尾气后处理系统、控制方法及存储介质与流程

1.本技术总体上涉及发动机尾气的处理，尤其涉及尾气后处理系统及其控制方法。本技术还涉及一种机器可读的非易失性存储介质。


背景技术：

2.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。对于柴油车而言，对柴油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。scr方法通过在尾气后处理系统中使用尾气处理液(通常为尿素水溶液)来对柴油发动机排放的尾气进行处理，使尾气中有害的氮氧化物转化为无害的氮气和水蒸气，以减少柴油发动机有害气体排放。
3.为此，尾气后处理系统通常包括用于储存尾气处理液的储罐、用于向尾气管中喷射尾气处理液的喷嘴、连接在储罐与喷嘴之间用于向喷嘴供给尾气处理液的供给单元以及用于控制供给单元和喷嘴的控制单元。在传统的尾气后处理系统中，控制单元在喷射期间基于供给单元的供给泵出口处的尾气处理液压力来控制喷嘴的喷射操作，以使得喷嘴能够向尾气管中喷射所需量的尾气处理液，而没有考虑由于供给泵与喷嘴的高度差而导致的尾气处理液压力差以及尾气管中的排气压力对喷嘴喷射的影响。这导致对喷嘴喷射量的控制不精确，从而降低尾气后处理系统的工作效率，使得其难以满足日趋严格的尾气排放标准。
4.因此，需要对传统的尾气后处理系统进行改进。


技术实现要素：

5.本技术旨在提供一种尾气后处理系统及其控制方法，以提高喷嘴喷射量的精确性。
6.根据本技术的一个方面，提供了一种尾气后处理系统，包括：用于储存尾气处理液的储罐；用于向车辆的尾气管中喷射尾气处理液的喷嘴；连接在所述储罐与所述喷嘴之间用于向所述喷嘴供给尾气处理液的供给单元；以及控制单元，所述控制单元被配置成响应于尾气后处理请求确定需要喷射到所述尾气管中的尾气处理液的喷射量、控制所述供给单元从所述储罐向所述喷嘴供给尾气处理液以及控制所述喷嘴向所述尾气管中定量地喷射尾气处理液，在所述喷嘴向所述尾气管中定量地喷射尾气处理液期间，所述控制单元基于尾气处理液经过所述喷嘴时的压降调节所述喷嘴的占空比以提高所述喷嘴喷射量的精确性。
7.根据本技术的另一个方面，提供了一种控制尾气后处理系统的方法，所述尾气后处理系统包括用于储存尾气处理液的储罐、用于向车辆的尾气管中喷射尾气处理液的喷嘴以及连接在所述储罐与所述喷嘴之间用于向所述喷嘴供给尾气处理液的供给单元，所述方法包括：响应于尾气后处理请求确定需要喷射到所述尾气管中的尾气处理液的喷射量；控制所述供给单元从所述储罐向所述喷嘴供给尾气处理液；以及控制所述喷嘴向所述尾气管
中定量地喷射尾气处理液，在所述喷嘴向所述尾气管中定量地喷射尾气处理液期间，基于尾气处理液经过所述喷嘴时的压降调节所述喷嘴的占空比以提高所述喷嘴喷射量的精确性。
8.根据本技术的又一个方面，提供了一种机器可读的非易失性存储介质，在所述机器可读的非易失性存储介质上存储有实施前述方法的程序指令。
9.根据本技术，可以提高喷嘴喷射量的精确性，从而提高尾气后处理系统的工作效率。
附图说明
10.下面将结合附图来更彻底地理解并认识本技术的上述和其它方面。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：
11.图1示意性地示出了根据本技术的第一优选实施例的尾气后处理系统；以及
12.图2示意性地示出了根据本技术的第二优选实施例的尾气后处理系统。
13.附图标记列表
14.1 尾气管
15.100 尾气后处理系统
16.101 储罐
17.103 喷嘴
18.105 供给单元
19.107 引流管路
20.109 高压管路
21.111 回流管路
22.113 喷射管路
23.115 供给泵
24.117 回流阀孔
25.119 控制单元
26.121 第一压力传感器
27.123 第二压力传感器
28.200 尾气后处理系统
29.201 储罐
30.203 喷嘴
31.205 供给单元
32.207 引流管路
33.209 高压管路
34.211 回流管路
35.213 喷射管路
36.215 供给泵
37.217 回流阀孔
38.219 控制单元
39.223 第二压力传感器
40.225 第三压力传感器
具体实施方式
41.下面结合示例详细描述本技术的一些优选实施例。本领域技术人员应理解到的是，这些实施例仅是示例性的，并不意味着对本技术形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本技术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，但这并不表明本技术的尾气后处理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技术的限制。
42.图1示意性地示出了根据本技术的第一优选实施例的尾气后处理系统100，其用于车辆、尤其是柴油车以与发动机的尾气管(在图1中以1示意性地表示)关联，用于向尾气管1中喷射尾气处理液(通常是尿素水溶液)以降低尾气中氮氧化物的含量。尾气后处理系统100包括用于储存尾气处理液的储罐101、用于向尾气管1中喷射尾气处理液的喷嘴103以及连接在储罐101与喷嘴103之间用于向喷嘴103供给尾气处理液的供给单元105(在图1中以虚线框示意性地表示)。
43.如图1所示，供给单元105包括用于从储罐101抽取尾气处理液的引流管路107、与引流管路107连通的高压管路109、将部分尾气处理液输送回储罐101的回流管路111以及连接于高压管路109用以将尾气处理液供给到喷嘴103的喷射管路113。引流管路107一端设置在储罐101的尾气处理液中，以允许经由其从储罐101抽取尾气处理液。供给泵115设置在引流管路107与高压管路109之间，并且在运转时能够提供抽吸力以从储罐101抽取尾气处理液。高压管路109与回流管路111和喷射管路113流体连通。为了方便起见，以回流管路111与高压管路109歧路的点作为喷射管路113的起点。喷射管路113通向喷嘴103，以将尾气处理液供给到喷嘴103。回流管路111用以将部分尾气处理液输送回储罐101，在回流管路111上设置有回流阀孔117，以控制回流管路111中回流的速度。
44.尾气后处理系统100还包括控制单元119(也被称为“喷射控制单元(dcu)”)，其被配置成响应于尾气后处理请求确定需要喷射到尾气管1中的尾气处理液的喷射量以及控制供给单元105从储罐101向喷嘴103供给尾气处理液。具体而言，在车辆的发动机运行期间，车辆的电子控制单元(ecu)向尾气后处理系统100的控制单元119发送尾气后处理请求。控制单元119接收关于发动机排放的尾气的信息，所述信息包括发动机的转速和氮氧化物(no
x
)浓度的数据。发动机的转速例如通过发动机处的转速传感器(未示出)感测得到，以指示发动机的运行状态。尾气的氮氧化物浓度例如通过尾气管1中的氮氧化物浓度传感器(未示出)感测得到。控制单元119直接或者间接(经由ecu)地接收来自转速传感器和氮氧化物浓度传感器的数据，并且根据感测到的数据计算需要喷射到尾气管1中的尾气处理液的喷射量。控制单元119控制供给泵115工作，提供抽吸力以通过引流管路107从储罐101抽取尾气处理液，从而在高压管路109中进行建压。
45.尾气后处理系统100还包括第一压力传感器121，其被配置成感测供给单元105中的尾气处理液压力p
sm
。例如，第一压力传感器121可以被配置成感测高压管路109中(例如，供给泵115出口处)的尾气处理液压力。控制单元119能够基于感测到的供给单元105中的尾气处理液压力p
sm
调节供给泵115的功率(如图1中的双点划线所示意性地表示的)，以使供给
单元105的管路中的尾气处理液压力p
sm
趋于稳定在预定值(例如，9bar)。如此，在喷射期间，尾气处理液能够被持续地经由喷射管路113供给到喷嘴103。多余的尾气处理液则经由回流管路111回流到储罐101。
46.尾气后处理系统100还包括第二压力传感器123，其被配置成感测尾气管1中的喷嘴103所处位置的排气压力pe。例如，第二压力传感器123在尾气管1中在喷嘴103上游(如在图1中以箭头3示意性地表示尾气在尾气管1中的流动方向)邻近喷嘴103设置。
47.控制单元119还被配置成控制喷嘴103向尾气管1中定量地喷射尾气处理液。为了提高喷嘴103喷射量的精确性，在喷嘴103向尾气管1中定量地喷射尾气处理液期间，控制单元119基于尾气处理液经过喷嘴103时的压降调节喷嘴103的占空比。尾气处理液经过喷嘴103时的压降是指尾气处理液在从入口进入喷嘴103时的压力与在从出口离开喷嘴103时的压力之差。
48.具体而言，喷嘴103在开启时向尾气管1中喷射尾气处理液，在关闭时停止喷射尾气处理液。喷嘴103的一个循环工作周期由开启时间和关闭时间组成，在本文中将一次开启时间在一个完整的循环工作周期中所占的比例定义为喷嘴103的占空比d
dv
，单位为％。例如，喷嘴103呈电磁阀的形式，通过对电磁阀的通电与断电来实现对尾气处理液喷射的开启与关闭。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，尾气处理液在喷射管路113与尾气管1之间的压力差的作用下喷射到向尾气管1中。在通电结束后，衔铁在弹簧力的作用下复位，关闭喷射通道，喷嘴103停止喷射尾气处理液。
49.当喷嘴103一直处于开启状态时，喷嘴103的占空比d
dv
为100％，经过喷嘴103的尾气处理液的压力不会因为喷嘴103的开启和关闭而波动，经过喷嘴103的尾气处理液流量被称为稳态流量q
ss
，其可以由以下理论公式计算：
[0050][0051]
其中，q
ss
的单位为kg/h；c为喷嘴103的流量系数；ρ为尾气处理液的密度，单位为kg/m3；f为喷嘴103的通流面积，单位为m2；δp
dv
为尾气处理液经过喷嘴103时的压降，单位为bar。
[0052]
当喷嘴103的占空比处于0到100％之间(即，喷嘴103被部分开启)时，经过喷嘴103的尾气处理液流量被称为动态流量q
ds
。动态流量q
ds
由稳态流量q
ss
和喷嘴103的占空比d
dv
共同决定。实验发现，在尾气处理液经过喷嘴103时的压降一定并且喷嘴103的开启频率一定的情况下，动态流量q
ds
与喷嘴103的占空比d
dv
呈近似线性的关系。稳态流量q
ss
、动态流量q
ds
和喷嘴103的占空比d
dv
的关系可以由以下公式表示：
[0053][0054]
控制单元119与上述的第一压力传感器121和第二压力传感器123通信(如图1中的双点划线所示意性地表示的)以从第一压力传感器121和第二压力传感器123接收感测到的数据，并且基于以下公式计算尾气处理液经过喷嘴时的压降δp
dv
，
[0055]
δp
dv
＝p
ss-ρgh-peꢀꢀꢀ
(3)
[0056]
其中，ρ是尾气处理液的密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；h是第一
压力传感器121在供给单元105中的感测位置与喷嘴103的安装位置的高度差，单位为m。h例如可以在将尾气后处理系统100安装到车辆时确定。由于尾气处理液被喷射到尾气管1的环境中，因此可以将第二压力传感器123感测到的尾气管1中的喷嘴103所处位置的排气压力pe作为尾气处理液在从出口离开喷嘴103时的压力。如此，可以计算得到尾气处理液经过喷嘴103时的压降δp
dv
。
[0057]
控制单元119还存储有针对喷嘴103的一系列喷射量预先标定的尾气处理液经过喷嘴103时的标定压降δpc以及与该标定压降δpc对应的喷嘴103的标定占空比dc。这可以在喷嘴103出厂时进行标定，并且例如以查找表等的形式存储在控制单元119中。当喷嘴103在标定压降δpc下以标定占空比dc喷射尾气处理液时，尾气处理液的喷射量是基本固定的，以qc表示。因此，当需要将喷嘴103的喷射量实现为qc，如果计算得到的尾气处理液经过喷嘴103时的压降等于标定压降δpc时，则可以使喷嘴103以标定占空比dc运行，从而实现该喷射量qc。
[0058]
但是，尾气处理液经过喷嘴103时的压降通常是变化的，难以对喷射量所对应的压降和占空比的全部情况进行标定。如果计算得到的尾气处理液经过喷嘴103时的压降不等于标定压降δpc时，则需要相对于标定占空比dc调节喷嘴103的占空比d
dv
。为此，控制单元119将计算得到的压降δp
dv
与针对所需喷射量预先标定的标定压降δpc进行比较，并且基于比较结果相对于与标定压降δpc对应的喷嘴103的标定占空比dc调节喷嘴103的占空比d
dv
(或者称为“工作空占比”)。根据以上公式(1)、(2)和(3)，当令qc＝q
dv
时，可以得到：
[0059][0060]
因此，控制单元119基于以上公式计算所述喷嘴的占空比d
dv
，从而实现所需要的尾气处理液喷射量，以充分降低尾气中氮氧化物的含量。
[0061]
与传统的尾气后处理系统相比，尾气后处理系统100的控制单元119基于尾气处理液经过喷嘴103时的压降调节喷嘴103的占空比，考虑了由于供给泵115与喷嘴103的高度差而导致的尾气处理液压力差以及尾气管1中的排气压力对喷嘴103喷射的影响。这能够提高喷嘴103喷射量的精确性，从而提高尾气后处理系统100的工作效率。此外，通过将计算得到的压降δp
dv
与针对所需喷射量预先标定的标定压降δpc进行比较，并且基于比较结果相对于与标定压降δpc对应的喷嘴103的标定占空比dc调节喷嘴103的占空比d
dv
，能够优化控制尾气后处理系统100的控制策略，从而提高尾气后处理系统100的工作效率。
[0062]
相应地，本技术也提供了一种用于控制尾气后处理系统100的方法，其包括：响应于尾气后处理请求确定需要喷射到尾气管1中的尾气处理液的喷射量；控制供给单元105从储罐101向喷嘴103供给尾气处理液；以及控制喷嘴103向尾气管1中定量地喷射尾气处理液，在喷嘴103向尾气管中定量地喷射尾气处理液期间，基于尾气处理液经过喷嘴103时的压降调节喷嘴103的占空比。
[0063]
该方法还包括：感测供给单元105中的尾气处理液压力p
sm
；感测尾气管1中的喷嘴103所处位置的排气压力pe；以及基于上述公式(3)计算尾气处理液经过喷嘴103时的压降δp
dv
。
[0064]
该方法还包括：将计算得到的压降δp
dv
与针对喷射量预先标定的标定压降δpc进
行比较；基于比较结果相对于与标定压降δpc对应的喷嘴103的标定占空比dc调节喷嘴103的占空比d
dv
，其中，基于上述公式(4)计算喷嘴103的占空比d
dv
。
[0065]
应理解到，上述方法可以是可执行的程序指令，所述可执行的程序指令被存储在机器可读的非易失性存储介质上。还应理解到，控制单元119可以具有存储器和处理器，其中，所述存储器可以存储有可执行的程序指令，当所述程序指令被执行时导致所述处理器实施上述方法。
[0066]
图2示意性地示出了根据本技术的第二优选实施例的尾气后处理系统200。在图2中，使用类似的附图标记表示与图1中类似的部分或部件。尾气后处理系统200包括与尾气后处理系统100的储罐101、喷嘴103、供给单元105、引流管路107、高压管路109、回流管路111、喷射管路113、供给泵115、回流阀孔117、第二压力传感器123类似的储罐201、喷嘴203、供给单元205、引流管路207、高压管路209、回流管路211、喷射管路213、供给泵215、回流阀孔217、第二压力传感器223。故在此将省略对这些类似部分的详细说明。
[0067]
尾气后处理系统200与尾气后处理系统100区别之处在于：尾气后处理系统200不包括如尾气后处理系统100的第一压力传感器121的压力传感器，而是包括第三压力传感器225。该第三压力传感器225被配置成感测喷嘴203的入口处的尾气处理液压力p
in
。
[0068]
类似于尾气后处理系统100，尾气后处理系统200包括控制单元219，其配置成基于感测到的喷嘴203的入口处的尾气处理液压力p
in
调节供给泵215的功率(如图2中的双点划线所示意性地表示的)，以使供给泵215的管路中的压力(例如，喷嘴203的入口处的尾气处理液压力p
in
)趋于稳定在预定值(例如，9bar)。如此，在喷射期间，尾气处理液能够被持续地经由喷射管路213供给到喷嘴203。
[0069]
类似于尾气后处理系统100，尾气后处理系统200的控制单元219还被配置成控制喷嘴203向尾气管1中定量地喷射尾气处理液。为了提高喷嘴203喷射量的精确性，在喷嘴203向尾气管1中定量地喷射尾气处理液期间，控制单元219基于尾气处理液经过喷嘴203时的压降调节喷嘴203的占空比。但是，与尾气后处理系统100不同，在尾气后处理系统200中，控制单元219与上述的第三压力传感器225和第二压力传感器223通信(如图2中的双点划线所示意性地表示的)以从第三压力传感器225和第二压力传感器223接收感测到的数据，并且基于下面的公式(5)而不是上述公式(3)计算尾气处理液经过喷嘴203时的压降δp
dv
，
[0070]
δp
dv
＝p
in-peꢀꢀꢀ
(5)
[0071]
其中，δp
dv
、p
in
和pe的单位均为bar。
[0072]
类似于尾气后处理系统100，尾气后处理系统200的控制单元219也存储有针对喷嘴203的一系列喷射量预先标定的尾气处理液经过喷嘴203时的标定压降δpc以及与该标定压降δpc对应的喷嘴203的标定占空比dc。控制单元219将计算得到的压降δp
dv
与针对所需喷射量预先标定的标定压降δpc进行比较，并且基于比较结果相对于与标定压降δpc对应的喷嘴203的标定占空比dc调节喷嘴203的占空比d
dv
，亦即，根据上述公式(4)计算喷嘴203的占空比d
dv
：
[0073][0074]
因此，控制单元219基于以上公式计算所述喷嘴的占空比d
dv
，从而实现所需要的尾
气处理液喷射量，以充分降低尾气中氮氧化物的含量。
[0075]
尾气后处理系统200具有与上文描述的尾气后处理系统100类似的优势，即，能够提高喷嘴203喷射量的精确性，从而提高尾气后处理系统200的工作效率。此外，通过将计算得到的压降δp
dv
与针对所需喷射量预先标定的标定压降δpc进行比较，并且基于比较结果相对于与标定压降δpc对应的喷嘴203的标定占空比dc调节喷嘴203的占空比d
dv
，能够优化控制尾气后处理系统的控制策略，从而提高尾气后处理系统200的工作效率。
[0076]
相应地，本技术也提供了一种用于控制尾气后处理系统200的方法，其包括：响应于尾气后处理请求确定需要喷射到尾气管1中的尾气处理液的喷射量；控制供给单元205从储罐201向喷嘴203供给尾气处理液；以及控制喷嘴203向尾气管1中定量地喷射尾气处理液，在喷嘴203向尾气管中定量地喷射尾气处理液期间，基于尾气处理液经过喷嘴203时的压降调节喷嘴203的占空比。
[0077]
该方法还包括：感测喷嘴203的入口处的尾气处理液压力p
in
；感测尾气管1中的喷嘴203所处位置的排气压力pe；以及基于上述公式(5)计算尾气处理液经过喷嘴203时的压降δp
dv
。
[0078]
该方法还包括：将计算得到的压降δp
dv
与针对喷射量预先标定的标定压降δpc进行比较；基于比较结果相对于与标定压降δpc对应的喷嘴103的标定占空比dc调节喷嘴203的占空比d
dv
，其中，基于上述公式(4)计算喷嘴203的占空比d
dv
。
[0079]
应理解到，上述方法可以是可执行的程序指令，所述可执行的程序指令被存储在机器可读的非易失性存储介质上。还应理解到，控制单元219可以具有存储器和处理器，其中，所述存储器可以存储有可执行的程序指令，当所述程序指令被执行时导致所述处理器实施上述方法。
[0080]
应理解，除了以上描述的部件外，尾气后处理系统100和200还可以包括其它合适的部件，以实现其它功能。此外，在不冲突的情况下，尾气后处理系统100和200的部件也可以组合。例如，可以设想到同时包括上述的第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器的尾气后处理系统，并且基于第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器来更精确地确定尾气处理液经过喷嘴时的压降。
[0081]
还应理解，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于将一个元件或部件与另一个元件或部件区分开来，但是这些元件和/或部件不应受到此类术语的限制。
[0082]
以上结合具体实施例对本技术进行了详细描述。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，而不构成对本技术的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本技术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技术的范围。