CN104675488A - 用来检测选择性催化还原喷射器打开时间的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用来检测阀的打开时间的方法，该方法包括：接收所述阀的阀电流曲线；和至少使用斜率偏转检测器处理阀电流曲线以基于所述斜率偏转检测器的输出确定所述阀的状态。

Description

用来检测选择性催化还原喷射器打开时间的方法和设备
技术领域
本公开一般涉及选择性催化还原喷射器控制，并且更特别地涉及一种用来检测选择性催化还原喷射器的打开时间和状态的过程。
背景技术
减少从柴油机排气的NOx和CO2排放的全球运动已经导致在柴油机车辆中实现选择性催化还原系统以减少汽车排放。选择性催化还原系统通过添加气态或液体还原剂到来自发动机的排气流进行操作。气态的或液体的还原剂被吸收到催化剂上，在那里，还原剂与排气中的氮氧化物反应以形成水蒸气和氮气。
为了与车载诊断系统（诸如OBD或OBDII）适当地相互作用，现有的选择性催化还原系统包括自诊断以识别故障并且在车辆正被维修时实现销点更换。
发明内容
公开的是一种用来检测阀的打开时间的方法，该方法包括以下步骤：接收阀的致动电流曲线（profile）；至少使用斜率偏转（reflection）检测器处理所述阀电流曲线；和基于所述斜率偏转检测器的输出确定所述阀的状态。
也公开的是一种包括排气系统的车辆，该排气系统包括选择性催化还原喷射器，可操作以检测选择性催化还原喷射器的电流抽取的控制器，该控制器可操作以检测选择性催化还原喷射器的电流抽取中的斜率偏转，因此检测选择性催化还原喷射器的打开时间。
也公开的是一种用来控制选择性催化还原喷射器的方法，所述方法包括以下步骤：使用控制器指示选择性催化还原喷射器开始打开；在所述控制器接收所述选择性催化还原喷射器的选择性催化还原喷射器电流曲线；在所述控制器中至少使用斜率偏转检测器处理所述选择性催化还原喷射器电流曲线；和基于所述斜率偏转检测器的输出，确定所述选择性催化还原喷射器的打开状态。
根据以下说明书和附图可以最佳地理解本发明的这些和其它特征，此后是简要描述。
附图说明
图1示出包括用来减少排放的选择性催化还原喷射器的车辆。
图2示出相对于时间的打开的选择性催化还原喷射器电流曲线和阻塞的选择性催化还原喷射器电流曲线。
图3示出用来检测选择性催化还原喷射器的打开时间和状态的过程。
图4示出用于图2的过程的斜率偏转检测方案。
图5示出斜率偏转检测器的输出图表。
具体实施方式
图1示意性地示出包括排气系统20的车辆10，该排气系统用来从车辆10的内燃机排出排气30。排气系统20包括选择性催化还原喷射器40，该选择性催化还原喷射器添加气态或液体还原剂到来自发动机的排气流。气态的或液体的还原剂被吸收到催化剂上，在那里，还原剂与排气中的氮氧化物反应以形成水蒸气和氮气。选择性催化还原喷射器40由控制器50控制，并且包括传感器封装，该传感器封装能够感测到选择性催化还原喷射器40的输入和从选择性催化还原喷射器40的输出。在一个例子中，该喷射器40以电磁阀的形式。
该传感器封装可以检测到并且传送回控制器50的该输入中的一种是选择性催化喷射器40的电流抽取（current draw）。这个电流抽取可以由控制器50合计以确定选择性催化还原喷射器40的电流曲线。基于选择性催化还原喷射器40的电流曲线，控制器50可以使用下面描述的过程确定精确的喷射器打开时间和喷射器是被阻塞还是没有被阻塞。
选择性催化还原喷射器40的电流曲线是被供应到喷射器的电池电压，喷射器温度和喷射器流体压力的函数。在低温度，低压力，和高电压的情况下，名义选择性催化还原喷射器40的电流曲线几乎相同于（表面上类似于）阻塞的选择性催化还原喷射器，并且电流曲线的最高水平或目视检查不足以识别阻塞的喷射器或精确地识别喷射器40的打开时间。
继续参考图1，图2示出相对于时间的打开的选择性催化还原喷射器40的电流曲线110和阻塞的选择性催化还原喷射器40的电流曲线120。在打开的选择性催化还原喷射器电流曲线110的情况中，喷射器40在点112开始喷射（打开），并且电流曲线110以相对恒定的斜率上升。当选择性催化还原喷射器40完全打开时，电流曲线110经历点114处示出的小的斜率改变（称为降下（dip））。在该降下之后，电流曲线110的斜率改变。相比之下，阻塞的选择性催化还原喷射器40的电流曲线120在点122开始打开，并且穿过检测窗口126以相对恒定的斜率上升而没有降下。
电流曲线110，120的检测窗口116，126是以下窗口，在该窗口期间，控制器50分析电流曲线以检测降下114的存在。在这个窗口116，126期间，喷射器电流数据被控制器50处理并且被供给到斜率偏转检测器以检测选择性催化还原喷射器40打开。斜率偏转检测器可以是另一控制器，存储在控制器50的存储器中的软件模块，或任何其它类似系统。
继续参考图1，图3示出一种过程200，该过程被控制器50用于检测选择性催化还原喷射器40的打开时间。最初，控制器50检查以看看喷射是否已经在喷射开始检查步骤210中开始。 如果喷射还没有开始，该过程200跳回，并且喷射开始检查步骤210在适当的延迟之后再次被执行。
如果喷射已经开始，该过程200前进到等待斜率偏转检测窗口开始步骤212。如图2中示出的，在当喷射在112，122开始时和当检测窗口116，126打开时之间存在延迟时段。在步骤212中，控制器50在移动到斜率偏转检测窗口开始检查214之前等待喷射开始和斜率偏转检测窗口116，126的开始之间的延迟时段。
如果当控制器50执行斜率偏转检测窗口开始检查214时斜率偏转检测窗口还没有开始，则该过程跳回到等待斜率偏转检测窗口开始步骤212。如果斜率偏转检测窗口116，126已经开始，则控制器50在检测电流数据步骤216中开始积累电流数据以构造喷射器40的电流曲线。电流数据可以使用任何可接受的传感器布置被积累。在一些例子中，电流数据使用极高的采样速率被收集。采样速率是检测数据样品的速率。例如，1微秒的采样速率对应于每个微秒发生一次电流检测。
为了将检测的电流数据减少到可管理的情况和量，检测的数据被控制器50使用标准数字滤波器过滤以去除高频噪音。在使用高的采样速率的例子中，该数据使用已知的降采样技术被进一步降采样以减小电流曲线中的数据的量。过滤和降采样在过滤电流数据步骤218中由控制器50执行。
过滤的和降采样的数据形成喷射器电流曲线，诸如图2中示出的电流曲线11，120。一旦电流曲线已经被确定，就在应用斜率偏转检测器步骤220中，控制器50或另一斜率偏转检测器将斜率偏转检测器过程应用于电流曲线。由斜率偏转检测器执行的过程在下面参考图4被更详细地描述。
斜率偏转检测器确定斜率偏转是否存在于喷射器电流曲线上。如果没有检测到斜率偏转，则在确定打开时间和状态步骤222中，控制器50将喷射器40的状态设置为“阻塞（stuck）”。“阻塞”状态表示喷射器40在打开期间变得阻塞并且不完全打开。如果检测到斜率偏转，则在确定打开时间和状态步骤222中，控制器50将喷射器40状态设置为“打开”并且将喷射器40变得完全打开的时间确定为斜率偏转的最小点。
一旦喷射器40的打开时间和状态已经被确定，控制器50就在报告打开时间和状态步骤224中报告打开时间和状态。该报告可以到另一分离的控制器，控制器50内的子程序，或者诊断系统，诸如OBD（车载诊断）或OBDII（车载诊断II）。替代地，打开时间和状态可以被报告到需要喷射器40的打开时间和状态的任何其它系统。
继续参考图1，图4是图表300，该图表示出包括斜率降下314的喷射器40的电流曲线302。如上面描述的，为了确定电流曲线302，控制器50使用非线性数字过滤技术来去除噪音并且降采样数据以减小数据的量，因此减小数据缓冲区大小。一旦电流曲线302已经被确定，控制器50就应用斜率偏转检测器。
斜率偏转检测器使用修改的中值滤波器来确定斜率偏转点314。斜率偏转检测器逐个条目地处理电流曲线302，将每一条目替换为落在中间窗口320内的相邻的条目的中心值以确定中间电流曲线。中间窗口内的条目然后以递增的值排序（sort）。斜率偏转检测器还逐个条目地处理电流曲线302，将每一条目替换为落在平均窗口310内的相邻的条目的平均值以确定平均电流曲线。
如在图4中可以看到的，平均窗口310是比中间窗口320小的窗口（包括较少相邻的数据点）。此外，平均窗口310完全落在中间窗口320内。平均窗口310的开始边缘从中间窗口320的开始边缘偏移偏移值330。平均窗口310和中间窗口320的大小，以及偏移330的大小是校准值，得益于本公开的本领域技术人员可以对特别的选择性催化还原喷射器40实验地或数学地确定该校准值。由于窗口310，320的所需大小，斜率偏转检测过程的最初输出发生在点340，并且不在电流曲线302的开始时间304。在图4的示出的例子中，斜率偏转检测器的最初输出340发生在最初平均窗口310的端点。
输出340的值由以下关系确定：
Out = mid*dfact-(mean*gfact)。
其中Out是输出值，mid是中间窗口320的中心值，mean是平均窗口310的平均值，并且dfact和gfact是可变因数，dfact和gfact由以下关系确定：
gfact = 1+ABS(mid-mean)
dfact = 1-ABS(mid-mean)
其中mid是中间窗口320的中心值，mean是平均窗口310的平均值，并且ABS是绝对值函数。
由于上述关系，中间窗口320的值（mid）和平均窗口310的值（mean）之间的差越大，因数gfact将越大。类似地，中间窗口320的值（mid）和平均窗口310的值（mean）之间的差越大，因数dfact将越小。 gfact和dfact的这个差导致大大放大斜率偏转314，而在斜率偏转不存在时维持相对恒定的值的输出（out）。
继续参考图1和4，图5示出输出图表400，该输出图表在输出410示出当斜率偏转存在时斜率偏转检测器的输出，并且在输出420示出当斜率偏转不存在时斜率偏转检测器的输出。如基于上面可以理解的，当选择性催化还原喷射器40变得完全打开时斜率偏转发生，并且当选择性催化还原被阻塞时不发生斜率偏转。
在未阻塞的斜率偏转图表410中，斜率偏转检测器的输出412停留在近似0值直到斜率偏转发生。对于斜率偏转的持续时间，该斜率偏转导致斜率偏转检测器的输出的急剧减小，此后斜率偏转检测器输出返回到近似0值。相比之下，当斜率偏转不存在时，如在斜率偏转图表420中，斜率偏转检测器的输出对于整个持续时间维持近似0值。基于这种差异，控制器50可以检测选择性催化还原喷射器40何时被阻塞（即，何时不存在斜率偏转）。
从斜率偏转图表410还可确定的是选择性催化还原喷射器40变得完全打开的精确时间。由于斜率偏转发生在选择性催化还原喷射器40变得完全打开的点，因此选择性催化还原喷射器40的精确的完全打开时间是斜率偏转检测器的输出412的最小值点414加上延迟时间和滤波器过程偏移。选择性催化还原喷射器40的精确打开时间精确地在降采样数据速率的时间段内。因此，如果降采样数据速率是1微秒，则取决于系统公差和斜率偏转检测器滤波器校准，最小值点414的时间可以落在选择性催化还原喷射器40的实际完全打开时间的1微秒内。
通过利用上述过程，控制器50可以确定选择性催化还原喷射器的精确打开时间和选择性催化还原喷射器是被阻塞还是没有被阻塞。如得益于本公开的本领域技术人员可以理解的，上述过程可以应用于任何数量的展示类似的斜率偏转特性的喷射器阀，并且不限于选择性催化还原喷射器。
还理解到，任何上述构思可以单独地或与其它上述构思的任何或所有组合地使用。虽然已经公开本发明的实施例，本领域技术人员将认识到，某些修改将在本发明的范围内。由于那个原因，下面的权利要求应当被计划用于确定本发明的真实的范围和内容。

Claims (21)

1.一种用来检测阀的打开时间的方法，所述方法包括：
接收所述阀的阀电流曲线；
至少使用斜率偏转检测器处理所述阀电流曲线；和
基于所述斜率偏转检测器的输出确定所述阀的状态。
2.权利要求1所述的方法，其中，至少使用斜率偏转检测器处理所述阀电流曲线的步骤包括确定中间窗口内的中间值和平均窗口内的平均值，并且所述中间窗口和所述平均窗口限定所述阀的电流曲线的数据窗口。
3.权利要求2所述的方法，
其中，所述中间窗口中的每一个输出数据点是在对应时间处所述中间窗口内的数据点的中间值；
其中，所述中间窗口内的数据点以递增的值排序；并且
其中，所述平均窗口中的每一个输出数据点是在对应时间处所述平均窗口内的数据点的平均值。
4.权利要求3所述的方法，其中，所述平均窗口与所述中间窗口相比包括更少的数据点，并且其中所述平均窗口以从所述中间窗口起始点处的预定义偏移而开始。
5.权利要求2所述的方法，其中，至少使用斜率偏转检测器处理所述阀电流曲线的步骤包括根据关系Out = mid*dfact-(mean*gfact)产生斜率偏转输出，其中Out是在给定时间处的斜率偏转输出，mid是在所述给定时间处所述中间窗口中的排序的数据点的中间值，mean是在所述给定时间处所述平均窗口中的数据点的平均值，并且dfact和gfact是可变的放大因数。
6.权利要求5所述的方法，其中
gfact是1加上在所述给定时间处所述中间窗口中的排序的数据点的中间值与所述给定时间处所述平均窗口中的数据的平均值之间的差的绝对值；并且
dfact是1减去在所述给定时间处所述中间窗口中的排序的数据点的中间值与所述给定时间处所述平均窗口中的数据的平均值之间的差的绝对值。
7.权利要求1所述的方法，其中，基于所述斜率偏转检测器的输出确定所述阀的状态的步骤还包括：识别幅值大于斜率偏转检测器输出中阈值的谷以及识别所述谷中的最小数据点，由此识别在所述阀变得完全打开时的时间。
8.权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：响应于识别所述阀变得完全打开的时间而设定所述阀的阀打开状态。
9.权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：通过识别所述斜率偏转检测器的最小点的位置而确定所述阀的打开时间。
10.权利要求1所述的方法，其中，基于所述斜率偏转检测器的输出确定所述阀的状态的步骤还包括：识别幅值大于所述斜率偏转检测器输出中阈值的谷的缺失，由此确定所述阀处于阻塞位置并且没有完全打开。
11.权利要求10所述的方法，还包括响应于确定所述阀处于阻塞位置并且没有完全打开而设置所述阀的阀阻塞状态。
12.一种车辆，所述车辆包括：
排气系统，所述排气系统包括选择性催化还原喷射器；
至少一个传感器，所述至少一个传感器能操作以检测所述选择性催化还原喷射器的电流抽取；和
控制器，所述控制器连接到所述至少一个传感器，所述控制器能操作以检测所述选择性催化还原喷射器的电流抽取中的斜率偏转，由此检测所述选择性催化还原喷射器的打开时间。
13.权利要求12所述的车辆，其中，所述控制器还包括存储指令的有形存储器，所述指令能操作以引起所述控制器执行以下步骤：
响应于从所述传感器接收选择性催化还原喷射器电流曲线，至少使用斜率偏转检测器处理选择性催化还原喷射器电流曲线；和
基于所述斜率偏转检测器的输出，确定所述选择性催化还原喷射器的状态。
14.权利要求13所述的车辆，其中，响应于从所述传感器接收所述选择性催化还原喷射器电流曲线而至少使用斜率偏转检测器处理选择性催化还原喷射器电流曲线的步骤包括：从中间窗口内的排序的数据确定中间值；和从所述选择性催化还原喷射器电流曲线的平均窗口确定平均值。
15.权利要求14所述的车辆，
其中，所述中间窗口中的每一个输出数据点是所述阀电流曲线的中间窗口内的排序的数据点的中间值；
其中，所述中间窗口内的数据点以递增的值排序；并且
其中，所述平均窗口的每一个输出数据点是所述平均窗口内的数据点的平均值。
16.权利要求15所述的车辆，其中，所述平均窗口与所述中间窗口相比包括更少的数据点，并且其中所述平均窗口以从所述中间窗口起始点处的预定义偏移而开始。
17.权利要求13所述的车辆，其中，至少使用斜率偏转检测器处理所述阀电流曲线的步骤包括根据关系Out = mid*dfact-(mean*gfact)产生斜率偏转输出，其中Out是在一时间处的斜率偏转输出，mid是在给定时间处所述中间窗口的排序的数据的中间值，mean是在所述给定时间处所述平均窗口中的数据的平均值，并且dfact和gfact是可变的放大因数。
18.权利要求17所述的车辆，其中
gfact是1加上在所述给定时间处所述中间窗口中的排序的数据点的中间值与所述给定时间处所述平均窗口中的数据点的平均值之间的差的绝对值；并且
dfact是1减去在所述给定时间处所述中间窗口中的排序的数据点的中间值与所述给定时间处所述平均窗口中的数据点的平均值之间的差的绝对值。
19.一种用来控制选择性催化还原喷射器的方法，所述方法包括以下步骤：
使用控制器指示选择性催化还原喷射器开始打开；
在所述控制器处接收所述选择性催化还原喷射器的选择性催化还原喷射器电流曲线；
在所述控制器中至少使用斜率偏转检测器处理所述选择性催化还原喷射器电流曲线；和
基于所述斜率偏转检测器的输出，确定所述选择性催化还原喷射器的打开状态。
20.权利要求19所述的方法，其中，至少使用斜率偏转检测器处理所述选择性催化还原喷射器电流曲线的步骤包括：
从中间窗口确定中间值并且从所述选择性催化还原喷射器电流曲线的平均窗口确定平均值；和
根据关系Out = mid*dfact-(mean*gfact)产生斜率偏转输出，其中Out是在给定数据点处的所述斜率偏转输出，mid是在给定时间处所述中间窗口中的数据的中间值，mean是在所述给定时间处所述平均窗口中的数据的平均值，并且gfact是1加上在所述mid值与所述mean值之间的差的绝对值；
并且dfact是1减去在所述mid值与所述mean值之间的差的绝对值。
21.权利要求19所述的方法，其中，基于所述斜率偏转检测器的输出而确定所述选择性催化还原喷射器的状态的步骤还包括：识别在斜率偏转检测器输出中足够量的幅值的谷；和识别所述谷中的最小数据点，由此识别在所述选择性催化还原喷射器变得完全打开时的时间。
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