调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置及调控方法
【技术领域】
[0001]本发明属于内燃机引擎控制系统技术领域，尤其涉及一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置及调控方法。
【背景技术】
[0002]内燃发动机有两类，汽油机和柴油机。它们的工作机理不同，各有优点:汽油机轻巧，振动小平滑好；柴油机效率高，油耗比汽油机低30%以上，扭矩大，低转速功率大。总的说来柴油机优点多缺点也大，发展前景看好。内燃机的排放污染主要分四类:一氧化碳CO，碳氢化合物HC，氮氧化物NOx，颗粒物PM。汽油机排放污染主要是前两类，后两类可以忽略，解决办法是三元催化剂；柴油机的排放污染主要是后两类，前两类几乎可以忽略。以往没有好的解决办法，近年来对于解决NOx污染，现有技术中具有两种方法:排气再循环(EGR)和选择性催化还原(SCR)。
[0003]其中，NOx和PM是两类相互矛盾的污染NOx主要来源于燃烧产生的高温，使得本来稳定的氮气发生氧化。当设法让柴油充分燃烧以减少PM的时候，温度就会进一步上升，于是NOx会增加。反之亦然。EGR是把部分排放废气重新引入进气口，它使得进气中氧气的含量下降，从而减低NOx的生成，但同时会使PM上升。EGR同时会使得油耗上升经济性下降。这个技术的作用有限，好处是不必添加其它东西。SCR的原理是让NOx和氨发生反应生成氮气和水。这个反应需要催化剂的帮助。由于氨很不稳定难以储存和处理而且有毒性，所以通常的解决办法是在SCR催化剂的上游喷入尿素溶液，尿素遇高温水解为氨，二氧化碳和水，其中的氨进入SCR催化剂同NOx反应消除污染。SCR技术理论上有较好的前景，转化效率可以做到比较高，缺点是需要提供尿素溶液。DPF是柴油颗粒物过滤器。吸附了较多的颗粒后就会堵塞，解决办法是再生，通常是用高温把吸附的碳颗粒烧掉。现在中国的柴油普遍含硫量高，结果是硫化合物的颗粒无法再生，要不就只能换过滤器，代价高昂。这也是限制中国提高排放标准的一个因素。DOC是氧化催化剂，它通过催化把碳颗粒氧化成二氧化碳。
[0004]现代的后处理系统往外是多个系统的整合，SCR是柴油机排放后处理的核心。柴油机排放标准:有两大类，欧洲标准和美国标准。中国标准基本参照欧洲标准。目前中国普遍实施的是国三标准，就是欧三标准。很快就要实施国四标准。部分大城市已经实施国五标准。欧洲目前实施的是欧五标准，部分大城市已经实施欧六，从2014年开始要全面实施欧六标准。欧三标准明显已经落伍了。它通常只要用EGR就可以满足。欧四必须要用SCR才能达到。欧五同欧四相比NOx标准提高了，但是PM标准是一样的。欧六是个大跨越，PM降低一半，NOx降到仅欧五的20%。
[0005]SCR技术是相当复杂的，理论上讲要提高转化效率可以:一)用更多更大催化剂；二)多喷尿素。但实际使用时没有这么简单。一是催化剂很贵，也很大。增加用量成本无法接受，体积也无法接受；二是多余的尿素会以氨的形式排出，称为氨泄漏。而氨有毒，有恶臭，本身就是污染。排放标准对此有限制:平均氨泄漏低于lOppm，最大氨泄漏低于25ppm。故而SCR的技术核心在于在恰当的时刻喷入恰当量的尿素，使得转化效率较高而氨泄漏满足标准，以上称为喷射策略。但是由于影响尿素实际供给量的因素有很多种，尿素罐输出的尿素和喷入排气系统中的尿素量之间很难保持完全相等，所以即使是最好的喷射策略也难以解决最大氨泄漏问题，而只能解决平均氨泄漏问题。为了同时满足标准对于NOx排放和氨泄漏的要求，现有技术中加大SCR催化剂，或者用EGR先降低NOx再加SCR，即EGR与SCR级联，及其他替代手段，但是成本都太高，对于欧六标准的高排放标准，实现与普及均相当困难。
[0006]本发明克服了现有技术中尿素喷射难以控制、尿素喷入过量无法满足排放标准以及工艺成本太高等缺陷，提出了一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置及调控方法。
【发明内容】
[0007]本发明提出了一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置，包括电子控制单元、压缩空气气源装置、尿素贮存装置、压缩空气控制装置、计量泵/阀、喷嘴装置、主体管道和尿素管道；所述电子控制单元与所述排气系统的内燃机引擎连接，用于采集所述内燃机引擎的参数，计算所述排气系统内部的尿素目标供给量及其起止时间；所述尿素贮存装置用于存储尿素；所述压缩空气气源与所述主体管道连通；所述压缩空气控制装置设置在所述压缩空气气源与所述主体管道的连通处，所述压缩空气控制装置与所述电子控制单元通信，用于控制喷入所述主体管道内压缩空气的速率；所述主体管道的中部开设一个通孔，所述尿素管道的两端分别与所述尿素贮存装置和所述通孔连通，所述尿素管道上设置所述计量泵/阀，所述计量泵/阀与所述电子控制单元通信，用于控制从所述尿素贮存装置流入所述主体管道内的尿素的体积；所述主体管道的输出口伸入所述排气系统中，所述主体管道的输出口上设置所述喷嘴装置，用于以喷雾的方式向所述排气系统中输送尿素；尿素在所述主体管道内与压缩空气混合；参阅图1和图10，本发明还包括尿素调控装置，其设置在所述主体管道上且与所述电子控制单元连接；所述尿素调控装置被设置为:当调控尿素进入排气系统时，使所述压缩空气进入所述主体管道，以使得所述主体管道中的尿素被压缩空气送入所述喷嘴装置，从而以喷雾状喷入所述排气系统内部；当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气不通过所述主体管道而进入所述喷嘴装置，以使得所述主体管道中的尿素不被送入所述喷嘴装置从而停止进入所述排气系统。
[0008]本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图10，所述尿素调控装置包括一个三通阀和支路气道；所述三通阀设置在所述压缩空气控制装置与所述通孔之间的主体管道上，所述三通阀的输入口和第一输出口分别与所述压缩空气控制装置和所述主体管道连通，第二输出口与所述支路气道的一端连通，所述支路气道的另一端与所述主体管道连通，连通口位于所述尿素管道和所述喷嘴装置之间；所述三通阀与所述电子控制单元通信，当调控尿素进入排气系统时，所述三通阀连通所述压缩空气气源和所述主体管道，使所述压缩空气进入所述主体管道；当调控尿素停止进入所述排气系统时，所述三通阀连通所述压缩空气气源和所述支路气道，使所述压缩空气通过所述支路气道而进入所述喷嘴装置。
[0009]本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图3、图5、图6和图8，所述尿素调控装置被设置为:当调控尿素停止进入所述排气系统时，使所述压缩空气改变为不进入所述喷嘴装置，以使得尿素不被送入所述喷嘴装置从而停止进入所述排气系统。
[0010]本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图3，所述尿素调控装置包括一个控制气阀，所述控制气阀设置在所述主体管道上，位于所述尿素管道和所述喷嘴装置之间；所述控制气阀与所述电子控制单元通信，所述电子控制单元通过调节所述控制气阀开启或关闭令所述主体管道与所述喷嘴装置之间连通或关断。
[0011]本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图5和图8，所述尿素调控装置进一步包括一个旁路通道和旁路控制气阀；所述旁路通道与所述主体管道连通，连通口位于所述尿素管道和所述喷嘴装置之间；所述旁路控制气阀设置在所述旁路通道上，所述旁路控制气阀与所述电子控制单元通信，所述电子控制单元通过开启所述旁路控制气阀使压缩空气通过所述旁路通道进入外界大气环境，通过关闭所述旁路气阀使得所述压缩空气进入所述喷嘴装置。
[0012]本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图8，所述旁路通道一端与所述主体管道之间的连通口位于所述控制气阀的上游；通过关闭所述控制气阀及开启所述旁路控制气阀使压缩空气进入所述旁路通道，通过开启所述控制气阀及关闭所述旁路气阀使得压缩空气进入所述喷嘴装置。
[0013]本发明提出的所述调控进入排气系统的尿素实际供给量的装置中，参阅图6和图8，所述旁路通道的另一端改变为与所述尿素贮存装置连通，通过开启所述旁路控制气阀使压缩空气通过所述旁路通道进入所述尿素贮存装置。
[0014]本发明还提出了一种调控进入排气系统的尿素实际供给量的调控方