CN111065808B - 用于确定借助于喷射器喷射到反应空间中的流体的喷射量或喷射速率的方法和装置 - Google Patents

用于确定借助于喷射器喷射到反应空间中的流体的喷射量或喷射速率的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于确定流体的喷射量或喷射速率的方法和装置，该流体通过液压管路输送到喷射器并借助于喷射器喷射到反应空间中。借助于压力传感器来测量液压管路中的流体压力，使用借助于压力传感器测量的压力以及液压管路的所存储的传输函数来确定喷射器处的流体压力，并且使用所确定的流体压力来确定借助于喷射器喷射的流体的喷射量或喷射速率。

Description

用于确定借助于喷射器喷射到反应空间中的流体的喷射量或 喷射速率的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于确定流体的喷射量或喷射速率的方法和装置，该流体通过液压管路输送到喷射器并借助于喷射器喷射到反应空间中。
背景技术
AdBlue是由32.5％的尿素和67.5％的软化水组成的尿素水溶液。已知的是，借助于此类溶液，能够将柴油发动机的氮氧化物排放减少高达90％。已知的透明溶液被喷射到柴油车辆的排气流中，并且导致选择性催化还原（SCR）。然后，氮氧化物和氨气彼此反应，得到水和氮气。需要精确确定该尿素-水溶液到柴油车辆的排气流中的喷射量。
在所使用的标准溶液中，例如将喷射器的喷射量与所使用的流体泵的递送量进行比较。这假定充分精确地确定泵的递送量。这种高递送精度招致高成本。
此外，在汽油喷射的情况下，已知借助于λ控制来控制喷射量。
此外，在柴油喷射的情况下，已知例如使用在特定负载点处的转矩或转速的变化来确定喷射量。
此外，已经已知使用不同频率下的连续液压正弦压力波来确定液压管路的传输函数。然而，此类连续的激励在压力测量信号中导致反射，并且使得不可能正确地确定传输函数。没有正确确定的传输函数，就不能以足够的准确度确定喷射量。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于确定流体的喷射量或喷射速率的方法和装置，该流体通过液压管路输送到喷射器并借助于喷射器喷射到反应空间中，所述方法和装置允许比已知的方法更精确地确定喷射量或喷射速率。
该目的通过具有权利要求1中给出的特征的方法来实现。在从属权利要求2至9中指定了权利要求1中所指示的方法的有利实施例和改进。权利要求10涉及一种用于确定流体的喷射量或喷射速率的装置，该流体通过液压管路输送到喷射器并借助于喷射器喷射到反应空间中。权利要求11和12涉及权利要求10中给出的装置的有利实施例。
根据本发明，在一种用于确定流体的喷射量或喷射速率的方法中，该流体通过液压管路输送到喷射器并借助于喷射器喷射到反应空间中，执行以下步骤：
-借助于压力传感器来测量液压管路中的流体压力，
-使用借助于压力传感器测量的压力以及液压管路的所存储的传输函数来确定喷射器处的流体压力，以及
-使用在喷射器处所确定的流体压力来确定借助于喷射器喷射的流体的喷射量或喷射速率。
特别地，本发明的优点包括：使用来自压力传感器的输入信号以及液压管路的传输函数，能够容易且精确地确定在机动车辆的正常驾驶操作中借助于喷射器喷射到反应空间中的流体的喷射量或喷射速率，该压力传感器测量液压管路中的流体压力，该传输函数被存储在机动车辆的存储器中。
有利地，借助于由压力传感器测量的压力，对存储的模型进行寻址（adressiert），该存储的模型在输出侧上发出关于与测量的压力关联的喷射量的信息。优选地，在存储的模型中，由所存储的传输函数借助于测量的压力来确定喷射器处的流体压力，并且由在喷射器处所确定的流体压力来确定喷射量或喷射速率。
所获得的信息可例如被用作相应机动车辆的车载诊断的一部分，以检查喷射量或喷射速率是否对应于预定义的标称值。如果不是，则能够在故障存储器中进行输入，和/或借助于故障灯指示喷射量或喷射速率与预定义值缺乏相关性。本发明帮助车载诊断系统提供准确的结果，这对于减少不期望的污染物排放极为重要。
附图说明
本发明的另外的有利性质由下文参考附图的解释产生。在附图中：
图1示出了用于确定液压管路的传输函数的装置的框图，
图2示出了图表，其中示出了随时间推移的压力，
图3示出了图表，其中示出了随频率推移的在频率空间中变换的信号的量，
图4示出了图表，其中示出了随频率推移的液压管路的阻尼，
图5示出了图表，其中示出了随频率推移的液压管路的相移，以及
图6示出了用于确定流体的喷射量或喷射速率的装置的框图，该流体通过液压管路输送到喷射器并借助于喷射器喷射到反应空间中。
具体实施方式
图1示出了用于确定液压管路的传输函数的装置的框图。该装置位于例如车辆制造商或车辆制造商的供应商的实验室中。
所描绘的装置具有流体罐12，该流体罐容纳流体，例如AdBlue（即，由32.5％的尿素和67.5％的软化水组成的尿素水溶液）。该流体借助于流体泵13被泵送到液压管路1中，并且经由该液压管路1被供应到喷射器2。当喷射器2打开时，流体从液压管路被喷射到反应空间3中。
第一压力传感器4布置在液压管路1的入口区域1a中，并且测量液压管路1的入口区域1a中的流体压力。来自第一压力传感器4的输出信号被供应到计算单元10的第一输入端10a。第二压力传感器5布置在喷射器2处，并且测量喷射器2的入口区域中的流体压力。来自第二压力传感器5的输出信号被供应到计算单元10的第二输入端10b。
来自第一压力传感器4的输出信号（所述输出信号经由计算单元10的输入端10a被供应到该计算单元10）在计算单元10中经受频率空间7中的变换。来自第二压力传感器5的输出信号（所述输出信号经由计算单元10的输入端10b被供应到该计算单元10）也在计算单元10中经受频率空间6中的变换。
在框8中，由两个压力传感器4和5的输出信号来确定液压管路1的传输函数，这两个压力传感器中的每一个经受了频率空间中的变换。所确定的传输函数存储在存储器9中。
优选地，产生一个模型，该模型在其输出端处针对压力传感器4的多个压力测量信号提供关于通过喷射器进入反应空间中的流体的相应关联的喷射量的信息。借助于相应的压力测量信号对该模型进行寻址。使用压力测量信号和液压管路的所存储的传输函数，在模型中确定喷射器的关联的压力。由喷射器处所确定的压力来确定流体的关联的喷射量。在已借助于相应的压力测量信号对模型进行寻址之后，可在模型的输出端处检索关于该喷射量的信息。
该模型（包括液压管路的所确定的传输函数）被存储在存储器9中，并且可在稍后的时间被传递到布置在机动车辆中的存储器，使得所述模型例如可用于在机动车辆的正常驾驶模式中的车载诊断。
在触发通过液压管路输送的流体中的压力跃变之后，有利地确定上文为了确定液压管路的传输函数而实施的对液压管路1中的流体压力的测量。该压力跃变由超快速切换阀（例如，喷射器2的喷射阀）的触发引起。这利用了喷射器具有陡峭的打开梯度的事实。因此，在通过打开喷射器触发的喷射过程的情况下，激起液压管路1中的流体压力突然下降，这沿相反方向远至液压管路1的入口1a都具有影响。所有频率比例都包含在此类跃变中。如果将该液压压力跃变作为压力波引入到液压管路中，并且在液压管路的入口和出口处测量压力信号，则能够精确地确定液压管路的传输函数。该传输函数描述了随频率推移的管路的阻尼。能够由随频率推移的相移来频率相关地计算声速。
图2示出了图表，其中纵坐标轴示出了以巴为单位的压力p，且横坐标轴示出了以ms为单位的时间t。曲线p1图示了在触发压力跃变的液压管路的入口处的压力发展情况。在图1中所示的示例性实施例中，这是在压力传感器5处测量的压力。曲线p2图示了在液压管路的出口处的压力发展情况。在图1中所示的示例性实施例中，这是在压力传感器4处测量的压力。显而易见，图2中所示的两个压力曲线相对于彼此而相移，并且沿着液压管路发生了阻尼。
图3示出了图表，其中纵坐标轴示出了在频率空间中变换的信号的量│Y(f)│，且横坐标轴示出了以Hz为单位的频率。曲线y1图示了在频率空间中变换的输入信号的量的发展情况，且曲线y2图示了在频率空间中变换的输出信号的量的发展情况。
图4示出了图表，其中纵坐标轴示出了液压管路的阻尼D，且横坐标轴示出了以Hz为单位的频率f。显然，液压管路的阻尼是频率相关的。以下关系是适用的：
│G(f)│= Gout(f)/Gin(f)，
其中，G(f)是液压管路的传输函数，Gout(f)是在频率空间中变换的输出信号，且Gin(f)是在频率空间中变换的输入信号。
图5示出了图表，其中纵坐标轴示出了液压管路的相移阻尼φ，且横坐标轴示出了以Hz为单位的频率f。显然，液压管路的相移是频率相关的。以下关系是适用的：
φ(f) = arctan (Im{G(f)}/Re{G(f)})，
其中，φ(f)是相移，且G(f)是液压管路的传输函数。
取决于液压管路的材料，流体和管路的系统具有正常分散行为抑或异常分散行为。这意味着，相速度不等于群速度。管路的声速和阻尼是高度频率相关的。
对于喷射量Q，以下关系是适用的：
Q = (A/(ρ·a))·∫p(dt)。
对于喷射速率Q_point，以下关系是适用的：
Q_point = (A/(ρ·a))· p，
其中，A是液压管路的横截面积，ρ是通过液压管路输送的流体的总密度，且a是总声速。
对于声速，以下关系是适用的：
a = (K/ρ)1/2
a = f(aM, af, aad)
a(f) = l/φ(f)。
其中：
K是压缩模量，
aM是液压管路的材料中的声速，
af是流体中的声速，
aad是液压管路的连接接收器中的声速，
l是要表征的液压管路的长度。
如从喷射量Q的所指示的关系显而易见，喷射量Q与压力p成比例。实践中，压力传感器布置成与喷射器相隔不同的距离。这意味着，借助于压力传感器测量的压力信号通过相应的分散系统（塑料软管、钢管等）以频率相关的方式变化，且因此，无法肯定地由测量的压力推断出实际的喷射量或喷射速率。
在本发明中，其中在触发压力跃变之后确定液压管路的传输函数，由与喷射器远程地布置的压力传感器的输出信号，优选地使用其中实现传输函数的模型，能够精确地确定液压管路的传输函数并且能够精确地确定喷射量或喷射速率。因此，可准许更大的压力公差和部件公差，借以除了别的以外降低了成本。
图6示出了用于确定流体的喷射量或喷射速率的装置的框图，该流体通过液压管路输送到喷射器并借助于喷射器喷射到反应空间中。该装置布置在机动车辆中，并且在车载诊断期间用于获得关于喷射量或喷射速率的信息，AdBlue溶液以该喷射量或喷射速率喷射到柴油机动车辆的排气流中。
所示的装置包括容纳AdBlue溶液的流体罐12。该AdBlue溶液借助于流体泵13被泵送到液压管路1中，并且经由该液压管路1被供应到喷射器2。当打开喷射器2时，由喷射器2将AdBlue溶液从液压管路喷射到反应空间3中，在所示的示例性实施例中，该反应空间是柴油机动车辆的排气管路。
该喷射过程触发液压管路1中的压力下降，该压力下降沿直到液压管路的入口区域1a的方向传播。
在那里借助于第一压力传感器4测量液压管路中的压力。该压力传感器的输出信号经由控制单元11的输入端11a被供应到该控制单元11，并且被传递给控制单元11中的计算机14。使用第一压力传感器4的输出信号，该计算机对存储在存储器9中的模型进行寻址，该模型是如上文结合图1所解释的存储在存储器9中的模型。该模型在其输出端11b处提供关于与相应的压力测量信号关联的喷射量或喷射速率的信息15。该信息例如经由控制单元11的输出端11b输出，并且在车载诊断期间与预定义的标称喷射量或标称喷射速率进行比较。如果所确定的喷射量或喷射速率与预定义的标称值的偏差大于预定义的阈值，则在故障存储器中进行输入和/或致动故障灯，其用信号通知车辆驾驶员或车间技术人员所测量的喷射量或喷射速率与预定义的标称值有不可接受的大的偏差，从而必须采取对应措施。
有利地，在不发生由反射引起的伪造的情况下确定传输函数。为此，可使用液压管路来确定传输函数，该液压管路的长度大于从管路的入口到喷射器的距离。这延迟了压力跃变，使得反射仅在所应用的测量窗口之后才返回。替代地，也可确定液压管路的传输函数，其中向喷射系统加载恒定的压力并且在该稳态下执行单次喷射。需要两个压力传感器来确定此传输函数。如果传输函数是已知的，则如上文所描述能够利用一个压力传感器来推断出喷射量或喷射速率。
上文已参考示例性实施例描述了本发明，在该示例性实施例中，使用喷射阀将AdBlue溶液喷射到柴油机动车辆的排气管路中。然而，本发明也可应用于柴油或汽油喷射系统，在所述柴油或汽油喷射系统中，使用燃料喷射阀将相应的燃料喷射到机动车辆的燃烧空间中。此外，该方法一般也适合于计量单元（例如，泵）。
附图标记列表
1 液压管路
1a 液压管路的入口区域
2 喷射器
2a 喷射器的入口区域
3 反应空间
4 第一压力传感器
5 第二压力传感器
6 傅立叶变换
7 傅立叶变换
8 确定传输函数
9 存储器
10 计算单元
10a 计算单元的第一输入端
10b 计算单元的第二输入端
11 控制单元
11a 控制单元的输入端
11b 控制单元的输出端
12 流体罐
13 流体泵
14 计算机
15 关于喷射量的信息。

Claims (11)

1.一种用于确定流体的喷射量或喷射速率的方法，所述流体通过液压管路输送到喷射器并借助于所述喷射器喷射到反应空间中，所述方法具有以下步骤：
-借助于第一压力传感器来测量所述液压管路中的流体压力，
-使用借助于所述第一压力传感器测量的压力以及所述液压管路的所存储的传输函数来确定所述喷射器处的所述流体压力，以及
-使用在所述喷射器处所确定的所述流体压力来确定借助于所述喷射器喷射的所述流体的所述喷射量或喷射速率，
其中，使用布置在所述液压管路的入口处的所述第一压力传感器以及布置在所述喷射器的入口处的第二压力传感器来确定所述传输函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助于由所述第一压力传感器测量的所述压力，对存储的模型进行寻址，所述存储的模型在输出侧上发出关于与测量的压力关联的所述喷射量或喷射速率的信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述存储的模型中，由所存储的传输函数借助于测量的压力来确定所述喷射器处的所述流体压力，并且由在所述喷射器处所确定的所述流体压力来确定所述喷射量或喷射速率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在触发通过所述液压管路输送的所述流体中的压力跃变之后，确定所述液压管路的所述传输函数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述压力跃变由超快速切换阀触发，例如由喷射器阀触发。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的输出信号中的每一个经受频率空间中的变换，并且由已经经受了所述频率空间中的变换的所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的两个输出信号来确定所述液压管路的所述传输函数。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在不发生液压反射的情况下确定所述传输函数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，使用液压管路来确定所述传输函数，所述液压管路的长度大于从所述液压管路的所述入口到所述喷射器的距离。
9.一种用于确定流体的喷射量或喷射速率的装置，所述流体通过液压管路输送到喷射器并借助于所述喷射器喷射到反应空间中，所述装置具有：
-液压管路（1），
-喷射器（2），其连接到所述液压管路，
-反应空间（3），
-第一压力传感器（4），其被构造成测量所述液压管路中的流体压力，
-存储器（9），所述液压管路的传输函数存储在所述存储器中，以及
-控制单元（11），其被构造成：使用借助于所述第一压力传感器测量的压力以及所存储的传输函数来确定所述喷射器处的所述流体压力；以及使用在所述喷射器处所确定的流体压力来确定借助于所述喷射器喷射的所述流体的所述喷射量或所述喷射速率，
其中，使用布置在所述液压管路的入口处的所述第一压力传感器以及布置在所述喷射器的入口处的第二压力传感器来确定所述传输函数。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，模型存储在所述存储器（9）中，能够借助于由所述第一压力传感器（4）测量的所述压力对所述模型进行寻址，并且所述模型在输出侧处发出关于与测量的压力关联的所述喷射量的信息。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其中，在触发通过所述液压管路（1）输送的所述流体中的压力跃变之后，确定所述传输函数。
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