專利名稱：通用型scr噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)動機排出的尾氣后處理技術(shù)，具體涉及一種SCR噴射系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)將適量的還原劑噴射到發(fā)動機排出的尾氣中以降低發(fā)動機尾氣中的NOx濃度。
背景技術(shù)：
隨著汽車尾氣污染的日益嚴重，汽車尾氣排放法規(guī)也越來越嚴格。發(fā)動機的機內(nèi)凈化已經(jīng)滿足不了嚴格的法規(guī)，則采用機內(nèi)凈化和后處理系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)路線才能達到更為嚴格的法規(guī)標準。以非均質(zhì)燃燒為表征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。作為后處理技術(shù)之一的選擇性催化還原技術(shù)(SCR)能夠有效的處理尾氣中的NOx。然而由于歷史的原因，我國重型柴油機的電子控制系統(tǒng)大量借鑒或引入了國外的產(chǎn)品，對整機控制算法、信號協(xié)議、核心硬件自主開發(fā)權(quán)限不足。同時，我國的后處理系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展也不容樂觀，催化反應(yīng)器、系統(tǒng)電子控制單元均未見商品型產(chǎn)品出現(xiàn)。在這樣的前提下 SCR和電控系統(tǒng)是相互耦合的，例如BOSCH公司的第二代SCR噴射系統(tǒng)，控制單元(DCU)需不斷與發(fā)動機ECU進行實時通信，從而確定發(fā)動機的工況信息，然后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(zhì)量，從而實時控制噴嘴進行噴射；目前我國大量自主研發(fā)的SCR后處理系統(tǒng)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(yè)的進步提供支撐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通用型SCR噴射系統(tǒng)，以解決發(fā)動機后處理系統(tǒng)與發(fā)動機ECU之間的解耦問題，從而能夠使SCR噴射系統(tǒng)獨立于發(fā)動機ECU之外工作，并且針對不同的SCR催化器，該系統(tǒng)都能夠自學習生成相應(yīng)的還原劑噴射量MAP，使發(fā)動機排氣中的 NOx保持在合理的范圍之內(nèi)，提高系統(tǒng)的通用性。本發(fā)明通用型SCR噴射系統(tǒng)，包括設(shè)置在發(fā)動機排氣總管上的占空比控制式還原劑噴嘴和通過文丘里管與該噴嘴相連接的SCR催化器、氣動恒壓還原劑供給裝置、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單向閥與氣動恒壓還原劑供給裝置的進液口、氣動恒壓還原劑供給裝置的出液口通過第I電磁閥與占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(jīng)減壓閥與氣動恒壓還原劑供給裝置氣路連接，經(jīng)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里管氣路連通；在所述的占空比控制式還原劑噴嘴之前和SCR催化器之后的發(fā)動機排氣總管上分別設(shè)置一取樣支管通過電控三通閥聯(lián)結(jié)在NOx傳感器上；占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(fā)動機進氣總管上和排氣總管上分別設(shè)置有進氣流量傳感器和排氣溫度傳感器；在所述還原劑罐、氣動恒壓還原劑供給裝置的下部分別設(shè)置第III液位傳感器、第II液位傳感器；氣動恒壓還原劑供給裝置的上部還設(shè)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(lián)接的驅(qū)動電路板構(gòu)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(zhuǎn)換通道I相聯(lián)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(zhuǎn)換通道II相聯(lián)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(lián)接；占空比控制式還原劑噴嘴通過控制單元中的驅(qū)動電路板與單片機的P麗通道I相聯(lián)接，單片機通過控制PWM波形占空比來實現(xiàn)還原劑的定量噴射。本發(fā)明的原理是當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，控制單元分別通過采集進氣流量傳感器、排氣溫度傳感器、通過SCR催化器后和占空比控制式還原劑噴嘴前的取樣支管采集的NOx傳感器信號，利用幾個典型工況構(gòu)建出總NOx生成量、SCR催化器轉(zhuǎn)化效率兩個核心模型后，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(gòu)建出氨氮比控制初始MAP。從而還原劑噴射系統(tǒng)就可以自學習生成相應(yīng)的還原劑噴射量MAP。實現(xiàn)自適應(yīng)的定量噴射。本發(fā)明的有益效果在于通用型SCR噴射系統(tǒng)具有自學習能力，對于任何機型只用輸入原機排放水平、預期排放目標，經(jīng)過簡單的訓練工況后通用型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(tǒng)可以獨立于發(fā)動機E⑶工作，具有很強的通用性。


圖1為通用型SCR噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖1中所示間歇性補液裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中所示氣動恒壓還原劑供給裝置的結(jié)構(gòu)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(jié)合附圖給出的實施例對本發(fā)明噴射系統(tǒng)作進一步詳細闡述。參照圖1、4，一種通用型SCR噴射系統(tǒng)，包括設(shè)置在發(fā)動機排氣總管8上的占空比控制式還原劑噴嘴7和通過文丘里管6與該噴嘴7相連接的SCR催化器5、氣動恒壓還原劑供給裝置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與氣動恒壓還原劑供給裝置13的進液口、氣動恒壓還原劑供給裝置13的出液口通過第I電磁閥15與占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(jīng)減壓閥沈與氣動恒壓還原劑供給裝置13氣路連接，經(jīng)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與所述的文丘里管6氣路連通；在所述的占空比控制式還原劑噴嘴7之前和SCR催化器5之后的發(fā)動機排氣總管8上分別設(shè)置一取樣支管通過電控三通閥11聯(lián)結(jié)在NOx傳感器10上；占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(fā)動機進氣總管3上和排氣總管8上分別設(shè)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、氣動恒壓還原劑供給裝置13的下部分別設(shè)置第III液位傳感器20、第II液位傳感器16 ；氣動恒壓還原劑供給裝置13的上部還設(shè)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(lián)接的驅(qū)動電路板構(gòu)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(zhuǎn)換通道I相聯(lián)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(zhuǎn)換通道II相聯(lián)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(lián)接；占空比控制式還原劑噴嘴7通過控制單元9中的驅(qū)動電路板與單片機的PWM通道I相聯(lián)接，單片機通過控制PWM波形占空比來實現(xiàn)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(huán)體28固連在頂蓋四下面的倒置的碗狀板體34、通過固設(shè)在桶體27內(nèi)的導柱30設(shè)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(shè)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(huán)體28上均設(shè)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(cè)和柱形環(huán)體觀的內(nèi)側(cè)。參照圖3，所述的氣動恒壓還原劑供給裝置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(gòu)成，在罐體36上設(shè)有上、下兩個液位傳感器插孔，進液口和出液口。本發(fā)明通用型SCR噴射系統(tǒng)的工作過程 選擇性催化還原過程發(fā)動機1運行時，控制單元9通過采集進氣量傳感器2和排溫傳感器4的信號確定此時發(fā)動機的工況，控制單元9可獲得SCR催化器后和占空比控制式還原劑噴嘴前的取樣支管采集的NOx傳感器信號(α，β)，控制單元9根據(jù)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，并且通過占空比控制式還原劑噴嘴7將一定量的還原劑噴入文丘里管6中。 當發(fā)動機1運轉(zhuǎn)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向氣動恒壓還原劑供給裝置13提供6bar的壓縮氣體；并且壓縮氣體源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； 氣動恒壓還原劑供給裝置始終保持6bar壓力，并經(jīng)過第I電磁閥15持續(xù)給占空比控制式還原劑噴嘴6供應(yīng)還原劑。當氣動恒壓還原劑供給裝置13內(nèi)的還原劑液面高度低于第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恒壓還原劑供給裝置13 ；當氣動恒壓還原劑供給裝置內(nèi)的液面高于第I液位傳感器14后，關(guān)閉第III電磁閥M，打開第II電磁閥22，間歇性補液裝置 18內(nèi)的氣體排到文丘里管6處，由于文丘里管6處的節(jié)流作用，會使間歇性補液裝置18內(nèi)壓力較快降低；還原劑罐內(nèi)的還原劑由于重力的作用會經(jīng)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(nèi)的浮子會關(guān)閉進液口。一定時間后關(guān)閉第II電磁閥22。還原劑罐21內(nèi)液面高度低于第III液位傳感器20時，控制單元9 發(fā)出及時加入還原劑提示信號。發(fā)動機1停止工作后，控制單元發(fā)出信號關(guān)閉第I電磁閥 15。
當?shù)贗II電磁閥M開啟后，壓縮氣體源12內(nèi)的壓縮氣體進入間歇性補液裝置18， 壓縮氣體經(jīng)柱形環(huán)體觀和倒置的碗狀板體34的緩沖作用，壓縮還原劑進入氣動恒壓還原劑供給裝置13中；當氣動恒壓還原劑供給裝置13內(nèi)的頁面到達第I液位傳感器14所在位置時，電磁閥IIIM關(guān)閉，電磁閥1122打開，間歇性補液裝置18內(nèi)的壓縮氣體通過柱形環(huán)體觀和倒置的碗狀板體34上的錐形孔流入文丘里管6中，由于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(nèi)的液面下降到一定高度時，設(shè)有錐形塞的球形浮子31由于浮力減小向下運動，會將進液口打開，此時第II電磁閥 22已經(jīng)打開，故還原劑罐21內(nèi)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(shè)有錐形塞的球形浮子31由于浮力增加向上運動，又會將進液口堵住，使還原劑不能流入。自學習過程當發(fā)動機1運轉(zhuǎn)時，控制單元9控制電控三通閥11的轉(zhuǎn)換，使NOx傳感器分別與SCR催化器5后和占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后和占空比控制式還原劑噴嘴7前的NOx傳感器信號值(α，β)。并且發(fā)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(fā)動機運轉(zhuǎn)時的進氣流量和排氣溫度信號，并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后和占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以及占空比控制式還原劑噴嘴7前的NOx濃度值ζ可構(gòu)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、占空比控制式還原劑噴嘴7前的NOx濃度值ζ和催化器5后的NOx濃度值w可構(gòu)建出催化轉(zhuǎn)化器效率核心模型g(y，z，w)。根據(jù)已構(gòu)建的發(fā)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(zhuǎn)化器效率核心模型g(y，z，w)和發(fā)動機預期的NOx排放水平δ就可以構(gòu)建出氨氮比控制初始MAP模型。利用催化轉(zhuǎn)化器前后兩個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(zhuǎn)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(tǒng)控制單元9就可以自學習生成相應(yīng)的還原劑噴射量MAP。
權(quán)利要求
1.一種通用型SCR噴射系統(tǒng)，包括設(shè)置在發(fā)動機排氣總管8上的占空比控制式還原劑噴嘴7和通過文丘里管6與該噴嘴7相連接的SCR催化器5、氣動恒壓還原劑供給裝置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，其特征在于所述的還原劑罐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與氣動恒壓還原劑供給裝置13的進液口、氣動恒壓還原劑供給裝置13的出液口通過第I電磁閥15與占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(jīng)減壓閥沈與氣動恒壓還原劑供給裝置13氣路連接，經(jīng)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與所述的文丘里管6氣路連通；在所述的占空比控制式還原劑噴嘴7之前和SCR催化器5之后的發(fā)動機排氣總管8上分別設(shè)置一取樣支管通過電控三通閥11聯(lián)結(jié)在NOx傳感器10上；占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(fā)動機進氣總管3上和排氣總管8上分別設(shè)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、氣動恒壓還原劑供給裝置13的下部分別設(shè)置第III液位傳感器 20、第II液位傳感器16 ；氣動恒壓還原劑供給裝置13的上部還設(shè)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(lián)接的驅(qū)動電路板構(gòu)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(zhuǎn)換通道I相聯(lián)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(zhuǎn)換通道II相聯(lián)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(lián)接；占空比控制式還原劑噴嘴7通過控制單元9中的驅(qū)動電路板與單片機的PWM通道I相聯(lián)接，單片機通過控制 PWM波形占空比來實現(xiàn)還原劑的定量噴射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型SCR噴射系統(tǒng)，其特征在于，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(huán)體28固連在頂蓋四下面的倒置的碗狀板體34、通過固設(shè)在桶體27內(nèi)的導柱30設(shè)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(shè)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(huán)體觀上均設(shè)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(cè)和柱形環(huán)體觀的內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型SCR噴射系統(tǒng)，其特征在于，所述的氣動恒壓還原劑供給裝置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(gòu)成，在罐體 36上設(shè)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(fā)明涉及一種用于對發(fā)動機排出尾氣后處理的通用型SCR噴射系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)將適量的還原劑噴射到發(fā)動機排出的尾氣中以降低NOx濃度。它主要包括設(shè)置在發(fā)動機排氣總管上的占空比控制式還原劑噴嘴和SCR催化器、與占空比控制式還原劑噴嘴相連的氣動恒壓還原劑供給裝置、設(shè)置在發(fā)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(qū)動控制上述噴嘴和還原劑供給裝置的控制單元。通過SCR催化器后和占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(zhuǎn)化器效率模型、氨氮比控制初始MAP，還原劑噴射系統(tǒng)就可以自學習生成相應(yīng)的還原劑噴射量MAP，通過氣動恒壓還原劑供給裝置實現(xiàn)自適應(yīng)的定量噴射。該系統(tǒng)可以獨立于發(fā)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(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)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