本發(fā)明涉及柴油機尾氣后處理領域，特別是一種雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)及控制方法。

背景技術：

隨著商用車國Ⅳ排放法規(guī)的實施，整車必須加裝氮氧化物（NOx）排放后處理裝置。

目前我國的中重型柴油機，普遍采用選擇性催化還原（SCR）技術路線，即將標準車用尿素水溶液噴射到排氣中，使用其分解產(chǎn)生的氨氣（NH₃）對NOx進行選擇性催化還原，生成無害的氮氣（N₂）和水（H₂O）。

專利文獻1（CN201010513101.0）中介紹了一種氣動式單尿素箱全放氣清空管路SCR尿素系統(tǒng)，尿素箱上面布置尿素液加注口，溫度及液位傳感器，尿素箱壓力傳感器，加熱管路，壓縮氣體進入壓縮氣體管路Ⅰ和壓縮氣體管路Ⅲ，放氣至壓縮氣體電磁閥B，壓縮氣體控制閥A、壓縮氣體控制閥B、壓縮氣體控制閥C設在汽車儲氣筒與尿素箱之間的壓縮空氣管路中，尿素液濾清器設在尿素箱與尿素液噴射器之間的尿素液供給管路中；ECU信號控制壓縮氣體控制閥A、壓縮氣體控制閥B、壓縮氣體控制閥C三個電磁閥及尿素液噴射器。

專利文獻2（CN201020661310.5）中介紹了一種氣動式單尿素箱截流孔放氣清空式尿素系統(tǒng)，壓縮氣體電磁閥設在汽車儲氣筒與尿素箱之間的壓縮空氣管路中，截流孔設在壓縮氣體電磁閥與內(nèi)置或外置尿素濾清器和尿素噴射器之間的尿素管路中，內(nèi)置或外置尿素液濾清器設在尿素箱與尿素液噴射器之間的尿素液供給管路中；ECU控制信號A、ECU控制信號B、ECU控制信號C控制壓縮氣體控制閥和壓縮氣體電磁閥及尿素液噴射器。

專利文獻3（CN201010513102.5）報道了一種氣動式單尿素箱非放氣清空管路SCR尿素系統(tǒng)，由尿素液加注口、尿素箱、水加熱管路、尿素液溫度及液位信號、大氣溫度信號、SCR入口溫度信號、NOx信號、尿素箱壓力信號、ECU控制信號分為信號Ⅰ、信號Ⅱ、信號Ⅲ、尿素噴射器、尿素噴射器冷卻管路、尿素箱加熱控制閥、壓縮氣體控制閥A和壓縮氣體電磁閥B、壓縮氣體管路a和壓縮氣體管路b、尿素輸液管、尿素液濾清器組成。

對于上述專利文獻1、專利文獻2和專利文獻3公開的SCR尿素系統(tǒng)，均分別介紹了氣驅(qū)系統(tǒng)的相關概念，且均在尿素箱中增設了氣路壓力傳感器，用于對尿素箱內(nèi)的氣體壓力進行檢測。

然而，ECU無法對尿素濾清器的堵塞狀況進行監(jiān)測，更無法對這種情況進行有效保護。當尿素濾清器堵塞時，尿素噴射壓力降低，進一步導致尿素噴嘴噴射量降低、噴霧惡化，造成排放超標、后處理系統(tǒng)中結(jié)晶。

進一步，ECU也無法對尿素噴嘴工作狀態(tài)進行判斷，如當尿素噴嘴發(fā)生堵塞時，ECU只能判斷系統(tǒng)工作異常，造成系統(tǒng)報錯不聚焦，增加維修排查難度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，而提供一種雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)，該雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)具有能對系統(tǒng)壓力進行檢測的氣路壓力傳感器和能對噴射壓力進行檢測的液路壓力傳感器，ECU通過對氣路壓力傳感器和液路壓力傳感器信號的綜合分析，實現(xiàn)對尿素噴嘴的精度控制、對尿素噴嘴工作狀態(tài)的精確判斷、以及對尿素濾清器按阻力精確定時保養(yǎng)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)，包括尿素罐、尿素濾清器、氣源、尿素噴嘴和控制器ECU；尿素罐上設置有進氣閥和排氣閥，進氣閥的進氣端與氣源相連接；尿素罐內(nèi)還設置有氣路壓力傳感器；尿素濾清器的輸入端與尿素罐相連接，尿素濾清器的輸出端與尿素噴嘴相連接；進氣閥、排氣閥、氣路壓力傳感器和尿素噴嘴均與控制器ECU相連接；在尿素濾清器與尿素噴嘴之間設置有與控制器ECU相連接的液路壓力傳感器；該液路壓力傳感器包括控制芯片、傳感器接頭、導熱片及電加熱尿素管。

傳感器接頭固定設置在控制芯片的兩端，每個傳感器接頭內(nèi)均設置有液流通道，每個液流通道的內(nèi)壁面均設置有導熱片；每個傳感器接頭的外周均套裝有電加熱尿素管。

所述控制芯片與尿素相接觸部分的外周包覆有防凍橡膠。

每個傳感器接頭均采用SAEJ2044標準的快插接頭。

尿素罐的耐壓能力大于12bar。

本發(fā)明還提供一種雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)的控制方法，該雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)的控制方法具有能對系統(tǒng)壓力進行檢測的氣路壓力傳感器和能對噴射壓力進行檢測的液路壓力傳感器，ECU通過對氣路壓力傳感器和液路壓力傳感器信號的綜合分析，實現(xiàn)對尿素噴嘴的精度控制、對尿素噴嘴工作狀態(tài)的精確判斷、以及對尿素濾清器按阻力精確定時保養(yǎng)。

一種雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)的控制方法，氣路壓力傳感器對尿素罐內(nèi)壓力進行檢測，液路壓力傳感器對尿素噴嘴的噴射壓力進行檢測；控制器ECU通過對氣路壓力傳感器和液路壓力傳感器檢測數(shù)據(jù)的綜合分析，能實現(xiàn)對尿素噴射系統(tǒng)壓力的控制；尿素噴射系統(tǒng)壓力控制包括如下步驟。

步驟11，尿素罐壓力控制：控制器ECU通過對進氣閥和排氣閥開啟時機的控制，使尿素罐內(nèi)的氣體壓力保持在Pa~Pb的范圍之內(nèi)。

步驟12，尿素噴射參數(shù)控制：尿素噴嘴按照1Hz的噴射頻率開啟，控制器ECU通過控制尿素噴嘴每秒的開啟時長T1控制尿素噴射量。

步驟13，氣液路壓力差異常時的尿素噴射參數(shù)控制：當尿素噴嘴開啟時，尿素液路壓力下降，故液路壓力傳感器信號低于氣路壓力傳感器信號，氣液路壓力差假設為Pd，Pe為尿素正常噴射時氣液路壓力差的上限值；當Pd>Pe，尿素異常噴射時，為保證車輛正常使用，將尿素噴射參數(shù)按如下方法進行調(diào)整控制。

步驟131：當Pe<Pd<Pf時，控制器ECU將尿素噴嘴的每秒噴射時長T2調(diào)整為T2=k*T1，其中，k為噴射時長修正系數(shù)，k=1+Pd/（Pa+Pb）/2，Pf取值范圍為1.5Pe~2Pe。

步驟132：當Pf<Pd<Pg時，將尿素噴嘴噴射頻率由1Hz提高至2Hz時，使氣液路壓力差Pd下降；其中，Pg取值范圍為2Pe~3Pe。

步驟133：當Pd＞Pg時，控制器ECU 將尿素罐的壓力范圍調(diào)整為（Pa+Pd/2）~（Pb+Pd/2）；同時，控制器ECU報警提示，需要更換尿素濾清器濾芯。

控制器ECU通過對氣路壓力傳感器和液路壓力傳感器檢測數(shù)據(jù)的綜合分析，還能實現(xiàn)尿素噴嘴工作狀態(tài)的診斷，尿素噴嘴工作狀態(tài)診斷包括如下步驟。

步驟21，系統(tǒng)電氣部件的故障檢測：車輛上電啟動，控制器ECU 對系統(tǒng)電氣部件的電路通斷及電阻有無進行檢測，系統(tǒng)電氣部件包括進氣閥、排氣閥、氣路壓力傳感器、液路壓力傳感器和尿素噴嘴；若正常則判斷系統(tǒng)電氣部件正常，否則判斷為相關的電氣部件故障。

步驟22，系統(tǒng)建壓：當步驟21判斷系統(tǒng)電氣部件工作正常后，控制器ECU 控制進氣閥打開使尿素罐內(nèi)壓力上升，若在時間T3內(nèi)氣路壓力傳感器信號P5及液路壓力傳感器信號P6均達到Pb，則判斷系統(tǒng)建壓成功；若在T3時間內(nèi)氣路壓力傳感器信號P5未達到Pb，則報系統(tǒng)建壓失敗故障；若在T3時間內(nèi)P6未達到Pb，則報液路堵塞故障。

步驟23，氣液路泄露故障檢測：系統(tǒng)建壓成功后，控制器ECU 關閉進氣閥及排氣閥，監(jiān)測氣路壓力傳感器信號P5及液路壓力傳感器信號P6。

a）若氣路壓力傳感器信號P5在時間T5內(nèi)壓力降小于Ph，且Ph≤Pg，則判斷系統(tǒng)氣路工作正常。

b）若氣路壓力傳感器信號P5在時間T5內(nèi)壓力降大于等于Ph，則報系統(tǒng)氣路泄漏故障。

c）若液路壓力傳感器信號P6在時間T6內(nèi)壓力降小于Pi，且Pi<Pe，則判斷系統(tǒng)液路工作正常。

d）若液路壓力傳感器信號P6在時間T6內(nèi)壓力降大于等于Pi，則報系統(tǒng)液路泄漏故障。

步驟24，尿素噴嘴故障檢測：當步驟23中判斷系統(tǒng)液路及氣路均正常后，控制器ECU 控制尿素噴嘴以0.05s時長開啟一次，監(jiān)測氣液路壓力差Pd，設定Pd正常值范圍為Pj<Pd<Pk，且Pk≤Pe，當Pd<Pj，則報尿素噴嘴堵塞故障；當Pd>Pk，則報尿素噴嘴泄漏故障。

所述尿素噴射參數(shù)調(diào)整控制過程中，Pa取值為670KPa，Pb取值為730KPa，Pe取值為50KPa，Pf取值為75KPa，Pg取值為100KPa。

所述尿素噴嘴工作狀態(tài)診斷過程中，Pi取值為20KPa，Ph取值為100KPa，Pj取值為15KPa，Pk取值為50KPa，T3取值10s，T5及T6均取值為1s。

本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)和方法后，能對系統(tǒng)壓力進行檢測的氣路壓力傳感器和能對噴射壓力進行檢測的液路壓力傳感器，ECU通過對氣路壓力傳感器和液路壓力傳感器信號的綜合分析，實現(xiàn)以下三個目的：

1.優(yōu)化系統(tǒng)壓力控制，提高對尿素噴嘴的控制精度，避免系統(tǒng)排放超標或尿素結(jié)晶。

2.優(yōu)化系統(tǒng)OBD精度，實現(xiàn)對尿素噴嘴工作狀態(tài)的精確判斷。

3.對尿素濾清器堵塞問題進行精確判斷，實現(xiàn)尿素濾清器按阻力精確定時保養(yǎng)。

附圖說明

圖1顯示了本發(fā)明一種雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示了液路壓力在尿素噴嘴噴射時的變化示意圖。

圖3顯示了尿素噴嘴在不同噴射頻率下的液路壓力變化示意圖。

圖4顯示了液路壓力傳感器的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

其中有：1.尿素罐；2.尿素濾清器；3.進氣閥；4.排氣閥；5.氣路壓力傳感器；6.液路壓力傳感器；601.控制芯片；602.防凍橡膠；603.傳感器接頭；604.導熱片；605.液流通道；606.圖接點；607.電加熱尿素管；7.尿素噴嘴；8.控制器ECU；9.氣源。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體較佳實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，一種雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)，包括尿素罐1、尿素濾清器2、氣源9、尿素噴嘴7和控制器ECU 8。

尿素罐的耐壓能力優(yōu)選大于12bar，尿素罐上設置有進氣閥3和排氣閥4，進氣閥的進氣端與氣源相連接。尿素罐內(nèi)還設置有氣路壓力傳感器5，用于向控制器ECU 8提供尿素罐內(nèi)壓縮氣體的壓力信號。

尿素濾清器的輸入端與尿素罐相連接，尿素濾清器的輸出端與尿素噴嘴相連接。尿素濾清器用于過濾尿素液中的雜質(zhì)，避免雜質(zhì)對尿素噴嘴7造成損壞。

在尿素濾清器與尿素噴嘴之間設置有液路壓力傳感器6，用于測量尿素噴嘴7的噴射壓力。

控制器ECU 8根據(jù)發(fā)動機工況設定尿素噴射量，并控制尿素噴嘴7噴射。

上述進氣閥3、排氣閥4、氣路壓力傳感器5、液路壓力傳感器6和尿素噴嘴7均與控制器ECU相連接.

如圖4所示，液路壓力傳感器6包括控制芯片601、傳感器接頭603、導熱片604及電加熱尿素管607。

控制芯片優(yōu)選采用Infineon SP270壓力芯片。

傳感器接頭固定設置在控制芯片的兩端，每個傳感器接頭均優(yōu)選采用SAEJ2044標準的快插接頭。

每個傳感器接頭內(nèi)均設置有液流通道，每個液流通道的內(nèi)壁面均設置有導熱片。

每個傳感器接頭的外周均套裝有電加熱尿素管，優(yōu)選每個傳感器接頭的外周均設置有凸接點606，電加熱尿素管與對應凸接點相配合。

在低溫時，液路壓力傳感器6存在結(jié)冰堵塞風險，若在液路壓力傳感器6上設計加熱結(jié)構(gòu)成本高、控制復雜。液路壓力傳感器6采用上述結(jié)構(gòu)后，當電加熱尿素管加熱時，導熱片將熱量傳遞到液路壓力傳感器6內(nèi)部，從而使傳感器內(nèi)尿素解凍。同時將傳感器接頭603等主體部分全部設計為塑料結(jié)構(gòu)，充分降低液路壓力傳感器6內(nèi)部與外部的溫度傳導。

進一步，控制芯片與尿素相接觸部分的外周包覆有防凍橡膠。防凍橡膠為現(xiàn)有材料，如201510408284.2中所公開的防凍橡膠材料即可。

尿素結(jié)冰時會產(chǎn)生體積膨脹，存在將控制芯片601脹壞風險，防凍橡膠602的設置，當結(jié)冰膨脹時，冰晶壓縮防凍橡膠602，從而不會導致控制芯片601損壞。當溫度回升后，防凍橡膠602回彈，從而可以反復吸收尿素結(jié)冰的膨脹體積。

一種雙壓力傳感器式氣驅(qū)尿素噴射系統(tǒng)的控制方法，氣路壓力傳感器對尿素罐內(nèi)壓力進行檢測，氣路壓力傳感器信號設為P5。液路壓力傳感器對尿素噴嘴的噴射壓力進行檢測，液路壓力傳感器信號設為P6?？刂破鱁CU通過對氣路壓力傳感器和液路壓力傳感器檢測數(shù)據(jù)的綜合分析，能實現(xiàn)對尿素噴射系統(tǒng)壓力的控制和實現(xiàn)尿素噴嘴工作狀態(tài)的診斷。

尿素噴射系統(tǒng)壓力控制包括如下步驟。

步驟11，尿素罐壓力控制：控制器ECU通過對進氣閥和排氣閥開啟時機的控制，使尿素罐內(nèi)的氣體壓力保持在Pa~Pb的范圍之內(nèi)。Pa優(yōu)選取值為670KPa，Pb優(yōu)選取值為730KPa。

控制器ECU對進氣閥和排氣閥開啟時機的控制過程具體如下。

車輛啟動后，控制器ECU 8給予進氣閥3開啟信號，壓縮氣體由氣源9經(jīng)進氣閥3進入尿素罐1，尿素罐1內(nèi)氣壓由氣路壓力傳感器5測取，當壓力達到Pb后控制器ECU 8控制進氣閥3關閉。

如圖2所示，隨著尿素噴嘴7噴射尿素，尿素罐1內(nèi)尿素體積減少，氣體容積增大，壓力降低，當壓力降到Pa時，控制器ECU 8再次控制進氣閥3打開，保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在設定范圍內(nèi)。

設定尿素壓力上限Pc，優(yōu)選為750kPa，Pc>Pb，當尿素罐1內(nèi)氣壓超出Pc時，控制器ECU 8控制排氣閥4開啟，以釋放尿素罐1內(nèi)氣壓，當尿素罐1內(nèi)壓力降至Pb時，關閉排氣閥4。

步驟12，尿素噴射參數(shù)控制：尿素罐1內(nèi)尿素由氣壓驅(qū)動經(jīng)尿素濾清器2過濾后進入尿素噴嘴7，ECU 8根據(jù)發(fā)動機標定情況設定尿素噴射量。尿素噴嘴7按照1Hz的頻率開啟，控制器ECU 8通過控制尿素噴嘴7每秒的開啟時長T1控制尿素噴射量。

步驟13，氣液路壓力差異常時的尿素噴射參數(shù)控制：當尿素噴嘴開啟時，尿素液路壓力下降，如圖2所示。此時，故液路壓力傳感器信號P6低于氣路壓力傳感器信號P5，氣液路壓力差假設為Pd，Pe為尿素正常噴射時氣液路壓力差的上限值，Pe優(yōu)選取值為50KPa。

只有當Pd<Pe時，才能進行正常尿素噴射控制。然而，當系統(tǒng)在整車上運行一段時間后，由于尿素中不可避免存在一定量雜質(zhì)，雜質(zhì)聚集在尿素濾清器2上，導致尿素濾清器2阻力增大，從而使Pd>Pe。

此時實際上相當于尿素噴射壓力降低，如果仍然按照原開啟時長控制尿素噴嘴7開啟，必然導致尿素噴射量減少、尿素噴霧惡化，這樣就容易導致排放超標、排氣管路出現(xiàn)尿素結(jié)晶，進而導致車輛限扭無力，影響車輛的正常使用。

當Pd>Pe，尿素異常噴射時，為保證車輛正常使用，將尿素噴射參數(shù)按如下方法進行調(diào)整控制，具體控制方法如下所述。

步驟131：當Pe<Pd<Pf，Pf優(yōu)選取值為75KPa時，也即Pd取值范圍為50~75KPa時，控制器ECU將尿素噴嘴的每秒噴射時長T2調(diào)整為T2=k*T1，其中，k為噴射時長修正系數(shù)，k=1+Pd/（Pa+Pb）/2。

步驟132：當Pf<Pd<Pg，Pg優(yōu)選取值為100KPa時，也即Pd取值范圍為75~100KPa時，將尿素噴嘴噴射頻率由1Hz提高至2Hz時，使氣液路壓力差Pd下降。如圖3所示，圖3中的實線表示1Hz噴射頻率下的壓力變化，圖3中的虛線表示2Hz噴射頻率下的壓力變化。當系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)壓力恢復正常后，仍將尿素噴嘴開啟頻率設定為1Hz。

步驟133：當Pd＞Pg時，也即Pd取值范圍為＞100KPa時，控制器ECU 將尿素罐的壓力范圍調(diào)整為（Pa+Pd/2）~（Pb+Pd/2）；同時，控制器ECU報警提示，需要更換尿素濾清器濾芯。

尿素噴嘴工作狀態(tài)診斷包括如下步驟。

步驟21，系統(tǒng)電氣部件的故障檢測：車輛上電啟動，控制器ECU 對系統(tǒng)電氣部件的電路通斷及電阻有無進行檢測，系統(tǒng)電氣部件包括進氣閥、排氣閥、氣路壓力傳感器、液路壓力傳感器和尿素噴嘴；若正常則判斷系統(tǒng)電氣部件正常，否則判斷為相關的電氣部件故障。

步驟22，系統(tǒng)建壓：當步驟21判斷系統(tǒng)電氣部件工作正常后，控制器ECU 控制進氣閥打開使尿素罐內(nèi)壓力上升，若在時間T3內(nèi)氣路壓力傳感器信號P5及液路壓力傳感器信號P6均達到Pb，則判斷系統(tǒng)建壓成功；其中，T3優(yōu)選取值為10s。

若在T3時間內(nèi)氣路壓力傳感器信號P5未達到Pb，則報系統(tǒng)建壓失敗故障，系統(tǒng)停止工作，故障燈亮；若在T3時間內(nèi)P6未達到Pb，則報液路堵塞故障，系統(tǒng)停止工作，故障燈亮。

步驟23，氣液路泄露故障檢測：系統(tǒng)建壓成功后，控制器ECU 關閉進氣閥及排氣閥，監(jiān)測氣路壓力傳感器信號P5及液路壓力傳感器信號P6。

a）若氣路壓力傳感器信號P5在時間T5內(nèi)壓力降小于Ph，且Ph≤Pg，Ph優(yōu)選取值為100KPa；則判斷系統(tǒng)氣路工作正常。

b）若氣路壓力傳感器信號P5在時間T5內(nèi)壓力降大于等于Ph，T5優(yōu)選取值為1s，則報系統(tǒng)氣路泄漏故障，系統(tǒng)停止工作，故障燈亮。

c）若液路壓力傳感器信號P6在時間T6內(nèi)壓力降小于Pi，且Pi<Pe，則判斷系統(tǒng)液路工作正常。其中，T6優(yōu)選取值為1s，Pi優(yōu)選取值為20KPa。

d）若液路壓力傳感器信號P6在時間T6內(nèi)壓力降大于等于Pi，則報系統(tǒng)液路泄漏故障。

步驟24，尿素噴嘴故障檢測：當步驟23中判斷系統(tǒng)液路及氣路均正常后，控制器ECU 控制尿素噴嘴以0.05s時長開啟一次，監(jiān)測氣液路壓力差Pd，設定Pd正常值范圍為Pj<Pd<Pk，且Pk≤Pe，其中，Pj優(yōu)選取值為15KPa，Pk優(yōu)選取值為50KPa。當Pd<Pj，則報尿素噴嘴堵塞故障，系統(tǒng)停止工作，故障燈亮；當Pd>Pk，則報尿素噴嘴泄漏故障，系統(tǒng)停止工作，故障燈亮。

以上尿素噴嘴工作狀態(tài)診斷全部判斷正常后，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)正常工作過程中仍然按照步驟21至步驟24實時進行監(jiān)控，保證系統(tǒng)氣路、液路暢通，尿素噴嘴噴射量正常，尿素濾芯阻力在設定范圍內(nèi)。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。