CN102312706A - 运行用于scr催化转换器的还原剂计量系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运行用于SCR催化转换器（12）的还原剂计量系统的方法，该还原剂计量系统包括还原剂料箱（14）、输送泵（16）、压力管路（17）和至少一个能电气触发的计量阀（13），在该方法中，在质量流量平衡的基础上确定计量触发并且通过对泵流变化曲线进行评估来对还原剂计量系统进行诊断。

Description

运行用于SCR催化转换器的还原剂计量系统的方法

技术领域

本发明涉及一种运行SCR催化转换器的还原剂计量系统的方法，该还原剂计量系统具有还原剂料箱、输送泵、压力管路和至少一个能电气触发的计量阀。

背景技术

已知尤其在汽车中运行内燃机的方法和设备，在内燃机的排气区域内布置有SCR（选择性催化还原）催化转换器，该催化转换器将内燃机排气中含有氮氧化物（NOx）用还原剂还原成氮。由此可以大幅减少排气中的氮氧化物含量。反应的进行需要用氨（NH₃），氨与排气混合。因此使用NH₃或能分离出NH₃的试剂作为反应剂或还原剂。为此，通常使用尿素水溶液，它沿流动方向在SCR催化转换器前通过计量阀喷射到排气系中。由这种溶液形成用作还原剂的NH₃。需要用还原剂料箱来贮藏尿素溶液。

还原剂料箱通常配设有吸管，以便能够将尿素溶液从料箱中吸出。为了输送尿素溶液，设输送泵，输送泵将溶液经由管路系统输送到计量阀，从而使尿素溶液可以经由计量阀，例如电磁的喷射阀，在压力下喷射到排气系中。

根据燃烧时产生的氮氧化物来按需进行尿素溶液的喷射。所需的量例如在控制器中根据发动机转速或其它运行参数求出。计量阀通常被相应地触发。在此，还原剂计量系统形成一种液压系统，其中，还原剂压力对还原剂的计量起决定性作用。通常借助压力传感器检测系统压力以及借助输送泵调节能预定的系统压力。在调节后的系统压力的基础上触发计量阀以将所需容积计量输入排气系。计量输入的容积的量公差在这种情况下基本上通过计量阀的量误差和测量误差或压力传感器的测量公差确定。为了检验计量系统的功能作用，尤其是为了检验计量阀，借助压力传感器实施对系统的诊断。在此检验系统压力是否是合理可信的。一旦压力传感器检测到能预定的量值与系统压力有偏差，就可以推断出存在故障。

发明内容

根据普遍需求，为了降低成本，值得追求的是，取消还原剂计量系统中的压力传感器，包括取消压力传感器需要的冬季运行时的加热以及压力传感器的壳体。因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种成本低廉的用于SCR催化转换器的还原剂计量系统和一种用于运行该还原剂计量系统的方法，在该方法中，取消了压力传感器。

该技术问题通过一种用于运行还原剂计量系统的方法解决，如权利要求1的技术内容。该方法优选的设计方案由从属权利要求得出。

本发明的核心是，在所述用于运行还原剂计量系统的方法中，在质量流量平衡的基础上进行计量触发（Dosieransteuerung），以及通过泵流变化曲线的评估实行对还原剂计量系统的诊断，尤其是计量阀的诊断。通过按本发明的质量平衡控制的计量触发的转化，使得用于量示（Mengendarstellung）要被计量输入排气系的尿素溶液的容积的压力传感器不再是必要的，从而通过这些措施可以完全取消还原剂计量系统中的压力传感器。因为通常使用的压力传感器，包括壳体和用于传感器冬季运行所需的加热在内，会带来高额费用，所以通过取消压力传感器，能够为还原剂计量系统节省大量成本。此外，普遍使用的还原剂计量系统中的压力传感器是一种比较容易发生故障和敏感的构件。因此通过在相应运行的还原剂计量系统中取消压力传感器还避免了系统内的一个故障源，由此改善了还原剂计量系统相比传统系统的耐用度。

按本发明的方法基于一种容积可变的输送泵，与往复活塞泵类似。在此，例如可以涉及一种通常使用于还原剂计量系统的冲程磁体-膜片泵。通过触发输送泵可以预定，用泵输送多少容积。亦即已知向系统输送多少容积。质量流量平衡由输送泵的输送量和计量装置的配量构成。必要时还额外考虑到泄漏的质量流量。一个或多个计量阀被并列地触发，从而将经由输送泵输送的量计量输入到排气系中。基于质量流量平衡或质量守恒，如下来达到平衡，即，通过计量阀向排气系计量输入与通过输送泵计量输入相同的容积。当计量阀显示相对额定量具有量偏差或公差时，系统压力相应上升或下降至一个点，直至已输送的量对应计量输入排气系的量。因为已输送的量由输送泵的容积可变的特性已知，所以能够精确地确定或精确地控制计量输入排气系的量。计量输入的量因此由泵预先确定。量公差原则上与泵的输送公差相关。在此，计量在系统压力范围内的一个与输送公差相关的压力范围内进行。

在质量流量平衡基础上的计量触发伴随着通过评估泵流变化曲线对系统的监控。借助泵流变化曲线可以在一定的公差内确定系统压力。这对为了检验系统内是否存在故障，例如是否存在计量阀阻塞，已经足够。一旦泵流变化曲线超过或低于能预定的、表示超过或低于能接受的压力值的阈值，那么就推断还原剂计量系统内有故障。在这种情况下可知计量不正常。总而言之因此可以完全取消压力传感器，因为用于量描述的系统压力不再意义重大。为了对系统进行诊断，仅间接地确定系统压力，即通过评估泵流变化曲线并由此推断出系统压力。当泵的输送量基本上准确且无回流和重大泄漏地进行系统构建时，可以有利地使用按本发明的方法。

为了评估泵流量，可以例如评估在通电开始和冲程磁体止挡之间的时间段，因为这个时间段与系统内的压力相关。其它的标准也是可用的。

本发明还包括一种计算机程序，当在计算设备或控制器上实施按本发明的方法时，该计算机程序实施按本发明的方法的所有步骤。最后，本发明包括一种带程序编码的计算机程序产品，该程序编码被储存在能机器读取的载体上，当程序在计算设备或控制器上实施时，该计算机程序产品执行所述方法。借助计算机程序或计算机程序产品可以毫无困难地将按本发明的方法应用在SCR催化转换器的还原剂计量系统中，其中，可以在还原剂计量系统中取消压力传感器。由此可以大大降低还原剂计量系统的成本，因为压力传感器，包括它的壳体和用于运行压力传感器所需的加热在内的安装都不再有必要。

本发明其它的优点和特征在接下来结合附图对实施例的说明中得出。在此，单个特征可以单独或彼此组合地实现。

附图说明

附图中：

图1示意性表示用于SCR催化转换器的还原剂计量系统的部件；

图2为了说明按本发明的方法，示出了泵流（A）、泵冲程（B）和能够经由系统内的压力传感器测量的压力（C）的时间变化曲线；

图3是泵流（I）的时间变化曲线；

图4表示泵流的时间变化曲线，同时还示出了针阀冲程传感器的信号；以及

图5表示在通电开始和衔铁止挡之间的时期相对系统压力的关系。

具体实施方式

图1示意性示出了用于SCR催化转换器的还原剂计量系统的部件。SCR催化转换器12布置在内燃机11的排气系10中并通过选择性催化还原（SCR）来选择性地还原废气中的氮氧化物。这个反应需要氨（NH₃）作为还原剂。因为氨是一种有毒物质，所以这种物质从无毒的载体尿素中获得。尿素作为液体的尿素水溶液经由计量阀13在SCR催化转换器12的上游喷入排气系10。尿素水溶液被贮藏在还原剂料箱14中。为了取出尿素水溶液，在还原剂料箱14中设吸管15。溶液经由输送泵16从还原剂料箱14中输出并且经由压力管路17导到计量阀13。输送泵16和计量阀13的控制经由控制器18进行。

按照本发明，在这种用于SCR催化转换器的还原剂计量系统中，可以取消压力传感器。这通过一种用于运行还原剂计量系统的方法实现，在该方法中，在质量平衡的基础上进行计量触发并且借助对泵流变化曲线的评估执行系统的诊断。通过这些措施使用于按需计量还原剂溶液的压力传感器不再有必要，从而可以取消这种压力传感器。执行所述方法的前提是使用一种容积可变的输送泵16，例如冲程磁体-膜片泵。按本发明的方法的基础在于，计量系统的压力侧的质量流量平衡由泵的输送量、计量阀的配量和可能时的泄漏组成。在此，压力变化按下式与各种质量流量相关：

其中表示泵、计量阀（DV）和可能的泄漏的质量流量。若质量流量的总和不等于零，那么系统压力缓慢地形成或消失，更确切地说直至质量流量等于零。也就是说，在系统中，伴随着可以忽视的泄漏和计量阀相应的触发，系统压力发生改变，持续直至计量输入排气系10的量对应通过泵16输送的量。计量输入的量在此由泵预先确定并且量公差原则上由泵的输送公差确定。在此，可以取消对系统压力的调节以及取消为此所需的压力的测量。无需在与输送公差相关的压力范围内围绕所期望的系统压力来调节系统压力，也能进行计量。例如可以规定额定系统压力为6 bar。产生的均衡压力然后作为这个范围内的计量压力。

在此尤其这样来转化计量的控制，使计量期望量（额定量）通过对输送泵16的相应的触发而输入压力管路17中，其中计量期望量与排气中的氮氧化物含量相关并且尤其是借助内燃机的运行参数求出。计量阀13被并列地触发，以致于将这个量计量输入排气中。在此，以一个普通的、在系统无故障时存在的系统压力为出发点。若泵16输送了过多或过少的还原剂，则压力形成或消失，直至实际的配量对应通过输送泵输送的量。

为了识别系统中可能的故障，例如计量阀13阻塞，检测并评估运行泵16所需的泵流的变化曲线。从泵流变化曲线中可以推断出一定公差内的系统压力，由此可以不用压力传感器就能对系统诊断。

为了说明泵流变化曲线、由此引起的泵的冲程和能在系统内测量的压力之间的相互联系，在图2中示出了这些测量和运行参数的时间变化曲线。容积可变的泵，例如带冲程磁体驱动器的泵的泵流变化曲线（图2A），根据系统压力（图2C）变化，泵必须克服系统压力输送。图2B示出了针阀冲程传感器的信号，以便能看到泵的衔铁的运动。泵流变化曲线在控制器内检测和评估时，用于以足够用于监控的精确性推断出系统压力。例如可以评估“冲程磁体通电至衔铁最终止挡”的持续时间或所谓的BIP（喷射周期的开始）。这些参数受泵的压力侧上的压力影响。在现有压力与通常的系统压力有更大偏差时，可以推断出若干误差或故障，例如泵16的夹紧、故障的泵膜、压力管路17中的泄漏、阻塞的计量阀13或在泵16的抽吸区域内的一些问题。总得来说，按本发明的方法允许了通过相应地触发输送泵16精确且按需地计量还原剂，其中，计量阀13为此被并列触发。仅由此可行的按需的计量的基础在于，在泄漏可以忽略的前提下，在泵16和计量泵13的质量流量有偏差时，系统压力这样长地发生变化，直至质量流量平衡等于零。在达到这个点时，通过触发输送泵16精确地确定配量。计量系统的同时要求的诊断或可信度验证借助对泵流变化曲线的评估实现，泵流变化曲线允许了推断出系统压力。若泵流和/或能由此间接确定的系统压力与代表系统正常运行的能预定的值有偏差，那么可以推断出系统内有故障。因此总的来说可以在还原剂计量系统运行时取消压力传感器，从而由此大幅降低系统的成本。

图3示出了冲程磁体泵的泵流I的时间变化曲线以及示出了冲程磁体的止挡。在用附图标记30标注的时间点上，开始对冲程磁体泵通电。在用附图标记31标注的时间点上，达到冲程磁体的上部止挡。在通电开始30和上部止挡31之间的时间段用双箭头表示。为了说明衔铁运动，图4中除了冲程磁体泵的泵流变化曲线外，还示出了针阀冲程传感器的信号（附图标记40），针阀冲程传感器示出了冲程磁体的运动，亦即衔铁运动。从时间上而言，在通电开始30之后，开始衔铁运动，在此用附图标记41标注。衔铁运动借助针阀冲程传感器信号的下降识别。衔铁运动的结束通过针阀冲程传感器信号在接下来的保持不变标出，在此用附图标记42标注。衔铁运动42的结束也被称为冲程磁体的上止挡。从开始通电30到到达冲程磁体上止挡31或至衔铁运动结束42的这个时间业已证明是一个可以推断出系统内的压力的重要标准。图5示出了这个时间段（ms）的长度与当前压力的关系。随着压力的增加，通电开始和冲程磁体的上止挡之间的时间段变长。通过测量通电开始到冲程磁体的上止挡或衔铁止挡之间的时间，可以推断出系统压力。本发明利用了这种相互关系，从而取消了压力传感器。

按照本发明,可以考虑影响通电开始到衔铁止挡之间的这个时间段的不同的参数，如电池电压或线圈温度。通过相应的修正函数可以修正这些“干扰参数”。例如电池电压在控制器中是已知的，因此电池电压可以被相应地修正。线圈温度也例如可以经由电流读数计算，从而可以考虑到这个参数。

从通电开始至衔铁止挡的时间的评估是用于冲程磁体泵的压力相关的、按本发明使用的参数的一个示例。在冲程磁体泵或其它类型的泵中的压力相关的标准也可用来按照本发明推断出系统内的压力。

Claims (7)

1.运行用于SCR催化转换器（12）的还原剂计量系统的方法，该还原剂计量系统包括还原剂料箱（14）、输送泵（16）、压力管路（17）和至少一个能电气触发的计量阀（13），其特征在于，在质量流量平衡的基础上确定计量触发并且通过对泵流变化曲线进行评估来对所述还原剂计量系统进行诊断。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述还原剂计量系统中不设压力传感器。

3.按权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述质量流量平衡由所述输送泵（16）的输送量、所述计量阀（13）的配量和必要时泄漏的质量流量组成，其中，所需的配量通过所述泵（16）的触发输送到所述压力管路（17）中，并且所述计量阀（13）并列地如此得到触发，以致于该配量被计量输入到排气系（10）中。

4.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，从所述泵流变化曲线中推断出系统压力。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述泵流变化曲线与能预定的值有偏差时推断出所述还原剂计量系统内的故障。

6.计算机程序，所述计算机程序在其于计算设备或控制器（18）上实施时实施按权利要求1至5之一所述的方法的所有步骤。

7.带程序编码的计算机程序产品，该程序编码被储存在机器可读的载体上，用于在程序于计算设备或控制器（18）上实施时执行按权利要求1至5之一所述的方法。

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