CN112796862A - 冷却尿素喷嘴的控制方法、控制器和冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种冷却尿素喷嘴的控制方法、控制器和尿素喷嘴系统的冷却系统，控制方法包括步骤：根据排气温度和排气量分别计算尿素喷嘴接收到的辐射热量和对流传热量；根据排气温度和尿素喷嘴的尿素喷射量计算尿素喷嘴喷射的尿素溶液带走的热量；根据辐射热量、对流传热量以及尿素溶液带走的热量计算冷却尿素喷嘴所需的冷却水流量；根据冷却水流量控制尿素喷嘴的冷却系统向尿素喷嘴通入冷却水。本发明提供的冷却尿素喷嘴的控制方法，根据尿素喷嘴接收的辐射热量、对流传热量以及尿素溶液带走的热量计算冷却尿素喷嘴所需的冷却水流量，从而控制流经尿素喷嘴的冷却水，使得尿素喷嘴的温度能够得到有效控制，以此提高尿素喷嘴的工作可靠性。

Description

冷却尿素喷嘴的控制方法、控制器和冷却系统
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种冷却尿素喷嘴的控制方法、控制器和冷却系统。
背景技术
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
随着越来越严格的排放法规，SCR（选择性催化氧化）技术成为后处理系统的标配，尿素喷射系统成为必不可少的部分，尿素喷射系统中尿素喷嘴是至关重要的部件。目前，市场上通用的尿素喷嘴是采用发动机冷却水进行冷却，且对于用于冷却尿素喷嘴的冷却水流量一般都不会进行合理的控制，这就存在有尿素喷嘴冷却不合理的现象。
发明内容
本发明提供了一种冷却尿素喷嘴的控制方法，目的是至少解决尿素喷嘴所需的冷却水流量不合理的技术问题，该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提供了一种冷却尿素喷嘴的控制方法，控制方法包括步骤：根据排气温度和排气量分别计算尿素喷嘴接收到的辐射热量和对流传热量；根据排气温度和尿素喷嘴的尿素喷射量计算尿素喷嘴喷射的尿素溶液带走的热量；根据辐射热量、对流传热量以及尿素溶液带走的热量计算冷却尿素喷嘴所需的冷却水流量；根据冷却水流量控制尿素喷嘴的冷却系统向尿素喷嘴通入冷却水。
根据本发明提供的冷却尿素喷嘴的控制方法，根据尿素喷嘴接收的辐射热量、对流传热量以及尿素溶液带走的热量计算冷却尿素喷嘴所需的冷却水流量，从而合理控制流经尿素喷嘴的冷却水流量，使得尿素喷嘴处的温度能够得到有效的控制，以此提高尿素喷嘴的工作可靠性，延长尿素喷嘴的使用寿命。同时，还可以进一步提高发动机的整体性能和可靠性。
进一步地，辐射热量的计算方式包括：
Figure 83488DEST_PATH_IMAGE001
其中，Q1为辐射热量，T1为排气温度，T2为尿素喷嘴接收辐射热量前的温度，A1为所述尿素喷嘴处周围排气管面积，A2为尿素喷嘴处面积，Eb1为所述尿素喷嘴处的排气管辐射力，Eb2为所述尿素喷嘴的辐射力，ε1为排气管的发射率，ε2为所述尿素喷嘴的发射率，εs为系统发射率。
进一步地，对流传热量的计算方式包括：
Figure 922262DEST_PATH_IMAGE002
其中，Q2为对流传热量，Anoozle为尿素喷嘴正对排气的面积，T1为排气温度，T2为尿素喷嘴接收对流传热量前的温度，h为表面传热系数。
进一步地，尿素溶液带走的热量的计算方式包括：
Figure 720454DEST_PATH_IMAGE003
其中，Q3为尿素溶液带走的热量；Cadblue为尿素溶液的比热容；madblue为尿素溶液的喷射量；T3为尿素喷嘴处的温度；Tadblue为尿素溶液的初始温度。
进一步地，尿素喷嘴所需的冷却水流量的计算方式包括：
Figure 184933DEST_PATH_IMAGE004
其中，Q为需要冷却水带走的热量；Ccool为冷却水的比热容；m为冷却水流量；T3为尿素喷嘴接收排气热量后的温度；T4为尿素喷嘴需要冷却到的预设温度。
本发明的第二方面提供了一种冷却尿素喷嘴的控制器，控制器包括冷却尿素喷嘴的控制装置和计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有控制指令，控制装置通过执行控制指令来实现根据本发明的第一方面的冷却尿素喷嘴的控制方法，控制装置包括：
计算模块，用于根据排气温度和排气量分别计算尿素喷嘴接收到的辐射热量和对流传热量；
计算模块还用于：根据尿素喷嘴的尿素喷射量和排气温度计算尿素喷嘴喷射的尿素溶液带走的热量；
计算模块还用于：根据辐射热量、对流传热量以及尿素溶液带走的热量计算冷却尿素喷嘴所需的冷却水流量；
控制模块，根据冷却水流量控制尿素喷嘴的冷却系统向尿素喷嘴通入冷却水。
本发明的第三方面提供了一种尿素喷嘴系统的冷却系统，尿素喷嘴系统包括至少一个尿素喷嘴，尿素喷嘴系统的冷却系统包括与至少一个尿素喷嘴连通的冷却水管组以及根据本发明的第二方面的冷却尿素喷嘴的控制器，控制器通过控制冷却水管组的开关来控制通入每个尿素喷嘴处的冷却水流量。
进一步地，在尿素喷嘴系统包括多个尿素喷嘴的情况下，冷却水管组包括主冷却水管以及并联至主冷却水管上的多个分支冷却水管，多个分支冷却水管与多个尿素喷嘴一一连通，且主冷却水管和多个分支冷却水管上均设置有与控制器电连接的控制阀。
进一步地，控制器包括：获取模块，用于获取多个尿素喷嘴所需的多个冷却水流量；计算模块，用于根据多个尿素喷嘴所需的多个冷却水流量计算尿素喷嘴系统所需的总冷却水流量；控制模块，用于根据多个冷却水流量和总冷却水流量控制多个分支冷却水管和主冷却水管上的控制阀的开度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明一个实施例的尿素喷嘴系统的冷却系统的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的冷却尿素喷嘴的控制方法的流程示意图；
图3为本发明一个实施例的冷却尿素喷嘴的控制器的结构示意图；
其中，附图标记如下：
10、第一尿素喷嘴；11、第一分支冷却水管；111、第一控制阀；
20、第二尿素喷嘴；21、第二分支冷却水管；211、第二控制阀；
30、主冷却水管；31、主控制阀；
40、控制器；41、计算机可读存储介质；42、控制装置；421、获取模块；422、计算模块；423、控制模块。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。
尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“上”、“内”、“靠近”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向（旋转90度或者在其它方向）并且文中使用的空间相对关系描述符相应的进行解释。
如图1和图2所示，本发明的第一方面提供了一种冷却尿素喷嘴的控制方法，冷却尿素喷嘴的控制方法根据本发明第三方面提供的尿素喷嘴系统的冷却系统来实施，为了方便对发明的技术方案进行阐述，下面首先阐述本发明第三方面提供的尿素喷嘴系统的冷却系统，尿素喷嘴系统包括至少一个尿素喷嘴，尿素喷嘴系统的冷却系统包括与至少一个尿素喷嘴连通的冷却水管组以及根据本发明的第二方面的冷却尿素喷嘴的控制器40，控制器40通过控制冷却水管组的开关来控制通入每个尿素喷嘴处的冷却水流量。
在本实施例中，在尿素喷嘴系统包括多个尿素喷嘴的情况下，由于多个尿素喷嘴在工作过程中所处的排气边界条件不同、尿素喷射边界不同以及尿素喷射量不同，所以需要冷却系统对多个尿素喷嘴进行定制化冷却控制。本发明的实施例基于多个尿素喷嘴的使用边界条件，合理控制流经多个尿素喷嘴的冷却水流量，使得每个尿素喷嘴处的温度均能够得到有效控制，以此获得合适的尿素喷嘴处的温度，提高尿素喷嘴系统的性能，提高尿素喷嘴系统的可靠性，延长尿素喷嘴系统的使用寿命，同时，还可以提高发动机的整体性能和可靠性。
进一步地，在尿素喷嘴系统包括多个尿素喷嘴的情况下，冷却水管组包括主冷却水管30以及并联至主冷却水管30上的多个分支冷却水管，多个分支冷却水管与多个尿素喷嘴一一连通，且主冷却水管30和多个分支冷却水管上均设置有与控制器40电连接的控制阀。
在本实施例中，以尿素喷嘴系统包括第一尿素喷嘴10和第二尿素喷嘴20为例，本实施例在用于尿素喷嘴的发动机冷却水的主冷却水管30上设置一个主控制阀31，主控制阀31用于控制冷却尿素喷嘴系统的总冷却水流量m，在流入第一尿素喷嘴10的第一分支冷却水管11设置第一控制阀111，在流入第二尿素喷嘴20的第二分支冷却水管21设置第二控制阀211，通过第一控制阀111和第二控制阀211分别控制流经第一尿素喷嘴10的冷却水流量m1以及流经第二尿素喷嘴20的冷却水流量m2。其中，主控制阀31、第一控制阀111和第二控制阀211可以同时使用，还可以只使用其中的任意两个。
如图3所示，进一步地，本发明第三方面提供的控制器40包括：获取模块421，用于获取多个尿素喷嘴所需的多个冷却水流量；计算模块422，用于根据多个尿素喷嘴所需的多个冷却水流量计算尿素喷嘴系统所需的总冷却水流量；控制模块423，用于根据多个冷却水流量以及总冷却水流量控制多个分支冷却水管以及主冷却水管30上的控制阀的开度。
在本实施例中，以尿素喷嘴系统包括第一尿素喷嘴10和第二尿素喷嘴20为例，需要分别获取第一尿素喷嘴10所需的冷却水流量以及第二尿素喷嘴20所需的冷却水流量：
1）第一尿素喷嘴10处所需冷却水流量的确定。首先根据第一尿素喷嘴10处的排气流量（即该工况下发动机的排气流量）和排气温度（如果此处未安装传感器，可以约等于第一个SCR前的排气温度），读取辐射热量MAP和对流传热量MAP，获取第一尿素喷嘴10处排气的辐射热量Q1-1和对流传热量Q2-1；再根据第一尿素喷嘴10处的排气温度和尿素溶液的喷射量，读取尿素溶液带走的热量MAP，获取第一尿素喷嘴10处尿素溶液带走的热量Q3-1；需要冷却水带走的热量Q-1= Q1-1 +Q2-1 - Q3-1，根据排气温度和需要冷却水带走的热量Q-1读取冷却水流量MAP，获取第一尿素喷嘴10处所需的冷却水流量m1；最后，根据m1读取第一控制阀111的开度MAP，从而确定第一控制阀111的开度。
2）第二尿素喷嘴20所需冷却水流量的确定。首先根据第二尿素喷嘴20处的排气流量（即该工况下发动机的排气流量）和排气温度（如果此处未安装传感器，可以约等于第二个SCR前的排气温度），读取辐射热量MAP和对流传热量MAP，获取第二尿素喷嘴20处排气的辐射热量Q1-2和对流传热量Q2-2；再根据第二尿素喷嘴20处的排气温度和尿素溶液的喷射量，读取尿素溶液带走的热量MAP，获取第二尿素喷嘴20处尿素溶液带走的热量Q2-2；需要冷却水带走的热量Q-2= Q1-2 + Q2-2 – Q3-2，根据排气温度和需要冷却水带走的热量Q-2读取冷却水流量MAP，获取第二尿素喷嘴20处所需的冷却水流量m2；最后，根据m2读取第二控制阀211的开度MAP，从而确定第二控制阀211的开度。
3）尿素喷嘴系统所需的总冷却水流量的确定，从上述步骤1）和步骤2）中分别获取了第一尿素喷嘴10处所需的冷却水流量m1和第二尿素喷嘴20处所需的冷却水流量m2，则尿素喷嘴系统所需的总冷却水流量为m= m1+ m2；根据总冷却水流量m读取主控制阀31的开度MAP，从而确定主控制阀31的开度。
下面通过本发明第一方面提供的冷却尿素喷嘴的控制方法详细阐述尿素喷嘴系统的冷却系统的具体控制方式。
如图1所示，冷却尿素喷嘴的控制方法包括步骤：S10、根据排气温度和排气量分别计算尿素喷嘴接收到的辐射热量和对流传热量；S20、根据排气温度和尿素喷嘴的尿素喷射量计算尿素喷嘴喷射的尿素溶液带走的热量；S30、根据辐射热量、对流传热量以及尿素溶液带走的热量计算冷却尿素喷嘴所需的冷却水流量；S40、根据冷却水流量控制尿素喷嘴的冷却系统向尿素喷嘴通入冷却水。
在本实施例中，根据本发明提供的冷却尿素喷嘴的控制方法，排气热量大部分是通过热辐射和对流的方式传递给尿素喷嘴，通过排气温度和排气流量分别标定辐射热量MAP和对流传热量MAP，根据尿素溶液的喷射量和排气温度标定尿素溶液带走的热量MAP；辐射热量Q1+对流传热量Q2-尿素溶液带走的热量Q3=需要冷却水带走的热量Q；根据需要冷却水带走的热量和排气温度，从而标定所需的冷却水流量；再根据所需的冷却水流量标定控制阀的开度MAP。
具体地，辐射热量的计算方式包括：
Figure 119391DEST_PATH_IMAGE001
其中，Q1为辐射热量，T1为排气温度，T2为尿素喷嘴接收辐射热量前的温度，A1为尿素喷嘴处周围排气管面积，A2为尿素喷嘴处面积，Eb1为尿素喷嘴处的排气管辐射力，Eb2为尿素喷嘴的辐射力，ε1为排气管的发射率，ε2为尿素喷嘴的发射率，εs为系统发射率。
再进一步地，对流传热量的计算方式包括：
Figure 378334DEST_PATH_IMAGE002
其中，Q2为对流传热量，Anoozle为尿素喷嘴正对排气的的面积，T1为排气温度，T2为尿素喷嘴接收对流传热量前的温度，h为表面传热系数。
根据本发明的一个实施例，尿素溶液带走的热量的计算方式包括：
Figure 398243DEST_PATH_IMAGE003
其中，Q3为尿素溶液带走的热量；Cadblue为尿素溶液的比热容；madblue为尿素溶液的喷射量；T3为尿素喷嘴处的温度；Tadblue为尿素溶液的初始温度。
根据本发明的一个实施例，尿素喷嘴所需的冷却水流量的计算方式包括：
Figure 400834DEST_PATH_IMAGE004
其中，Q为需要冷却水带走的热量；Ccool为冷却水的比热容；m为冷却水流量；T3为尿素喷嘴接收排气热量后的温度；T4为尿素喷嘴需要冷却到的预设温度。
如图3所示，本发明的第二方面提供了一种冷却尿素喷嘴的控制器40，控制器40包括尿素喷嘴的冷却控制装置42和计算机可读存储介质41，计算机可读存储介质41内存储有控制指令，控制装置42通过执行控制指令来实现根据本发明的第一方面的冷却尿素喷嘴的控制方法，控制装置42包括：
计算模块422，用于根据排气温度和排气量分别计算尿素喷嘴接收到的辐射热量和对流传热量；
计算模块422还用于：根据尿素喷嘴的尿素喷射量和排气温度计算尿素喷嘴喷射的尿素溶液带走的热量；
计算模块422还用于：根据辐射热量、对流传热量以及尿素溶液带走的热量计算冷却尿素喷嘴所需的冷却水流量；
控制模块423，根据冷却水流量控制尿素喷嘴的冷却系统向尿素喷嘴通入冷却水。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或控制装置(如处理器)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种冷却尿素喷嘴的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括步骤：
根据排气温度和排气量分别计算所述尿素喷嘴接收到的辐射热量和对流传热量；
根据所述排气温度和所述尿素喷嘴的尿素喷射量计算所述尿素喷嘴喷射的尿素溶液带走的热量；
根据所述辐射热量、所述对流传热量以及所述尿素溶液带走的热量计算冷却所述尿素喷嘴所需的冷却水流量；
根据所述冷却水流量控制所述尿素喷嘴的冷却系统向所述尿素喷嘴通入冷却水。
2.根据权利要求1所述的冷却尿素喷嘴的控制方法，其特征在于，所述辐射热量的计算方式包括：
Figure 687832DEST_PATH_IMAGE001
其中，Q1为所述辐射热量，T1为排气温度，T2为所述尿素喷嘴接收所述辐射热量前的温度，A1为所述尿素喷嘴处周围排气管面积，A2为尿素喷嘴处面积，Eb1为所述尿素喷嘴处的排气管辐射力，Eb2为所述尿素喷嘴的辐射力，ε1为排气管的发射率，ε2为尿素喷嘴的发射率，εs为系统发射率。
3.据权利要求1所述的冷却尿素喷嘴的控制方法，其特征在于，所述对流传热量的计算方式包括：
Figure 870552DEST_PATH_IMAGE002
其中，Q2为所述对流传热量，Anoozle为所述尿素喷嘴正对排气的面积，T1为所述排气温度，T2为所述尿素喷嘴接收所述对流传热量前的温度，h为表面传热系数。
4.根据权利要求1所述的冷却尿素喷嘴的控制方法，其特征在于，所述尿素溶液带走的热量的计算方式包括：
Figure 915868DEST_PATH_IMAGE003
其中，Q3为所述尿素溶液带走的热量；Cadblue为所述尿素溶液的比热容；madblue为所述尿素溶液的喷射量；T3为所述尿素喷嘴处的温度；Tadblue为所述尿素溶液的初始温度。
5.根据权利要求1所述的冷却尿素喷嘴的控制方法，其特征在于，所述尿素喷嘴所需的所述冷却水流量的计算方式包括：
Figure 576657DEST_PATH_IMAGE004
其中，Q为需要冷却水带走的热量；Ccool为冷却水的比热容；m为所述冷却水流量；T3为所述尿素喷嘴接收排气热量后的温度；T4为所述尿素喷嘴需要冷却到的预设温度。
6.一种冷却尿素喷嘴的控制器，其特征在于，所述控制器包括冷却尿素喷嘴的控制装置和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有控制指令，所述控制装置通过执行所述控制指令来实现根据权利要求1所述的冷却尿素喷嘴的控制方法，所述控制装置包括：
计算模块，用于根据排气温度和排气量分别计算所述尿素喷嘴接收到的辐射热量和对流传热量；
所述计算模块还用于：根据所述尿素喷嘴的尿素喷射量和所述排气温度计算所述尿素喷嘴喷射的尿素溶液带走的热量；
所述计算模块还用于：根据所述辐射热量、所述对流传热量以及所述尿素溶液带走的热量计算冷却所述尿素喷嘴所需的冷却水流量；
控制模块，根据所述冷却水流量控制所述尿素喷嘴的冷却系统向所述尿素喷嘴通入冷却水。
7.一种尿素喷嘴系统的冷却系统，其特征在于，所述尿素喷嘴系统包括至少一个尿素喷嘴，所述尿素喷嘴系统的冷却系统包括与所述至少一个尿素喷嘴连通的冷却水管组以及根据权利要求6所述的冷却尿素喷嘴的控制器，所述控制器通过控制所述冷却水管组的开关来控制通入每个尿素喷嘴处的冷却水流量。
8.根据权利要求7所述的尿素喷嘴系统的冷却系统，其特征在于，在所述尿素喷嘴系统包括多个尿素喷嘴的情况下，所述冷却水管组包括主冷却水管以及并联至所述主冷却水管上的多个分支冷却水管，所述多个分支冷却水管与所述多个尿素喷嘴一一连通，且所述主冷却水管和所述多个分支冷却水管上均设置有与所述控制器电连接的控制阀。
9.根据权利要求8所述的尿素喷嘴系统的冷却系统，其特征在于，所述控制器包括：
获取模块，用于获取所述多个尿素喷嘴所需的多个冷却水流量；
计算模块，用于根据所述多个尿素喷嘴所需的所述多个冷却水流量计算所述尿素喷嘴系统所需的总冷却水流量；
控制模块，用于根据所述多个冷却水流量和所述总冷却水流量分别控制所述多个分支冷却水管和所述主冷却水管上的所述控制阀的开度。
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