专利名称：包括泵、喷射器以及调节器的系统，具有对泵的基于计算得出的软管刚度的控制信号的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据独立权利要求前序部分的泵系统，以及涉及所述泵系统的方法。更具体地，该系统和方法用于自动辨别压力软管刚度。下面将在涉及汽车工业的示例基础上描述本发明，例如SCR系统和燃料喷射系统，但是也可以用于涉及压力调节的其它应用。
背景技术：
SCR (选择性催化还原)系统用于减少柴油发动机的排放气体中的氮氧化物(N0X)。氮氧化物通过催化转变为氮气(N2)和水。气体还原剂,例如无水氨、水解氨或尿素,例如AdBlue被添加到废气流或排放气体流中并且被催化剂吸收。当用尿素作为还原剂时，反应
广物是二氧化碳。使用SCR系统包括使用喷射器将例如处于高压下的AdBlue喷入废气中。调节器用于调节连接到喷射器的高压软管中的压力。被调节的系统包括泵、软管和具有压力传感器的喷射器。所添加的气体还原剂(AdBlue)取决于测量到的氮氧化物的含量，优选在喷射器所处位置的下游测量。通过打开和关闭喷射器来添加气体还原剂，气体还原剂的量受到喷射器的打开时间控制。喷射器通常的周期时间，即喷射器接连两次打开之间的时间，优选大约为O. 5至I秒。调节器的调节参数取决于高压软管的特征参数，例如其长度、直径以及材料(例如橡胶)的柔软度。调节参数也受温度的影响。因此有若干特征参数互相影响并且从调节的观点上看可以用软管刚度的概念来概括。难点在于例如在安装时软管刚度是未知的，因此需要通过某种方式来确定。一种方式是手动校准在相应安装中可能用到的每种类型软管刚度。然而，这非常耗时并且会出现问题，例如，当需要更换软管时。本发明的目的在于简化和改进软管刚度的确定方法，从而不仅可以成本更低地进行操作，同时由于无需对每个新的软管进行单独的校准，因此对更换软管更加有利。

发明内容
以上目的通过由独立权利要求限定的本发明来实现。优选实施例由从属权利要求限定。根据本发明，计算并且使用软管刚度B以便计算用于压力调节器的合适的调节参数，例如压力。调节器进而在这些调节参数的基础上计算用于泵的控制信号。根据本发明的设备的优点在于针对高压软管刚度无需对调节器进行手动校准。这在新的生产、更换高压软管或重新安装以及替换控制单元时省去了校准操作。


图1是示出本发明的示意简图。图2包括说明本发明的各种图线。图3是示出根据本发明方法的流程图。
具体实施例方式下面将参考附图对本发明进行详细描述。图I是示出泵系统的示意简图，所述泵系统包括泵、容器、具有压力传感器的喷射器以及具有未示出的计算单元的压力调节器。泵通过高压软管与喷射器连接以便将液体转移到喷射器，所述高压软管在下文中称为“软管”。多余的液体通过返回软管返回容器，要被泵送的液体通过抽吸软管从容器流到泵。在返回软管中，液体流回容器，在所述返回软管中液体近似处于大气压力。调节器适于通过控制信号控制泵，以便通过软管将液体泵送至喷射器，所述喷射器响应喷射器控制信号打开和关闭，用于打开和关闭周期(也称为喷射器周期)的时间记作Ts，喷射器的打开时间段记作Y，其中0< Y < 1，O表示对于整个喷射器周期喷射器被关闭的情况，I表示对于整个喷射器周期喷射器被打开的情况。喷射器设有压力传感器，所述压力传感器适于测量喷射器中液体的压力并且将压力传感器信号传递到调节器中的计算单元，所述计算单元适于在压力传感器信号的基础上确定喷射器中的压力幅度A。计算单元还适于计算软管刚度B，所述软管刚度是测量到的喷射器中的压力幅度A、喷射器周期Ts和喷射器的打开时间段Y的函数，调节器适于在B的基础上确定对泵的控制信号。控制信号进而调节被泵泵送的液体的压力。该调节可以例如在软管达到刚度值B时发生，当软管达到刚度值B时代表软管更加坚硬，这比软管刚度代表较低刚度的软管的情况具有更高的压力。此外，较长的软管可以比较短的软管压力更高。软管长度可以较大程度地改变，例如，在SCR系统的情况下软管长度在I至25米的范围内。去向和来自调节器的双箭头代表与上级系统的连接，例如控制调节器并且接收来自调节器的信息的SCR系统。喷射器控制信号可以由压力调节器或者由上级系统产生。100375根据优选实施例，软管刚度B通过方程》计算得出，其中0〈 Y〈I。软管刚度B取决于软管的长度和直径及其材料中的一个或多个，所述材料可以例如为橡胶。根据本发明的泵系统尤其适于在车辆的SCR系统中使用，其中液体例如是无水氨、水解氨或尿素，例如AdBlue。调节器适于针对被泵送液体的压力来控制泵，尤其为了泵送处于高压下的液体，软管中液体的压力例如大约为lObar，S卩IMPa。根据本发明的泵系统优选被连续致动，这意味着调节器连续接收来自喷射器的压力传感器信号并且因此可以自动地，即实时和连续地，调适软管中的压力。因此系统满足由例如液体温度的改变而导致的软管刚度B的改变。压力传感器信号采取与喷射器周期相关的采样频率。如果喷射器周期大约为I秒，采样频率需要至少为50Hz，优选大约为100Hz，以便达到足够的准确度。
本发明还涉及在泵系统中使用的方法，包括促使泵将液体通过软管泵送至喷射器，所述喷射器适于打开和关闭，喷射器的打开时间段记作Y，整个打开和关闭周期的时间记作Ts ；测量喷射器中液体的压力；计算软管刚度B，所述软管刚度是测量到的喷射器中的压力幅度A、喷射器周期Ts和喷射器的打开时间段Y的函数，并且在B的基础上确定对泵的控制信号。软管刚度B通过方程^计算，其中O < Y < I。当系统处于操作中时，喷射器以受控的方式打开和关闭。这在高压软管中产生被 喷射器中的压力传感器所测量的压力脉冲。图2是这种压力脉冲的可能形式的示意图，针对短软管(上面的图线)和长软管(下面的图线)。图的上方示出对喷射器的控制信号。如图中可以看出，当喷射器打开时，压力下降，当喷射器关闭时，压力上升。在图中，喷射器对两个软管打开同样长的时间，但是压力脉冲很明显幅度不同。长软管比相同类型的短软管产生的幅度更小。在所示示例中，Y近似为O. 25，即喷射器打开四分之一喷射器周期Ts。由此可以通过测量以下两个数值来确定软管刚度-喷射器打开占打开/关闭周期Ts的比例，该比例记作Y并且在O和I之间。-压力脉冲的幅度A。第一和第二数值是已知的并且来自上级系统，第三数值在计算单元中在压力信号的基础上计算得出。这具有大约一个打开/关闭周期Ts的量级的稍许延迟。软管刚度B(可以具有与压力/时间相同的量纲)可以通过以上方程确定。该方程的推导从描述高压软管中的压力的物理关系(微分方程)开始。所述物理关系包括软管刚度B并且可以被用于描述压力斜边的斜度。通过使在图2中测量到的斜度与物理关系产生的斜度相等，可以确定根据以上表述的B。在详细描述的最后对方程B推导结束。软管刚度B进而用于计算图I中调节器中的合适调节参数。对于给定的软管，软管刚度通常是不变的，但是例如可以随温度变化。下面是对根据本发明的泵系统使用的软管刚度B的方程的推导。为了确定用于泵调节器的最佳调节器参数，需要知道系统的时间常数τ。时间常数τ随定量Υ变化。τ的值也根据不同的软管类型变化。因此当系统处于操作中时，需要借助辨别系统确定τ。下面将描述怎样在操作期间计算τ的合适值。系统中的压力通过微分方程描述
,_ ΠP = 77 /(Ζ) — C (七+) I 二-喔 I方程 I
rLV P」其中β和V分别表示软管的弹性和体积，q(x)是来自泵的流量，是其控制信号的函数，是从高压软管流出的流量(经由返回软管和计量阀)。方程I关于P=Pq线性化得出---, 二肌-rp — p.= f(j)γ^-斤二-r -P0Jf程 2
β C11 (α— + Wlins))
假设流量函数q( X )可以关于X = X C1线性化(其中X C1是为了保持压力处于P=Pq所需要的控制信号的值)。线性流量函数为f(Z) = q(z0)十.Ur-Λ)方程 3
χ
一必I其中q(x。)可以通过方程I并且通过假设平衡占优势而计算得出，即压力是P。q(z0) =cAa^n + 风*j 方程 4
V P将方程4代入方程3得出· q(x);Cjfidwn + P*, ) j2^'1 + (χ-f方程 5
V P将方程5代入方程2从而得出
FI ^\ ! 2 Pq Sg/ \ ^ 2
"Γ7Γ7-；-\P+ P = L AaJmm + /aJ,,, K—^ + T-U-Zni JTT---Pa
/ ^' q x^Jmm^I fij ^ W.imM + 声Aw,方程6该方程可以被简化成
V2/7 / \ V 2/ Qif [ < \ ,^r7T7^+ 一 P0)= -i Uf—2c. I 万程 7对于调节器前面已经假设系统中的压力具有一阶微分方程的特征# + (|>-外)=是(1一為》方程8通过方程7和8现在可以辨别时间常数ττ = ; - +Γ -、方程 9
鼻> WtJrauf + T^dox Jτ的表达式中包含一些未知的需要确定的常数。如图2所示，当系统计量时，可以通过观察叠加在压力信号上的“锯齿图案”来确定这些未知常数。假设-定量保持不变(B卩Y=常数)-系统的平均压力为云=P0-在周期Ts期间通过泵的流量基本上不变(即q(X )=常数)。根据以上假设,I = O,这使得q( χ )近似为f(j)=方程 10可以将锯齿图案的向下压力斜边上的导数表达为P1=- f (Z) — Q1 ( 两 + I 丨^ 方程 11 a
HI P ^
(即方程I中使Y=I)将方程10代入方程Ila然后得出方程11。现在可以将锯齿图案的向下压力斜边的导数近似为
权利要求
1.一种泵系统，包括泵、喷射器和带有计算单元的调节器，所述调节器适于通过控制信号控制所述泵，以便将液体通过软管泵送到所述喷射器，所述喷射器响应喷射器控制信号打开和关闭，用于打开和关闭周期的时间被称为喷射器周期并且记作Ts，喷射器的打开时间段记作Y， 其特征在于，喷射器设有压力传感器，所述压力传感器适于测量喷射器中的液体压力并且向调节器中的计算单元传递压力传感器信号，所述计算单元适于在所述压力传感器信号的基础上确定喷射器中的压力幅度A并由此计算软管刚度B，所述软管刚度是测量到的喷射器中的压力幅度A、喷射器周期Ts和喷射器的打开时间段Y的函数，以及调节器适于在软管刚度B的基础上确定对泵的控制信号。
2.根据权利要求I所述的泵系统,其特征在于,所述软管刚度B通过方程计算，其中O < Y < I。
3.根据权利要求I或2所述的泵系统，其特征在于，所述系统适于被车辆的选择性催化还原系统使用。
4.根据上述权利要求中任一项所述的泵系统，其特征在于，所述系统适于泵送处于高压下的液体。
5.根据上述权利要求中任一项所述的泵系统，其特征在于，所述系统还包括返回软管、容器以及用于使液体返回所述泵的抽吸软管。
6.根据上述权利要求中任一项所述的泵系统，其特征在于，调节器适于关于被泵送液体的压力来控制所述泵。
7.根据上述权利要求中任一项所述的泵系统，其特征在于，软管刚度B取决于软管的长度和直径以及软管材料中的一个或多个。
8.根据上述权利要求中任一项所述的泵系统，其特征在于，所述液体为尿素。
9.一种在泵系统中使用的方法，包括 使泵将液体通过软管泵送至喷射器，所述喷射器适于打开和关闭，喷射器的打开时间段记作Y，整个打开和关闭周期的时间记作Ts ； 测量喷射器中液体的压力； 计算软管刚度B，所述软管刚度是测量到的喷射器中的压力幅度A、喷射器周期Ts和喷射器的打开时间段Y的函数，以及 在B的基础上确定对泵的控制信号。
10.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述软管刚度B通过方程卜*☆计算，其中O < Y < I。
全文摘要
本发明涉及一种泵系统，其包括泵、喷射器和带有计算单元的调节器，所述调节器适于通过控制信号控制所述泵，以便将液体通过软管泵送到所述喷射器，所述喷射器响应喷射器控制信号打开和关闭，用于打开和关闭周期的时间被称为喷射器周期并且记作Ts，喷射器的打开时间段记作γ。喷射器设有压力传感器，所述压力传感器适于测量喷射器中的液体压力并且向调节器中的计算单元传递具有喷射器中压力幅度的压力传感器信号，所述计算单元适于计算软管刚度B，所述软管刚度是测量到的喷射器中的压力幅度A、喷射器周期Ts和喷射器的打开时间段γ的函数，调节器适于在B的基础上确定对泵的控制信号。
文档编号G01L23/00GK102884322SQ201180023124
公开日2013年1月16日 申请日期2011年4月1日 优先权日2010年4月8日
发明者O·赖梅克斯, E·耶耶尔伦丁, A·拉松 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司