[实用新型]重卡柴油动力气助雾化SCR尿素液喷射系统

说明书

技术领域

    本实用新型涉及柴油机污染排放的治理，特别涉及道路重型卡车柴油动力的SCR后处理系统。

背景技术

    柴油机排放污染物由严格的国家标准限定。中国目前实施第四阶段排放标准，法规限定的污染物包括一氧化碳CO、总碳氢HC、氮氧化物NOx和黑烟(PM)。重型柴油机的排放物中，CO和HC一般不需要催化后处理装置可以达到国四标准，但是NOx和PM很难达到标准的限值，必须加装净化后处理装置。从柴油机的缸内燃烧机理上看，经过细致的发动机控制单元的“标定”，可以将NOx或PM净化达到环保标准，但不可能同时达到标准。一方面，采用改进缸内燃烧，提高缸内燃烧温度的途径降低PM排放，直至达到国家第四阶段排放标准。但是燃烧温度的提高意味着NOx排放量的增加，需要要加装催化后处理装置加以净化。另一方面，可以采用组织缸内燃烧的方法降低缸内燃烧温度，NOx排放可以达到排放标准的限值以下，但PM大幅增加，也需要用后处理净化装置加以净化。目前国内是采用净化处理NOx的技术途径，主要出发点是可以得到较好的燃油经济性。

重型柴油机NOx排放后处理净化技术的最成功技术是选择性催化还原Selective Catalytic Reduction，SCR。基本原理是向柴油机排气系统中添加还原剂，与排气中的NOx在SCR催化剂的作用下发生反应生成氮气和水。还原剂一般采用尿素水溶液，如欧洲用的Addblue溶液和美国的DEF溶液。尿素溶液在热的排气中发生热理解和水解生成氨气NH₃。当然还有其它化学品可以作为还原剂，本实用新型统称为“脱硝液”。

   实现该技术的核心有两大核心部件：脱硝液剂量控制与喷射雾化系统简称尿素泵，或Dosing Control Unit, DCU和SCR催化剂。

    尿素泵的性能直接影响到SCR系统整体性能。特别是向排气管中喷尿素溶液时的雾化性能决定了氨气的产生速度、氨气与排气的混合及空间分布均匀性，SCR催化剂反应效率和氨逸出等，甚至还影响到SCR系统的可靠性，如尿素结晶、喷嘴碳化阻塞等。目前尿素泵喷射雾化主要有利用压缩空气将尿素溶液雾化，简称气助雾化系统。实际使用过程中，因喷嘴工作条件恶劣，可靠性较差。

气助雾化系统采用计量泵精确控制尿素溶液的加注量，尿素溶加入压缩空气气路的混合腔，尿素溶液随压缩空气流经一定长度的导管，压缩空气与尿素溶液一并通过导管末端的喷嘴形成二元射流喷雾。喷嘴安装在排气管上，在催化剂模块的上游一定的距离。如图1所示。

   气助雾化方式的优点是雾化效果好，而且喷嘴内部没有运动部件，结构简单单一，可靠性好。缺点是多了一套压缩空气气路，气路需要调压、稳压、过滤净化、通/断控制等。另一个缺点是尿素液加入压缩空气管路后，要经过一段滞后才能进入排气管，系统响应慢。对于柴油机工况不稳定情况下，尿素加注不及时，造成SCR系统效率下降。特别是氨逸出Ammonia-slip 会带来二次污染。

气助雾化方式响应慢的主要原因是1尿素溶液自计量泵出口进入压缩空气气路后，随气流在导管内流动，流经导管末端的喷嘴后形成二元射流。在导管内的流动时间会形成滞后。如图2所示，滞后时间为DT0。2尿素溶液在压缩空气导管内流动时，会在表面张力的作用下“团聚”，如图2所示。无形中造成了尿素溶液喷射不均匀，特别是尿素溶液的“间断”喷出，或影响到导管内气压的波动，进而影响到计量泵的计量精度。

上述的两个来自系统固有特性造成的滞后和团聚最终导致气助雾化系统响应慢和控制精度低。由于尿素溶液进入压缩空气气路后，随压缩空气流动、经喷嘴喷射进入排气管，进而到达催化剂反应床的时间与DCU接收发动机电控单元ECM发出指令时刻的柴油机产生排气到达催化剂反应床的时间“错位”，造成了在催化剂反应床上的NH₃与NOx反应难以达到恰好“等量”，反应难以完全进行，NH₃多时会造成NH₃-slip，NH₃少时则会造成NOx反应不彻底。

实用新型内容

1、      所要解决的技术问题：

    现有重型柴油机NOx排放后SCR处理净化技术，气助雾化方式气助雾化系统响应慢和控制精度低。

2、      技术方案：