一种车用尿素溶液快速化冻装置及控制尿素溶液喷射方法与流程

本发明属于尾气处理，尤其涉及一种车用尿素溶液快速化冻装置及控制尿素溶液喷射方法。

背景技术：

1、车用尿素溶液为32.5％的尿素溶液，其作用是在scr(selective catalyticreduction，选择性催化还原)中作为还原剂(氨)的载体使用。在scr催化剂的作用下，氨与发动机尾气中的氮氧化物(nox)(氮氧化物是有害气体，会造成酸雨，雾霾和光化学烟雾，是发动机排放需要控制的主要危害物之一)发生反应，生成氮气和水，从而将其去除。

2、在scr系统中直接使用氨气存在着安全问题，存储，运输，使用都不方便。因此，在现在的scr系统中，使用尿素溶液来产生氨。具体过程是：将尿素溶液喷射进入尾气系统。在尾气热量和水的作用下，喷射的尿素溶液经过热解和水解转换成氨气。

3、尿素溶液存在着低温凝结的问题。因此在实际使用当中选用冻结温度最低的共熔态的(质量浓度32.5％)尿素溶液作为车用尿素溶液。由于车用尿素溶液仍然会在零下11摄氏度的环境当中冻结，因此在环境温度低于零下11摄氏度时，需要通过加热器件对其进行加热，使之液化后使用。

4、车用尿素溶液的加热器件有冷却液加热和电加热两大类。在体积较大的尿素箱中一般采用冷却液加热。冷却液加热时，发动机的冷却液通过一个加热管路，在其中进行热量交换，从而加热尿素溶液。加热的作用有两个：解冻和防冻。在发动机开始运行时，首先需要将尿素溶液解冻，而当环境温度很低时，要保持尿素溶液在一定的温度，从而防止其再次冻结。

5、对尿素溶液的解冻是有时间限制的，即在发动机点火后发动机启动以后，需要在一定的时间内将尿素溶液解冻。这个解冻时间由法规规定，比如国六法规就规定在发动机启动后70分钟之内需要将尿素溶液解冻，并开始进行尿素喷射。在发动机系统中，冷却液一般能提供足够的温度和热量解冻尿素箱中的尿素溶液并在寒冷的环境中维持其液体状态，但受到冷却回路设计、发动机体积、重量、成本、以及工况等条件的限制，冷却液的流量不能过大，而这使得在尿素箱体积较大的应用中缺乏足够的加热功率在短时间内融化尿素箱中冻结的尿素溶液。影响尿素箱加热功率的另一个因素是冷却液在尿素箱中与尿素溶液的接触面积。为了提高加热功率，在尿素箱中的冷却液加热管路设计中就需要加大冷却液与尿素溶液的接触面积，而按iso22241标准，冷却液加热管路一般采用不锈钢(比如ss303、ss304、ss316)，增加冷却液管路会大大影响尿素箱的形状、安装、重量、可靠性和成本。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种车用尿素溶液快速化冻装置及控制尿素溶液喷射方法。

2、为了解决上述技术问题，第一方面，公开了一种车用尿素溶液快速化冻装置，位于尿素箱中，包括隔热腔、加热器件、温度传感器组件和控制器，所述加热器件位于隔热腔内部，所述温度传感器组件用于测量隔热腔内外部尿素溶液的温度，与控制器电连接；所述隔热腔的腔壁上设置有开孔，尿素溶液能够通过所述开孔进出隔热腔；所述控制器用于根据温度控制连接于所述尿素箱的尿素泵的启停和尿素喷射。

3、进一步地，所述温度传感器组件包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器位于隔热腔内部，所述第二温度传感器位于隔热腔外部；所述加热器件为冷却液加热管路，用于加热隔热腔内部的尿素溶液。

4、进一步地，所述开孔上设置有止回阀。

5、进一步地，所述隔热腔包括隔热壳，所述隔热壳用于降低热传导，使得冷却液加热管路释放的热量首先用于加热隔热腔内部的尿素溶液；隔热壳上设置有对应的开孔。

6、进一步地，所述隔热腔还包括反射内衬，所述反射内衬固定设置于所述隔热壳内壁上，设置有对应的开孔。

7、第二方面，公开了一种控制尿素溶液喷射方法，使用上述所述的车用尿素溶液快速化冻装置，包括：

8、步骤1，获取第一温度传感器的第一温度测量值，若所述第一温度测量值大于第一温度阈值，开启连接于尿素箱的尿素泵并允许尿素喷射；否则，判断是否存在加热故障；

9、步骤2，若不存在加热故障，获取第二温度传感器的第二温度测量值，判断是否存在传感器故障；

10、步骤3，若不存在传感器故障，继续执行步骤1。

11、进一步地，还包括步骤4，在步骤1中开启尿素泵并允许尿素喷射后，获取第二温度传感器的第二温度测量值，若第二温度测量值不超过第二温度阈值，判断是否存在加热故障；

12、步骤5，若不存在加热故障，判断尿素喷射总量是否大于允许喷射量，若尿素喷射总量大于允许喷射量，则停止尿素喷射，继续执行步骤4；否则，直接执行步骤4。

13、进一步地，步骤1中判断是否存在加热故障，包括：判断加热时间是否超过第一时间阈值，若加热时间超过第一时间阈值，则判定存在加热故障。

14、进一步地，步骤2中判断是否存在传感器故障，包括：判断第二温度测量值是否大于第二温度阈值，若第二温度测量值大于第二温度阈值，则判定存在传感器故障。

15、进一步地，步骤4中判断是否存在加热故障，包括：判断加热时间是否超过第二时间阈值，或者获取第一温度传感器的第一温度测量值，判断第一温度测量值是否大于第三温度阈值，若加热时间超过第二时间阈值，或者第一温度测量值大于第三温度阈值，则判定存在加热故障，关闭尿素泵，停止尿素喷射。

16、进一步地，步骤5中允许喷射量的计算公式如下：

17、uth＝(l-thd_minl)*π*(d/2)^2        (f1)

18、式中，uth表示允许喷射量，l是尿素冻结之前测得的隔热腔中尿素溶液的液位高度，thd_minl是保持溶液与冷却液加热管路接触所需要的最低液位，d是隔热腔的直径。

19、有益效果：

20、本申请提供的一种车用尿素溶液快速化冻装置，通过隔热腔将尿素箱分割为速融和缓融部分，速融部分使得尿素快速化冻，尿素泵尽快开始工作，而不必等尿素箱中的尿素溶液完全化冻以后再开始工作，同时缓融部分又能在加热器件持续供热下继续化冻并供液，以保持尿素泵持续运行。提供的一种控制尿素溶液喷射方法，基于隔热腔内外的温度传感器，能够进行温度传感器故障诊断、加热故障诊断、控制最大溶液抽出量以保持隔热腔内加热器件与尿素溶液的接触，避免化冻过程中出现由于加热不均匀和融化后的尿素溶液抽走太多而导致的传热问题。

技术特征：

1.一种车用尿素溶液快速化冻装置，其特征在于，位于尿素箱中，包括隔热腔、加热器件、温度传感器组件和控制器，所述加热器件位于隔热腔内部，所述温度传感器组件用于测量隔热腔内外部尿素溶液的温度，与控制器电连接；所述隔热腔的腔壁上设置有开孔，尿素溶液能够通过所述开孔进出隔热腔；所述控制器用于根据温度控制连接于所述尿素箱的尿素泵的启停和尿素喷射。

2.根据权利要求1所述的一种车用尿素溶液快速化冻装置，其特征在于，所述温度传感器组件包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器位于隔热腔内部，所述第二温度传感器位于隔热腔外部；所述加热器件为冷却液加热管路，用于加热隔热腔内部的尿素溶液。

3.根据权利要求2所述的一种车用尿素溶液快速化冻装置，其特征在于，所述开孔上设置有止回阀。

4.根据权利要求3所述的一种车用尿素溶液快速化冻装置，其特征在于，所述隔热腔包括隔热壳，所述隔热壳用于降低热传导，使得冷却液加热管路释放的热量首先用于加热隔热腔内部的尿素溶液；隔热壳上设置有对应的开孔。

5.根据权利要求4所述的一种车用尿素溶液快速化冻装置，其特征在于，所述隔热腔还包括反射内衬，所述反射内衬固定设置于所述隔热壳内壁上，设置有对应的开孔。

6.一种控制尿素溶液喷射方法，使用权利要求1-5任一项所述的车用尿素溶液快速化冻装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的一种控制尿素溶液喷射方法，其特征在于，还包括步骤4，在步骤1中开启尿素泵并允许尿素喷射后，获取第二温度传感器的第二温度测量值，若第二温度测量值不超过第二温度阈值，判断是否存在加热故障；

8.根据权利要求7所述的一种控制尿素溶液喷射方法，其特征在于，步骤1中判断是否存在加热故障，包括：判断加热时间是否超过第一时间阈值，若加热时间超过第一时间阈值，则判定存在加热故障。

9.根据权利要求8所述的一种控制尿素溶液喷射方法，其特征在于，步骤2中判断是否存在传感器故障，包括：判断第二温度测量值是否大于第二温度阈值，若第二温度测量值大于第二温度阈值，则判定存在传感器故障。

10.根据权利要求9所述的一种控制尿素溶液喷射方法，其特征在于，步骤4中判断是否存在加热故障，包括：判断加热时间是否超过第二时间阈值，或者获取第一温度传感器的第一温度测量值，判断第一温度测量值是否大于第三温度阈值，若加热时间超过第二时间阈值，或者第一温度测量值大于第三温度阈值，则判定存在加热故障，关闭尿素泵，停止尿素喷射。

11.根据权利要求10所述的一种控制尿素溶液喷射方法，其特征在于，步骤5中允许喷射量的计算公式如下：

技术总结
本发明公开一种车用尿素溶液快速化冻装置及控制尿素溶液喷射方法，所述装置位于尿素箱中，包括隔热腔、加热管路、温度传感器组件和控制器，所述加热管路位于隔热腔内部，所述温度传感器组件用于测量隔热腔内外部尿素溶液的温度，与控制器电连接；所述隔热腔的腔壁上设置有开孔，尿素溶液能够通过所述开孔进出隔热腔；所述控制器用于根据温度控制尿素泵的启停和尿素喷射。该装置将尿素溶液分成速融和缓融两部分，速融部分使得尿素泵可以尽快地进行工作，而缓融部分支持尿素泵的持续工作。该装置和方法可以在加热功率较低的情况下满足尿素喷射系统对化冻时间的要求。

技术研发人员：齐宝华
受保护的技术使用者：宁波楷世环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4