添加劑輸送系統(tǒng)和用于控制所述系統(tǒng)的方法
【專利摘要】一種添加劑輸送系統(tǒng)，包括用于儲存添加劑的儲箱、有源部件和連接到所述部件的控制器，其中：所述控制器適用于基于位于所述部件內(nèi)或者位于所述控制器內(nèi)的零件的電氣特性，來確定表征所述系統(tǒng)中添加劑的溫度的數(shù)值；在所述添加劑輸送系統(tǒng)正常工作時，所述零件具有除溫度估計功能以外的其它功能。
【專利說明】添加劑輸送系統(tǒng)和用于控制所述系統(tǒng)的方法
[0001]本申請涉及添加劑輸送系統(tǒng)、用于這樣的系統(tǒng)的控制器以及用于控制這樣的系統(tǒng)的方法。特別地，本發(fā)明涉及SCR系統(tǒng)。
[0002]有關(guān)車輛排放物的法規(guī)除其它規(guī)定外還規(guī)定了減少釋放到大氣中的氮氧化物Ν0χΟ實現(xiàn)該目的的一種公知方式是采用SCR (選擇性催化還原)處理，該SCR處理能夠通過將通常為氨的還原劑注入排放管線中來還原氮氧化物。該氨可以通過熱解氨前驅(qū)體溶液獲得，該氨前驅(qū)體溶液的濃度可以是低共熔混合物的濃度。這種氨前驅(qū)體通常是尿素溶液。
[0003]利用SCR處理，在發(fā)動機的排放管中借助催化劑來處理發(fā)動機以最佳效率燃燒時產(chǎn)生的大量N0X。這種處理要求使用濃度精確且質(zhì)量極高的還原劑。因此，要準(zhǔn)確計量該溶液，并將其注入尾氣流中，在尾氣流中該溶液發(fā)生水解，然后將氮氧化物(NOx)轉(zhuǎn)化為氮氣(N2)和水(H20)。
[0004]為此，需要為車輛配備裝有添加劑(通常是尿素溶液)的儲箱，以及用于計量添加劑的期望量并將其注入排放管中的裝置。通常而言，除添加劑儲箱以外，該SCR裝置還包括:噴注器、泵和尿素饋送管線。
[0005]為了能夠正確地計量添加劑溶液到排放氣體中，已知實踐中在添加劑儲箱中添加了比如液位計、溫度傳感器、質(zhì)量傳感器以及一個或者多個電阻加熱元件等元件。通?；跍囟葌鞲衅鳒y量的溫度來控制這些加熱元件。在溫度傳感器發(fā)生故障時，這樣一個或者多個加熱元件將不再得到正確的控制，對于SCR系統(tǒng)而言這可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果，例如在霜凍的情況下。一種解決方案是增加第二溫度傳感器，但這要求采用特殊的SCR系統(tǒng)，因此成本聞昂。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種如前序中公開的類型的系統(tǒng)、控制器和方法，其更安全并且改進了對溫度的控制。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種添加劑輸送系統(tǒng)，包括用于儲存添加劑的儲箱、有源部件和連接到該部件和加熱元件的控制器。該控制器適用于:基于位于至少一個所述部件內(nèi)或者位于所述控制器內(nèi)的零件的電氣特性，來確定表征系統(tǒng)中添加劑溫度的數(shù)值。在正常工作時，所述零件優(yōu)選地具有除溫度估計功能以外的其它功能。換句話說，對于部件中具有與溫度估計無關(guān)的特定功能的一個零件而言，通過利用其自身的電氣特性，該零件被賦予了確定表征系統(tǒng)中添加劑溫度的數(shù)值的這樣的第二功能。這樣，可以利用比如添加劑輸送系統(tǒng)的加熱元件等現(xiàn)有部件的零件來獲得溫度的估計值。該估計值可以例如與溫度傳感器的測量值相組合，或者與基于另一現(xiàn)有部件或加熱元件的另一估計值相組合來使用。因此，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)基于使用該控制器的控制能夠?qū)崿F(xiàn)改進(和/或較低廉)的溫度估計。
[0008]根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，所述零件是有源部件的電線，該有源部件可以是加熱元件或者實現(xiàn)有源功能(比如測量數(shù)值、計量添加劑等)的任何其它元件。在這種情況下，所述控制器可適用于在所述電線兩端施加既定的電壓，和測量流過所述電線的電流。通常而言，所述控制器包括:DC (直流)電壓源，用于在所述電線的兩端施加電壓；以及電流測量裝置，用于測量流過所述電線的電流。于是可將測量到的電流用作表征添加劑溫度的數(shù)值?；蛘撸隹刂破骺蛇m用于發(fā)送既定的電流通過所述電線，和測量所述電線兩端的電壓。在這種情況下，可將測量到的電壓用作表征添加劑溫度的數(shù)值。這時，所述控制器通常包括:DC電流源，用于發(fā)送電流流過所述電線；以及電壓測量裝置，用于測量所述電線兩端的電壓。
[0009]根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，所述零件是部件線圈的電線。在一種特定實施方式中，所述部件包括用于將添加劑供應(yīng)至出口的泵。所述泵包括具有線圈電線的電動機(DC發(fā)動機、BLDC發(fā)動機、步進電機)，該線圈電線可被用作所述零件，所述控制器測量該零件的電氣特性來估計溫度。除此以外或取而代之，所述部件還可以包括具有線圈電線的閥門，該線圈電線用作待測量的所述零件。這樣，泵或閥門不僅可用于控制添加劑的輸送，而且可用于測量溫度。
[0010]根據(jù)又一實施方式，所述零件可以是加熱元件的電阻絲。在這種情況下，所述控制器可適用于在所述電阻絲的兩端施加既定的電壓，和測量流過所述電阻絲的電流，以確定表征所述加熱元件周圍溫度的數(shù)值，從而確定添加劑溫度的估計值。這樣，加熱元件不僅可用于加熱添加劑，而且可用于測量溫度。
[0011]根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，所述部件包括下列部件中的任意一個或者多個:用于將添加劑輸送至出口的輸送部件；用于測量系統(tǒng)參數(shù)(所述參數(shù)不是溫度)的傳感器部件。所述輸送部件可以包括下列部件中的一個或者多個:泵、計量裝置、閥門。所述傳感器部件可以包括下列部件中的一個或者多個:壓強傳感器、液位傳感器。在壓強傳感器或液位傳感器的情況下，除了確定壓強/添加劑液位以外，傳感器測量到的電氣特性還可被控制器用來確定添加劑是否處于凍結(jié)狀態(tài)。
[0012]根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，所述添加劑輸送系統(tǒng)是SCR系統(tǒng)，尤其供作為添加劑的尿素使用。應(yīng)理解表述“SCR系統(tǒng)”指:利用尿素作為液氨前驅(qū)體，對來自優(yōu)選為車輛所具有的內(nèi)燃機的排氣的NOx進行催化還原的這樣的系統(tǒng)。應(yīng)理解術(shù)語“尿素”指任何含有尿素的溶液，其通常是水溶液。本發(fā)明利用低共熔水/尿素溶液獲得了良好效果，針對該低共熔水/尿素溶液存在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):例如，根據(jù)DIN70070標(biāo)準(zhǔn)，對于AdBluel(溶液(市售尿素溶液)，尿素含量在31.8%與33.2% (按重量計)之間(即32.5+/-0.7wt% ),因此氨的可用量在18.0%與18.8%之間。本發(fā)明還可被應(yīng)用于同樣呈水溶液的以商標(biāo)名Denoxium?銷售的尿素/甲酸銨混合物，其組分之一(Denoxium-30)的氨含量與AdBIue^溶液的氨含量相當(dāng)。AdBIueli溶液的優(yōu)點在于僅在_30°C以下(對比于-11°C)凍結(jié)，但其缺點在于與可能
釋放甲酸有關(guān)的腐蝕問題。雖然本發(fā)明在低共熔的水/尿素溶液的情況下尤為有利，但也能夠應(yīng)用于可用在發(fā)動機SCR系統(tǒng)中的任何還原劑，并且本發(fā)明一般而言涉及任何添加劑輸送系統(tǒng)。
[0013]如上所述，SCR系統(tǒng)通常包括:至少一個儲箱，用于儲存尿素溶液；以及用于將尿素溶液饋送至排放氣體的系統(tǒng)，該饋送系統(tǒng)通常包括有源部件，比如加熱器、泵、過濾器、閥門、液壓管線(送液和/或回液管線)等。
[0014]本發(fā)明所基于的思想可以與以本 申請人:名義的共同未決申請EP2008/062183相組合，該申請EP2008/062183針對尿素部件中過度加熱的問題，并因此提出了使用至少兩個電阻加熱元件(R1，R2)，其中之一(Rl)用于加熱始終接觸實質(zhì)性量的尿素的這樣的一個或一些部件(或者所述部件的一個或一些部分)，而另一電阻加熱元件(R2)用于加熱有時候不接觸實質(zhì)性量的尿素的這樣的一個或一些部件(或者所述部件的一個或一些部分)，根據(jù)該申請，當(dāng)在凍結(jié)狀態(tài)下啟動系統(tǒng)時，激活電阻元件Rl但僅當(dāng)電阻元件R2的部件實際接觸實質(zhì)性量的尿素時才激活電阻元件R2。
[0015]有利地，本發(fā)明適用于柴油發(fā)動機，特別適用于貨物或乘客重載車輛的柴油發(fā)動機。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，提供了一種供添加劑輸送系統(tǒng)中使用的控制器，該控制器適用于基于位于至少一個有源部件內(nèi)或者位于所述添加劑輸送系統(tǒng)的控制器內(nèi)的零件的電氣特性來確定表征該系統(tǒng)中添加劑的溫度的數(shù)值，其中所述零件還因為另外的控制目的而連接到所述控制器。這樣，例如對于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的現(xiàn)有有源部件而言，以前這樣的有源部件僅被用于例如受控添加劑輸送或者加熱等特定功能，現(xiàn)在控制器也能夠利用該有源部件來測量溫度。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于控制添加劑輸送系統(tǒng)的方法。該方法的一種實施方式包括:利用控制器，基于位于至少一個有源部件內(nèi)或者所述添加劑輸送系統(tǒng)的控制器內(nèi)的至少一個零件的至少一個電氣特性，來確定表征所述系統(tǒng)中添加劑的溫度的數(shù)值；執(zhí)行涉及所述零件的其它控制操作。所述至少一個零件的電氣特性可以是表示所述零件的電阻的數(shù)值，通常在所述控制器中對其進行測量。
[0018]根據(jù)該方法的一種優(yōu)選實施方式，所述至少一個零件包括部件的電線圈的電線。在這種情況下，電氣特性可例如是能夠按上文針對本發(fā)明系統(tǒng)的實施方式所描述的方式來測量的電流或者電壓。
[0019]根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，從比如液位傳感器或壓強傳感器的至少一個部件接收所述至少一個零件的一個或多個電氣特性。在這種情況下，所述一個或多個電氣特性通常還被用于與利用控制器確定表征系統(tǒng)中添加劑的溫度的數(shù)值不同的其它控制功能。
[0020]下面將參照附圖以僅作為示例的方式來描述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、控制器和方法的一些實施方式，附圖中:
[0021]圖1示意性示出本發(fā)明的添加劑輸送系統(tǒng)的第一實施方式；
[0022]圖2示意性示出本發(fā)明的添加劑輸送系統(tǒng)的第二實施方式；
[0023]圖3詳細示出與泵連接的本發(fā)明的控制器的一種實施方式，其中省略了常規(guī)的泵控制裝置；
[0024]圖4詳細示出與加熱元件連接的本發(fā)明的控制器的一種實施方式；
[0025]圖5是示出發(fā)動機線圈的電阻隨溫度變化的曲線圖；
[0026]圖6是示出流過發(fā)動機線圈的DC電流隨溫度變化的曲線圖；
[0027]圖7是示出加熱元件的電阻隨溫度變化的曲線圖；以及
[0028]圖8是示出流過加熱元件的電流隨溫度變化的曲線圖。
[0029]圖1示出本發(fā)明的SCR系統(tǒng)的第一實施方式。該實施方式包括主尿素儲箱I和輔助儲箱2 ;不過，根據(jù)可用空間，主儲箱和輔助儲箱可以由單個主儲箱代替。儲箱1、2是車用流體儲箱，比如用于存放如減排系統(tǒng)中使用的尿素溶液的儲箱。主儲箱I設(shè)置有隔室3，該隔室3容納用于通過管線8將尿素溶液饋送至計量裝置9的主泵4。該隔室3還可以包括溫度傳感器10、質(zhì)量傳感器(未示出)、壓強傳感器11、壓強調(diào)節(jié)器(未示出)或者類似儀表。此外，儲箱I還可以包括位于該隔室以外的元件，比如液位傳感器12。在輔助儲箱2與主儲箱I之間設(shè)置有轉(zhuǎn)運泵5，以便能夠通過管線7將儲箱2中的尿素溶液轉(zhuǎn)運至儲箱I。還設(shè)置有多個加熱元件6，在此將其表示為H1、H2、H3，它們主要用于防止儲箱1、2以及管線7、8凍結(jié)。應(yīng)注意加熱元件Hl還可包括兩個或多個分立的電阻絲，例如一個主要用于加熱隔室3，一個主要用于加熱儲箱I的其余部分。通過將有源附屬裝置4、10、11布置在隔室內(nèi)，能夠在隔室內(nèi)容一達到足以確保流動性的溫度時就為這些有源附件供應(yīng)所需的車用流體。例如，如果該儲箱被用于儲存低共熔的水/尿素溶液，則需要將隔室內(nèi)容加熱到至少-11°C，即這種溶液的熔化溫度。
[0030]圖1的系統(tǒng)還包括控制器12，該控制器12連接到加熱元件6和其它部件4、5、9、
11、12，以便控制這些部件的操作和/或從這些部件接收信息。更特別地，主泵4的操作是通過線路14來控制的，轉(zhuǎn)運泵5的操作是通過線路15來控制的，加熱元件6的操作是通過線路16來控制的，以及計量裝置9的操作是通過線路19來控制的。此外，控制器分別從壓強傳感器11和液位傳感器12接收測量結(jié)果VP和VL。
[0031]為了測量儲箱I中的溫度，設(shè)置有溫度傳感器10。然而，在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)和/或方法中，如果該溫度傳感器損壞，則控制器不再能夠執(zhí)行其正常控制功能。這在圖1的系統(tǒng)中得到了克服，在圖1的系統(tǒng)中，控制器12適用于基于至少一個零件的一個或多個電氣特性來確定表征該系統(tǒng)中添加劑的溫度的數(shù)值，該至少一個零件位于加熱元件6或者部件4、
5、9、11、12當(dāng)中，特別地，當(dāng)控制器位于儲箱I附近時，該至少一個零件還可位于控制器12本身當(dāng)中。應(yīng)注意，在添加劑輸送系統(tǒng)正常工作的情況下，部件4、5、9、11、12均具有除溫度估計功能以外的其它功能。換句話說，存在于這些部件當(dāng)中的零件被賦予了用于估計尿素溶液的溫度的第二功能。
[0032]在泵4、5的情況下，該待測量的零件可以是該泵的電動機30的線圈電線31，如圖3中詳細所示?？刂破靼ㄓ糜谠诰€圈電線31的端子之間施加DC電壓VDC的電壓源33，以及用于測量流過線圈電線31的電流的電流測量裝置32。圖5示出電動機線圈電線31的電阻隨溫度的變化，其標(biāo)稱電阻為20°C時的0.44歐姆。該電阻在_40°C時的0.319歐姆與+130°C時的0.662歐姆之間變化。如圖6所示，對電流的測量允許確定線圈的溫度，并從而給出對儲箱I中流體溫度的估計。還可將圖3的原理應(yīng)用于具有電線的閥門，并且特別地可應(yīng)用于圖1中的計量裝置9。換句話說，泵4、5和計量裝置9可被用來獲得額外的溫度估計值，而控制器能夠利用這些額外的溫度估計值來確定位于儲箱1、2中的不同位置的流體的溫度，這是通過在這些部件的電線兩端被施加DC電壓時測量電流來實現(xiàn)的一參見示意性方框24、25、29，其中測量各個電流I1、12和13。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可以使用更少的部件來檢驗溫度，例如可以只測量II。
[0033]在電阻加熱元件6的情況下，有利的是其由銅鎳合金或者不銹鋼制成，控制器12可適用于通過所述電線發(fā)送既定電流IDC，和測量所述電線兩端的電壓。在這種情況下，控制器12包括:DC電流源41，用于通過所述電線發(fā)送電流IDC ;和電壓測量裝置42，用于測量所述電線兩端的電壓?；蛘?，與上文描述的泵的例子的情況相同，控制器可適用于施加DC電壓和測量電流。圖7示出加熱器電阻絲的電阻隨溫度的變化，其標(biāo)稱電阻為20°C時的1.69歐姆。該電阻在_40°C時的1.034歐姆與+130°C時的2.906歐姆之間變化。如圖8所示，對電流的測量允許確定電阻絲的溫度，并從而提供對加熱器6所在位置的流體的溫度的估計值。換句話說，加熱元件可被用來獲得額外的溫度估計值，而控制器能夠利用這些額外的溫度估計值來確定位于儲箱1、2中或者管線7、8中的不同位置的流體的溫度——參見示意性方框26，其中測量各個電壓V1、V2和V3。本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)然理解可以使用更少的加熱元件來檢驗溫度，例如可以只測量VI。此外，根據(jù)系統(tǒng)的特性，該系統(tǒng)可以包括更多或更少的加熱元件。
[0034]此外，還可以將控制器從液位傳感器和壓強傳感器接收的用于檢驗溫度傳感器10測量的真實性的電氣特性VL、VP納入考慮?；陔姎馓匦訴L、VP可得知儲箱I中的流體是否凍結(jié)。最后，如果控制器位于儲箱I或2附近，則可在控制器中設(shè)置電阻器，特別是熱敏電阻，以測量控制器本身處的溫度，參見圖1中的示意性方框13。
[0035]通過利用圖示的額外的測量結(jié)果Il至13、Vl至V3、VO、VP、VL中的一個或多個，控制器12可以檢驗溫度傳感器10的測量的真實性，并且控制器12可以以改進的方式來調(diào)節(jié)對SCR系統(tǒng)的加熱。應(yīng)注意，如果取足夠的測量結(jié)果(或者至少一個可靠的測量結(jié)果)，那么甚至可以省略溫度傳感器10。
[0036]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的添加劑輸送系統(tǒng)的第二實施方式。該實施方式包括儲箱201和具有泵204的泵模塊212，該泵204用于通過管線208供應(yīng)添加劑至計量裝置209。該泵模塊212還可以包括壓強傳感器211以及其它儀器(未示出)。還設(shè)置有由Hl表示的加熱元件206，用于防止儲箱I凍結(jié)。應(yīng)注意加熱元件Hl還可以包括兩個或者多個分立的電阻絲。不同的部件204、209、210、211和加熱元件206均連接到控制器212?？刂破?12可適用于基于加熱元件206中的和/或部件204、209、210、211中的零件的電氣特性，來確定表征該系統(tǒng)中添加劑的溫度的數(shù)值。請注意，在該添加劑輸送系統(tǒng)正常工作時，部件204、209,210,211均具有除溫度估計功能以外的其它功能。利用這些不同部件進行的溫度估計可以采用與針對圖1所解釋的類似的方式進行，因而在此不再贅述。
[0037]以上參照某些示例性實施方式描述了本發(fā)明。這些實施方式旨在用于說明目的，并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書確定。
【權(quán)利要求】
1.一種添加劑輸送系統(tǒng)，包括用于儲存添加劑的儲箱、有源部件和連接到所述部件的控制器，其中， 所述控制器適用于基于位于所述部件內(nèi)或者位于所述控制器內(nèi)的零件的電氣特性，來確定表征所述系統(tǒng)中的所述添加劑的溫度的數(shù)值， 在所述添加劑輸送系統(tǒng)正常工作時，所述零件具有除該溫度估計功能以外的其它功倉泛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中，所述零件是電線，所述控制器適用于:在所述電線的兩端施加既定電壓和測量流過所述電線的電流，所述測量到的電流作為表征所述添加劑的溫度的所述數(shù)值；或者，發(fā)送既定電流流過所述電線和測量所述電線兩端的電壓，所述測量到的電壓作為表征所述添加劑的溫度的所述數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中:所述控制器包括直流電壓源和電流測量裝置，所述直流電壓源用于在所述電線的兩端施加電壓，所述電流測量裝置用于測量流過所述電線的電流；或者，所述控制器包括直流電流源和電壓測量裝置，所述直流電流源用于發(fā)送電流流過所述電線，所述電壓測量裝置用于測量所述電線兩端的電壓。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中，所述零件是所述部件的電線圈的電線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中，所述部件包括用于泵送添加劑的泵，所述泵包括具有線圈電線的電動機，所述零件由該線圈電線形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中，所述部件包括閥門，所述閥門具有線圈電線，所述零件由該線圈電線形成。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中，所述零件是加熱元件的電阻絲。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中，所述部件包括下列部件中的任何一個或者多個:輸送部件，用于將所述添加劑輸送至出口 ；傳感器元件，用于測量所述系統(tǒng)的參數(shù)，所述參數(shù)不是所述溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中，所述輸送部件包括下列元件中的一個或者多個:泵、計量裝置、閥門。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中，所述傳感器元件包括下列元件中的一個或者多個:壓強傳感器、液位傳感器。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的添加劑輸送系統(tǒng)，其中，所述添加劑輸送系統(tǒng)是SCR系統(tǒng)。
12.—種用于控制添加劑輸送系統(tǒng)的方法,包括: 通過使用控制器，基于位于有源部件和所述添加劑輸送系統(tǒng)的控制器中的至少一個內(nèi)的至少一個零件的至少一個電氣特性，來確定表征所述系統(tǒng)中的所述添加劑的溫度的數(shù)值； 執(zhí)行涉及所述零件的其它控制操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述至少一個電氣特性是表示所述零件的電阻的數(shù)值，并在所述控制器中對其進行測量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述至少一個零件包括部件的電線圈的電線。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一所述的方法，其中，從所述部件接收一個或者多個電氣特性，并且將所述一個或者多個電氣特性用于與使用所述控制器來確定表征所述系統(tǒng)中的所述添加劑的溫度的數(shù)值不同 的其它控制功能。
【文檔編號】F01N3/20GK103748326SQ201280036605
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月23日
【發(fā)明者】沃羅迪亞·納伊德洛夫 申請人:英瑞杰汽車系統(tǒng)研究公司