[發(fā)明專利]一種用于高效SCR的尿素加熱裝置及其使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610080376.7
• 申請(qǐng)日: 2016-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN105697106A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勤;李春鋒;王意寶;崔京朋;申加偉;孫中泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濰柴動(dòng)力股份有限公司
• 主分類號(hào): F01N3/20
• 分類號(hào): F01N3/20;F01N3/28;F01N9/00
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海;張金昂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種尿素加熱裝置及其使用方法，尤其是涉及一種用于高效SCR的尿素加熱 裝置及其使用方法。

背景技術(shù)

SCR：選擇性催化還原，該技術(shù)是消除發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中氮氧化物的主要技術(shù)手段。

SCR降低氮氧化物的化學(xué)反應(yīng)：

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

尿素溶液經(jīng)尿素噴嘴噴入排氣管中，當(dāng)溫度在200℃以上發(fā)生熱解反應(yīng)產(chǎn)生氨氣(NH₃)， 氨氣在催化劑作用下與廢氣中的NO_x反應(yīng)，達(dá)到減少NO_x排放的目的。

尿素?zé)峤夥磻?yīng)：

(NH)₂CO₂→NH₃+HNCO

HNCO+H₂O→NH₃+CO₂

高效SCR技術(shù)：控制SCR的轉(zhuǎn)化效率高于96％；高效SCR技術(shù)需要的尿素噴射量更高， 涵蓋低溫區(qū)域更廣，因而結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加。

使用SCR技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)其主要工作過程是尿素溶液經(jīng)尿素噴嘴噴入排氣管中，在一定溫 度下發(fā)生熱解反應(yīng)產(chǎn)生氨氣(NH₃)，氨氣在催化劑作用下與廢氣中的NOx反應(yīng)，達(dá)到減少NOx 排放的目的。

尿素經(jīng)過尿素噴嘴后，尿素噴霧周圍溫度越高，尿素?zé)峤夥磻?yīng)越快。反之，溫度越低， 尿素的熱解反應(yīng)越慢越不充分。一旦尿素?zé)峤獠怀浞志蜁?huì)形成結(jié)晶，影響整個(gè)排氣后處理系 統(tǒng)的正常工作。因此，SCR技術(shù)應(yīng)用必須解決尿素結(jié)晶問題。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在低負(fù)荷工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度較低，需要SCR較少；但是過低的排氣 溫度仍然容易導(dǎo)致尿素分解不充分，容易出現(xiàn)尿素結(jié)晶問題。如果通過燃油的不充分燃燒手 段，能夠在一定程度上提升排氣溫度，但是對(duì)整體排氣管路的加熱浪費(fèi)燃油并且提升溫度較 慢，并容易使排放劣化。

現(xiàn)有技術(shù)中提供一種高SCR轉(zhuǎn)化率排氣溫控裝置，該裝置中溫度傳感器采集SCR還原反 應(yīng)環(huán)境的溫度。當(dāng)溫度低于所要求的溫度時(shí)，電子控制單元驅(qū)動(dòng)加熱裝置將該處尾氣加熱到 所要求的溫度；當(dāng)溫度高于所要求溫度時(shí)，電子控制單元驅(qū)動(dòng)冷卻裝置將該處尾氣冷卻到所 要求的溫度。但該裝置是通過加熱整個(gè)排氣管路中的廢氣提升尿素噴嘴處的溫度，加熱所需 時(shí)間長(zhǎng)，響應(yīng)性差，裝置體積大，浪費(fèi)能量。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度比較低的工況通常所需的尿素 噴射量也比較少，該技術(shù)中間接加熱的方式不能根據(jù)SCR的噴射量進(jìn)行調(diào)整，能量消耗大。

發(fā)明內(nèi)容

為解決目前市場(chǎng)上使用SCR技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的尿素容易結(jié)晶、發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理浪費(fèi)能量多、 加熱效果不好的問題，本發(fā)明提供一種用于高效SCR的尿素加熱裝置及其使用方法，通過在 尿素噴嘴附近增加金屬載體催化劑和ECU控制加熱的方法，降低高效SCR結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)、降低為 發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理所消耗的能量、實(shí)現(xiàn)精確控制加熱溫度及時(shí)間。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案，一種用于高效SCR的尿素加熱裝置，包 括溫度傳感器、尿素噴嘴、金屬載體催化劑和SCR；溫度傳感器、尿素噴嘴、金屬載體催化 劑置于SCR之前，三者依次從前到后設(shè)置于排氣管路上；

溫度傳感器，將識(shí)別的溫度信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU；

尿素噴嘴，噴射角度可調(diào)，噴出的噴霧正好對(duì)準(zhǔn)金屬載體催化劑；

金屬載體催化劑是一種多孔式結(jié)構(gòu)，能夠有效增加尿素噴霧與金屬載體催化劑的接觸面 積，加快尿素?zé)峤夥磻?yīng)速度；其內(nèi)部可通電加熱，外部與整車電源連接，其通電時(shí)間由發(fā)動(dòng) 機(jī)ECU控制；通過控制電流的接通與斷開控制金屬載體催化劑的加熱功能。

一種上述用于高效SCR的尿素加熱裝置的使用方法如下：

(1)將安裝有所述裝置的排氣管路的入口安裝在渦輪增壓器之后，對(duì)于有DOC，DPF的 發(fā)動(dòng)機(jī)，入口安裝在DOC，DPF之后；出口在SCR之前；

(2)調(diào)整尿素噴嘴的噴射角度，使尿素的噴霧正好對(duì)準(zhǔn)金屬載體催化劑，即尿素經(jīng)過尿 素噴嘴后，霧化的尿素直接被金屬載體催化劑加熱；