[发明专利]一种尿素溶液计量喷射装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶液喷射装置及其控制方法，特别是一种尿素溶液计量喷射装置及其控制方法。

背景技术

柴油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。然而，随着每年的污染物排放总量持续攀升，柴油机排放污染物控制已经迫在眉睫。柴油机排放标准对柴油机排出气体中的有害部分比如碳氢（HC），氮氧化物（NOX），一氧化碳（CO）和颗粒物（PM）等确定了限值，其中氮氧化物非常难以处理。目前，常用的氮氧化物后处理方法包括选择性催化还原、碳氢选择催化还原、氮氧化物吸附装置、以及低温等离子体等方法。在实际的应用中，常用以尿素溶液为还原剂的尿素选择性催化还原方法。选择性催化还原方法采用选择性催化转化系统，该系统的工作原理是：尾气从涡轮出来后进入排气管，在排气管上安装有尿素计量喷射装置，喷入重量比为32.5%的尿素溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成氨，在催化剂表面，氨和氮氧化物发生还原反应，生成氮气和水，从而达到净化尾气的作用。其中，关键技术是尿素溶液的流量控制、喷雾的控制和催化剂转换效率，而尿素溶液的流量控制是保障催化剂转换效率的关键。尿素溶液的流量控制是通过尿素溶液供给系统内部的压力传感器得到尿素溶液的压力，然后通过控制喷嘴的开启时间来控制尿素溶液体的流量，而尿素溶液供给系统的原理是采用柱塞结构或薄膜泵结构，这种结构导致尿素溶液的压力幅度有很大的波动，尤其是在小流量的情况下，准确控制尿素溶液的流量就比较困难。因此，有效地降低管路内部的压力波动就能有助于提高尿素溶液的流量控制精度；其次，车用尿素溶液在-11℃时就开始结冰，体积会膨胀9%左右，由于柴油机或柴油车会在低温条件下工作，因此尿素溶液供给装置需要采取防止结冰冻裂的措施。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可以降低尿素溶液供给系统内部压力波动，从而提高尿素溶液流量控制精度和耐低温的尿素溶液计量喷射装置及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：一种尿素溶液计量喷射装置，包括泵、尿素罐、步进电机和喷嘴，所述的尿素罐的出口依次通过预过滤器、第一可变容积件和第一单向阀连接在泵的进入端，所述的泵的输出端依次通过第二单向阀、第二可变容积件和过滤器连接在喷嘴上，所述的泵上连接有步进电机；所述的过滤器与喷嘴之间设有压力阀；所述的喷嘴与过滤器之间设有传感器，所述的步进电机连接有控制单元，所述的控制单元与传感器和喷嘴相连接，所述的控制单元用于通过步进电机的转速来控制喷嘴处尿素溶液的压力和开启时间；所述的预过滤器、过滤器、第一单向阀第二单向阀、泵和步进电机上设有加热单元。

一种尿素溶液计量喷射控制方法，其特征在于步骤包括：

1）启动控制单元并且初始化计量系统参数，包括泵参数、控制电机参数、喷嘴参数，之后执行步骤2）；

2）控制单元通过数据总线读入发动机参数，之后执行步骤3）；

3）控制单元通过传感器来获得尿素溶液的温度，当尿素溶液的温度低于指定温度﹣11℃，则执行步骤4），否则执行步骤5）；

4）控制单元控制加热单元加热尿素溶液和整个计量系统，之后执行步骤5）；

5）当尿素溶液的温度高于指定温度﹣11℃时，则执行步骤6），之后执行步骤7）；

6）关闭加热单元，之后执行步骤7）；

7）控制单元通过传感器获取溶液压力，当尿素溶液压力小于10大气压时，则执行步骤8），之后执行步骤9）；

8）增加步进电机的转速使尿素溶液的压力增加到10大气压，之后执行步骤9）；

9）当尿素溶液的压力大于10大气压，则执行步骤10），否则执行步骤11）；

10）减小步进电机的转速使尿素溶液的压力减小到10大气压，之后执行步骤11）；

11）根据发动机参数计算尿素溶液的流量，设排气中的氮氧化物的浓度Y_NOX和排气流量计算出氮氧化物的质量流量M_EXH，则氮氧化物的质量流量M_NOX=Y_NOXM_EXH，设90%NO和10%NO2，能够完全反应掉氮氧化物的尿素溶液的质量流量M_UREA=2.96M_NOX，利用尿素溶液的质量流量M_UREA和密度ρ计算出尿素溶液的容积流量Q_UREA=M_UREA/ρ，之后执行步骤12）；