專利名稱：用于監(jiān)控scr系統(tǒng)的方法
用于監(jiān)控SCR系統(tǒng)的方法本申請涉及一種用于監(jiān)控SCR系統(tǒng)的方法。特別是，本申請涉及一種用于檢測其噴射器是否被堵塞(clogged)的方法。除其它事務(wù)，關(guān)于車輛和重型貨車排放的法規(guī)中規(guī)定了減少向大氣中排放氮氧化物N0X。實現(xiàn)該目的的一個公知方式是采用SCR (選擇性催化還原)處理，該SCR處理通過將通常是氨的還原劑注入尾氣管線來減少氮氧化物。這種氨可以通過熱解氨前驅(qū)體溶液獲得，該溶液濃度可以是低共熔濃度。這種氨前驅(qū)體通常是尿素溶液。利用SCR處理，發(fā)動機(jī)以最佳效率燃燒時產(chǎn)生的大量NOx在它們排出發(fā)動機(jī)時在催化器中被處理。這種處理要求使用濃度精確并且質(zhì)量極高的還原劑。因此，要準(zhǔn)確計量該溶液，然后，將該溶液注入到尾氣氣流中，在氣流中該溶液被水解，然后將氮氧化物(NOx)轉(zhuǎn)化為氮(N2)和水(H20)。為了這樣做，需要對車輛配備裝有添加劑溶液(通常是尿素水溶液)的罐，以及計量添加劑的期望量并將其注入到尾氣管線中的裝置。該裝置通常是噴射器，并且優(yōu)選為“主動”型的，即，它包括測量功能。專利US 6，063，350描述了一種采用由PWM (脈寬調(diào)制)信號控制的噴射器的SCR系統(tǒng)。該信號通常是矩形波形電壓，即，給定持續(xù)時間和幅值并且以給定周期發(fā)出的一系列矩形電脈沖。這些電脈沖啟動線圈(螺線管)以將噴射器的針移動到其開啟位置。通常，通過改變脈沖的持續(xù)時間(因此，噴射器的開啟時間)來改變注入流量，因此，得到這樣類型的控制名稱(PWM)。僅改變脈沖的持續(xù)時間而不改變脈沖的頻率的優(yōu)點在于，開啟時間與注入量(流量)之間具有線性關(guān)系，因此，測量精度更高。還有上述一系列矩形波的替代選擇，根據(jù)這種替代選擇，首先用峰值電流來開啟噴射器，然后，在噴射器的整個開啟階段，使用保持電流(holding current)。這種類型的信號被稱為帶保持(with hold)的PWM。在本文件的其余內(nèi)容中，非常簡單地用PWM這個縮寫來表示這兩種信號。上面描述的噴射器可包括一個或者多個可以由通用針閥關(guān)閉的孔。然而，這種類型的噴射器的缺點是(各)孔可能最終被堵塞。將于2014年生效的新歐6標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每隔30分鐘必須進(jìn)行一次測試，并且如果消耗的尿素量小于對尾氣執(zhí)行污染控制的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)要求的尿素量的50%，則必須發(fā)出告警。因此，從事SCR系統(tǒng)開發(fā)的一些公司開始開發(fā)可以執(zhí)行這種測試的系統(tǒng)。因此，例如，專利申請US 2010/0005871和US 2010/0071349描述了用于SCR系統(tǒng)噴射器的測試方法，根據(jù)該測試方法，為了觀察噴射器是否被堵塞，泵被關(guān)閉，噴射器被完全開啟，以觀測壓力如何變化。實際上，這些方法難以實現(xiàn)，因為噴射器的開啟必須與泵的關(guān)閉同步。此外，它們伴隨污染控制處理的中斷，因為，為了進(jìn)行診斷，泵必須關(guān)閉。專利申請US 2010/0114455描述了用于SCR系統(tǒng)噴射器的另一種測試方法，這次是在泵運行的同時執(zhí)行該測試方法。它包括調(diào)節(jié)噴射器的狀況(控制)，然后，觀察表征其流速的量(例如驅(qū)動它的發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速)是如何變化的。原則上，該方法可以使污染控制處理的中斷較少，但是該申請中沒有足夠詳細(xì)地描述該方法以理解它實際上是如何工作的。此夕卜，該申請沒有提供能夠確保有效操作的許多詳情(特別是關(guān)于相關(guān)泵的類型、關(guān)于在實際中執(zhí)行測試的方式等)或者實驗結(jié)果。本發(fā)明旨在通過提供一種用于監(jiān)控SCR系統(tǒng)噴射器的方法來解決這些問題，它簡單、對具有回轉(zhuǎn)容積泵(rotary positive-displacement)的SCR系統(tǒng)給出良好結(jié)果,而不會過多中斷污染控制處理。為此，本申請涉及一種用于檢測SCR系統(tǒng)的噴射器是否被堵塞的方法，該噴射器具有由PWM信號控制的閥，該系統(tǒng)包括由馬達(dá)驅(qū)動的回轉(zhuǎn)容積泵，其壓力由連續(xù)地測量馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和泵的出口處壓力的控制器控制，按照該方法，在SCR系統(tǒng)以給定的壓力工作時一測量關(guān)聯(lián)的平均轉(zhuǎn)速；—速度保持該值；一將壓力變化曲線與存儲器內(nèi)存儲的參考曲線相比較，并由此推斷出噴射器的狀況(是否被堵塞)。特別是，對于也被由占空比(或者DC)表征的PWM型信號控制的泵，一旦平均壓力水平在泵的控制信號的給定DC下穩(wěn)定下來，將其與存儲器內(nèi)存儲的參考值相比較就足夠了。該方法的一個優(yōu)點是，一旦該速度被保持并且控制被切斷，該方法就對諸如例如溫度、控制器的參數(shù)/特性等的外部參數(shù)不很敏感了。然而，該方法的一個缺點完全是由于在診斷噴射器時，泵的控制被阻止(blocked)，使得壓力降低到低于電動汽車制造商規(guī)定的值而產(chǎn)生的。因此，本發(fā)明的一個變體規(guī)定，壓力一旦降低到預(yù)定閾值以下，就停止診斷(因此，釋放被堵塞/保持的速度)并且重新開始控制。實際上，為了保證噴射器正確工作，該閾值通常高于或者等于4. 5巴。它通常低于或者等于5. 5巴，但是超過該值沒有嚴(yán)重的實際后果(只是產(chǎn)生多余壓力是無用并且不經(jīng)濟(jì)的)。因此，避免降低到低于閾值壓力的另一種方式包括，一開始診斷，壓力就增加到例如5. 2或者5. 3巴(實際上該值是表征DC的，因此，它也可以存儲于存儲器內(nèi))，以補償預(yù)期的壓力降低。換句話說，在該變體中，保持該速度時的壓力優(yōu)選地高于泵的標(biāo)稱工作壓力。應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的方法的噴射器包括至少一個孔，利用上述被PWM信號控制的閥執(zhí)行所述孔的開啟/關(guān)閉。通常，該閥是電磁閥或者壓電閥。對于具有電磁閥的噴射器，本發(fā)明給出良好結(jié)果。應(yīng)用了本發(fā)明的泵是馬達(dá)驅(qū)動的回轉(zhuǎn)容積泵，其操作由控制器控制。優(yōu)選地，該泵是齒輪泵。它通常包括定子和轉(zhuǎn)子，并且優(yōu)選地，可以以兩個相反的旋轉(zhuǎn)方向工作，一個方向通常對應(yīng)于向饋送管線供給液體，而另一個方向通常對應(yīng)于饋送管線的清洗(purge)。任何類型的回轉(zhuǎn)電動馬達(dá)都適用。優(yōu)選地，該馬達(dá)是BLDC (無刷直流)馬達(dá)類型的。在這種情況下，通過泵的轉(zhuǎn)子與馬達(dá)的驅(qū)動軸之間的磁耦合驅(qū)動泵。該泵的控制器是(通常包括PI (D)調(diào)節(jié)器和馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制器的)控制模塊和電源供給單元，其優(yōu)選地向馬達(dá)供給使其以期望速度轉(zhuǎn)動所需的功率，并且在需要時使其轉(zhuǎn)動方向反向。最特別優(yōu)選地，ECM (電子控制模塊)向泵控制器發(fā)送PWM (脈寬調(diào)制)控制信號，其占空比根據(jù)泵的期望工作條件而變化，該控制器根據(jù)該信號控制馬達(dá)以向泵施加所述工作條件。該優(yōu)選變體是本申請人名下的申請WO 2008/087153的主題，通過引用將該申請的主題加入到本申請中。如上所述，本發(fā)明應(yīng)用于SCR系統(tǒng)，其目的是將污染控制液體注入內(nèi)燃機(jī)的尾氣中。這種系統(tǒng)通常包括至少一個用于容納所述液體的罐和用于利用泵將所述液體輸送到噴射器的饋送管線(因此泵位于該管線上)。特別適合本發(fā)明的一種液體是尿素。術(shù)語“尿素”被理解為任何含有尿素的溶液,通常是水溶液。采用水/尿素低共熔溶液，本發(fā)明獲得了良好效果；這種溶液具有如下的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量例如，根據(jù)DIN 70070標(biāo)準(zhǔn)，對于AdBluew溶液(商用尿素溶液)，尿素成分在31. 8%與33. 2% (重量百分比)之間(B卩32.5+/ - O. 7wt%)，因此，氨的可用量介于18. 0%到18. 8%之間。本發(fā)明還可以應(yīng)用于以Denoxium 的商標(biāo)名銷售的并且也是水溶液的尿素/甲酸銨混合物，其組分之一(Denoxium-30)的含氨量與AdBIueκ'溶液相當(dāng)。后者的優(yōu)勢在于，僅在_30°C以下凝固(對應(yīng)于-1ΓΟ，但是其缺點在于與可能釋放甲酸相關(guān)的腐蝕問題和市場可達(dá)性差的問題(而尿素被廣泛使用，并且即使在諸如農(nóng)業(yè)的領(lǐng)域也容易獲得)。對于水/尿素低共熔溶液，本發(fā)明尤其有利。在本發(fā)明的一個變體中，泵故意計量供給過多量的液體，液體余量通過例如裝備了預(yù)加載閥或者校準(zhǔn)孔的回流管線(或者旁路)返回所述罐。當(dāng)尿素被注入發(fā)動機(jī)的尾氣中時，該變體可以冷卻泵。作為替代選擇，回流管線可以從噴射器開始，這樣則可以冷卻所述噴射器。在本發(fā)明的另一個變體中，在每次使用了泵之后，饋送管線被清洗(就在其剛要關(guān)閉之前)，以縮短系統(tǒng)的起動時間，并且避免過早破壞管線(因為尿素溶液在冷卻狀況下膨脹)。例如，可以通過使泵恰好反向轉(zhuǎn)動將饋送管線內(nèi)含有的液體輸送回到罐所需的時長，來執(zhí)行清洗。

如果有回流管線，它通常具有較小的體積，因此，如果它被加熱，當(dāng)泵停止時不應(yīng)清洗它。因此，為了在通過使泵的反向轉(zhuǎn)動進(jìn)行清洗時，防止在清洗時液體在饋送管線和回流管線確定的環(huán)路中循環(huán)，給回流管線裝配止回閥是有利的。根據(jù)本發(fā)明，通過使轉(zhuǎn)速保持在與給定壓力關(guān)聯(lián)的值，并且通過觀察所得壓力(resulting pressure),對噴射器執(zhí)行診斷,作為控制過程(下面將做更詳細(xì)描述)的組成部分，在任何情況下控制器都必須進(jìn)行這些(對速度和對壓力)的測量。然后，將所得壓力的變化與存儲器內(nèi)存儲的等同曲線進(jìn)行比較。優(yōu)選地，為了迅速處理信息，該存儲器位于SCR系統(tǒng)的ECM內(nèi)，SCR系統(tǒng)如上所述地與E⑶通信。但是，應(yīng)當(dāng)注意，該參數(shù)取決于SCR系統(tǒng)的構(gòu)造(其可以具有，也可以不具有專用ECM)。根據(jù)本發(fā)明的一個變體，以給定頻率重新計算存儲器內(nèi)的值，從而獲得適應(yīng)系統(tǒng)的變化(老化)的參考。根據(jù)本發(fā)明，控制器連接到壓力傳感器，并且控制器在環(huán)路中將壓力設(shè)定點值與傳感器測量到的值進(jìn)行比較，并據(jù)此作用于馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，以試圖使壓力穩(wěn)定于設(shè)定點值。優(yōu)選地，如果需要，該傳感器位于回流(旁路)管線之前。通常，這是利用壓力調(diào)節(jié)器實現(xiàn)的，該壓力調(diào)節(jié)器在設(shè)定點壓力與測量的壓力之間進(jìn)行比較，并且為馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制器產(chǎn)生誤差信號。在該變體中，調(diào)節(jié)器可以是任意公知類型的，但是優(yōu)選地是PI (D)(比例-積分-微分，后者的功能是任選的)類型的。
至于壓力傳感器，優(yōu)選地，它被集成在泵內(nèi)，也就是說，可以通過任何公知的裝接裝置將其裝接到泵。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在執(zhí)行了“噴射器被堵塞”的診斷后，其結(jié)果被證實。這可以容易地通過檢查壓力和速度是否在正常工作范圍內(nèi)來實現(xiàn)。即，例如，在流體損失的情況下，當(dāng)在壓力調(diào)節(jié)模式下，泵速升高，直到飽和(最高速度)，可以容易地檢測這種現(xiàn)象。此夕卜，在預(yù)先準(zhǔn)備好泵之后的最初的注入循環(huán)中，可以觀察到速度峰值，應(yīng)當(dāng)不考慮該速度峰值，因為其與“噴射器被堵塞”狀況無關(guān)，而與系統(tǒng)中仍可能存在空氣有關(guān)。應(yīng)當(dāng)注意，上面描述的所有變體可以單獨使用，也可以組合使用。附

圖1和2以非限制性方式示出本發(fā)明。圖1示出可以應(yīng)用本發(fā)明的SCR系統(tǒng)；圖2是示出作為本發(fā)明的要點的壓力/速度的波動和變化的測量結(jié)果。圖1示出可以應(yīng)用本發(fā)明并且包括如下部件的SCR系統(tǒng)1:尿素罐2:測量儀器(液位計)3 :加熱元件4:過濾器5 :溫度傳感器6 :用于加熱元件的電流傳感器7 :泵8 :速度傳感器9 :用于管線的加熱絲和泵加熱箱(cartridge)10 :壓力傳感器11 :用于管線加熱器的電流傳感器12 :噴射器13:止回閥，用于在清洗時(當(dāng)泵反向轉(zhuǎn)動時)，防止液體循環(huán)(在饋送管線與回流罐中的管線形成的環(huán)路中)14 :校準(zhǔn)孔(限制)一用于設(shè)置流速和增大阻力以增大壓力(通過增大回流管線中的壓力降)15 :用于驅(qū)動泵的(BLDC)馬達(dá)16 :止回閥，使得可以調(diào)節(jié)泵出口處的壓力。值得指出的是，對于這種系統(tǒng)，在“噴射器被堵塞”的診斷中存在額外的錯誤原因(與上面指出的那些相比，即，流體損失和啟動條件)，因為止回閥(13)可以是被堵塞的和未被堵塞的，也可以容易地檢測該現(xiàn)象，因為當(dāng)該閥被堵塞時，泵速低于其標(biāo)準(zhǔn)值。如果在診斷時發(fā)生這種未被堵塞，則診斷之后的速度會高于診斷時的速度，因此，可以再一次檢測到該現(xiàn)象。與本發(fā)明中相同，所有這些再一次說明動態(tài)測量壓力/速度以及分析記錄數(shù)據(jù)/將記錄數(shù)據(jù)與存儲器內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的優(yōu)點。圖2示出對于一個恒定速度，與噴射器的漸進(jìn)開啟(占空比增大)關(guān)聯(lián)的壓力降低，該恒定速度對應(yīng)于在5巴的恒壓調(diào)節(jié)中測得的速度。在該圖中，X軸示出時間(單位為秒)，而I軸分別示出，在與圖1所示系統(tǒng)相似的系統(tǒng)上進(jìn)行測試期間所記錄下來的占空比(噴射器占空比(％)或者DC、平滑矩形波峰值)和壓力降(模塊壓力(巴)，鋸齒峰值)。
如下進(jìn)行這些測試一通過將壓力調(diào)節(jié)到5巴，使系統(tǒng)穩(wěn)定；一關(guān)閉噴射器并且測量速度；—然后，保持該速度，并且以3.3Hz的頻率依次以5%、10%、15%、20%、30%、50%、70%和100%的DC開啟噴射器，這發(fā)生在圖2所示的多個時間段(5s)上，并且在噴射器的每次不同開啟測試之間將噴射器關(guān)閉一段給定時間(也如圖所示同樣是5s)。在圖2中可以看到堵塞的噴射器與開啟的噴射器之間的前述醒目差異。實際上，在其上可以看到，對于給定的DC，穩(wěn)定壓力值(平均壓力)根據(jù)噴射器的阻塞程度而有所不同。的確，對于低于50%的DC，不能區(qū)分有I個孔堵塞還是有O個孔堵塞，但是根據(jù)本發(fā)明的方法還是能夠清楚地顯示3個孔中的有2個孔被堵塞的情況，因此，可以滿足前述標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測SCR系統(tǒng)的噴射器是否被堵塞的方法，所述噴射器具有由PWM信號控制的閥，所述系統(tǒng)包括由馬達(dá)驅(qū)動的回轉(zhuǎn)容積泵，其壓力由連續(xù)地測量所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和所述泵的出口處壓力的控制器控制，按照所述方法，在所述SCR系統(tǒng)以給定的壓力工作時一測量關(guān)聯(lián)的平均轉(zhuǎn)速；一將所述速度保持在該值；一將壓力變化曲線與存儲器內(nèi)存儲的參考曲線相比較，并由此推斷出所述噴射器的狀況。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述泵也被由占空比(簡寫為DC)表征的PWM型的信號控制，以及按照該方法，將在所述泵的控制信號的給定DC下的平均壓力水平與所述存儲器內(nèi)存儲的參考值相比較。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，根據(jù)該方法，所述壓力一旦降低到閾值以下，就釋放所述速度并且重新開始所述控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，根據(jù)該方法，保持所述速度時的壓力高于所述泵的標(biāo)稱工作壓力。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其中所述噴射器的閥是電磁閥。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其中所述泵是齒輪泵。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其中所述存儲器存在于所述SCR系統(tǒng)專用的ECM中。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其中，以給定頻率重新計算所述存儲器中的值，從而獲得適應(yīng)所述系統(tǒng)的變化(老化)的參考。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其中，所述控制器連接到壓力傳感器，以及所述控制器在環(huán)路中將壓力設(shè)定點值與所述傳感器測量到的值進(jìn)行比較，并據(jù)此作用于所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，以試圖將所述壓力穩(wěn)定在所述設(shè)定點值。
10.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的方法，其中所述壓力傳感器被集成在所述泵內(nèi)。
全文摘要
一種用于檢測SCR系統(tǒng)的噴射器是否被堵塞的方法，該噴射器具有由PWM信號控制的閥，該系統(tǒng)包括馬達(dá)驅(qū)動的回轉(zhuǎn)容積泵，其壓力由連續(xù)地測量馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和泵的出口處壓力的控制器控制，按照該方法，在SCR系統(tǒng)以給定的壓力工作時-測量關(guān)聯(lián)的平均轉(zhuǎn)速；-將所述速度保持在該值；-將壓力變化曲線與存儲器內(nèi)存儲的參考曲線進(jìn)行比較，并且由此推斷噴射器的狀況(是否被堵塞)。
文檔編號F01N11/00GK103038471SQ201180030776
公開日2013年4月10日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者弗雷德里克·波卡, 讓-克羅德·阿布姆漢伊, 約艾爾·歐普德比克 申請人:英瑞杰汽車系統(tǒng)研究公司