一种液体喷射计量单元制造技术

一种液体喷射计量单元与控制方法，包括一个喷射单元和一个计量控制器，所述喷射单元包括螺线管装置，柱塞泵和喷嘴。所述螺线管装置包括线圈、磁轭和磁阻，所述柱塞泵包括柱塞和套筒，柱塞与套筒配合形成压送容积，压送容积连接进液阀和出液阀。所述计量控制器为螺线管装置提供驱动信号，计量控制器包括一个可监测螺线管装置状态参数的监测装置，包括利用状态参数预测螺线管装置有效输出功的算法，包括以螺线管装置有效输出功为变量对液体喷射计量单元的流量进行闭环控制的方法。所述螺线管装置有效输出功是指直接对压送容积中的液体加压并形成喷射所需要的能量。本发明专利技术主要具有应用范围广，控制精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液体计量
，尤其是与发动机有关的液体喷射计量技术，具体涉及发动机燃油喷射装置，发动机尾气净化N0X选择性催化还原(SCR)系统，以及柴油发动机排气颗粒物过滤收集器(DPF)的燃油喷射再生系统及其控制技术。
技术介绍
液体喷射计量在化工、医疗和动力机械等领域有广泛的应用，尤其涉及内燃动力的多项核心技术。随着环境问题的日益突出，节能减排已经成为发动机行业最为重要的主题，世界许多国家都不断推出一系列的发动机及车辆排放标准，对此，以内燃机为动力的车辆需要更好的燃烧控制，并且安装排放后处理系统以求满足越来越严格的排放要求。例如，包括火花点火式小型发动机在内的发动机也像汽车发动机一样采用电控燃油喷射技术和排气三元催化处理技术；柴油发动机或者稀薄燃烧的缸内直喷汽油机，为降低尾气中的有害污染物，针对NOx污染物，采用能够在富氧环境下进行催化还原处理的NOx选择催化还原(SCR=Selective Catalytic Reduct1n)技术；针对柴油机的颗粒物排放,采用柴油机颗粒物过滤捕集器(DPF=Diesel Particulate Filter)技术等。所有这些技术，都涉及液体的喷射计量控制问题，对汽油喷射技术，需要喷射计量并反馈控制汽油喷射量JfDPF再生技术，需要喷射计量在DPF上游排气管雾化喷入的柴油量；而对SCR技术，需要在SCR催化器上游计量喷射NOx选择性还原剂，例如32.5%重量浓度的尿素水溶液(也叫柴油排气处理液DEF=Diesel Exhaust Fluid，或者添蓝液AdBlue)。DEF进入发动机排气管后，通过排气高温分解成氨气，与排气混合后进入SCR催化转换器。在催化剂的作用下，氨气就会与发动机排气中的NOx等发生催化还原反应，使NOx分解为无害的N2、H20。如果DEF喷射量与排气中的NOx含量不相匹配，那么要么NOx不能够被充分还原分解，排放量增加，要么剩余不少氨气排到大气中，造成二次污染。因此SCR系统必然需要精度较高的SCR计量喷射装置。对于SCR喷射计量系统，由于尿素水溶液具有导电性，传统的以直流旋转电泵为动力源的喷射计量系统不能潜入在工作液体中工作，因此多数现有技术采用以直流电机驱动的外置膜片泵为动力源，这种系统的结构复杂，除了可靠性外，还受环境的影响较大，尤其在低温环境下工作需要复杂的融冰辅助装置，售后服务维护也比较困难。在发动机领域，与液体喷射计量相关的具体技术包括但不限于:发动机电子燃油喷射系统，包括缸内直喷(⑶I)和缸外喷射(MPI),发动机尾气净化氧化氮选择性催化还原(SCR)尿素水溶液喷射系统，柴油机尾气排放颗粒物过滤(DPF)再生燃油喷射系统。采用柱塞-套筒结构，美国专利US20090301067A1公开了一种DEF喷射计量装置，其中计量喷射装置是一个螺线管驱动的柱塞泵喷嘴，安装在排气管上，需要外加一个低压泵为其从DEF储液罐提供工作液体，并且需要采取冷却措施才能正常工作。DPF再生燃油的喷射，为了提高燃烧效率以最少的燃油消耗获得最高的DPF温度达到烧掉收集的碳烟等颗粒物的目的，喷射的柴油必须雾化良好。然而，现有技术多数采用低压的喷射技术。例如，美国专利(公开号:US2007/0033927)公开的技术方案借用了汽油进气口喷射系统的基本原理和结构计量燃油，喷射压力相对比较低。总体来说，与发动机相关的喷射计量技术可分为三种不同的类型:嘴端控制，泵端控制和嘴-泵端混合控制。其中，嘴端控制已经被广泛应用于燃油进气口喷射系统，嘴-泵混合控制已经被广泛应用于燃油缸内直喷系统，泵端控制被应用于缸内燃油直喷、单缸汽油机燃油喷射和SCR系统等。现有技术很难将以上应用统一到一种类型的执行器和计量方法上。其中一个根本性的原因在于:普遍应用的旋转式低压汽油泵不能处理导电介质，如尿素水溶液等。而另外一种螺线管柱塞泵虽然可以处理导电、非导电液体，却存在精确计量困难的问题。螺线管柱塞泵可以细分为两种不同的结构，一种是柱塞运动的柱塞-套筒泵，另一种是套筒运动的套筒-柱塞泵。关于用于压送燃油的柱塞-套筒泵，美国专利20030155444A1公开了一种计量控制方法，即，通过预测柱塞的位置来预测燃油喷射量的方法。然而，由于燃油，尤其是汽油的挥发性很强，进入柱塞套中的流体通常会包含一定的蒸汽或者空气，燃油的喷射量与柱塞的位置并非存在一一对应的关系。另外，预测柱塞的位移如同预测燃油喷射量一样有难度，在实施上会存在一定的困难。因此关于螺线管柱塞泵，无论是柱塞-套筒泵或是套筒-柱塞泵，提出能够同时满足多个目标的简洁结构和应用方式，以及统一的计量方法是非常有价值的一项工作。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，之目的在于是提供能够实现泵端控制的、通用性强和结构简洁的执行器方案以及统一的控制计量方法。这些技术方案和控制方法可以广泛应用于柴油或汽油发动机尾气净化SCR和DPF系统中的液体喷射系统的设计，火花点火发动机燃油喷射系统的设计，其中包括进气口和缸内直喷两种系统。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案，S卩，，其特征在于，包括一个喷射单元和一个计量控制器，所述喷射单元包括一个螺线管装置，一个柱塞泵和一个喷嘴，所述螺线管装置包括线圈、磁轭、磁阻和电枢，其中磁轭与电枢由导磁材料构成，磁阻由非导磁材料构成，所述柱塞泵包括柱塞和套筒，柱塞与套筒配合形成压送容积，压送容积连接进液阀和出液阀，液体从进液阀进入压送容积从出液阀输出，所述计量控制器为螺线管装置提供驱动信号，计量控制器包括一个可监测螺线管装置状态参数的监测装置，包括利用状态参数预测螺线管装置有效输出功的算法，包括以螺线管装置有效输出功为变量对液体喷射计量单元的流量进行闭环控制的方法。所述螺线管装置有效输出功是指直接对压送容积中的液体加压并形成喷射所需要的能量。对于螺线管装置的控制，最常见的方法是采取PWM简单驱动的方式，这种方式不对螺线管的执行结果进行反馈修正，会产生目标与结果的不一致，往往不能完全覆盖因为液体状态的改变(例如出现两相流等)、驱动电压的改变和螺线管阻值的改变等因素对执行结果的影响。对于上述液体喷射计量单元，一种可选择的方案是套筒-柱塞泵结构，即，包括一个回位弹簧，套筒在螺线管装置和回位弹簧的驱动下往复运动，导致压送容积大小的交替变化。对于上述液体喷射计量单元，另一种可选择的方案是柱塞-套筒泵结构，即，包括一个回位弹簧，柱塞在螺线管装置和回位弹簧的驱动下往复运动，导致压送容积大小的交替变化。对于柱塞-套筒泵结构，进一步细化的方案是:柱塞包括一个电枢，电枢大致为一个圆柱体，电枢包括贯通两端面的通孔。所述通孔可以具有一定的锥度，带锥度的孔向液体压送方向扩展，用于实现液体在内部空间的定向流动，以冷却液体喷射计量单元和提高其工作的稳定性。上述方案中的回位弹簧可以被另外一个螺线管装置所取代以提供套筒或者柱塞回位所需要的力。在上述方案中，在出液道与喷嘴之间可以包括一个高压管，所述高压管由金属或者高分子材料制成，可以是定型的刚性管，也可以是可弯曲的柔性管。另外，来自储液箱的液体需要经过一个过滤器才能进入液体喷射计量单元的内部空间。一种可选择的方案是:包括一个气液混合腔，液体由喷嘴首先喷入气液混合腔中，液体与气体混合后再经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体喷射计量单元与控制方法，其特征在于，包括一个喷射单元和一个计量控制器，所述喷射单元包括一个螺线管装置，一个柱塞泵和一个喷嘴，所述柱塞泵包括柱塞和套筒，柱塞与套筒配合形成压送容积，压送容积连接进液阀和出液阀，液体从进液阀进入压送容积从出液阀输出，所述计量控制器为螺线管装置提供驱动信号，计量控制器包括一个可监测螺线管装置状态参数的监测装置， 包括利用状态参数预测螺线管装置有效输出功的算法，包括以螺线管装置有效输出功为变量对液体喷射计量单元的流量进行闭环控制的方法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郗大光，杨延相，张平，
申请(专利权)人：浙江福爱电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33