CN103162895B - Scr催化器系统中往复活塞泵与计量阀间压力确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及SCR催化器系统中往复活塞泵与计量阀间压力确定方法。在此，从泵电流I的曲线中确定压力。

Description

SCR催化器系统中往复活塞泵与计量阀间压力确定方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定SCR催化器系统中往复活塞泵与计量阀之间压力的方法。本发明还涉及一种计算机程序，该计算机程序在计算设备上运行时实施按本发明方法的所有步骤。此外，本发明涉及一种具有程序代码的计算机程序产品，程序代码保存在机器可读的载体上，以便当程序于计算机或控制设备上运行时实施所述方法。

背景技术

在SCR方法（Selective Catalytic Reduction（选择性催化还原））中，在内燃机的废气中混入还原剂AdBlue^®，其三分之一由尿素组成并且三分之二由水组成。喷嘴将流体直接在SCR催化器前面喷出到废气流中。在那里，由尿素形成了对于进一步反应来说所需的氨水。在第二步骤中，废气中的氧化氮与氨水在SCR催化器中化合成水以及无毒的氮气。

图1示出了按现有技术的SCR催化剂的计量系统。其包括带有水准传感器、过滤器和加热器的还原剂储箱单元1、输送模块2、计量模块3以及控制设备4。尿素水溶液从储箱单元1输出到输送模块2中。在此，尿素水溶液通过吸入阀21并且被吸入到往复活塞膜片泵22中。该往复活塞膜片泵包括用于按体积输送还原剂溶液的膜片221、往复式活塞222、具有磁性衔铁的往复磁体223（没有示出）以及压力弹簧224，所述往复式活塞的线性振荡运动传递到膜片221上，所述往复磁体在其通电时提升往复式活塞222，所述压力弹簧在往复磁体不再通电时将往复式活塞再度压回到其支座中。在往复式活塞的泵运动中，吸入阀21打开，使得还原剂溶液能够流入往复活塞膜片泵22中。如果往复式活塞返回其支座中，那么吸入阀21关闭并且还原剂溶液从往复活塞膜片泵22中通过压力阀23压出，该压力阀同时用作往复活塞膜片泵22的涌流防护。所述溶液通过脉冲缓冲器24并且从输送模块2沿着计量模块3的方向输送到计量介质压力管路中，溶液从该计量模块计量进入排气管路中。通过输送模块2中的回吸模块25能够吸回还原剂溶液。该回吸模块25包括吸入阀251、回吸泵252以及压力阀253。离开回吸模块的还原剂溶液可以通过冰压缓冲器26吸回到储箱单元1中。

为了实现SCR催化器中尿素水溶液足够的雾化作用并且提供尽可能精确的计量，需要在压力范围内监控尿素水溶液的液压压力。这通过使用控制装置进行，该控制装置确定了往复活塞膜片泵22以及计量模块3的触发。该控制装置独立于物理的压力值工作并且纯粹受控制地工作。仅仅对于错误情况需要在超过或者低于压力范围时对组成部分的损坏作出反应。

发明内容

按本发明的方法包括确定SCR催化器系统中往复活塞泵与计量阀之间的压力，也就是尿素水溶液的液压压力，其中从往复活塞泵的泵电流的曲线中确定压力。这通过可以调节液压压力而实现了对工作压力区域的监控，而对此不需要压力传感器。

按本发明优选通过以下方式从泵电流的曲线中求得压力，即在时间点t₀和时间点t₁之间的时间段t_MSP中确定压力，其中往复活塞泵在时间点t₀从无电流状态变换到通电状态，并且泵电流在时间点t₁具有局部最小值。泵电流曲线中的局部最小值说明了往复活塞泵的电枢运动结束的时间点（MSP=Mechanical Stop of solenoid Pump（螺线泵的机械停止））。

按本发明尤其可以通过以下方式计算所述压力，即时间段t_MSP与斜率系数相乘，该斜率系数取决于往复活塞泵的供给电压并且向获得的乘积加上一个偏移量，该偏移量同样取决于往复活塞泵的供给电压。为了顾及对时间段t_MSP的外部影响，按本发明优选在将时间段t_MSP与取决于电压的斜率系数相乘之前将至少一个修正值加到时间段t_MSP上。这种修正值例如可以包括温度的影响、往复活塞膜片泵的膜片强度的影响以及独立于电压的电流修正值。

作为替代方案，也可以按本发明仅仅从时间段t_MSP和时间点t₁的泵电流I_MSP中确定压力。由此，不需要在往复活塞泵的每次触发中通过修正值连续地观察并且补偿干扰影响。在此，尤其从等压特征曲线中求得压力，该等压特征曲线包括时间段t_MSP和泵电流I_MSP的组合，所述组合为了往复活塞泵的不同的供给电压而保存在等压特征曲线中。等压特征曲线以这种方式示出了关于对于供给电压的变化来说由t_MSP和I_MSP组成的可能的组合的系统压力。此外，按本发明优选在等压特征曲线中顾及往复磁体的总电阻并且由此也顾及往复活塞泵的磁性线圈的电阻。这像供给电压一样对通过往复活塞泵的最大调节的测量电流具有直接影响，并且由此也对往复活塞泵的输送冲程的开始具有直接影响。此外，按本发明优选在往复活塞泵的往复式活塞的活塞运动结束所在的时间点t₁上的泵电流I_MSP与往复活塞泵的往复式活塞的活塞运动期间在时间点t2上的最大泵电流I_Max之间的差与预期值有偏差时，对取自等压线模型的压力进行修正。然而如果该差值相应于预期，那么不用修正保持从等压特征曲线中求得的系统压力。

按本发明的计算机程序可以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。其可以在SCR催化器系统中执行按本发明方法的不同的实施方式，而不必对其进行结构上的变化。为此实现了按本发明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，当程序在计算机或控制设备上运行时实施按本发明的方法。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行详细解释。

图1示出了按现有技术的SCR催化器系统，

图2示出了按图1的SCR催化器系统中往复活塞膜片泵的往复磁体，

图3示出了按图2的往复磁体上泵电流的曲线，

图4示出了往复活塞泵的等压组合特性曲线，其用在按本发明实施方式的方法中，

图5示出了按图1的SCR催化器系统中往复活塞泵的磁性线圈的电路的替代图。

具体实施方式

图2示出了按图1的SCR催化器系统的往复活塞膜片泵22的往复磁体223的结构。该结构包括磁性线圈2231、壳体2232以及磁性衔铁2233。该磁性衔铁2233可以在位置S0和S1之间运动。通过存在于SCR催化器系统的往复活塞膜片泵22与计量阀3之间的压力p产生来自往复活塞膜片泵22的磁性衔铁2233的反作用力F。该反作用力F的作用在机械上延伸了一段时间，直到衔铁到达往复磁体的前面的端部位置。所述机械的运动持续时间可以在往复活塞膜片泵的流动信号中识别出。在活塞式磁铁223的磁性线圈2231上加载了电压U之后流动着特征性的电流I，该电流在水平足够时感应磁场，该磁场将磁性衔铁2233置于运动之中。在通过图3中特征性的电流曲线触发A往复活塞膜片泵（高值A=没有触发；低值A=触发）时可以在往复活塞泵处于无电流状态的时间点t₀与电枢止挡的时间点t₁之间识别出所述运动。直到衔铁止挡的持续时间称作t_MSP并且是直到电流达到其局部最小值的时间段。所述时间段t_MSP以及电流强度I_MSP在时间点t₁根据反作用力F变化，该反作用力反作用于磁性衔铁2233。

在按本发明的方法的实施方式中，用公式1计算SCR催化器系统的液压系统中的压力p：

p=a₁∙(t_MSP+k₁+k₂+k₃)+a₀ （公式1）

在此，p表示尿素计量系统中的HWL压力，a1表示取决于往复活塞泵的供给电压U的斜率系数，a₁表示取决于往复活塞泵的供给电压U的偏移量，k₁表示温度的修正值，k₂表示膜片221的膜片强度的修正值并且k₃表示独立于电压的电流修正值。所述公式1提供了液压系统中压力p的补偿的计算。压力p的计算在SCR催化器系统的控制设备4中在用于压力模型的模块中实现。在该压力模型中公式1作为计算准则的基础。所述模型需要时间点t₁的电流强度I_MSP、持续时间t_MSP以及电压U作为输入参数，所述电流强度用于确定独立于电压的电流修正值k₃。

在按本发明的方法的另一实施方式中，直接在软件中没有其它补偿地顾及了对往复结束的时间点的主要干扰影响，也就是磁性线圈2231的电阻的变化以及供给电压U的变化。这在不仅求得时间段t_MSP而且同时求得电流强度I_MSP时可以实现。由此在往复活塞膜片泵22的每次触发中取消了对主要干扰影响的观察以及补偿。由此，这两个物理值形成了按本发明的方法的所述实施方式的基础。在压力模型中通过等压特征曲线描绘特征性行为并且由此描绘了对于往复活塞膜片泵22行为的保存在软件中的预期。这种等压特征曲线在图4中示出。该等压特征曲线表示在供给电压U变化时关于由t_MSP和I_MSP组成的所有可能组合的压力p，其中图4示出了用于5V供给电压的等压特征曲线。在等压特征曲线中间接地通过电流I与线圈电阻R_Sp之间的电气关系根据公式2来顾及线圈电阻R_Sp：

（公式2）

在此，L表示线圈电感系数并且R_Ges表示往复磁体223的总电阻。总电阻R_Ges基本上由端部级电阻R_{DS （ on ）}、测量分流电阻R_Shunt、线路电阻R_Ltg以及线圈电阻R_Sp的总和构成。在图5中示出了在触发往复活塞泵22时表示相关电阻的替代图。总电阻R_Ges以及供给电压U根据公式2对最大调节的电流I具有直接影响，并且由此也对往复活塞泵22的输送冲程的开始具有直接影响。在此，以以下事实为基础，即往复活塞膜片泵22的磁力与线圈电流成比例。这适用于在往复活塞膜片泵22中在时间点t₁出现的电流I_MSP。在此，泵电流不处于磁饱和的范围内。

必要时还对从图4的等压特征曲线中获取的压力p进行修正。如果由往复式活塞222运动结束时在时间点t₁的电流强度I_MSP和在往复式活塞运动阶段中的电流I_Max构成的电流差大小相应于保存在软件中的预期值，那么从等压特征曲线中求得的压力p保持不用修正。然而如果电流差大小偏离预期，也就是例如小于预期，那么就降低从等压特征曲线中获得的压力p。由此顾及对膜片221的材料的温度影响，该影响会以有错误的方式引起模拟的压力p的增加。

Claims (6)

1.用于确定SCR催化器系统中往复活塞泵（22）与计量阀（3）之间压力p的方法，其中从泵电流I的曲线中确定压力p，从时间点t₀和时间点t₁之间的时间段t_MSP中确定压力p，其中在时间点t₀往复活塞泵（22）从无电流的状态变换到通电的状态，并且泵电流I在时间点t₁具有局部最小值，通过将时间段t_MSP与斜率系数a₁相乘来计算压力p，该斜率系数取决于往复活塞泵（22）的供给电压U，并且为获得的乘积加上一个偏移量a₁，该偏移量取决于往复活塞泵的供给电压U。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在将时间段t_MSP与取决于电压的斜率系数a₁相乘之前为时间段t_MSP加上至少一个修正值（k₁、k₂、k₃）。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，从时间段t_MSP以及在时间点t₁的泵电流I_MSP中确定压力p。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，从等压特征曲线中求得压力p，该等压特征曲线包括时间段t_MSP与泵电流I_MSP的组合，所述组合为了往复活塞泵（22）的不同的供给电压U保存在等压特征曲线中。

5.按权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在等压特征曲线中顾及往复活塞泵（22）的往复磁体的总电阻。

6.按权利要求3或4所述的方法，其特征在于，当时间点t₁的泵电流I_MSP与在往复活塞泵（22）的往复式活塞（222）运动期间在时间点t₂的最大泵电流I_Max之间的差偏离预期值时，对取自等压线模型的压力p进行修正。