CN116529465A - 用于计量尿素水溶液的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制机动车中的尿素水溶液的输送设备的方法，所述输送设备具有储罐、吸入管路、泵、压力管路和喷射器，其中，尿素水溶液能被从储罐沿着吸入管路经过泵、压力管路朝向喷射器输送，其中，所述方法设计用于执行至少对压力管路的冲洗过程，其中，在冲洗过程期间使泵逆着其通常的输送方向运行并且在所述方法的第一阶段中关闭喷射器，其中，在所述方法的第一阶段期间使泵在运行持续时间t1内并且以转速n1运行。本发明还涉及一种用于实施所述方法的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制机动车中的尿素水溶液的输送设备的方法，所述输送设备具有储罐、吸入管路、泵、压力管路和喷射器，其中，尿素水溶液能被从储罐沿着吸入管路经过泵、压力管路朝向喷射器输送，其中，所述方法设计用于执行至少对压力管路的冲洗过程，其中，在冲洗过程期间使泵逆着其通常的输送方向运行并且在所述方法的第一阶段中关闭喷射器，其中，在所述方法的第一阶段期间使泵以转速n1运行达运行持续时间t1。本发明还涉及一种用于实施所述方法的设备。
背景技术
在世界范围内，在许多国家都颁布了法律规定，这些法律规定确定了内燃机排气中特定物质含量的上限值。在此，这些物质大多是不期望释放到环境中的物质。这些物质之一是氮氧化物(NOx)，其在排气中的份额不允许超过法定限值。基于框架条件、例如内燃机在有利的消耗方面的设计等，在减少排气中氮氧化物份额的情况下在发动机内部避免氮氧化物排放仅是有限地适用的，从而为了遵守相对低的限值而需要排气后处理。在此已经证实，氮氧化物的选择性催化还原(SCR，selective catalytic reduction)是有利的。这种SCR方法需要含氮的还原剂。特别是使用氨(NH3)作为还原剂已证实是一种可能的替代方案。基于化学特性和在许多国家的法律规定，通常不将氨作为纯氨储备，因为这特别在机动车或其他移动应用中会导致问题。而是代替储藏还原剂本身，常常储存和携带还原剂前体。还原剂前体特别理解为一种能够使还原剂解离或者可以被化学转化为还原剂的材料。例如，氨尿素是还原剂的还原剂前体。
氨的水溶液、即尿素被携带在储罐中并且借助于合适的输送设备以精确计量的量输送到排气系统中。为此，将氨的水溶液沿着压力管路从输送设备朝向喷射器输送。最后，通过喷射器将尿素水溶液引入到排气系统中并且在那里热转化为氨和水，以便接下来还原包含在排气中的氮氧化物。
除了其他功能之外，在输送设备中还实现了冲洗功能，以便例如冲洗输送管路并且清除氨的水溶液的可能的残留物。为此，例如在喷射器关闭时，通过使输送设备的泵逆着正常的输送方向运行的方式，在压力管路中产生负压。通过在压力管路中产生负压之后打开喷射器，使还位于压力管路中的氨的水溶液最终朝向储罐进行回吸。此外，还可以通过运行泵来辅助冲洗。
现有技术中的解决方案的缺点特别是，冲洗过程不是可变的并且因此特别不能由于整个系统的改变、例如泵的磨损而被调整。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种方法，该方法允许根据设备的状态参量、例如泵的老化或者泵的输送功率来调整冲洗过程。此外，本发明的目的是，提供一种用于实施所述方法的设备。
在方法方面的目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。
本发明的一个实施例涉及一种用于控制机动车中的尿素水溶液的输送设备的方法，所述输送设备具有储罐、吸入管路、泵、压力管路和喷射器，其中，尿素水溶液能被从储罐沿着吸入管路经过泵、压力管路朝向喷射器输送，其中，所述方法设计用于执行至少对压力管路的冲洗过程，其中，在冲洗过程期间使泵逆着其通常的输送方向运行并且在所述方法的第一阶段中关闭喷射器，其中，在所述方法的第一阶段期间使泵以转速n1运行达运行持续时间t1，其中，在所述第一阶段中在压力管路中产生与运行持续时间t1和转速n1直接相关的负压p1，其中，根据在所述设备的最初调试时被执行的校准过程确定运行持续时间t1和转速n1，并且将运行持续时间和转速以及由此得出的负压p1保存在设备的存储器中，其中，在所述方法的第二阶段中打开喷射器并且使泵继续逆着其通常的输送方向运行。
泵的运行持续时间及其转速决定可由泵输送的流体量。提高的转速或延长的运行持续时间导致更高的输送量。因为泵在第一阶段中将位于压力管路中的尿素水溶液和可能位于压力管路中的空气从压力管路的端部上的关闭的喷射器中输送离开，所以在压力管路中产生负压。泵运行越长并且泵转动越快，由此产生的负压就可以变得越高。
诸如位于压力管路中的流体的可压缩性、压力管路的内部容积、设备的密封性等特性还影响到最大可达到的负压。对于特定的设备来说，可以认为，压力管路的容积和设备的密封性是不变的，从而这些因素对于在设备的使用寿命期间产生负压来说不那么重要。负压的形成决定性地由泵的转速和泵的运行持续时间来确定。用于形成负压的其他重要的影响参量例如是泵在使用寿命期间的性能变化和由于不可避免的制造公差引起的基本上结构相同的泵之间的性能差异。
在已知的设备中，在第一阶段中所产生的负压可以通过泵的运行持续时间和转速来精确地预测，因为负压的形成基本上通过这两个参量来影响。然而，通过压力传感器可以明显更精确地确定/获得(ermitteln)压力管路中的压力，优选地，该压力传感器能够随时正确地确定压力管路中的压力。优选地，压力传感器不仅设计用于检测在第一阶段中形成的负压，而且也用于检测过压、例如在通过喷射器将尿素水溶液喷入到排气系统中时形成的过压。
设备的冲洗过程分为两个阶段。在第一阶段中，关闭喷射器，并且泵逆着其通常的输送方向输送。泵的通常的输送方向是下述的方向，使得尿素水溶液从储罐进入压力管路中向喷射器输送。术语逆着通常的输送方向是指：将尿素水溶液从压力管路朝向储罐进行输送。这通过泵的泵级的转动方向的方向反转来实现。
因为喷射器在第一阶段中被关闭，所以泵可以将尿素水溶液从压力管路朝向储罐进行输送并且也将空气从压力管路中输送出来。但是因为通过喷射器不能使任何流体补充流入到压力管路中，所以在压力管路中产生负压。这类似于当阀开口被阻塞时使空气泵拉开的原理。
在第二阶段中，最后打开喷射器，从而流体可以从排气系统补充流入到压力管路中。泵在该第二阶段中优选继续逆着其通常的输送方向输送。通过使流体补充流入到压力管路中和泵的继续进行的输送动作，包含在压力管路中的流体——其不仅可以是空气而且也可以是尿素水溶液——被朝向储罐进行输送。在打开喷射器之前的负压越强并且泵输送得越快和越长时间，则从压力管路朝向储罐输送越多的流体。
优选地，压力管路被清除流体，而吸入管路和泵、特别是泵级没有被完全清除流体。
优选在所谓的“线终点/行尾(end of line)”检查中确定泵的运行持续时间t1和转速n1的、根据相应的专用设备的值，在将设备安装在车辆中之后执行所述检查以便检查功能性。在该检查中确定必须多久和多快地运行泵，以便产生期望的负压p1。在此所确定的运行持续时间t1和转速n1的值被保存在系统的存储器中。因此，确定和存储在已知设备中泵在交付状态下必须运行多久和多快，以便产生期望的负压。
因为该设备在使用寿命期间也遭遇一定的老化，所以不确定的是，在起初限定的在固定转速下的运行持续时间内即使在已经老化的设备中也导致相同的期望负压。特别是泵会遭遇老化。由于磨损或污染，泵的输送功率可能受到影响。因此，在转速和运行持续时间相同的情况下，输送量可以降低。为了补偿该效应，必须相应地设计根据本发明的方法。
特别有利的是，在泵的跟随在最初调试之后的至少一个起动过程中执行冲洗过程，其中，检测在压力管路中的、随后在冲洗过程的第一阶段中产生的负压p2，并将该负压与通过保存在存储器中的运行持续时间t1和转速n1得出的负压p1进行对比/比较。
冲洗过程可以一次性地、以固定的间隔或者在泵或设备的每个起动过程中被执行。在此，基于保存在存储器中的运行持续时间和转速的值确定负压，该负压在压力管路中的这些框架条件的情况下得出。
只要所产生的负压p2与最初期望的负压p1相对应，就不必进行调整。然而如果负压p2应该更小，并且因此在泵的运行条件保持不变的情况下产生更少的负压，则必须通过根据本发明的方法进行相应的调整，以便能够实现设备的运行。
对此有利的是，执行负压p1与p2的比较，其中，根据负压p1与负压p2之间的偏差计算出校正系数K1，利用该校正系数将运行持续时间从值t1调整到值t2，和/或将转速从值n1调整到值n2。
负压的检测及其比较优选可以在计算单元、例如控制器中执行。
如果负压p2小于负压p1，则必须促使延长运行持续时间和/或提高转速，以便使负压p2接近p1的水平并且理想地与该负压p1相同。因此，根据本发明，泵的运行参数借助于通过比较所确定的校正系数K1来换算并且因此将新的运行参数保存在存储器中以用于继续运行。
在将来的冲洗过程中，还可以进行相对于负压p1和基于该负压的运行参数的比较，或者进行与在校正之后达到的负压p2的比较。
这特别涉及运行参数、如运行持续时间和转速。因为导致负压变化的设备的变化通常是不可逆的，所以由此出发，即，利用新发现的运行参数t2和n2产生的负压p2在将来同样仅能通过进一步校正运行参数来达到。
一个优选的实施例的特征在于，在所述方法的第二阶段期间，通过所产生的负压和泵逆着其通常的输送方向的持续运行实现对压力管路的冲洗，其中，将位于压力管路中的流体朝着吸入管路向储罐进行输送。优选地，压力管路在此尽可能被排空流体。然而期望的是，不是整个设备，并且特别不是吸入管路和泵级被完全排空，以便避免泵的干式运行。
也优选的是，使用根据负压p1与负压p2之间的偏差计算出的校正系数K1，以便调整在该方法的第二阶段期间泵的运行持续时间t3和/或转速n3。
通过设备的之前所描述的老化和磨损也可能必要的是，在第二阶段中提高运行持续时间和转速，以便从压力管路中输出更多的液体量。
此外有利的是，在第一阶段和第二阶段之后连接第三阶段，其中，在所述第三阶段中，使泵在其通常的输送方向上运行并且因此在压力管路中产生过压，其中，在该第三阶段使泵的运行持续时间t4和/或转速n4中由原始值利用计算出的校正系数K1而改变。
第三阶段是在压力管路中的压力建立。通过泵的运行，在其通常的输送方向上，尿素水溶液被从储罐输送到压力管路中。
因为泵的磨损在泵的通常的输送方向上与逆着泵的通常的输送方向相比对输送功率施加相同程度的影响，所以也以校正系数K1来调整运行持续时间t4和/或转速n4，以便确保在压力管路中建立足够的过压。
此外有利的是，在所述方法的第一阶段和第二阶段之后连接第四阶段，其中，在该第四阶段之后跟随第三阶段或所述方法结束，其中，在第四阶段期间关闭喷射器并且使泵逆着其通常的输送方向以转速n5运行达运行持续时间t5。
这里所述的第四阶段相当于已经描述的冲洗过程的第一阶段。在喷射器关闭时在压力管路中又建立负压p5。为此，使泵逆着其通常的输送方向以转速n5运行达运行持续时间t5。
也适宜的是，确定压力管路中的负压p5并且与保存在存储器中的负压p1进行对比，其中，负压p5与负压p1的比值允许直接推断出压力管路中剩余的空气和压力管路中剩余的尿素水溶液的量。
在第四阶段中产生的负压p5与保存在存储器中的负压p1的对比允许直接推断出压力管路中包含的尿素水溶液的量和其中包含的空气。这直接由气体和液体的物理特性而得到，其中，气体——在该情况下为空气——具有比液体高的可压缩性。通过两个负压彼此之间的比例，可以在其他已知的条件下精确地推断出位于压力管路中的流体量。
在泵的转速相同并且运行时间相同的情况下，压力管路中可达到的负压与位于压力管路中的液体和位于压力管路中的气体的比例相关。在理想的极端情况下，压力管路例如完全被液体充满。在最不利的极端情况下，压力管路完全被气体充满。
现在，对于具有给定长度和给定容积的专用的压力管路，可以通过实验对于液体与气体的各种比例确定在规定的运行条件下可达到的最大负压。这样确定的值可以被保存在存储器中，从而随后在运行中可以由在压力管路中确定的负压p5推断出气体与液体的相应比例。
此外有利的是，在经过第四阶段之后，算出尿素水溶液实际上在压力管路中剩余的量，其中，为此使用负压p5、泵的运行持续时间t5、泵的转速n5、喷射器的静态流量和压力管路的内部容积。
优选地，算出实际上位于压力管路中的尿素水溶液的量，其方式是，考虑压力管路的最大容积、喷射器的静态流量和喷射器被打开的时间。最大管路容积是已知的。在规定的时间内，分别基于专用于喷射器的静态流量，指定的流体容积可以流过喷射器。
由于通过泵朝向储罐进行返回输送，来自排气系统的气体通过打开的喷射器流入到压力管路中。该气体挤出位于压力管路中的液体。在管路容积已知并且通过喷射器吸入到压力管路中的气体已知的情况下，可以算出液体的残留在压力管路中的容积。
因为在过程开始时位于压力管路中的液体量仅能朝向储罐从压力管路中输送出来，所以在已知压力管路长度和压力管路的容积的情况下，在已知被吸入到压力管路中的气体量时，可以推断出气体被吸入到压力管路中多远以及因此在压力管路中在气体与液体之间的相界在何处。
此外适宜的是，将通过对比负压p5与p1所确定的尿素水溶液在压力管路中剩余的量、与根据前述方法计算出的尿素水溶液在压力管路中剩余的量进行比较，其中，当两个量之间的固定最大差值被超过时产生校正系数K2，以该校正系数来校正所述方法的第一阶段和/或第二阶段的持续时间。
借助于校正系数K2，由第一阶段和第二阶段组成的冲洗过程的长度整体上被延长。这导致整体上更多的流体被从压力管路中输送出来。
基于对仍处于压力管路中的流体和特别是尿素水溶液的量的运算，可以确定在压力管路内部的尿素水溶液被朝向泵吸入了多远。这是因为，在压力管路的已知容积的情况下，尿素水溶液的量和压力管路中的空气的量以及液体在压力管路内部的位置彼此直接相关。由此特别可以防止，将尿素水溶液如此程度地从压力管路中输送出来，使得泵级被干燥并且因此可能导致泵的干式运行。
此外，了解存在于压力管路中的精确的空气量允许优化所谓的启动/引动(Priming)，在该引动中，包含在压力管路中的空气通过泵在其通常输送方向上的运行在喷射器打开的情况下从压力管路中压出。因此可以改进计量策略，这是因为基于泵的已知的有效功率精确地知道从压力管路中输送规定的空气量持续多长时间。通过了解位于压力管路中的空气和了解从压力管路中输送空气所需的时间，可以精确地确定何时对压力管路进行排气并且能开始将尿素水溶液实际计量到排气系统中。
也适宜的是，如下地执行负压p1与p2的比较，其中，根据负压p1与负压p2之间的偏差计算出校正系数K3，随后使用校正系数K3，利用该校正系数调整第三阶段中的运行持续时间t4或转速n4。
特别可以通过比较而识别出泵的干式运行，这是因为在泵的干式运行中不能在压力管路中建立值得注意的负压。如果识别出干式运行，则将校正系数K3用于在第三阶段中提高运行持续时间t4和/或转速n4，由此确保从储罐中抽吸足够的流体并且因此进行压力管路的足够的排气并且因此可以在压力管路中产生期望的过压。
在设备方面的目的通过具有权利要求1的特征的设备来实现。
本发明的一个实施例涉及一种用于在机动车中输送尿素水溶液的设备，所述设备具有储罐、吸入管路、泵、压力管路和喷射器，其中，尿素水溶液能被从储罐沿着吸入管路经过泵、压力管路朝向喷射器输送，其中，能利用所述设备执行根据前述权利要求所述的方法，其中，所述设备具有用于检测压力管路中的压力的装置。
在从属权利要求中描述本发明的有利的改进方案。
Claims (12)
1.一种用于控制机动车中的尿素水溶液的输送设备的方法，所述输送设备具有储罐、吸入管路、泵、压力管路和喷射器，尿素水溶液能从储罐沿着吸入管路经过泵、压力管路朝向喷射器进行输送，所述方法设计用于执行至少对压力管路的冲洗过程，其中，在冲洗过程期间使泵逆着其通常的输送方向运行并且在所述方法的第一阶段中关闭喷射器，在所述方法的第一阶段期间使泵以转速n1运行达运行持续时间t1，在所述第一阶段中在压力管路中产生与运行持续时间t1和转速n1直接相关的负压p1，根据在所述设备的最初调试时执行的校准过程确定运行持续时间t1和转速n1，并且将运行持续时间和转速以及由此得出的负压p1保存在设备的存储器中，在所述方法的第二阶段中打开喷射器并且使泵继续逆着其通常的输送方向运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在泵的跟随在最初调试之后的至少一个起动过程中执行冲洗过程，其中，检测随后在冲洗过程的第一阶段中在压力管路中产生的负压p2，并将该负压与通过保存在存储器中的运行持续时间t1和转速n1所得出的负压p1进行比较。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，执行负压p1与p2的比较，其中，根据负压p1与负压p2之间的偏差计算出校正系数K1，利用该校正系数将运行持续时间从值t1调整到值t2，和/或将转速从值n1调整到值n2。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述方法的第二阶段期间，通过所产生的负压和泵逆着其通常的输送方向的持续运行实现对压力管路的冲洗，其中，使位于压力管路中的流体朝着吸入管路向储罐进行输送。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使用根据负压p1与负压p2之间的偏差计算出的校正系数K1，以便调整在该方法的第二阶段期间泵的运行持续时间t3和/或转速n3。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第一阶段和第二阶段之后增加第三阶段，其中，在所述第三阶段中，使泵在其通常的输送方向上运行并且因此在压力管路中产生过压，在该第三阶段中使泵的运行持续时间t4和/或转速n4由原始值依据计算出的校正系数K1而改变。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述方法的第一阶段和第二阶段之后增加第四阶段，其中，第三阶段跟在该第四阶段之后或所述方法在该第四阶段之后结束，在第四阶段期间关闭喷射器并且使泵逆着其通常的输送方向以转速n5运行达运行持续时间t5。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定压力管路中的负压p5并且与保存在存储器中的负压p1进行对比，其中，负压p5与负压p1的比值允许直接推断出压力管路中剩余的空气和压力管路中剩余的尿素水溶液的量。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在经过第四阶段之后，计算出尿素水溶液实际上在压力管路中剩余的量，其中，为此目的，使用负压p5、泵的运行持续时间t5、泵的转速n5、喷射器的静态流量和压力管路的内部容积。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，将通过对比负压p5与p1所确定的尿素水溶液在压力管路中剩余的量与根据权利要求9所述的方法计算出的尿素水溶液在压力管路中剩余的量进行比较，其特征在于，当两个量之间的确定的最大差值被超过时产生校正系数K2，利用该校正系数来校正所述方法的第一阶段和/或第二阶段的持续时间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，执行负压p1与p2的比较，其中，根据负压p1与负压p2之间的偏差计算出校正系数K3，随后使用校正系数K3，利用该校正系数调整第三阶段中的运行持续时间t4或转速n4。
12.一种用于在机动车中输送尿素水溶液的设备，所述设备具有储罐、吸入管路、泵、压力管路和喷射器，其中，尿素水溶液能从储罐沿着吸入管路经过泵、压力管路朝向喷射器进行输送，能利用所述设备执行根据前述权利要求所述的方法，所述设备具有用于检测压力管路中的压力的装置。
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