CN115341979A - 用于控制尿素水溶液的喷射的方法、控制装置和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于控制尿素水溶液的喷射的方法、控制装置和可读存储介质。用于喷射尿素水溶液的喷嘴的最大喷射能力大于处理发动机运行所产生的尾气所需的尿素水溶液的最大量。用于控制尿素水溶液的喷射的方法包括:控制装置确定需要喷射的尿素水溶液的量；控制装置基于供给管路中的设计背压和所确定的需要喷射的尿素水溶液的量来确定喷嘴的基准占空比；控制装置控制供给泵的转速，使得供给管路中的当前背压趋于接近设计背压；以及控制装置基于供给管路中的当前背压实时地调节喷嘴的当前占空比并且根据所确定的当前占空比来控制所述喷嘴的操作。根据本发明，可以满足处理尾气所需的尿素水溶液的最大量，从而确保尾气处理效果。

Description

用于控制尿素水溶液的喷射的方法、控制装置和可读存储 介质

技术领域

本申请总体上涉及柴油发动机的尾气后处理系统，尤其涉及一种用于控制尾气后处理系统中尿素水溶液的喷射的方法、控制装置和可读存储介质。

背景技术

柴油发动机在运行时会产生具有较高含量的氮氧化物的尾气，这种尾气不能直接排放到大气中，而是需要通过尾气后处理系统进行处理之后才能排放到大气中。对柴油发动机排放的尾气进行处理的一种有效技术是采用选择性催化还原(SCR)方法来降低发动机排放的尾气中氮氧化物的含量。选择性催化还原(SCR)方法通过将尿素水溶液喷射到设置在尾气排放管中的混合器上，尿素水溶液在混合器里与尾气混合并且水解成氨气。在催化器中的催化剂的作用下，氨气作为还原剂将柴油发动机排放的尾气中有害的氮氧化物转化为无害的氮气和水蒸气。因而，用于供给尿素水溶液的供给系统是尾气后处理系统的重要组成部分。

图1示意性地显示了用于供给尿素水溶液的供给系统。如图1所示，用于供给尿素水溶液的供给系统大体包括用于储存尿素水溶液的储罐1、用于经过抽吸管路3从储罐1抽吸尿素水溶液并且将尿素水溶液加压输送到供给管路5中的供给泵7、用于将加压的尿素水溶液从供给管路5喷出的喷嘴9、控制供给泵7和喷嘴9运行的控制装置11、以及使没有被输送到供给管路5的尿素水溶液返回到储罐1的回流管路13。在现有的用于供给尿素水溶液的供给系统中，通常根据发动机的类型对供给管路5设定合适的最大背压，并且选择具有对应最大喷射量的喷嘴9。例如，对于某种发动机而言，供给管路5的最大背压设定为9巴，而喷嘴9选择具有对应最大喷射量为7.2kg/h的喷嘴。这样，在供给管路5的背压为9巴时，喷嘴9喷射的尿素水溶液的最大喷射量就是7.2kg/h。

随着能源成本越来越高，在实践中倾向于对发动机的技术路线进行调整以提高燃油效率，但这将导致氮氧化物等的污染物排放量增大，从而导致尾气后处理系统对尿素水溶液的需求量增大，喷嘴原有设计的最大喷射量(例如，7.2kg/h)就满足不了要求，这会导致氮氧化物的转化效率降低。此外，在高海拔和低温条件下供给泵工作能力受到影响，最大背压可能会降低，喷嘴喷射的尿素水溶液的最大喷射量也达不到设计值(例如，7.2kg/h)，这样就必然会降低氮氧化物的转化效率。尽管可以通过增大供给管路的最大背压以提高喷嘴喷射的尿素水溶液的量，但是在不对整个供给系统进行重新设计的情况下这将导致整个供给系统的可靠性和寿命显著降低。

因此，需要一种改进的用于控制尾气后处理系统中尿素水溶液的喷射的方法。

发明内容

本申请旨在提供一种用于控制尾气后处理系统中尿素水溶液的喷射的方法，根据该方法可以克服上述现有技术中存在的至少一种缺陷。

根据本申请的一个方面，提供一种用于控制尿素水溶液的喷射的方法，所述尿素水溶液用于在尾气后处理系统中处理发动机排放的尾气，所述尾气后处理系统包括用于供给尿素水溶液的供给系统，所述用于供给尿素水溶液的供给系统包括将尿素水溶液加压输送到供给管路中的供给泵、用于将加压的尿素水溶液从所述供给管路喷出的喷嘴、以及所述控制供给泵和所述喷嘴运行的控制装置，其中，所述喷嘴的最大喷射能力大于处理所述发动机运行所产生的尾气所需的尿素水溶液的最大量，并且所述用于控制尿素水溶液的喷射的方法包括:

所述控制装置确定需要喷射的尿素水溶液的量；

所述控制装置基于所述供给管路中的设计背压和所确定的需要喷射的尿素水溶液的量来确定所述喷嘴的基准占空比；

所述控制装置控制所述供给泵的转速，使得所述供给管路中的当前背压趋于接近设计背压；以及

所述控制装置基于所述供给管路中的当前背压实时地调节所述喷嘴的当前占空比并且根据所确定的当前占空比来控制所述喷嘴的操作。

根据本申请的另一方面，提供一种控制装置，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储有可执行指令的存储器，当所述可执行指令被执行时使得所述处理器执行如上所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法。

根据本申请的又一方面，提供一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，当所述可执行指令被执行时使得机器执行如上所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法。

根据本申请，可以在几乎不对尾气处理系统进行重新设计的情况下满足由于发动机的技术路线调整或者发动机在高海拔和/或低温等极端条件下运行时处理尾气所需的尿素水溶液的最大量，从而确保尾气处理效果。

附图说明

下面将结合附图来更彻底地理解并认识本申请的上述和其它方面。应当注意的是，附图仅为示意性的，并非按比例绘制。在附图中：

图1示意性地显示了用于供给尿素水溶液的供给系统；

图2示意性地显示了根据本发明的用于控制尿素水溶液的喷射的方法的流程图；

图3示意性地显示了根据本发明的供给管路在不同背压下喷嘴的占空比与喷嘴的尿素水溶液喷射量之间的关系；

图4示意性地显示了根据本发明的供给管路中的背压与喷嘴的占空比调节因子之间的对应关系表以及由此生成的曲线；以及

图5示意性地显示了根据本发明的控制装置。

具体实施方式

下面结合示例详细描述本申请的一些优选实施例。本领域技术人员应理解到的是，这些实施例仅是示例性的，并不意味着对本申请形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互组合。在附图中，为简要起见而省略了其它的部件，但这并不表明本申请的用于供给尿素水溶液的供给系统不可包括其它部件。应理解到，附图中各部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本申请的限制。

正如所知，控制装置被配置成基于车辆的发动机的尾气排放状况来确定需要喷射到尾气管中的尿素水溶液的量并且控制喷嘴向尾气管喷射尿素水溶液。具体而言，在车辆的发动机运行期间，控制装置11根据接收到的与发动机排放的尾气相关的参数来确定需要喷射的尿素水溶液的量，与发动机排放的尾气相关的参数主要包括例如发动机的转速和尾气中的氮氧化物(NOX)浓度，发动机的转速例如通过转速传感器(未示出)来测量，根据发动机的转速可以大体确定尾气排放量，并且尾气中的氮氧化物浓度例如通过尾气管中的氮氧化物浓度传感器(未示出)进行检测。控制装置11基于所确定的需要喷射的尿素水溶液的量控制供给泵7的运行，以便经过抽吸管路3从储罐1抽吸尿素水溶液并且将尿素水溶液加压输送到供给管路5中，从而在供给管路5中建立背压。与此同时，控制装置11还控制喷嘴9的运行，例如控制喷嘴的占空比，以便向尾气管喷射所需量的尿素水溶液。

在喷嘴9的一个喷射循环周期内，喷嘴9在开启时向尾气管中喷射尿素水溶液，在关闭时停止喷射尿素水溶液。喷嘴9的一个喷射循环周期由开启时间和关闭时间组成，其中，开启时间在一个完整的喷射循环周期中所占的比例定义为喷嘴9的占空比D，单位为％。例如，喷嘴可以呈电磁阀的形式，通过对电磁阀的通电与断电来实现尿素水溶液的喷射与停止喷射。电磁阀通电时，电磁阀内部线圈产生的电磁力大于弹簧力，衔铁被升起，喷射通道被打开，尿素水溶液在供给管路5中的背压作用下喷射到尾气管中。在断电时，衔铁在弹簧力的作用下复位，关闭喷射通道，喷嘴9停止喷射尿素水溶液。

在发动机型号确定的情况下，根据发动机的参数能够确定将发动机运行所产生的尾气处理成符合排放要求所需的尿素水溶液的最大量。将发动机运行所产生的尾气处理成符合排放要求所需的尿素水溶液的最大量应当是考虑了对发动机的技术路线进行调整以及发动机在高海拔和低温等极端条件下运行时处理尾气所需的尿素水溶液的最大量。每个喷嘴通常也具有尿素水溶液的最大喷射量，即，供给管路在设计背压下并且喷嘴的占空比为100％时所喷射的尿素水溶液量。

根据本发明，喷嘴9采用的是现有喷嘴，但这种现有喷嘴最大喷射量比将发动机运行所产生的尾气处理成符合排放要求所需的尿素水溶液的最大量更大。例如，对于某种发动机，将发动机运行所产生的尾气处理成符合排放要求所需的尿素水溶液的最大量是7.2kg/h，喷嘴9可以选用尿素水溶液的最大喷射量为12kg/h的喷嘴。当然，喷嘴9也可以选用具有比7.2kg/h大的其它最大喷射量的喷嘴。通过选用现有的喷嘴，可以无需对尾气后处理系统的组成部件进行重新设计和改造，这将大大地节省成本。

图2示意性地显示了根据本发明的用于控制尿素水溶液的喷射的方法的流程图。以下将结合附图2来详细描述根据本发明的用于控制尿素水溶液的喷射的方法。在步骤S1，控制装置11基于接收到的与发动机排放的尾气相关的参数来确定需要喷射的尿素水溶液的量。在步骤S2，控制装置11基于压力传感器的供给管路5中的设计背压和所确定的需要喷射的尿素水溶液的量来确定喷嘴9的基准占空比。控制装置11在步骤S3控制供给泵7使得供给泵7的转速增大，以便在供给管路5中建压。供给泵7运行以使当前背压趋于接近设计背压。由于供给泵7的转速变化以及随着尿素水溶液的喷射，供给管路5中的当前背压都会发生改变。如果供给泵7的转速增大到极限转速(即，供给泵7的转速已经不能再增大)而供给管路5中的当前背压仍然没有达到设计背压例如9巴，随着尿素水溶液的喷射，供给管路5中的当前背压继续下降，控制装置11在步骤S4基于当前降低的背压增大喷嘴9的当前占空比。在步骤S5，控制装置11控制喷嘴9在当前降低的背压下以增大的当前占空比来喷射尿素水溶液，以喷射所需量的尿素水溶液。如果供给泵7能够以极限转速以下的转速运转并且使得供给管路5中的当前背压达到设计背压例如9巴，控制装置11在步骤S6控制喷嘴9在设计背压(例如9巴)下以确定的基准占空比为当前占空比来喷射尿素水溶液，以喷射所需量的尿素水溶液。如果供给管路5中的当前背压超过设计背压，控制装置11将降低供给泵7的转速。应该理解的是，根据本发明的用于控制尿素水溶液的喷射的方法的上述步骤在发动机运行时被实时地反复执行。

图3示意性地显示了根据本发明的供给管路在不同背压下喷嘴的占空比与喷嘴的尿素水溶液喷射量之间的关系。图3中横坐标表示喷嘴的占空比D(％)，纵坐标表示所需要的尿素水溶液的量M(kg/h)。例如，假定喷嘴的最大喷射量为12kg/h，当控制装置11所确定的需要喷射的尿素水溶液的量为9kg/h时，在供给管路5中的当前背压为10巴时喷嘴的占空比为71％可以获得所需的尿素水溶液的量，在供给管路5中的当前背压为9巴时喷嘴的占空比为75％可以获得所需的尿素水溶液的量，在供给管路5中的当前背压为8巴时喷嘴的占空比为79％可以获得所需的尿素水溶液的量，在供给管路5中的当前背压为7.5巴时喷嘴的占空比为82％可以获得所需的尿素水溶液的量，在供给管路5中的当前背压为5巴时喷嘴的占空比为98％才能获得所需的尿素水溶液的量。也就是说，随着供给管路5中的当前背压降低，需要增大喷嘴的占空比才能获得所需要的尿素水溶液的量。由于供给管路5中的尿素水溶液的压力波动，供给管路5中的当前背压也有可能略微大于设计背压，例如，当设计背压为9巴时，压力波动导致供给管路5中的当前背压也有可能大于9巴，例如为10巴。由于供给管路5中的尿素水溶液的压力在不断地动态变化，供给管路5中的当前背压也有可能变大，因而，随着供给管路5中的当前背压增大，控制装置11也可能在步骤S4基于当前增大的背压减小喷嘴9的占空比D，并且在步骤S5控制喷嘴9以减小的占空比D来喷射尿素水溶液，以喷射所需量的尿素水溶液。

供给管路中的当前背压与喷嘴的当前占空比的对应关系可以以数据表或曲线形式存储在控制装置中，控制装置基于供给管路中的当前背压根据所存储的数据表或曲线确定喷嘴的当前占空比。优选地是，供给管路中的当前背压与喷嘴的当前占空比的对应关系通过喷嘴的占空比调节因子来体现。图4示意性地显示了根据本发明的供给管路中的背压与喷嘴的占空比调节因子之间的对应关系表以及由此生成的曲线，其中，图4下部的表格中的P表示供给管路5中的背压P(hPa)，Z表示相应背压下的占空比调节因子。图4上部是根据下部的表格生成的曲线，其中横坐标表示供给管路5中的背压，纵坐标表示相应背压下的占空比调节因子。假定在设计背压值例如9巴下，喷嘴的占空比为75％，并且其占空比调节因子为1，那么例如在当前背压为7.5巴时占空比调节因子为1.1,控制装置11因此可以确定在当前背压为7.5巴时喷嘴的占空比约为75％×1.1＝82％。类似地，在当前背压为10巴时占空比调节因子为0.95,控制装置11因此可以确定在当前背压为10巴时喷嘴的占空比约为75％×0.95＝71％。供给管路中的背压与喷嘴的占空比调节因子之间的对应关系表和/或由此生成的曲线可以被存储在控制装置11中，控制装置11可以根据感测到的供给管路中的背压所存储的供给管路中的背压与喷嘴的占空比调节因子之间的对应关系表和/或由此生成的曲线确定与该背压对应的占空比调节因子，并且进一步根据设计背压下的占空比以及所确定的占空比调节因子确定与该背压对应的占空比。随后，控制装置11根据新确定的占空比控制喷嘴的操作，以喷射所需量的尿素水溶液。应理解的是，占空比调节因子大体上只与供给管路中的背压相关，而与需要喷射的尿素水溶液的量无关。

图5示意性地显示了根据本发明的控制装置11。根据本发明的控制装置11包括处理器15以及存储有可执行指令的存储器17。当存储器17中的可执行指令被执行时使得处理器15执行根据本发明的用于控制尿素水溶液的喷射的方法。应理解的是，根据本发明的控制装置可以是单独设置的装置，例如单独设置的单片机，但更优选地是车辆的电子控制单元。

根据本发明，通过采用最大喷射量比处理发动机运行所产生的尾气所需的尿素水溶液的最大量更大的现有喷嘴，同时通过本发明的方法基于供给管路中的当前背压来实时动态地修正喷嘴的占空比，可以在几乎不对尾气处理系统进行重新设计的情况下满足由于发动机的技术路线调整或者发动机在高海拔和/或低温等极端条件下运行时处理尾气所需的尿素水溶液的最大量，从而确保尾气处理效果。

以上结合具体实施例对本申请进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本申请的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本申请的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本申请的范围。

Claims (10)

1.一种用于控制尿素水溶液的喷射的方法，所述尿素水溶液用于在尾气后处理系统中处理发动机排放的尾气，所述尾气后处理系统包括用于供给尿素水溶液的供给系统，所述用于供给尿素水溶液的供给系统包括将尿素水溶液加压输送到供给管路(5)中的供给泵(7)、用于将加压的尿素水溶液从所述供给管路(5)喷出的喷嘴(9)、以及控制所述供给泵(7)和所述喷嘴(9)运行的控制装置(11)，其中，所述喷嘴(9)的最大喷射能力大于处理所述发动机运行所产生的尾气所需的尿素水溶液的最大量，并且所述用于控制尿素水溶液的喷射的方法包括:

所述控制装置(11)确定需要喷射的尿素水溶液的量；

所述控制装置(11)基于所述供给管路中的设计背压和所确定的需要喷射的尿素水溶液的量来确定所述喷嘴(9)的基准占空比；

所述控制装置(11)控制所述供给泵(7)的转速，使得所述供给管路(5)中的当前背压趋于接近设计背压；以及

所述控制装置(11)基于所述供给管路(5)中的当前背压实时地调节所述喷嘴(9)的当前占空比并且根据所确定的当前占空比来控制所述喷嘴(9)的操作。

2.根据权利要求1所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法，其特征在于，所述控制装置(11)基于所述供给管路(5)中的当前背压实时地调节所述喷嘴(9)的当前占空比包括：

在所述供给泵(7)的转速增大到极限转速而所述供给管路(5)中的当前背压没有达到所述设计背压时，所述控制装置(11)基于降低的当前背压增大所述喷嘴的当前占空比，使所述喷嘴(9)以增大的当前占空比来喷射尿素水溶液，以喷射所需量的尿素水溶液；以及

在所述供给泵(7)在极限转速以下的转速运转并使所述供给管路(5)中的当前背压达到设计背压时，所述控制装置(11)使所述喷嘴(9)以所述基准占空比为当前占空比来喷射尿素水溶液，以喷射所需量的尿素水溶液。

3.根据权利要求1所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法，其特征在于，所述控制装置(11)基于所述供给管路(5)中的当前背压实时地调节所述喷嘴的当前占空比包括：

在所述供给管路(5)中的当前背压超过设计背压时，所述控制装置(11)基于增大的当前背压减小所述喷嘴(9)的当前占空比，使所述喷嘴(9)以减小的当前占空比来喷射尿素水溶液，以喷射所需量的尿素水溶液。

4.根据权利要求1所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法，其特征在于，所述供给管路(5)中的当前背压与所述喷嘴的当前占空比的对应关系以数据表或曲线形式存储在所述控制装置(11)中，所述控制装置(11)基于所述供给管路中的当前背压根据所述数据表或曲线确定所述喷嘴的当前占空比。

5.根据权利要求4所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法，其特征在于，所述供给管路(5)中的当前背压与所述喷嘴(9)的当前占空比的对应关系通过喷嘴占空比调节因子来体现，其中，所述喷嘴(9)的当前占空比等于所述喷嘴(9)在所述设计背压下的占空比乘以与所述供给管路(5)中的当前背压相对应的喷嘴占空比调节因子。

6.根据权利要求5所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法，其特征在于，所述数据表或曲线反映的是所述供给管路(5)中的当前背压与对应的喷嘴占空比调节因子之间的关系。

7.根据权利要求1所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法，其特征在于，所述控制装置(11)基于所述发动机的转速和尾气中的氮氧化物浓度来确定需要喷射的尿素水溶液的量。

8.一种控制装置，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储有可执行指令的存储器，当所述可执行指令被执行时使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法。

9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(11)是车辆的电子控制单元。

10.一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，当所述可执行指令被执行时使得机器执行权利要求1至7中任一项所述的用于控制尿素水溶液的喷射的方法。

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