一种发动机尾气尿素喷射装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种发动机尾气尿素喷射装置，其中温度调节器对尾气进行加热实现温度控制，尿素水溶液经由尿素泵通过管路连接尿素喷嘴，所述尿素喷嘴倾斜设置在尿素混合管上。本发明专利技术还公开了一种发动机尾气尿素喷射控制方法，包括：基于气压传感器测得的进气管与混合管的压差计算出当前时刻尿素的喷射量，利用当前时刻尿素的喷射量、上一时刻的储氨量以及氨氮消耗量计算得到当前氨的储存量，再根据当前氨的存储量以及饱和状态下存储量之间的差异，调整催化温度并对当前尿素喷射量进行控制。本发明专利技术中催化剂的转换效率得到了明显的提高，进而提高了NOx转化率并减少了氨气逃逸。

A Kind of Urea Injection Device for Engine Exhaust Gas and Its Control Method

The invention discloses a urea injection device for engine exhaust gas, in which the temperature regulator heats the exhaust gas to realize temperature control, urea water solution is connected to urea nozzle through a pipeline through a urea pump, and the urea nozzle is tilted on a urea mixing pipe. The invention also discloses an engine exhaust urea injection control method, which includes: calculating the current urea injection amount based on the pressure difference between the intake pipe and the mixing pipe measured by the pressure sensor, calculating the current ammonia storage amount by using the current urea injection amount, the previous ammonia storage amount and the ammonia nitrogen consumption amount, and then calculating the current ammonia storage amount and the saturation state according to the current ammonia storage amount and the saturation state. The difference between the lower storage capacity, adjust the catalytic temperature and control the current urea injection volume. The conversion efficiency of the catalyst in the invention has been obviously improved, thereby improving the conversion rate of NOx and reducing the escape of ammonia gas.

【技术实现步骤摘要】
一种发动机尾气尿素喷射装置及其控制方法
本专利技术属于柴油机尾气处理
，具体涉及一种发动机尾气尿素喷射装置及其控制方法。
技术介绍
当前社会，柴油机以其优良的燃油经济性与动力性能得到了更多的关注，但柴油机存在的一个最大问题就是NOX与颗粒排放严重，经济增长与能源、环境可持续发展之间的矛盾也日趋尖锐。在这种形势下，净化效率高而且在排放和油耗经济性方面具有优势的选择性催化还原(SCR)系统越来越得到各发动机制造商的青睐，并把它作为机外净化的关键技术之一进行研究和推广，已成为重型柴油机尾气处理的主要技术之一。改变柴油发动机的某些技术(如高压喷射、喷射正时提前以及加大涡轮增压器的增压压力比等)可使颗粒物排放达到法规要求，但是也会增加NOX的排放，这时候就需要在排气管中安装SCR排放后处理系统来降低NOX的排放。SCR排放后处理系统的工作原理是将还原剂(氨水、尿素等)喷入排气管中，在催化剂的作用下，把NOX还原成N2，以达到减少NOX排放的目的。然而，在现有的尿素喷射控制过程中，催化温度不同时，催化剂的活性差异较大，同时也影响了氨的储存能力，且可能会引起氨泄漏，带来二次污染。尤其是在发动机增加载荷的工况下，温度剧烈上升会导致氨的储存能力下降，非常容易造成氨的大量泄漏。而低温工况又会导致催化剂活性不足，催化效率下降，NOX反应不完全。由此可知，如何提高氮氧转化效率，实现转化效率与降低氨泄漏的动态平衡是目前函待解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种发动机尾气尿素喷射装置及其控制方法，提高了催化剂的转换效率，解决氨泄漏的问题。本专利技术是通过以下技术方案实现上述技术目的的，一种发动机尾气尿素喷射控制方法，包括以下步骤：步骤1)：ECU控制单元根据气压传感器测得的进气管压力Pr与混合管压力P0，计算出压差ΔP＝Pr-P0；步骤2)：计算当前时刻SCR催化器内氨的储存量ASIt；步骤2.1)：采集进气管(10)内尾气中NOX的浓度值以及排气管(12)内反应后NOX的浓度值计算当前时刻氨氮的消耗量Qs：其中是尾气中预估的NH3的浓度，Feq是发动机的排气流量；步骤2.2)：利用当前时刻尿素的喷射量、上一时刻氨的储存量以及氨氮的消耗量Qs计算得到当前时刻氨的储存量：ASIt＝Qj+ASIt-1-Qs其中ASIt是当前时刻氨的储存量，ASIt-1是上一时刻氨的储存量；式中尿素喷射量a为喷孔数量，Cμ为调整系数，As为单个喷孔流通面积，ρ为尿素溶液密度；步骤3)：根据SCR催化器中当前氨的存储量ASIt以及饱和状态下氨的存储量ASF之间的差异，ECU控制单元调整催化温度并对调整系数Cμ进行修正；步骤3.1)：若温度调节器8进入低温运转模式，目标温度值设定为220℃～235℃，调整系数Cμ设定为2；步骤3.2)：若温度调节器8处于正常运转模式，目标温度值设为245℃～260℃，调整系数Cμ设定为1.5；步骤3.3)：若温度调节器8进入高温运转模式，目标温度值设为265℃～275℃，并将调整系数Cμ设定为1；步骤3.4)：若此时氨的储存量比例过高，有严重的氨泄漏的可能，调整系数Cμ直接设为0，即停止喷射；步骤4)：利用修正后的调整系数Cμ，对尿素喷射量进行控制。一种发动机尾气尿素喷射装置，包括尿素箱、温度传感器、SCR催化器、ECU控制单元、尿素泵、尿素喷嘴、NOX传感器、温度调节器、气压传感器、进气管、混合管及排气管；ECU控制单元与尿素箱、温度传感器、温度调节器、尿素泵、尿素喷嘴、NOX传感器、气压传感器均电气连接，尿素箱与尿素泵、尿素喷嘴通过管道依次相连；进气管与混合管相连接，且连接处设有温度调节器，混合管与排气管相连接，且连接处设有SCR催化器，进气管上设有NOX传感器、气压传感器，混合管上设有温度传感器、气压传感器，排气管上设有温度传感器、NOX传感器，尿素喷嘴倾斜布置于混合管上；所述喷嘴包括喷嘴管、衔铁组件、支架、针阀、喷孔、隔热套及联通孔，喷嘴管底端设置有喷孔，喷嘴管被针阀分为上、下两部分，支架位于针阀上部，用于支撑衔铁组件，隔热套卡接在喷嘴管下半部分与针阀之间，隔热套和喷嘴管之间留有缝隙，喷嘴管下半部分的管壁上设有联通孔；所述衔铁组件包括控制线圈、衔铁及导磁体，衔铁和导磁体由支架支撑，衔铁上缠绕有控制线圈，且控制线圈与电池连接，电池与ECU控制单元连接；所述混合管管道直径与内转弯半径之比为0.5。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术中隔热套和喷嘴管之间形成缝隙，而喷嘴管下半部分与缝隙均设有一定数量的联通孔与外界空气相连，外界空气可由联通孔进入喷嘴管和缝隙中，能够有效对尿素溶液进行冷却。同时喷嘴通过固定套倾斜布置在混合管上，不仅优化了雾化的效果，减弱了喷嘴附近的旋流强度，使得喷射更加均匀；也减小了喷射贯穿距离，防止尿素溶液沉积在管壁上出现结晶结石，避免了混合管出现管路堵塞。2.ECU控制单元可以根据不同的需求来对电池提供的驱动电流进行控制，比如在喷射量需求较大的时候加大电流输出，产生更大的电磁力使针阀打开更大的缺口，喷射出更多尿素溶液；也可以在开启后维持较小的稳定电流来维持针阀的开启，这样可以有效避免由于电流过大或时间过长等原因所导致线圈过热的问题，系统的稳定性也由此得到提升。3.本专利技术在控制尿素喷射的过程中，使用了前馈+储氨量管理的控制方法，将该尿素喷射系统的储氨量以及加热温度控制在了一个优化后的范围之内，充分利用了该装置在低温区域时较大的氨的储存量以及在高温区域时较高的氮氧化物转化效率，进而实现对尿素喷射量的精确控制；既可以提高氮氧化物的转化效率，减少排放，满足欧Ⅴ排放限值，也可以避免氨泄漏的可能，降低了出现二次污染的可能。本专利技术可实现较高的氮氧化物转化率(95％以上)及比较低的氨气逃逸率(均值大约为10ppm)。附图说明图1为本专利技术所述的一种柴油发动机SCR尿素喷射系统的结构示意图；其中：1-尿素箱、2-温度传感器、3-SCR催化器、4-ECU控制单元、5-尿素泵、6-尿素喷嘴、7-NOX传感器、8-温度调节器、9-气压传感器、10-进气管、11-混合管、12-排气管、601-喷嘴管、602-固定套、603-控制线圈、604-衔铁、605-导磁体、606-支架、607-针阀、608-喷孔、609-隔热套、610-联通孔、611-缝隙、6071-左侧支架、6072-右侧支架；图2为尿素喷嘴的内部结构示意图；图3为喷嘴中衔铁组件的示意图；图4为针阀与支架的连接示意图；图5为本专利技术所使用催化剂的催化效率随温度的变化图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术提出的技术方案进行更明确的阐述。如图1所示，本专利技术提供了一种发动机尾气尿素喷射装置，包括尿素箱1、两个温度传感器2、SCR催化器3、ECU控制单元4、尿素泵5、尿素喷嘴6、两个NOX传感器7、温度调节器8、两个气压传感器9、进气管10、混合管11、排气管12；ECU控制单元4与尿素箱1、温度传感器2、温度调节器8、尿素泵5、尿素喷嘴6、NOX传感器7、气压传感器9均通过电线束连接，图中电线束以虚线表示，尿素箱1与尿素泵5、尿素喷嘴6通过管道依次相连；进气管10与混合管11相连接，且连接处设有温度调节器8，混合管11与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机尾气尿素喷射控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：ECU控制单元(4)根据气压传感器(9)测得的进气管压力Pr与混合管压力P0，计算出压差ΔP；步骤2)：计算当前时刻SCR催化器(3)内氨的储存量ASIt；步骤3)：根据SCR催化器(3)中当前氨的存储量ASIt以及饱和状态下氨的存储量ASF之间的差异，ECU控制单元(4)调整催化温度并对调整系数Cμ进行修正；步骤4)：利用修正后的调整系数Cμ，对尿素喷射量进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种发动机尾气尿素喷射控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：ECU控制单元(4)根据气压传感器(9)测得的进气管压力Pr与混合管压力P0，计算出压差ΔP；步骤2)：计算当前时刻SCR催化器(3)内氨的储存量ASIt；步骤3)：根据SCR催化器(3)中当前氨的存储量ASIt以及饱和状态下氨的存储量ASF之间的差异，ECU控制单元(4)调整催化温度并对调整系数Cμ进行修正；步骤4)：利用修正后的调整系数Cμ，对尿素喷射量进行控制。2.如权利要求1所述的发动机尾气尿素喷射控制方法，其特征在于，所述压差的计算公式为：ΔP＝Pr-P0。3.如权利要求1所述的发动机尾气尿素喷射控制方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程为：步骤2.1)：采集进气管(10)内尾气中NOX的浓度值以及排气管(12)内反应后NOX的浓度值计算当前时刻氨氮的消耗量Qs：其中是尾气中预估的NH3的浓度，Feq是发动机的排气流量；步骤2.2)：利用当前时刻尿素的喷射量、上一时刻氨的储存量以及氨氮的消耗量Qs计算得到当前时刻氨的储存量：ASIt＝Qj+ASIt-1-Qs其中ASIt是当前时刻氨的储存量，ASIt-1是上一时刻氨的储存量；式中尿素喷射量a为喷孔数量，Cμ为调整系数，As为单个喷孔流通面积，ρ为尿素溶液密度。4.如权利要求1所述的发动机尾气尿素喷射控制方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：步骤3.1)：若温度调节器8进入低温运转模式，目标温度值设定为220℃～235℃，调整系数Cμ设定为2；步骤3.2)：若温度调节器8处于正常运转模式，目标温度值设为245℃～260℃，调整系数Cμ设定为1.5；步骤3.3)：若温度调节器8进入高温运转模式，目标温度值设为265℃～275℃，并将调整系数Cμ设定为1；步骤3.4)：若此时氨的储存量比例过高，有严重的氨泄漏的可能，调整系数Cμ直接设为0，即停止喷射。5.一种根据权利要求1所述的发动机尾气尿素喷射装置，其特征在于，包括尿...

【专利技术属性】
技术研发人员：左言言，蓝云翔，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32