用于操作流体供应系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作流体供应系统的方法，以及一种用于该方法的执行的处理单元和计算机程序。

背景技术

在(机动)车辆废气的后处理中，可以使用所谓的SCR(Selective CatalyticReduction：选择性催化还原)工艺，特别是用于还原氮氧化物(NO

发明内容

根据本发明，提出了一种用于操作流体供应系统的方法以及一种用于该方法的执行的处理单元和计算机程序，它们分别具有相应的独立权利要求的特征。有利的进一步发展形成从属权利要求和后续说明书的主题。

本发明涉及将如尿素-水溶液的流体供应到发动机的排气系统中，特别是在使用和操作相应的流体供应系统的情况下。这样的流体供应系统典型地包括用于流体的储罐、泵或泵送装置(典型地是隔膜泵，其可以是供应单元的一部分)和计量阀或模块。此外，在各个部件之间还设有相应的流体供应(压力)管线。此外，返回管线通常连接到储罐，经由该返回管线，可以返回过量的流体或尿素-水溶液。可以在返回管线中设置孔口或节流阀来控制返回流量。

如上提及的，所谓的SCR技术基于NH

展望即将到来的排放限制，应该提高废气处理系统的效率。在SCR环境中，无论排放技术复杂性(单/双SCR)如何，这种情况都使得需要更准确和更及时地输送(计量)所需量(质量)的流体，如尿素-水溶液。计量精度不足可能使得不可接受的NO

提高这种效率的一种方法是使用电流反馈来估计DEF温度。此外，还可以计算储罐与计量阀之间的DEF温升。然而，这种模型是非常复杂的，并且需要针对特定应用进行校准和测试。这种复杂性的原因是风冷计量阀的低温稳定性。

鉴于此背景，本发明提出了一种确定待应用于借助所述流体供应系统进入排气系统的流体的期望或(实际)计量的质量(或质量流量)的校正因子的方法，所述方法花费较少的计算工作量。

废气流及其组成需要待被计量到排气系统中的特定质量或质量流量(即质量/次)，以便实现良好的反应。换句话说，应将期望的质量或质量流量(即，质量或质量流量的期望值)计量到排气系统中。为了提供待引入排气系统中的特定质量或质量流量的流体，流体供应系统、特别是泵必须以特定的方式操作，即以特定值的操作参数操作。例如，所述泵必须以特定频率操作特定时间段。这样的操作参数取决于各种进一步参数，如特定的流体供应系统特性，包括供应管线的长度、温度等等。

对于期望的质量或质量流量，所需的操作参数(或其值)典型地基于(流体供应系统的和如环境参数等其它参数的)各种参数的标称值来确定。这样的标称值可以对应于新流体供应系统在特定操作条件下的值，如特定温度(例如，25℃)和特定环境压力以及诸如此类。在车辆操作期间操作流体供应系统时，这些参数的实际值典型地不对应于标称值。原因是例如部件的劣化或老化以及不同的环境参数，如高或低的环境压力和高或低的环境温度。

因此，计量到排气系统中的流体的实际质量或质量流量与期望值不同。这可以通过应用校正因子来克服。这种校正因子可以应用于(质量或质量流量的)期望值或者(质量或质量流量的)(实际)计量值。如果将校正因子应用于期望值，则使用校正的期望值来确定流体供应系统的操作参数。例如，应将期望质量的5g流体计量到排气系统中；将校正因子应用于该期望值5g会产生校正的期望值5.5g。这意味着操作参数将被确定为使得(考虑到标称情况)将5.5g流体计量到排气系统中。由于实际情况与标称情况不同，将只计量期望的5g流体。

如果将校正因子应用于计量值，则获得校正的计量值。例如，应将期望质量的5g流体计量到排气系统中。这意味着操作参数将被确定为使得(考虑到标称情况)将5g流体计量到排气系统中。由于实际情况与标称情况不同，将只计量4.5g流体，其对应于校正的计量值。在这种情况下，可以将丢失的流体质量添加到下一个操作周期中的期望值中。

因此，质量或质量流量的期望值和/或计量值需要基于影响质量或质量流量的期望值和/或计量值的各种参数来校正。在本发明中，这种校正特别适用于两个主要参数：所述流体(DEF)的密度和所述流体的压差，特别是在计量阀打开的时间时、即在计量阀打开并将所述流体引入排气系统中的时间段期间的所述流体(DEF)的密度和所述流体的压差。所述压差是在所述计量阀打开时所述流体供应系统的内部压力与所述排气系统的外部压力之间的压差。优选地，密度和/或压差的这些值在计量阀打开的时间段内取平均值。然后，可以基于这些参数的平均值和标称值来确定或计算校正因子。

特别地，流体密度基于所述流体的温度、特别是随时间推移的平均温度来确定或计算。对流体(DEF)温度有影响的参数更多：流体储罐温度、流体质量(尿素在溶液中的浓度)、环境或周围温度、冷却剂温度(计量阀处的)、计量阀尖端温度(类似于上游催化剂温度)、计量质量流动速率等等。然而，包括所有相关因素的非精确数学模型将需要车辆特有的校准。因此，将使用该模型的简化形式。优选地，流体密度基于影响最大的因素、即流体储罐温度来计算。通过包括流体组成、特别是尿素在溶液中的浓度，可以提高所述计算的精度。由于并非所有典型的车辆都配备有用于确定DEF质量(浓度)的传感器，因此这是一个有利的实施例。

所述压差被计算为外部压力与内部压力之间的差值，优选地被计算为平均值。内部压力可以通过流体或尿素压力传感器来测量。此外，这种测量值还可以通过添加由传感器与计量阀的位置之间的压力损失引起的偏移压力来过滤和调整。

确定校正因子可以分为多个(特别是四个)部分：所述(平均)压差的确定(或建模)、所述(平均)流体(DEF)温度的确定(或建模)、所述(平均)流体密度的确定(或建模)、以及最后确定校正因子。在下文中，指数m将总体上用于介质或流体，而指数DEF将特别用于作为流体的DEF。

首先，将更详细地解释在计量阀打开时的时间内的平均压差的确定(或建模)。这种平均压差

内部压力

这将使得

液压管线或通道中潜在的长且不相等的压力信号传播延迟产生阻尼(压力管线可压缩体积)和高波动性(上游压力波和下游压力波的相互干扰)，这将使得上述模型变得相当不精确。因此，该模型可以在期望同样的不准确性的情况下被简化，如下所示：

其中，f(p

请注意，下一个计量阀致动(占空比或周期)是在物理致动之前的某个时间(计量周期开始)确定的。此外，假设(并且可以假设)外部压力在计量阀打开的时间段(包括泵致动与计量阀打开之间的延迟)内相对稳定。

接下来，将更详细地解释在计量阀打开时的时间内的平均流体(DEF)温度

所述模型典型地需要基于验证数据对许多参数进行仔细校准(在使用仪表式计量阀的情况下)。然而，事实证明，在SCR系统中，温度条件相当稳定，并且可以忽略大部分参数，同时仍能实现良好的(和足够的)估计精度(确定时期内的平均温度)。这种简化的先决条件是连续计量。

影响最大的因素是储罐中的流体(DEF)温度(储罐温度)T

其中：k＝f(T

对于简化模型不够准确的应用，可以集成更复杂的模型，该模型可能包括线圈温度测量(加上校正)。可以考虑使用卡尔曼滤波器来合并信息。

接下来，将更详细地解释平均流体(DEF)密度

在w

ρ

请注意，温度以摄氏度(℃)为单位。

上面提到了作为温度的函数的密度。浓度的函数应表示为基于实验结果、基于20℃时的真实密度的因子。相应地，上述式中的具体值为实验得到的尿素的值。

浓度的函数

其中：

接下来，将更详细地解释流体(DEF)的期望的质量或量的校正因子的确定(或建模)。(最终)计算包括在计量阀打开时的时间内的平均压差

标称压差Δρ

ρ

标称压差Δp

Δp

这允许在操作流体供应系统时简单但非常精确和高效地校正如DEF的流体的质量或质量流量的期望值，以确定操作参数的当前值。这种校正因子也可以用于校正这种质量或质量流量的计量值。

根据本发明的处理单元，例如诸如发动机控制装置或废气后处理控制装置的机动车辆的控制装置，特别是在编程方面被配置成能够执行根据本发明的方法。

以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式实施根据本发明的方法是有利的，因为这使成本特别低，尤其是如果执行中的处理装置也用于其它任务，因此无论如何这都是可用的。最后，提供一种其上存储有计算机程序的机器可读存储介质，如上所述。用于提供计算机程序的合适的存储介质或数据载体特别是磁、光和电存储器，诸如硬盘驱动器、闪存、EEPROM、DVD等。也可以经由计算机网络(互联网、内联网等)下载程序。这种下载可以是有线的或无线的(例如经由WLAN网络、3G、4G、5G或6G连接等)。

本发明的进一步优点和实施例将从描述和附图中显见。

附图说明

基于示例性实施例在附图中示意性地示出了本发明，并且将在下文中参考附图来描述本发明。

图1示出了可以通过根据本发明的方法来操作的流体供应系统。

图2示出了在一个优选实施例中根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了流体供应系统100，特别是SCR供应系统的形式，其可以通过根据本发明的方法来操作。SCR供应系统100包括具有过滤器232的泵130。泵130被配置成能够经由压力管线122将类似还原剂的流体121(例如，尿素-水溶液)从流体储罐120泵送或输送到计量模块或阀140。然后，借助于计量阀140将流体121引入或喷射到内燃机的排气系统170中。

此外，提供压力传感器142(这也可以集成在泵130中)，所述压力传感器142被配置成能够至少测量压力管线122中的压力。温度传感器123设在流体储罐120中并且可选的浓度传感器124也设在流体储罐120中。例如，废气后处理控制装置形式的处理单元150连接到压力传感器142，并且从所述传感器接收关于压力管线122中的压力的信息。废气后处理控制装置还连接到温度传感器123和浓度传感器124。此外，废气后处理控制装置150连接到泵130和计量阀140，以便控制或操作流体(SCR)供应系统100。

此外，SCR供应系统100包括例如返回管线160，通过所述返回管线160可以将流体馈送回流体储罐120中。在所述返回管线160中，例如布置有提供局部流动阻力的孔口或节流阀161。然而，应该注意的是，在具有主动控制阀的泵的情况下，也可以省略这样的返回。

废气后处理控制装置被配置成能够使用相关数据，例如从发动机控制单元(ECU)或从用于废气中的温度、压力和氮氧化物含量的传感器接收的数据，以操作流体(SCR)供应系统100、特别是泵130和计量阀140，以便将尿素-水溶液(流体)121供应到SCR催化转化器前面的排气系统170中。

图2示出了在一个优选实施例中根据本发明的方法，即，借助于流程图操作类似于图1的流体(SCR)供应系统。

在步骤200中，测量供应管线中的实际(内部)压力p

在步骤210中，例如多次地确定流体储罐的温度，并且在步骤212中，确定在计量阀打开或将要打开的时间段内的平均温度

这样，确定流体的平均密度

对于更详细和附加的解释和步骤，请参见上面的详细解释。这样，可以确定最终被计量到排气系统中的尿素-水溶液的非常准确的质量或质量流量。