CN108590820B - 一种防结晶的尿素喷射系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种防结晶的尿素喷射系统及其控制方法，它包括尿素管路系统和ECU，其中尿素管路系统包括尿素箱，尿素泵，尿素喷嘴，尿素压力传感器，其特征为：它还包括水路管路系统，水路管路系统包括水箱，水泵，两位三通阀，一般工作状态下，ECU控制两位三通阀与尿素喷嘴连通阀路开启，尿素管路系统工作，尿素喷嘴按照ECU指令定时定量喷射尿素；当需要清洗尿素喷嘴和对尿素喷嘴降温两种工作状态中的其中一种工作状态时，ECU控制两位三通阀切换，形成水箱、水泵、尿素喷嘴的水路管路系统通路，同时ECU控制水泵从水箱中吸取纯净水供给到尿素喷嘴处，对尿素喷嘴形成清洗或冷却。本发明解决了尿素结晶问题和尿素喷嘴受温过高的问题，具有结构简单，成本低廉，使用效果好的特点。
Description
技术领域
本发明属于柴油机尾气后处理技术领域,特别涉及一种防结晶的尿素喷射系统及其控制方法。
背景技术
随着商用车国四排放法规的实施，整车必须加装氮氧化物(NOx)排放处理装置。
中国中重型柴油机普遍采用选择性催化还原(SCR)技术路线，即将标准车用尿素水溶液喷射到排气中，使用其分解产生的氨气对NOx进行选择性催化还原，生成无害的氮气和水。
但在尿素系统的实际市场使用中，出现了大量的尿素喷嘴结晶堵塞问题，导致尿素系统无法正常喷射尿素，进而出现车辆限扭等问题，严重影响用户使用。
在国内，国家宣布将于2020年执行国六排放法规，重型车需要增加颗粒捕集器(DPF)以满足颗粒物排放要求。DPF需要定时再生以清理内部积累的碳烟，但再生时温度高达650℃以上，对尿素喷嘴可靠性造成重大威胁。
专利文献1(CN106567762A)公开了一种用于排气后处理系统的尿素投配的系统，包括：具有尿素入口、气体入口、及出口的混合室；配置为向所述尿素入口提供尿素溶液的尿素阀；从所述气体入口延伸的气流通道；配置为对流向所述气流通道和所述气体入口的增压气体进行控制的气阀；配置为对所述气体入口和所述尿素入口的下游处进行压力感应的压力传感器；以及与所述压力传感器、所述尿素阀、及所述气阀可靠通信的控制器，该系统的特征在于，所述控制器配置为：促动所述尿素阀和所述气阀以在所述混合室的出口提供尿素溶液和空气的混合流；对来自所述压力传感器的压力信息进行评估，该压力信息表示所述混合流的压力；基于对所述压力信息和压力阈值的比较关闭所述气阀；当所述压力信息低于第二阈值时促动所述尿素泵，以尿素溶液填充所述混合室的至少一部分；以及打开气阀以从所述混合室排出尿素溶液。
专利文献2(CN106870073A)公开了一种高效防结晶尿素喷嘴，包括喷嘴壳体,所述的喷嘴壳体顶端连接有空气导流管、尿素导流管，其特征在于：所述的喷嘴壳体呈圆柱形，喷嘴壳体下端一侧设有喷射面，所述的喷射面呈半椭圆形，喷射面向喷嘴壳体内部延伸形成喷射座；所述的喷嘴壳体内部设有腔体，腔体连通所述的空气导流管；所述的喷射座与水平面的夹角为30至75度，喷射座中心连通所述的尿素导流管，尿素导流管弧形过渡到所述的喷射座中心，尿素导流管延伸至所述的喷射面形成尿素溶液出口；所述的喷射座在尿素导流管的外围形成空气环腔，所述的空气环腔包括空气导入段、空气缓存段、空气喷射段，空气导入段设置在所述的空气环腔边缘处，空气导入段末端连通所述的空气缓存段，空气缓存段连通所述的空气喷射段，空气喷射段延伸到所述的喷射面形成空气出口。
专利文献3(CN103814195B)公开了一种用于降低SCR尿素喷射系统结晶风险的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：(1)在所述SCR尿素喷射系统从喷射尿素的喷射状态转到吹扫存在于管路内的尿素溶液的吹扫状态后，将所述SCR尿素喷射系统的气阀打开，同时使所述SCR尿素喷射系统的电机停止工作，并且吹扫第一时间段；(2)在经过所述第一时间段之后，将所述气阀关闭，停止吹扫第二时间段；(3)在经过所述第二时间段之后，再次将所述气阀打开，继续吹扫第三时间段，其中，执行上述步骤至少一次，然后使所述SCR尿素喷射系统进入泵停状态。
对于专利文献1公开的系统，其设计没有改变尿素系统容易出现结晶的现状，只能提示用户及时清理尿素结晶。
对于专利文献2公开的系统，其设计思路是通过优化流道设计，避免积蓄尿素，从而达到避免结晶的目的，但只要流通尿素，就必然存在尿素积聚结晶，尿素喷嘴结晶问题没有得到根本解决。
对于专利文献3公开的系统，使用气体吹扫并不能完全清除附着在壁面上的尿素液，甚至有可能加速尿素的干燥结晶，而导致更严重的结晶问题。
发明内容
发明要解决的问题
1)解决尿素喷嘴结晶堵塞的问题；
2)解决国六排放阶段，DPF再生时尿素喷嘴受热过高的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种防结晶的尿素喷射系统，它包括：尿素管路系统和ECU，其中尿素管路系统包括尿素箱，尿素泵，尿素喷嘴，尿素压力传感器，尿素压力传感器布置在尿素泵与尿素喷嘴之间，传感增压后的尿素压力，尿素箱与尿素泵连通，ECU控制尿素泵、尿素压力传感器、尿素喷嘴，其特征为：它还包括水路管路系统，水路管路系统包括水箱，水泵，两位三通阀，水泵与水箱连通，同时和两位三通阀的其中一阀路连通，尿素压力传感器与两位三通阀的其中一阀路连通，尿素喷嘴与两位三通阀其中一阀路连通，ECU控制两位三通阀的工作状态；一般工作状态下，ECU控制两位三通阀与尿素喷嘴连通阀路开启，尿素管路系统工作，尿素喷嘴按照ECU指令定时定量喷射尿素；当需要清洗尿素喷嘴和对尿素喷嘴降温两种工作状态中的其中一种工作状态时，ECU控制两位三通阀切换，形成水箱、水泵、尿素喷嘴的水路管路系统通路，同时ECU控制水泵从水箱中吸取纯净水供给到尿素喷嘴处，对尿素喷嘴形成清洗或冷却。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种防结晶的尿素喷射系统的控制方法，其步骤为：
1)、防结晶控制方法，包括三个工作过程：尿素反吸，尿素清洗，水反吸：
a)当车辆运行时，尿素泵由尿素箱中吸取尿素，并将增压后的尿素供给到尿素喷嘴中，尿素喷嘴按照ECU指令定时定量喷射尿素，此时ECU控制两位三通阀的尿素路开启，水路关闭；
b)尿素反吸过程：当车辆熄火后，尿素泵反转，待尿素压力传感器压力为负值后，控制尿素喷嘴以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴内尿素液充分反吸到尿素箱内；
c)尿素清洗过程：尿素泵反吸结束后，ECU控制两位三通阀切换到水路，水泵开始工作，同时控制尿素喷嘴以50％占空比开启5s～10s，以将两位三通阀、尿素管路、尿素喷嘴内残余的少量尿素随着水喷射到后处理器中，由于残余尿素量已经非常少，喷射出后处理器中的尿素不会造成尿素结晶，也不会对环境造成危害。
d)水反吸过程：尿素清洗结束后，水泵反转，控制尿素喷嘴以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴内水反吸到水箱中。
2)、DPF再生时尿素喷嘴受热过高，尿素压力传感器、DPF出口温度传感器将相关信号传输给ECU，启动冷却尿素喷嘴，包括三个工作过程：尿素反吸、喷射降温、水反吸：
a)尿素反吸过程：当达成DPF再生条件后，尿素泵反转，待尿素压力传感器压力为负值后，控制尿素喷嘴以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴内尿素液充分反吸到尿素箱内；
b)喷射降温过程：尿素反吸过程结束后才控制启动DPF再生，此时两位三通阀切换到水路，水泵开始工作，同时控制尿素喷嘴以5％～10％占空比开启，直至DPF再生过程结束且DPF出口温度传感器温度低于400℃时停止喷射；
c)水反吸过程：尿素清洗结束后，水泵反转，控制尿素喷嘴以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴内水反吸到水箱中。
本发明解决了尿素结晶问题和尿素喷嘴受温过高的问题，具有结构简单，成本低廉，使用效果好的特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方案
为了更好地理解本发明的本质，以专用语言参照并描述附图中示出的实施方式。
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方案。
如图1所示，本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种防结晶的尿素喷射系统，它包括：尿素管路系统和ECU 8，其中尿素管路系统包括尿素箱3，尿素泵4，尿素喷嘴6，尿素压力传感器7，尿素压力传感器7布置在尿素泵4与尿素喷嘴6之间，传感增压后的尿素压力，尿素箱3与尿素泵4连通，ECU 8控制尿素泵4、尿素压力传感器7、尿素喷嘴6，其特征为：它还包括水路管路系统，水路管路系统包括水箱1，水泵2，两位三通阀5，水泵2与水箱1连通，同时和两位三通阀5的其中一阀路连通，尿素压力传感器7与两位三通阀5的其中一阀路连通，尿素喷嘴6与两位三通阀5其中一阀路连通，ECU 8控制两位三通阀5的工作状态；一般工作状态下，ECU 8控制两位三通阀5与尿素喷嘴6连通阀路开启，尿素管路系统工作，尿素喷嘴6按照ECU 8指令定时定量喷射尿素；当需要清洗尿素喷嘴和对尿素喷嘴降温两种工作状态中的其中一种工作状态时，ECU8控制两位三通阀5切换，形成水箱1、水泵2、尿素喷嘴6的水路管路系统通路，同时ECU8控制水泵2从水箱1中吸取纯净水供给到尿素喷嘴6处，对尿素喷嘴6形成清洗或冷却。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种防结晶的尿素喷射系统的控制方法，其步骤为：
1)、防结晶控制方法，包括三个工作过程：尿素反吸，尿素清洗，水反吸：
a)当车辆运行时，尿素泵4由尿素箱3中吸取尿素，并将增压后的尿素供给到尿素喷嘴6中，尿素喷嘴6按照ECU 8指令定时定量喷射尿素，此时ECU 8控制两位三通阀5的尿素路开启，水路关闭；
b)尿素反吸过程：当车辆熄火后，尿素泵4反转，待尿素压力传感器7压力为负值后，控制尿素喷嘴6以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴内尿素液充分反吸到尿素箱3内；
c)尿素清洗过程：尿素泵反吸结束后，ECU 8控制两位三通阀5切换到水路，水泵2开始工作，同时控制尿素喷嘴以50％占空比开启5s～10s，以将两位三通阀5、尿素管路、尿素喷嘴6内残余的少量尿素随着水喷射到后处理器中，由于残余尿素量已经非常少，喷射出后处理器中的尿素不会造成尿素结晶，也不会对环境造成危害。
d)水反吸过程：尿素清洗结束后，水泵2反转，控制尿素喷嘴6以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴6内水反吸到水箱1中。
2)、启动冷却尿素喷嘴6控制方法，DPF再生时尿素喷嘴6受热过高，尿素压力传感器7、DPF出口温度传感器10将相关信号传输给ECU 8，包括三个工作过程：尿素反吸、喷射降温、水反吸：
a)尿素反吸过程：当达成DPF再生条件后，尿素泵4反转，待尿素压力传感器7压力为负值后，控制尿素喷嘴6以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴内尿素液充分反吸到尿素箱3内；
b)喷射降温过程：尿素反吸过程结束后才控制启动DPF 9再生，此时两位三通阀5切换到水路，水泵2开始工作，同时控制尿素喷嘴以5％～10％占空比开启，直至DPF 9再生过程结束且DPF出口温度传感器10温度低于400℃时停止喷射；
c)水反吸过程：尿素清洗结束后，水泵2反转，控制尿素喷嘴6以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴6内水反吸到水箱1中。
经研究，尿素喷嘴的结晶原因主要为车辆熄火后，尿素喷嘴内残余的少量尿素被排气系统的余热加热，转化为不溶于水的物质，造成尿素喷嘴堵塞。本发明通过水路管路系统清洗，熄火后尿素喷嘴中无残余尿素，所以不会出现尿素结晶问题；当DPF再生产生高温时，尿素喷嘴喷水降温，解决了尿素喷嘴受温过高的问题。
然而，可以理解的是，这些并非是对本发明的范围的限定，任何替代方式和对示出的实施方式的进一步修改以及对在此所述的本发明的本质的进一步的应用对于本领域的技术人员来说都是可预见的。
Claims (1)
1.一种防结晶的尿素喷射系统的控制方法，控制方法采用的防结晶的尿素喷射系统，包括尿素管路系统和ECU(8)，其中尿素管路系统包括尿素箱(3)，尿素泵(4)，尿素喷嘴(6)，尿素压力传感器(7)，尿素压力传感器(7)布置在尿素泵(4)与尿素喷嘴(6)之间，尿素箱(3)与尿素泵(4)连通，ECU(8)控制尿素泵(4)、尿素压力传感器(7)、尿素喷嘴(6)，所述尿素喷射系统还包括水路管路系统，水路管路系统包括水箱(1)，水泵(2)，两位三通阀(5)，水泵(2)与水箱(1)连通，同时和两位三通阀(5)的其中一阀路连通，尿素压力传感器(7)与两位三通阀(5)的其中一阀路连通，尿素喷嘴(6)与两位三通阀(5)其中一阀路连通，ECU(8)控制两位三通阀(5)，所述控制方法包括防结晶控制方法和启动冷却尿素喷嘴(6)控制方法，所述控制方法具体步骤如下：
1)、防结晶控制方法，包括三个过程：尿素反吸，尿素清洗，水反吸：
a)当车辆运行时，尿素泵(4)由尿素箱(3)中吸取尿素，并将增压后的尿素供给到尿素喷嘴(6)中，尿素喷嘴(6)按照ECU(8)指令定时定量喷射尿素，此时ECU(8)控制两位三通阀5的尿素路开启，水路关闭；
b)尿素反吸过程：当车辆熄火后，尿素泵(4)反转，待尿素压力传感器(7)压力为负值后，控制尿素喷嘴(6)以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴内尿素液充分反吸到尿素箱(3)内；
c)尿素清洗过程：尿素泵反吸结束后，ECU(8)控制两位三通阀5切换到水路，水泵(2)开始工作，同时控制尿素喷嘴以50％占空比开启5s～10s，以将两位三通阀(5)、尿素管路、尿素喷嘴(6)内残余的少量尿素随着水喷射到后处理器中，由于残余尿素量已经非常少，喷射出后处理器中的尿素不会造成尿素结晶，也不会对环境造成危害；
d)水反吸过程：尿素清洗结束后，水泵(2)反转，控制尿素喷嘴(6)以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴(6)内水反吸到水箱(1)中；
2)、启动冷却尿素喷嘴(6)控制方法，DPF再生时尿素喷嘴(6)受热过高，尿素压力传感器(7)、DPF出口温度传感器(10)将相关信号传输给ECU(8)，包括三个过程：尿素反吸、喷射降温、水反吸：
a)尿素反吸过程：当达成DPF再生条件后，尿素泵(4)反转，待尿素压力传感器(7)压力为负值后，控制尿素喷嘴(6)以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴内尿素液充分反吸到尿素箱(3)内；
b)喷射降温过程：尿素反吸过程结束后才控制启动DPF(9)再生，此时两位三通阀(5)切换到水路，水泵(2)开始工作，同时控制尿素喷嘴以5％～10％占空比开启，直至DPF(9)再生过程结束且DPF出口温度传感器10温度低于400℃时停止喷射；
c)水反吸过程：尿素清洗结束后，水泵(2)反转，控制尿素喷嘴(6)以100％占空比开启90s，以将尿素管路及尿素喷嘴(6)内水反吸到水箱(1)中。
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