用于運(yùn)行scr系統(tǒng)的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種SCR系統(tǒng)，其具有尿素溶液輸送裝置和基于超聲波的尿素濃度傳感器，該尿素濃度傳感器的測(cè)量信號(hào)代表超聲波脈沖沿著在尿素溶液輸送裝置的流體中的預(yù)定路徑長度的傳輸時(shí)間。至少將尿素濃度傳感器（17）的檢測(cè)區(qū)域中的流體（9）由預(yù)定的第一溫度加熱至預(yù)定的第二溫度。在加熱期間在至少第三和第四溫度時(shí)檢測(cè)測(cè)量信號(hào)，并且分別根據(jù)相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)確定出原濃度特性值，該原濃度特性值代表超聲波脈沖的傳輸時(shí)間。根據(jù)原濃度特性值確定出濃度特性值，該濃度特性值代表在流體中尿素的濃度。
【專利說明】用于運(yùn)行SCR系統(tǒng)的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行在內(nèi)燃機(jī)中的SCR系統(tǒng)的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在嚴(yán)格的法律規(guī)定的范疇中，在由機(jī)動(dòng)車輛排出的污染排放物方面重要的措施是保持少量的污染排放物，在氣體/燃料混合物在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)的氣缸中燃燒期間產(chǎn)生這些污染排放物。
[0003]另一個(gè)措施是使用廢氣再處理系統(tǒng)，該廢氣再處理系統(tǒng)將在氣體/燃料混合物的燃燒期間在相應(yīng)的氣缸中產(chǎn)生的污染排放物轉(zhuǎn)化為無污染的物質(zhì)。出于這個(gè)目的使用廢氣催化器，其將一氧化碳、碳?xì)浠衔镆约斑€有氧化氮轉(zhuǎn)化為無污染的物質(zhì)。特別是與柴油內(nèi)燃機(jī)相關(guān)聯(lián)地，例如使用顆粒過濾器以及也使用SCR (selective catalytic reduction)催化器。這種SCR催化器選擇性地減少了氧化氮。這意味著，即特別是減少了例如NO，NO2這樣的氧化氮，相反避免了不期望的副反應(yīng)。對(duì)于這種反應(yīng)而言氨(NH3)是必要的。
[0004]在SCR系統(tǒng)中，包括SCR丨隹化器，在機(jī)動(dòng)車輛區(qū)域中測(cè)定在廢氣管線中的還原劑。無味的尿素用作還原劑，這是因?yàn)榧儍粑镄问降陌本哂懈叨拘圆⑶掖送馐强牲c(diǎn)燃的。水溶的尿素溶液可供用作還原劑，其也以商標(biāo)名AdBlue?來進(jìn)行銷售。還原劑通常儲(chǔ)存在車輛中單獨(dú)的箱體中。
[0005]還原劑的消耗在燃料、特別是柴油燃料的2%至大約8%之間。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)盡可能顯著地減少氧化氮排放，至關(guān)重要的是將還原劑以正確的比例計(jì)量。在過少地計(jì)量時(shí)，氧化氮減少的效率下降。如果尿素分量過高，那么由此而形成的氨部分地不與氧化氮反應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于運(yùn)行SCR系統(tǒng)的方法和設(shè)備，該方法或該設(shè)備能實(shí)現(xiàn)可靠地確定尿素濃度。
[0008]本發(fā)明通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)。有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中體現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明的特征在于一種用于運(yùn)行具有尿素溶液輸送裝置和基于超聲波的尿素濃度傳感器SCR系統(tǒng)的方法和相應(yīng)的設(shè)備，該尿素濃度傳感器的測(cè)量信號(hào)代表超聲波脈沖沿著在尿素溶液輸送裝置的流體中的預(yù)定路徑長度的傳輸時(shí)間。
[0010]至少將在該尿素濃度傳感器的檢測(cè)區(qū)域中的該流體由預(yù)定的第一溫度加熱至預(yù)定的第二溫度。在加熱期間在至少第三和第四溫度時(shí)檢測(cè)測(cè)量信號(hào)，并且分別根據(jù)相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)確定出原濃度特性值，該原濃度特性值代表超聲波脈沖的傳輸時(shí)間。例如第三溫度可以大約相應(yīng)于第一溫度以及第四溫度大約相應(yīng)于第二溫度。
[0011]根據(jù)原濃度特性值確定出濃度特性值，該濃度特性值代表在流體中尿素的濃度。
[0012]通過這種方式使用了這樣的認(rèn)知，即超聲波脈沖沿著在流體中的預(yù)定路徑長度的傳輸時(shí)間在溫度變化時(shí)表征在流體中尿素的相應(yīng)的真實(shí)濃度的變化。通過這種方式由此可以非?？煽康卮_定出尿素的濃度。由此特別是避免了，基于相同的聲速在唯一預(yù)定的溫度中由具有不同的尿素含量的兩個(gè)不同的溶液相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的有缺陷的解釋。通過這種方式因此例如可靠地識(shí)別出，流體何時(shí)不具有預(yù)定的尿素濃度、例如在AdB I u e_的情況下例如為32.5%的尿素濃度。由此，如果流體包括其它的不期望的成分、例如冷卻劑或鹽水，則可以特別地識(shí)別或也可能識(shí)別出以水實(shí)現(xiàn)的稀釋也或者提高的濃度。
[0013]根據(jù)濃度特性值則可以引入相應(yīng)的措施，例如給車輛駕駛員的報(bào)警信息，也或者在故障存儲(chǔ)器中的記錄，或可能地調(diào)整在尾氣中被測(cè)量的計(jì)量總量。
[0014]根據(jù)一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)原濃度特性值和相應(yīng)的溫度確定出梯度，并且根據(jù)該梯度確定出濃度特性值。通過這種方式可以以計(jì)算技術(shù)特別有利地以及也可靠地確定出濃度特性值。
[0015]根據(jù)另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案，尿素濃度傳感器附加地設(shè)計(jì)和布置用于檢測(cè)在尿素溶液輸送裝置的流體箱中的流體液位。通過這種方式可以使用一個(gè)唯一的傳感器不僅用于檢測(cè)在流體箱中的流體液位也用于確定出濃度特性值。
[0016]根據(jù)另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案，實(shí)施對(duì)濃度特性值的確定，以回應(yīng)于已識(shí)別的在SCR系統(tǒng)的SCR催化器下游的廢氣中的氧化氮濃度超出預(yù)定閾值的情況。通過這種方式可以非常有針對(duì)性地實(shí)施對(duì)濃度特性值的確定，并且特別地局限于這種情況，其中這種確定在將氧化氮排放物最小化方面是特別必要的。在此也有利的是，盡可能少地保持SCR系統(tǒng)的能量需求，這是因?yàn)榧訜岷徒柚蛩貪舛葌鞲衅鞯南鄳?yīng)檢測(cè)只需非常有選擇地進(jìn)行。
[0017]根據(jù)另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案，第一和第二溫度之間的差別大于尿素濃度傳感器的測(cè)量精度。在此，該差別特別有利地大約為至少10°c。這有助于特別可靠地確定濃度特性值。
[0018]根據(jù)另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案，布置尿素濃度傳感器以使得將超聲波脈沖發(fā)送至尿素溶液輸送裝置的輸送管路中。通過這種方式，例如也可以特別少地保持對(duì)于加熱尿素溶液所必需的加熱能量，這是因?yàn)閮H僅在輸送管路中穿流的流體量必須相應(yīng)地被加熱。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]本發(fā)明的實(shí)施例在下文中結(jié)合示意性的附圖詳盡地闡述。附圖示出:
[0020]圖1是具有控制裝置23的SCR系統(tǒng)，
[0021]圖2是原濃度特性值關(guān)于溫度繪制的變化曲線，以及
[0022]圖3是原濃度特性值關(guān)于溫度繪制的另外的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0023]SCR系統(tǒng)配屬于內(nèi)燃機(jī)并且特別是配屬于內(nèi)燃機(jī)的廢氣管線。內(nèi)燃機(jī)特別地設(shè)計(jì)為柴油內(nèi)燃機(jī)，并且在其廢氣部分中具有廢氣通道I (圖1)，其布置在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)的氣缸下游。由此廢氣由相應(yīng)的氣缸直接或間接地到達(dá)廢氣通道I。
[0024]例如廢氣催化器可以布置在圖1示出的廢氣通道I的上游，和/或廢棄渦輪增壓機(jī)的渦輪布置在廢氣通道I的上游?？蛇x地，顆粒過濾器也可以布置在所示出的廢氣通道I的上游。此外所示出的廢氣通道I的上游也可以布置一個(gè)或多個(gè)傳感器。[0025]計(jì)量單元3布置在廢氣通道I處，并且確切地說這樣布置，即該計(jì)量單元配置用于測(cè)量在廢氣通道I中的包括尿素的流體9。
[0026]在計(jì)量單元3的下游，SCR催化器5布置在廢氣管路I中。SCR催化器5設(shè)計(jì)用于在被尿素包含的氨的輔助之下執(zhí)行將氧化氮還原為水和氮。
[0027]SCR催化器5的下游和/或上游可以布置有其它的傳感器，例如氧化氮傳感器或廢氣溫度傳感器。示例性地，氧化氮傳感器6在附圖中布置在SCR催化器的下游。
[0028]SCR系統(tǒng)還包括流體箱7,該流體箱填充有流體,該流體應(yīng)該包括預(yù)定分量的尿素。流體箱7液壓地與計(jì)量單元3 f禹合，以便從流體箱向計(jì)量單元3輸送流體。尿素溶液輸送裝置除了流體箱7還包括輸送管路15。
[0029]流體9在流體箱7中的液位以h表示。箱加熱件11布置在流體箱中，以便將熱能提供給流體箱7中容納的流體9。此外設(shè)有箱液位傳感器13，其測(cè)量信號(hào)代表在流體箱7中的流體9的液位h。
[0030]此外，在輸送管路15處例如布置有基于超聲波的尿素濃度傳感器17，其測(cè)量信號(hào)代表超聲波脈沖沿著預(yù)定路徑長度的傳輸時(shí)間，該預(yù)定路徑長度位于尿素溶液輸送裝置的流體中，當(dāng)布置在輸送管路15處時(shí)也位于輸送管路15中的流體中。尿素濃度傳感器17可以特別有利地設(shè)計(jì)為具有箱液位傳感器13的結(jié)構(gòu)單元。這特別是有利地，即箱液位傳感器13也是基于超聲波的。在這種情況下能實(shí)現(xiàn)傳感器的多種用途。
[0031]此外優(yōu)選地，加熱單元19布置在輸送管路15中或輸送管路15上。這可以特別為這種目的而設(shè)置，即在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行期間避免在輸送管路中流體的凍結(jié)，或使凍結(jié)的流體再次成為液態(tài)的。
[0032]此外可選擇地，在結(jié)構(gòu)單元中的基于超聲波的尿素濃度傳感器17也包括加熱單元，借助該加熱單元可以相應(yīng)地加熱流體，該流體在基于超聲波的尿素濃度傳感器17的區(qū)域中流動(dòng)。
[0033]還設(shè)有控制裝置23，該控制裝置也稱為用于運(yùn)行SCR系統(tǒng)的裝置，該裝置包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和/或程序存儲(chǔ)器，并且還包括處理器以及還有不同的輸入端和輸出端。給控制裝置的輸入端分配。這樣的傳感器例如可以是溫度傳感器21，其這樣布置，即其測(cè)量信號(hào)代表流體9的溫度，確切地說，特別是在基于超聲波的尿素濃度傳感器17布置在其中的區(qū)域中的溫度。此外箱液位傳感器13和/或基于超聲波的尿素濃度傳感器17被分配給控制裝置作為傳感器。
[0034]在SCR系統(tǒng)的運(yùn)行期間運(yùn)行存儲(chǔ)在控制裝置23的程序存儲(chǔ)器中的程序，確切地說特別是在控制裝置23的處理器中運(yùn)行。此外不同的執(zhí)行器被分配給控制裝置23的輸出端，該執(zhí)行器例如可以包括計(jì)量單元3和/或箱加熱件11和/或加熱單元19。然而其原則上可以包括其它的執(zhí)行器，例如用于測(cè)量燃料的噴射閥。
[0035]程序例如在接近內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)開始?？蛇x擇地，該程序測(cè)試在SCR催化器5下游的廢氣中的氧化氮濃度是否超過了的預(yù)定閾值。為了該目的，例如引入氧化氮傳感器6的測(cè)量信號(hào)。如果是這種情況，則至少將在尿素濃度傳感器17的檢測(cè)區(qū)域中的流體由預(yù)定的第一溫度加熱到預(yù)定的第二溫度。這可以根據(jù)基于超聲波的尿素濃度傳感器的布置，例如借助加熱單元的相應(yīng)控制，在具有基于超聲波的尿素濃度傳感器17和/或加熱單元19和/或箱加熱件11的結(jié)構(gòu)單元中實(shí)現(xiàn)。[0036]在加熱期間，在至少第三和第四溫度時(shí)，檢測(cè)基于超聲波的尿素濃度傳感器17的測(cè)量信號(hào)并且根據(jù)相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)分別確定出原濃度特性值，該原濃度特性值代表超聲波的傳輸時(shí)間。因此確定至少兩個(gè)這種原濃度特性值以及任意的更多數(shù)量的值。特別地，在確定僅僅兩個(gè)原濃度特性值的情況下特別有利的是，第三和第四溫度近似地相應(yīng)于第一或第二溫度。原濃度特性值例如可以是傳輸時(shí)間自身，或例如是濃度值，因此例如作為百分?jǐn)?shù)值。
[0037]根據(jù)原濃度特性值確定出濃度特性值，該濃度特性值代表了在流體中尿素的濃度。
[0038]這可以可選擇地實(shí)現(xiàn)，其中根據(jù)原濃度特性值和對(duì)應(yīng)的溫度確定出梯度，并且根據(jù)梯度確定出濃度特性值。
[0039]特別有利的是，第一和第二溫度的差別大于基于尿素濃度傳感器17的測(cè)量精度。這例如可以是至少10°c的溫度差。
[0040]在圖2和3中繪制了對(duì)于不同流體的原濃度特性值關(guān)于溫度的變化曲線。
【權(quán)利要求】
1.一種用于運(yùn)行具有尿素溶液輸送裝置和基于超聲波的尿素濃度傳感器(17)的SCR系統(tǒng)的方法，所述尿素濃度傳感器的測(cè)量信號(hào)代表超聲波脈沖沿著在所述尿素溶液輸送裝置的流體(9)中的預(yù)定路徑長度的傳輸時(shí)間，其中 -至少將所述尿素濃度傳感器(17)的檢測(cè)區(qū)域中的所述流體(9)由預(yù)定的第一溫度加熱至預(yù)定的第二溫度， -在所述加熱期間，在至少第三和第四溫度時(shí)檢測(cè)所述測(cè)量信號(hào)，并且分別根據(jù)相應(yīng)的所述測(cè)量信號(hào)確定出原濃度特性值，所述原濃度特性值代表所述超聲波脈沖的所述傳輸時(shí)間， -根據(jù)所述原濃度特性值確定出濃度特性值，所述濃度特性值代表在所述流體(9)中尿素的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所述原濃度特性值和對(duì)應(yīng)的溫度確定出梯度，并且根據(jù)所述梯度確定出所述濃度特性值。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述尿素濃度傳感器(17)附加地設(shè)計(jì)和布置用于檢測(cè)在所述尿素溶液輸送裝置的流體箱(7 )中的流體液位。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，實(shí)施對(duì)所述濃度特性值的確定，以回應(yīng)于已識(shí)別的在所述SCR系統(tǒng)的SCR催化器(5)下游的廢氣中的氧化氮濃度超出預(yù)定閾值的情況。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述第一溫度和所述第二溫度之間的差別大于所述尿素濃度傳感器(17)的測(cè)量精度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述第一溫度和所述第二溫度之間的所述差別大約為至少10°C。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，布置所述尿素濃度傳感器(17)以使得將所述超聲波脈沖發(fā)送至所述尿素溶液輸送裝置的輸送管路(15)中。
8.一種用于運(yùn)行具有尿素溶液輸送裝置和基于超聲波的尿素濃度傳感器的SCR系統(tǒng)的設(shè)備，所述尿素濃度傳感器的測(cè)量信號(hào)代表超聲波脈沖沿著在所述尿素溶液輸送裝置的流體(9 )中的預(yù)定路徑長度的傳輸時(shí)間，其中所述設(shè)備設(shè)計(jì)用于 -至少將在所述尿素濃度傳感器(17)的檢測(cè)區(qū)域中的所述流體(9)由預(yù)定的第一溫度加熱至預(yù)定的第二溫度， -在所述加熱期間在至少第三和第四溫度時(shí)檢測(cè)所述測(cè)量信號(hào)，并且分別根據(jù)相應(yīng)的所述測(cè)量信號(hào)確定出原濃度特性值，所述原濃度特性值代表所述超聲波脈沖的所述傳輸時(shí)間， -根據(jù)所述原濃度特性值確定出濃度特性值，所述濃度特性值代表在所述流體(9)中尿素的濃度。
【文檔編號(hào)】G01N29/024GK103547919SQ201280024338
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月26日
【發(fā)明者】菲利普·格拉斯, 丹尼·舍德利希 申請(qǐng)人:大陸汽車有限責(zé)任公司