CN102245869B - 用于匹配喷射系统中的喷射剂供给的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对带有喷射系统（1）的排气净化设备的喷射剂供给进行匹配的方法，所述喷射系统(1)包括喷射剂箱(2)，喷射器(5)，经至少一个管道(4)与喷射器(5)连接的泵(3)和在管道(4)中布置在泵(3)的上游的泄压阀(9)，在所述方法中实施以下步骤:a)与环境压力相关地调整在管道(4)中的在泵（3）的下游的喷射剂压力的目标值，b)将泄压阀(9)打开一预定的时间t，c)确定在紧接着步骤b)之后通过在步骤b)中的打开产生的在目标值和喷射剂压力之间的压力差，d)与排气净化设备中的废气压力相关地调整在管道(4)中的在泵（3）的下游的喷射剂压力，e)将喷射器(5)打开一预定的时间t，f)确定在紧接着步骤e)之后通过在步骤e)中的打开产生的在目标压力和喷射剂压力之间的压力差，g)比较步骤c)和f)中的压力差，和h)必要时匹配喷射器打开时间。

Description

用于匹配喷射系统中的喷射剂供给的方法
本发明涉及一种用于匹配喷射系统中的喷射剂供给的方法。为了减少有害物质，尤其是为了减少氧化氮和为了再生柴油颗粒过滤器，已经建立了各种方法，其中还原流体(气体或液体)被引入内燃机的排气系统中。
为了减少氧化氮，SCR技术(选择性催化还原)已经证明是特别有效的，其中，在废气中含有的氧化氮(NOx)借助于氨或可以转化成氨的相应的前体物质选择性地被还原成氮和水。优选在此情况下使用水的尿素溶液。尿素溶液借助于水解催化转化器或直接地在SCR催化转化器上被水解成氨和二氧化碳。为此尿素溶液借助于专门的计量系统在水解催化转化器或SCR催化转化器之前被喷射到废气流中。在此情况下存在的问题是，一方面如何确定最佳的还原剂数量，另一方面如何保证可靠地供给和计量还原剂。
如果不能够保证还原剂的可靠供给和计量，就不能够达到从废气中有效地清除氧化氮(NOx)。还原剂的过量计量一方面可以导致不希望的排放物例如氨，一种所谓的还原剂突破。另一方面，还原剂的计量不足可以导致不充分的还原。
这也相应地适用于对柴油颗粒过滤器的再生，它通过燃油喷射实施。
在液态还原剂情况下，如常用的尿素溶液或燃油，可以借助于喷射器进行计量。喷射器的控制时间并且由此其打开时间在此时对于供给到废气后处理系统中的还原剂数量是具有决定性作用的。
为了达到尽可能好的雾化，使用高的喷射压力。这同时具有好处，即可以更容易地释放还原剂溶液中的氨。喷射器为此经管道与还原剂泵连接。
为了确定被喷射的还原剂的实际数量，将喷射的目标量调整在一个恒定值上并且仅仅按照需要改变在各喷射之间的暂停时间。恒定的目标量被如此调整，即，确定喷射器的一个恒定的控制持续时间，它对应于一个恒定的喷射量。此时重要的是，在一个确定的控制持续时间期间总是将具有相同的还原剂量。因此被喷射的量随着时间的推移通过改变两个喷射之间的暂停时间总是该恒定的喷射量的多倍。这个信息的重要在于至今没有来自系统的反映实际的喷射量的直接反馈。此外也可以使用喷射器的可改变的控制持续时间，以改变还原剂供给。但是为此喷射器的特性线必须是已知的。因此至今为止不能够考虑由制造公差或系统老化造成的偏差。
无论如何，人们始终追求能够正好在运行中尽可能好地控制通过喷射系统喷出的还原剂的喷射量，从而在所有运行状态下实现符合要求的喷射。
DE 199 47 197 A1 公开一种用于计量用于排气后处理的还原剂尤其是尿素或尿素水溶液的装置和方法具有储存还原剂的箱和具有将箱中的还原剂输送至喷射阀的泵。利用喷射阀将还原剂引入到一个混合室中，其中箱、泵和喷射阀通过管线系统相互连接，该管线系统具有位于箱和泵之间的第一管线和在泵和喷射阀之间的第二管线。 此外设有可以控制的从第二管线分支出来的并且耦联回到箱上的通风回路在此处，通风回路具有通风阀，它可以以时钟节拍方式控制并且可以被操作用以改变管线系统中的压力。
因此本发明的目的是提供一种用于匹配喷射系统中的喷射剂供给的方法，该方法能够以简单地方式控制和优化被供给的喷射量的恒定（维持）性并且可以在尽可能没有附加的构件情况下实现。
按照本发明，这是通过一种相应于权利要求1的用于匹配在废气后处理系统中的喷射剂供给的方法实现的，其中废气后处理系统具有用于清除内燃机的废气中的氧化氮的SCR催化转化器和至少一个喷射剂供给装置。在从属权利要求中分别给出了本发明的优选的改进方案。
按照本发明，提供一种用于匹配具有喷射系统的排气净化设备的喷射剂供给的方法，所述喷射系统包括喷射剂箱，喷射器，经至少一个管道与喷射器连接的泵和在管道中布置在泵的上游的泄压阀，在该方法中实施以下步骤:
a)与环境压力相关地调整在管道中的在泵下游的喷射剂压力的目标值，
b)将泄压阀打开一预定的时间t，
c)确定在紧接着步骤b)之后由在步骤b)中的打开所产生的在目标值和喷射剂压力之间的压力差，
d)与排气净化设备中的废气压力相关地调整在管道中的在泵下游的喷射剂压力，
e)将喷射器打开一预定的时间t，
f)确定在紧接着步骤e)之后通过在步骤e)中的打开产生的在目标压力和喷射剂压力之间的压力差，
g)比较步骤c)和f)中的压力差，和
h)必要时匹配喷射器的打开时间。
管道中的喷射剂压力的目标值的数值在步骤a)和d)中具有不同的基准。其背景是，在步骤a)至c)中应该在打开泄压阀之后确定一个压力降，其中泄压阀允许喷射剂泄漏到排气净化设备外部的环境中。相应地在步骤d)至f)中确定在打开喷射器之后的一个压力降，其中喷射器将喷射剂喷射到被加载了废气压力的排气净化设备中。环境压力和废气压力一般是不相等，因此这个差异有利地在按照本发明的方法中得到考虑以便比较求得的压差。尤其可以分别关于针对操作泄压阀的环境压力或关于针对操作喷射器的废气压力，调整出一个相同的喷射剂压力目标值。为此优选地可以借助于泵建立喷射剂压力。例如可以分别与基准压力相关地设置一个大约5巴的过压。废气压力可以通过压力传感器确定或者它可以通过废气压力模型确定。
在步骤g)和h)中，在保持恒定的喷射器打开时间下，可以有利地将在压力差的比较中得到压力差的差异用于匹配从中取出的所得到的喷射剂量。例如可以通过用在步骤g）中确定的压力差比率乘以至此以前假设的被喷射的喷射剂量来确定喷射剂的新的喷射量。备选地，在由步骤g)中确定的压力差比率和喷射量修正之间的关系可以预先在试验台上测定并且作为特性曲线图存储在控制器中。此外可以基于系统刚性和得自步骤g)的压力差比率推断出实际被喷射的喷射剂量。
作为喷射剂，例如可以理解为氨溶液或可以被转化成氨的前体物质的水溶液，例如尿素溶液。但是此外在本发明的范围中燃油也可以称为喷射剂，该燃油例如被喷射到排气系统中用于颗粒过滤器的再生。
因此，按照本发明，提供了一种方法，通过该方法可以有利地以简单的方式在喷射系统中实现恒定的喷射量并且通过该方法可以控制喷射器的喷射量。由此通过按照本发明的方法可以提高喷射系统的可靠性，不需要大的花费用于附加的系统部件的。按照本发明的方法利用了这样的事实，即在喷射系统中通常已经存在的泄压阀具有与喷射器非常相似的通流特性。泄压阀也最好可以选择成与喷射器具有相同的结构。依据泄压阀被布置在喷射剂系统的泵的下游的其中一个管道中的事实，因此，与喷射器不同，该泄压阀不承受废气的负荷。而且，就泄压阀而言，其与喷射器相比仅仅在很小的程度上被操作，由喷射器持续的运行造成的老化可以假设是可忽略的。因此，泄压阀特别适合用作检查喷射器的通流特性的基准。这个情况被有利地由按照本发明的用于匹配和控制喷射器的喷射量的方法利用。此外有利地，在按照本发明的方法中，泄压阀的基准值在每次通过期间都被重新确定，从而消除诸如泄漏或被改变的系统刚性等环境影响。此外，按照本发明确定的压力差中过大的差异可以推断该喷射器不再具有正常功能。对喷射器的运行状态的这种控制至今为止还是不可能的。
在本发明的一个优选的实施形式中，步骤a)至c)和/或d)至f)的顺序可以一次或多次地重复。这样可以足够大地选择通过打开阀或喷射器产生的绝对压力差，使得它能够被压力传感器可靠地检测。优选在此情况下记录和存储重复的次数，从而可以形成平均值。
在本发明的另一个优选的实施形式中，借助于管道中的压力传感器测量管道中的位于泵下游的喷射剂压力。这样可以有利地直接确定喷射剂压力。
同样优选地，喷射剂压力可以通过泵产生。由此目标值的调整如上所述可以没有附加材料费用地可靠地实现。
优选可以这样地匹配喷射器的打开时间t，使得由步骤c)和f)得到的压力差之间的差异尽可能小。特别是在针对泄压阀和喷射器使用结构相同的阀情况下，这样可以一简单的方式实现喷射剂量的最佳的匹配和保持恒定。
在另一个优选方法变型中，可以规定作为喷射剂使用氨或者氨的前体物质，优选尿素溶液，和/或燃油。
在一种用于控制排气净化设备的喷射系统的装置中，其包括喷射剂箱，喷射器，经至少一个管道与喷射器连接的泵和布置在管道中位于泵下游的泄压阀，设置有机构，用于控制喷射器和泄压阀的打开时间以及用于确定和比较在管道中的喷射剂压力的预定的目标值和通过打开喷射器或泄压阀产生的压力降之间的压力差。
如上所述，特别是在高压喷射系统情况下如例如在废气后处理系统中的还原剂供给装置中要求由喷射器喷射的喷射量具有尽可能高的精确性。这可以通过按照本发明的装置以简单的方式实现，其中为了控制喷射器和为了匹配喷射剂量考虑泄压阀的通流特性作为基准
泄压阀可以布置在回流管道中，该回流管道设置在从泵到喷射器的喷射剂供给管道和喷射剂箱之间。
此外，可以在管道中在泵的下游设置用于测量喷射剂压力的压力传感器。由此可以获得喷射剂压力的直接的测量值，从而一方面压力的目标值的调整并且另一方面各个压力降的确定可以可靠地实施。
本发明以下以举例说明的方式依据附图进行解释。
唯一的附图显示了按照本发明控制的用于喷射剂供给装置的喷射系统，该喷射剂供给装置在使用这种喷射器系统下用于液态的还原剂。
示出的SCR设备包括用于喷射剂的喷射剂箱2。喷射剂泵3布置在管道4中。管道4用于将喷射剂液体从喷射剂箱2供给到喷射器5。喷射器5可以是能够调节进入内燃机7的例如汽车发动机的废气管道6里面的喷射剂溶液的任何装置。喷射器5设置在废气管道6中的SCR催化净化器8的上游。
为了检测泵3下游的压力，在管道4中布置压力传感器11。从管道4的位于泵3下游的管段分支出回流管道10，借助于它可以将喷射剂引回到喷射剂箱2。在回流管道10中布置泄压阀9。

Claims (8)

1.用于匹配具有喷射系统（1）的排气净化设备的喷射剂供给的方法，所述喷射系统(1)包括喷射剂箱(2)，喷射器(5)，经至少一个管道(4)与喷射器(5)连接的泵(3)和在管道(4)中布置在泵(3)下游的泄压阀(9)，其特征在于步骤:
a)与环境压力相关地调整在管道(4)中的在泵（3）下游的喷射剂压力的目标值，
b)将泄压阀(9)打开一预定的时间t，
c)确定在紧接着步骤b)之后由在步骤b)中的所述打开产生的在目标值和喷射剂压力之间的压力差，
d)与排气净化设备中的废气压力相关地调整在管道(4)中的在泵（3）下游的喷射剂压力，
e)将喷射器(5)打开一预定的时间t，
f)确定在紧接着步骤e)之后通过在步骤e)中的打开产生的在目标压力和喷射剂压力之间的压力差，
g)比较步骤c)和f)中的压力差，和
h)必要时匹配喷射器的打开时间。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)至c)和/或d)至f)的顺序被重复一次或多次。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，管道(4)中的喷射剂压力借助于该管道中的压力传感器(11)测量。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，管道(4)中的喷射剂压力借助于该管道中的压力传感器(11)测量。
5.按照权利要求1 至4之一所述的方法，其特征在于，喷射剂压力通过泵(3)产生。
6.按照权利要求1 至4之一所述的方法，其特征在于，这样地匹配喷射器(5)的打开时间t，即，使得在步骤c)和f)中的压力差的差异尽可能地小。
7.按照权利要求1 至4之一所述的方法，其特征在于，作为喷射剂，使用氨或氨的前体物质和/或燃油。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，作为喷射剂，使用尿素溶液。
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