CN103748326B

CN103748326B - 添加剂输送系统和用于控制所述系统的方法

Info

Publication number: CN103748326B
Application number: CN201280036605.5A
Authority: CN
Inventors: 沃罗迪亚·纳伊德洛夫
Original assignee: Inergy Automotive Systems Research SA
Current assignee: Nergy Automotive Systems Research SA
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: WO2012160068A1; EP2527609A1; EP2715081A1; CN103748326A; EP2715081B1; US20140174548A1; US9582013B2

Abstract

一种添加剂输送系统，包括用于储存添加剂的储箱、有源部件和连接到所述部件的控制器，其中：所述控制器适用于基于位于所述部件内或者位于所述控制器内的零件的电气特性，来确定表征所述系统中添加剂的温度的数值；在所述添加剂输送系统正常工作时，所述零件具有除温度估计功能以外的其它功能。

Description

添加剂输送系统和用于控制所述系统的方法

技术领域

本申请涉及添加剂输送系统、用于这样的系统的控制器以及用于控制这样的系统的方法。特别地，本发明涉及SCR系统。

背景技术

有关车辆排放物的法规除其它规定外还规定了减少释放到大气中的氮氧化物NO_x。实现该目的的一种公知方式是采用SCR（选择性催化还原）处理，该SCR处理能够通过将通常为氨的还原剂注入排放管线中来还原氮氧化物。该氨可以通过热解氨前驱体溶液获得，该氨前驱体溶液的浓度可以是低共熔混合物的浓度。这种氨前驱体通常是尿素溶液。

利用SCR处理，在发动机的排放管中借助催化剂来处理发动机以最佳效率燃烧时产生的大量NO_x。这种处理要求使用浓度精确且质量极高的还原剂。因此，要准确计量该溶液，并将其注入尾气流中，在尾气流中该溶液发生水解，然后将氮氧化物（NO_x）转化为氮气（N₂）和水（H₂O）。

为此，需要为车辆配备装有添加剂（通常是尿素溶液）的储箱，以及用于计量添加剂的期望量并将其注入排放管中的装置。通常而言，除添加剂储箱以外，该SCR装置还包括：喷注器、泵和尿素馈送管线。

为了能够正确地计量添加剂溶液到排放气体中，已知实践中在添加剂储箱中添加了比如液位计、温度传感器、质量传感器以及一个或者多个电阻加热元件等元件。通常基于温度传感器测量的温度来控制这些加热元件。在温度传感器发生故障时，这样一个或者多个加热元件将不再得到正确的控制，对于SCR系统而言这可能产生严重后果，例如在霜冻的情况下。一种解决方案是增加第二温度传感器，但这要求采用特殊的SCR系统，因此成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种如前序中公开的类型的系统、控制器和方法，其更安全并且改进了对温度的控制。

根据本发明，提供了一种添加剂输送系统，包括用于储存添加剂的储箱、有源部件和连接到该部件和加热元件的控制器。该控制器适用于：基于位于至少一个所述部件内或者位于所述控制器内的零件的电气特性，来确定表征系统中添加剂温度的数值。在正常工作时，所述零件优选地具有除温度估计功能以外的其它功能。换句话说，对于部件中具有与温度估计无关的特定功能的一个零件而言，通过利用其自身的电气特性，该零件被赋予了确定表征系统中添加剂温度的数值的这样的第二功能。这样，可以利用比如添加剂输送系统的加热元件等现有部件的零件来获得温度的估计值。该估计值可以例如与温度传感器的测量值相组合，或者与基于另一现有部件或加热元件的另一估计值相组合来使用。因此，根据本发明的系统基于使用该控制器的控制能够实现改进（和/或较低廉）的温度估计。

根据一种优选实施方式，所述零件是有源部件的电线，该有源部件可以是加热元件或者实现有源功能（比如测量数值、计量添加剂等）的任何其它元件。在这种情况下，所述控制器可适用于在所述电线两端施加既定的电压，和测量流过所述电线的电流。通常而言，所述控制器包括：DC（直流）电压源，用于在所述电线的两端施加电压；以及电流测量装置，用于测量流过所述电线的电流。于是可将测量到的电流用作表征添加剂温度的数值。或者，所述控制器可适用于发送既定的电流通过所述电线，和测量所述电线两端的电压。在这种情况下，可将测量到的电压用作表征添加剂温度的数值。这时，所述控制器通常包括：DC电流源，用于发送电流流过所述电线；以及电压测量装置，用于测量所述电线两端的电压。

根据一种优选实施方式，所述零件是部件线圈的电线。在一种特定实施方式中，所述部件包括用于将添加剂供应至出口的泵。所述泵包括具有线圈电线的电动机（DC发动机、BLDC发动机、步进电机），该线圈电线可被用作所述零件，所述控制器测量该零件的电气特性来估计温度。除此以外或取而代之，所述部件还可以包括具有线圈电线的阀门，该线圈电线用作待测量的所述零件。这样，泵或阀门不仅可用于控制添加剂的输送，而且可用于测量温度。

根据又一实施方式，所述零件可以是加热元件的电阻丝。在这种情况下，所述控制器可适用于在所述电阻丝的两端施加既定的电压，和测量流过所述电阻丝的电流，以确定表征所述加热元件周围温度的数值，从而确定添加剂温度的估计值。这样，加热元件不仅可用于加热添加剂，而且可用于测量温度。

根据一种优选实施方式，所述部件包括下列部件中的任意一个或者多个：用于将添加剂输送至出口的输送部件；用于测量系统参数（所述参数不是温度）的传感器部件。所述输送部件可以包括下列部件中的一个或者多个：泵、计量装置、阀门。所述传感器部件可以包括下列部件中的一个或者多个：压强传感器、液位传感器。在压强传感器或液位传感器的情况下，除了确定压强/添加剂液位以外，传感器测量到的电气特性还可被控制器用来确定添加剂是否处于冻结状态。

根据一种优选实施方式，所述添加剂输送系统是SCR系统，尤其供作为添加剂的尿素使用。应理解表述“SCR系统”指：利用尿素作为液氨前驱体，对来自优选为车辆所具有的内燃机的排气的NO_x进行催化还原的这样的系统。应理解术语“尿素”指任何含有尿素的溶液，其通常是水溶液。本发明利用低共熔水/尿素溶液获得了良好效果，针对该低共熔水/尿素溶液存在质量标准：例如，根据DIN70070标准，对于溶液（市售尿素溶液），尿素含量在31.8％与33.2％（按重量计）之间（即32.5+/-0.7wt％），因此氨的可用量在18.0％与18.8％之间。本发明还可被应用于同样呈水溶液的以商标名Denoxium^TM销售的尿素/甲酸铵混合物，其组分之一（Denoxium-30）的氨含量与溶液的氨含量相当。溶液的优点在于仅在-30℃以下（对比于-11℃）冻结，但其缺点在于与可能释放甲酸有关的腐蚀问题。虽然本发明在低共熔的水/尿素溶液的情况下尤为有利，但也能够应用于可用在发动机SCR系统中的任何还原剂，并且本发明一般而言涉及任何添加剂输送系统。

如上所述，SCR系统通常包括：至少一个储箱，用于储存尿素溶液；以及用于将尿素溶液馈送至排放气体的系统，该馈送系统通常包括有源部件，比如加热器、泵、过滤器、阀门、液压管线（送液和/或回液管线）等。

本发明所基于的思想可以与以本申请人名义的共同未决申请EP2008/062183相组合，该申请EP2008/062183针对尿素部件中过度加热的问题，并因此提出了使用至少两个电阻加热元件（R1,R2），其中之一（R1）用于加热始终接触实质性量的尿素的这样的一个或一些部件（或者所述部件的一个或一些部分），而另一电阻加热元件（R2）用于加热有时候不接触实质性量的尿素的这样的一个或一些部件（或者所述部件的一个或一些部分），根据该申请，当在冻结状态下启动系统时，激活电阻元件R1但仅当电阻元件R2的部件实际接触实质性量的尿素时才激活电阻元件R2。

有利地，本发明适用于柴油发动机，特别适用于货物或乘客重载车辆的柴油发动机。

根据本发明的一种实施方式，提供了一种供添加剂输送系统中使用的控制器，该控制器适用于基于位于至少一个有源部件内或者位于所述添加剂输送系统的控制器内的零件的电气特性来确定表征该系统中添加剂的温度的数值，其中所述零件还因为另外的控制目的而连接到所述控制器。这样，例如对于现有技术的系统的现有有源部件而言，以前这样的有源部件仅被用于例如受控添加剂输送或者加热等特定功能，现在控制器也能够利用该有源部件来测量温度。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制添加剂输送系统的方法。该方法的一种实施方式包括：利用控制器，基于位于至少一个有源部件内或者所述添加剂输送系统的控制器内的至少一个零件的至少一个电气特性，来确定表征所述系统中添加剂的温度的数值；执行涉及所述零件的其它控制操作。所述至少一个零件的电气特性可以是表示所述零件的电阻的数值，通常在所述控制器中对其进行测量。

根据该方法的一种优选实施方式，所述至少一个零件包括部件的电线圈的电线。在这种情况下，电气特性可例如是能够按上文针对本发明系统的实施方式所描述的方式来测量的电流或者电压。

根据一种优选实施方式，从比如液位传感器或压强传感器的至少一个部件接收所述至少一个零件的一个或多个电气特性。在这种情况下，所述一个或多个电气特性通常还被用于与利用控制器确定表征系统中添加剂的温度的数值不同的其它控制功能。

附图说明

下面将参照附图以仅作为示例的方式来描述根据本发明的系统、控制器和方法的一些实施方式，附图中：

图1示意性示出本发明的添加剂输送系统的第一实施方式；

图2示意性示出本发明的添加剂输送系统的第二实施方式；

图3详细示出与泵连接的本发明的控制器的一种实施方式，其中省略了常规的泵控制装置；

图4详细示出与加热元件连接的本发明的控制器的一种实施方式；

图5是示出发动机线圈的电阻随温度变化的曲线图；

图6是示出流过发动机线圈的DC电流随温度变化的曲线图；

图7是示出加热元件的电阻随温度变化的曲线图；以及

图8是示出流过加热元件的电流随温度变化的曲线图。

具体实施方式

图1示出本发明的SCR系统的第一实施方式。该实施方式包括主尿素储箱1和辅助储箱2；不过，根据可用空间，主储箱和辅助储箱可以由单个主储箱代替。储箱1、2是车用流体储箱，比如用于存放如减排系统中使用的尿素溶液的储箱。主储箱1设置有隔室3，该隔室3容纳用于通过管线8将尿素溶液馈送至计量装置9的主泵4。该隔室3还可以包括温度传感器10、质量传感器（未示出）、压强传感器11、压强调节器（未示出）或者类似仪表。此外，储箱1还可以包括位于该隔室以外的元件，比如液位传感器12。在辅助储箱2与主储箱1之间设置有转运泵5，以便能够通过管线7将储箱2中的尿素溶液转运至储箱1。还设置有多个加热元件6，在此将其表示为H1、H2、H3，它们主要用于防止储箱1、2以及管线7、8冻结。应注意加热元件H1还可包括两个或多个分立的电阻丝，例如一个主要用于加热隔室3，一个主要用于加热储箱1的其余部分。通过将有源附属装置4、10、11布置在隔室内，能够在隔室内容一达到足以确保流动性的温度时就为这些有源附件供应所需的车用流体。例如，如果该储箱被用于储存低共熔的水/尿素溶液，则需要将隔室内容加热到至少-11℃，即这种溶液的熔化温度。

图1的系统还包括控制器12，该控制器12连接到加热元件6和其它部件4、5、9、11、12，以便控制这些部件的操作和/或从这些部件接收信息。更特别地，主泵4的操作是通过线路14来控制的，转运泵5的操作是通过线路15来控制的，加热元件6的操作是通过线路16来控制的，以及计量装置9的操作是通过线路19来控制的。此外，控制器分别从压强传感器11和液位传感器12接收测量结果VP和VL。

为了测量储箱1中的温度，设置有温度传感器10。然而，在现有技术的系统和/或方法中，如果该温度传感器损坏，则控制器不再能够执行其正常控制功能。这在图1的系统中得到了克服，在图1的系统中，控制器12适用于基于至少一个零件的一个或多个电气特性来确定表征该系统中添加剂的温度的数值，该至少一个零件位于加热元件6或者部件4、5、9、11、12当中，特别地，当控制器位于储箱1附近时，该至少一个零件还可位于控制器12本身当中。应注意，在添加剂输送系统正常工作的情况下，部件4、5、9、11、12均具有除温度估计功能以外的其它功能。换句话说，存在于这些部件当中的零件被赋予了用于估计尿素溶液的温度的第二功能。

在泵4、5的情况下，该待测量的零件可以是该泵的电动机30的线圈电线31，如图3中详细所示。控制器包括用于在线圈电线31的端子之间施加DC电压VDC的电压源33，以及用于测量流过线圈电线31的电流的电流测量装置32。图5示出电动机线圈电线31的电阻随温度的变化，其标称电阻为20℃时的0.44欧姆。该电阻在-40℃时的0.319欧姆与+130℃时的0.662欧姆之间变化。如图6所示，对电流的测量允许确定线圈的温度，并从而给出对储箱1中流体温度的估计。还可将图3的原理应用于具有电线的阀门，并且特别地可应用于图1中的计量装置9。换句话说，泵4、5和计量装置9可被用来获得额外的温度估计值，而控制器能够利用这些额外的温度估计值来确定位于储箱1、2中的不同位置的流体的温度，这是通过在这些部件的电线两端被施加DC电压时测量电流来实现的——参见示意性方框24、25、29，其中测量各个电流I1、I2和I3。本领域技术人员应理解可以使用更少的部件来检验温度，例如可以只测量I1。

在电阻加热元件6的情况下，有利的是其由铜镍合金或者不锈钢制成，控制器12可适用于通过所述电线发送既定电流IDC，和测量所述电线两端的电压。在这种情况下，控制器12包括：DC电流源41，用于通过所述电线发送电流IDC；和电压测量装置42，用于测量所述电线两端的电压。或者，与上文描述的泵的例子的情况相同，控制器可适用于施加DC电压和测量电流。图7示出加热器电阻丝的电阻随温度的变化，其标称电阻为20℃时的1.69欧姆。该电阻在-40℃时的1.034欧姆与+130℃时的2.906欧姆之间变化。如图8所示，对电流的测量允许确定电阻丝的温度，并从而提供对加热器6所在位置的流体的温度的估计值。换句话说，加热元件可被用来获得额外的温度估计值，而控制器能够利用这些额外的温度估计值来确定位于储箱1、2中或者管线7、8中的不同位置的流体的温度——参见示意性方框26，其中测量各个电压V1、V2和V3。本领域技术人员当然理解可以使用更少的加热元件来检验温度，例如可以只测量V1。此外，根据系统的特性，该系统可以包括更多或更少的加热元件。

此外，还可以将控制器从液位传感器和压强传感器接收的用于检验温度传感器10测量的真实性的电气特性VL、VP纳入考虑。基于电气特性VL、VP可得知储箱1中的流体是否冻结。最后，如果控制器位于储箱1或2附近，则可在控制器中设置电阻器，特别是热敏电阻，以测量控制器本身处的温度，参见图1中的示意性方框13。

通过利用图示的额外的测量结果I1至I3、V1至V3、V0、VP、VL中的一个或多个，控制器12可以检验温度传感器10的测量的真实性，并且控制器12可以以改进的方式来调节对SCR系统的加热。应注意，如果取足够的测量结果（或者至少一个可靠的测量结果），那么甚至可以省略温度传感器10。

图2示出根据本发明的添加剂输送系统的第二实施方式。该实施方式包括储箱201和具有泵204的泵模块212，该泵204用于通过管线208供应添加剂至计量装置209。该泵模块212还可以包括压强传感器211以及其它仪器（未示出）。还设置有由H1表示的加热元件206，用于防止储箱1冻结。应注意加热元件H1还可以包括两个或者多个分立的电阻丝。不同的部件204、209、210、211和加热元件206均连接到控制器212。控制器212可适用于基于加热元件206中的和/或部件204、209、210、211中的零件的电气特性，来确定表征该系统中添加剂的温度的数值。请注意，在该添加剂输送系统正常工作时，部件204、209、210、211均具有除温度估计功能以外的其它功能。利用这些不同部件进行的温度估计可以采用与针对图1所解释的类似的方式进行，因而在此不再赘述。

以上参照某些示例性实施方式描述了本发明。这些实施方式旨在用于说明目的，并不对本发明构成限制，本发明的范围由所附权利要求书确定。

Claims

1.一种添加剂输送系统，包括用于储存添加剂的储箱、有源部件和连接到所述部件的控制器，其中，

所述控制器适用于基于位于所述部件内或者位于所述控制器内的零件的电气特性，来确定所述系统中的所述添加剂的温度，

在所述添加剂输送系统正常工作时，所述零件具有除该温度估计功能以外的其它功能，以及

所述部件包括用于泵送添加剂的泵，所述泵包括具有线圈电线的电动机，所述零件由该线圈电线形成。

2.根据权利要求1所述的添加剂输送系统，其中，所述零件是电线，所述控制器适用于：在所述电线的两端施加既定电压和测量流过所述电线的电流，所述测量到的电流作为表征所述添加剂的温度的数值；或者，发送既定电流流过所述电线和测量所述电线两端的电压，所述测量到的电压作为表征所述添加剂的温度的数值。

3.根据权利要求2所述的添加剂输送系统，其中：所述控制器包括直流电压源和电流测量装置，所述直流电压源用于在所述电线的两端施加电压，所述电流测量装置用于测量流过所述电线的电流；或者，所述控制器包括直流电流源和电压测量装置，所述直流电流源用于发送电流流过所述电线，所述电压测量装置用于测量所述电线两端的电压。

4.根据权利要求1至3之一所述的添加剂输送系统，其中，所述部件包括下列部件中的任何一个或者多个：输送部件，用于将所述添加剂输送至出口；传感器元件，用于测量所述系统的参数，所述参数不是所述温度。

5.根据权利要求4所述的添加剂输送系统，其中，所述输送部件包括下列元件中的一个或者多个：泵、计量装置、阀门。

6.根据权利要求4所述的添加剂输送系统，其中，所述传感器元件包括下列元件中的一个或者多个：压强传感器、液位传感器。

7.根据权利要求1至3之一所述的添加剂输送系统，其中，所述添加剂输送系统是SCR系统。

8.一种用于控制添加剂输送系统的方法，包括：

通过使用控制器，基于位于有源部件和所述添加剂输送系统的控制器中的至少一个内的至少一个零件的至少一个电气特性，来确定所述系统中的所述添加剂的温度；

执行涉及所述零件的其它控制操作，

其中所述部件包括用于泵送添加剂的泵，所述泵包括具有线圈电线的电动机，所述零件由该线圈电线形成。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少一个电气特性是表示所述零件的电阻的数值，并在所述控制器中对其进行测量。

10.根据权利要求8至9之一所述的方法，其中，从所述部件接收一个或者多个电气特性，并且将所述一个或者多个电气特性用于与使用所述控制器来确定所述系统中的所述添加剂的温度不同的其它控制功能。