[实用新型]一种用于SCR尾气后处理系统的自循环冷却式尿素注射装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及内燃机排气净化处理技术领域，尤其涉及一种用于SCR(Selective Catalytic Reduction选择性催化还原技术)尾气后处理系统的自循环冷却式尿素注射装置。

背景技术

现有技术中，内燃机尤其是柴油内燃机的排气中含有大量的颗粒物，(PM,Particulate Matter，指大气中的固体或液体颗粒状物质)和氮氧化物，对大气环境造成严重污染；这不符合现行的以及今后将颁布的环境保护相关法律法规的规定。

现有技术中，用于内燃机排气处理的方法存在一个缺点，即对PM和氮氧化物的净化处理无法同时实现，二者之间相互冲突；例如，采用废气再循环系统(EGR,Exhaust Gas Recycle，内燃机在燃烧后排出的气体中含氧量极低甚至是没有，此排出气体与吸气混合后会使吸气中氧气浓度降低，因此会产生下列现象:比大气更低的含氧量在燃烧时(最高)温度会降低，会抑制氮氧化物(NOx)的产生；燃烧温度降低时，汽缸与燃烧室壁面、活塞表面的热能发散会降低，另外因热解离造成的损失也会有些微降低；燃油引擎其部分负荷为汽缸内在非EGR时为了提供等量的氧气量(为了得到同一轴的出力)，因此需要将油门开大，结果吸气时的吸油(油门)损失较低，燃料消费率会提高)技术净化处理内燃机排气，虽然可以实现排气中氮氧化物的含量大幅度降低，但排气中PM的含量反而升高，且燃油成本提高；采用高压喷射技术净化处理内燃机排气，有利于降低排气中PM的含量，但往往会使排气中氮氧化物的含量升高。

近年来，技术人员又开始关注内燃机HCCI(HomogeneousCharge Compression Ignition均质混合气压燃技术，装备HCCI技术的发动机的技术结构比一般发动机要复杂(相比那些“经典”发动机)，当汽油机的压缩冲程快结束时，汽油通过直喷油咀喷进汽缸，HCCI发动机压缩比比普通的汽油机高，所以喷出的小油滴在压缩冲程完成时有时间在汽缸内形成均匀的分布，这时汽缸的压力足够使均匀分布的油滴自动压燃，所有的燃料都在同一时间点燃，所 以提高了燃油的使用效率(传统的汽油和柴油机都是非均匀的扩散式燃烧，在扩散的同时浪费了部分的能量)而且由于它采用压缩点燃的缘故，可以采用相当稀薄的混合气，因此可以按照变质调节的方式，直接通过调节喷油量来调节扭矩，不需要节气门；HCCI发动机的燃烧温度低，对燃烧室壁的传热很低，能够减少辐射热的传递，还能大幅降低氮氧化合物的形成)，希望从内燃机内同时降低PM和氮氧化物的含量，但HCCI技术适用的工况范围有限，内燃机模式切换控制复杂，且降低排气中PM和氮氧化物含量的效果不明显。

随着人类对大气保护意识的增强，国内外陆续颁布的环境保护相关法律法规逐步趋于严格化，对此，技术人员不得不采用后处理技术来净化处理内燃排气。

SCR后处理技术的基本原理是向内燃机排气中喷射燃油或者另外添加还原剂，利用合适的催化剂促使还原剂与氮氧化物发生化学反应生成氮气(N2)，同时抑制还原剂与氧气的非选择性氧化反应；例如，以氨(NH3)为还原剂的SCR后处理技术处理排气时，发生的主要化学反应如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O；

2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O；

8NH3+6NO2→7N2+12H2O；

2NO2+2NH3→NH4NO3+N2+H2O。

由于氨具有较高的腐蚀性，液氨和氨水的储存和运输都很困难，因而氨不能直接用于车载SCR后处理系统。

针对氨作为还原剂的上述缺陷，技术人员通常采用尿素水溶液来提供还原剂；实践表明，浓度为32.5％的尿素水溶液具有最低的凝固点，其凝固点为-11℃，故国际上普遍采用浓度为32.5％的尿素水溶液来提供SCR后处理技术的还原剂，并将其命名为AdBlue(柴油机尾气处理液，国内俗称为汽车尿素，车用尿素，汽车环保尿素，是SCR技术中必须要用到的消耗品；其组成成分为32.5％的高纯尿素和67.5％的去离子水)。

采用SCR后处理技术净化处理内燃机排气，如果采用尿素水溶液来提供还原剂，需要将尿素水溶液喷射向排气；向排气中喷射尿素水溶液时，需要综合考虑氮氧化物的浓度、催化剂的工作状况和氨的泄漏量等因素；具体地，向排气中喷射尿素水溶液时需要精确控制尿素水溶液的喷射量的要求，使得在氨的泄漏量最高不超过25ppm、平均不超过10ppm的条件下，氮氧化物的转化效率 最高。

因此，对SCR后处理技术来说，如何实现尿素水溶液的精确计量和尿素注射装置的冷却成为技术人员亟待解决的技术问题。