对柴油机尿素品质传感器技术路线分析

3.0 闻远设计 2023-05-18 158 4 18.72KB 3 页 2光币

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对柴油机尿素品质传感器技术路线分析

摘要：随着环境问题的日益显现，环保部门制定了严格的排放法规，市场监管和检查也严格落

实到位，尤其是到国六阶段[1][2]，排放要求非常严苛，为此，柴油发动机均配备了 SCR 系统

(Selective Catalytic Reduction 选择性催化还原技术)，以减少尾气中的 NOX(氮氧化物)排放，其

中SCR 系统的添加剂就是车用尿素。车用尿素溶液为 32.5%尿素和 67.5%去离子水的高纯溶

液，其浓度对车辆使用影响重大，直接影响车辆动力性、燃油经济性、排放合理性以及 OBD

监测要求，因此，需要对尿素浓度实施实时监测，检测尿素浓度的传感器就是尿素品质传感

器，下文中将对尿素品质传感器作进一步分析。

　关键词：柴油机; 车用尿素; 尿素浓度; 尿素品质传感器;

　　 0　引言

随着排放法规的日益加严，对于柴油发动机，除了对发动机机内排放进行严格控制外，即严格

控制裸排水平，还需借助全新的机外后处理净化技术，采用更加先进的技术，对排放污染物进

行控制和处理，常见后处理有：

NSC+SDPF+SCR、NSC+CDPF+SCR、DOC+SDPF+SCR、DOC+CDPF+SCR[3]，无一例

外，SCR 都是必备装置，SCR 方案在柴油车尾气排放处理系统中具有明显优势，而车用尿素是

SCR 方案的必需添加剂，车用尿素是由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物，在不同地方的叫法

不同，在中国及欧洲成为 Ad Blue，在美国称为 DEF，尿素溶液为含有 32.5%尿素和 67.5%去离

子水的高纯透明溶液，具有淡淡的氨水气味，车用尿素晶体的纯度较高，它主要是从工业尿素

中进一步提纯得到，去离子水的杂质含量也有严格的要求，当加热至 160°C 时，分解成氨气

（NH3）和水。

在SCR 系统中，尿素溶液的浓度非常重要，尿素浓度不适合将造成反应不充分，引起尾气不

达标，尿素溶液的结晶也是行业难题，并且结晶点也受尿素浓度的影响，经过相关人员的反复

测试，发现尿素浓度在 32.5%时，尿素结晶温度最低，因此车用尿素浓度确定为 32.5%。

车用尿素及尿素浓度对车辆的动力、油耗、尾气排放等起着关键性的作用。所有尿素箱中都要

安装尿素品质传感器以实时监测尿素的品质情况，尿素品质传感器的原理有：比热容原理、声

学原理、光学原理，由于比热容原理的尿素品质传感器市场使用率极低，以下主要对声学式和

光学式品质传感器进行分析和说明。

　　 1　声学原理技术路线

声学原理又可以分为两种，一种是类似于音叉密度计的原理，即元件的结构相当于两齿的音

叉，叉体因位于叉根的压电晶体产生振动，振动的频率通过位于另一个叉指上的压电晶体而检

测出来，通过移相和电路放大及处理，叉体被稳定在固有频率上，当介质流经叉体时，引起谐

振频率的变化，转化为对溶液溶度的测量。[3]另一种是根据超声波在不同介质中速度不同，通

过测量声波在一个固定距离内，声波信号的发射与反射接收所用的时间，测量在液体中声速，

从而得到尿素溶液浓度，依此进行传感器技术开发。通过测量可知，超声波在空气中速度为

340m/s@20℃（注：测试温度为 20℃），超声波在纯水中的速度为 1480m/s@20℃，超声波在

标准尿素溶液（浓度为 32.5%）中的速度为 1620m/s@20℃。在不同温度下，超声波在水和尿

素中的传输速度，如图 1所示。在不同浓度的尿素溶液中，超声波的传输速度也不同，如图 2

所示。

图1 不同温度下的速度变化

图2 不同尿素浓度下的速度变化

利用超声波探头（收发一体）发出声波脉冲到反射挡板，然后反射回探头，通过多次循环计算

平均飞行时间（TOF），在固定温度以及尿素浓度的测试条件下，TOF 几乎式固定不变的，如

图3所示。根据此理论设计的尿素浓度传感器称为超声波式浓度传感器。

　　 2　光学原理技术路线

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摘要：

对柴油机尿素品质传感器技术路线分析摘要：随着环境问题的日益显现，环保部门制定了严格的排放法规，市场监管和检查也严格落实到位，尤其是到国六阶段[1][2]，排放要求非常严苛，为此，柴油发动机均配备了SCR系统(SelectiveCatalyticReduction选择性催化还原技术)，以减少尾气中的NOX(氮氧化物)排放，其中SCR系统的添加剂就是车用尿素。车用尿素溶液为32.5%尿素和67.5%去离子水的高纯溶液，其浓度对车辆使用影响重大，直接影响车辆动力性、燃油经济性、排放合理性以及OBD监测要求，因此，需要对尿素浓度实施实时监测，检测尿素浓度的传感器就是尿素品质传感器，下文中将对尿素品质传...

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