CN114370315A - 一种尿素箱、尿素加热方法、发动机总成及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种尿素箱、尿素加热方法、发动机总成及车辆。尿素箱包括尿素箱本体、气体加热单元、冷却液加热单元和电加热单元，其中气体加热单元至少部分设置于尿素箱本体内，气体加热单元与气源连接；冷却液加热单元至少部分设置于尿素箱本体内，冷却液加热单元与发动机冷却系统连接，发动机冷却系统为冷却液加热单元提供冷却液；电加热单元至少设置于尿素箱本体内。通过设置气体加热单元、冷却液加热单元和电加热单元，可根据实际尿素情况采用气体加热单元、冷却液加热单元和电加热单元中的任一个或几个进行加热解冻，保证在要求时间内实现解冻的前提下，能够节省能源和提高加热效率。

Description

一种尿素箱、尿素加热方法、发动机总成及车辆
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种尿素箱、尿素加热方法、发动机总成及车辆。
背景技术
我国国土面积巨大，冬季南北方气温相差巨大，东北三省部分地区冬季最低温度可达到-35℃以下，而尿素溶液的冰点温度在-11℃左右。在北方的冬季，此环境温度下尿素溶液已完全结冰，SCR系统无法进行尿素喷射，导致氮氧化物排放不能得到有效控制。
为了确保SCR系统在冬季能够正常使用，目前采取的主要方案是对尿素存储单元及相应管路进行加热和保温处理，尿素箱与尿素供给系统的加热方式一般不同，尿素箱加热目前采用冷却液流经加热管与尿素进行对流加热的加热方式。当ECU通过尿素箱温度传感器及环境温度传感器判断出尿素需要解冻(温度低于设定值)，ECU就会打开管路中的冷却液电磁阀，冷却液会流到尿素箱中进行对流加热，供给管路一般采用电加热方式。由于尿素箱容积较大，尿素箱温度从较低温度值整体上升到较高值，需要较多的能量，且流入尿素箱的水流量大小与发动机的运行转速快慢直接相关。当发动机转速较低时，进入尿素箱的水流量小，对流加热速率较慢，导致尿素箱解冻时间偏长，甚至在要求的70min内无法顺利完成解冻，并且当尿素箱中尿素溶液体积不一样时，尿素箱解冻需要的能量也存在差异性。
因此，亟需一种尿素箱、尿素加热方法、发动机总成及车辆，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于提出一种尿素箱，能够对结晶后的尿素以不同方式进行加热解冻。
本发明的第二个目的在于提出一种尿素加热方法，能够根据尿素液位情况采用不同加热方式对尿素进行加热，从而提高尿素解冻效率。
本发明的第三个目的在于提出一种发动机总成，能够在尿素结晶后根据尿素的液位采用不同加热方式对尿素进行加热，提高尿素解冻效率。
本发明的第四个目的在于提出一种车辆，能够在尿素结晶后根据尿素的液位采用不同加热方式对尿素进行加热，提高尿素解冻效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种尿素箱，包括：
尿素箱本体；
气体加热单元，至少部分设置于所述尿素箱本体内，所述气体加热单元与气源连接；
冷却液加热单元，至少部分设置于所述尿素箱本体内，所述冷却液加热单元与发动机冷却系统连接，所述发动机冷却系统为所述冷却液加热单元提供冷却液；
电加热单元，设置于所述尿素箱本体内。
作为上述尿素箱的一种优选技术方案，所述气体加热单元包括气体加热管和设置于所述气体加热管上的第一电磁阀，所述气源包括空气压缩机，所述气体加热管的进气端与所述空气压缩机连接。
作为上述尿素箱的一种优选技术方案，所述气源包括涡轮增压器，所述气体加热单元还包括：
废气加热管，所述废气加热管一端与涡轮增压器的出气口相连通，所述废气加热管另一端与所述涡轮增压器的进气口相连通；
动力泵，设置于所述废气加热管上，所述动力泵为从所述涡轮增压器的出气口流出的热空气提供循环动力。
作为上述尿素箱的一种优选技术方案，所述尿素箱本体内设置有用于检测所述尿素箱本体内液位的液位传感器和检测所述尿素箱本体内温度的温度传感器。
本发明还提供一种尿素加热方法，应用于上述任一技术方案中所述的尿素箱，包括如下步骤：
获取尿素箱结冰的信息；
获取尿素箱本体内液位数值；
基于获取的尿素箱本体内液位数值控制气体加热单元、冷却液加热单元和电加热单元中的至少一种加热单元对尿素进行加热。
作为上述尿素加热方法的一种优选技术方案，所述尿素箱本体内液位数值小于最小预设液位值，则开启任一种加热单元对尿素进行加热。
作为上述尿素加热方法的一种优选技术方案，所述尿素箱本体内液位数值小于最小预设液位值，则开启冷却液加热单元对尿素进行加热。
作为上述尿素加热方法的一种优选技术方案，所述尿素箱本体内液位数值大于最大预设液位值，则开启气体加热单元、冷却液加热单元和电加热单元。
作为上述尿素加热方法的一种优选技术方案，所述尿素箱本体内液位数值介于所述最大预设液位值和所述最小预设液位值之间时，则开启任两种加热单元对尿素进行加热。
作为上述尿素加热方法的一种优选技术方案，所述尿素箱本体内液位数值介于所述最大预设液位值和所述最小预设液位值之间时，则开启气体加热单元和冷却液加热单元。
本发明还提供了一种发动机总成，包括发动机本体、空气压缩机和储气筒，所述发动机本体与所述空气压缩机连接以为所述空气压缩机提供压缩空气的动力，所述空气压缩机与所述储气筒连接，其特征在于，还包括上述任一方案所述的尿素箱，所述气源包括所述空气压缩机。
作为上述发动机总成的一种优选技术方案，所述空气压缩机和所述储气筒之间还设置有直通管路，所述直通管路旁通连接有所述气体加热管，所述直通管路上设置有第二电磁阀，第一电磁阀和所述第二电磁阀并联连接
本发明还提供了一种车辆，包括上述任一技术方案中所述的发动机总成。
本发明有益效果：
通过设置气体加热单元、冷却液加热单元和电加热单元，可根据实际尿素情况采用气体加热单元、冷却液加热单元和电加热单元中的任一个或几个进行加热解冻，在保证在要求时间内实现解冻的前提下，能够节省能源和提高加热效率。
该发动机总成在对尿素进行加热时，能够在规定时间内对尿素进行加热，且能够尿素量选择合适的加热方式，降低加热成本。
该车辆在对尿素进行加热时，能够在规定时间内完成加热。
附图说明
图1是本发明实施例提供的尿素箱的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的尿素加热方法的主要步骤流程图；
图3是本发明实施例提供的尿素加热方法的详细步骤流程图。
图中：
1、尿素箱本体；2、气体加热管；3、第一电磁阀；4、冷却液加热单元；5、电加热单元；100、空气压缩机；200、储气筒；300、干燥罐；400、直通管路；500、第二电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
针对现有技中尿素解冻过程中解冻效率低的问题，本发明的实施例中提供了一种尿素箱，用以解决上述技术问题。
如图1所示，该尿素箱包括尿素箱本体1、气体加热单元、冷却液加热单元4和电加热单元5，其中气体加热单元至少部分设置于尿素箱本体1内，气体加热单元与气源连接；冷却液加热单元4至少部分设置于尿素箱本体1内，冷却液加热单元4与发动机冷却系统连接，发动机冷却系统为冷却液加热单元4提供冷却液；电加热单元5至少设置于尿素箱本体1内。通过设置气体加热单元、冷却液加热单元4和电加热单元5，可根据实际尿素情况采用气体加热单元、冷却液加热单元4和电加热单元5中的任一个或几个进行加热解冻，保证在要求时间内实现解冻的前提下，能够节省能源和提高加热效率。
可选地，在本实施例中，气体加热单元包括气体加热管2和设置于气体加热管2上的第一电磁阀3，气源包括空气压缩机100，气体加热管2的进气端与空气压缩机100连接。空气压缩机100压缩空气使空气变成高温压缩空气，当尿素需要使用气体加热单元进行加热解冻时，第一电磁阀3打开，空气压缩机100高温压缩的气体进入到尿素箱本体1内。当尿素解冻完成后，第一电磁阀3关闭。由于空气压缩机100和尿素箱均与发动机配套使用，因此，在不增加较多加热结构零件的前提下，即可实现对尿素的加热解冻的目的。
当然，在本发明的一个实施例中，气源还包括涡轮增压器，那么气体加热单元还包括废气加热管和动力泵，其中废气加热管一端与涡轮增压器的出气口相连通，废气加热管另一端与涡轮增压器的进气口相连通；动力泵设置于废气加热管上，动力泵设置在废气加热管上且能为从涡轮增压器的出气口流出的热空气提供循环动力。这样，通过涡轮增压器将整车的进气系统中的空气进行压缩，从而将该进气系统中的空气转变为温度和压力均较高的热空气，在动力泵的泵送作用下，将该热空气经该废气加热管输送到尿素箱本体1中，通过该热空气与尿素箱本体1中的尿素溶液进行热交换，从而将热空气释放出的热量用于给尿素箱本体1中的尿素溶液进行加热，经过换热后的热空气的温度和压力会相对地降低，在动力泵的泵送作用下，将其重新送入到涡轮增压器中进行重新受热加压，以为下一次的加热循环做准备。这样，通过利用涡轮增压器压缩的整车的进气系统中的空气后产生的热量来给尿素箱本体1中的尿素溶液进行加热，从而不仅实现了对尿素箱本体1中的尿素溶液的加热，避免了因尿素溶液结冰，导致尿素供给系统无法正常工作的弊端。同时，通过利用涡轮增压器压缩空气后产生的废热来给尿素溶液进行加热，从而大大地节省了能量的消耗，起到了节能环保的作用。涡轮增压器的进气口还连接有空滤器，以便大气中的空气进入。
当需要解冻尿素时，第一电磁阀3打开，动力泵开始工作，实现尿素多种加热途径进行加热。但是废气加热管加热尿素为辅助加热手段，使用气体加热单元加热尿素为首选，如此可防止从涡轮增压器的涡轮来的废气中的大量的炭黑颗粒逐渐堵塞加热气路，使用一段时间后对尿素箱的加热效果降低，防止堵塞气路造成尿素箱解冻失败的问题出现。
气体加热管2和废气加热管均为U型管，且该U型管的进口和出口均伸出尿素箱本体1，此处提供了一种气体加热管2和废气加热管的具体形状，只要能够实现对尿素箱本体1内部的加热均在保护范围内。
电加热单元5包括位于尿素箱本体1底部的电加热棒，此处仅提供了一种电加热单元5的具体结构。
为了采集尿素的相关数值以确定是否需要对尿素进行加热解冻，在本发明的一个实施例中，尿素箱本体1内设置有用于检测尿素箱本体1内液位的液位传感器和检测尿素箱本体1内温度的温度传感器。温度传感器的位置可以在尿素箱本体1内部的上部分设置一个，在尿素箱本体1的下部分设置一个，如此可精准的确定尿素温度，防止部分尿素处于结冰状态。
在本发明的实施例中，还提供了一种尿素加热方法，应用于本发明实施例中的尿素箱，该尿素加热方法能够根据尿素量的不同采用不同的加热方式，如此可保证在规定的时间内对尿素完成解冻，如图2所示，该尿素加热方法包括如下步骤：
S11、获取尿素箱结冰的信息；
其中尿素箱结冰的信息具体是通过设置在尿素箱本体1内的温度传感器获得，由于尿素溶液的冰点温度在-11℃，因此通过温度传感器获得温度数值即可判断出尿素是否结冰。
S12、获取尿素箱本体1内液位数值；
由于尿素箱本体1内的尿素液位不同，需要的总的加热的热量也不同，而获得尿素箱本体1内的液位数值则可以根据尿素量的多少来选择不同的加热方式，防止采用与尿素量不对应的加热方式造成尿素不能在规定时间内解冻的问题出现。
S13、基于获取的尿素箱本体1内液位数值控制气体加热单元、冷却液加热单元4和电加热单元5中的至少一种加热单元对尿素进行加热。
在本实施例中，对应地，将尿素箱本体1内的尿素液位分为三种，根据尿素对应不同的液位情况实施不同的加热方式。当尿素箱本体1内液位数值小于最小预设液位值，则开启气体加热单元、冷却液加热单元4和电加热单元5中的任一个对尿素进行加热解冻，此时尿素量较少，采用单一的加热单元即可在规定的时间内对尿素实现解冻的目的。在本实施例中，优选采用冷却液加热单元4对尿素进行加热。
当尿素箱本体1内液位数值大于最大预设液位值时，此时尿素量较大，单一的采用任一个或任两个加热单元进行加热则不能保证尿素在固定时间内被解冻，使用单一的冷却液加热单元4进行加热时，由于发动机长期运行的较低转速，进入尿素箱本体1的冷却液流量较小，尿素箱本体内对流换热效果差，存在在规定时间内解冻失败的风险，若单纯使用电加热方式，会造成电能的巨大消耗，影响蓄电池的正常使用，且整车燃油经济性会较差。而采用三种加热单元协同工作则可有效的保证尿素在规定时间内被解冻，且不会产生电能的巨大消耗。为此，在本发明的实施例中同时开启气体加热单元、冷却液加热单元4和电加热单元5对尿素进行加热解冻。
当尿素箱本体1内液位数值介于最大预设液位值和最小预设液位值之间时，尿素箱本体1内的尿素量处于中等水平，此时可开启气体加热单元、冷却液加热单元4和电加热单元5中的任两个加热单元进行加热，在本实施例中优选气体加热单元和冷却液加热单元4。
可选地，在本发明的实施例中，最小预设液位值为尿素箱本体1最大液位的25％，最大预设液位值为尿素箱本体1最大液位的75％。
如图3所示，该尿素加热方法具体包括如下步骤：
S21、获取尿素箱结冰的信息；
S22、获取尿素箱本体1内液位数值；
S23、判断尿素箱本体1内的尿素液位是否小于最小预设液位值，若是，则执行步骤S24，若否，则执行步骤S25；
S24、开启冷却液加热单元4；
S25、判断尿素箱本体1内的尿素液位是否大于最大预设液位值，若是，则执行步骤S26，若否，则执行步骤S27；
S26、同时开启气体加热单元、冷却液加热单元4和电加热单元5；
S27、开启气体加热单元和冷却液加热单元4。
需要说明的是，对于上述三个加热单元的加热条件并不局限于：尿素温度、发动机转速和发动机水温，其中加热单元通过获取尿素温度信息，且当尿素温度低于预设值时启动；或，加热单元通过获取发动机转速，且当发动机转速高于转速预设值启动；或，加热单元通过获取发动机水温，且当发动机水温高于温度预设值时启动。
在本实施例中，还提供了一种发动机总成，包括发动机本体、空气压缩机100、储气筒200和本实施例中的尿素箱，发动机本体与空气压缩机100连接以为空气压缩机100提供压缩空气的动力，进气加热管的进气端与空气压缩机100连接，进气加热管的出气端与储气筒200连接，发动机总成使用如本发明的实施例中的尿素加热方法对尿素进行加热。该发动机总成在对尿素进行加热时，能够在规定时间内对尿素进行加热，且能够尿素量选择合适的加热方式，降低加热成本。
空气压缩机100与发动机本体配套使用，因此在本发明的实施例中，空气压缩机100和储气筒200之间还设置有直通管路400，直通管路400旁通连接有上述气体加热管2，直通管路400上设置有第二电磁阀500，第一电磁阀3和第二电磁阀500并联连接。其中第一电磁阀3和第二电磁阀500的开闭情况相反，尿素需要解冻时，第一电磁阀3打开，第二电磁阀500关闭。空气压缩机100高温压缩的气体通过气体加热管2进入到尿素箱本体1内，与尿素箱本体1内的尿素对流换热后的气体经过干燥罐300到储气筒200中。当尿素解冻完成后，第一电磁阀3关闭，第二电磁阀500打开，高温压缩气体通过直通管路400直接流向干燥罐300干燥后流入储气筒200内。气源包括空气压缩机100。
在本实施例中，还提供了一种车辆，包括ECU和本发明的实施例中提供的发动机总成。该车辆在对尿素进行加热时，能够在规定时间内完成加热。
其中ECU接收来自尿素箱本体1内的温度传感器和液位传感器的信号，以控制空气压缩机100、发动机本体、第一电磁阀3、第二电磁阀500、冷却液电磁阀和电加热单元5协调工作，实现对尿素解冻的目的。
此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种尿素箱，其特征在于，包括：
尿素箱本体(1)；
气体加热单元，至少部分设置于所述尿素箱本体(1)内，所述气体加热单元与气源连接；
冷却液加热单元(4)，至少部分设置于所述尿素箱本体(1)内，所述冷却液加热单元(4)与发动机冷却系统连接，所述发动机冷却系统为所述冷却液加热单元(4)提供冷却液；
电加热单元(5)，设置于所述尿素箱本体(1)内。
2.根据权利要求1所述的尿素箱，其特征在于，所述气体加热单元包括气体加热管(2)和设置于所述气体加热管(2)上的第一电磁阀(3)，所述气源包括空气压缩机(100)，所述气体加热管(2)的进气端与所述空气压缩机(100)连接。
3.根据权利要求1所述的尿素箱，其特征在于，所述尿素箱本体(1)内设置有用于检测所述尿素箱本体(1)内液位的液位传感器和检测所述尿素箱本体(1)内温度的温度传感器。
4.一种尿素加热方法，应用于如权利要求1-3任一项所述的尿素箱，其特征在于，包括如下步骤：
获取尿素箱结冰的信息；
获取尿素箱本体(1)内液位数值；
基于获取的尿素箱本体(1)内液位数值控制气体加热单元、冷却液加热单元(4)和电加热单元(5)中的至少一种加热单元对尿素进行加热。
5.根据权利要求4所述的尿素加热方法，其特征在于，所述尿素箱本体(1)内液位数值小于最小预设液位值，则开启任一种加热单元对尿素进行加热。
6.根据权利要求5所述的尿素加热方法，其特征在于，所述尿素箱本体(1)内液位数值小于最小预设液位值，则开启冷却液加热单元(4)对尿素进行加热。
7.根据权利要求5所述的尿素加热方法，其特征在于，所述尿素箱本体(1)内液位数值大于最大预设液位值，则开启气体加热单元、冷却液加热单元(4)和电加热单元(5)。
8.根据权利要求7所述的尿素加热方法，其特征在于，所述尿素箱本体(1)内液位数值介于所述最大预设液位值和所述最小预设液位值之间时，则开启任两种加热单元对尿素进行加热。
9.根据权利要求8所述的尿素加热方法，其特征在于，所述尿素箱本体(1)内液位数值介于所述最大预设液位值和所述最小预设液位值之间时，则开启气体加热单元和冷却液加热单元(4)。
10.一种发动机总成，包括发动机本体、空气压缩机(100)和储气筒(200)，所述发动机本体与所述空气压缩机(100)连接以为所述空气压缩机(100)提供压缩空气的动力，所述空气压缩机(100)与所述储气筒(200)连接，其特征在于，还包括如权利要求1-3任一项所述的尿素箱，所述气源包括所述空气压缩机(100)。
11.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求10所述的发动机总成。
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