本發(fā)明屬于車用柴油機排氣后處理系統(tǒng)，液氨作為柴油機氮氧化物(NOx)的還原劑，特別涉及一種用于車用柴油機尾氣處理的機械噴嘴式氨氣噴射系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著商用車國Ⅳ排放法規(guī)的實施，整車必須加裝氮氧化物(NOx)排放后處理裝置。

中國中重型柴油機普遍采用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)路線，即將標準車用尿素水溶液噴射到排氣中，使用其分解產(chǎn)生的氨氣(NH₃)對NOx進行選擇性催化還原，生成無害的氮氣(N₂)和水(H₂O)。

尿素液作為還原劑有明顯的缺點：冬季結(jié)冰，需要半個小時以上的加熱解凍才能夠正常工作；低溫性能差，需要較高的排氣溫度才能充分轉(zhuǎn)化為NH₃，在排氣溫度較低的城市工況下運行時，需要在排氣管外加保溫材料，催化器前加裝燃燒器以提高溫度，保證尿素充分轉(zhuǎn)化，否則極易生成大量結(jié)晶，導致排氣管路堵塞，影響車輛運行；尿素生產(chǎn)過程高能耗高污染，配比車用尿素水溶液需要純水，純水生產(chǎn)過程需要耗費3倍普通水。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明提供一種用于車用柴油機尾氣處理的電控噴嘴式氨氣噴射系統(tǒng)，冬季不結(jié)冰，經(jīng)過簡單加熱甚至不加熱即可工作，效率更高；噴出后直接反應，不需要水解，對排氣溫度不敏感；氨氣是生產(chǎn)尿素的原材料，噴射不需要水，能夠顯著節(jié)省能源與資源。

本發(fā)明的目的是通過以下方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種用于車用柴油機尾氣處理的機械噴嘴式氨氣噴射系統(tǒng)，包括液氨罐、液位溫度傳感器、電加熱棒、氨氣減壓器、穩(wěn)壓罐、壓力溫度傳感器、電控氨氣計量閥、機械氨氣噴嘴、控制器；所述液氨罐固定在整車車架上，液氨罐內(nèi)儲存液氨，液位溫度傳感器和電加熱棒集成在液氨罐內(nèi)，液氨罐通過管路連接氨氣減壓器，氨氣減壓器通過管路連接穩(wěn)壓罐，穩(wěn)壓罐固定在整車車架上，壓力溫度傳感器集成在穩(wěn)壓罐上，穩(wěn)壓罐管路連接電控氨氣計量閥，電控氨氣計量閥與機械氨氣噴嘴分開設(shè)置，機械氨氣噴嘴直接安裝在排氣管上，電控氨氣計量閥管路連接機械氨氣噴嘴，控制器分別與液位溫度傳感器、電加熱棒、壓力溫度傳感器及電控氨氣計量閥電連接。由液氨飽和蒸汽壓提供噴射壓力，氨氣經(jīng)減壓器、穩(wěn)壓罐、氨氣管路后到達氨氣計量閥，壓力溫度傳感器集成在穩(wěn)壓罐上，ECU結(jié)合壓力、溫度等信號控制氨氣計量閥進行噴射計量，機械氨氣噴嘴直接安裝在排氣管上。計量閥不用布置在排氣管上，對計量閥的耐熱性能要求大大降低，系統(tǒng)成本較低。

進一步地，所述液氨罐外設(shè)有隔熱層。

進一步地，所述液氨罐設(shè)有5％～15％的剩余容積V1；所述氨氣減壓器減壓比k范圍為1:5～1:3，氨氣減壓器減壓后氨氣壓力為1～4bar；所述穩(wěn)壓罐體積V2、液氨罐剩余容積V1、氨氣減壓器減壓比k、液氨每秒噴射體積V3間滿足如下關(guān)系：

(V2/k+V1)/V3≤1％

本發(fā)明同時提供一種用于車用柴油機尾氣處理的機械噴嘴式氨氣噴射系統(tǒng)的控制方法，包括以下過程：控制器通過液位溫度傳感器實時監(jiān)控液氨罐內(nèi)部溫度，當液氨罐內(nèi)部溫度低于預設(shè)的維持溫度時，電加熱棒加熱液氨罐內(nèi)液氨使之溫度升高達到維持溫度，液氨罐內(nèi)部溫度升高導致壓力增加，加壓后的氣態(tài)氨氣通過氨氣減壓器減壓后輸送到穩(wěn)壓罐中，控制器根據(jù)穩(wěn)壓罐上的壓力溫度傳感器反饋信息并且結(jié)合發(fā)動機運行狀況向電控氨氣計量閥發(fā)出噴射脈寬及噴射頻率信號，將氨氣輸送到機械氨氣噴嘴8中并噴射到排氣管中進行反應。

進一步地，所述電控氨氣噴嘴噴射采取定頻率，控制單次噴射時間占空比的控制方式；控制器內(nèi)寫入噴射壓力和噴射溫度補償系數(shù)，根據(jù)液氨罐內(nèi)氨氣的溫度、壓力數(shù)值，結(jié)合當前發(fā)動機工況計算所需的氨氣噴射量，控制電控氨氣計量閥開啟一定的時長來滿足排放需求。

進一步地，所述電控氨氣計量閥的噴射頻率控制依據(jù)液氨罐內(nèi)液位和壓力柔性調(diào)節(jié)。

進一步地，所述電控氨氣計量閥的噴射頻率控制依據(jù)發(fā)動機工況柔性調(diào)節(jié)。

進一步地，所述機械氨氣噴嘴預設(shè)有開啟壓力值，當?shù)陀陂_啟壓力值時機械氨氣噴嘴不開啟。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理圖。

圖2是本發(fā)明的控制方法流程圖。

圖中：

1-液氨罐 2-液位溫度傳感器 3-電加熱棒 4-氨氣減壓器 5-穩(wěn)壓罐 6-壓力溫度傳感器 7-電控氨氣計量閥 8-機械氨氣噴嘴 9-控制器

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方案。

如圖1所示，一種用于車用柴油機尾氣處理的機械噴嘴式氨氣噴射系統(tǒng)，包括液氨罐1，液位溫度傳感器2，電加熱棒3，氨氣減壓器4，穩(wěn)壓罐5，壓力溫度傳感器6，電控氨氣計量閥7，機械氨氣噴嘴8，控制器(ECU)9。其中，液氨罐1固定在整車車架上，液氨罐1內(nèi)儲存液氨，液位溫度傳感器2和電加熱棒3集成在液氨罐1內(nèi)，液氨罐1通過管路連接氨氣減壓器4，氨氣減壓器4通過管路連接穩(wěn)壓罐5，穩(wěn)壓罐5固定在整車車架上，壓力溫度傳感器6集成在穩(wěn)壓罐5上，穩(wěn)壓罐5管路連接電控氨氣計量閥7，電控氨氣計量閥7管路連接機械氨氣噴嘴8，機械氨氣噴嘴8直接安裝在排氣管上，控制器9分別與液位溫度傳感器2、電加熱棒3、壓力溫度傳感器6及電控氨氣計量閥7電連接。本發(fā)明將電控氨氣計量閥7與機械氨氣噴嘴8分開設(shè)置，使得不耐高溫的電控氨氣計量閥7遠離排氣管路，提高系統(tǒng)的可靠性及壽命。

當氨氣噴射系統(tǒng)工作時，電加熱棒3對液氨罐1中的液氨進行加熱，液氨遇熱汽化，液氨罐1液氨的飽和蒸汽壓產(chǎn)生壓力，因此液氨罐1具有儲存氨氣和提供氨氣噴射壓力的功能。液氨罐外設(shè)計隔熱層，避免冬季罐內(nèi)溫度過低無法建立噴射壓力，也避免夏季罐內(nèi)溫度過高造成罐內(nèi)壓力過高形成危險。

液氨罐1設(shè)計5％～15％的剩余容積V1，以保證提供足量的汽化狀態(tài)氨氣，液位溫度傳感器2用于監(jiān)控及反饋液氨罐1內(nèi)液氨氣的體積及溫度。

液氨罐1供給的氨氣經(jīng)過連接管路輸送到氨氣減壓器4進行減壓，減壓比k設(shè)計為1:5～1:3，減壓器4減壓后氨氣壓力為1～4bar，避免管路內(nèi)壓力過高造成危險，并且較低的噴射壓力同時能夠顯著提升噴嘴可靠性；

穩(wěn)壓罐5為一個具有一定容積的容器，穩(wěn)壓罐5上集成溫度及壓力傳感器6；汽化的氨氣經(jīng)過氨氣減壓器4調(diào)壓后，通過管路進入穩(wěn)壓罐5，穩(wěn)壓罐5上的壓力溫度傳感器6測量氨氣溫度及壓力情況。

電控氨氣噴嘴7的氨氣噴射壓力波動應小于3％，為實現(xiàn)這一目標，穩(wěn)壓罐5體積V2、液氨罐5剩余容積V1、減壓比k、液氨每秒噴射體積V3間存在如下的關(guān)系：

(V2/k+V1)/V3≤1％。

如圖2所示，本發(fā)明提供一種用于車用柴油機尾氣處理的電控噴嘴式氨氣噴射系統(tǒng)的控制方法：控制器通過液位溫度傳感器2實時監(jiān)控液氨罐1內(nèi)部溫度，當液氨罐1內(nèi)部溫度低于預設(shè)的維持溫度時，電加熱棒3加熱液氨罐1內(nèi)液氨使之溫度升高達到維持溫度，液氨罐1內(nèi)部溫度升高導致壓力增加，加壓后的氣態(tài)氨氣通過氨氣減壓器4減壓后輸送到穩(wěn)壓罐5中，控制器9根據(jù)穩(wěn)壓罐5上的壓力溫度傳感器6反饋信息并且結(jié)合發(fā)動機運行狀況向電控氨氣計量閥7發(fā)出噴射脈寬及頻率的信號，將氨氣輸送到機械氨氣噴嘴8中并噴射到排氣管中進行反應。

液氨罐1內(nèi)溫度由控制器9控制電加熱棒3維持在10℃～30℃間，以提供適宜的飽和蒸汽壓，不同排量發(fā)動機氨氣噴射量不同，需要的飽和蒸汽壓即溫度也不同，ECU控制不同的維持溫度，以節(jié)約能源，提高響應。發(fā)動機冷啟動時，若液氨罐1內(nèi)溫度處于0～10℃，仍可控制噴射，此時噴射壓力較低，在ECU寫入噴射壓力補償系數(shù)，以保證噴射量基本準確；若液氨罐1內(nèi)溫度低于0℃，首先將液氨罐加熱至10℃以上，保證足夠噴射壓力后，才進行噴射。

ECU9根據(jù)工況控制電控氨氣計量閥7開啟。機械氨氣噴嘴8直接安裝在排氣管上，當電控氨氣計量閥7開啟時，氨氣經(jīng)連接管路通過機械氨氣噴嘴8進入排氣管內(nèi)。機械氨氣噴嘴8噴射采取定頻率，控制單次噴射時間占空比的控制方式；ECU內(nèi)寫入噴射壓力和噴射溫度補償系數(shù)，根據(jù)穩(wěn)壓罐5內(nèi)氨氣的溫度、壓力數(shù)值，結(jié)合當前發(fā)動機工況計算所需的氨氣噴射量，控制電控氨氣計量閥7開啟一定的時長來滿足排放需求。

計量閥7開啟頻率控制可依據(jù)液氨罐1內(nèi)液位和壓力柔性調(diào)節(jié)，液位、壓力適宜時，采用1Hz頻率，在保證NOx轉(zhuǎn)化效率的同時提高計量閥7壽命；當液位、壓力偏低時，采取2Hz～10Hz頻率噴射，增加噴射間隔，使液氨充分汽化，以保證足夠的噴射壓力。

計量閥7開啟頻率控制可依據(jù)發(fā)動機工況柔性調(diào)節(jié)，當發(fā)動機處于高排溫高負荷工況下，還原反應較容易實現(xiàn)，采用1Hz頻率，以在保證NOx轉(zhuǎn)化效率的同時提高噴嘴7壽命；當發(fā)動機處于低排溫低負荷工況下，采用較高頻率2Hz～10Hz，以保證氨氣與排氣的混合均勻度，提高反應效率，減少氨氣逃逸。

機械氨氣噴嘴8設(shè)計一定的開啟壓力值，當?shù)陀陂_啟壓力值時機械氨氣噴嘴8不開啟，當車輛熄火后，管路中殘余的氨氣不會逃逸到大氣中，可以減少二次環(huán)境污染。