CN102619602A - 用于检测scr计量系统中过滤器的加载状态的方法 - Google Patents

Abstract

用于检测SCR计量系统中过滤器（22）尤其精细过滤器的加载状态的方法，该SCR计量系统具有还原剂箱（14）、输送泵（16）以及至少一个计量单元（13），其中过滤器（22）布置在输送泵（16）和所述至少一个计量单元（13）之间，其中在输送泵（16）于回吸模式中运行时检测过滤器（22）和计量单元（13）之间的压力。从该检测的压力中推断出过滤器（22）的加载状态。

Description

用于检测SCR计量系统中过滤器的加载状态的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测SCR计量系统中过滤器尤其精细过滤器的加载状态的方法。

背景技术

公开了用于操作尤其在汽车中的内燃机的方法和装置，在其排气区域内布置了SCR催化器（选择性催化还原），该SCR催化器在有还原剂的情况下将包含在内燃机的废气中的氧化氮（NO_X）还原成氮气。由此可以显著降低废气中氧化氮的份额。为了进行反应，需要氨（NH₃），氨混合在废气中。因此，作为反应剂或者说还原剂使用NH₃或者说NH₃解离的试剂。通常为此使用水状的尿素溶液，该尿素溶液在SCR催化器的上游借助于计量装置喷入排气管中。从该溶液中形成了用作还原剂的NH₃。

尿素溶液通常储存在还原剂箱中。还原剂箱装备有吸管，经由该吸管将尿素溶液从箱中吸出。为了输送尿素溶液设置了液态泵，该泵将溶液通过管路系统输向计量单元，从而可以经由一个或者多个计量阀例如电磁计量阀将尿素溶液导入排气管中。所述泵在存在特定的液压压力的情况下输送还原剂，其中对于还原剂的计量来说该还原剂压力是决定性的。所述压力通常调节到可预先给定的额定压力上，由此在系统中设置了压力传感器。

还原剂也就是尿素溶液会含有脏物例如颗粒等。所述脏物会引起计量单元的堵塞。因此，为了可靠地防止这种情况，通常在泵和计量单元之间设置过滤器，尤其精细过滤器，该过滤器保护计量单元防止脏物。

在系统运行期间，起源于还原剂的所有脏物都沉积在精细过滤器上，从而随着时间的推移过滤器加载越来越重。这种越来越重的过滤器加载会引起精细过滤器上的压力降ΔpF。该压力降ΔpF会在过滤器加载很高时上升，从而由此使得过滤材料机械过载并且由此受到损坏。因此需要在相应的加载下更换过滤器，从而在过滤器损坏之前进行更换。

对于过滤器的更换来说，经常由制造商规定过滤器更换间隔，根据这个间隔必须在特定的运行时间之后更换精细过滤器。为此，不需要额外的结构上的花费用来检测过滤器实际上的加载状态。然而必须在考虑所有可能的脏物情景下极其保守地规定过滤器更换间隔，从而通常比实际上所需要的更加频繁地更换过滤器。此外，还原剂的不可预见的大量脏物会特别地弄脏过滤器，从而即使在遵守规定的过滤器更换间隔时也会引起过滤器的强烈加载以及随之而来的损坏。在这种情况下不能确保计量系统的功能。

为了避免这个问题，已经公开了在精细过滤器上设置差压传感器，该传感器测量过滤器干净侧和过滤器脏侧之间的压力差。在此可以检测当前的压差并且推断出精细过滤器的加载状态。例如可以预先给出用于差压的极限值，在达到该极限值时以下面的情况为出发点，即过滤器加载到达了上极限。在这种情况下必须在出现过滤材料损坏之前断开系统。此外，在达到差压极限值之前可以及时地更换过滤材料。用该方法可以持久地测量并且监控过滤器的加载状态，从而可以及时识别过滤器的过渡载荷并且引入相应的措施。然而用于这种应用的合适的差压传感器在测量的公差很小时要求更高的精度。在SCR计量系统的例如9巴的工作压力下，传感器应该可以识别出过滤器上300毫巴的压降，这显示出最大的过滤器加载。这说明差压传感器可以在输入侧上检测出9.3巴并且在干净侧上检测出9巴。这与很高的技术花费相联系，这种花费在随之发生的成本方面经常是不希望的。

发明内容

相应地，本发明的任务是提供一种用于识别SCR计量系统中过滤器的加载状态的方法，其不用额外的结构上的花费就避免了过滤器的过载连同随之而来的损坏过滤器的危险。该任务通过如权利要求1的主题所述的方法得到解决。通过在从属权利要求中提到的措施实现了在独立权利要求中说明的方法的有利的改进和改善。

按本发明的方法可以检测SCR计量系统中过滤器的加载状态。在此，按本发明的方法利用SCR计量系统的反正存在的组件，从而为了实施按本发明的方法不需要额外的结构上的花费。所述方法从具有还原剂箱、输送泵和至少一个计量单元的SCR计量系统出发，其中过滤器尤其精细过滤器布置在输送泵和至少一个计量单元之间。按本发明在输送泵运行时在回吸模式中，也就是在流态的还原剂从计量单元吸回到管路系统中并且尤其吸回到箱中的模式中检测计量单元和过滤器之间形成的压力。从该检测的压力中推断出过滤器的加载状态。在回吸模式的运行期间，过滤器位于泵的吸气侧。在此，根据过滤器的加载状态，在过滤器与计量单元之间的区段中形成低压。在回吸时还原剂从计量单元输送回还原剂箱中。在此，还原剂从过滤器的干净侧到其脏侧的输送方向改变了。通过还原剂返向流过过滤器不会改变过滤器的加载程度。然而在过滤器的干净侧上形成了相应于加载程度的低压。过滤器的加载越高，干净侧上的低压就形成得越少。在过滤器的加载程度更高时获得了更弱的低压，从而能够从可检测的低压中推断出过滤器的加载程度。

用所述方法可以检测过滤器的实际加载状态。这具有以下优点，即在到达加载状态的临界值之前可以更换过滤器或者相应地清洁过滤器。例如可以预先给出加载状态的极限值，在达到该极限值时发出相应的报告，即到达过滤器所允许的加载并且进行更换或者必要时进行清洁。只有通过过滤器实际上的加载状态显示出需要更换时才更换过滤器。一再取消多余的过滤器更换，如其在现有技术公开的在固定规定的过滤器间隔中进行的那样。

在按本发明的方法的特别优选的设计方案中，用压力传感器检测在按本发明的方法中进行检测的压力，该压力传感器在SCR系统中已经用于用于调节压力地运行SCR计量系统的压力检测。这种压力传感器在常规的SCR系统中设置在过滤器与计量单元之间管路系统中过滤器的干净侧上。压力传感器例如也可以直接定位在过滤器输出端上。该压力传感器可以布置在泵单元中，该泵单元沿着压力输送方向看首先包括泵、随后包括精细过滤器并且在过滤器的干净侧上包括压力传感器。用该压力传感器在SCR计量系统的常规运行中检测过滤器的干净侧上的压力，从而可以将压力调节到可预先给出的额定压力上，该额定压力对于精确计量来说是必需的。按本发明的方法利用了反正要安装的压力传感器，用以在泵的回吸模式中可以检测过滤器和计量单元之间所形成的低压，其中按本发明可以从各个可检测的低压中推断出过滤器的加载状态。对于实施本发明来说，不需要在系统中装配其它压力传感器。可以用SCR计量系统的反正存在的组件来实施按本发明的用于检测过滤器的加载状态的方法。这尤其从成本观点看显示出按本发明的方法的特别的优点。

输送泵在回吸模式中的运行优选是计量单元的由运行引起的空吸过程，该空吸过程在常规的SCR计量系统中通常在系统的每次断开时进行。通常实施该回吸模式用于在汽车停车时取消来自计量阀以及来自管路系统的还原剂。这是必需的，因为所使用的尿素溶液通常在大约-11℃时冻结并且随之而来的在管路系统以及尤其计量阀中的冰压会导致管路系统和计量阀的损坏。因此，标准化地实施介质从管路以及计量单元中回吸。本发明利用反正存在的并且实施的回吸模式，其中检测过滤器和计量单元之间的低压，该低压在回吸期间形成。按本发明可以从低压的程度中推断出过滤器的加载状态。对于实施按本发明的方法来说，既不安装其它组件，也不需要计量系统的额外的运行模式。可以动用反正存在的组件和运行模式，用以确定过滤器的加载状态。因为通常在汽车或者说系统的每次断开后进行计量单元的由运行引起的空吸过程，所以可以每次都利用这种由运行引起的空吸过程来检测过滤器的加载状态。根据过滤器的可确定的加载状态就可以必要时更换或者原则上清洁所述过滤器。例如可以通过视觉上的显示来报告相应措施的必要性。

此外，本发明包括计算机程序，该计算机程序在其于计算设备或控制设备上运行时实施按本发明的方法的所有步骤。最后，本发明包括具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码保存在机器可读的载体上，用于在所述程序于计算机设备或控制设备上运行时实施按本发明的方法。所述控制设备例如可以涉及内燃机的中央控制设备或者SCR计量系统的控制单元。本发明的作为计算机程序或者作为计算机程序产品的设计方案具有特别的优点，即对于使用按本发明的方法来说不必在汽车中安装其它组件。只需要执行相应的计算机程序，从而在既有的汽车中也可以有利地使用按本发明的方法。

附图说明

结合附图从下面对实施例的描述中获得本发明的其它优点和特征。在此，所述各个特征可以单个地实现或者以相互组合的方式实现。

在附图中示出：

图1是SCR催化器系统（现有技术）的计量装置的组件的示意图，以及

图2是SCR计量系统的泵单元的示意图，用于说明按本发明的方法。

具体实施方式

图1以示意性的方式示出了SCR催化器系统中计量装置的已知的组件。在内燃机11的排气管10中布置了SCR催化器12，该催化器通过选择性的催化还原（SCR）选择性地降低废气中的氮氧化物。对于这种反应使用氨（NH₃）作为还原剂。因为氨是有毒的物质，所以从无毒的载体物质尿素中获取该物质。尿素以液体的尿素水溶液的形式通过计量单元13尤其电磁的计量阀喷入SCR催化器12上游的排气管10中。为了储存尿素溶液设置了还原剂箱14。经由吸取管路15从箱中获取尿素水溶液。通过泵16输送还原剂。溶液在压力管17中的压力下导向计量阀13。在液压系统中实现计量，其中计量介质压力对于将还原剂溶液精确并且按需要地喷入排气管10中来说是决定性的。在此，将还原剂压力调节到可预先给定的额定压力上。为此设置了压力传感器18，该压力传感器将所检测的压力信号传递给控制设备19，从而可以经由控制设备19的信号给出通过输送泵16调节可预先给定的额定压力。同样经由控制设备19的信号给出来触发计量阀13。为了保护计量阀13防止弄脏，在泵16后面连接的精细过滤器22。

从图2中获知液压泵16的其它细节。该泵16连同压力传感器18一起组合在结构单元21中。该泵单元21除了泵16和压力传感器18之外还包括精细过滤器22，该精细过滤器布置在泵16和压力传感器18之间。过滤器22的脏侧位于精细过滤器的面对泵16的一侧上。该精细过滤器22的面对计量单元13的一侧称作干净侧24。在输送泵16的正常运行中，泵将还原剂从还原剂箱14经由管道系统输入过滤器22。在此，还原剂首先碰到脏侧23、然后穿过过滤器材料并且沿着计量单元13的方向在干净侧24上离开过滤器。该压力输送方向用箭头A表示。在此，可能在还原剂溶液中存在的脏物通过过滤器22上的过滤作用分开，从而不会有脏物到达计量单元13处，在该计量单元处脏物同样会堵住敏感的阀门。脏物在运行期间沉积在过滤器22的过滤材料上并且降低了过滤器22的通过性。由泵16产生的液压压力（泵压力）在图2的视图中用pP表示。在通过过滤器22之后管路系统中的压力用pS（传感器压力）表示。这就是可在压力传感器18上检测的并且为了进行计量通过压力管路17提供给计量阀13的压力。ΔpF表示过滤器22上的压力降，该压力降受到过滤器加载、也就是过滤材料上颗粒的沉积产生的影响。通过还原剂溶液中脏物在精细过滤器22上的积聚实现了不断增加的过滤加载，这增加了经由精细过滤器22的压力降ΔpF。通过这种压力降ΔpF，会不断增加过滤材料的机械载荷，从而会损坏过滤材料。

按本发明的用于检测过滤器加载状态的方法允许监控过滤器加载状态，从而在超过可预先给定的极限值时可以采取用于过滤器更换的措施，所述极限值是过滤器22的最大允许的载荷。原则上也可以在超过极限值时清洁过滤器。为了进行监控，按本发明的方法使用了泵16的回吸模式，该回吸模式标准化地设置在SCR计量系统中。该回吸模式在图2的附图中描绘成具有箭头方向B的回吸输送方向。该回吸模式在SCR计量系统的标准化的运行中用于在系统的每次断开时由计量单元13和管路系统17取出还原剂溶液并且将其回吸到箱14中。这是必要的，因为还原剂溶液在大约-11℃的温度下会冻结并且随之发生的冰压会造成SCR计量系统以及由其管路17和计量单元13中的损坏。按本发明利用所述回吸模式用于检测在此在计量单元13和过滤器22之间形成的低压，该低压尤其可以经由压力传感器18进行检测。在回吸模式中调节的低压取决于过滤器22的加载状态。精细过滤器22的加载越高，可在传感器18上测量的低压就越小。由此可以推断出精细过滤器22的加载状态，从而可以及时识别出通过太大的过滤器加载引起的过滤器的过载并且可以引入相应的措施。

为了实施按本发明的方法，在SCR计量系统中不需要额外的组件。一方面可以动用反正对于计量的压力调节来说所需的压力传感器18，另一方面利用输送泵16的回吸模式，该回吸模式通常标准化地在每个行驶周期的最后进行实施。可以在系统每次断开时检测过滤器22的加载状态，从而可以通过常规的检查及时识别出过滤器22中过滤材料的机械过载。如果过滤器22的过滤加载应超过允许的极限，那么例如可以通过相应的视觉显示向系统的操作者报告这种情况。

前面所述的方法优选可以作为计算机程序来执行并且在计算设备上尤其在内燃机的控制设备19上运行。该程序可以保存在计算机程序产品上并且也额外地在控制设备上“运行”。在这方面也可以毫无困难地在存在的系统上进行加装。

Claims (7)

1.用于检测SCR计量系统中过滤器（22），尤其精细过滤器的加载状态的方法，该SCR计量系统具有还原剂箱（14）、输送泵（16）以及至少一个计量单元（13），其中过滤器（22）布置在输送泵（16）和所述至少一个计量单元（13）之间，其特征在于，在输送泵（16）在回吸模式中运行时检测过滤器（22）和计量单元（13）之间的压力并且从该检测的压力中推断出过滤器（22）的加载状态。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所检测的压力是低压。

3.按权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，用压力传感器（18）检测所述压力，该压力传感器用于用来调节压力地运行SCR计量系统的压力检测。

4.按上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，输送泵（16）在回吸模式中的运行规定用于计量单元（13）的由运行引起的空吸。

5.按上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据过滤器（22）的可确定的加载状态来更换或者清洁过滤器（22）。

6.计算机程序，该计算机程序在其于计算机设备或者控制设备（19）上运行时实施按权利要求1到5中任一项所述的方法的所有步骤。

7.具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码保存在机器可读的载体上，用以在程序于计算设备或控制设备（19）上运行时实施按权利要求1到5中任一项所述的方法。

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