CN110953046A - 用于尿素泵的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于尿素泵的控制系统，包括：输入接口模块、输出接口模块、SCR控制模块和尿素泵控制模块；输入接口模块用于将外部输入信号传递至SCR控制模块；输出接口模块用于将SCR控制模块输出的外部输出信号发送给相关执行器、CAN通信线路和诊断仪；SCR控制模块主要用于根据外部输入信号、尿素泵的反馈信号进行尿素泵驱动、尿素喷射量计算以及尿素系统加热驱动，并通过输出接口模块将外部输出信号发送给相关执行器、CAN通信线路和诊断仪；尿素泵控制模块主要用于执行SCR控制模块的泵电机驱动信号和泵加热器驱动信号以及回抽阀驱动信号，对尿素泵电机、泵加热器以及回抽阀进行控制。本发明将SCR控制功能与尿素泵控制功能集成为一体。

Description

用于尿素泵的控制系统
技术领域
本发明涉及柴油机后处理系统控制领域，尤其是一种用于尿素泵的控制系统。
背景技术
随着排放法规的日益严格，柴油机SCR后处理系统已经成为满足排放法规的必然选项。通过SCR后处理系统能够把NOx排放物降低到法规限值以下。目前SCR后处理系统主要包括SCR催化转化器、SCR控制器、尿素泵、尿素喷嘴、尿素箱、尿素管路以及相关传感器。其中SCR控制器主要根据传感器信号及控制策略来控制尿素泵和尿素喷嘴工作，实现定时定量的尿素喷射。尿素喷射系统接收来自控制器的指令和驱动信号，以实现尿素泵建压和尿素喷射动作。
目前，SCR后处理控制器和尿素泵是独立分开的两个部件，两者之间通过线束连接。在车辆上安装是需要分别设计固定位置，导致安装占用空间大，系统成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种用于尿素泵的控制系统，将SCR后处理控制器的功能集成到尿素泵内；大大增加了后处理系统的集成度，并且降低了系统成本，使产品更有竞争力。本发明采用的技术方案是：
一种用于尿素泵的控制系统，包括：输入接口模块、输出接口模块、SCR控制模块和尿素泵控制模块；
输入接口模块用于将外部输入信号传递至SCR控制模块；
输出接口模块用于将SCR控制模块输出的外部输出信号发送给相关执行器、CAN通信线路和诊断仪；
SCR控制模块主要用于根据外部输入信号、尿素泵的反馈信号进行尿素泵驱动、尿素喷射量计算以及尿素系统加热驱动，并通过输出接口模块将外部输出信号发送给相关执行器、CAN通信线路和诊断仪；
尿素泵控制模块主要用于执行SCR控制模块的泵电机驱动信号c1和泵加热器驱动信号c2以及回抽阀驱动信号c3，对尿素泵电机、泵加热器以及回抽阀进行控制，实现尿素泵稳定建压和加热解冻。
具体地，
外部输入信号包括：发动机信号a1、排气温度信号a2、环境温度信号a3、尿素温度信号a4、NOx浓度信号a5、外部传感器OBD信号a6、外部执行器OBD信号a7、诊断仪请求信号a8；
外部输出信号包括：喷嘴驱动信号d1、尿素管加热信号d2、尿素箱加热信号d3、反馈给诊断仪信号d4和OBD故障信号d5。
进一步地，
SCR控制模块包括：尿素泵状态机模块、尿素喷嘴控制模块、尿素喷射量计算模块、尿素系统加热控制模块和OBD策略模块；
尿素泵状态机模块用于尿素泵建压和压力闭环控制；尿素泵状态机模块根据尿素泵压力信号b1把尿素泵状态分为尿素预注状态、尿素建压状态、压力稳定状态、泄压状态和排空状态五种状态，根据当前所处的状态输出泵电机驱动信号c1和回抽阀驱动信号c3；
尿素喷嘴控制模块根据尿素需求喷射量转化成喷嘴驱动占空比，输出喷嘴驱动信号d1，来驱动喷嘴动作；
尿素喷射量计算模块根据排气温度信号a2、发动机信号a1、NOx浓度信号a6、计算出尿素需求喷射量；具体逻辑如下：根据发动机信号a1中的排气质量流量信号和NOx浓度信号a6，考虑两种气体的摩尔比，计算出上游NOx质量流量信号；根据排气温度信号a2查询SCR转化效率曲线得到实时的SCR转化效率值；根据上游NOx质量流量信号和SCR转化效率值计算得到转化NOx需要的氨气质量流量，根据尿素水溶液含有的氨气百分比，计算得到尿素需求喷射量；在尿素泵达到压力稳定状态时尿素需求喷射量被发送至尿素喷嘴控制模块；
尿素系统加热控制模块根据环境温度a3、尿素温度信号a4及泵腔温度信号b2，判断是否需要对尿素系统进行加热；若需要进行加热，分别计算出泵加热驱动信号c2、尿素箱加热信号d3和尿素管加热信号d2，输出给对应的执行部件；
OBD策略模块根据外部传感器OBD信号a6、外部执行器OBD信号a7和泵故障信号b3进行电气类故障管理和分类，输出OBD故障信号d6；根据诊断仪请求信号a8，执行诊断命令，输出反馈给诊断仪信号d5。
进一步地，
尿素泵控制模块根据SCR控制模块输入的泵电机驱动信号c1进行泵电机转速的控制，同时尿素泵控制模块会实时把尿素泵压力信号b1反馈给SCR控制模块；同时根据泵电机转速对电机进行故障诊断，根据回抽阀反馈电气信号对回抽阀进行故障诊断，判断是否存在故障，把泵故障信号b3反馈给SCR控制模块；当泵腔温度低于设定值时，需要对尿素泵进行加热，尿素泵控制模块根据SCR控制模块输入的泵加热器驱动信号c2对泵加热器进行驱动并采集泵腔温度信号b2反馈给SCR控制模块；当尿素泵需要反抽时，尿素泵控制模块根据SCR控制模块输入的回抽阀驱动信号c3，对回抽阀进行驱动，实现反抽功能。
本发明的优点：本发明提出的用于尿素泵的控制系统，具备SCR后处理系统全部控制能力，能够根据发动机及传感器信号自主计算尿素喷射量，并控制尿素泵和喷嘴进行喷射，实现了尿素喷射的自动控制；同时，该控制系统具备满足柴油机国六SCR排放控制的功能，能够实现尿素喷射量精准的闭环控制；具备满足柴油机国六OBD故障判断和管理能力，能够实时诊断SCR后处理系统相关故障并根据国六法规要求进行故障管理；本发明将现有后处理控制单元和尿素泵控制单元合二为一，简化了SCR后处理系统布置，降低了后处理系统成本。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明的SCR控制模块逻辑示意图。
图3为本发明的尿素泵控制模块逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例提出的用于尿素泵的控制系统能够实现对SCR后处理系统的全部控制，包括尿素泵压力控制、尿素喷射量控制、尿素加热控制以及SCR系统的OBD诊断控制；
用于尿素泵的控制系统包括输入接口模块、输出接口模块、SCR控制模块和尿素泵控制模块；
输入接口模块用于将外部输入信号传递至SCR控制模块，外部输入信号包括：发动机信号a1、排气温度信号a2、环境温度信号a3、尿素温度信号a4、NOx浓度信号a5、外部传感器OBD信号a6、外部执行器OBD信号a7、诊断仪请求信号a8；
输出接口模块用于将SCR控制模块输出的外部输出信号发送给相关执行器、CAN通信线路和诊断仪；外部输出信号包括：喷嘴驱动信号d1、尿素管加热信号d2、尿素箱加热信号d3、反馈给诊断仪信号d4和OBD故障信号d5；
SCR控制模块主要用于根据外部输入信号、尿素泵的反馈信号进行尿素泵驱动、尿素喷射量计算以及尿素系统加热驱动，并通过输出接口模块将外部输出信号发送给相关执行器、CAN通信线路和诊断仪；尿素系统加热本文是指尿素泵加热、尿素管加热和尿素箱加热；
如图2所示，SCR控制模块包括：尿素泵状态机模块、尿素喷嘴控制模块、尿素喷射量计算模块、尿素系统加热控制模块和OBD策略模块；
尿素泵状态机模块用于尿素泵建压和压力闭环控制；尿素泵状态机模块根据尿素泵压力信号b1把尿素泵状态分为尿素预注状态、尿素建压状态、压力稳定状态、泄压状态和排空状态五种状态，根据当前所处的状态输出泵电机驱动信号c1和回抽阀驱动信号c3；尿素泵压力信号b1是尿素泵当前压力的实时反馈值，用于对尿素泵压力进行闭环控制；
尿素喷嘴控制模块根据尿素需求喷射量转化成喷嘴驱动占空比，输出喷嘴驱动信号d1，来驱动喷嘴动作；
尿素喷射量计算模块根据排气温度信号a2、发动机信号a1、NOx浓度信号a6、计算出尿素需求喷射量；具体逻辑如下：根据发动机信号a1中的排气质量流量信号和NOx浓度信号a6，考虑两种气体的摩尔比，计算出上游NOx质量流量信号；根据排气温度信号a2查询SCR转化效率曲线得到实时的SCR转化效率值；根据上游NOx质量流量信号和SCR转化效率值计算得到转化NOx需要的氨气质量流量，根据尿素水溶液含有的氨气百分比，计算得到尿素需求喷射量；在尿素泵达到压力稳定状态时尿素需求喷射量被发送至尿素喷嘴控制模块；
尿素系统加热控制模块根据环境温度a3、尿素温度信号a4及泵腔温度信号b2，判断是否需要对尿素系统进行加热；若需要进行加热，分别计算出泵加热驱动信号c2、尿素箱加热信号d3和尿素管加热信号d2，输出给对应的执行部件；
OBD策略模块根据外部传感器OBD信号a6、外部执行器OBD信号a7和泵故障信号b3进行电气类故障管理和分类，输出OBD故障信号d6；根据诊断仪请求信号a8，执行诊断命令，输出反馈给诊断仪信号d5；
尿素泵控制模块主要用于执行SCR控制模块的泵电机驱动信号c1和泵加热器驱动信号c2以及回抽阀驱动信号c3，对尿素泵电机、泵加热器以及回抽阀进行控制，实现尿素泵稳定建压和加热解冻；
如图3所示，尿素泵控制模块根据SCR控制模块输入的泵电机驱动信号c1进行泵电机转速的控制，同时尿素泵控制模块会实时把尿素泵压力信号b1反馈给SCR控制模块；同时根据泵电机转速对电机进行故障诊断，根据回抽阀反馈电气信号对回抽阀进行故障诊断，判断是否存在故障，把泵故障信号b3反馈给SCR控制模块；当泵腔温度低于设定值时，需要对尿素泵进行加热，尿素泵控制模块根据SCR控制模块输入的泵加热器驱动信号c2对泵加热器进行驱动并采集泵腔温度信号b2反馈给SCR控制模块；当尿素泵需要反抽时，尿素泵控制模块根据SCR控制模块输入的回抽阀驱动信号c3，对回抽阀进行驱动，实现反抽功能。
本发明将SCR控制功能与尿素泵控制功能集成为智能泵控制单元，提高了SCR后处理控制的集成度，减少了不必要的接口和线束；这样可以实现部分电控元器件公用，极大地降低了电控系统成本，使产品更有竞争力。使尿素泵具备自主计算尿素喷射量功能，更加智能化和集成化。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于尿素泵的控制系统，其特征在于，包括：输入接口模块、输出接口模块、SCR控制模块和尿素泵控制模块；
输入接口模块用于将外部输入信号传递至SCR控制模块；
输出接口模块用于将SCR控制模块输出的外部输出信号发送给相关执行器、CAN通信线路和诊断仪；
SCR控制模块主要用于根据外部输入信号、尿素泵的反馈信号进行尿素泵驱动、尿素喷射量计算以及尿素系统加热驱动，并通过输出接口模块将外部输出信号发送给相关执行器、CAN通信线路和诊断仪；
尿素泵控制模块主要用于执行SCR控制模块的泵电机驱动信号c1和泵加热器驱动信号c2以及回抽阀驱动信号c3，对尿素泵电机、泵加热器以及回抽阀进行控制，实现尿素泵稳定建压和加热解冻。
2.如权利要求1所述的额用于尿素泵的控制系统，其特征在于，
外部输入信号包括：发动机信号a1、排气温度信号a2、环境温度信号a3、尿素温度信号a4、NOx浓度信号a5、外部传感器OBD信号a6、外部执行器OBD信号a7、诊断仪请求信号a8；
外部输出信号包括：喷嘴驱动信号d1、尿素管加热信号d2、尿素箱加热信号d3、反馈给诊断仪信号d4和OBD故障信号d5。
3.如权利要求2所述的额用于尿素泵的控制系统，其特征在于，
SCR控制模块包括：尿素泵状态机模块、尿素喷嘴控制模块、尿素喷射量计算模块、尿素系统加热控制模块和OBD策略模块；
尿素泵状态机模块用于尿素泵建压和压力闭环控制；尿素泵状态机模块根据尿素泵压力信号b1把尿素泵状态分为尿素预注状态、尿素建压状态、压力稳定状态、泄压状态和排空状态五种状态，根据当前所处的状态输出泵电机驱动信号c1和回抽阀驱动信号c3；
尿素喷嘴控制模块根据尿素需求喷射量转化成喷嘴驱动占空比，输出喷嘴驱动信号d1，来驱动喷嘴动作；
尿素喷射量计算模块根据排气温度信号a2、发动机信号a1、NOx浓度信号a6、计算出尿素需求喷射量；具体逻辑如下：根据发动机信号a1中的排气质量流量信号和NOx浓度信号a6，考虑两种气体的摩尔比，计算出上游NOx质量流量信号；根据排气温度信号a2查询SCR转化效率曲线得到实时的SCR转化效率值；根据上游NOx质量流量信号和SCR转化效率值计算得到转化NOx需要的氨气质量流量，根据尿素水溶液含有的氨气百分比，计算得到尿素需求喷射量；在尿素泵达到压力稳定状态时尿素需求喷射量被发送至尿素喷嘴控制模块；
尿素系统加热控制模块根据环境温度a3、尿素温度信号a4及泵腔温度信号b2，判断是否需要对尿素系统进行加热；若需要进行加热，分别计算出泵加热驱动信号c2、尿素箱加热信号d3和尿素管加热信号d2，输出给对应的执行部件；
OBD策略模块根据外部传感器OBD信号a6、外部执行器OBD信号a7和泵故障信号b3进行电气类故障管理和分类，输出OBD故障信号d6；根据诊断仪请求信号a8，执行诊断命令，输出反馈给诊断仪信号d5。
4.如权利要求3所述的额用于尿素泵的控制系统，其特征在于，
尿素泵控制模块根据SCR控制模块输入的泵电机驱动信号c1进行泵电机转速的控制，同时尿素泵控制模块会实时把尿素泵压力信号b1反馈给SCR控制模块；同时根据泵电机转速对电机进行故障诊断，根据回抽阀反馈电气信号对回抽阀进行故障诊断，判断是否存在故障，把泵故障信号b3反馈给SCR控制模块；当泵腔温度低于设定值时，需要对尿素泵进行加热，尿素泵控制模块根据SCR控制模块输入的泵加热器驱动信号c2对泵加热器进行驱动并采集泵腔温度信号b2反馈给SCR控制模块；当尿素泵需要反抽时，尿素泵控制模块根据SCR控制模块输入的回抽阀驱动信号c3，对回抽阀进行驱动，实现反抽功能。
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