CN103982278B - 用于确定在容器中的物质的可供支配的量的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定在容器中的物质的可供支配的量的方法和装置，具体而言，涉及一种确定在容器(4)中的物质的可供支配的量的方法。容器(4)可至少部分地加热，以便将物质至少部分地加热到物质的融化温度之上。在该方法中，在这样的状态中探测在容器(4)中的温度(,34)，即在该状态中容器(4)的至少部分的加热并未激活，且取决于所探测的温度(,34)估计在容器(4)中的将来的温度。取决于估计的将来的温度估计在容器(4)中的物质的将来的液态的量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定在容器中的物质的可供支配的量的方法，尤其涉及一种用于确定在很低的温度的情况下在仅可部分地加热的容器中的尿素水溶液的可供支配的量的方法。此外，本发明涉及一种用于确定在容器中的物质的可供支配的量的相应的装置。
背景技术
暂时或在大多数情况下以贫乏的空气燃料混合物来运行的内燃机(例如客车或载货车的柴油机)产生氮氧化物。为了遵守氮氧化物的极限值，可使用所谓的选择性催化还原方法(英语：Selective Catalytic Reduction，SCR)，在其中借助添加剂和催化剂还原氮氧化物。添加剂例如可包括尿素水溶液，其还用引入的商标AdBlue来表示。添加剂AdBlue在使用在车辆中时在车辆中的单独的箱子中一起携带。添加剂AdBlue在低于－11.5°C的温度的情况下冻结。用于添加剂的箱子通常仅可部分地加热且因此添加剂在很低的温度的情况下不可完全解冻。因此在箱子中的添加剂的一部分在很低的温度的情况下在低于添加剂的冻点的情况下不可利用。
就此而言，文献CN 202228164 U公开了一种SCR控制装置，其具有温度预测装置以用于预测SCR催化剂的温度。SCR催化剂的转化率根据SCR催化剂的预测的温度、马达的速度以及转矩来确定.
文献DE 10 2009 045 989 A1涉及一种用于监测用于还原剂箱和SCR催化系统的配量装置的加热系统的方法。在该方法中，探测和处理SCR催化系统的运行参数和传感器值且在可预定的公差内与参考值相比较且由此推出加热系统的故障行为。
文献DE 10 2009 027 435 A1涉及一种用于提供关于在与内燃机相关联的还原剂箱中的还原剂溶液(尤其尿素水溶液)的聚集状态或温度的信息的方法。在此通过评估关于在还原剂箱中的还原剂溶液的晃动运行(Schwapp-Bewegung)的信息获得关于还原剂溶液的温度的结论。
文献DE 10 2006 061 731 A1涉及一种用于将液态还原剂引入到排气线路中的配量装置。配量装置能够实现配量装置的通风，而不必设置附加的通风阀。配量装置仅包括这样的构件，其对于引入还原剂是必需的、然而同时允许输送装置的通风，其中，为了通风而使用同样的构件，其同样用于引入液态还原剂。装置能够实现移除液态还原剂，从而即使在很低的温度的情况下也不可出现由于结冰的损害。
文献DE 10 2010 043 936 A1涉及一种用于借助于液位传感器确定在经受运动的箱子中的液位的方法，该液位传感器具有处在不同的液位高度中的针。
文献DE 10 2008 043 778 A1涉及一种用于测量在容纳液体(尤其尿素水溶液)的箱子中的液位的方法。在该方法中，探测至少一个指示行驶状态的参数且探测表征在至少一个表明箱子液位的部位处的液位的参数。取决于至少一个指示车辆状态的参数来评估表征液位的参数且由此推出液体的在箱子中存在的量。
为了遵循用于氮氧化物的极限值，可在车辆运行时确保可供支配足够的量的添加剂的。可供支配的量的添加剂可一方面由于添加剂的总消耗而减小且另一方面在很低的温度的情况下由此减少，即添加剂的一部分冻结且因此未供使用。通常，当添加剂的可供支配的量下降到低于预订的量时，车辆的驾驶员获得指示，以便驾驶员在下一次场合中补给添加剂。为了在确定车辆的剩余有效范围(Restreichweite)的情况下考虑到冻结的添加剂的情况，可可选地使用以下策略中的一个：
1. 可针对冻结情况持久地维持添加剂的很大的储备。然而，在此不利的是箱子里面的东西的相当大的一部分不可利用。这针对所有的车辆来说缩短了补给周期的时间，尽管车辆的最大的部分由于气候条件对于添加剂仅具有很低的冻结风险。
2. 在没有针对冻结的情况维持储备的情况下应用(aufgebraucht)整个箱子里面的东西。这种策略具有这样的缺点，即剩余有效范围在某些地区中－在其中在某区域中定期达到很低的温度或低于添加剂的冻点－不可计算出。因此可在达到很低的温度的情况下例如低于－11°C时错误地估计剩余有效范围，从而使得不可遵守用于氮氧化物的极限值。附加地，在SCR系统中的压力形成错误的风险上升。
3. 用于添加剂的整个箱子可通过使用其他的加热元件来加热，以便可对整个箱子里面的东西解冻。然而由此出现用于其他的加热元件的显著的成本且此外在车辆的运行中需要附加的能量以用于运行加热元件。
发明内容
因此本发明的目的在于在仅仅部分地加热的箱子中提供添加剂的可供支配的量的可靠的预测，以便避免不必要的过早的补给且同时提供用于补给的及时的指示。
根据本发明，该目的通过这样的用于确定在容器中的物质的可供支配的量的方法来实现，即在该方法中，容器可至少部分地加热，以便将物质至少部分地加热到物质的融化温度之上，其中该方法包括：在这样的状态中探测在容器中的温度，即在该状态中容器的至少部分的加热并未激活，取决于所探测的温度确定在容器中的估计的将来的温度，以及取决于估计的将来的温度确定在容器中的物质的估计的将来的液态的量。此外该目的通过这样的用于车辆的装置来实现，即该装置包括：输入部，其用于联结车辆的容器的温度传感器，其中容器可至少部分地加热，以便将在容器中的物质至少部分地加热到物质的融化温度之上；以及处理单元，其设计成：在这样的状态中－在该状态中，容器的至少部分的加热并未激活－探测在容器中的温度、取决于所探测的温度确定在容器中的估计的将来的温度、以及取决于估计的将来的温度确定在容器中的物质的估计的将来的液态的量。
根据本发明提供一种用于确定在容器中的物质的可供支配的量的方法。容器可至少部分地加热，以便将物质至少部分地加热到物质的融化温度之上。物质例如可包括排气处理剂，尤其尿素水溶液，其用于处理车辆的内燃机的排气。容器例如可包括车辆的用于排气处理剂的储备容器。在该方法中，在容器处于这样的状态中期间，即在该状态中容器的至少部分的加热并未激活，探测在容器中的温度。例如可直接在激活容器的加热之前探测在容器中的温度。此外，当容器的加热长于预订的时间时(例如好几个小时)并未激活时，可探测在容器中的温度。取决于在容器中的所探测的温度确定在容器中的估计的将来的温度。取决于估计的将来的温度确定在容器中的物质的估计的将来的液态的量。由此依据测量在容器中的未受干扰的温度－即在未通过部分地加热容器来影响的容器中的温度－针对在容器中的将来的温度来估计温度预测。在容器中的温度可在多个行驶周期上来探测且例如对其取平均值，且预测例如可基于温度以及线性外插的平均值。根据温度预测可计算所需要的储备且与冻结风险相匹配。持续的匹配的优点在于容器的每次填充的有效范围更低程度地波动。
根据一实施方式，在容器中的物质的估计的将来的液态的量取决于估计的将来的温度借助于特性曲线来确定。借助特性曲线在取决于温度估计物质的将来的液态的量时可以简单的方式考虑到车辆的特定的给定条件，例如容器的安装位置或容器的几何机构。
根据另一实施方式确定温度平均值且取决于温度平均值确定在容器中的估计的将来的温度。温度平均值取决于所探测的温度、之前确定的温度平均值以及时间差来确定。时间差为在温度的探测与这样的时间点－在该时间点确定之前确定的温度平均值之间的时间。由此所探测的温度可根据在测量之间的时间差加权地进入到温度平均值中。因为所探测的温度可很强的变化，所以这是在容器中的将来的温度的有意义的时间上的外插的的前提。温度平均值例如可根据下面的等式来确定：
其中，为温度平均值，为之前确定的温度平均值，为探测到的温度以及为在温度的探测与这样的时间点－在该时间点确定之前确定的温度平均值－之间的时间差。值为用于取平均值的时间常数且例如可为在几天的范围(例如7至14天)中的值。为用于温度平均值的数目的指数。
根据另一实施方式通过以下方式确定在容器中的估计的将来的温度，即确定温度改变值且取决于温度改变值确定在容器中估计的将来的温度。温度改变值指明温度在每时间单位的改变，即温度的在时间上的导数。温度改变值取决于温度平均值、之前确定的温度改变值以及在温度改变值的确定与这样的时间点－在该时间点确定之前确定的温度改变值－之间的时间差来确定。温度改变值例如可与所期望的预测时间相乘，以便基于温度改变值估计在容器中的将来的温度。温度改变值例如可根据下面的等式来确定：
其中，为温度平均值，为之前确定的温度平均值，为在温度的探测与这样的时间点－在该时间点确定之前确定的温度平均值－之间的时间差，为所探测的温度，为确定用于所探测的温度的平均时间的时间常数，为中间值以及为温度改变值的之前的确定的相应的中间值，为确定时间的时间常数，应通过其形成温度平均值的导数，为温度改变值，以及为之前确定的温度改变值。
根据另一实施方式通过以下方式估计在容器中的将来的温度，即探测容器的环境的环境温度、确定环境温度平均值、由此确定温度改变值以及取决于温度平均值和温度改变值确定在容器中的估计的将来的温度。环境温度平均值取决于环境温度、之前确定的环境温度平均值以及在环境温度的探测与这样的时间点－在该时间点确定之前确定的环境温度平均值－之间的时间差来确定。温度改变值取决于环境温度平均值、之前确定的温度改变值以及在温度改变值的确定与这样的时间点－在该时间点确定之前确定的温度改变值－之间的时间差来确定。温度改变值在此指明温度在每时间单位的改变，即温度关于时间的导数。换句话说，在该实施方式中附加地基于环境温度确定在容器中的将来的温度。用于确定估计的将来的温度的方法在此基本上相应于之前说明的实施方式的方法，其中，代替取决于在容器中的温度，温度改变值现在取决于环境温度来确定。由此可进一步改善温度预测且因此改善在容器中的物质的液态的量的预测。
根据另一实施方式可在使用温度改变值以用于确定估计的将来的温度之前将温度改变值限制到最大的温度改变值上和/或限制到最小的温度改变值上。在低端的天气条件下，例如在极端的温度下跌时，可出现很高的温度改变值，其并未引起有意义的在时间上的外插。通过将温度改变值限制到最大的或最小的温度改变值上可避免这种情况。
根据另一实施方式，在该方法中探测容器的环境的环境条件信息且取决于环境条件信息确定温度改变值。环境条件信息例如可包括当前的白天时间的时间信息、日期信息、全球地理位置的位置信息、地理高度的高度信息或空气压力的压力信息。例如可利用日期信息或位置信息，以提高温度预测的精度和稳健性。例如仅可维持关于确定的季节的储备。根据位置说明和气候表可进一步提高预测可靠性。
如之前说明的那样，物质可包括排气处理剂，例如尿素水溶液，其用于处理车辆的内燃机的排气，且容器可包括车辆的用于排气处理剂的储备容器。此外，在该方法中可取决于物质的估计的将来的液态的量(即尿素水溶液的估计的将来的量)操控在车辆中的储备指示器。储备指示器为车辆的驾驶员提供这样的信息，车辆预期还可运行多远直至将尿素水溶液重新装填至储备容器中。
此外，根据本发明提供有用于车辆的这样的装置，其包括用于联结车辆的容器的温度传感器的输入部和处理单元。容器可至少部分地加热，以便将在容器中的物质至少部分地解热到物质的融化温度之上。处理单元可当容器的至少部分的加热并未激活时探测在容器中的温度。此外，配备有处理单元，在容器中的估计的将来的温度取决于所探测的温度来确定且取决于该估计的将来的温度估计在容器中的物质的将来的液态的量。由此配备有用于执行之前说明的方法的装置且该装置还包括之前结合该方法说明的优点。
此外，根据本发明提供带有之前说明的装置的车辆。车辆此外包括内燃机，在该内燃机的排气部分中可将排气处理剂从储备容器喷射出以便处理内燃机的排气。
附图说明
下面参考附图对本发明进行详细说明。
图1显示了根据本发明的实施方式的车辆。
图2根据本发明的实施方式显示了用于确定在容器中的物质的可供支配的量的方法的实现的示意性的图示。
图3根据本发明的实施方式显示了用于确定在容器中的物质的可供支配的量的方法的方法步骤。
参考标号列表
1 车辆
2 马达
3 排气线路
4 容器，箱子
5 管路
6 子区域
7 温度传感器
8 装置
9 输入部
10 处理单元
11 连接部
20 流程图
21－23 步骤
31 子功能
32 子功能
33 时间信息
34 箱子温度
35 环境温度
36 环境压力
37 限制器
38 最小梯度
39 最大梯度
40 乘法器
41 预测时间
42 加法器
43 特性曲线
44 储备量。
具体实施方式
图1显示了带有内燃机2和排气线路3的车辆1。内燃机2例如可包括柴油机。为了降低氮氧化物的排放，使用选择性催化还原方法(英文：Selective Catalytic Reduction，SCR)。没有直接(即以纯净的形式)使用对于SCR方法必需的氨，而是以含水的尿素溶液(其还被称为AdBlue)来使用。还被称为尿素水溶液(HWL)的含水的尿素溶液在SCR催化器之前例如借助于配量泵或喷射器喷射到排气线路3中。尿素水溶液存储在车辆1的箱子4中且通过管路5导引至排气线路3。因为尿素水溶液可在温度低于－11.5°C时冻结，所以至少可加热箱子4的子区域6。然而在很低的温度的情况下尽管加热箱子4在箱子4中的尿素水溶液的一部分(尤其在可加热的区域6之外的那部分)仍可冻结，从而不是整个量的尿素水溶液提供用于排气处理。在箱子4中的尿素水溶液的可供支配的量确定车辆的有效范围且可例如以剩余有效范围或储备指示器的形式发布给车辆的驾驶员。当剩余有效范围下降到低于预定的值时，例如可激活储备指示器。
为了确定在箱子4中的尿素水溶液的可供支配的量设置有装置8，其包括用于通过连接部11联结在箱子4中的温度传感器7的输入部9和处理单元10。装置8可包括其他的输入部或输出部，例如用于确定箱子4的液位的输入部或这样的输入部，经由其例如由车辆1的马达电子装置将这样信息分给装置8，即将多少尿素水溶液经由管路5喷射到排气线路3中。装置8通过输出部例如可操控之前说明的在车辆1的仪表盘中的储备指示器或进行相应地登记到车辆1的故障存储器中。
图2以流程图20的形式示意性地显示了装置8的基本的工作原理。在步骤21中探测在箱子4中的未受干扰的温度。就此而言，“未受干扰的温度”意指借助温度传感器7在这样的状态中测量在箱子4中的温度，即在该状态中温度没有通过加热箱子4来影响。例如，当箱子4的加热首先长于预定的时间(例如几个小时)并未激活时，可探测温度。尤其当车辆在探测温度之前未使用例如几个小时的至少一定的预定的时间时，可探测未受干扰的温度。在步骤22中基于所探测的温度估计在箱子4中的将来的温度。为此尤其可在更长的时间段上探测且处理在箱子4中的多个温度，如下面将参考图3详细说明的那样。在步骤23中，取决于估计的和将来的温度估计在箱子4中的尿素水溶液将来的液态的量。基于尿素水溶液的该估计的将来的液态的量例如可操控之前说明的储备指示器。
因此根据测量未受干扰的箱子温度完成温度预测。附加地，外部温度的测量可汇入到温度预测中。在多个行驶周期上平均且导出测量值。因此预测基于当前的温度以及线性外插的平均。
因为在测量之间的时间间隔由于释放(例如当存在未受干扰的箱子温度时)以及无规律的行驶周期可强烈地变化，所以单个测量点的权重相应于自上次测量经过的时间。为此使用在行驶周期上连续的时间参数。根据温度预测计算储备，其可连续地在两个极值“无储备”与“最大储备”之间变化，以便使储备匹配于冻结风险。通过连续地匹配每次箱子填充的有效范围波动明显更小。
图3详细显示了温度预测的确定和基于此的用于尿素水溶液的储备的确定。温度预测基于两个子功能31和32。在两者中自上次测量起基于连续的时间信息33首先确定时间差。
在第一子功能31中，在很多天的时间段上对箱子4的未受干扰的温度34(例如在每次行驶周期开始时)进行平均。箱子4的未受干扰的温度34为对于箱子中的东西的冻结来说重要的参数且因此为用于形成平均值的基础。针对依次的测量，根据下面的等式进行平均：
自上次测量的时间以表示，当前的箱子温度以表示，而用于平均的时间常数以表示。为用于温度测量的数目和由此确定的平均值温度的数目的指数。平均值已经可用作用于温度预测的第一近似，其中，然而冻结风险尤其在快速地温度改变时仅可在时间上延时地识别出。常量可包括几天的值，尤其一周或两周的值。
因此线性外插应预先绘制几周的季节性的温度走向。由于环境条件的干扰(例如通过改变车辆的高度位置的在白天时间上的波动和温度改变)可在形成导数之前通过测量外部压力36或根据当前的时间来修正。线性外插可使用箱子温度传感器7或备选地使用外部温度传感器，以便预测温度的长期的改变。为此，根据下面的等式确定温度关于时间的导数：
自上次测量的时间又以来表示。时间常数确定用于测量值的平均时间，而时间常数确定通过其形成导数的时间。为当前的温度，例如箱子温度34或环境温度35。作为结果，功能32提供温度的导数。又为用于温度测量的数目的指数。因此温度的导数为温度改变值，其表示温度关于时间的估计的将来的改变。仅为中间值。温度的导数更确切地说温度改变值提供给限制器37，其将值域限制到最小梯度38和最大梯度39上。受到限制的温度改变值在乘法器40中与所期望的预测时间41相乘，以便确定预测的温度改变。预测的温度改变在加法器42中加至功能31的平均温度。借助特性曲线43基于相加的结果确定尿素水溶液的必需的储备量44。
温度预测的精确性和稳健性可通过以下方式进一步提高，即利用例如通过车辆的时钟或全球定位系统(GPS)提供的日期信息或位置信息。例如可仅维持关于确定的季节的储备。根据位置信息和气候表可进一步提高预测可靠性。
线性外插可通过使用用于温度预测的更高的级来扩大。由此可尤其在温度转换点中改善近似正旋式的季节性的温度走向的预测。备选地或除了温度的所利用的线性外插之外可在更长的时间段上存储温度值，以便使正旋式的功能与季节性的温度走向相匹配。
通过之前说明的方法可最优地利用箱子4的东西。车辆的使用者可在一年的大部分中使用箱子中的所有的东西。在气候适宜的地区中，通过该方法最多在冬季中断很少的储备。在补给事件之间的时间段可由此显著变大。同时可在寒冷的地区中通过温度预测建立尿素水溶液储备，从而可降低缺乏尿素水溶液或压力设立错误的可能性。
Claims (13)
1.一种用于确定在容器中的物质的可供支配的量的方法，其中，容器(4)可至少部分地加热，以便将物质至少部分地加热到物质的融化温度之上，其特征在于，该方法包括：
－在这样的状态中探测在容器(4)中的温度(,34)，即在该状态中容器(4)的至少部分的加热并未激活，
－ 取决于所探测的温度(，34)确定在容器(4)中的估计的将来的温度，以及
－ 取决于估计的将来的温度确定在容器(4)中的物质的估计的将来的液态的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定物质的估计的将来的液态的量包括取决于估计的将来的温度借助于特性曲线(43)确定在容器中的物质的估计的将来的液态的量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定在容器(4)中的估计的将来的温度包括：
－ 取决于所探测的温度()、之前确定的温度平均值()以及在对温度()进行探测的时间点与对之前确定的温度平均值()进行确定的时间点之间的时间差()确定温度平均值()，以及
－ 取决于温度平均值()确定在容器中的估计的将来的温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定在容器中的估计的将来的温度包括：
－ 取决于温度平均值()、之前确定的温度改变值()以及在对温度改变值进行确定的时间点与对之前确定的温度改变值()进行确定的时间点之间的时间差(dt)确定温度改变值()，其中，温度改变值()包括温度在每时间单位的估计的将来的改变，以及
－ 取决于温度改变值()确定在容器中的估计的将来的温度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定在容器中的估计的将来的温度包括：
－ 探测容器(4)的环境的环境温度()，
－ 取决于环境温度()、之前确定的环境温度平均值()以及在对环境温度()进行探测的时间点与对之前确定的环境温度平均值()进行确定的时间点之间的时间差()确定环境温度平均值()，
－ 取决于环境温度平均值()、之前确定的温度改变值()以及在对温度改变值()进行确定的时间点与对之前确定的温度改变值()进行确定的时间点之间的时间差()确定温度改变值()，其中，温度改变值()包括温度在每时间单位的估计的将来的改变，以及
－ 取决于温度平均值和温度改变值()确定在容器中的估计的将来的温度。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法在步骤确定估计的将来的温度之前包括下列步骤：
－ 将温度改变值()限制到最大的温度改变值(39)上或限制到最小的温度改变值(38)上。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法在步骤确定估计的将来的温度之前包括下列步骤包括：
－ 将温度改变值()限制到最大的温度改变值(39)上或限制到最小的温度改变值(38)上。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法此外包括：
－ 探测容器(4)的环境的至少一条环境条件信息，以及
－ 取决于至少一条环境条件信息确定温度改变值()，
其中，环境条件信息包括来自环境条件信息组的至少一条信息，其中，环境条件信息组包括：
－ 当前的白天时间的时间信息(33)，
－ 日期信息，
－ 全球地理位置的位置信息，
－ 地理高度的高度信息，和/或
－ 空气压力的压力信息(36)。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法此外包括：
－ 探测容器(4)的环境的至少一条环境条件信息，以及
－ 取决于至少一条环境条件信息确定温度改变值()，
其中，环境条件信息包括来自环境条件信息组的至少一条信息，其中，环境条件信息组包括：
－ 当前的白天时间的时间信息(33)，
－ 日期信息，
－ 全球地理位置的位置信息，
－ 地理高度的高度信息，和/或
－ 空气压力的压力信息(36)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，物质包括排气处理剂，其用于处理车辆(1)的内燃机(2)的排气，且容器(4)包括车辆(1)的用于排气处理剂的储备容器，其中，该方法此外包括：
－ 取决于物质的估计的将来的液态的量操控在车辆(1)中的储备指示器，其中，储备指示器为车辆(1)的驾驶员提供这样的信息，即车辆(1)预期还可运行多远直至将排气处理剂重新装填至储备容器(4)中。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述排气处理剂为尿素水溶液。
12.一种用于车辆的装置，包括：
－ 输入部(9)，其用于联结车辆(1)的容器(4)的温度传感器(7)，其中，容器(4)可至少部分地加热，以便将在容器(4)中的物质至少部分地加热到物质的融化温度之上，以及
－ 处理单元(10)，其设计成：在这样的状态中－在该状态中，容器(4)的至少部分的加热并未激活－探测在容器(4)中的温度(,34)、取决于所探测的温度(,34)确定在容器(4)中的估计的将来的温度、以及取决于估计的将来的温度确定在容器中的物质的估计的将来的液态的量。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，装置(8)设计成用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
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