CN112943419A - 柴油机scr尾气后处理系统抗结晶控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，柴油机SCR尾气后处理系统中，尿素喷射部件喷射的尿素与发动机排出的尾气混合后经SCR催化部件处理，其中，在不需要喷射尿素时，尿素喷射部件倒吸尿素，且在倒吸过程中，尿素喷射部件制造流体湍动能或流速变化，以促使尿素破碎形成更小液滴。本发明的方法以改变湍动能或流速的方式促使尿素被气流分割破碎形成小液滴，进而更加容易也更彻底地完成倒吸，避免尿素残留在喷射器中，解决了喷射部件容易高温结晶堵塞的问题。

Description

柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法
技术领域
本发明涉及尾气后处理系统技术领域，更具体地说，本发明涉及一种柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法。
背景技术
SCR是针对柴油车尾气排放中NOx的一项处理工艺，即在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或尿素，把尾气中的NOx还原成N2和H2O。
具体来说，当发动机启动运行，产生尾气经排气管进入到SCR催化器中，发动机根据前氮氧传感器检测到的氮氧化合物含量后，后处理电控单元会通过尿素泵驱动信号对尿素泵进行建压执行命令输入，尿素泵通过尿素管输送将尿素从尿素箱输送到尿素喷射器中，同时后处理电控单元会通过尿素喷射器驱动信号对尿素喷射器进行喷射执行命令输入，尿素喷射器将尿素喷射到排气管中，与发动机排气进行还原反应。
但是，当发动机停机不工作或工况发生改变时，部分尿素会残留在尿素喷射器中，排气管高温会导致残留在尿素喷射器和尿素输送管内的尿素发生脱水结晶，造成结晶堵塞的问题，让SCR后处理系统无法正常运行。
因此，亟需设计一种抗结晶的系统控制方法来保证尿素喷射器和尿素输送管内的不会形成高温结晶的故障。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的另一个目的是提供一种柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，该方法能够解决尿素喷射器和尿素输送管的尿素残留问题，以及尿素结晶后的清洁问题。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，所述柴油机SCR尾气后处理系统中，尿素喷射部件喷射的尿素与发动机排出的尾气混合后经SCR催化部件处理，其中，在不需要喷射尿素时，尿素喷射部件倒吸尿素，且在倒吸过程中，尿素喷射部件通过增加流体湍动能或流速变化，以促使尿素破碎形成更小液滴。
优选的是，所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，所述尿素喷射部件通过制造倒吸压力变化或改变通断状态或改变流动直径或三者结合的方式增加流体湍动能或流速的变化。
优选的是，所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，所述尿素喷射部件的通断按照设定程序进行，所述设定程序至少包括以下一项：
A：以0.1Hz～200Hz的固定频率进行通断；
B：以0.1Hz～200Hz的变频进行通断。
优选的是，所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，所述设定程序还包括一定通断间歇。
优选的是，所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，具体来说，所述尿素喷射部件包括尿素泵和尿素喷射器，尿素泵用于泵出尿素或倒吸尿素；
在尿素泵制造负压倒吸的状态下，所述尿素喷射器执行以下脉冲指令以改变通断状态：
①在一个固定频率0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号；
②在一个变频0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号。
优选的是，所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，在不需要喷射尿素时，尿素喷射部件还以设定的时间间隔继续喷射工作。
优选的是，所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，具体来说，所述尿素喷射部件中的尿素喷射器执行下列间隔脉冲指令以继续进行喷射工作：
在一个固定的时间间隔0～600s内，执行一定占空比0～100％的间隔脉冲电信号。
优选的是，所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，在尿素喷射部件发生结晶堵塞时，尿素喷射部件进行正压喷射或负压倒吸或两者结合，且在正压喷射和负压倒吸的过程中，尿素喷射部件都以设定频率进行通断。
优选的是，所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，具体来说，所述尿素喷射部件执行以下脉冲指令进行通断：
①在一个固定频率0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号。
②在一个变频0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号。
优选的是，所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，正压喷射和负压倒吸交替循环进行，直至结晶堵塞故障解除。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明针对发动机停机不工作或工况发生改变时，部分尿素会残留在尿素喷射器排气管高温会导致残留在尿素喷射器和尿素输送管内的尿素发生脱水结晶，造成结晶堵塞，让SCR后处理系统无法正常运行的问题，设计了一种抗结晶控制方法，该方法在不需要喷射尿素时，尿素喷射部件倒吸尿素，且在倒吸过程中，尿素喷射部件制造流体湍动能或流速变化，以促使尿素破碎形成更小液滴，进而更加容易也更彻底地完成倒吸，避免尿素残留在喷射器中，解决了喷射部件容易高温结晶堵塞的问题。
本发明通过控制尿素喷射部件通断频率来增加尿素喷射部件流体湍动能和流速，方法简洁有效，改造成本低，便于推广使用，具有很好的市场前景。
本发明的方法中尿素喷射器以固定频率0.1Hz～200Hz或变频0.1Hz～200Hz或两者结合，并执行下一定占空比0～100％的脉冲电信号工作，这样的设计能够显著改变流体湍动能和流速，尿素破碎形成更小液滴的效果好。
本发明的方法中，在不需要喷射尿素时，尿素喷射部件还以设定的时间间隔继续喷射工作，保证喷射部件内始终有流体流通，能够很好的防止喷射部件堵塞。
本发明的方法中，在尿素喷射部件发生结晶堵塞故障时，尿素喷射部件进行正压喷射或负压倒吸或两者结合，且在正压喷射和负压倒吸的过程中，尿素喷射部件都以设定频率进行通断，能够破坏结晶，收到良好的结晶清洁效果。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述柴油机SCR尾气后处理系统的一种实施方式的结构示意图。
图中：尿素箱-1，尿素泵-2，后处理电控单元-3，尿素管-4，尿素喷射器-5，SCR催化器-6，温度传感器-7，后氮氧传感器-8，前氮氧传感器-9，尿素喷射器驱动信号-10，发动机-11，排气管-12，尿素泵驱动信号-13。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，图1示出了本发明的柴油机SCR尾气后处理系统的一种实施方式的结构示意图。
正常运行时，当发动机11启动运行，产生尾气经排气管12进入到SCR催化器6中，发动机11根据前氮氧传感器9检测到的氮氧化合物含量后，后处理电控单元3会通过尿素泵驱动信号13对尿素泵2进行建压执行命令输入，尿素泵2通过尿素管4将尿素从尿素箱1输送到尿素喷射器5中，同时后处理电控单元3会通过尿素喷射器驱动信号10对尿素喷射器5进行喷射执行命令输入，尿素喷射器5将尿素喷射到排气管中，与发动机11排气进行还原反应。温度传感器7、后氮氧传感器8、前氮氧传感器9连接至后处理电控单元3。
在本发明提供的一种柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法中，所述柴油机SCR尾气后处理系统中，尿素喷射部件喷射的尿素与发动机11排出的尾气混合后经SCR催化部件处理，其中，在不需要喷射尿素时，尿素喷射部件倒吸尿素，且在倒吸过程中，尿素喷射部件制造流体湍动能或流速变化，以促使尿素破碎形成更小液滴。
具体的，本发明所指的不需要喷射尿素情形通常发生在柴油发动机结束喷射或切换工况情况下，比如柴油发动机停止工作、发动机怠速或DPF工况时。
本案的尿素喷射部件实现的尿素加压喷射和负压倒吸的功能，在细节上，其至少包括尿素泵和尿素喷射器，尿素泵起到泵出和倒吸尿素的作用，尿素喷射器起到喷射尿素的作用，当然，尿素喷射部件还可以包括一些阀体等部件，这些阀体或部件可以控制尿素喷射部件通断，或改变尿素喷射部件的直径大小，比如常用的调节阀、控制阀。
尿素喷射部件至少可以通过尿素泵的输出功率变化、尿素喷射器或阀体或部件的通断、或尿素喷射部件的通道直径大小，用以制造湍流能或流速变化，而湍流能的增加和流速的大小变化可以促使尿素破碎形成更小的液滴，从而更加容易被倒吸走，以及倒吸得更加干净。当然制造湍流能或流速变化的方式还有很多，只要能够实现该功能都属于本发明的保护范围。
进一步，在另一种实施方式中，所述尿素喷射部件通过制造倒吸压力变化或改变通断状态或改变流动直径或三者结合的方式增加流体湍动能或流速的变化。具体来说，倒吸压力的变化可以直接通过泵体的输出功率来实现，改变通断状态可以通过尿素喷射器或阀体来实现，流动直径也可以通过阀体来实现，这三种方式简单易操作，可行性高。
进一步，在另一种实施方式中，所述尿素喷射部件的通断按照设定程序进行，所述设定程序至少包括以下一项：
A：以0.1Hz～200Hz的固定频率进行通断；
B：以0.1Hz～200Hz的变频进行通断。
上述设定程序可以配置到尿素喷射部件的阀体或尿素喷射器中。
进一步，为更好地实现技术效果，本技术方案还可以包括以下技术细节：
尿素喷射部件可以只以0.1Hz～200Hz的固定频率进行通断，比如以每秒1次的固定频率通断、以每秒10次的固定频率通断、以每10秒1次的固定频率通断、以每200秒1次的固定频率通断；
也可以只以0.1Hz～200Hz的变频进行通断进行通断，比如通断频率有缓到急，或由急到缓、或通断频率以递增或递减的方式变化；
也可以上述两者结合，如在一个时间段内以固定频率通断，在下一个时间段内以变频通断，交替循环。
进一步，在另一种实施方式中，所述设定程序还包括一定通断间歇。
为更好地实现技术效果，本技术方案还可以包括以下技术细节：所述通断间歇不仅包括每次通断之间的时间间隔，还可以包括两个运行周期之间的时间间隔，比如运行一个时间周期后，经历一定时间间歇后，再进行下一时间周期的运行。
进一步，在另一种实施方式中，具体包括以下细节：所述尿素喷射部件包括尿素泵和尿素喷射器，尿素泵用于泵出尿素或倒吸尿素；
在尿素泵制造负压倒吸的状态下，所述尿素喷射器执行以下脉冲指令以改变通断状态：
①在一个固定频率0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号；
②在一个变频0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号。
具体来说，在负压的情况下，尿素喷射器执行上述脉冲指令会导致气流的变化，产生湍动能和流速变化，在气流切割作用下，尿素液体被分解成小液体，进而被吸走。
上述方案可以包括以下细节，以更好的实现本发明的效果：
例如，尿素喷射器在0.1赫兹的固定频率下，执行占空比为10％或20％或30％或40％或50％或60％的脉冲电信号；
尿素喷射器在1赫兹的固定频率下，执行占空比为10％或20％或30％或40％或50％或60％的脉冲电信号；
尿素喷射器在10赫兹的固定频率下，执行占空比为10％或20％或30％或40％或50％或60％的脉冲电信号；
尿素喷射器在100赫兹的固定频率下，执行占空比为10％或20％或30％或40％或50％或60％的脉冲电信号；
尿素喷射器在200赫兹的固定频率下，执行占空比为10％或20％或30％或40％或50％或60％的脉冲电信号。
例如，尿素喷射器在0.1Hz～200Hz赫兹范围内随机变动，并执行占空比为10％或20％或30％或40％或50％或60％的脉冲电信号；
尿素喷射器在0.1Hz～200Hz赫兹范围内递增或递减变动，并执行占空比为10％或20％或30％或40％或50％或60％的脉冲电信号。
这些具体的例子都能够改变流体湍动能和流速，促使尿素被分割成小液滴。
进一步，为防止尿素结晶，在不需要喷射尿素时，尿素喷射部件还以设定的时间间隔继续喷射工作，从而保证尿素喷射器内始终有液体流通，避免高温结晶堵塞。
具体来说，所述尿素喷射部件中的尿素喷射器执行下列间隔脉冲指令以继续进行喷射工作：
在一个固定的时间间隔0～600s内，执行一定占空比0～100％的间隔脉冲电信号。
例如，每隔10或20或30或100或200或600s，就执行一个周期的占空比为10％或20％或30％或40％或50％或60％的间隔脉冲电信号，周期的长度可以根据需要设定。
进一步，在另一种实施方式中，在尿素喷射部件发生结晶堵塞时，尿素喷射部件进行正压喷射或负压倒吸或两者结合，且在正压喷射和负压倒吸的过程中，尿素喷射部件都以设定频率进行通断。
进一步，具体来说，所述尿素喷射部件执行以下脉冲指令进行通断：
①在一个固定频率0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号。
②在一个变频0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号。
为更好实现本发明的技术效果，本方案提供以下技术细节：如图1所示，当发动机11启动运行尿素喷射器5内发生结晶堵塞时，此时可以用一种抗结晶的系统控制方法来将结晶的尿素溶液清洁干净：
后处理电控单元3通过尿素泵驱动信号13对尿素泵2执行堵塞判断指令，尿素泵2检测到堵塞故障后，后处理电控单元3通过尿素喷射器驱动信号10对尿素喷射器5执行脉冲指令，具体脉冲指令为：
①在一个固定频率(0.1Hz～200Hz)下，执行一定占空比(0～100％)的脉冲电信号。
②在一个变频(0.1Hz～200Hz)下，执行一定占空比(0～100％)的脉冲电信号。
结晶仍未完全清洁干净，尿素喷射器5无法正常喷射时，后处理电控单元3通过尿素泵驱动信号13对尿素泵2执行倒吸指令：尿素泵2建立负压，将尿素溶液进行反向倒吸。同时后处理电控单元3通过尿素喷射器驱动信号10对尿素喷射器5执行脉冲指令，具体脉冲指令为：
①在一个固定频率(0.1Hz～200Hz)下，执行一定占空比(0～100％)的脉冲电信。
②在一个变频(0.1Hz～200Hz)下，执行一定占空比(0～100％)的脉冲电信号。
执行完后下一循环按同上所述方法进行循环控制。
进一步，上述技术技术方案还可以正压喷射和负压倒吸交替循环进行，直至结晶堵塞故障解除，且正压喷射和负压倒吸的先后顺序可以调换。
喷射试验分析
实例1
在尿素泵制造的负压倒吸的状态下，使用尿素喷射器执行以下脉冲指令以改变通断：在27秒的周期内，尿素喷射器的通断频率从1Hz匀速递增至5Hz；
对比尿素喷射器实验前后的质量即为尿素残留量。
实例2
在尿素泵制造的同等负压倒吸的状态下，使用尿素喷射器执行以下脉冲指令以改变通断：在27秒的周期内，尿素喷射器的通断频率从1Hz匀速递增至10Hz；
对比尿素喷射器实验前后的质量即为尿素残留量。
实例3
在尿素泵制造的同等负压倒吸的状态下，使用尿素喷射器执行以下脉冲指令以改变通断：在27秒的周期内，尿素喷射器的通断频率从1Hz匀速递增至15Hz；
对比尿素喷射器实验前后的质量即为尿素残留量。
实例4
在尿素泵制造的同等负压倒吸的状态下，使用尿素喷射器执行以下脉冲指令以改变通断：在27秒的周期内，尿素喷射器的通断频率从1Hz匀速递增至20Hz；
对比尿素喷射器实验前后的质量即为尿素残留量。
对比例1
在尿素泵制造的同等负压倒吸的状态下，在27秒的周期内，尿素喷射器单纯倒吸而不经历通断变化，对比尿素喷射器实验前后的质量即为尿素残留量。
对比例2
在尿素泵制造的同等负压倒吸的状态下，使用尿素喷射器执行以下脉冲指令以改变通断：在27秒的周期内，尿素喷射器以250Hz的定频通断，对比尿素喷射器实验前后的质量即为尿素残留量。
对比例3
在尿素泵制造的同等负压倒吸的状态下，使用尿素喷射器执行以下脉冲指令以改变通断：在27秒的周期内，尿素喷射器以300Hz的定频通断，对比尿素喷射器实验前后的质量即为尿素残留量。
对比例4
在27秒的周期内，尿素喷射器常开，尿素泵倒吸3秒，暂停3秒，吹扫3秒，以此循环，对比尿素喷射器实验前后的质量即为尿素残留量。
实例1～4和对比例1～4的数据如下表：
表1
Figure BDA0002967685240000081
从上表1可以看出，本发明的实例1～4中倒吸后尿素喷射器残留量非常少，效果显著，这是因为尿素喷射器的频率通断增强了气流的湍动能，强劲的气流将尿素液体切割形成更小的液滴，进而更轻易更彻底地被倒吸干净。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。

Claims (10)

1.一种柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，所述柴油机SCR尾气后处理系统中，尿素喷射部件喷射的尿素与发动机排出的尾气混合后经SCR催化部件处理，其特征在于，在不需要喷射尿素时，尿素喷射部件倒吸尿素，且在倒吸过程中，尿素喷射部件通过增加流体湍动能或流速变化，以促使尿素破碎形成更小液滴。
2.如权利要求1所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，其特征在于，所述尿素喷射部件通过制造倒吸压力变化或改变通断状态或改变流动直径或三者结合的方式增加流体湍动能或流速的变化。
3.如权利要求2所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，其特征在于，所述尿素喷射部件的通断按照设定程序进行，所述设定程序至少包括以下一项：
A：以0.1Hz～200Hz的固定频率进行通断；
B：以0.1Hz～200Hz的变频进行通断。
4.如权利要求3所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，其特征在于，所述设定程序还包括一定通断间歇。
5.如权利要求1所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，其特征在于，具体来说，所述尿素喷射部件包括尿素泵和尿素喷射器，尿素泵用于泵出尿素或倒吸尿素；
所述尿素喷射器执行以下脉冲指令以改变通断状态：
①在一个固定频率0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号；
②在一个变频0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号。
6.如权利要求1所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，其特征在于，在不需要喷射尿素时，尿素喷射部件还以设定的时间间隔继续喷射工作。
7.如权利要求6所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，其特征在于，具体来说，所述尿素喷射部件中的尿素喷射器执行下列间隔脉冲指令以继续进行喷射工作：
在一个固定的时间间隔0～600s内，执行一定占空比0～100％的间隔脉冲电信号。
8.如权利要求1所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，其特征在于，在尿素喷射部件发生结晶堵塞时，尿素喷射部件进行正压喷射或负压倒吸或两者结合，且在正压喷射和负压倒吸的过程中，尿素喷射部件都以设定频率进行通断。
9.如权利要求8所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，其特征在于，具体来说，所述尿素喷射部件执行以下脉冲指令进行通断：
①在一个固定频率0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号。
②在一个变频0.1Hz～200Hz下，执行一定占空比0～100％的脉冲电信号。
10.如权利要求9所述的柴油机SCR尾气后处理系统抗结晶控制方法，其特征在于，正压喷射和负压倒吸交替循环进行，直至结晶堵塞故障解除。
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