CN107942998B - 一种尿素消耗偏差故障模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于尿素消耗偏差检测技术领域，公开了一种尿素消耗偏差故障模拟装置及模拟方法，尿素消耗偏差故障模拟装置包括称重机构，设置在所述称重机构上的测量筒，设置在所述测量筒上用于检测所述测量筒内尿素溶液的液位的液位传感器，连接于所述测量筒的尿素喷嘴，以及与所述液位传感器和所述尿素喷嘴均连接的ECU。本发明通过上述尿素消耗偏差故障模拟装置，能够实现对尿素消耗偏差故障的模拟，取代了现有技术中采用漏出尿素进行模拟的方式，避免了尿素的浪费以及环境的污染。同时采用上述尿素消耗偏差故障模拟装置进行模拟，其成本低，可有效降低企业负担。

Description

一种尿素消耗偏差故障模拟装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及尿素消耗偏差检测技术领域，尤其涉及一种尿素消耗偏差故障模拟装置及模拟方法。

背景技术

柴油机作为一种动力机械，为社会的发展做出了杰出贡献，但同时也造成环境的污染。随着国家法规的日益严格，对柴油机排放要求越来越高，单纯依靠提高发动机技术实现排放达标越来越困难，在这种情况下引入了SCR后处理系统。SCR系统基本工作原理：排气从增压器涡轮流出后进入排气管中，同时由安装在排气管上的尿素喷射单元将定量的尿素水溶液以雾状形态喷入排气管中，尿素液滴在高温废气作用下发生水解和热解反应，生成所需要的还原剂氨气(NH₃)，氨气(NH₃)在催化剂的作用下将柴油机排气中的主要有害成分氮氧化物(NO_x)有选择性地还原为氮气(N₂)。

SCR系统如果存在故障，例如尿素喷嘴出现机械卡滞，卡滞在常开位置，会造成过量尿素喷射到发动机排气管中，这些喷射的尿素除了与排气中NO_x污染物反应，过量尿素会分解成NH₃排入大气中，进而造成空气污染；如果喷嘴卡滞在常闭位置，则尿素无法喷射到排气管中还原发动机中NO_x污染物，也会造成大气污染。为了及时诊断尿素消耗偏差故障，需要监测通过尿素喷嘴开度积分得到的尿素计算消耗量和通过尿素箱液位传感器计算的实际消耗量，若两者差别过大，就需要及时诊断报错，提醒驾驶员。

现有技术中对于尿素消耗偏差故障的模拟是基于尿素液位传感器的特性实现的。其监测原理是：根据尿素箱液位信号计算的尿素实际消耗量a(单位：L)与根据尿素喷嘴的开度积分得到的尿素计算消耗量b(单位：L)的偏差进行诊断。当尿素计算消耗量b达到设定的限值c(单位：L，可根据不同机型进行标定。)时进行诊断结果输出。此时，如果|b-a|/b≥d(d为法规规定的偏差比值，为50％)，ECU系统报错，提醒驾驶员尿素消耗出现问题，需要及时进行整车处理；如果|b-a|/b＜d(d为法规规定的偏差比值，为50％)，ECU系统不报错。通过上述原理，能够实现对ECU性能好坏的检测。

目前对尿素消耗偏差故障的模拟进行台架试验时，可采用以下两种方法：

1)试验人员通过修改ECU数据进行尿素消耗偏差故障的模拟，以实现尿素实际消耗量a和尿素计算消耗量b的差值大于法规规定的偏差比值d，但是该种方法在国家检测中心进行认证时，因为检测中心不允许修改ECU数据，因此无法使用。

2)试验中通过拧松尿素箱底部的螺栓堵头慢慢将尿素溶液从尿素箱中放出，以实现尿素实际消耗量a和尿素计算消耗量b的差值大于法规规定的偏差比值d，进而通过判断ECU是否报错，来实现尿素消耗偏差故障的模拟。但是拧松螺栓堵头的方式，其漏出的尿素容易造成环境污染以及尿素的浪费。此外，该方式需要使用检测中心的试验台架来进行模拟，而试验台架的使用费用1小时通常为几千元，试验测试循环一次则需要花费万元以上，认证耽搁时间过长会加大企业负担。

因此，急需设计一种不会浪费尿素且成本低的尿素消耗偏差故障模拟装置，来实现对ECU报警性能好坏的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尿素消耗偏差故障模拟装置及模拟方法，以解决现有尿素消耗偏差故障模拟存在的尿素的浪费、污染环境以及试验成本高的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种尿素消耗偏差故障模拟装置，包括称重机构，设置在所述称重机构上的测量筒，设置在所述测量筒上用于检测所述测量筒内尿素溶液的液位的液位传感器，连接于所述测量筒的尿素喷嘴，以及与所述液位传感器和所述尿素喷嘴均连接的ECU。

作为优选，所述称重机构上设有重量显示器、初始值设置按钮、报警偏差值设定面板以及归零按钮。

作为优选，所述称重机构上设有报警灯。

作为优选，所述测量筒上设有进液口，所述进液口与所述尿素喷嘴相连通，且所述进液口与所述尿素喷嘴之间设有输送泵。

作为优选，所述测量筒上还设有回液口，用于尿素溶液的回流。

作为优选，所述测量筒下端设有容器底座，并通过所述容器底座置于所述称重机构上。

本发明还提供一种尿素消耗偏差故障模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预设消耗的尿素体积P计算出尿素箱对应的尿素液位高度h；

选取测量筒上的起点高度h1以及终点高度h2，所述终点高度h2与所述起点高度h1之间的差值为所述尿素液位高度h；

向所述测量筒中加注尿素溶液至所述起点高度h1，通过称重机构称重所述起点高度h1对应的尿素溶液的起点质量m1；

向所述测量筒中加注尿素溶液至所述终点高度h2，通过所述称重机构称重所述终点高度h2对应的尿素溶液的终点质量m2；

打开尿素喷嘴，并通过所述称重机构实时称重尿素喷嘴喷液过程中所述测量筒内尿素溶液的实时质量m；

将所述终点质量m2与所述实时质量m作差值计算，当所述差值大于预设的报警偏差质量△m时，所述称重机构报警，其中所述报警偏差质量△m为所述终点质量m2与起点质量m1的差值；

查看ECU是否报错，如果所述ECU报错，则符合试验标定要求。

作为优选，所述向所述测量筒中加注尿素溶液至所述起点高度h1之前还包括：

通过按压所述称重机构的归零按钮，对所述称重机构进行归零。

作为优选，所述报警偏差质量△m通过所述称重机构的报警偏差值设定面板输入。

作为优选，所述称重机构通过报警灯进行报警。

本发明的有益效果：通过上述尿素消耗偏差故障模拟装置，能够实现对尿素消耗偏差故障的模拟，取代了现有技术中采用漏出尿素进行模拟的方式，避免了尿素的浪费以及环境的污染。同时采用上述尿素消耗偏差故障模拟装置进行模拟，其成本低，可有效降低企业负担。

附图说明

图1是本发明尿素消耗偏差故障模拟装置的结构示意图；

图2是本发明尿素消耗偏差故障模拟方法的流程图。

图中：

1、称重机构；2、测量筒；3、液位传感器；4、尿素喷嘴；5、ECU；11、重量显示器；12、初始值设定按钮；13、报警偏差设定面板；14、归零按钮；15、报警灯；21、进液口；22、回液口；23、容器底座。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明提供一种尿素消耗偏差故障模拟装置，包括称重机构1、测量筒2、液位传感器3、尿素喷嘴4以及ECU5，其中：

上述称重机构1用于对测量筒2及测量筒2内的尿素溶液进行称重，在该称重机构1上从左至右依次设置有重量显示器11、初始值设置按钮12、报警偏差值设定面板13以及归零按钮14，其中重量显示器11用于显示测量筒2及测量筒2内的尿素溶液的重量，初始值设置按钮12用于设置基准质量，报警偏差值设定面板13用于输入报警偏差质量，归零按钮14用于在模拟试验前对称重装置进行归零设置，以提高称重准确度。

本实施例中，在上述称重机构1上还设有报警灯15，该报警灯15可采用三色灯的方式进行报警，也可以采用声音方式进行报警，也可以三色灯和声音相结合的方式进行报警。

上述测量筒2下端设置有容器底座23，该容器底座23置于称重机构1上。上述测量筒2内可放置尿素溶液，且在该测量筒2上设有刻度标识，向测量筒2内加注尿素溶液时，可通过该刻度标识查看尿素溶液的液位。

上述液位传感器3为干簧管式闭合电阻传感器，其设置在测量筒2的上方，且连接于上述ECU5。该液位传感器3的一端伸入测量筒2内，并在伸入测量筒2内的一端上设有可滑动的浮子，该浮子能够随着测量筒2内尿素溶液的液位的变化而上下浮动，使得液位传感器3的电阻值会随着浮子位置的变化而变化，这样液位传感器3反馈给ECU5的电压值就会出现波动，ECU5根据该反馈的电压值转换成液位高度。

上述尿素喷嘴4连接于测量筒2的上端处，具体的，在测量筒2上端设有进液口21和回液口22，其中进液口21与尿素喷嘴4连通，且在进液口21和尿素喷嘴4之间设有输送泵(图中未示出)，通过输送泵，能够将测量筒2内的尿素溶液从进液口21输送至尿素喷嘴4处，并由尿素喷嘴4喷出。上述回液口22用于尿素溶液的回流，具体的，当输送泵输送的尿素溶液多于尿素喷嘴4喷出的预设量时，可通过该回液口22回流至测量筒2内，避免尿素溶液的浪费。

上述ECU5具体为：Electronic Control Unit，电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。该ECU5为汽车专用微机控制器，也叫汽车专用单片机。上述ECU5分别连接上述液位传感器3以及尿素喷嘴4，通过该ECU5，能够根据尿素喷嘴4开度积分得到尿素计算消耗量b，同时，该ECU5能够根据尿素箱的结构不同，将液位传感器3反馈的电压值转换为高度，并进一步将高度转化为尿素箱尿素百分比，这个百分比的值乘以尿素箱体积(固定值)就得到尿素箱内剩余的尿素体积量。该体积量实时监测，尿素消耗量a就是预先存储的尿素量减掉当前尿素剩余量。在获得上述尿素计算消耗量b以及尿素箱的尿素消耗量a后，即可根据两者的差值与法定规定的偏差比值d进行对比，当|b-a|/b≧d时，EUC会进行报错。

本实施例中，上述测量筒2的横截面积远小于尿素箱的横截面积。本发明的测量筒2和尿素箱均为规则形状，因此，测量筒2各个位置的横截面积均相同，同样尿素箱各个位置的横截面积也相同。通过上述测量筒2的横截面积远小于尿素箱的横截面积，能够有效地模拟尿素计算消耗量b以及尿素箱的尿素消耗量a之间的差值的绝对值大于法定规定的偏差比值d。

本发明还提供一种上述尿素消耗偏差故障装置的模拟方法，包括以下步骤：

S10、根据预设消耗的尿素体积P计算出尿素箱对应的尿素液位高度h。

即在开始尿素消耗偏差故障模拟时，首先在ECU5内设置预设消耗的尿素体积P(单位：L)，该预设消耗的尿素体积P即为尿素箱的尿素消耗量a，根据该预设消耗的尿素体积P，ECU5能够根据尿素箱的体积将其换算为该尿素箱对应的尿素液位高度h。

S20、选取测量筒上的起点高度h1以及终点高度h2，终点高度h2与起点高度h1之间的差值为尿素液位高度h。

在步骤S10获得尿素液位高度h后，根据该尿素液位高度h选取测量筒2上的起点高度h1以及终点高度h2，即在测量筒2上选取一段，使得终点高度h2与起点高度h1之间的差值为该尿素液位高度h。

S30、向测量筒中加注尿素溶液至起点高度h1，通过称重机构称重起点高度h1对应的尿素溶液的起点质量m1。

步骤S20之后，先将称重机构1通过归零按钮14进行归零，之后开始向测量筒2内加注尿素溶液，首先将尿素溶液加注到起点高度h1，该起点高度h1可通过液位传感器3进行检测，以实现对其高度的精确控制。当尿素溶液加注到起点高度h1后，通过称重机构1称重该起点高度h1的对应的尿素溶液的起点质量m1，并可通过重量显示器11显示出该起点质量m1。

S40、向测量筒中加注尿素溶液至终点高度h2，通过称重机构称重终点高度h2对应的尿素溶液的终点质量m2。

即继续将尿素溶液加注到终点高度h2，当液位传感器3检测到尿素溶液被加注到终点高度h2后，通过称重机构1称重该终点高度h2的对应的尿素溶液的终点质量m2，并可通过重量显示器11显示出该终点质量m2。

在获得终点质量m2后，可按压初始值设置按钮12，将该终点质量m2设置为基准质量。随后通过报警偏差值设定面板13输入报警偏差质量△m，本实施例中，该报警偏差质量△m为终点质量m2和起点质量m1的差值。

S50、打开尿素喷嘴，并通过称重机构实时称重尿素喷嘴喷液过程中测量筒内尿素溶液的实时质量m。

在加注好所需的尿素溶液后，ECU5控制尿素喷嘴4打开，输送泵将测量筒2内的尿素溶液输送至尿素喷嘴4处，并由尿素喷嘴4喷出，此时称重机构1实时对测量筒2内的尿素溶液进行称重，并在称重显示器上实时显示称重的实时质量m。当测量筒2中尿素溶液的消耗从h2到h1时，此时ECU5内部计算的尿素消耗(即尿素消耗量a)正好是P，尿素消耗质量正好是△m，通过ECU5对尿素喷嘴4开度积分即可获得尿素计算消耗量b，也可以直接通过△尿素液位高度h乘以测量筒2的底面积来获得尿素计算消耗量b。

S60、将终点质量m2与实时质量m作差值计算，当差值大于预设的报警偏差质量△m时，称重机构报警。

在步骤S50获得实时质量m的同时，称重机构1会将终点质量m2与实时质量m作差值计算，当所计算的差值大于步骤S40中设置的报警偏差质量△m时，称重机构1控制其上的报警灯15进行报警，以提示试验人员去查看ECU5的情况。

此外，本步骤通过将终点质量m2与实时质量m作差值计算，当差值大于预设的报警偏差质量△m时，称重机构报警的方式，来提示试验人员。相较于现有技术仅通过阶跃式的液位传感器来进行报错存在的“数值变化阶梯式而线性，调整精度差”问题，本步骤的上述报警方式，其计算精度更高，报警更加精确。

S70、查看ECU是否报错，如果ECU报错，则符合试验标定要求。

操作人员在收到称重机构1的报警后，会去查看ECU5是否报错，如果ECU5报错，也就是ECU5计算出|b-a|/b≧d，此时则说明该次模拟试验符合试验标定要求。如果ECU5没有报错，则说明该次模拟试验不符合试验标定要求。

本发明通过上述尿素消耗偏差故障模拟装置及模拟方法，能够有效实现对尿素消耗偏差故障的模拟，结构简单，便捷性好，可以同时满足企业开发和检测中心认证的需要；认证规范，不用通过修改ECU5数据的方式实现认证。而且取代了现有技术中采用漏出尿素进行模拟的方式，不会造成尿素的浪费以及环境的污染。同时采用上述尿素消耗偏差故障模拟装置进行模拟，能够节省时间和成本，通过该装置可以快速实现故障的监测，不用占用大量的试验台架资源，既节省时间，也节省燃油消耗；而且通过上述模拟装置，测试结果更加精确，很好的适用于产品的标定和开发。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种尿素消耗偏差故障模拟装置，其特征在于，包括称重机构(1)，设置在所述称重机构(1)上的测量筒(2)，设置在所述测量筒(2)上用于检测所述测量筒(2)内尿素溶液的液位的液位传感器(3)，连接于所述测量筒(2)的尿素喷嘴(4)，以及与所述液位传感器(3)和所述尿素喷嘴(4)均连接的ECU(5)；所述称重机构(1)用于称重所述测量筒(2)中加注尿素溶液至起点高度h1时所述尿素溶液的起点质量m1、所述测量筒(2)中加注尿素溶液至终点高度h2时所述尿素溶液的终点质量m2以及实时称重尿素喷嘴(4)喷液过程中所述测量筒(2)内尿素溶液的实时质量m，并将所述终点质量m2与所述实时质量m作差值计算，当所述差值大于报警偏差质量△m时报警，其中所述报警偏差质量△m为所述终点质量m2与起点质量m1的差值；

所述ECU(5)在所述差值大于报警偏差质量△m时报错，则所述ECU(5)符合试验标定要求。

2.根据权利要求1所述的尿素消耗偏差故障模拟装置，其特征在于，所述称重机构(1)上设有重量显示器(11)、初始值设置按钮(12)、报警偏差值设定面板(13)以及归零按钮(14)。

3.根据权利要求1所述的尿素消耗偏差故障模拟装置，其特征在于，所述称重机构(1)上设有报警灯(15)。

4.根据权利要求1所述的尿素消耗偏差故障模拟装置，其特征在于，所述测量筒(2)上设有进液口(21)，所述进液口(21)与所述尿素喷嘴(4)相连通，且所述进液口(21)与所述尿素喷嘴(4)之间设有输送泵。

5.根据权利要求4所述的尿素消耗偏差故障模拟装置，其特征在于，所述测量筒(2)上还设有回液口(22)，用于尿素溶液的回流。

6.根据权利要求1所述的尿素消耗偏差故障模拟装置，其特征在于，所述测量筒(2)下端设有容器底座(23)，并通过所述容器底座(23)置于所述称重机构(1)上。

7.一种尿素消耗偏差故障模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预设消耗的尿素体积P计算出尿素箱对应的尿素液位高度h；

选取测量筒(2)上的起点高度h1以及终点高度h2，所述终点高度h2与所述起点高度h1之间的差值为所述尿素液位高度h；

向所述测量筒(2)中加注尿素溶液至所述起点高度h1，通过称重机构(1)称重所述起点高度h1对应的尿素溶液的起点质量m1；

向所述测量筒(2)中加注尿素溶液至所述终点高度h2，通过所述称重机构(1)称重所述终点高度h2对应的尿素溶液的终点质量m2；

打开尿素喷嘴(4)，并通过所述称重机构(1)实时称重尿素喷嘴(4)喷液过程中所述测量筒(2)内尿素溶液的实时质量m；

将所述终点质量m2与所述实时质量m作差值计算，当所述差值大于报警偏差质量△m时，所述称重机构(1)报警，其中所述报警偏差质量△m为所述终点质量m2与起点质量m1的差值；

查看ECU(5)是否报错，如果所述ECU(5)报错，则符合试验标定要求。

8.根据权利要求7所述的尿素消耗偏差故障模拟方法，其特征在于，所述向所述测量筒(2)中加注尿素溶液至所述起点高度h1之前还包括：

通过按压所述称重机构(1)的归零按钮(14)，对所述称重机构(1)进行归零。

9.根据权利要求7所述的尿素消耗偏差故障模拟方法，其特征在于，所述报警偏差质量△m通过所述称重机构(1)的报警偏差值设定面板(13)输入。

10.根据权利要求7所述的尿素消耗偏差故障模拟方法，其特征在于，所述称重机构(1)通过报警灯(15)进行报警。

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