一种数字流体计量装置及控制方法制造方法及图纸

一种数字流体计量装置及控制方法，包括一个执行器，一个控制器，所述执行器包括一个柱塞泵组件，控制器包括一个微处理器和一个通讯模块，执行器与控制器可一体化设计。所述微处理器通过通讯模块从上位机获得计量目标值，以闭环控制的方式驱动执行器工作。本发明专利技术之目的在于提供一种通用性强和驱动方式简单的执行器方案以及统一的控制计量方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液体计量
，尤其是与发动机有关的液体喷射计量技术，具体涉及发动机燃油喷射装置，发动机尾气净化NOx选择性催化还原（SCR）系统，以及柴油发动机排气颗粒物过滤收集器（DPF）的燃油喷射再生系统及其控制方法。
技术介绍
液体喷射计量在化工、医疗和动力机械等领域有广泛的应用，尤其涉及内燃机动力的多项核心技术。在发动机领域，与液体喷射计量相关的具体技术包括但不限于：发动机电子燃油喷射系统，包括缸内直喷(GDI)和缸外喷射(MPI)，发动机尾气净化氧化氮选择性催化还原（SCR）尿素水溶液喷射系统，柴油机尾气排放颗粒物过滤(DPF)再生燃油喷射系统。所有这些技术，都涉及液体的计量喷射及控制问题，对汽油喷射技术，需要喷射计量并反馈控制汽油喷射量；对DPF再生技术，需要喷射计量在DPF上游排气管雾化喷入的柴油量；而对SCR技术，需要在SCR催化器上游计量喷射NOx选择性还原剂，例如32.5%重量浓度的尿素水溶液（也叫柴油排气处理液DEF=Diesel Exhaust Fluid，或者添蓝液AdBlue）。DEF进入发动机排气管后，通过排气高温分解成氨气，与排气混合后进入SCR催化转换器。在催化剂的作用下，氨气就会与发动机排气中的NOx等发生催化还原反应，使NOx分解为无害的N2、H2O。如果DEF喷射量与排气中的NOx含量不相匹配，那么要么NOx不能够被充分还原分解，排放量增加，要么剩余不少氨气排到大气中，造成二次污染。因此SCR系统必然需要精度较高的SCR计量喷射装置。对于柱塞-套筒泵结构，美国专利US20090301067A1公开了一种DEF喷射计量装置，其计量喷射装置是一个螺线管驱动的柱塞泵喷嘴，安装在排气管上，需要外加一个低压泵为其从DEF储液罐提供工作液体，并且需要采取冷却措施才能正常工作。DPF再生燃油的喷射，为了提高燃烧效率以最少的燃油消耗获得最高的DPF温度达到烧掉收集的碳烟等颗粒物的目的，喷射的柴油必须雾化良好。然而，现有技术多数采用低压的喷射技术。例如，美国专利（公开号：US2007/0033927）公开的技术方案借用了汽油进气口喷射系统的基本原理和结构计量燃油，喷射压力相对比较低。总体来说，与发动机相关的喷射计量技术可分为三种不同的类型：嘴端控制，泵端控制和嘴-泵端混合控制。其中，嘴端控制已经被广泛应用于燃油进气口喷射系统，嘴-泵混合控制已经被广泛应用于燃油缸内直喷系统，泵端控制被应用于缸内燃油直喷、单缸汽油机燃油喷射和SCR系统等。现有技术很难将以上应用统一到一种类型的执行器和计量方法上。其中一个根本性的原因在于：普遍应用的旋转式低压汽油泵不能处理导电介质，如尿素水溶液等。而另外一种螺线管柱塞泵虽然可以处理导电、非导电液体，却存在精确计量困难的问题。此外，螺线管柱塞泵其控制单元集成于ECU控制器之上，虽然从一定程度简化了系统结构，但造成了柱塞泵难以成为一个通用件使用以及控制器生产效率低等问题。对于螺线管装置的控制，最常见的是采用PWM驱动方式，这种方式如果不对螺线管的执行结果进行反馈修正，会产生目标与结果的不一致，往往不能完全覆盖因为液体状态的改变（例如出现两相流等）、驱动电压的改变和螺线管阻值的改变等因素对执行结果的影响。螺线管柱塞泵可以细分为两种不同的结构，一种是柱塞运动的柱塞-套筒泵，另一种是套筒运动的套筒-柱塞泵。关于用于压送燃油的柱塞-套筒泵，美国专利20030155444A1公开了一种计量控制方法，即，通过预测柱塞的位置来预测燃油喷射量的方法。然而，由于燃油，尤其是汽油的挥发性很强，进入柱塞套中的流体通常会包含一定的蒸汽或者空气，燃油的喷射量与柱塞的位置并非存在一一对应的关系。另外，预测柱塞的位移如同预测燃油喷射量一样有难度，在实施上会存在一定的困难。因此，对于计量喷射装置，无论是柱塞-套筒泵或是套筒-柱塞泵，提出能够同时满足多个目标的简洁结构和应用方式，以及统一的计量方法和通用的驱动方式是非常有价值的一项工作。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，之目的在于提供一种通用性强和驱动方式简单的执行器方案以及统一的控制计量方法。这些技术方案和控制方法可以广泛应用于发动机尾气净化SCR和DPF系统中的液体喷射系统的设计，火花点火发动机燃油喷射系统的设计，其中包括进气口和缸内直喷两种系统。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案，即，一种数字流体计量装置及控制方法，包括一个执行器，一个控制器，所述执行器包括一个柱塞泵组件，控制器包括一个微处理器和一个通讯模块，微处理器包含执行器特征信息，执行器与控制器可一体化设计。所述微处理器通过通讯模块从上位机获得计量目标值，以闭环控制的方式驱动执行器工作。所述执行器应用时应包括一个喷嘴，液体在柱塞泵组件的驱动下，通过喷嘴输出，即形成喷射，执行器的输出可以用每脉冲的体积或者质量流量进行计量。所述柱塞泵组件包括柱塞和套筒，柱塞和套筒之一为运动部件，两者配合形成压送容积，运动部件在外力的作用下相对静止部件作往复运动，导致压送容积大小的交替变化，以实现溶液喷射。所受外力包括驱动力和反向作用力。所述驱动力可以由螺线管装置提供，所述螺线管装置包括线圈、磁轭、磁阻和电枢，其中磁轭与电枢由导磁材料构成，磁阻由非导磁材料构成。所述反向力可以由连接于运动件之上的回位弹簧产生。方案之一：上述运动部件为套筒，即，所述套筒在螺线管装置和回位弹簧的驱动下往复运动，导致压送容积大小的交替变化，套筒与电枢可设计成一体，由相同或不同材料制成。方案之二：上述运动部件为柱塞，即，所述柱塞在螺线管装置和回位弹簧的驱动下往复运动，导致压送容积大小的交替变化。柱塞与电枢通过连接件或焊接方式连接，电枢大致为一个圆柱体，电枢包括贯通两端面的通孔。所述通孔可以具有一定的锥度，带锥度的孔向溶液压送方向扩展，用于实现溶液在内部空间的定向流动，以冷却脉冲泵和提高其工作的稳定性。上述方案中，执行器特征信息包括：因结构差异导致的流量特性变化的信息，因材料特性的差异导致的流量特性变化的信息，因驱动电压不同导致的流量特性变化的信息等。流量特性是指每脉冲流量与输入量之间的关系，例如输入驱动脉宽，输入能量等物理变量。所述微处理器为螺线管装置提供驱动信号，微处理器包括一个计算执行器有效输出功的过程，所述有效输出功是指直接对压送容积中的液体加压并形成喷射所需要的能量。有效输出功的计算过程具体包括计量控制器输出总能量的步骤，进一步地，包括计算执行器耗散能的步骤，再进一步地，包括计算执行器内部储能的步骤。这样，执行器的有效输出功=计量控制器输出的总能量-执行器内部（螺线管电阻）耗散功-执行器之螺线管装置电感储能-液体流动阻力功耗-回位弹簧储能，上述公式中的等号右边各项，除第一项外，都可以做近似处理，也可以近似地忽略不计。所述螺线管装置的状态参数可选择为：通过线圈的电流和线圈两端的电压。 具体地，通过所监测到的线圈的电流与线圈两端电压之乘积对时间积分来逼近计量控制器输出总能量，用所监测到的线圈的电流的平方与螺线管电阻之乘积对时间积分逼近线圈电阻功耗，用所监测的螺线管电流计算螺线管装置电感储能。关于液体的流动阻力功耗与回位弹簧的储能，可以简单地处理为：在喷射开始后与喷射量成线性关系。上述的能量平衡关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字流体计量装置及控制方法，包括一个执行器，一个控制器，所述执行器包括一个柱塞泵组件，控制器包括一个微处理器和一个通讯模块，所述微处理器包含执行器特征信息，通过通讯模块从上位机获得计量目标值，以闭环控制的方式驱动执行器工作。

【技术特征摘要】
1.一种数字流体计量装置及控制方法，包括一个执行器，一个控制器，所述执行器包括一个柱塞泵组件，控制器包括一个微处理器和一个通讯模块，所述微处理器包含执行器特征信息，通过通讯模块从上位机获得计量目标值，以闭环控制的方式驱动执行器工作。2.如权利要求1所述的数字流体计量装置及控制方法，其特征在于：所述通讯模块为一个CAN通讯处理器。3.如权利要求2所述的数字流体计量装置及控制方法，其特征在于，所述柱塞泵组件包括套筒和柱塞，套筒在外力的驱动下相对柱塞作往复运动，导致压送容积大小的交替变化。4.如权利要求2所述的数字流体计量装置及控制方法，其特征在于，所述柱塞泵组件包括套筒和柱塞，柱塞在外力作用下相对套筒作往复运动，导致压送容积大小的交替变化。5.如权利要求3或4所述的数字流体计量装置及控制方法，其特征在于，所述执行器与控制器按一体化设计。6.如权利要求5所述的数字流体计量装置及控...

【专利技术属性】
技术研发人员：郗大光，张平，乐起奖，杨延相，
申请(专利权)人：浙江福爱电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33