CN102374003A - 用于监控计量装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监控计量装置的方法，尤其是用于监控用于液体介质的计量装置的方法，该计量装置具有输送泵（16）和至少一个计量阀（13），尤其是SCR催化转换器系统的计量装置，其中，在计量输入的量和输送泵（16）上的负载之间给出液压耦合，其特征在于，借助泵流冲程的量值和所述至少一个计量阀（13）的触发之间的联系来监控所述计量装置的无故障性。

Description

用于监控计量装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监控用于液体介质的计量装置的方法，该计量装置包括输送泵和至少一个计量阀，其中输送泵可以调节到能预定的介质压力上。

背景技术

已知用于运行尤其是汽车中的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）的废气用还原剂还原成氮。由此可以极大地减少排气中的氮氧化物含量。反应的进行需要氨（NH₃），氨与废气混合。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，它在SCR催化转换器前借助计量装置注入排气系。设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。使用泵来输送尿素溶液，泵经由计量装置的管路系统输送液体介质，从而使尿素溶液可以经由计量阀，例如电磁的喷射阀，在压力下按需喷射到排气系中。

SCR催化转换器系统的还原剂计量装置作为液压系统运行。对液体介质的计量起决定性的是还原剂压力，该还原剂压力被调节到一个能预定的额定压力。因此例如计量阀的打开会造成管路系统内的压力波动或压力变化，这种压力波动或压力变化通过输送泵马达的转速的变化来平衡。

为了实现最佳的排气后处理，需要十分准确和精确地按需将还原剂喷射到排气系中。计量阀因此被调节地触发。对正常的排气后处理而言起决定性的是计量阀的正常运行。为了监控计量阀，例如德国公开文本DE 10 2006 013 293 A1描述了一种方法，在该方法中，观察计量系统内的压力并通过与阈值的比较检验计量阀是否例如打开或关闭地夹紧。缺陷在于，该方法出于诊断目的需对计量过程进行干预。此外，用该方法只能确定阀的总故障。但不能量化地，亦即考虑到正常喷射量地监控计量阀。因为SCR催化转换器系统是一种与排放相关的系统，所以法律上要求以所谓的“在线诊断”（OBD）为形式的诊断，在线诊断允许识别还原剂溶液的错误的喷射量。所述方法无法实施这一点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种用于监控SCR催化转换器系统的计量装置的改良的方法，所述方法也允许了量化地监控喷射量。该技术问题通过一种如权利要求1的内容所述的用于监控计量装置的方法解决。这种方法的优选的设计方案由从属权利要求得出。

按本发明的方法基于一种用于液体介质的计量装置，该计量装置配备有输送泵和至少一个计量阀。在此尤其涉及用于尿素水溶液的计量装置，所述尿素水溶液为了还原氮氧化物而在SCR催化转换器上游被喷射到排气系中。液体介质的喷射在压力下进行，其中，在计量输入的量和输送泵上的负载之间给出液压的耦合。计量阀被周期性地打开和关闭，其中，在打开期间计量输入一个量。通过随之发生的压力下降，由输送泵输送更多的负载。泵例如经由PI调节器调节转速并且直接对已变化的负载作出反应。基于良好的耦合，转速的变化在此不是非常大以及在一定程度上是恒定的。泵上的负载可以经由调节器输出确定。调节器输出被转化成泵流并且因此是一种衡量泵功率或输送量的尺度。

按本发明的方法利用了在计量输入的量和输送泵上的负载之间的液压的耦合，其中，借助泵流冲程的量值或高度以及至少一个计量阀的触发之间的联系来监控计量装置的无故障性。在无故障的系统中，泵流冲程用一定的上升或下降对计量阀的每一次触发作出反应，亦即对计量阀的打开和关闭作出反应。一旦泵流冲程的变化在计量阀打开或关闭时与无故障的系统的泵流冲程的预期变化有所不同，那么按照本发明可知，存在故障。当例如泵流冲程的绝对变化小于泵流冲程的预期变化时，可知，输送量过小或配量过小。若泵流冲程的绝对变化大于泵流冲程的预期变化，那么可知，输送量或计量输入的量过大。这种按本发明的方法允许了能够对照预期的输送量或计量输入的量非常简单和耐用地识别输送量以及用非常简单的方式例如能够执行软件功能。因此按本发明的方法允许可以非常符合实际且成本低廉地监控计量装置。因此借助按本发明的方法可以一方面确定计量阀的总故障。另一方面，按本发明的方法也允许了量化地监控配量，由此例如满足“在线诊断”的法律要求，在线诊断需要证实喷射量有故障。涉及一种动态的监控方法，该方法在运行期间也可以诊断与规定的配量的较小偏差，从而必要时可以进行修正。由此可以极大提高计量的精确度。

在按本发明的方法的一种特别优选的设计方案中，将泵流冲程量值的实际值与泵流冲程的量值的额定值作比较，以及在实际值与额定值有偏差时推断出计量装置的故障。在此，泵流冲程的量值指的是泵流冲程在计量阀被触发时，亦即被打开或关闭时，发生的绝对变化。在打开式触发计量阀时，预期发生泵流冲程的提高。在关闭式触发计量阀时，预期出现泵流冲程的下降。泵流冲程的这种变化可以作为绝对值进行检测并按本发明作为实际值进行评估。泵流冲程的量值的额定值作为对计量阀的触发的反应，代表着在系统没有故障时的液压耦合。可以按照经验例如为各种运行工况确定额定值，并且将该额定值储存在特性曲线族中，特性曲线族必要时被定期更新或在需要时更新。按本发明的方法的这种设计方案允许一种特别简单的评估，评估可以毫无困难地尤其在汽车的内燃机的计算设备或控制器中，或在SCR催化转换器的控制单元中实施。

在按本发明的方法的一种实施形式中，从至少一个计量阀的打开和/或关闭过程中求出泵流冲程和至少一个计量阀的触发之间的联系。至少一个计量阀的打开和关闭过程在这种情况下指的是，计量阀打开式地或关闭式地被触发。但特别优选的是，从触发周期，亦即计量阀的打开式和关闭式触发中求出所述联系。特别优选的是对至少一个计量阀的两个或优选多个触发周期的评估，其中，借助平均值的形成可以对系统的特性作特别可靠的陈述。由此可以通过按本发明的方法进一步改善正常的系统和故障的系统之间差别的选择性。

在关闭式夹紧的阀中，打开式触发不会导致打开。这可以借助按本发明的方法证明，因为在这种情况下不会出现泵流冲程的变化。同样的情况也相应地适用于计量阀的关闭式触发。按本发明的方法因此允许了对计量装置的一个或多个计量阀的功能作用的监控。一方面可以识别，计量阀的触发是否导致计量阀的打开或关闭。也就是可以识别，计量阀是否打开式或关闭式夹紧。此外还可以识别，与无故障的系统相比是否出现过小或过大的配量。还可以确定，系统内到底是否存在故障。此外还可以详细地列出可能时存在的故障并确定故障数量。

本发明还包括一种计算机程序，当该计算机程序在计算设备或控制器中运行时，该程序实施按本发明的方法的所有步骤。最后，本发明还包括一种带程序编码的计算机程序产品，所述编码储存在机器能读取的载体上，当所述程序在计算设备或控制器上实施时，该计算机程序产品用于执行按本发明的方法。用这种计算机程序可以以非常有利的、简单的以及耐用的方式监控SCR催化转换器系统的计量装置的计量阀。计算机程序的特殊优势在于，即使在现有汽车中也能毫无困难地使用按本发明的方法，而不必在SCR催化转换器系统中安装其它部件。通过例如在内燃机的控制器中演示储存在计算机程序产品中的计算机程序，仅需要对评估软件进行调适。

本发明其它的优点和特征由下文结合附图对实施例的说明得出。在此，单个特征可以单独或相互结合地实现。

附图说明

附图中：

图1示意性示出了SCR催化转换器系统（背景技术）的计量装置的部件；

图2示意性示出了在无故障的计量装置中，计量阀的触发和泵流的冲程之间的联系；以及

图3示意性地示出了在有不同故障的计量装置中，计量阀的触发和泵流的冲程之间的联系。

具体实施方式

图1以示意性的方式示出了SCR催化转换器系统中的计量装置。 SCR催化转换器12布置在内燃机11的排气系10中，SCR催化转换器通过选择性催化还原（SCR）选择性地还原废气中的氮氧化物。使用氨（NH₃）作为这种反应的还原剂。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装置13，例如经由计量阀在SCR催化转换器12的上游喷射到排气系10中。尿素水溶液贮藏在还原剂料箱14中。为了取出尿素水溶液，设有吸管15。还原剂经由输送泵16从还原剂料箱14中输出，并且在压力管路17中在压力下导向计量阀13。尿素水溶液被精确地以及按需地喷射到排气系10中。在此，压力管路17中的还原剂的压力起重要作用。这种还原剂压力被调节到能预定的额定压力。为此，设压力传感器18，它将检测到的压力信号进一步传递给控制器19，从而使输送泵16可以经由控制器19的信号发送调节所述能预定的额定压力。计量阀13的触发同样经由控制器19的信号发送实现。按本发明的方法可以例如用于这种SCR催化转换器系统的计量装置，以便特别有利地监控计量装置的无故障性。在此，按照本发明，从泵流冲程的量值和计量阀13的触发之间的联系中推断出，是否存在故障。

为了说明按本发明的方法，图2示意性地示出了在正常系统中，亦即在无故障的计量装置中，基于时间的在计量阀的触发和得到调节的泵流之间的联系。变化曲线21表示触发周期内计量阀的触发，所述触发通过两条垂直虚线示出。在变化曲线21中的第一次突然上升表示计量阀的打开式触发，接下来的突然下降则反映计量阀的关闭式触发。因此通过在计量输入的量和输送泵上的负载之间的液压的耦合使泵转速发生改变，这用变化曲线22表示。泵转速22在此例如经由PI调节器调节，其中，调节器输出决定了在泵上的负载。调节器输出转换成泵流23，它是衡量泵功率的尺度。泵流23的变化，亦即得到调节的泵流的泵流冲程按照本发明与计量阀的触发关联。按照本发明，可以从泵流冲程23和计量阀的触发21之间的联系中推断出，计量装置是否正常运行或是否存在故障。

在每次打开计量阀时，泵流23经由泵的转速调节器与已经变化的液压位置相适应。在关闭计量阀时，相同的关系反向发生。泵流冲程23在每一次打开和关闭时通常是相同的，因此流动冲程的绝对值△总是一样大。

图3示意性示出了在不是无故障的计量装置中触发计量阀时，流动冲程的基于时间的各种变化可能性。与图2类似，变化曲线31表示计量阀的触发，变化曲线32表示泵转速，变化曲线33表示得到调节的泵流。得到调节的泵流的变化曲线33表示故障的系统的各种可能性。双箭头41、42和43在此分别表示泵流冲程。泵流冲程41代表无故障的系统，此时得到调节泵流利用确定的泵流冲程的△鉴于在计量输入的量和输送泵上的负载之间的液压的耦合来对计量阀的触发作出反应。与输送冲程41相比，输送冲程42很小。在这种情况下，系统用在输送泵上的负载的很小的变化对计量阀的打开和关闭作出反应。在这种情况下可知，实际计量输入的量要比额定量小得多。因此计量装置有故障。例如会妨碍计量阀的整个打开或使计量阀堵塞。流动冲程43比无故障的系统的流动冲程41更大。在这种情况下，与流动冲程41相比，流动冲程43表示配量过大。

因此早在单个的打开事件和/或关闭事件中，基于不同的流动冲程就能识别出故障的计量装置。特别优选的是，由多个触发周期构成的流动冲程结果尤其经由平均值的形成进行评估，并且在此可以用改良后的选择性陈述系统的无故障性。

用按本发明的方法可以陈述配量的过多或过少。此外，在此还可以确定，计量阀的触发实际上是否导致计量阀的打开或关闭，或可能时是否存在关闭式或打开式夹紧的计量阀。在这些论断的基础上，可以发出相应的故障信号。此外，例如当确定系统有计划地计量输入一个过小或过大的量时，也可以对系统进行调适。

Claims (7)

1.用于监控用于液体介质的计量装置的方法，该计量装置包括输送泵（16）和至少一个计量阀（13），尤其是SCR催化转换器系统的计量装置，其中，在计量输入的量和所述输送泵（16）上的负载之间给出液压的耦合，其特征在于，借助泵流冲程（33）的量值和所述至少一个计量阀（13）的触发（31）之间的联系来监控所述计量装置的无故障性。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述泵流冲程的量值的实际值（42；43）与所述泵流冲程的量值的额定值（41）比较，其中所述额定值（41）代表无故障的计量装置，并且当所述实际值（42；43）偏离所述额定值（41）时推断出所述计量装置的故障。

3.按权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述至少一个计量阀（13）的打开和/或关闭过程中求出所述联系。

4.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，从所述至少一个计量阀（13）的触发周期中求出所述联系。

5.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，从所述至少一个计量阀（13）的两个或多个触发周期以及平均值的形成中求出所述联系。

6.计算机程序，该计算机程序在其于计算设备或控制器（19）上运行时实施按权利要求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，该计算机程序产品用于在程序于计算设备或控制器（19）上实施时执行按权利要求1至5之一所述的方法。

Images