CN105986866A - 一种数字流体计量装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种数字流体计量装置及控制方法

技术领域

本发明属于液体计量技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明针对上述问题，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，本发明采取以下技术方案，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，可以用以下数学方式表达:

设，

Q-液体的喷射量；

Wn为螺线管装置的有效输出功；

Et对螺线管装置输入的总能量，Et0为截至喷射开始对应的Et；

Er为线圈电阻能耗，Er0为截至喷射开始对应的Er；

Ein为当前螺线管装置的电感储能，Ein0为喷射开始时对应的Ein；

Wr为流体阻力功耗，Wr0为截至喷射开始对应的Wr；

Es为回位弹簧的储能，Es0为开始喷射时回位弹簧的储能，Esi为线圈加电时回位弹簧的预储能。

那么，

Wn=η·Q，η为有效输出功与喷射量之间的比例系数，

Wn=Et-Er-Ein-Wr-（Es-Esi），

Et0=Er0+Ein0+Wr0+（Es0-Esi），

或者，Wn=(Et-Et0)-(Er-Er0)-(Ein-Ein0)-(Wr-Wr0)-(Es-Es0)，

各项具体的表达式为：

Et=int(Id·Vd), Id为通过线圈的电流，Vd为线圈两端的电压，

Er=int(Id²·r),r为线圈的电阻，

Ein=L· Id² /2, L为螺线管装置的电感，

Es=K·X²/2, K为回位弹簧的弹性系数，X为弹簧的压缩量，

以上，int代表线圈通电后对时间的积分；

因此，

Q=η·[（Et-Et0）-(Er-Er0)-(Ein-Ein0) -(Wr-Wr0)-（Es-Es0）] 上述公式之右边各项所包含的变量均为可实时监测的螺线管装置的状态参数：Id，Vd，常数：r，K，L，以及待定系数η。其中，η可以通过流量的实际测量进行标定，如果上述物理关系比较完备，η应该是一个常数；L可以通过理论计算或者也可以视为待定系数，通过多点状态参数实际测量进行标定。

根据实践，将回位弹簧的储能（Es-Es0）处理为与Q成比例也是合理的，这样关于喷射量的公式就不显含回位弹簧储能这一项了。

进一步，可以将Er-Er0、Ein-Ein0和Wr-Wr0分别或者同时简单地处理为与喷射量Q成正比，这样喷射量的表达可以大为简化，即，Q=（Et-Et0）/μ，μ为一个待定系数，可通过流量测量标定。这种简化模型相当于用电流与电压之乘积对时间积分来拟合喷射流量。

以上，关于液体的流体阻力功耗，也可以采用进一步的细化的模型进行逼近，例如，阻力与相对流速的平方成正比，所涉及的待定系数可以通过执行器的多点流量测试进行标定。

执行器的特征信息可以是每脉冲流量与有效输出功之间的关系，这些特征信息经过流量测量设备的标定，均可以存储在所述微处理器中，以此来解决生产一致性问题。实际操作中，微处理器可以仅仅储存各种待定系数，其等同于执行器的特征信息。

实现所述执行器单位时间内喷射的流量目标，一种可选择的控制模式是：保持执行器单脉冲的喷射量不变，即固定每脉冲执行器有效输出功，通过调节执行器工作频率来实现目标。另一种可选择的控制模式是：保持执行器工作频率不变，通过改变其有效输出功的方式实现目标。也可以采用两者结合的方式，即通过同时或者分别调节执行器的工作频率和每脉冲执行器的喷射量（执行器有效输出功）的方式来实现所述流量目标。

本发明提供的数字流体计量装置及控制方法，可以应用但不限于以下三个方面，即，发动机管理系统之燃油喷射计量装置，发动机后处理SCR系统之尿素水溶液喷射计量装置，发动机后处理DPF系统之主动再生燃料喷射计量装置。其他的应用还有，发动机燃料添加剂定量喷射混合装置，发动机低温启动辅助燃烧喷射装置等。

本发明之数字流体计量装置既可以置于储液箱内部，也可以置于储液箱之外部。将数字流体计量装置布置于储液箱外部时，所述执行器可与控制器合为一体，上位机只需传输简单的需求量信息。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明提供的数字流体计量装置之实施例一之结构示意图。

图2为本发明提供的数字流体计量装置之实施例二之结构示意图。

图3为本发明提供的数字流体计量装置之实施例三之结构示意图。

图4为本发明提供的数字流体计量装置之闭环控制逻辑图。

图5为本发明提供的数字流体计量装置及控制方法应用于发动机电喷系统之示例。

图6为本发明提供的数字流体计量装置及控制方法应用于SCR系统之示例。

图7为本发明提供的数字流体计量装置及控制方法应用于DPF再生系统之示例。

具体实施例

如图1所示，为本发明提供的数字流量计量装置1之实施例结构示意图，包括执行器2和控制器4。所述控制器4包括一个微处理器10和一个通讯模块11，执行器2与控制器4可一体化设计。所述微处理器10通过通讯模块11从上位机6获得计量目标值，以闭环控制的方式驱动执行器2工作。

所述执行器2为一个螺线管柱塞泵，包括螺线管装置3，柱塞泵组件5，回位弹簧16，泵端7，过滤器8，低压容积17以及输出端壳体13。

螺线管装置3包括线圈19，内磁轭20，外磁轭15，外磁轭端部14，磁隙18和电枢29。外磁轭15通过凸起15a的塑性变形与外磁轭端部14锁紧，同时线圈19也被固定在其中。电枢29，外磁轭15、外磁轭端部14、内磁轭20均由导磁材料制成，磁隙18为非导磁材料。电枢29开有若干个沿周向分布的直槽29a，以减少往复运动的阻力。

柱塞泵组件5包括套筒28，柱塞12，进液阀26和出液阀30。套筒28与柱塞12密切配合，形成压送容积21。所述套筒28可与电枢29设计为一体，并采用相同或者不同的材料，套筒28位于电枢29内侧，包括进液道28a，柱塞孔28b。柱塞12包括一个出液道12a，一个位于出液道12a下游的限流孔12b。进液阀26和出液阀30均为单向阀。所述进液阀26由进液阀件24、进液阀簧27以及进液阀座25组成，阀座25可与套筒28连为一体，为一个位于进液道28a处并与之连通的圆锥形座面。所述出液单向阀30包括出液阀件31，出液阀簧33和出液阀座32。出液阀座32固定在柱塞12上，固定可以采用紧配或者焊接等方式。液体从进液阀28a进入压送容积21，套筒28在螺线管驱动力和回位弹簧力的作用下往复运动，导致压送容积21大小交替变化。

泵端7包括一个泵端进液口23，一个支撑杆23a和一个限位件23b，进液道28a允许支撑杆23a伸入并接触到进液阀件24，限位件23b用于限制电枢29回位，在电枢29离开泵端7的一段距离内，支撑杆23a保持与进液阀件24接触并阻止其落座，这样一方面可以在电枢29回位到初始位置时，单向阀26保持开启状态，使得液体有更充足的时间进入压送容积21，另一方面，在电枢29离开泵端7前行运动的一段距离内，压送容积21内的气体可以继续通过单向阀26排出，从而保证了液体的计量精度。

过滤器8安装于泵端进液口23处，包括内部骨架34，过滤网布35，过滤器内腔36。液体经过滤器过滤8后由泵端进液口23进入。

所述控制器4通过注塑或机械装配等方式布置于外磁轭的一侧，与执行器2合为一体。

所述数字流量计量装置1之工作过程如下。

首先通过流量标定设备将流量随驱动脉宽变化的流量特性存储在所述微处理器10中，微处理器10同时还存储了不同电压条件下的流量特性信息。

在运动初始位置，由于回位弹簧16的作用与限位件23a靠紧，此时单向阀26由于支撑杆23b作用处于开启状态，压送容积21中充满液体。控制器4之通讯模块11接收来自上位机6流量需求信号，传送给微处理器10。微处理器10根据存储的流量特性信息（即执行器2特征信息）确定驱动信号，并驱动执行器2工作，电枢29在电磁力的作用下连同套筒28开始向前运动，压送容积21中的部分流体通过进液道28a排出，其中包括部分气体。电枢29继续运动，压送容积21不断减小，当单向阀件24之球表面落座于锥形阀座时，进液单向阀26关闭，压送过程开始。压送容积21中的液体压力逐渐升高，当作用于出液阀件31的压力可以克服出液单向阀弹簧33之作用力时，出液单向阀30开启，液体进入出液道12a以及限流孔12b。

当作用在电枢29上的电磁力消失后，在回位弹簧16的作用下电枢29开始回位行程，此时，因压送容积21的膨胀导致压力下降继而出液单向阀30关闭，电枢29继续运动一定行程后，进液阀件24的运动被支撑杆23b阻挡，液体在压差的作用下迅速进入压送容积21，当电枢29的继续回位被限位件23a阻挡而终止，本次循环结束。

在上述工作过程中，液体从过滤器8内腔36通过泵端进液口23进入整个电枢29空间，并通过进液道28a进入压送容积21，因电能的耗散发热，导致部分液体在电枢空间22中蒸发，所蒸发的蒸汽从低压容积17进入回液通道39，并通过位于输出端壳体13上的排气泡口37排出体外。所述排气泡口37包含一个安装台阶38，可用于安装排气泡管，使气体更有效的排出泵体。

上述，回液通道39中可设有单向阀39a，例如膜片阀，以造成非对称阻力，当电枢29往复运动引起液体流动时，形成朝回液方向的净流量。

图2所示，为本发明提供的数字流量计量装置之实施例结构示意图之二，与图1所提供实施例之主要区别在于：本实施例之执行器2采用了柱塞12与电枢29同步运动，而套筒28固定不动的结构。电枢29大致为一个圆柱体，包括贯通两端面的通孔40。所述通孔可以具有一定的锥度，带锥度的孔40向液体压送方向扩展，以实现液体在内部空间的定向流动，同时，冷却执行器2和提高其工作的稳定性。

所述电枢29与柱塞12可以是一个整体，也可以通过连接件41进行运动传递。所述套筒28设有侧向溢流孔43和轴向的柱塞孔42连通，套筒28同轴固定在输出端壳体13上。柱塞12精密滑动配合装在套筒28内，其上部通过连接件41与电枢29始终接触。溢流孔43与柱塞端面12c形成进液滑阀44。出液阀45由出液阀件47、出液阀簧46和出液阀座48组成，出液阀座48为一个与出液阀件47配合的锥面，位于套筒28末端处。回位弹簧16设置在柱塞12和电枢29空间底部之间。

所述执行器2包含一个带进液道52的进液容积50，进液容积50通过密封垫49以及后盖51锁紧密封，过滤器8位于进液容积50内。由进液道52进入的溶液，通过过滤器8过滤后经溢流孔43进入压送容积21，当电枢29受电磁力驱动下行，通过连接件41推动柱塞下行，一旦吸溢流孔43被柱塞之壁面12c遮挡，进液阀44关闭，压送行程开始，压送容积21内液体压力升高，进而打开出液阀45，压力溶液压送至限流道12b。

在此过程中，通过进液口53进入的液体连同其中的气泡，可以通过回液通道54，低压容积17，进入排气泡嘴55，形成回液流并带走热量。

图3所示，为本发明提供的数字流量计量装置之实施例结构示意图之三，与本发明提供的第一实施例之区别之一在于：所述执行器2与控制器4为独立的两个模块，通过信号56线连接。本结构与实施例之一结构之区别之二在于：本结构包括一个安装于限流道12b下游的喷嘴9，一个气液混合腔57，一个与混合腔57连通的进气道58。所述喷嘴9为一个依靠压力开启的球阀喷嘴，包括一个滤网59，一个球阀60，一个喷孔61。从限流道12b输出的压力溶液经滤网59过滤后到达球阀60处，并开启球阀60，溶液由喷孔61喷出。所述气液混合腔57之腔体沿液体喷射方向。进气道58包括一个稳流孔58a，高压气通过稳流孔58a及进气道58至混合腔57，与喷射液体混合。

本方案所述结构更适用于需要气体辅助的排气后处理系统，亦可将计量装置置于储液罐（本图未示出）内部。

如图4所示，为本发明提供的数字流量计量装置1之流量闭环控制之逻辑。在执行此闭环控制逻辑之前，需要将有效输出功Wn与喷射量Q之间的关系通过流量测量设备进行标定，将标定结果（待定系数）储存在微处理器10中。

包括以下步骤：

步骤120，根据数字流量计量装置的多点流量测试，建立喷射量Q与执行器2有效输出功Wn（以下简称有效输出功）之间的关系，可以是离散数据，也可以是根据离散数据拟合而成的关系式，将所述数据或者关系式存储在预存控制器4中；

步骤121，根据目标喷射量Qo，确定目标有效输出功Wno；

步骤122，控制器4对螺线管线圈19装置加电压；

步骤123，按照一定的时间间隔（即给定频率）采集螺线管线圈19的电流Id和电压Vd；

步骤124，选择本发明提供的一种方法计算当前有效输出功Wnc；

步骤125，比较目标有效输出功Wno与当前有效输出功Wnc；

步骤126，如果Wno-Wnc小于一个允许的小量e，则说明实现了本次喷射目标，本次驱动结束。否则，继续驱动并回到步骤123继续实时监测。

图5为本发明提供的数字流量计量装置应用于发动机电喷系统之示例，示例包括燃油箱65，流量计量装置1、高压喷射管68，喷嘴69以及上位机6。所述燃油箱65包括一个位于顶部的回液口67以及一个位于底部的出液口66。流量计量装置1之排气泡嘴55与回液口67通过回液管70连接，进液嘴52通过供液管71与出液口66连接。燃油箱65中液体从出液口66，供液管71以及进液道52引入流量计量装置1，从而装置1内部溶液可以到达的空间。高压喷射管68之出口连接一个喷嘴69，该喷嘴可以是球阀式喷嘴也可以是提升阀式喷嘴，过程中产生的气泡或者蒸汽由回液管70排出，并进入到燃油箱65内空间的最高点。

所述流量计量装置1之执行器2与控制器4设为一体，所述控制器4通过线缆72与上位机6连接，通过通讯模块11获取流量需求信息，控制器4进一步驱动执行器2工作，并计量通过喷嘴69喷出的汽油，汽油与空气混合后进入发动机之气缸内。

本示例所示流量计量装置1亦可以应用于汽油发动机缸内燃油直接喷射系统。

图6为本发明提供的数字流量计量装置之SCR系统应用例示意图，示例包括一个尿素罐75，一个支架76，一个流量计量装置1，一个喷嘴77，一个高压管78，一个气液混合腔79，一个混合输液管74a，一个喷射器74，一个带有SCR催化转换器82的排气管道83，沿排气流84方向依次布置有温度传感器85以及NOx或者氨气传感器86，分别位于催化转换器82两侧。

流量计量装置包括一个执行器2，一个控制器4a，一个排气泡管81。所述排气泡管81延伸至溶液顶部，出口端安装有过滤器81a，以保证执行器2内洁净溶液不被污染，防止脏物进入。所述执行器2与喷嘴77通过高压管78连接。所述控制器4a可以是一个独立控制SCR系统的后处理控制器。

支架包括各传感器（包括液位传感器73、温度传感器73a等），执行器2固定于支架76的一端，并通过支架76深入至尿素罐75之底部。所述支架76可以是一个循环水加热器，另一端通过端盖80安装于尿素罐75之顶部。所述端盖80包括冷却水进出口87，所述控制器4a、气液混合腔79以及喷嘴77安装于端盖80之上。气液混合腔79包括一个进气道79a，用于引入高压空气，一个与出液嘴79b和一个喷嘴安装孔79c，使得喷嘴77之喷孔77a通过安装孔79c伸入混合腔79内部。

所述喷射器74安装于排气管道83上，可以为一个简单的节流孔式喷嘴，也可以为一个不含喷嘴阀的旋流喷嘴。

此外，本案对于不同的应用，可以实现以下不同目标：一是有利于液体雾化和增加排气管中氧气的含量，二是可以避免结冰对输送管路的堵塞和损坏，三是可以避免水分蒸发后尿素析出对管路的堵塞，四是可以避免燃油结焦对喷射器的堵塞。

本发明所给SCR系统之工作过程如下。

上位机6根据发动机工况，以及排气温度传感器85，NOx或者氨气传感器86等的信号计算出所需的尿素液流量，并将信号发送至控制器4a，控制器4a根据尿素罐75内各传感器（包括温度传感器73a、液位传感器73）判断执行器2是否可以正常工作，如果可以，则给出驱动信号，执行器2将尿素罐75内的尿素液泵入高压管78再由喷嘴77喷射入混合腔79。与此同时，控制器4a控制电磁阀89开启，经过调压阀88的高压空气输入混合腔79与其中喷射液混合。混合液进入混合输液管74a后，由喷射器74将混合液以雾化的形式喷射进入排气管83中，尿素液在发动机排气84高温的作用下热解为氨气，与发动机排气84混合均匀进入SCR催化转换器82，排气84中的NOx将被高效分解为无害的N2和H2O，达到进化尾气的目的。

在上述工作过程中，控制器4a根据尿素罐75内温度传感器73a的信号判断是否出现了尿素液结冰，如果存在结冰，则控制水阀（图中未示出）使发动机的冷却水进入尿素罐75内的循环水加热器以加热融冰。

图7为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置应用于柴油机DPF再生系统示例，所给示例包括流量计量装置1，喷嘴105，喷射混合单元106，喷射器96，上位机6，气源107，副油箱90，火花塞102，排气管83，导流片95，以及布置于排气管道83之上的温度传感器（94和99），压差传感器101和氧传感器100。发动机具有增压器92，其压气机91由发动机废气涡轮93驱动，将大气压缩后送入增压中冷器108，然后成为有压力而温度不高的发动机进气被导入发动机进气歧管（图中未示出）。废气涡轮93利用来自发动机排气歧管（图中未示出）的发动机排气84a工作，废气涡轮93排出的发动机废气84进入发动机排气管83。气源107来自于增压中冷后的发动机进气，由电磁阀114控制进入喷射混合单元106。

喷射混合单元106包括稳流孔58a和进气道58，稳流孔58a使气体腔104中的压力较小受气源107的波动影响，因此喷射流量易于控制。喷嘴105喷射出的燃油在混合腔104中产生引射作用使输送管103中能够充满更多的气体，有利于辅助喷嘴105喷射的再生燃油雾化，同时也有助于冷却喷射器96。

所述执行器2为套筒-柱塞式泵结构，包括一个安装于过滤器8上部的排气泡管111。所述排气泡管111伸出至液面以上，出口处包括一端折弯111a，以有效防止污物进入泵体。数字流量计量装置1通过螺栓110固定于副油箱90之底部，由密封垫109密封。

喷射器96安装于排气管道83之上，氧化型触媒DOC 97及DPF过滤器98的上游。经过输送管103输送至喷射器96，并由喷射器96雾化喷入排气管道83。

所述控制器4可以是一个用于接收上位机6工作信号并控制执行器2工作的计量模块。柴油机颗粒物捕捉器（DPF）98，以及氧化型触媒DOC 97用于捕集或者连续氧化柴油机排气中的颗粒物。在DPF 98上也可以直接涂覆贵金属催化剂。火花塞102安装于喷射器96之后，位于DPF 98及氧化型触媒DOC 97上游，当需要再生DPF 98时，喷射器96喷出喷雾时火花塞102适时点火，点燃再生燃油喷雾，从而提高排气84温度到600℃左右，进入DPF 98，从而引燃DPF 98中收集到的以碳烟为主要成份的颗粒物，实现DPF 98的再生。本系统中从喷射器96喷入的燃油应该尽可能少，但必须使发动机排气84达到足够高的温度，因此要求燃油雾化良好，分布合理，燃烧充分。喷射器96上游设有一个半环抱喷射器96的导流片95，导流片95可包含与排气流平行的一些通孔95a。通过温度较高的导流片95改变喷雾96a方向并产生燃油蒸汽，同时，导流片95也有阻流稳定火焰的作用，使喷雾96a或者喷雾产生的燃油蒸汽可以以有效的形式到达火花塞102的放电区，形成稳定燃烧的火焰。

所述副油箱90位于流量计量装置1之上方以至于副油箱90中的燃油能够通过重力进入执行器2中形成正常的供油。发动机高压喷射系统的回油（最好采取串联的形式）通过进油口113进入副油箱90，然后再通过回油口112回到发动机的主油箱。副油箱90的燃油也可以直接来自于发动机高压喷射系统低压供油泵（未示出），或者通过附加泵（例如真空泵）或者重力的作用从发动机主油箱取油。从发动机主油箱到执行器2之间至少要布置一道过滤系统，若来自发动机高压喷射系统的低压回油，则可以不需要另加过滤器8。

图7所示的DPF再生装置的工作过程如下：

来自发动机的碳烟被颗粒物捕捉器（DPF）98过滤并在其中逐步积累，随着碳烟积累量的增加，DPF 98前后的压差△P逐步增大，当上位机6通过压差传感器101检测到△P大于特定值时（已经或者将要影响发动机的功率输出），或者上位机6根据模型预测的捕集碳烟量达到一定阈值之时，如果其他条件也满足再生DPF 98条件，则向流量计量装置1之控制器4发出流量需求信号，驱动执行器2通过喷嘴105喷射燃油，与来自于发动机增压中冷器108下游的带有压力的气体107混合，通过混合输送管103送至喷射器96，由喷射器96向发动机排气管83中喷射雾化燃油。同时，上位机6控制火花塞102点火以增加排温。温度传感器（94、99）实时捕捉排气温度，当温度高于一定值时火花塞102停止工作，以免捕捉器98过热烧损。压差传感器101继续检测DPF

98前后的压差△P，当△P小于某一特定值时，认为再生完成，停止再生喷油和点火。喷射量可以预先设定在上位机6的存储器中，也可以根据温度传感器（94、99）及氧传感器100等传感器信号进行反馈控制。

本发明实施例的再生DPF 98的方法包括：每次启动DPF 98再生程序后，上位机6在燃油喷射器96产生喷雾后，控制所述点火器102产生至少一次点火火花，点火与燃油喷射同步控制，一次喷射可以进行多次点火，再生程序结束后不喷再生燃油，也不产生点火火花。

另外，本发明所述数字流体计量装置1，也可以用于现场定量给燃油添加燃油添加剂，例如向柴油机主燃油中即时定量注入燃油携带性催化剂（FBC），以降低柴油机颗粒物的启燃温度，或者向DPF主动再生燃油中即时注入助燃剂来降低再生燃油与发动机排气形成混合气的启燃温度，等等。

上述事例仅仅用于说明本发明，但并不限制本发明，凡基于本发明精神实质的进一步的改变方案均属本发明公开和保护的范围。

Claims (11)

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制方法，其特征在于，所述闭环控制方式包括一个计算执行器有效输出功的过程。

7.如权利要求6所述的数字流体计量装置及控制方法，其特征在于，计算执行器有效输出功的过程包括计算计量控制器输出总能量的步骤。

8.如权利要求7所述的数字流体计量装置及控制方法，其特征在于，计算执行器有效输出功的过程包括计算执行器耗散能的步骤。

9.如权利要求8所述的数字流体计量装置及控制方法，其特征在于，计算执行器有效输出功的过程包括无效储能的步骤。

10.如权利要求7-9之一项所述的数字流体计量装置及控制方法，其特征在于，实现所述执行器单位时间内喷射的流量目标，通过保持执行器喷射量不变，调节执行器的工作频率的方式来实现。

11.如权利要求7-9之一项项所述的数字流体计量装置及控制方法，其特征在于，实现所述执行器单位时间内喷射的流量目标，通过同时或者分别调节执行器的工作频率和每脉冲执行器的喷射量的方式实现目标。