CN114278413B - 尿素喷射系统、方法以及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车辆控制技术领域，提供一种尿素喷射系统、方法和车辆。本发明所述的尿素喷射系统，所述系统包括：尿素喷射装置、二氧化氮传感器和控制器，所述尿素喷射装置和所述二氧化氮传感器分别与所述控制器连接；其中，所述二氧化氮传感器用于检测尾气中的二氧化氮的含量并发送给所述控制器；所述控制器用于根据所述尾气中的二氧化氮的含量，控制所述尿素喷射装置的尿素喷射量。本发明可以准确提供尿素。
Description
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，特别涉及一种尿素喷射系统、方法以及车辆。
背景技术
车辆尾气中含有NOX的氮氧化物，NOX被排气净化装置(例如选择性催化还原装置SCR，Selective Catalytic Reduction)净化。SCR净化NOX的前提条件依靠尿素(含有NH3)，其反应如下：
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
可以看出，如果尾气的100个NOX中NO和NO2比例为NO：NO2＝1：1，依靠上述第一个反应，使用100个NH3的尿素即可完成NOX的净化，但是NO和NO2有可能是其他比例，对于其他比例，需要有针对性的提供NH3。但是目前无法得知NO和NO2的比例，在这种情况下喷射尿素可能造成NH3量过多或过少，如果NH3量过多，则作为有害物质的NH3会影响环境，如果NH3量过少，则会有NOX未完成净化而逃逸。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种尿素喷射系统，以准确提供尿素。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种尿素喷射系统，所述系统包括：尿素喷射装置、二氧化氮传感器和控制器，所述尿素喷射装置和所述二氧化氮传感器分别与所述控制器连接；其中，所述二氧化氮传感器用于检测尾气中的二氧化氮的含量并发送给所述控制器；所述控制器用于根据所述尾气中的二氧化氮的含量，控制所述尿素喷射装置的尿素喷射量。
进一步的，所述二氧化氮传感器包括：由固体电解质形成的基体以及处理单元，所述基体包括供尾气进入且连通的第一腔室和第二腔室，所述基体外表面设置有第一电极，所述第二腔室内表面设置有第二电极和二氧化氮捕集材料，其中，所述第一腔室用于使所述尾气中的碳化物和氢化物被氧化，并除去所述尾气中的氧气；所述第二腔室的二氧化氮捕集材料用于捕集并裂解二氧化氮，以使在所述第二电极处由二氧化氮形成的氧离子向所述第一电极移动，从而使所述第二电极和所述第一电极之间的电势差产生第一变化值；所述处理单元用于根据所述第一变化值，确定所述二氧化氮的含量。
进一步的，所述第一腔室内表面设置有第三电极，所述基体外表面还设置有基准电极，所述基准电极处于外部空气的环境中，其中，所述处理单元还用于在所述尾气进入所述第一腔室时，当检测到所述第三电极和所述基准电极之间的电势差产生的第二变化值大于预设值时，控制所述第三电极接负电源且所述第一电极接正电源，使所述第一腔室内的氧气排出；当检测到所述第三电极和所述基准电极之间的电势差产生的第二变化值小于等于预设值时，控制所述第三电极接正电源且所述第一电极接负电源，使氧气进入所述第一腔室。
进一步的，所述二氧化氮捕集材料为高铁酸锌。
进一步的，所述固体电解质由氧化锆与三氧化二钇和氧化钙的至少一者制成，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极以及所述基准电极由铂制成。
进一步的，所述系统还包括：第一电压表，用于检测所述第二电极和所述第一电极之间的电势差；第二电压表，用于检测所述第三电极和所述基准电极之间的电势差。
进一步的，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极以及所述基准电极为不间断连接的多颗粒状态，多颗粒之间形成孔状。
进一步的，所述二氧化氮捕集材料为颗粒状态，且位于所述第二电极和所述固体电解质之间。
相对于现有技术，本发明所述的尿素喷射系统具有以下优势：
所述系统包括：尿素喷射装置、二氧化氮传感器和控制器，所述尿素喷射装置和所述二氧化氮传感器分别与所述控制器连接；其中，所述二氧化氮传感器用于检测尾气中的二氧化氮的含量并发送给所述控制器；所述控制器用于根据所述尾气中的二氧化氮的含量，控制所述尿素喷射装置的尿素喷射量。本发明通过检测尾气中二氧化氮的含量，可以准确得知需要尿素的量，以准确提供尿素。
本发明的另一目的在于提出一种尿素喷射方法，以准确提供尿素。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种尿素喷射方法，该方法包括：检测尾气中的二氧化氮的含量；根据所检测的二氧化氮的含量，控制尿素喷射量。
所述尿素喷射方法与上述尿素喷射系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的另一目的在于提出一种车辆，以准确提供尿素。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆，该车辆包括上文所述的尿素喷射系统。
所述车辆与上述尿素喷射系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的尿素喷射系统的结构框图；
图2是本发明一实施例提供的二氧化氮传感器的结构框图；
图3是本发明一实施例提供的氧离子移动原理示意图；
图4是本发明一实施例提供的二氧化氮捕集材料的捕集示意图；
图5是本发明另一实施例提供的二氧化氮传感器的结构框图。
图6是本发明另一实施例公开的尿素喷射方法的流程图。
附图标记说明：
1 二氧化氮传感器 2 控制器
21 第一腔室 22 第二腔室
23 第一电极 24 第二电极
25 二氧化氮捕集材料 26 第三电极
27 基准电极 28 基体
29 加热电阻 3 尿素喷射装置
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
图1是本发明一实施例提供的尿素喷射系统的结构框图。如图1所示，所述尿素由尿素喷射装置喷射，所述系统包括：尿素喷射装置3、二氧化氮传感器1和控制器2，所述尿素喷射装置3和所述二氧化氮传感器1分别与所述控制器2连接；其中，所述二氧化氮传感器1用于检测尾气中的二氧化氮的含量并发送给所述控制器2；所述控制器2用于根据所述尾气中的二氧化氮的含量，控制所述尿素喷射装置3的尿素喷射量。
例如，NO2传感器可以设置在SCR前，在稀燃NOX捕集技术(leanNOXtrap，LNT)载体或氧化催化转换器后；对于有SDPF(SCR与柴油颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)两装置的统称，此时使用的DPF为SDPF或带有SCR涂层的DPF)的后处理系统，NO2传感器可以放在SDPF前，在LNT或者氧化催化转换器后。
在得到的NO2含量之后，控制器2在知道氮氧化物整体含量的情况下，就可以得知NO2与NO的比例，从而据此控制尿素喷射装置3精确的进行尿素喷射。
图2是本发明一实施例提供的二氧化氮传感器1的结构框图。如图2所示，所述二氧化氮传感器1包括：
由固体电解质形成的基体28以及处理单元，所述基体28包括供尾气进入且连通的第一腔室21和第二腔室22，所述基体28外表面设置有第一电极23，所述第二腔室22内表面设置有第二电极24和二氧化氮捕集材料25，其中，所述第一腔室21用于使所述尾气中的碳化物和氢化物被氧化，并除去所述尾气中的氧气；所述第二腔室22的二氧化氮捕集材料25用于捕集并裂解二氧化氮，以使在所述第二电极24处由二氧化氮形成的氧离子向所述第一电极23移动，从而使所述第二电极24和所述第一电极23之间的电势差产生第一变化值；所述处理单元用于根据所述第一变化值，确定所述二氧化氮的含量。
首先，在此先说明氧离子(O2-)在固体电解质中移动的原理。如图3所示：
例如，所述固体电解质可以由氧化锆(ZrO2)与三氧化二钇(Y2O3)和氧化钙(CaO)的至少一者制成，Y2O3和CaO的至少一者的体积优选是ZrO2的8％，但本发明不限于此，Y2O3和CaO的至少一者的体积是ZrO2的7％-10％均可。添加的Y2O3和/或CaO可以提高氧离子空位的浓度，又可以使得ZrO2以四方体或立方体形式存在，在晶胞中存在较大空隙，使得氧离子在空位中畅通无阻，提高其导电率/氧离子流动率。
当以ZrO2为主要材料的固体电解质的两端施加一电压(例如固体电解质的第二端接负极电压，固体电解质的第一端接正极电压)，又或者两端氧浓度不同时，使第二端的氧分子(O2)得到电子(4e)形成氧离子(O2-)，氧离子(O2-)通过固体电解质中的氧空位，迅速迁移到第一端表面，氧离子(O2-)再失去电子以氧分子(O2)状态被释放出来产生氧气，并且在固体电解质的两端形成电流或电势差。
那么在第一腔室21中，使尾气中的碳化物和氢化物被氧化为二氧化碳和水，并除去尾气中的氧气，在该第一腔室21中可以进行以下反应：
CO+1/2O2→CO2
HC+O2→H2O+CO2
H2+1/2O2→CO2
那么在理想情况下，通过第一腔室21的尾气，应当只含有CO2、H2O以及NOX。
在尾气进入第二腔室22前，第一电极23和第二电极24由于上文所述的氧离子(O2-)移动的原理，已经具有一定电势差，该电势差可以使用连接在第二电极24和第一电极23之间的第一电压表(V1)检测得到。在尾气进入第二腔室22之后，由于本发明还设置了二氧化氮捕集材料25(优选高铁酸锌ZnFe2O4)，因此ZnFe2O4可以迅速捕集并裂解NO2，从而使NO2在第二电极24处迅速得电子，形成氧离子(O2-)，并向第一电极23移动，同样可以产生电势差。此时，第一电压表检测到的电势差产生第一变化值，该第一变化值全部由于NO2产生的氧离子(O2-)的移动造成，因此，该第一变化值可以根据提前标定的预定对应关系，体现出NO2中的氧分子的多少，从而可以进一步表示出NO2的含量。可以理解的是，由于ZnFe2O4的存在，NO2比NO更为优先裂解并产生氧离子(O2-)，因此基本可以认为第一电压表检测出的第一变化值是由NO2造成。
进一步的，所述二氧化氮捕集材料25可以为颗粒状态，且位于所述第二电极24和所述固体电解质之间。如图4所示。优选地，所述第一电极23、所述第二电极24可以由铂(Pt)制成，且是多颗粒状态，各颗粒之间不间断连接，多颗粒中间形成的“孔”，目的是创造更多的三相界面，以提高氧气的捕捉效率和释放效率，更有利、更多的吸附氧和脱附氧。
图5是本发明另一实施例提供的二氧化氮传感器的结构框图。如图5所示，所述第一腔室21内表面设置有第三电极26，所述基体28外表面还设置有基准电极27，所述基准电极27处于外部空气的环境中，其中，所述处理单元还用于在所述尾气进入所述第一腔室21时，当检测到所述第三电极26和所述基准电极27之间的电势差产生的第二变化值大于预设值时，控制所述第三电极26接负电源且所述基准电极27接正电源，使所述第一腔室21内的氧气排出；当检测到所述第三电极26和所述基准电极27之间的电势差产生的第二变化值小于等于预设值时，控制所述第三电极26接正电源且所述基准电极27接负电源，使氧气进入所述第一腔室21。
例如，所述第三电极26以及所述基准电极27同样可以由铂制成，也为不间断连接的多颗粒状态，多颗粒之间形成孔状。
本发明实施例说明了第一腔室21的氧化碳化物和氢化物的过程。由于发动机可能出现浓燃或者稀燃的可能，并且这两种情况尾气的含氧量不同。因此为了有足够的氧使尾气中的碳化物和氢化物在第一腔室21氧化，并且又不能有多余的氧进入第二腔室22(减少由于氧气在第二腔室22产生氧离子的可能)，因此，本发明实施例根据浓燃或者稀燃的不同，进行了不同的控制。
首先，如上文所述，第三电极26和基准电极27之间具有一定电势差，可以使用连接在第三电极26和基准电极27之间的第二电压表(V2)检测。在发动机浓燃状态，尾气的含氧量较高，由于尾气的氧产生的氧离子(O2-)多，因此第二电压表检测到的电势差的变化(即第二变化值)会较大，如果第二变化值大于预设值(优选0.45V)时，则说明尾气的含氧量过多，此时，第三电极26接负电源且第一电极23接正电源，从而让第一腔室21内的氧分子(O2)尽可能的得到电子(4e)形成氧离子(O2-)移动到第一电极23一端，从而排出第一腔室21的氧气。在发动机稀燃状态，尾气的含氧量较低，由于尾气的氧产生的氧离子(O2-)少，因此第二电压表检测到的电势差的变化(即第二变化值)会较小，如果第二变化值小于等于预设值(优选0.45V)时，则说明尾气的含氧量过少，此时，第三电极26接正电源且第一电极23接负电源，从而让外部的氧分子(O2)尽可能的得到电子(4e)形成氧离子(O2-)移动到第三电极26一端，从而补充第一腔室21的氧气。
另外，本发明实施例还可以设置加热电阻29，用于进行加热，ZrO2在600-700摄氏度时，氧浓差电势最符合能斯特方程，也最稳定。
图6是本发明另一实施例公开的尿素喷射方法的流程图。如图6所示，该方法包括：
步骤S11，检测尾气中的二氧化氮的含量；
步骤S12，根据所检测的二氧化氮的含量，控制尿素喷射量。
本发明还提供一种车辆，该车辆包括上文所述的尿素喷射系统。
上文所述的车辆以及尿素喷射方法的实施例，与上文所述的尿素喷射系统的实施例类似，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种尿素喷射系统，其特征在于，所述系统包括：
尿素喷射装置、二氧化氮传感器和控制器，所述尿素喷射装置和所述二氧化氮传感器分别与所述控制器连接；
其中，
所述二氧化氮传感器用于检测尾气中的二氧化氮的含量并发送给所述控制器；
所述控制器用于根据所述尾气中的二氧化氮的含量，控制所述尿素喷射装置的尿素喷射量；
所述二氧化氮传感器包括：
由固体电解质形成的基体以及处理单元，所述基体包括供尾气进入且连通的第一腔室和第二腔室，所述基体外表面设置有第一电极，所述第二腔室内表面设置有第二电极和二氧化氮捕集材料，其中，
所述第一腔室用于使所述尾气中的碳化物和氢化物氧化，并除去所述尾气中的氧气；
所述第二腔室的二氧化氮捕集材料用于捕集并裂解二氧化氮，以使在所述第二电极处由二氧化氮形成的氧离子向所述第一电极移动，从而使所述第二电极和所述第一电极之间的电势差产生第一变化值；
所述处理单元用于根据所述第一变化值，确定所述二氧化氮的含量。
2.根据权利要求1所述的尿素喷射系统，其特征在于，所述第一腔室内表面设置有第三电极，所述基体外表面还设置有基准电极，所述基准电极处于外部空气的环境中，其中，
所述处理单元还用于在所述尾气进入所述第一腔室时，
当检测到所述第三电极和所述基准电极之间的电势差产生的第二变化值大于预设值时，控制所述第三电极接负电源且所述第一电极接正电源，使所述第一腔室内的氧气排出；
当检测到所述第三电极和所述基准电极之间的电势差产生的第二变化值小于等于预设值时，控制所述第三电极接正电源且所述第一电极接负电源，使氧气进入所述第一腔室。
3.根据权利要求1所述的尿素喷射系统，其特征在于，所述二氧化氮捕集材料为高铁酸锌。
4.根据权利要求2所述的尿素喷射系统，其特征在于，所述固体电解质由氧化锆与三氧化二钇和氧化钙中的至少一者制成，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极以及所述基准电极由铂制成。
5.根据权利要求2所述的尿素喷射系统，其特征在于，所述系统还包括：
第一电压表，用于检测所述第二电极和所述第一电极之间的电势差；
第二电压表，用于检测所述第三电极和所述基准电极之间的电势差。
6.根据权利要求2所述的尿素喷射系统，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极以及所述基准电极为不间断连接的多颗粒状态，多颗粒之间形成孔状。
7.根据权利要求1所述的尿素喷射系统，其特征在于，所述二氧化氮捕集材料为颗粒状态，且位于所述第二电极和所述固体电解质之间。
8.一种使用权利要求1-7中任一项所述的尿素喷射系统来控制尿素喷射的方法，其特征在于，该方法包括：
检测尾气中的二氧化氮的含量；
根据所检测的二氧化氮的含量，控制尿素喷射量。
9.一种车辆，其特征在于，该车辆包括权利要求1-7中任意一项权利要求所述的尿素喷射系统。
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