液凸輪的數(shù)量均為兩個以上；各氣門凸輪沿氣門凸輪軸的軸向間隔布置，各噴液凸輪壓噴液凸輪軸的軸向間隔布置。

所述正時機構(gòu)的氣門凸輪軸和噴液凸輪軸的同步動作依靠二者之間設(shè)置的正時泵和正時馬達(dá)實現(xiàn)，其中，氣門凸輪軸同軸固設(shè)在正時泵的動力輸入軸上，噴液凸輪軸同軸固設(shè)在正時馬達(dá)的動力輸出軸上，而正時泵的流體出口與正時馬達(dá)的流體進口連接。

考慮到尾氣由氣缸的排氣門到達(dá)其對應(yīng)的噴嘴處存在一定的時間差，通過調(diào)整氣門凸輪軸和噴液凸輪軸的初始相位差來克服時間差影響，即氣門凸輪軸與正時泵的動力輸入軸同軸可拆固連，噴液凸輪軸與正時馬達(dá)的動力輸出軸同軸可拆固連。

上述方法中的噴嘴開度控制開關(guān)包括噴液缸體以及設(shè)置在噴液缸體內(nèi)的用于沿排氣管徑向?qū)蛞苿拥摹⒁欢擞糜谏烊氲降呐艢夤軆?nèi)的活塞式噴液管，噴液管的另一端與液壓泵的出液口連接，所述噴液口布設(shè)在噴液管的側(cè)壁上，噴液口用于進入到排氣管內(nèi)的數(shù)量與噴液管伸入到排氣管內(nèi)的長度成正比，噴液缸體與噴液管之間設(shè)有對噴液管施加遠(yuǎn)離排氣管的作用力的彈性件。