测量流体注入的方法与流程

1.本公开属于用于柴油引擎的选择性催化还原(scr，用于按英语的“selective catalytic reduction(选择性催化还原)”)系统的领域，特别是涉及包括具有相对低的液压刚度的蓄能器的柴油载具的排气催化剂上游的尿素注入设备。


背景技术：

2.对于这些注入设备而言，需要测量催化剂上游注入的尿素量，特别是为了建立关于设备的良好运转的诊断以及检测故障，诸如部分阻塞的尿素注入器。
3.根据图1的已知类型的尿素注入设备包括液压回路，其具有：泵1，泵1通过相对长的并且可能地具有柔性部分4a的管道4连接到注入器2；以及靠近泵的蓄能器3。压力传感器5测量蓄能器附近的压力，以操控泵的运转，以便将回路中的压力保持在两个设定值(例如，在4巴至6巴附近的泵的低开启压力和在5至7巴附近的泵的停止压力)之间。
4.注入器将包括尿素的溶液注入到载具的催化剂8的上游的排气导管7中。
5.在腔室中产生逆压力的具有腔室3a、膜3c和回动弹簧3b的蓄能器的主要功能是含有特定体积，允许泵以间歇方式起作用，以便能够通过使用在蓄能器的腔室中蓄积的流体的体积来执行多个注入。蓄能器的另一功能是平滑在注入器的打开后的任何压力峰值。这通过向蓄能器给予相对于回路的其余部分的液压刚度低的液压刚度来实现。因此，蓄能器还被称为液压阻尼器。
6.泵1和注入器2由电子计算机6电操控，电子计算机6尤其是接收来自压力传感器5的压力信号，并且电子计算机6包括用于控制注入器的打开的输出以及用于控制泵的输出。针对其部分蓄能器以完全被动的方式起作用，并且为此包括柔性膜和对抗蓄能器的体积的增加的回动弹簧。
7.典型的运转为如下。当由压力传感器测量的压力达到最小压力时，计算机使泵开启，并且泵迅速地使压力增高(例如，近似1巴)。当达到最大压力时，计算机使泵停止。随着压力的增加，蓄能器中含有的流体的量增加，并且少量的流体归因于管道、密封件等的相对弹性也贮存在回路中。一旦达到最大压力，就根据引擎的运转条件快速地或多或少地多次激励注入器，直到蓄能器中的流体的体积被注入并且压力下降到最小值。然后，循环重新开始。
8.在知晓注入器的打开时间、注入的周期性、在压力传感器处的每次注入时的压力变化量和压力降低持续时间的设备的管理计算机处通过计算来实现对所注入的流体的量的确定。大量测试已经示出注入到这样的经校准的系统中的量非常接近于设定，并且误差保持在
±
5％的量级的幅度内。该误差源于所使用的组件的可变性(诸如注入器、蓄能器等、它们的老化和系统的运转条件)。然而，误差在其中注入器部分地阻塞的情况下显著增加，并且在这样的情况下，所注入的尿素的量变得不足。为了检测这种情况，防污染标准要求对所注入的量的补充测量，这被称为“消耗偏差监控”，其在之后被称为cdm，是英语对应表述“consumption deviation monitoring(消耗偏差监控)”的首字母缩写。
9.测量的主要目的是允许系统识别如下情况：其中所注入的流体的量归因于至少部分地阻塞的注入器而与设定显著不同。
10.在由排气烟尘颗粒阻挡50％的注入器的情况下，系统仅注入近似50％的尿素并且cdm值于是将是-50％。
11.当前，乘客载具、商用载具或重型载具的大量制造商要求可靠检测该-50％的水平、还甚至-30％的水平，但是在注入器泄漏的情况下也检测+50％甚至+30％的水平。
12.该后一值是当前系统的cdm功能可以达到的精度极限，并且甚至更高的精度已经为特定制造商所寻求。
13.注入的质量对应于下面的数学式：
14.[数学式1]
[0015][0016]
其中，m是以kg为单位的注入质量，ρ是以kg/m3为单位的密度，k是以pa/m3为单位的液压刚度，并且p是以帕斯卡为单位的压力。
[0017]
回路的液压刚度由下面的数学式得出：
[0018]
[数学式2]
[0019][0020]
按照下面的数学式，回路的刚度k是蓄能器的刚度kd和液压回路的其余部分的刚度k
l
的函数：
[0021]
[数学式3]
[0022][0023]
对于cdm计算而言，刚度被计算为液压回路的动态响应的函数：
[0024]
[数学式4]
[0025][0026]
用于测量刚度的当前方法包括：计算压力变化δp
inj
除以在单位注入21期间在蓄能器处的压力降低期间的时间t
inj
，如图2中所描述的那样。
[0027]
当前，除了分路操作的数字不稳定性之外，针对每个注入计算δp/δt对于压力和时间信号的样本误差也非常敏感。
[0028]
因此更精确的方法是必要的。


技术实现要素：

[0029]
鉴于该现有技术，本技术提出一种用于首先基于两次泵起动之间并且因此围绕一系列注入的δp的测量而测量所注入的尿素的质量的改良方法。
[0030]
更确切地，本发明提出一种用于测量由所述流体的注入系统注入到载具的排气系统中的尿素的质量的方法，注入系统包括：泵；蓄能器；压力传感器；和将流体分配到注入器
的回路，其中泵和注入器是由计算机根据引擎运转参数和在压力传感器处的压力测量来操控的，并且对其而言流体的注入包括蓄能器中含有的流体的一系列注入的序列，其处于一系列注入的两个序列之间的用于在检测到小于阈值p
on
的压力时使泵起动的序列与用于在检测到大于阈值p
off
的压力时使泵停止的序列之间，其包括：在泵停止之后在注入序列开始之前的压力测量、在注入序列结束之后并且在泵起动之前的压力测量，根据下面的数学式计算注入的质量：
[0031]
[数学式5]
[0032][0033]
对其而言ρ是以kg/m3为单位的流体的密度，并且k是以pa/m3为单位的整个回路的液压刚度，并且对其而言k是根据下面的数学式计算的：
[0034]
[数学式6]
[0035][0036]
其中，kd是蓄能器的液压刚度，并且k
l
是回路的其余部分的液压刚度，
[0037]-将所计算的注入质量与设定注入质量进行比较。
[0038]
因此，本发明的方法提出了如下的测量方法：其比已知方法更精确并且基于由泵对蓄能器的两次重填之间的压力的测量以实现对在一系列注入中注入的质量的计算。
[0039]
方法有利地包括在其中在所确定的数量的测量中所测量的注入质量小于给定百分比的设定注入质量的情况下——这允许例如检测到部分地阻塞的注入器——触发警告设备。
[0040]
方法还可以包括例如在其中在所确定的数量的测量中注入质量大于给定百分比的设定注入质量的情况下——例如用于检测泄漏的注入器——触发警告设备。
[0041]kl
是包括取决于包括注入系统的载具的类型的基本值k
lb
的数据，方法可以包括在制造所述载具的步骤中将所述基本值集成到计算机中的步骤。
[0042]
因此，不需要在包括设备的载具处计算刚度。
[0043]kl
是包括取决于设备的运转温度的校正值k
lc
的数据，方法包括用于测量温度并且用于在所述载具运转时凭借温度探头计算校正k
lc
的算法。
[0044]
这增加了测量的精度。
[0045]
方法可以包括：用于确定阈值p
off
的算法，其包括在由计算机切断泵之后并且在注入序列开始之前的时间间隔t1中对压力传感器的压力取平均；并且包括：用于确定阈值p
on
的算法，其包括在阈值p
on
的测量与由计算机控制泵开启之间的时间间隔t2中对由压力传感器给定的压力取平均。
[0046]
因此，在测量的开始和结束时的压力被取平均，这避免了错误的检测。
[0047]
方法可以包括用于确定阈值p
off
的算法，其具有：检测增加的压力梯度的结束，以及在增加的梯度结束后的时间间隔t
m1
中对由压力传感器测量的压力值取平均。
[0048]
方法可以以替换或补充的方式包括用于确定阈值p
off
的算法，其具有：检测下降的压力梯度的开始，并且在该下降的梯度的开始之前的时间间隔t
m3
中对由压力传感器测量的
压力值取平均。
[0049]
方法还可以包括用于确定阈值p
on
的算法，其具有：检测下降的压力梯度的结束，以及相应地在下降的梯度的结束后的时间间隔t
m2
中对由压力传感器测量的压力值取平均。
[0050]
以替换或补充的方式，方法可以包括：用于确定增加的梯度的开始的检测以及用于在增加的梯度的开始之前的时间间隔t
m4
中对由压力传感器测量的压力值取平均的算法。
[0051]
这些用于检测p
on
和p
off
的不同方法可以允许细化p
on
和p
off
阈值的检测。
[0052]
方法可以包括在制造蓄能器时测量所实现的蓄能器刚度kd并且在制造所述载具的步骤中将该测量集成在所述计算机的非易失性存储器中。这允许使蓄能器和计算机匹配。
[0053]
根据替换的实施例，方法可以包括：在多个载具的计算机的非易失性存储器中存储一系列所生产的蓄能器的刚度kd的平均值。
[0054]
方法可以包括：通过如下来周期性地测量k
l
：在对应于校准的注入体积的校准的持续时间期间在小于打开蓄能器的最小压力的压力下实现泵停止事件和注入事件；以及在所述校准的持续时间中测量δp以用于计算k
l
。
[0055]
这样给定了并非针对该测量来进行考虑的k
l
、kd的基本值。
[0056]
本发明还可以包括一种计算机程序产品，其包括记录在计算机可读介质上的程序代码指令，以用于当所述程序被由载具的计算机执行时实现如前面描述的方法的步骤。
[0057]
本发明还涉及一种非暂态计算机可读记录介质，其上记录有计算机程序，计算机程序包括用于实现如前面描述的方法的步骤的程序代码指令。
附图说明
[0058]
在阅读以下对非限制性实施例的详细描述时并且分析随附附图时，本发明的其它特征、细节和优点将变得显而易见，在附图中：
[0059]
[图1]示出本发明的方法所适用的注入系统的示意图；
[0060]
[图2]示出表示现有技术的两种方法的线图；
[0061]
[图3]示出表示根据本发明的方法的测量的线图；
[0062]
[图4]表示本发明的方法的逻辑图的示例；
[0063]
[图5a]示出在本发明的方法的框架内的压力测量的第一示例；
[0064]
[图5b]示出在本发明的方法的框架内的压力测量的第二示例；
[0065]
[图5c]示出在本发明的方法的框架内的压力测量的第三示例。
具体实施方式
[0066]
附图和下文的描述包含不仅可以用于更好地理解本发明而且在适当的情况下也贡献于其限定的要素。
[0067]
现在参照图1，其表示用于将含有尿素的流体注入载具9的排气系统中的系统，载具9的排气系统具有：管7，注入器2通入到其中；以及催化剂8，其中尿素将允许还原nox分子。系统包括：泵1，其从箱10泵送流体；蓄能器3；压力传感器5；和回路4、4a，其把来自泵的流体朝向注入器2分配，其中泵1和注入器2被由计算机(6)根据引擎运转参数和压力传感器5处的压力测量进行操控。
[0068]
根据图3，在该系统中，流体的注入包括：蓄能器中含有的流体的一系列注入21的序列20，其处于在检测到小于阈值p
on
(“on”针对按英语的“启用”)的压力时使泵起动的序列23a、23b与在检测到大于阈值p
off
(“off”针对按英语的“停止”)的压力时使泵停止的序列24a、24b之间，以用于在压力增加25的情况下重填蓄能器。
[0069]
根据系统的灵活性及其惯性，注入器的打开的持续时间是20ms至40ms的量级，并且压力降低持续50ms到150ms。每次注入引起100mbar的量级的压力降低。它们的数量和频率尤其取决于引擎负载和引擎转速。在该框架内，图3涉及其中各注入总体上非常接近的情况，这对应于引擎转速和/或高的引擎负载。
[0070]
泵针对6巴量级的压力23运行并且针对7巴量级的压力24停止。将注意到，如在所表示的示例中那样，当各注入非常紧凑时，这些值是近似的而不是非常精确的。
[0071]
如图4中表示的那样，方法包括：在泵运行测试的情况下发起100，然后停止泵测试110，用于例如在注入序列的开始之前的图3的点24a处在泵停止之后实现压力p1的测量120，例如在点23b处并且在泵起动之前搜索注入序列的结束130，测量140压力p
on
，并且根据上面给出的数学式计算150注入质量：
[0072]
[数学式7]
[0073][0074]
对其而言ρ是以kg/m3为单位的流体的密度，并且k是以pa/m3为单位的整个回路液压刚度，并且对其而言k是根据上面给出的数学式计算的：
[0075]
[数学式8]
[0076][0077]
其中，kd是蓄能器的液压刚度，并且k
l
是回路的其余部分的液压刚度；
[0078]
仍然根据图4，方法包括：将所计算的注入质量与计算机中编程的一定百分比(例如70％)的设定注入质量进行比较160，例如，以用于检测30％的注入质量的重复下降。
[0079]
该比较之后是通过将检测到所计算的注入质量与设定质量之间的差异的数量nb1相对于极限l1进行比较来实现的测试180，并且如果该数量超过所述极限，则系统触发警告190，根据警告190，系统可以不再供应充分减少污染物所需要的尿素的量。
[0080]
仍然根据图4，第二测试165将对注入质量与对应于设定质量加上该设定质量的百分比(例如，+30％)的上限进行比较。根据测试185，如果以大于极限l2的出现数量nb2发生故障，则该测试将触发警告190。
[0081]
在其中设备注入过多尿素(这可能引起生成氨)的情况下，这将发出警报。
[0082]
因此，本发明不依赖于在每次注入时的压力测量，这增加了测量的精度并且允许符合更严格的关于监控尿素注入设备的良好运转的功能的标准。
[0083]
实际上，在本发明的方法中，不需要计算单位注入21的值δp，这减少了测量误差。此外，可以通过如下来实现p
off
和p
on
的确定：分别在压力增加25之后由于值p
off
而使泵停止之后的间隔t1内以及在一系列注入20之后由于值p
on
而开启泵之前的间隔t2内对由压力传感器给定的测量取平均，以虑及传感器处的噪声而具有更精确的值，如图5a中表示的那样。
[0084]
如图5b中表示的那样，还可以确定在其处测量压力传感器的值以凭借第一算法确定压力p
off
的时刻，第一算法根据传感器5的压力测量检测增加的压力梯度的结束25b，以用于在压力增加25之后测量压力p
off
。该算法可以然后在增加的压力梯度25的结束25b之后的给定时间间隔t
m1
中对所测量的压力取平均。
[0085]
为了测量压力p
on
，方法可以包括第二算法，其根据传感器5的压力测量检测在一系列注入20之后在开启泵之前的下降的压力梯度的结束20b。
[0086]
该第二算法可以然后包括：在下降的压力梯度20的结束20b之后的持续时间t
m2
中对压力取平均。
[0087]
取平均典型地可以是在20ms至40ms的持续时间中进行的或者是对给定数量的样本(例如，在触发测量的事件之后的5至10个样本)进行的。
[0088]
根据图5c，测量还可以是通过第三测量算法仍然利用压力传感器5实现的，第三测量算法检测在压力增加25之后的下降的压力梯度20的开启20a，以检测阈值p
off
。在此情况下，将关于在下降的梯度的开启之前的持续时间t
m3
期间进行存储的先前的测量来对压力取平均。
[0089]
为了测量p
on
，第四测量算法可以包括检测在一系列注入20之后的增加的压力梯度25的开启25a。在此情况下，将关于在增加的梯度的开启之前的持续时间t
m4
期间存储的测量来对压力p
on
取平均。
[0090]
取平均也可以是对在这些事件之前存储的给定数量的样本进行的。
[0091]
在此取平均典型地还可以是在20ms至40ms的持续时间中进行的或者是对5至10个样本的一定数量的样本进行的。
[0092]
可以例如根据引擎运转阶段来使用这些方法的组合，以增加δp的测量和计算的精度。
[0093]
本发明需要知晓kd，并且为此，kd例如是通过在准静态条件下测量蓄能器的液压运动和压力之间的关系而确定的。这是在制造线上结束时在测试台上对100％测试过的蓄能器实现的。
[0094]
用于每个蓄能器的数据可以被存储在数据库中，并且当制造载具时被检索，或者被印刷在每个蓄能器上的条形码等上并且被自动读取以集成到接纳相应的蓄能器的载具的计算机中。
[0095]
对于性能低的系统而言，可以测量一系列蓄能器的刚度的平均，并且将其引入到一系列对应的载具计算机中。由于在这样的情况下误差小于+/-10％，因此与现有技术相比，该方法对于改进cdm功能而言仍然是可接受的。
[0096]
流体的以及因此尿素的总注入质量是通过如下而简单地计算的：通过将针对几十次注入中的每次注入限定的值与总和进行比较，将在泵停止与泵起动事件之间执行的测量的质量相加。
[0097]
要知晓的另一要素是k
l
(回路的其余部分的刚度)的值。该刚度包括第一分量k
lb
，其取决于载具的液压回路、管路、密封件、软管等以及流体，并且其对于同一型号的全体载具而言实际上是相同的并且不需要重新计算。对于同一类型的所有载具而言该值可以被引入到计算机中。它可以在没有蓄能器(其由插件替代)的完整系统的情况下在测试时被精确地确定。该测试包括例如没有蓄能器的常规的压力测量测试。刚度k
l
还包括取决于设备的
运转温度的第二分量k
lc
，其可以是针对一定类型的载具通过在多个温度下在气氛腔室中实现前述测试而确定的，以能够将其变化规律集成到计算机中。
[0098]
可能篡改测量的另一参数是回路中的气泡的存在性，特别是在开启系统时，其以非常显著的方式修改k
l
的值并且篡改测量。另外，在开启载具的引擎之后的所确定的时段期间停用测量，以留出时间以在引擎停止期间对回路中可能存在的气泡进行吹扫之后使其被排出。
[0099]
还可以周期性地测量k
l
以增加测量的精度。为此，可以在小于蓄能器的打开压力的压力下执行注入，并且在给定数量的注入之后测量压力，以与测试台上的先前测量比较。
[0100]
基于在没有来自蓄能器的影响的情况下经校准的持续时间中对δp的测量的该测量允许通过如下来校正刚度k
l
：通过使用在更低压力下进行这些注入时获得的δp和δt的值来虑及回路中实际存在的空气的量，以估计系统中存在的空气的量。
[0101]
所描述的方法因此适配于增加cdm测量的精度。本发明不限制于所描述的示例，并且尤其是通过在泵的多个停止-启动循环中对所测量的值取平均，提供了甚至更好的精度。

技术特征：
1.一种用于测量由含有尿素的流体的注入系统注入到载具(9)的排气系统(7、8)中的所述流体的质量的方法，注入系统包括：泵(1)；蓄能器(3)；压力传感器(5)；以及将流体分配到注入器(2)的回路(4、4a)，其中泵(1)和注入器(2)是由计算机(6)根据引擎运转参数和在压力传感器(5)处的压力测量来操控的，并且对其而言流体的注入包括蓄能器中含有的流体的一系列注入(21)的序列(20)，其处于用于在检测到小于阈值p
on
的压力时使泵起动的序列(23a、23b)与用于在检测到大于阈值p
off
的压力时使泵停止的序列(24a、24b)之间，其特征在于，其包括：在泵停止之后在注入序列开始之前测量(120)压力、在注入序列(130)结束之后并且在起动泵之前测量(140)压力，根据下面的数学式计算(150)注入的质量：[数学式9]对其而言ρ是以kg/m3为单位的流体的密度，并且k是以pa/m3为单位的整个回路的液压刚度，并且对其而言k是根据下面的数学式计算的：[数学式10]其中k
d
是蓄能器的液压刚度，并且k
l
是回路的其余部分的液压刚度；-将所计算的注入质量与设定注入质量进行比较(160)。2.如权利要求1所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，对其而言k
l
是包括取决于包括注入系统的载具的类型的基本值k
lb
的数据，所述方法包括如下步骤：在制造所述载具的步骤中将所述基本值集成到计算机中。3.如权利要求1或2所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，包括：在其中在所确定的数量的测量(180)中所测量的注入质量小于给定百分比的设定注入质量(160)的情况下，触发警告设备(190)。4.如权利要求1或2所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，包括：在其中在所确定的数量的测量(185)中注入质量大于给定百分比的设定注入质量(165)的情况下，触发警告设备(190)。5.如权利要求3或4所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，对其而言k
l
是包括取决于设备的运转温度的校正值k
lc
的数据，所述方法包括用于测量温度并且用于在所述载具运转时凭借温度探头计算校正k
lc
的算法。6.如前述权利要求中的任何一项所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，包括：用于确定阈值p
off
的算法，其包括在由计算机切断(a)泵之后并且在该切断后的注入序列(20)的开始之前的时间间隔t1中对压力传感器的压力取平均；和/或包括：用于确定阈值p
on
的算法，其包括在由计算机控制泵开启(d)之前的时间间隔t2中对由压力传感器(5)进行的压力测量取平均。7.如权利要求1至5中的任何一项所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，包括：用于确定阈值p
off
的算法，其具有：检测增加的压力梯度(25)的结束(25b)以及在增加的梯度的结束后的时间间隔t
m1
中对由压力传感器测量的压力值取平均；和/或相应地包括：
用于确定阈值p
on
的算法，其具有：检测下降的压力梯度(20)的结束(20b)以及在下降的梯度的结束后的时间间隔t
m2
中对由压力传感器测量的压力值取平均。8.如权利要求1至5中的任何一项所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，包括：用于确定阈值p
off
的算法，其具有：检测下降的压力梯度(20)的开始(20a)并且在该下降的梯度的开始之前的时间t
m3
中对所测量的压力值取平均；和/或包括：用于确定对增加的梯度(25)的开始(25a)的检测并且用于在增加的梯度的开始之前的时间间隔t
m4
中对由压力传感器测量的压力值取平均的算法。9.如前述权利要求中的任何一项所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，包括通过如下来周期性地测量k
l
：在对应于校准的注入体积的校准的持续时间期间在小于打开蓄能器的最小压力的压力下实现泵停止事件和注入事件；以及在所述校准的持续时间中测量δp以用于计算k
l
。10.如前述权利要求中的任何一项所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，包括：在制造蓄能器(3)时测量所实现的蓄能器(3)的刚度k
d
，并且在制造所述载具的步骤中将该测量集成在所述计算机(6)的非易失性存储器中。11.如权利要求1至9中的任何一项所述的用于测量含有尿素的流体的注入质量的方法，包括：在多个载具的计算机的非易失性存储器中存储一系列所生产的蓄能器的刚度k
d
的平均值。12.一种计算机程序产品，包括记录在计算机可读介质上的程序代码指令，以用于当所述程序被由载具(9)的计算机(6)执行时实现如权利要求1至9中的任何一项所述的方法的步骤。13.一种非暂态计算机可读记录介质，其上记录有计算机程序，其包括用于实现如权利要求1至11中的任何一项所述的方法的步骤的程序代码指令。

技术总结
一种用于测量由含有尿素的流体的注入系统注入到载具(9)的排气系统(7、8)中的所述流体的质量的方法，对其而言流体的注入包括蓄能器中含有的流体的一系列注入(21)的序列(20)，其处于用于在检测到小于阈值P


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：纬湃科技有限责任公司
技术研发日：2022.01.17
技术公布日：2023/9/14