專利名稱：包括泵、噴射器以及調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)，具有對泵的基于計算得出的軟管剛度的控制信號的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求前序部分的泵系統(tǒng)，以及涉及所述泵系統(tǒng)的方法。更具體地，該系統(tǒng)和方法用于自動辨別壓力軟管剛度。下面將在涉及汽車工業(yè)的示例基礎(chǔ)上描述本發(fā)明，例如SCR系統(tǒng)和燃料噴射系統(tǒng)，但是也可以用于涉及壓力調(diào)節(jié)的其它應(yīng)用。
背景技術(shù)：
SCR (選擇性催化還原)系統(tǒng)用于減少柴油發(fā)動機(jī)的排放氣體中的氮氧化物(N0X)。氮氧化物通過催化轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)?N2)和水。氣體還原劑,例如無水氨、水解氨或尿素,例如AdBlue被添加到廢氣流或排放氣體流中并且被催化劑吸收。當(dāng)用尿素作為還原劑時，反應(yīng)
廣物是二氧化碳。使用SCR系統(tǒng)包括使用噴射器將例如處于高壓下的AdBlue噴入廢氣中。調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)連接到噴射器的高壓軟管中的壓力。被調(diào)節(jié)的系統(tǒng)包括泵、軟管和具有壓力傳感器的噴射器。所添加的氣體還原劑(AdBlue)取決于測量到的氮氧化物的含量，優(yōu)選在噴射器所處位置的下游測量。通過打開和關(guān)閉噴射器來添加氣體還原劑，氣體還原劑的量受到噴射器的打開時間控制。噴射器通常的周期時間，即噴射器接連兩次打開之間的時間，優(yōu)選大約為O. 5至I秒。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)取決于高壓軟管的特征參數(shù)，例如其長度、直徑以及材料(例如橡膠)的柔軟度。調(diào)節(jié)參數(shù)也受溫度的影響。因此有若干特征參數(shù)互相影響并且從調(diào)節(jié)的觀點(diǎn)上看可以用軟管剛度的概念來概括。難點(diǎn)在于例如在安裝時軟管剛度是未知的，因此需要通過某種方式來確定。一種方式是手動校準(zhǔn)在相應(yīng)安裝中可能用到的每種類型軟管剛度。然而，這非常耗時并且會出現(xiàn)問題，例如，當(dāng)需要更換軟管時。本發(fā)明的目的在于簡化和改進(jìn)軟管剛度的確定方法，從而不僅可以成本更低地進(jìn)行操作，同時由于無需對每個新的軟管進(jìn)行單獨(dú)的校準(zhǔn)，因此對更換軟管更加有利。

發(fā)明內(nèi)容
以上目的通過由獨(dú)立權(quán)利要求限定的本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選實(shí)施例由從屬權(quán)利要求限定。根據(jù)本發(fā)明，計算并且使用軟管剛度B以便計算用于壓力調(diào)節(jié)器的合適的調(diào)節(jié)參數(shù)，例如壓力。調(diào)節(jié)器進(jìn)而在這些調(diào)節(jié)參數(shù)的基礎(chǔ)上計算用于泵的控制信號。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于針對高壓軟管剛度無需對調(diào)節(jié)器進(jìn)行手動校準(zhǔn)。這在新的生產(chǎn)、更換高壓軟管或重新安裝以及替換控制單元時省去了校準(zhǔn)操作。


圖1是示出本發(fā)明的示意簡圖。圖2包括說明本發(fā)明的各種圖線。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。圖I是示出泵系統(tǒng)的示意簡圖，所述泵系統(tǒng)包括泵、容器、具有壓力傳感器的噴射器以及具有未示出的計算單元的壓力調(diào)節(jié)器。泵通過高壓軟管與噴射器連接以便將液體轉(zhuǎn)移到噴射器，所述高壓軟管在下文中稱為“軟管”。多余的液體通過返回軟管返回容器，要被泵送的液體通過抽吸軟管從容器流到泵。在返回軟管中，液體流回容器，在所述返回軟管中液體近似處于大氣壓力。調(diào)節(jié)器適于通過控制信號控制泵，以便通過軟管將液體泵送至噴射器，所述噴射器響應(yīng)噴射器控制信號打開和關(guān)閉，用于打開和關(guān)閉周期(也稱為噴射器周期)的時間記作Ts，噴射器的打開時間段記作Y，其中0< Y < 1，O表示對于整個噴射器周期噴射器被關(guān)閉的情況，I表示對于整個噴射器周期噴射器被打開的情況。噴射器設(shè)有壓力傳感器，所述壓力傳感器適于測量噴射器中液體的壓力并且將壓力傳感器信號傳遞到調(diào)節(jié)器中的計算單元，所述計算單元適于在壓力傳感器信號的基礎(chǔ)上確定噴射器中的壓力幅度A。計算單元還適于計算軟管剛度B，所述軟管剛度是測量到的噴射器中的壓力幅度A、噴射器周期Ts和噴射器的打開時間段Y的函數(shù)，調(diào)節(jié)器適于在B的基礎(chǔ)上確定對泵的控制信號?？刂菩盘栠M(jìn)而調(diào)節(jié)被泵泵送的液體的壓力。該調(diào)節(jié)可以例如在軟管達(dá)到剛度值B時發(fā)生，當(dāng)軟管達(dá)到剛度值B時代表軟管更加堅硬，這比軟管剛度代表較低剛度的軟管的情況具有更高的壓力。此外，較長的軟管可以比較短的軟管壓力更高。軟管長度可以較大程度地改變，例如，在SCR系統(tǒng)的情況下軟管長度在I至25米的范圍內(nèi)。去向和來自調(diào)節(jié)器的雙箭頭代表與上級系統(tǒng)的連接，例如控制調(diào)節(jié)器并且接收來自調(diào)節(jié)器的信息的SCR系統(tǒng)。噴射器控制信號可以由壓力調(diào)節(jié)器或者由上級系統(tǒng)產(chǎn)生。100375根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，軟管剛度B通過方程》計算得出，其中0〈 Y〈I。軟管剛度B取決于軟管的長度和直徑及其材料中的一個或多個，所述材料可以例如為橡膠。根據(jù)本發(fā)明的泵系統(tǒng)尤其適于在車輛的SCR系統(tǒng)中使用，其中液體例如是無水氨、水解氨或尿素，例如AdBlue。調(diào)節(jié)器適于針對被泵送液體的壓力來控制泵，尤其為了泵送處于高壓下的液體，軟管中液體的壓力例如大約為lObar，S卩IMPa。根據(jù)本發(fā)明的泵系統(tǒng)優(yōu)選被連續(xù)致動，這意味著調(diào)節(jié)器連續(xù)接收來自噴射器的壓力傳感器信號并且因此可以自動地，即實(shí)時和連續(xù)地，調(diào)適軟管中的壓力。因此系統(tǒng)滿足由例如液體溫度的改變而導(dǎo)致的軟管剛度B的改變。壓力傳感器信號采取與噴射器周期相關(guān)的采樣頻率。如果噴射器周期大約為I秒，采樣頻率需要至少為50Hz，優(yōu)選大約為100Hz，以便達(dá)到足夠的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明還涉及在泵系統(tǒng)中使用的方法，包括促使泵將液體通過軟管泵送至噴射器，所述噴射器適于打開和關(guān)閉，噴射器的打開時間段記作Y，整個打開和關(guān)閉周期的時間記作Ts ；測量噴射器中液體的壓力；計算軟管剛度B，所述軟管剛度是測量到的噴射器中的壓力幅度A、噴射器周期Ts和噴射器的打開時間段Y的函數(shù)，并且在B的基礎(chǔ)上確定對泵的控制信號。軟管剛度B通過方程^計算，其中O < Y < I。當(dāng)系統(tǒng)處于操作中時，噴射器以受控的方式打開和關(guān)閉。這在高壓軟管中產(chǎn)生被 噴射器中的壓力傳感器所測量的壓力脈沖。圖2是這種壓力脈沖的可能形式的示意圖，針對短軟管(上面的圖線)和長軟管(下面的圖線)。圖的上方示出對噴射器的控制信號。如圖中可以看出，當(dāng)噴射器打開時，壓力下降，當(dāng)噴射器關(guān)閉時，壓力上升。在圖中，噴射器對兩個軟管打開同樣長的時間，但是壓力脈沖很明顯幅度不同。長軟管比相同類型的短軟管產(chǎn)生的幅度更小。在所示示例中，Y近似為O. 25，即噴射器打開四分之一噴射器周期Ts。由此可以通過測量以下兩個數(shù)值來確定軟管剛度-噴射器打開占打開/關(guān)閉周期Ts的比例，該比例記作Y并且在O和I之間。-壓力脈沖的幅度A。第一和第二數(shù)值是已知的并且來自上級系統(tǒng)，第三數(shù)值在計算單元中在壓力信號的基礎(chǔ)上計算得出。這具有大約一個打開/關(guān)閉周期Ts的量級的稍許延遲。軟管剛度B(可以具有與壓力/時間相同的量綱)可以通過以上方程確定。該方程的推導(dǎo)從描述高壓軟管中的壓力的物理關(guān)系(微分方程)開始。所述物理關(guān)系包括軟管剛度B并且可以被用于描述壓力斜邊的斜度。通過使在圖2中測量到的斜度與物理關(guān)系產(chǎn)生的斜度相等，可以確定根據(jù)以上表述的B。在詳細(xì)描述的最后對方程B推導(dǎo)結(jié)束。軟管剛度B進(jìn)而用于計算圖I中調(diào)節(jié)器中的合適調(diào)節(jié)參數(shù)。對于給定的軟管，軟管剛度通常是不變的，但是例如可以隨溫度變化。下面是對根據(jù)本發(fā)明的泵系統(tǒng)使用的軟管剛度B的方程的推導(dǎo)。為了確定用于泵調(diào)節(jié)器的最佳調(diào)節(jié)器參數(shù)，需要知道系統(tǒng)的時間常數(shù)τ。時間常數(shù)τ隨定量Υ變化。τ的值也根據(jù)不同的軟管類型變化。因此當(dāng)系統(tǒng)處于操作中時，需要借助辨別系統(tǒng)確定τ。下面將描述怎樣在操作期間計算τ的合適值。系統(tǒng)中的壓力通過微分方程描述
,_ ΠP = 77 /(Ζ) — C (七+) I 二-喔 I方程 I
rLV P」其中β和V分別表示軟管的彈性和體積，q(x)是來自泵的流量，是其控制信號的函數(shù)，是從高壓軟管流出的流量(經(jīng)由返回軟管和計量閥)。方程I關(guān)于P=Pq線性化得出---, 二肌-rp — p.= f(j)γ^-斤二-r -P0Jf程 2
β C11 (α— + Wlins))
假設(shè)流量函數(shù)q( X )可以關(guān)于X = X C1線性化(其中X C1是為了保持壓力處于P=Pq所需要的控制信號的值)。線性流量函數(shù)為f(Z) = q(z0)十.Ur-Λ)方程 3
χ
一必I其中q(x。)可以通過方程I并且通過假設(shè)平衡占優(yōu)勢而計算得出，即壓力是P。q(z0) =cAa^n + 風(fēng)*j 方程 4
V P將方程4代入方程3得出· q(x);Cjfidwn + P*, ) j2^'1 + (χ-f方程 5
V P將方程5代入方程2從而得出
FI ^\ ! 2 Pq Sg/ \ ^ 2
"Γ7Γ7-；-\P+ P = L AaJmm + /aJ,,, K—^ + T-U-Zni JTT---Pa
/ ^' q x^Jmm^I fij ^ W.imM + 聲Aw,方程6該方程可以被簡化成
V2/7 / \ V 2/ Qif [ < \ ,^r7T7^+ 一 P0)= -i Uf—2c. I 萬程 7對于調(diào)節(jié)器前面已經(jīng)假設(shè)系統(tǒng)中的壓力具有一階微分方程的特征# + (|>-外)=是(1一為》方程8通過方程7和8現(xiàn)在可以辨別時間常數(shù)ττ = ; - +Γ -、方程 9
鼻> WtJrauf + T^dox Jτ的表達(dá)式中包含一些未知的需要確定的常數(shù)。如圖2所示，當(dāng)系統(tǒng)計量時，可以通過觀察疊加在壓力信號上的“鋸齒圖案”來確定這些未知常數(shù)。假設(shè)-定量保持不變(B卩Y=常數(shù))-系統(tǒng)的平均壓力為云=P0-在周期Ts期間通過泵的流量基本上不變(即q(X )=常數(shù))。根據(jù)以上假設(shè),I = O,這使得q( χ )近似為f(j)=方程 10可以將鋸齒圖案的向下壓力斜邊上的導(dǎo)數(shù)表達(dá)為P1=- f (Z) — Q1 ( 兩 + I 丨^ 方程 11 a
HI P ^
(即方程I中使Y=I)將方程10代入方程Ila然后得出方程11?，F(xiàn)在可以將鋸齒圖案的向下壓力斜邊的導(dǎo)數(shù)近似為
權(quán)利要求
1.一種泵系統(tǒng)，包括泵、噴射器和帶有計算單元的調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器適于通過控制信號控制所述泵，以便將液體通過軟管泵送到所述噴射器，所述噴射器響應(yīng)噴射器控制信號打開和關(guān)閉，用于打開和關(guān)閉周期的時間被稱為噴射器周期并且記作Ts，噴射器的打開時間段記作Y， 其特征在于，噴射器設(shè)有壓力傳感器，所述壓力傳感器適于測量噴射器中的液體壓力并且向調(diào)節(jié)器中的計算單元傳遞壓力傳感器信號，所述計算單元適于在所述壓力傳感器信號的基礎(chǔ)上確定噴射器中的壓力幅度A并由此計算軟管剛度B，所述軟管剛度是測量到的噴射器中的壓力幅度A、噴射器周期Ts和噴射器的打開時間段Y的函數(shù)，以及調(diào)節(jié)器適于在軟管剛度B的基礎(chǔ)上確定對泵的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵系統(tǒng),其特征在于,所述軟管剛度B通過方程計算，其中O < Y < I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的泵系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)適于被車輛的選擇性催化還原系統(tǒng)使用。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的泵系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)適于泵送處于高壓下的液體。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的泵系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括返回軟管、容器以及用于使液體返回所述泵的抽吸軟管。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的泵系統(tǒng)，其特征在于，調(diào)節(jié)器適于關(guān)于被泵送液體的壓力來控制所述泵。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的泵系統(tǒng)，其特征在于，軟管剛度B取決于軟管的長度和直徑以及軟管材料中的一個或多個。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的泵系統(tǒng)，其特征在于，所述液體為尿素。
9.一種在泵系統(tǒng)中使用的方法，包括 使泵將液體通過軟管泵送至噴射器，所述噴射器適于打開和關(guān)閉，噴射器的打開時間段記作Y，整個打開和關(guān)閉周期的時間記作Ts ； 測量噴射器中液體的壓力； 計算軟管剛度B，所述軟管剛度是測量到的噴射器中的壓力幅度A、噴射器周期Ts和噴射器的打開時間段Y的函數(shù)，以及 在B的基礎(chǔ)上確定對泵的控制信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其特征在于,所述軟管剛度B通過方程卜*☆計算，其中O < Y < I。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泵系統(tǒng)，其包括泵、噴射器和帶有計算單元的調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器適于通過控制信號控制所述泵，以便將液體通過軟管泵送到所述噴射器，所述噴射器響應(yīng)噴射器控制信號打開和關(guān)閉，用于打開和關(guān)閉周期的時間被稱為噴射器周期并且記作Ts，噴射器的打開時間段記作γ。噴射器設(shè)有壓力傳感器，所述壓力傳感器適于測量噴射器中的液體壓力并且向調(diào)節(jié)器中的計算單元傳遞具有噴射器中壓力幅度的壓力傳感器信號，所述計算單元適于計算軟管剛度B，所述軟管剛度是測量到的噴射器中的壓力幅度A、噴射器周期Ts和噴射器的打開時間段γ的函數(shù)，調(diào)節(jié)器適于在B的基礎(chǔ)上確定對泵的控制信號。
文檔編號G01L23/00GK102884322SQ201180023124
公開日2013年1月16日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者O·賴梅克斯, E·耶耶爾倫丁, A·拉松 申請人:斯堪尼亞商用車有限公司