CN105626215A - 调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置及调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，包括电子控制单元、压缩空气气源装置、尿素贮存装置、压缩空气控制装置、计量泵/阀、喷嘴装置、主体管道和尿素管道，还包括尿素调控装置。尿素调控装置与电子控制单元通信，根据起止时间控制从喷嘴装置实际喷入排气系统中的尿素实际供给量。本发明有效地避免了喷入排气系统中的尿素过量，通过低成本的改进使原有排气系统符合更高的排放标准。本发明还公开了一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法。

Description

调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置及调控方法
技术领域
本发明属于内燃机引擎控制系统技术领域，尤其涉及一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置及调控方法。
背景技术
内燃发动机有两类，汽油机和柴油机。它们的工作机理不同，各有优点：汽油机轻巧，振动小平滑好；柴油机效率高，油耗比汽油机低30％以上，扭矩大，低转速功率大。总的说来柴油机优点多缺点也大，发展前景看好。内燃机的排放污染主要分四类：一氧化碳CO，碳氢化合物HC，氮氧化物NOx，颗粒物PM。汽油机排放污染主要是前两类，后两类可以忽略，解决办法是三元催化剂；柴油机的排放污染主要是后两类，前两类几乎可以忽略。以往没有好的解决办法，近年来对于解决NOx污染，现有技术中具有两种方法：排气再循环(EGR)和选择性催化还原(SCR)。
其中，NOx和PM是两类相互矛盾的污染NOx主要来源于燃烧产生的高温，使得本来稳定的氮气发生氧化。当设法让柴油充分燃烧以减少PM的时候，温度就会进一步上升，于是NOx会增加。反之亦然。EGR是把部分排放废气重新引入进气口，它使得进气中氧气的含量下降，从而减低NOx的生成，但同时会使PM上升。EGR同时会使得油耗上升经济性下降。这个技术的作用有限，好处是不必添加其它东西。SCR的原理是让NOx和氨发生反应生成氮气和水。这个反应需要催化剂的帮助。由于氨很不稳定难以储存和处理而且有毒性，所以通常的解决办法是在SCR催化剂的上游喷入尿素溶液，尿素遇高温水解为氨，二氧化碳和水，其中的氨进入SCR催化剂同NOx反应消除污染。SCR技术理论上有较好的前景，转化效率可以做到比较高，缺点是需要提供尿素溶液。DPF是柴油颗粒物过滤器。吸附了较多的颗粒后就会堵塞，解决办法是再生，通常是用高温把吸附的碳颗粒烧掉。现在中国的柴油普遍含硫量高，结果是硫化合物的颗粒无法再生，要不就只能换过滤器，代价高昂。这也是限制中国提高排放标准的一个因素。DOC是氧化催化剂，它通过催化把碳颗粒氧化成二氧化碳。
现代的后处理系统往外是多个系统的整合，SCR是柴油机排放后处理的核心。柴油机排放标准：有两大类，欧洲标准和美国标准。中国标准基本参照欧洲标准。目前中国普遍实施的是国三标准，就是欧三标准。很快就要实施国四标准。部分大城市已经实施国五标准。欧洲目前实施的是欧五标准，部分大城市已经实施欧六，从2014年开始要全面实施欧六标准。欧三标准明显已经落伍了。它通常只要用EGR就可以满足。欧四必须要用SCR才能达到。欧五同欧四相比NOx标准提高了，但是PM标准是一样的。欧六是个大跨越，PM降低一半，NOx降到仅欧五的20％。
SCR技术是相当复杂的，理论上讲要提高转化效率可以：一)用更多更大催化剂；二)多喷尿素。但实际使用时没有这么简单。一是催化剂很贵，也很大。增加用量成本无法接受，体积也无法接受；二是多余的尿素会以氨的形式排出，称为氨泄漏。而氨有毒，有恶臭，本身就是污染。排放标准对此有限制：平均氨泄漏低于10ppm，最大氨泄漏低于25ppm。故而SCR的技术核心在于在恰当的时刻喷入恰当量的尿素，使得转化效率较高而氨泄漏满足标准，以上称为喷射策略。但是由于影响尿素实际供给量的因素有很多种，尿素罐输出的尿素和喷入排气系统中的尿素量之间很难保持完全相等，所以即使是最好的喷射策略也难以解决最大氨泄漏问题，而只能解决平均氨泄漏问题。为了同时满足标准对于NOx排放和氨泄漏的要求，现有技术中加大SCR催化剂，或者用EGR先降低NOx再加SCR，即EGR与SCR级联，及其他替代手段，但是成本都太高，对于欧六标准的高排放标准，实现与普及均相当困难。
本发明克服了现有技术中尿素喷射难以控制、尿素喷入过量无法满足排放标准以及工艺成本太高等缺陷，提出了一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置及调控方法。
发明内容
本发明提出了一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，包括电子控制单元、压缩空气气源装置、尿素贮存装置、压缩空气控制装置、计量泵/阀、喷嘴装置、主体管道和尿素管道；所述电子控制单元与所述排气系统的内燃机引擎连接，用于采集所述内燃机引擎的参数，计算所述排气系统内部的尿素目标供给量及其起止时间；所述尿素贮存装置用于存储尿素；所述压缩空气气源与所述主体管道连通；所述压缩空气控制装置设置在所述压缩空气气源与所述主体管道的连通处，所述压缩空气控制装置与所述电子控制单元通信，用于控制喷入所述主体管道内压缩空气的速率；所述主体管道的中部开设一个通孔，所述尿素管道的两端分别与所述尿素贮存装置和所述通孔连通，所述尿素管道上设置所述计量泵/阀，所述计量泵/阀与所述电子控制单元通信，用于控制从所述尿素贮存装置流入所述主体管道内的尿素的体积；所述主体管道的输出口伸入所述排气系统中，所述主体管道的输出口上设置所述喷嘴装置，用于以喷雾的方式向所述排气系统中输送尿素；尿素在所述主体管道内与压缩空气混合；参阅图1和图10，本发明还包括尿素调控装置，其设置在所述主体管道上且与所述电子控制单元连接；所述尿素调控装置被设置为：当调控尿素进入排气系统时，使所述压缩空气进入所述主体管道，以使得所述主体管道中的尿素被压缩空气送入所述喷嘴装置，从而以喷雾状喷入所述排气系统内部；当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气不通过所述主体管道而进入所述喷嘴装置，以使得所述主体管道中的尿素不被送入所述喷嘴装置从而停止进入所述排气系统。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图10，所述尿素调控装置包括一个三通阀和支路气道；所述三通阀设置在所述压缩空气控制装置与所述通孔之间的主体管道上，所述三通阀的输入口和第一输出口分别与所述压缩空气控制装置和所述主体管道连通，第二输出口与所述支路气道的一端连通，所述支路气道的另一端与所述主体管道连通，连通口位于所述尿素管道和所述喷嘴装置之间；所述三通阀与所述电子控制单元通信，当调控尿素进入排气系统时，所述三通阀连通所述压缩空气气源和所述主体管道，使所述压缩空气进入所述主体管道；当调控尿素停止进入所述排气系统时，所述三通阀连通所述压缩空气气源和所述支路气道，使所述压缩空气通过所述支路气道而进入所述喷嘴装置。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图3、图5、图6和图8，所述尿素调控装置被设置为：当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气改变为不进入所述喷嘴装置，以使得尿素不被送入所述喷嘴装置从而停止进入所述排气系统。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图3，所述尿素调控装置包括一个控制气阀，所述控制气阀设置在所述主体管道上，位于所述尿素管道和所述喷嘴装置之间；所述控制气阀与所述电子控制单元通信，所述电子控制单元通过调节所述控制气阀开启或关闭令所述主体管道与所述喷嘴装置之间连通或关断。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图5和图8，所述尿素调控装置进一步包括一个旁路通道和旁路控制气阀；所述旁路通道与所述主体管道连通，连通口位于所述尿素管道和所述喷嘴装置之间；所述旁路控制气阀设置在所述旁路通道上，所述旁路控制气阀与所述电子控制单元通信，所述电子控制单元通过开启所述旁路控制气阀使压缩空气通过所述旁路通道进入外界大气环境，通过关闭所述旁路气阀使得所述压缩空气进入所述喷嘴装置。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图8，所述旁路通道一端与所述主体管道之间的连通口位于所述控制气阀的上游；通过关闭所述控制气阀及开启所述旁路控制气阀使压缩空气进入所述旁路通道，通过开启所述控制气阀及关闭所述旁路气阀使得压缩空气进入所述喷嘴装置。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图6和图8，所述旁路通道的另一端改变为与所述尿素贮存装置连通，通过开启所述旁路控制气阀使压缩空气通过所述旁路通道进入所述尿素贮存装置。
本发明还提出了一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，包括如下步骤：
步骤一：采集排气系统及其内燃机的参数，计算需要向所述排气系统内输送的尿素目标供给量及其起止时间；
步骤二：压缩空气气源装置向主体管道内充入压缩空气，同时尿素贮存装置通过尿素管道向所述主体管道内输送液态的尿素，所述尿素和所述压缩空气在所述主体管道内混合；所述尿素的体积和所述压缩空气的速率根据所述尿素目标供给量确定；
步骤三：参阅图1和图10的装置，参照所述起止时间，当调控尿素进入排气系统时，使所述压缩空气进入所述主体管道，以使得所述主体管道中的尿素被压缩空气送入所述喷嘴装置，从而以喷雾状喷入所述排气系统内部；当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气不通过所述主体管道而进入所述喷嘴装置，以使得所述主体管道中的尿素不被送入所述喷嘴装置从而停止进入所述排气系统。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法中，参阅图10的装置，所述步骤三包括：当调控尿素进入排气系统时，所述三通阀连通所述压缩空气气源和所述主体管道，使所述压缩空气进入所述主体管道；当调控尿素停止进入所述排气系统时，所述三通阀连通所述压缩空气气源和所述支路气道，使所述压缩空气通过所述支路气道而进入所述喷嘴装置。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法中，参阅图10的装置，当所述尿素目标供给量小于预设的阈值时，控制所述三通阀间歇性与所述主体管道连通，间断地向所述主体管道内充入压缩空气，将所述主体管道内残留的尿素充入所述喷嘴装置中。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法中，参阅图3、图5、图6和图8的装置，所述步骤三替换为：参照所述起止时间，当调控尿素进入排气系统时，使所述压缩空气进入所述主体管道，以使得所述主体管道中的尿素被压缩空气送入所述喷嘴装置，从而以喷雾状喷入所述排气系统内部；当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气改变为不进入所述喷嘴装置，以使得尿素不被送入所述喷嘴装置从而停止进入所述排气系统。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法中，参阅图3的装置，所述步骤三包括：在所述主体管道上设置控制气阀，通过调节所述控制气阀开启或关闭令所述主体管道与所述喷嘴装置之间连通或关断。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法中，参阅图5、图6和图8的装置，所述步骤三进一步包括：在所述管道外设置一个旁路通道和旁路控制气阀，通过开启所述旁路控制气阀使压缩空气通过所述旁路通道进入外界大气环境，通过关闭所述旁路气阀使得所述压缩空气进入所述喷嘴装置。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法中，参阅图6的装置，所述步骤三进一步包括：将所述旁路通道一端与所述主体管道之间的连通口设置于所述控制气阀的上游；通过关闭所述控制气阀及开启所述旁路控制气阀使压缩空气进入所述旁路通道，通过开启所述控制气阀及关闭所述旁路气阀使得压缩空气进入所述喷嘴装置。
本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法中，参阅图6和图8的装置，所述步骤三进一步包括：将所述旁路通道的另一端改变为与所述尿素贮存装置连通，通过开启所述旁路控制气阀使压缩空气通过所述旁路通道进入所述尿素贮存装置。
本发明可以有效控制最大氨泄漏，使得尿素实际供给量与目标供给量更为接近，充分发挥了SCR催化剂的作用。本发明改造了现有的尿素供给系统，以低成本的方式减少了原有排气系统的氨泄露，使其符合更高的排放标准。
附图说明
图1表示本发明调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。
图2a表示图1和图10装置的的尿素实际供给量的调控方法的流程图，图2b表示图3、图5、图6和图8装置的尿素实际供给量的调控方法的流程图。
图3表示实施例1中调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。
图4表示实施例1中调控尿素实际供给量的波形图。
图5表示实施例2中调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。
图6表示实施例2中更佳的调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。
图7表示实施例2中调控尿素实际供给量的波形图。
图8表示实施例3中调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。
图9表示实施例3中调控尿素实际供给量的波形图。
图10表示实施例4中调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。
图11表示实施例4中调控尿素实际供给量的波形图。
图12表示实施例4的另一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。
图13表示现有技术中喷入排气系统的尿素实际供给量的波形图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
由于数据采集和计算的延时、尿素罐与排气系统之间的距离以及压缩空气的流速等因素，造成从向主体管道内输入的液态尿素到喷入排气系统的时间点之间存在无法克服的滞后。如图13所示，上述缺陷造成尿素实际供给量与尿素目标供给量之间在起始时间点上尿素供给的不足，以及在终止时间点滞后的过量，前者会影响污染物还原的效率，而后者会因尿素过量影响排放标准。本发明从调控实际进入排气系统的尿素实际供给量入手，在尿素喷入排气系统之前引入一种尿素控制装置来控制实际进入喷嘴并喷入排气系统的尿素量，实际解决尿素供给量过量的问题。
图1显示的是本发明调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图，其中包括电子控制单元1、压缩空气气源装置2、尿素贮存装置3、压缩空气控制装置4、计量泵/阀5、喷嘴装置6、主体管道7、尿素管道8和尿素调控装置9。电子控制单元1与排气系统的内燃机引擎，用于采集内燃机引擎的参数，计算排气系统内部的尿素目标供给量及其起止时间。压缩空气气源2与主体管道7的连通处设置压缩空气控制装置4，压缩空气控制装置4与电子控制单元1通信，用于控制喷入主体管道7内压缩空气的速率。主体管道7的中部开设一个通孔，尿素管道8的两端分别与尿素贮存装置3和通孔连通，尿素管道8上设置计量泵/阀5，计量泵/阀5与电子控制单元1通信，电子控制单元1根据尿素目标供给量控制从尿素贮存装置3流入主体管道7内的液态尿素的体积。液态的尿素在主体管道内与压缩空气混合，主体管道7的输出口伸入排气系统中，输出口上设置喷嘴装置6，用于以喷雾的方式向排气系统中输送尿素。主体管道7上设置尿素调控装置9，尿素调控装置9与电子控制单元1通信，根据起止时间控制从喷嘴装置6实际喷入排气系统中的尿素实际供给量。
本发明就上述系统提出了一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，其流程图如图2a所示，包括：
步骤一：电子控制单元1采集排气系统及其内燃机的参数，计算需要向排气系统内输送的尿素目标供给量及其起止时间。
步骤二：压缩空气气源装置2向主体管道7内充入压缩空气，同时尿素贮存装置3通过尿素管道8向主体管道7内输送液态的尿素，尿素和压缩空气在主体管道7内混合；尿素的体积由尿素管道8上的计量泵/阀5控制，压缩空气的速率由主体管道7上的压缩空气控制装置4控制，压缩空气控制装置4和计量泵/阀5均与电子控制单元1通信，由电子控制单元1根据尿素目标供给量确定。
步骤三：参照起止时间，当调控尿素进入排气系统时，使压缩空气进入主体管道7，以使得主体管道7中的尿素被压缩空气送入喷嘴装置6，从而以喷雾状喷入排气系统内部；当调控尿素停止进入排气系统时，使压缩空气不通过主体管道7而进入喷嘴装置6，以使得主体管道7中的尿素不被送入喷嘴装置6从而停止进入排气系统。或者如图2b所示，
参照起止时间，当调控尿素进入排气系统时，使压缩空气进入主体管道7，以使得主体管道7中的尿素被压缩空气送入喷嘴装置6，从而以喷雾状喷入排气系统内部；当调控尿素停止进入排气系统时，使压缩空气改变为不进入喷嘴装置6，以使得尿素不被送入喷嘴装置6从而停止进入排气系统。
以下提供多种具体实施例，以进一步说明本发明装置的结构及其实现的功能。
实施例1；
图3显示的是本实施例中调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。其中，尿素控制装置9包括一个控制气阀91。控制气阀91设置在主体管道7上，位于尿素管道8和喷嘴装置6之间。该控制气阀91受电子控制单元1的控制，通过调节控制气阀91的开合状态来调节主体管道7与喷嘴装置6之间的选通和关闭。在选通时，压缩空气与尿素混合并输入喷嘴装置6中喷入排气系统中，而在关闭时，压缩空气与尿素混合在主体管道7内但无法输入喷嘴装置6，从而防止过量的尿素喷入排气系统中。
以下结合图4的波形详细说明本发明装置的工作流程。当电子控制单元1采集内燃机引擎及其排气系统的参数时计算出需要向排气系统内输入的尿素目标供给量及其起止时间。起止时间包括起始时间点和终止时间点。
参阅图4中的第一个方波，在起始时间点时计量泵/阀5向主体管道7内输送液态的尿素，尿素经过与压缩空气的混合后进入喷嘴装置6后喷入排气系统中，而由于尿素流动及混合的过程造成一定程度上的延迟，尿素喷入的时间点与起始时间点相比存在滞后；在终止时间点处，电子控制单元1关闭控制气阀91，使得主体管道7的通路被关闭，导致喷嘴装置6处的压缩空气流速为零，尿素无法随压缩空气进入喷嘴装置6，使得在终止时间点滞后没有尿素喷入排气系统中，避免喷入排气系统的尿素过量。残留的尿素则保留在主体管道7内。
参阅图4中的第二个方波，于起始时间点时计量泵/阀5照常向主体管道7内输送液态的尿素，同时打开控制气阀91选通主体管道7。上一个方波内残留于主体管道7内的尿素随压缩空气输入喷嘴装置6，随后经过喷嘴装置6喷入排气系统中，该过程正好弥补了第二个方波内常规尿素喷入滞后造成的尿素供给不足。而在终止时间点处，电子控制单元1关闭控制气阀91避免喷入排气系统的尿素过量。
参阅图4中的第三个方波，该方波表示内燃机引擎的工况突然发生变化导致尿素目标供给量下降的情况，电子控制单元1计算处的尿素目标供给量低于预设的阈值，可见其明显低于前两个方波内的尿素目标供给量。该情况下，在起始时间点时打开控制气阀91，上一个方波内残留于主体管道7内部的尿素会经过喷嘴装置6喷入排气系统，由于上一个方波残留的量可能大于此次的尿素目标供给量，所以可能会造成短时间内喷入排气系统内部的尿素实际供给量过量。而在终止时间点处，电子控制单元1关闭控制气阀91避免喷入排气系统的尿素过量。
以上可知，本实施例中尿素喷入排气系统的时间不会晚于终止时间，而在起始时间点处会存在少量的不足，有可能在工况发生突然变化时导致少量的过量。相比与图13可知，本发明通过控制气阀91来调控尿素实际供给量可改善尿素供给过量的缺陷，在低成本的方式下使其符合更高的排放标准。关于由工况突变导致过量的解决方法会在以下更佳的实施例3中作进一步阐述。
实施例2；
图5显示的是本实施例中调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。其中，尿素控制装置9包括一个旁路通道92和旁路控制气阀93。旁路通道92与主体管道7连通，连通口位于尿素管道8和喷嘴装置6之间；旁路控制气阀93设置在旁路通道92上，旁路控制气阀93与电子控制单元1通信，电子控制单元1可调控旁路控制气阀93的开合。旁路控制气阀93在关闭的状态下，尿素与压缩空气在主体管道7内混合后通过喷嘴装置6喷入排气系统中。而旁路控制气阀93在开启的状态下，由于旁路通道92的气压小于喷嘴装置6的排气背压，所以主体管道7内部的压缩空气将内部残留的与压缩空气混合的尿素从旁路通道92中排出，避免让过量的尿素随压缩空气喷入排气系统中。
为了避免将过量的尿素排入外界大气中，本实施例中进一步采用了改进的管道结构。如图6所示，将旁路通道92与尿素贮存装置3连通，主体管道7内残留的尿素随压缩空气回收至尿素贮存装置3中以供下次使用。
以下结合图7的波形详细说明本发明装置的工作流程。当电子控制单元1采集内燃机引擎及其排气系统的参数时计算出需要向排气系统内输入的尿素目标供给量及其起止时间。起止时间包括起始时间点和终止时间点。
参阅图7中的第一个方波，旁路控制气阀93处于关闭状态，在起始时间点时计量泵/阀5向主体管道7内输送液态的尿素，尿素经过与压缩空气的混合后进入喷嘴装置6后喷入排气系统中，而由于尿素流动及混合的过程造成一定程度上的延迟，尿素喷入的时间点与起始时间点相比存在滞后；在终止时间点处，电子控制单元1打开旁路控制气阀93，由于喷嘴装置6的排气背压大于旁路通道92，所以压缩空气将主体管道7内部残留的尿素吹扫至旁路通道92内加以回收，使得在终止时间点滞后没有尿素喷入排气系统中，避免喷入排气系统的尿素过量。
参阅图7中的第二个方波，于起始时间点时计量泵/阀5照常向主体管道7内输送液态的尿素，同时关闭旁路控制气阀93。由于主体管道7内部残留的尿素均已回收，所以起始时间点处会因常规的尿素供给作业导致尿素喷入时间点的滞后。而在终止时间点处，电子控制单元1打开旁路控制气阀93，压缩空气将主体管道7内部残留的尿素吹扫至旁路通道92内加以回收。
参阅图7中的第三个方波，该方波表示内燃机引擎的工况突然发生变化导致尿素目标供给量下降的情况。由于始终保持在上一次终止时间点处回收主体管道7内部残留的尿素，所以在特殊工况的起始时间点时关闭旁路控制气阀93并不会导致实施例1中尿素喷入过量的情况，尿素的供给仍然与上两个方波中一样保持一定的滞后。在终止时间点处，电子控制单元1打开旁路控制气阀93，压缩空气将主体管道7内部残留的尿素吹扫至旁路通道92内加以回收。
以上可知，本实施例中尿素喷入排气系统的时间不会晚于终止时间，而在起始时间点处会存在少量的不足。相比与图13可知，本发明通过控制气阀91来调控尿素实际供给量可改善尿素供给过量的缺陷，在低成本的方式下使其符合更高的排放标准，但是其尿素实际供给量不足的程度高于上述实施例1，而尿素实际供给量过量的程度却优于上述实施例1。因此将实施例1与实施例2的技术内容相结合，提出了更优的实施例3。
实施例3
图8显示的是本实施例中调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。其中，尿素控制装置9包括一个控制气阀91、旁路通道92和旁路控制气阀93。控制气阀91设置在主体管道7上，位于尿素管道8和喷嘴装置6之间。旁路通道92与主体管道7连通，连通口位于尿素管道8和喷嘴装置6之间；旁路控制气阀93设置在旁路通道92上。控制气阀91和旁路控制气阀93分别与电子控制单元1通信，电子控制单元1可调控控制气阀91及旁路控制气阀93的开合。
以下结合图9的波形详细说明本发明装置的工作流程。当电子控制单元1采集内燃机引擎及其排气系统的参数时计算出需要向排气系统内输入的尿素目标供给量及其起止时间。起止时间包括起始时间点和终止时间点。
参阅图9中的第一个方波，旁路控制气阀93始终处于关闭状态，在起始时间点时计量泵/阀5向主体管道7内输送液态的尿素，尿素经过与压缩空气的混合后进入喷嘴装置6后喷入排气系统中，由于不可避免的延迟造成尿素喷入的时间点与起始时间点相比存在滞后。在终止时间点处，电子控制单元1关闭控制气阀91，使得主体管道7的通路被关闭，导致喷嘴装置6处的压缩空气流速为零，尿素无法随压缩空气进入喷嘴装置6，使得在终止时间点滞后没有尿素喷入排气系统中，避免喷入排气系统的尿素过量。此时，旁路控制气阀93处于关闭状态，残留的尿素则保留在主体管道7内。
参阅图9中的第二个方波，旁路控制气阀93始终处于关闭状态，于起始时间点时计量泵/阀5照常向主体管道7内输送液态的尿素，同时打开控制气阀91选通主体管道7。上一个方波内残留于主体管道7内的尿素随压缩空气输入喷嘴装置6，随后经过喷嘴装置6喷入排气系统中，该过程正好弥补了第二个方波内常规尿素喷入滞后造成的尿素供给不足。而在终止时间点处，电子控制单元1关闭控制气阀91避免喷入排气系统的尿素过量。
参阅图9中的第三个方波，当内燃机引擎的工况突然发生变化导致尿素目标供给量下降。在起始时间点时打开控制气阀91，同时打开旁路控制气阀93。由于喷嘴装置6的排气背压的作用，上一个方波内残留于主体管道7内部的尿素从旁路通道92中排出并回收。经过短暂的回收之后关闭旁路控制气阀93，由尿素贮存装置3输送的液态的尿素与压缩空气混合后进入喷嘴装置6，虽然会存在一定程度的滞后，但是克服了实施例1中因工况发生变化导致喷入排气系统的尿素过量的缺陷。在终止时间点处，电子控制单元1关闭控制气阀91避免喷入排气系统的尿素过量。
以上可知，本实施例中尿素喷入排气系统的时间不会晚于终止时间，而在起始时间点处会存在少量的不足，但相比于实施例2有了明显的改善。
实施例4
虽然上述实施例均明显提高了尿素实际供给量的调控效果，但是由于会阻断输入喷嘴装置6的压缩空气，会使得喷嘴装置6中的尿素沉积，并且在排气系统的高温环境中发生凝结，造成喷嘴装置6发生堵塞。为了更适于工业实现及应用，最优的实施例4给出了解决上述缺陷的技术方案。
图10显示的是本实施例中调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置的结构图。其中，尿素控制装置9包括一个三通阀94和支路气道95；三通阀94设置在压缩空气控制装置4与通孔之间的主体管道7上，三通阀94的输入口和第一输出口分别与压缩空气控制装置4和主体管道7连通，第二输出口与支路气道95的一端连通，支路气道95的另一端与主体管道7连通，连通口位于尿素管道8和喷嘴装置6之间；三通阀94与电子控制单元1通信，电子通信单元1控制三通阀94的选通方式。当压缩空气控制装置4与主体管道7连通时，压缩空气气源装置2输出的压缩空气充入主体管道7内与尿素混合，常规地向排气系统中喷入尿素。当压缩空气控制装置4与支路气道95连通时，压缩空气气源装置2输出的压缩空气从支路气道95后直接输入喷嘴装置6中。
以下结合图11的波形详细说明本发明装置的工作流程。当电子控制单元1采集内燃机引擎及其排气系统的参数时计算出需要向排气系统内输入的尿素目标供给量及其起止时间。起止时间包括起始时间点和终止时间点。
参阅图11中的第一个方波，电子控制单元1调控三通阀94使得压缩空气控制装置4与主体管道7连通，在起始时间点时计量泵/阀5向主体管道7内输送液态的尿素，尿素经过与压缩空气的混合后进入喷嘴装置6后喷入排气系统中，由于不可避免的延迟造成尿素喷入的时间点与起始时间点相比存在滞后。在终止时间点处，电子控制单元1调控三通阀94使得压缩空气控制装置4与支路气道95连通，压缩空气绕过主体管道7直接输入喷嘴装置6中，喷嘴装置6向排气系统中喷入的是不混合有尿素的压缩空气，避免喷入排气系统的尿素过量，也保持喷嘴装置6始终保持吹扫状态避免发生堵塞。此时由于计量泵/阀5停止输送尿素，主体管道7内没有残留的尿素已与压缩空气混合，在没有气压差的前提下不会下沉进入喷嘴装置6造成尿素过量，残留的尿素均保留在主体管道7内。
参阅图11中的第二个方波，于起始时间点时计量泵/阀5照常向主体管道7内输送液态的尿素，同时电子控制单元1调控三通阀94使得压缩空气控制装置4与主体管道7连通。上一个方波内残留于主体管道7内的尿素随压缩空气输入喷嘴装置6，随后经过喷嘴装置6喷入排气系统中，该过程正好弥补了第二个方波内常规尿素喷入滞后造成的尿素供给不足。而在终止时间点处，电子控制单元1调控三通阀94使得压缩空气控制装置4与支路气道95连通，压缩空气绕过主体管道7直接输入喷嘴装置6中，避免喷入排气系统的尿素过量。
参阅图11中的第三个方波，当内燃机引擎的工况突然发生变化导致尿素目标供给量下降。在起始时间点时，电子控制单元1按一定频率调控三通阀94使得压缩空气控制装置4与主体管道7及支路气道95之间来回连通，向主体管道7内间歇性地吹入压缩空气，避免因上次方波内残留的尿素较多造成如实施例1中喷入排气系统的尿素过量的情况。在终止时间点处，电子控制单元1调控三通阀94使得压缩空气控制装置4与支路气道95连通，压缩空气绕过主体管道7直接输入喷嘴装置6中，避免喷入排气系统的尿素过量。
以上可知，本实施例中尿素喷入排气系统的时间不会晚于终止时间，在首次工作时的起始时间点处会存在少量的不足。相比于上述实施例1至实施例3以及现有技术可知，本发明创新地在主体管道7旁开设了一条支路气道，采用三通阀来切换喷嘴装置6喷射的尿素量，实现调控尿素实际供给量克服了尿素供给过量的缺陷，同时避免喷嘴装置6发生堵塞。本实施例以低成本的方式进行改进，使得原有排气系统符合更高的排放标准。
本发明的保护内容包括但不仅限于上述4个实施例，本领域技术人员基于本发明构思能够想到的变化均包括在本发明的保护内容中。本发明的保护内容还包括上述4个实施例的任意组合。例如在实施例4中引入实施例2的旁路通道92和旁路控制气阀93，在实施例4中结合实施例3中关于旁路通道92和旁路控制气阀93的调控方法，进一步回收主体管道7内残留的尿素。
参阅图12，在本发明的另一个具体实施方式中，原三通阀94被替换为未设置管道选通机构的三通管道，从压缩空气控制装置4输出的压缩空气同时进入主体管道7和支路气道95。在所述主体管道7上位于支路气道95和尿素管道8的接入点之间设置控制气阀91，控制气阀91与电子控制单元1连接，电子控制单元1通过调节控制气阀91的开合状态来调节主体管道7内压缩空气的流通和关断。该具体实施方式中通过保持支路气道95始终有压缩空气流动，避免主体管道7和支路气道95的结合处出现尿素液体伫留。
当控制气阀91开启时，压缩空气同时进入主体管道7和支路气道95，一部分压缩空气与主体管道7内的尿素混合后进入喷嘴装置6，另一部分压缩空气通过支路气道95后进入喷嘴装置6，由喷嘴装置6喷入将尿素吹入排气系统；当控制气阀91关闭时压缩空气停止进入主体管道7，压缩空气仅通过支路气道95进入喷嘴装置6，由于支路气道95始终有压缩空气流动，因此支路气道95与主体管道7的结合处伫留的尿素液体被压缩空气通过支路气道95吹扫至排气系统。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (15)

1.一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，包括电子控制单元(1)、压缩空气气源装置(2)、尿素贮存装置(3)、压缩空气控制装置(4)、计量泵/阀(5)、喷嘴装置(6)、主体管道(7)和尿素管道(8)；所述电子控制单元(1)与所述排气系统的内燃机引擎连接，用于采集所述内燃机引擎的参数，计算所述排气系统内部的尿素目标供给量及其起止时间；所述尿素贮存装置(3)用于存储尿素；所述压缩空气气源(2)与所述主体管道(7)连通；所述压缩空气控制装置(4)设置在所述压缩空气气源(2)与所述主体管道(7)的连通处，所述压缩空气控制装置(4)与所述电子控制单元(1)通信，用于控制喷入所述主体管道(7)内压缩空气的速率；所述主体管道(7)的中部开设一个通孔，所述尿素管道(8)的两端分别与所述尿素贮存装置(3)和所述通孔连通，所述尿素管道(8)上设置所述计量泵/阀(5)，所述计量泵/阀(5)与所述电子控制单元(1)通信，用于控制从所述尿素贮存装置(3)流入所述主体管道(7)内的尿素的体积；所述主体管道(7)的输出口仲入所述排气系统中，所述主体管道(7)的输出口上设置所述喷嘴装置(6)，用于以喷雾的方式向所述排气系统中输送尿素；尿素在所述主体管道(7)内与压缩空气混合；其特征在于，还包括尿素调控装置(9)，其设置在所述主体管道(7)上且与所述电子控制单元(1)连接；
所述尿素调控装置(9)被设置为：当调控尿素进入排气系统时，使所述压缩空气进入所述主体管道(7)，以使得所述主体管道(7)中的尿素被压缩空气送入所述喷嘴装置(6)，从而以喷雾状喷入所述排气系统内部；
当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气不通过所述主体管道(7)而进入所述喷嘴装置(6)，以使得所述主体管道(7)中的尿素不被送入所述喷嘴装置(6)从而停止进入所述排气系统。
2.如权利要求1所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，其特征在于，所述尿素调控装置(9)包括一个三通阀(94)和支路气道(95)；所述三通阀(94)设置在所述压缩空气控制装置(4)与所述通孔之间的主体管道(7)上，所述三通阀(94)的输入口和第一输出口分别与所述压缩空气控制装置(4)和所述主体管道(7)连通，第二输出口与所述支路气道(95)的一端连通，所述支路气道(95)的另一端与所述主体管道(7)连通，连通口位于所述尿素管道(8)和所述喷嘴装置(6)之间；所述三通阀(94)与所述电子控制单元(1)通信，
当调控尿素进入排气系统时，所述三通阀(94)连通所述压缩空气气源(2)和所述主体管道(7)，使所述压缩空气进入所述主体管道(7)；
当调控尿素停止进入所述排气系统时，所述三通阀(94)连通所述压缩空气气源(2)和所述支路气道(95)，使所述压缩空气通过所述支路气道(95)而进入所述喷嘴装置(6)。
3.如权利要求1所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，其特征在于，
所述尿素调控装置(9)被设置为：当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气改变为不进入所述喷嘴装置(6)，以使得尿素不被送入所述喷嘴装置(6)从而停止进入所述排气系统。
4.如权利要求3所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，其特征在于，所述尿素调控装置(9)包括一个控制气阀(91)，所述控制气阀(91)设置在所述主体管道(7)上，位于所述尿素管道(8)和所述喷嘴装置(6)之间；所述控制气阀(91)与所述电子控制单元(1)通信，所述电子控制单元(1)通过调节所述控制气阀(91)开启或关闭令所述主体管道(7)与所述喷嘴装置(6)之间连通或关断。
5.如权利要求3或4所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，其特征在于，所述尿素调控装置(9)进一步包括一个旁路通道(92)和旁路控制气阀(93)；所述旁路通道(92)与所述主体管道(7)连通，连通口位于所述尿素管道(8)和所述喷嘴装置(6)之间；所述旁路控制气阀(93)设置在所述旁路通道(92)上，所述旁路控制气阀(93)与所述电子控制单元(1)通信，所述电子控制单元(1)通过开启所述旁路控制气阀(93)使压缩空气通过所述旁路通道(92)进入外界大气环境，通过关闭所述旁路气阀(93)使得所述压缩空气进入所述喷嘴装置(6)。
6.如权利要求5所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，其特征在于，所述旁路通道(92)一端与所述主体管道(7)之间的连通口位于所述控制气阀(91)的上游；通过关闭所述控制气阀(91)及开启所述旁路控制气阀(93)使压缩空气进入所述旁路通道(92)，通过开启所述控制气阀(91)及关闭所述旁路气阀(93)使得压缩空气进入所述喷嘴装置(6)。
7.如权利要求5所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，其特征在于，所述旁路通道(92)的另一端改变为与所述尿素贮存装置(3)连通，通过开启所述旁路控制气阀(93)使压缩空气通过所述旁路通道(92)进入所述尿素贮存装置(3)。
8.一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：采集排气系统及其内燃机的参数，计算需要向所述排气系统内输送的尿素目标供给量及其起止时间；
步骤二：压缩空气气源装置(2)向主体管道(7)内充入压缩空气，同时尿素贮存装置(3)通过尿素管道(8)向所述主体管道(7)内输送液态的尿素，所述尿素和所述压缩空气在所述主体管道(7)内混合；所述尿素的体积和所述压缩空气的速率根据所述尿素目标供给量确定；
步骤三：参照所述起止时间，当调控尿素进入排气系统时，使所述压缩空气进入所述主体管道(7)，以使得所述主体管道(7)中的尿素被压缩空气送入所述喷嘴装置(6)，从而以喷雾状喷入所述排气系统内部；当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气不通过所述主体管道(7)而进入所述喷嘴装置(6)，以使得所述主体管道(7)中的尿素不被送入所述喷嘴装置(6)从而停止进入所述排气系统。
9.如权利要求8所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，其特征在于，所述步骤三包括：当调控尿素进入排气系统时，所述三通阀(94)连通所述压缩空气气源(2)和所述主体管道(7)，使所述压缩空气进入所述主体管道(7)；当调控尿素停止进入所述排气系统时，所述三通阀(94)连通所述压缩空气气源(2)和所述支路气道(95)，使所述压缩空气通过所述支路气道(95)而进入所述喷嘴装置(6)。
10.如权利要求9所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，其特征在于，当所述尿素目标供给量小于预设的阈值时，控制所述三通阀(94)间歇性与所述主体管道(7)连通，间断地向所述主体管道(7)内充入压缩空气，将所述主体管道(7)内残留的尿素充入所述喷嘴装置(6)中。
11.如权利要求8所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，其特征在于，所述步骤三替换为：参照所述起止时间，当调控尿素进入排气系统时，使所述压缩空气进入所述主体管道(7)，以使得所述主体管道(7)中的尿素被压缩空气送入所述喷嘴装置(6)，从而以喷雾状喷入所述排气系统内部；当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气改变为不进入所述喷嘴装置(6)，以使得尿素不被送入所述喷嘴装置(6)从而停止进入所述排气系统。
12.如权利要求11所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，其特征在于，所述步骤三包括：在所述主体管道(7)上设置控制气阀(91)，通过调节所述控制气阀(91)开启或关闭令所述主体管道(7)与所述喷嘴装置(6)之间连通或关断。
13.如权利要求11或12所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：在所述管道外设置一个旁路通道(92)和旁路控制气阀(93)，通过开启所述旁路控制气阀(93)使压缩空气通过所述旁路通道(92)进入外界大气环境，通过关闭所述旁路气阀(93)使得所述压缩空气进入所述喷嘴装置(6)。
14.如权利要求13所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：将所述旁路通道(92)一端与所述主体管道(7)之间的连通口设置于所述控制气阀(91)的上游；通过关闭所述控制气阀(91)及开启所述旁路控制气阀(93)使压缩空气进入所述旁路通道(92)，通过开启所述控制气阀(91)及关闭所述旁路气阀(93)使得压缩空气进入所述喷嘴装置(6)。
15.如权利要求13所述的调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：将所述旁路通道(92)的另一端改变为与所述尿素贮存装置(3)连通，通过开启所述旁路控制气阀(93)使压缩空气通过所述旁路通道(92)进入所述尿素贮存装置(3)。
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