專利名稱：一種氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種將還原劑噴入內燃機的廢氣處理系統中以便除去廢氣中管制物質的裝置的控制方法，更具體地說，是使用氣動液壓泵來將液體還原劑噴入內燃機尾氣處理系統的一種氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法。
背景技術：
目前，從內燃機排出的廢氣中對環境有害的物質，如碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)、顆粒物質(PM)和氮氧化物(NOx)等是需要從尾氣中去除的管制氣體。在稀燃發動機中，由于存在大量過剩的氧氣，一些無需外加還原劑的被動裝置如三元催化裝置等，通常無法像在大多數的火花點燃式發動機中那樣有效地去除具有氧化性的物質NOx。為了減少稀薄燃燒發動機的NOx排放，人們開發了不同的使用還原劑的主動裝置技術。在這些技術中，通常還原劑先被計量然后注入尾氣。還原劑和尾氣形成的混合物進入SCR (選擇性催化還原)催化劑裝置，在SCR催化劑裝置中還原劑與NOx生成無毒的物質，如氮氣、二氧化碳和水。在SCR系統 中，可以使用不同的還原劑，如氨(NH3 )、碳氫化合物(HC)和氫(H2 )。其中，氨SCR由于高轉換效率和寬溫度窗口從而得到最廣泛的使用。氨可直接供應到SCR系統中。但是由于在處理純氨中的安全問題和困難，通常在氨SCR系統中使用的是尿素。尿素可以在尾氣中熱解和水解，從而得到氨。通常，在SCR控制系統中，首先由E⑶(發動機控制單元)計算所需的氨流量。然后根據尿素對氨的生成比，計算所需的尿素流量并把流量計量命令發送到計量噴射系統。在計量噴射系統中，尿素溶液被計量并注入到廢氣中。在一般情況下，與燃油控制類似，還原劑的計量也有兩種方法:一種方法是使用計量泵，通過控制泵浦速率來精確地控制還原劑的流量；另一種方法則更像是一種共軌燃料控制方法，在該方法中，首先在盛有還原劑的“軌”或緩沖器中建立恒定的壓力，然后通過調整與緩沖器連接的還原劑噴射器在一個重復周期中的開啟時間來對還原劑流量進行控制。還原劑的霧化對SCR轉換效率是非常重要的，特別是在尿素SCR系統中，因為尿素需要熱解和水解成氨，而尾氣所提供的熱能是有限的。在上面提到的第一種還原劑計量方法中，雖然控制簡單，但由于沒有還原劑的壓力控制，為了達到良好的霧化效果，除了要用精心設計的噴嘴，通常還需要額外的空氣來提供連續的氣流供給。對連續氣流和精確控制計量泵的要求限制了該方法的應用。第二種還原劑計量方法并不需要額外的空氣供應來促進霧化，因為在高壓下，經由良好設計的噴嘴噴射還原劑可獲得良好的霧化效果，然而在該方法中，由于壓力控制的要求，一般要使用由電動機驅動的液體泵，如隔膜泵，同時也需要一個復雜的電機控制系統來建立和維持軌壓。此外，為避免低環境溫度下的還原劑凍結，在計量控制系統關閉之前，需要將存留在系統內的還原劑殘液清除。在前面提到的第一種還原劑計量方法中，可用壓縮空氣將還原劑殘余液驅回箱體。但在第二種方法中，必須用額外的還原劑流量控制來將還原劑殘余液驅回。在計量噴射控制系統里，如果有還原劑殘留在連接管路中，管路加熱裝置也是必需的。與對還原劑液箱的加熱控制不一樣，管路加熱是一種分布式的加熱，對其進行閉環控制比較困難并且價格昂貴。除使用特殊的PTC (正溫度系數)加熱器，還需要對加熱功率和管路的耐用性精心地進行平衡，以避免局部過熱而導致其損壞。
發明內容
發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，降低還原劑計量噴射系統的復雜性，獲得良好的性能，本發明提供一種氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法。技術方案:為實現上述目的，本發明的氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法基于一種氣壓式尿素計量噴射系統，該系統包括還原劑供給裝置、壓縮空氣源、用于控制向尾氣系統注入還原劑流量的還原劑噴射器和D⑶(計量控制單元)；所述還原劑供給裝置包括還原劑供給模塊、還原劑液箱模塊、氣動液壓泵和液壓緩沖器；所述氣動液壓泵的第一入口端口通過單向閥流體地耦合到還原劑液箱模塊，所述氣動液壓泵的第二入口端口流體地連接到所述壓縮空氣源，氣動液壓泵的第一出口端口釋放氣動液壓泵中的壓縮空氣，還原劑從氣動液壓泵的第二出口端口流出后進入液壓緩沖器，液壓緩沖器提供還原劑給還原劑噴射器；所述DCU通過控制從壓縮空氣源經過第二入口端口流向氣動液壓泵的空氣流以及經過第一出口端口釋放的空氣流來控制還原劑壓力，同時通過調節所述還原劑噴射器的打開時間來控制加入到尾氣系統的還原劑的量；該方法如下:所述氣動液壓泵有一個吸液沖程和一個加壓沖程；所述液壓緩沖器底部裝有壓力傳感器，壓力傳感器提供還原劑的壓力感測值作為液壓緩沖器的流體壓力指示；在所述加壓沖程中建立液壓緩沖器中的流體壓力，在加壓沖程中啟用閉環控制來維持液壓緩沖器中的流體壓力恒定，在吸液沖程中關閉所述閉環控制，通過調整所述還原劑噴射器的開啟時間來控制流體輸送量。作為優選，所述液壓緩沖器中的還原劑殘液由壓縮空氣排回到所述箱體中，利用壓縮空氣清除在還原劑噴射器中的流體殘余物。作為優選，根據從所述壓力傳感器得到的壓力感測值用脈沖寬度調制的方法在一個重復的控制周期中控制流體輸出量從而控制流體輸送流量。作為優選，所述脈沖寬度調制方法包括兩級控制，其中第一級控制通過根據至少從壓力傳感器獲得的壓力感測值周期性地命令一個第二級控制來產生一個第二級信號，從而產生一個第一級PWM信號。作為優選，在所述加壓沖程中從所述壓縮空氣源輸送空氣到氣動液壓泵，在所述吸液沖程中從所述氣動液壓泵中釋放空氣。作為優選，所述DCU還包括反饋控制器；反饋控制器進行的反饋控制包括通過根據從壓力傳感器中得到的感測值從所述壓縮氣源輸送空氣到所述氣動液壓泵，在所述氣動液壓泵中保留空氣，以及從所述氣動液壓泵中釋放空氣來調節氣動液壓泵中的空氣量。有益效果:本發明的氣壓式尿素 計量噴射系統的控制方法，以簡單的壓力控制來建立和保持高軌壓，從而利用氣動液壓泵來實現計量噴射。氣動液壓泵不使用電動機，因此不需要持續地消耗電能和復雜的電機控制，也不需要連續的空氣供給。本發明對還原劑的壓力的變化不敏感，因而可以在變化的還原劑壓力下進行準確的流量計量噴射，在計量噴射過程結束時壓縮空氣會將還原劑殘余液排回箱體中，這個特殊的清除過程提高了還原劑計量噴射系統的可靠性，并降低了系統的復雜性。
圖1為本發明中的系統的結構示意圖；圖2a為本發明中氣動液壓泵和液壓緩沖器的結構示意圖；圖2b為本發明中的沖程控制算法的流程圖，該沖程控制算法用于控制圖3a和圖3b中的氣動液壓泵系統；圖2c為本發明中的壓力控制算法的流程圖，該壓力控制算法用于控制圖3a和圖3b中的氣動液壓泵系統； 圖3為本發明中的氣動液壓泵位于還原劑液箱模塊中的結構示意圖； 圖4a為PWM控制器的包含有信號流程圖的框圖，該PWM控制器用于控制還原劑的計量噴射流量；圖4b為包含有信號流程圖的框圖，圖中所示的為圖4a中的PWM控制器的PWM控制豐旲塊;圖4c為包含有信號流程圖的框圖，該信號流程圖所示的為一個PWM信號生成電路；圖4d為中斷服務程序的流程圖，該程序用于圖4b所示的開啟時間和周期確定控制；圖4e為在產生PWM信號時的信號時序圖，該PWM信號由圖4d所示的中斷服務程序所產生；圖5a為還原劑傳送控制的狀態流程圖；圖5b為啟始控制的中斷服務程序流程圖；圖5c為清除控制的中斷服務例程流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。如圖1至圖5c所示，本發明的氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法，基于一種氣壓式尿素計量噴射系統，該系統包括還原劑供給裝置、壓縮空氣源、用于控制向尾氣系統注入還原劑流量的還原劑噴射器130和D⑶140 ;所述還原劑供給裝置包括還原劑供給模塊110和還原劑液箱模塊120 ;所述還原劑液箱模塊120包括箱體400 ;所述還原劑供給模塊110包括氣動液壓泵和液壓緩沖器；所述氣動液壓泵的第一入口端口 117通過單向閥205流體地耦合到還原劑液箱模塊120，所述氣動液壓泵的第二入口端口 111流體地連接到所述壓縮空氣源，氣動液壓泵的第一出口端口 112釋放氣動液壓泵中的壓縮空氣，還原劑從氣動液壓泵的第二出口端口 208流出后進入液壓緩沖器，液壓緩沖器提供還原劑給還原劑噴射器130 ;所述D⑶140通過控制從壓縮空氣源經過第二入口端口 111流向氣動液壓泵的空氣流以及經過第一出口端口 112釋放的空氣流來控制還原劑壓力，同時通過調節所述還原劑噴射器130的打開時間來控制加入到尾氣系統的還原劑的量；所述氣動液壓泵包括泵體 200。
本實施例中，所述液壓緩沖器設有入口端口 218和出口端口 115 ;所述入口端口218通過單向閥217流體地耦合到所述氣動液壓泵的第二出口端口 208，所述出口端口 115耦合到還原劑噴射器130。所述液壓緩沖器內部設有活塞214，活塞214根據液壓緩沖器中的還原劑壓力在液壓緩沖器中上下移動。還包括流體通道125和返回管路止流閥137 ;所述流體通道125流體地將所述還原劑噴射器130耦合到所述還原劑液箱模塊120，所述返回管路止流閥137控制流體通道125內流體的流動。所述D⑶140進一步被配置成通過開啟所述返回管路止流閥137來排出在所述氣動液壓泵內的還原劑。所述氣動液壓泵放置在箱體400之中。還包括T型連接器220，所述T型連接器220的高壓入口通過第二入口端口 111流體地耦合到所述壓縮空氣源，T型連接器220的低壓出口流體連接到所述第一出口端口112，第一出口端口 112流體地耦合到周圍環境。本發明的氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法如下:所述氣動液壓泵有一個吸液沖程和一個加壓沖程；所述液壓緩沖器底部裝有壓力傳感器219，壓力傳感器219提供還原劑的壓力感測值作為液壓緩沖器的流體壓力指示；在所述加壓沖程中建立液壓緩沖器中的流體壓力，在加壓沖程中啟用閉環控制來維持液壓緩沖器中的流體壓力恒定，在吸液沖程中關閉所述閉環控制，通過調整所述還原劑噴射器130的開啟時間來控制流體輸送量。所述液壓緩沖器中的還原劑殘液由壓縮空氣排回到所述箱體400中，利用壓縮空氣清除在還原劑噴射器130中的流體殘余物。根據從所述壓力傳感器219得到的壓力感測值用脈沖寬度調制的方法在一個重復的控制周期中控制流體輸出量從而控制流體輸送流量。所述脈沖寬度調制方法包括兩級控制，其中第一級控制通過根據至少從壓力傳感器219獲得的壓力感測值周期性地命令一個第二級控制來產生一個第二級信號，從而產生一個第一級PWM(脈沖寬度調制)信號在所述加壓沖程中從所述壓縮空氣源輸送空氣到氣動液壓泵，在所述吸液沖程中從所述氣動液壓泵中釋放空氣。所述DCU140還包括反饋控制器；反饋控制器進行的反饋控制包括通過根據從壓力傳感器219中得到的感測值從所述壓縮氣源輸送空氣到所述氣動液壓泵，在所述氣動液壓泵中保留空氣，以及從所述氣動液壓泵中釋放空氣來調節氣動液壓泵中的空氣量。本發明的氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法，以簡單的壓力控制來建立和保持高軌壓，從而利用氣動液壓泵來實現計量噴射。氣動液壓泵不使用電動機，因此不需要持續地消耗電能和復雜的電機 控制，也不需要連續的空氣供給。本發明對還原劑的壓力的變化不敏感，因而可以在變化的還原劑壓力下進行準確的流量計量噴射，可以使用發動機100的渦輪增壓器提供的壓縮空氣來驅動液壓泵，而不需要額外的壓縮空氣，并且在計量噴射過程結束時用壓縮空氣將還原劑殘余液排回箱體400中，降低了還原劑計量噴射系統的復雜性，獲得了良好的性能。在本發明中，液壓緩沖器中的還原劑由氣動液壓泵來提供，氣動液壓泵的第二入口端口 111通過常開電磁閥201與壓縮空氣源相連接，氣動液壓泵的第一出口端口 112通過常閉電磁閥203和一個非必需的消音器204與周圍環境相連接。氣動液壓泵的工作包括一個加壓沖程和一個吸液沖程。加壓沖程和吸液沖程的變化和氣動液壓泵中的壓力控制由D⑶140通過操作常開電磁閥201與常閉電磁閥203充入和釋放壓縮空氣來完成。在加壓沖程中，液壓緩沖器中的還原劑壓力是由D⑶140中的一個反饋控制器通過從壓力傳感器219得到的還原劑壓力感測值來控制的，而在吸液沖程中，壓力反饋控制器被禁用，同時還原劑壓力由液壓緩沖器來保持。為了實現還原劑計量噴射，液壓緩沖器接到還原劑噴射器130上，并且還原劑噴射器130的還原劑入口 133通過止流閥137連接到還原劑液箱模塊120。計量噴射完成后，止流閥137打開，在氣動液壓泵的壓力下，泵體200和液壓緩沖器中的還原劑殘余物被排出，同時還原劑噴射器130被清洗。還原劑的計量噴射是由一個PWM控制器來控制的，該PWM控制器根據計量命令來產生一個PWM信號驅動還原劑噴射器130。這個PWM控制器有兩級。第一級控制器通過周期性地設定第二級控制器控制參數來產生一個第一級PWM信號，而第二級控制器產生一個第二級PWM信號。第二級控制器的控制參數是由第一級控制器根據由液壓緩沖器中的壓力傳感器219產生的還原劑壓力感測值來計算的。在這種方式中，由于壓力變化得到PWM控制器的補償，還原劑噴射的計量精度對壓力變化不敏感。在計量系統中，還原劑的溫度需要保持高于其凍結點，以便完成低溫環境的計量噴射。本實施例中，因為還原劑的殘留物可由壓縮空氣清除，如圖3所示，氣動液壓泵可以放置在箱體400中，從而省卻對泵體200的加熱裝置。閉環壓力控制和雙級PWM控制使得還原劑壓力對壓縮空氣供給壓力的變化不敏感，而且氣動液壓泵可以在壓縮空氣壓力低于還原劑壓力時工作。此外，由于氣動液壓泵的固有性質，空氣消耗量和還原劑的噴射量是相同的，因此并不需要連續的空氣流。這些新特性使得本發明中的計量噴射系統可以使用包括發動機渦輪增壓器在內的多種壓縮空氣源。如圖1所示，在發動機的后處理系統中，由發動機100產生的尾氣通過歧管101進入尾氣通道166。在尾氣通道166上，裝有還原劑噴射器130。還原劑噴射器130的電磁閥由D⑶140控制，D⑶140通過信號線145連接到還原劑噴射器130的端口 136。還原劑供給模塊110通過壓力管線131流體地連接到還原劑入口 133從而向還原劑噴射器130提供還原劑。為了避免高溫尾氣對還原劑噴射器130造成損害，可用發動機冷卻劑對其進行冷卻。發動機冷卻劑通過一個入口 134和一個出口 135進行循環，將熱量帶出。從還原劑噴射器130噴出的還原劑與尾氣混合，混合后的氣體通過混合器161進入催化劑模塊163中。在催化劑模塊163中，尾氣中的NOx因發生SCR反應而得以減少。為了向還原劑噴射器130提供加壓后的還原劑，還原劑供給模塊110的端口 115通過壓力管線131流體 地連接到還原劑噴射器130的還原劑入口 133。還原劑供給模塊中的壓力值由壓力傳感器219通過連接到端口 114的線路143報告給ECU140。還原劑供給模塊110的端口 114通過供應管線123和還原劑液箱模塊120的端口 122相連，從還原劑液箱模塊120中提取還原劑。壓縮空氣通過第二入口端口 111進入到還原劑供給模塊110從而為其中的還原劑提供壓力，所述還原劑的壓力由D⑶140通過連接到端口 116的線路146來控制。壓縮空氣由第二出口端口 112得到釋放。還原劑液箱模塊120中還原劑的溫度和液面高度由連接到端口 126的線路141和線路142報告給ECU140。同時還原劑液箱模塊120可被通過入口端口 127和出口端口 128循環的發動機冷卻劑加熱。發動機冷卻劑流路由電磁止流閥171控制，DCU140通過線路147控制電磁止流閥171。當發動機100關閉后，為了防止壓力管線131內的還原劑殘余液在低溫下凍結，要對其進行清除，在清除過程中，還原劑要通過由返回管路125和端口 121回流至還原劑液箱模塊120。在返回管路125的內部還原劑的流動由返回管路止流閥137控制，D⑶140通過線路148控制返回管路止流閥137。線加熱器132、電加熱器129、電加熱器124和電加熱器113用于解凍在壓力管線131、回路管線125、供應管線123和還原劑供給模塊110中的還原劑，并保持還原劑溫度高于還原劑的凍結點。D⑶140通過線路144控制線加熱器132、電加熱器129、電加熱器124和電加熱器113。傳感器162通過線路155將催化劑入口排氣溫度傳送到E⑶150，傳感器164通過線路154將催化劑出口溫度傳送到E⑶150，傳感器165通過通信線路153將催化劑出口 NOx濃度傳送到ECU150，ECU150根據收到的信息和發動機信息產生還原劑計量噴射流量的命令并發送給DCU140。所述發動機信息，比如發動機的狀態、冷卻液和機油的溫度、發動機轉速、燃油噴射流量、尾氣流量、NOx濃度，以及N02/N0X比等，可通過線路152從發動機110里的傳感器直接獲得，或由傳感器的感測值計算得出。如圖1所示的還原劑供給模塊110的一個實例是一個如圖2a所示的氣動液壓泵。在所述氣動液壓泵中，還原劑從還原劑液箱模塊120通過端口 117和一個防止回流的單向閥205流入到泵體200中。在泵體200的頂部設有端口 202，端口 202和T型連接器220的下端相連供壓縮空氣進出。T型連接器220的一側端口通過線路209連接到常開電磁閥201的出口。常開電磁閥201的入口是與壓縮空氣源連接的第二入口端口 111。T型連接器220的另一側通過線路211連接到常閉電磁閥203的入口。為了降低噪聲，常閉電磁閥203的出口裝有消音器204。消音器204的出口是第一出口端口 112。在泵體200內部的壓力下，還原劑通過端口 208、線路207、端口 218，和防止還原劑回流的單向閥217被壓入液壓緩沖器。液壓緩沖器包括液壓緩沖器體210，液壓緩沖器體210內裝有活塞214，活塞214上設有槽222，液壓緩沖器體210上擰有蓋子212，蓋子212下部設有槽221，槽221和槽222之間設有彈簧213。液壓緩沖器體210內設有限制彈簧213最低位置的阻擋器216。活塞214與液壓緩沖體210形成了一個封閉的高壓腔230，活塞214外圍的槽223中裝有O型環215將還原劑密封在高壓腔230中。當還原劑噴射器130被加電后，高壓腔230中的還原劑通過端口 115流出。而高壓腔230中的壓力由壓力傳感器219來監測，其壓力值通過端口 114傳送到DCU140。泵體200中的還原劑需要定期地進行補充，在補充后，泵壓被控制到一個常值。通常情況下，向泵系統填充還原劑的過程稱為吸液沖程，從泵體200中擠壓還原劑到液壓緩沖器體210的過程稱為加壓沖程。對泵系統吸液沖程和加壓沖程的控制以及壓力控制是通過對常開電磁閥201和常閉電磁閥203的組合控制來完成的。對常開電磁閥201和常閉電磁閥203的控制有四種模式，如表I所示。表I
模式I常開電磁閥201的狀態~I常閉電磁閥203的狀態I動作
0未加電未加電從泵體200中放氣
1未加電加電保持泵體200中的空氣~
2加電未加電釋放壓縮空氣
3加電加電向泵體200中充氣
在模式O中，常開電磁閥201和常閉電磁閥203都不加電，泵體200內的空氣釋放到周圍環境中；在模式I中，常開電磁閥201加電，泵體200與周圍環境隔離，同時，由于常閉電磁閥203不加電，空氣被保留在泵體200中；模式2是一個特殊模式，在此模式下，壓縮空氣會被釋放到環境中，在模式2中，可以用T型連接器220于吸液沖程中在泵體200內建立低壓以方便充液，但是，在加壓沖程應避免模式2 ;模式3是一種充氣模式,常開電磁閥201將泵體200與周圍環境隔離，而常閉電磁閥203則將泵體200連接到壓縮空氣源。在泵系統的控制中，吸液沖程和加壓沖程被交替觸發。泵系統的控制可以用一個周期運行的時間中斷服務程序來實現。如圖2b所示，在一個示例性的泵系統控制程序中，吸液沖程的觸發狀態首先受到檢查。如果吸液沖程被觸發，則進入模式0，在該模式中，泵體200內的空氣被釋放到周圍環境中，泵體200內的壓力降低后，在重力或還原劑液箱模塊120與泵體200之間的壓力差的作用下，還原劑液體將流入泵體200。在吸液沖程中，沒有流體流出泵體200，還原劑的驅動壓力由液壓緩沖器來保持。在泵系統控制被設置為模式O后，在步驟236中，對吸液沖程的運行狀態進行檢查。如果吸液沖程完成，則在程序結束之前，泵系統控制復位吸液沖程的觸發器并觸發加壓沖程來啟動下一周期的加壓沖程。否貝U，在步驟231中對吸液沖程時間進行檢查，如果吸液沖程時間太長，就在步驟232中報告故障，然后結束程序。回過頭來再看對吸液沖程觸發狀態的檢查，如果在吸液沖程沒有觸發，則置位吸液沖程的觸發，并且在程序結束之前關閉壓力控制，否則，在步驟235中，啟動壓力控制以保持液壓緩沖器的壓力恒定在DCU140所命令的水平上。完成步驟235之后，在步驟237中對加壓沖程的運行狀態進行檢查。如果加壓沖程還沒有完成，那么該程序就結束；否則，將復位加壓沖程觸發器并設置吸液沖程觸發器，并在此之后的步驟233中關閉壓力控制并檢查泵系統控制在模式I的時間。如果模式I的時間太短，則在步驟234中報告故障。 根據理想氣體定律，在給定溫度和體積條件下液壓緩沖器中的壓力由留存在泵體200內的壓縮空氣量來決定，因此該壓力可以通過利用常開電磁閥201和常閉電磁閥203調整泵體200中的壓縮空氣留存量來控制。如圖2b所示，步驟235中的壓力控制的一個例子是一個如圖2c所示的時間中斷服務程序，該中斷服務程序定期運行。在這個程序中，首先檢查壓力控制狀態。如果壓力控制未啟用，則將三個壓力控制模式定時器Timer_ModeO、Timer_Model和Timer_M0de3清零，然后結束程序。否則，檢查由壓力傳感器219得到的壓力感測值。如果壓力感測值高于閾值Thl并低于閾值Th2，則控制器切換到模式I中，并將定時器Timer_M0del的值加I。在模式I下，壓縮空氣將被留存在泵體200之內。如果壓力感測值高于閾值Th2，則控制器進入模式O以釋放空氣，并且將定時器Timer_ModeO的值加I。當壓力感測值低于閾值Thl時，控制器切換到模式3以通過對泵體200充氣增加其內部空氣壓力，并將模式3定時器Timer_M0de3加I。如前所述，在壓力控制中不應該允許模式2的存在，因此為了不使本系統的控制暫時地進入模式2，在從模式3切換到模式O時，控制器應當首先對常開電磁閥201斷電，而從模式O切換回模式3時，應首先對常閉電磁閥203加電。如圖2b所示的泵系統的控制中，步驟236和步驟237的加壓沖程和吸液沖程可由一個充液事件和一個泵體充滿事件來啟動。充液事件通過檢測泵體200內的還原劑液位或通過用注射時間計算還原劑液位來觸發。為了檢測還原劑在泵體200內的液位，需要在泵體200內安裝液位傳感器，同時用注射時間和壓力或質量流速計算得出的累積流量也可以用來確定還原劑在泵體200內的液位。與充液事件相似，泵體充滿事件也可以通過檢測還原劑液位或計算充液時間來觸發，而充液時間是箱體400內液位水平和泵體200與箱體400內還原劑壓力差的函數。由于在吸液沖程中，還原劑的驅動壓力只是由液壓緩沖器提供而沒有控制，吸液沖程時間應盡量短，以避免造成顯著的壓力降。當液位傳感器403用來觸發充液事件和一個泵體充滿事件時，如果箱體400是空的，則泵體充滿事件在很長一段時間不會被觸發，從而導致一個長時間的吸液沖程。因此，空的箱體400可以通過檢測一個失效的泵體充滿事件來檢測到。圖2b中的步驟231和步驟232就展示了這種檢測。當加壓沖程被觸發后，如果建立驅動壓力很困難，則有可能是泵體200的問題，比如泵體200泄漏，也可能是壓縮空氣的問題。因此，在加壓沖程中過長的模式I的時間可以用來檢測上述故障。圖2b中的步驟233和步驟234就展示了這種檢測。當發動機100關機時，在泵體200、液壓緩沖器和相關管線中的還原劑應被排出以防止泄漏或凍結。如圖1和圖2a所示的氣壓式尿素計量噴射系統中，還原劑的排出可在壓力控制的模式I中通過返回管路止流閥137來控制，即在打開返回管路止流閥137時，在泵體200、液壓緩沖器和相關管線內的還原劑被壓縮空氣通過壓力管線131和返回管路125驅回至箱體400。在清除還原劑余液后，在模式I中留存在泵體200中的壓縮空氣也被釋放回還原劑液箱模塊120。清除過程可能無法排出在還原劑噴射器130中的所有還原劑殘余物。為了進一步清理，可在返回管路止流閥137關閉的情況下觸發模式3，并且對還原劑噴射器130進行加電以吹出其中殘余的還原劑。清除殘余的還原劑后，隨著泵體200和液壓緩沖器中的壓縮空氣被釋放，液壓緩沖器成為空的。然而，雖然液壓緩沖器和相關管線仍然是空的，箱體400中的還原劑在重力和壓力差的作用下還將進入到泵體200內。因此，如圖1所示，泵體200需要電加熱器113解凍還原劑并且在寒冷的環境條件下保持還原劑溫度高于凍結點。但如果將泵體200放在箱體400中，如圖3所示，則電加熱器113可以省略。箱體400上部設有端口 401，端口 401通過還原劑輸出管線207連接到液壓緩沖器，壓縮空氣通過端口 202和端口 402連接到T型連接器220。當環境溫度低時，設有入口 127和出口 128的冷卻劑加熱器405被用來加熱還原劑。冷卻劑加熱器405、液位傳感器403和溫度傳感器404固連在一起，置于箱體400中。液位傳感器403用于檢測箱體400內還原劑的體積，而溫度傳感器404則用于監測和控制還原劑的溫度。液位傳感器403和溫度傳感器404分別通過管線141和管線142與D⑶140連接。如上所述，如圖2a所示的泵系統中，在清除還原劑后，由于在泵體200、液壓緩沖器以及相關管線中的還原劑殘余物被排回箱體400，同時在還原劑噴射器130中的還原劑殘余物被吹出，對壓力管線131中被凍結的還原劑的解凍控制不再是必須的，電加熱器129也不再需要。在如圖3所示的泵系統中，由于泵體200在箱體400中，管線123、電加熱器124和電加熱器113就可以省略。這樣，在本發明中，唯一需要的加熱控制是箱體400的加熱控制和管線的維護加熱控制，該維護加熱控制用來防止壓力管線131在尿素計量噴射期間被凍結。由此，加熱控制大大簡化。 如圖1所示的尿素計量噴射系統中，還原劑的計量噴射流速可以通過使用一個PWM信號控制還原劑噴射器130在一個PWM周期中的開口時間來控制。使用這個PWM控制，還原劑的質量流速rfL/由下面的公式確定:
權利要求
1.一種氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法，其特征在于:該方法基于一種氣壓式尿素計量噴射系統，該系統包括還原劑供給裝置、壓縮空氣源、用于控制向尾氣系統注入還原劑流量的還原劑噴射器(130)和D⑶(140);所述還原劑供給裝置包括還原劑供給模塊(110)、還原劑液箱模塊(120)、氣動液壓泵和液壓緩沖器；所述氣動液壓泵的第一入口端口( 117)通過單向閥(205)流體地耦合到還原劑液箱模塊(120)，所述氣動液壓泵的第二入口端口(111)流體地連接到所述壓縮空氣源，氣動液壓泵的第一出口端口(112)釋放氣動液壓泵中的壓縮空氣，還原劑從氣動液壓泵的第二出口端口(208)流出后進入液壓緩沖器，液壓緩沖器提供還原劑給還原劑噴射器(130);所述D⑶(140)通過控制從壓縮空氣源經過第二入口端口(111)流向氣動液壓泵的空氣流以及經過第一出口端口(112)釋放的空氣流來控制還原劑壓力，同時通過調節所述還原劑噴射器(130)的打開時間來控制加入到尾氣系統的還原劑的量； 該方法如下:所述氣動液壓泵有一個吸液沖程和一個加壓沖程；所述液壓緩沖器底部裝有壓力傳感器(219)，壓力傳感器(219)提供還原劑的壓力感測值作為液壓緩沖器的流體壓力指示；在所述加壓沖程中建立液壓緩沖器中的流體壓力，在加壓沖程中啟用閉環控制來維持液壓緩沖器中的流體壓力恒定，在吸液沖程中關閉所述閉環控制，通過調整所述還原劑噴射器(130)的開啟時間來控制流體輸送量。
2.根據權利要 求1所述的氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法，其特征在于:所述液壓緩沖器中的還原劑殘液由壓縮空氣排回到所述箱體(400)中，利用壓縮空氣清除在還原劑噴射器(130)中的流體殘余物。
3.根據權利要求1所述的氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法，其特征在于:根據從所述壓力傳感器(219)得到的壓力感測值用脈沖寬度調制的方法在一個重復的控制周期中控制流體輸出量從而控制流體輸送流量。
4.根據權利要求3所述的氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法，其特征在于:所述脈沖寬度調制方法包括兩級控制，其中第一級控制通過根據至少從壓力傳感器(219)獲得的壓力感測值周期性地命令一個第二級控制來產生一個第二級信號，從而產生一個第一級PWM信號。
5.根據權利要求1至4任一項所述的氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法，其特征在于:在所述加壓沖程中從所述壓縮空氣源輸送空氣到氣動液壓泵，在所述吸液沖程中從所述氣動液壓泵中釋放空氣。
6.根據權利要求1至4任一項所述的氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法，其特征在于:所述DCU(HO)還包括反饋控制器；反饋控制器進行的反饋控制包括通過根據從壓力傳感器(219)中得到的感測值從所述壓縮氣源輸送空氣到所述氣動液壓泵，在所述氣動液壓泵中保留空氣，以及從所述氣動液壓泵中釋放空氣來調節氣動液壓泵中的空氣量。
全文摘要
本發明公開了一種氣壓式尿素計量噴射系統的控制方法，該方法基于一種氣壓式尿素計量噴射系統，該系統包括還原劑供給裝置、壓縮空氣源、用于控制向發動機尾氣系統注入還原劑的還原劑噴射器和DCU。本發明以簡單的壓力控制來建立和保持高軌壓，從而利用氣動液壓泵來實現計量噴射。氣動液壓泵不使用電動機，因此不需要持續地消耗電能和復雜的電機控制，也不需要連續的空氣供給。本發明對還原劑的壓力的變化不敏感，因而可以在變化的還原劑壓力下進行準確的流量計量噴射。在本發明中，計量噴射過程結束時壓縮空氣會將還原劑殘余液排回箱體中，這個特殊的清除過程提高了計量噴射系統的可靠性，并降低了系統的復雜性。
文檔編號F01N9/00GK103216299SQ20131016619
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月7日 優先權日2012年8月22日
發明者齊寶華 申請人:南京科益環保科技有限公司