CN107060954A - 用于净化排气碳烟颗粒的喷射***及控制方法 - Google Patents

用于净化排气碳烟颗粒的喷射***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种用于净化排气碳烟颗粒的喷射***及控制方法。该喷射***包括控制器和喷射器；控制器与ECU连接；喷射器与排气管连接；控制器包括开关电磁阀、计量阀、第一、第二压力传感器、控制器上壳体和控制器壳体；开关电磁阀、计量阀、第一压力传感器安装在控制器壳体上；控制器上壳体紧固在控制器壳体上；第二压力传感器安装在控制器上壳体上；所述的控制器与喷射器通过燃油管路连接。本发明是一种通过控制器能够实现喷射燃油压力的稳定；通过计量阀可以实现喷射燃油的精确控制；通过喷射***的喷嘴结构设计可避免喷嘴的结焦风险，并且结构简单、制造成本低的用于净化排气碳烟颗粒的喷射***及控制方法。

Description

用于净化排气碳烟颗粒的喷射***及控制方法
技术领域
本发明属于汽车技术领域，用于执行国Ⅵ及以后排放法规的柴油发动机，具体的说是一种用于净化排气碳烟颗粒的喷射***及控制方法。
背景技术
随着汽车柴油化和国家排放法规的日趋严格，解决柴油机的排放问题显得极为迫切。目前全球广泛采用柴油微粒捕集器(DPF)技术来应对柴油机碳烟颗粒排放问题。它可以在微粒排放物质进入大气之前将其捕捉，从而有效的减少柴油机微粒排放。但随着行驶里程的增加，越来越多的微粒沉积在捕集器内，造成排气背压增加，发动机的经济性和动力性恶化，因此必须及时地将捕集的可燃微粒氧化燃烧掉，实现DPF的主动再生。在DPF的主动再生期间，采用净化排气碳烟颗粒的喷射***将柴油机燃料供应到发动机的排气管中，经过氧化催化剂(DOC)催化氧化后使得排气***的温度上升。高温燃料进入DPF中来氧化燃烧DPF中沉积的碳烟微粒。
专利文献DE102011075591A1介绍一种向内燃机尾气处理装置喷射燃油的装置。该装置包含燃油通道、冷却水通道和压缩气体通道等结构，采用压缩气体进行辅助喷射，能够有效降低喷嘴结焦风险。但此专利中并未叙述如何实现***喷射燃油的精度且结构复杂，制造成本高。
专利文献CN101454546B介绍一种用于再生、温度加载和/或热管理的装置及其从属的喷射阀和方法。专利中包含了两种阀头与阀座的结构以及两种喷射单元的结构，介绍了一种用于对内燃机尾气后处理***的构件进行再生、温度加载和/或热管理的相应方法。但是专利中并未叙述如何实现良好的雾化效果并防止结焦现象发生。且此***结构复杂，加工成本较高。
发明内容
本发明提供了一种通过控制器能够实现喷射燃油压力的稳定；通过计量阀可以实现喷射燃油的精确控制；通过喷射***的喷嘴结构设计可避免喷嘴的结焦风险，并且结构简单、制造成本低的用于净化排气碳烟颗粒的喷射***及控制方法，解决了现有喷射装置的上述不足。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种用于净化排气碳颗粒的喷射***，该喷射***包括控制器1和喷射器7；所述的控制器1与ECU14连接；所述的喷射器7与排气管17连接；其中所述的控制器1包括开关电磁阀2、计量阀3、第一压力传感器4、第二压力传感器11、控制器上壳体5和控制器壳体6；所述的开关电磁阀2、计量阀3、第一压力传感器4安装在控制器壳体6上；所述的控制器上壳体5通过螺钉紧固在控制器壳体6上并与开关电磁阀2和计量阀3相连；所述的第二压力传感器11安装在控制器上壳体5上；所述的喷射器7包括喷嘴8和高温绝热垫9；所述的喷嘴8固定在排气管17上；所述的高温绝热垫9设置在喷嘴8和排气管17之间；所述的控制器1与喷射器7通过燃油管路10连接。
所述的开关电磁阀2包括第一电磁线圈201、第一针阀总成202、出液口203、第一阀座204、进液口205和第一弹簧206；所述的开关电磁阀2的下端与控制器壳体6相连，上端与控制器上壳体5相连；所述的出液口203开在第一阀座204的下端、所述的进液口205开在第一阀座204的上端；所述的第一针阀总成202的下端与第一阀座204接触，第一针阀总成202的上端与第一弹簧206的底端接触；所述的第一针阀总成202在第一弹簧206的压缩下与第一阀座204密封；所述的第一电磁线圈201套在第一针阀总成202外部。
所述的计量阀3包括第二电磁线圈301、第二针阀总成302、第二阀座303、计量孔304和第二弹簧305；所述的计量阀3的下端与控制器壳体6相连，上端与控制器上壳体5相连；所述的计量孔304开在第二阀座303上；所述的第二针阀总成302的上端与第二阀座303接触，第二针阀总成302的下端与第二弹簧305接触；所述的第二针阀总成302在第二弹簧305的压缩力下与第二阀座303密封；所述的第二电磁线圈301套在第二针阀总成302外部。
所述的控制器上壳体5上设置有快插接头501和出液口接头502；所述的控制器壳体6内部设置有压力腔601。
所述的喷嘴8包括壳体801、球阀802、第三弹簧803、调整垫片804、涡流器805、第三阀座806和适配器807；所述的球阀802、第三弹簧803、调整垫片804、涡流器805、第三阀座806设置在壳体801内，所述的壳体801与适配器807焊接为一体；所述的球阀802与壳体801的内壁锥面结合形成密封锥面；所述的第三弹簧803的上端与球阀802接触，第三弹簧803的下端与调整垫片804接触；所述的调整垫片804设置于第三弹簧803和涡流器805之间；所述的涡流器805的下端与第三阀座806接触；所述的第三阀座806上设置有喷射孔。
所述的涡流器805包括进油槽805.1、涡流槽805.3；所述的进油槽805.1开在涡流器805轴向侧面并且与第三阀座806形成燃油通道；所述的涡流槽805.3开在涡流器805的底部端面上。
一种用于净化排气碳颗粒的喷射***的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
步骤一、发动机提供大于5bar的柴油通过快插接头501进入到进液口205，ECU14根据第一压力传感器4反馈的压力腔601内压力控制开关电磁阀2的开启或关闭，实现压力腔601内压力稳定在5bar±0.1bar；
步骤二、ECU14根据柴油机颗粒捕集器20工作的排温需求，控制计量阀3以1Hz的频率开启相应的时长，实现柴油定量喷射；
步骤三、ECU 14时时监控第二压力传感器11压力数值，当计量阀3开启后，第二压力传感器11输出压力迅速上升至5bar，若无上升，则计量阀3出现卡死不开启故障，ECU 14报相应故障；当计量阀3关闭后，第二压力传感器11输出压力迅速从5bar下降，若无下降，则喷射器7出现卡死不喷射故障，ECU 14报相应故障。
本发明的有益效果为：本发明结构简单且制造成本低，在燃油喷射时实现很高的喷***度和稳定性，能够及时对故障进行诊断与处理，涡流喷嘴能够改善喷嘴的喷雾质量且不易形成结焦。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明中控制器的剖视图；
图3为本发明中喷射器的剖视图；
图4为本发明中涡流器的透视图；
图5为本发明控制方法的原理图。
图中：1、控制器；2、开关电磁阀；201、第一电磁线圈；202、第一针阀总成；203、出液口；204、第一针阀总成；205、进液口；206、第一弹簧；3、计量阀；301、第二电磁线圈；302、第二针阀总成；303、第二阀座；304、计量孔；305、第二弹簧；4、第一压力传感器；5、控制器上壳体；501、快插接头；502、出液口接头；6、控制器壳体；601、压力腔；7、喷射器；8、喷嘴；801、壳体；802、球阀；803、第三弹簧；804、调整垫片；805、涡流器；805.1、进油槽；805.2、涡流槽；806、第三阀座；807、适配器；9、高温绝热垫；10、燃油管路；11、第二压力传感器；12、第一温度传感器；13、第二温度传感器；14、ECU；15、前端压力传感器；16、后端压力传感器；17、排气管；18、燃料膜；19、DOC；20、DPF。
具体实施方式
参阅图1—图4，一种用于净化排气碳颗粒的喷射***，该喷射***包括控制器1和喷射器7；所述的控制器1与ECU14连接；所述的喷射器7与排气管17连接；其中所述的控制器1包括开关电磁阀2、计量阀3、第一压力传感器4、第二压力传感器11、控制器上壳体5和控制器壳体6；所述的开关电磁阀2、计量阀3、第一压力传感器4安装在控制器壳体6上；所述的控制器上壳体5通过螺钉紧固在控制器壳体6上并与开关电磁阀2和计量阀3相连；所述的第二压力传感器11安装在控制器上壳体5上；所述的喷射器7包括喷嘴8和高温绝热垫9；所述的喷嘴8固定在排气管17上；所述的高温绝热垫9设置在喷嘴8和排气管17之间；所述的控制器1与喷射器7通过燃油管路10连接。
所述的控制器1，其作用为建立稳定压力的燃油，并根据排气后处理需求将稳定压力燃油输送给喷射器7；所述的开关电磁阀2控制外部输油泵产生的加压燃油的通断；所述的第一压力传感器4监控压力腔601内燃油压力并将其反馈给ECU 14；所述的第二压力传感器11监控燃油管路10内压力并将其压力反馈给ECU 14；所述的计量阀3控制稳定压力燃油的喷射量；所述的控制器上壳体5和控制器壳体6集成开关电磁阀2、计量阀3和第一压力传感器4并形成燃油通道。
参阅图1，第一压力传感器4、第二压力传感器11一起对燃油压力形成闭环控制。当第二压力传感器11反馈压力数值与第一压力传感器4反馈数值产生较大差异时，ECU 14根据两者反馈数值对计量阀3的喷射脉宽作出修正。另外，当计量阀3出现故障造成燃油泄漏导致燃油管路10压力升高时，第二压力传感器11检测到压力异常并反馈给ECU 14，ECU 14根据实际情况作出相应的处理措施，如关闭开关电磁阀2、指示灯报警等；
所述的喷射器7，其作用为将计量阀3输送的燃油以精细的雾化状态喷射到排气管路中。其中喷嘴8固定在排气管上喷射燃油形成精细喷雾；高温绝热垫9作用为隔绝排气管内热源以防止燃油结焦。
参阅图2，所述的开关电磁阀2包括第一电磁线圈201、第一针阀总成202、出液口203、第一阀座204、进液口205和第一弹簧206；所述的开关电磁阀2的下端与控制器壳体6相连，上端与控制器上壳体5相连；所述的出液口203开在第一阀座204的下端、所述的进液口205开在第一阀座204的上端；所述的第一针阀总成202的下端与第一阀座204接触，第一针阀总成202的上端与第一弹簧206的底端接触；所述的第一针阀总成202在第一弹簧206的压缩下与第一阀座204密封；所述的第一电磁线圈201套在第一针阀总成202外部。
当第一电磁线圈201通电时，第一电磁线圈201产生的电磁力使得第一针阀总成202克服第一弹簧206的弹簧力向上运动而最终将第一针阀总成202从第一阀座204位置移动到打开位置。此时从快插接头501进入的外部加压燃油通过进液口205进入到开关电磁阀2内部，并通过出液口203进入压力腔601中；当第一电磁线圈201断电时开关电磁阀2关闭，外部加压燃油无法进入压力腔601。
参阅图2，所述的计量阀3包括第二电磁线圈301、第二针阀总成302、第二阀座303、计量孔304和第二弹簧305；所述的计量阀3的下端与控制器壳体6相连，上端与控制器上壳体5相连；所述的计量孔304开在第二阀座303上；所述的第二针阀总成302的上端与第二阀座303接触，第二针阀总成302的下端与第二弹簧305接触；所述的第二针阀总成302在第二弹簧305的压缩力下与第二阀座303密封；所述的第二电磁线圈301套在第二针阀总成302外部。
当第二电磁线圈301通电时，第二电磁线圈301产生的电磁力使得第二针阀总成302克服第二弹簧305的弹簧力向上运动而最终将第二针阀总成302从第二阀座303位置移动到打开位置。此时压力腔601内稳定压力燃油通过计量孔304喷射到出液口接头502，其中第二电磁线圈301通电时产生电磁力驱动计量阀3开启，压力腔601内稳压燃油进入喷嘴8；稳压燃油的喷射量由第二电磁线圈301得喷射脉宽决定。
参阅图2，开关电磁阀2和计量阀3选用相同的结构形式。两者之间的区别在于出液口203的燃油流量要大于计量孔304的流量。当计量阀工作时，开关电磁阀能够从外部迅速补充燃油以免造成压力腔601内较大的压力波动。
参阅图2，所述的控制器上壳体5上设置有快插接头501和出液口接头502；所述的控制器壳体6内部设置有压力腔601。控制器上壳体5和控制器下壳体6作用为将开关电磁阀2、计量阀3、第一压力传感器4、第二压力传感器11集成为控制器1并提供燃油流通通道。所述的第一压力传感器4其作用为监控压力腔601内加压燃油压力并将其压力反馈给ECU14，ECU14通过燃油压力传感器4反馈压力数值控制开关电磁阀2的开起或关闭，最终实现压力腔601内压力闭环稳定控制。
其中所述的第二压力传感器11与燃油管路10相通，监控燃油管路10内压力并将其压力反馈给ECU 14；当计量阀3打开后，第二压力传感器11输出压力迅速升高并等于压力腔601内压力；当计量阀3关闭后，第二压力传感器11输出压力迅速下降并等以喷射器7开起压力；ECU 14时时监控第二压力传感器11压力数值，当第二压力传感器11压力数值超出喷射器7开起压力和压力腔601内压力范围，则***出现故障，ECU 14报出故障码，提醒用户进行维修。
参阅图3，所述的喷嘴8包括壳体801、球阀802、第三弹簧803、调整垫片804、涡流器805、第三阀座806和适配器807；所述的球阀802、第三弹簧803、调整垫片804、涡流器805、第三阀座806设置在壳体801内，所述的壳体801与适配器807焊接为一体；所述的球阀802与壳体801的内壁锥面结合形成密封锥面；所述的第三弹簧803的上端与球阀802接触，第三弹簧803的下端与调整垫片804接触；所述的调整垫片804设置于第三弹簧803和涡流器805之间；所述的涡流器805的下端与第三阀座806接触；所述的第三阀座806上设置有喷射孔。
喷射器7用于将燃油形成涡流状精细喷雾。当计量阀3喷射的燃油通过燃油管路10进入喷嘴8后，燃油压力克服第三弹簧803的弹簧力使得球阀802脱离壳体801内壁锥面，燃油进入喷嘴8内部，通过涡流器805形成旋转的流体；流体通过第三阀座806上的喷射孔以精细雾化状态喷入排气管中。
壳体801用于将其余部件封装并与适配器807焊接为一体；球阀803与壳体801内壁锥面结合形成密封锥面；调整垫片804用于固定弹簧803；涡流器805用于将燃油形成涡流状精细喷雾。当计量阀3喷射的燃油通过燃油管路10进入喷嘴8后，燃油压力克服弹簧803的弹簧力使得球阀802脱离壳体801内壁锥面，燃油进入喷嘴8内部，通过涡流器805形成旋转的流体；流体通过阀座806上的喷射孔以精细雾化状态喷入排气管17中.
参阅图4，所述的涡流器805包括进油槽805.1、涡流槽805.3；所述的进油槽805.1开在涡流器805轴向侧面并且与第三阀座806形成燃油通道；所述的涡流槽805.3开在涡流器805的底部端面上。
进油槽805.1与阀座配合形成燃油通道，进入喷嘴8的燃油只能由进油槽805.1进入到涡流槽805.2中。当燃油从进油槽805.1进入涡流槽805.2后，由于涡流槽805.2的旋流结构使得燃油流出涡流槽805.2后产生旋转。最终通过第三阀座80上的喷射孔喷出，形成中空锥形精细喷雾。
上述喷嘴8用于将计量阀3输送的燃油以精细的雾化状态喷射到排气管路中。
高温绝热垫9处于喷嘴8和排气管17之间，用于隔绝排气管中的高温传递，使得喷嘴8温度远小于排气管17温度，防止喷嘴8内部存留燃油发生高温裂变产生结焦。
第一温度传感器12安装在DOC19即柴油机氧化转化器入口用于测量DOC19入口的排气温度，第二温度传感器13安装在DOC19出口用于测量DOC19出口排气温度。ECU 14根据各种传感器的反馈信息控制控制器1，通过调节喷嘴8的喷油量来控制DPF 20前的排气温度来清除碳烟颗粒。ECU 14可以根据DPF 20即柴油机颗粒捕集器前端压力传感器15和后端压力传感器16反馈的压差信息计算DPF 20的碳烟颗粒装载量。ECU 14根据碳烟颗粒装载量计算出基础燃油喷射量模型。
在DPF 20的再生期间，喷嘴8向排气管中喷射燃料。大部分燃料与排气混合并且在DOC19即柴油机氧化转化器中催化氧化。燃料的催化氧化提高了输入到DPF20即柴油机颗粒捕集器的排气温度以DPF 20中的碳烟颗粒。喷嘴8喷射到排气管中的一些燃油没有与排气混合并且沉积在排气管的内壁17上形成燃油膜18。当燃油膜18在排气管中蒸发释放燃油到排气中时，多余燃油将会导致输入到DPF20的排气温度异常升高并超出其耐受温度而损坏DPF20，因此ECU 14根据燃料膜18的积累速率和燃油的蒸发速率形成喷射修正模型，按此模型修正柴油喷射需求量。
参阅图5，一种用于净化排气碳颗粒的喷射***的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
步骤一、发动机提供大于5bar的柴油通过快插接头501进入到进液口205，ECU14根据第一压力传感器4反馈的压力腔601内压力控制开关电磁阀2的开启或关闭，实现压力腔601内压力稳定在5bar±0.1bar；
步骤二、ECU14根据柴油机颗粒捕集器20工作的排温需求，控制计量阀3以1Hz的频率开启相应的时长，实现柴油定量喷射；
步骤三、ECU 14时时监控第二压力传感器11压力数值，当计量阀3开启后，第二压力传感器11输出压力迅速上升至5bar，若无上升，则计量阀3出现卡死不开启故障，ECU 14报相应故障；当计量阀3关闭后，第二压力传感器11输出压力迅速从5bar下降，若无下降，则喷射器7出现卡死不喷射故障，ECU 14报相应故障。

Claims (7)

1.一种用于净化排气碳颗粒的喷射***，其特征在于，该喷射***包括控制器(1)和喷射器(7)；所述的控制器(1)与ECU(14)连接；所述的喷射器(7)与排气管(17)连接；其中所述的控制器(1)包括开关电磁阀(2)、计量阀(3)、第一压力传感器(4)、第二压力传感器(11)、控制器上壳体(5)和控制器壳体(6)；所述的开关电磁阀(2)、计量阀(3)、第一压力传感器(4)安装在控制器壳体(6)上；所述的控制器上壳体(5)通过螺钉紧固在控制器壳体(6)上并与开关电磁阀(2)和计量阀(3)相连；所述的第二压力传感器(11)安装在控制器上壳体(5)上；所述的喷射器(7)包括喷嘴(8)和高温绝热垫(9)；所述的喷嘴(8)固定在排气管(17)上；所述的高温绝热垫(9)设置在喷嘴(8)和排气管(17)之间；所述的控制器(1)与喷射器(7)通过燃油管路(10)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于净化排气碳颗粒的喷射***，其特征在于，所述的开关电磁阀(2)包括第一电磁线圈(201)、第一针阀总成(202)、出液口(203)、第一阀座(204)、进液口(205)和第一弹簧(206)；所述的开关电磁阀(2)的下端与控制器壳体(6)相连，上端与控制器上壳体(5)相连；所述的出液口(203)开在第一阀座(204)的下端、所述的进液口(205)开在第一阀座(204)的上端；所述的第一针阀总成(202)的下端与第一阀座(204)接触，第一针阀总成(202)的上端与第一弹簧(206)的底端接触；所述的第一针阀总成(202)在第一弹簧(206)的压缩下与第一阀座(204)密封；所述的第一电磁线圈(201)套在第一针阀总成(202)外部。
3.根据权利要求1所述的一种用于净化排气碳颗粒的喷射***，其特征在于，所述的计量阀(3)包括第二电磁线圈(301)、第二针阀总成(302)、第二阀座(303)、计量孔(304)和第二弹簧(305)；所述的计量阀(3)的下端与控制器壳体(6)相连，上端与控制器上壳体(5)相连；所述的计量孔(304)开在第二阀座(303)上；所述的第二针阀总成(302)的上端与第二阀座(303)接触，第二针阀总成(302)的下端与第二弹簧(305)接触；所述的第二针阀总成(302)在第二弹簧(305)的压缩力下与第二阀座(303)密封；所述的第二电磁线圈(301)套在第二针阀总成(302)外部。
4.根据权利要求1所述的一种用于净化排气碳颗粒的喷射***，其特征在于，所述的控制器上壳体(5)上设置有快插接头(501)和出液口接头(502)；所述的控制器壳体(6)内部设置有压力腔(601)。
5.根据权利要求1所述的一种用于净化排气碳颗粒的喷射***，其特征在于，所述的喷嘴(8)包括壳体(801)、球阀(802)、第三弹簧(803)、调整垫片(804)、涡流器(805)、第三阀座(806)和适配器(807)；所述的球阀(802)、第三弹簧(803)、调整垫片(804)、涡流器(805)、第三阀座(806)设置在壳体(801)内，所述的壳体(801)与适配器(807)焊接为一体；所述的球阀(802)与壳体(801)的内壁锥面结合形成密封锥面；所述的第三弹簧(803)的上端与球阀(802)接触，第三弹簧(803)的下端与调整垫片(804)接触；所述的调整垫片(804)设置于第三弹簧(803)和涡流器(805)之间；所述的涡流器(805)的下端与第三阀座(806)接触；所述的第三阀座(806)上设置有喷射孔。
6.根据权利要求5所述的一种用于净化排气碳颗粒的喷射***，其特征在于，所述的涡流器(805)包括进油槽(805.1)、涡流槽(805.3)；所述的进油槽(805.1)开在涡流器(805)轴向侧面并且与第三阀座(806)形成燃油通道；所述的涡流槽(805.3)开在涡流器(805)的底部端面上。
7.根据权利要求1所述的，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：
步骤一、发动机提供大于5bar的柴油通过快插接头(501)进入到进液口(205)，ECU(14)根据第一压力传感器(4)反馈的压力腔(601)内压力控制开关电磁阀(2)的开启或关闭，实现压力腔(601)内压力稳定在5bar±0.1bar；
步骤二、ECU(14)根据柴油机颗粒捕集器(20)工作的排温需求，控制计量阀(3)以1Hz的频率开启相应的时长，实现柴油定量喷射；
步骤三、ECU(14)时时监控第二压力传感器(11)压力数值，当计量阀(3)开启后，第二压力传感器(11)输出压力迅速上升至5bar，若无上升，则计量阀(3)出现卡死不开启故障，ECU(14)报相应故障；当计量阀(3)关闭后，第二压力传感器(11)输出压力迅速从5bar下降，若无下降，则喷射器(7)出现卡死不喷射故障，ECU(14)报相应故障。
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