用于提供成比例气体流的组件、相关联的方法及配备有这种组件的车辆排气管路的制作方法

用于提供成比例气体流的组件、相关联的方法及配备有这种组件的车辆排气管路的制作方法
【专利摘要】一种用于提供成比例的气体流的组件（1），包括：用于提供该气体加压流的装置（9）；用于释放该成比例气体流的单元（11）；具有入口（15）和出口（17）的腔室（13），入口（15）流体地连接至用于提供气体的装置（9），出口（17）流体地连接至释放单元（11）；置于腔室（13）的入口（15）与用于提供气体的装置（9）之间的进气阀（19）；置于腔室（13）的出口（17）与释放单元（11）之间的计量阀；计算机（25），该计算机（25）编程为用于控制进气阀（19）与计量阀（21）以向释放单元（11）提供成比例的气体流。组件（1）还包括置于腔室的出口（17）与释放单元（11）之间的校准孔口（23）。
【专利说明】用于提供成比例气体流的组件、相关联的方法及配备有这种组件的车辆排气管路
【技术领域】
[0001 ] 本发明总体上涉及气体一尤其是氨气——计量装置。
[0002]更具体地，根据第一方面，本发明涉及一种用于提供成比例气体流的组件，这种类型的组件包括:
[0003]-用于提供加压气体流的装置；
[0004]-用于释放成比例的气体流的单元；
[0005]-具有入口和出口的腔室，入口流体地连接至提供气体的装置，出口流体地连接至释放单元；
[0006]-进气阀，该进气阀置于腔室的入口与用于提供气体的装置之间；
[0007]-计量阀，该计量阀置于腔室的出口与释放单元之间；
[0008]-计算机，该计算机编程为控制进气阀和释放单元以向释放单元提供成比例的气体流。
【背景技术】
[0009]这种组件已经由例如W02011/113454公布。
[0010]用这种组件能够执行所谓的容积计量，在该组件中，通过了解气体注入前和注入后腔室中占主要的热力学条件(压力、温度)，能够得知释放单元输出的质量。
[0011]在容积计量方法中，进气阀被首先打开，同时保持计量阀关闭，用来自供给装置的气体填充所述腔室。
[0012]一旦腔室被填充满，关闭进气阀并且打开计量阀。气体从腔室中逸出且流动远至释放单元。
[0013]这种组件对于低流率而言可实现高精度气体流计量。事实上，所注入质量的计算与阀的相应打开持续时间无关也与阀的瞬间状态无关。
[0014]另一方面，这种组件不太适合高气体流率。该流率实际上受到阀的打开持续时间和关闭持续时间的限制，并且受到用于充满和清空腔室所需持续时间的限制。

【发明内容】

[0015]在这种背景下，本发明旨在提出一种供给组件，该供给组件能够很好地适于更广泛的气体流率范围。
[0016]为此，本发明涉及一种上述类型的供给组件，其特征在于，该组件还包括置于腔室出口与释放单元之间的校准孔口。
[0017]因而，当需要高气体流率时，能够以声波的方式执行气体流的计量。
[0018]为了执行声波计量，计算机打开进气阀和计量阀。如果上游的压力水平足够，则通过校准孔口的瞬时气体流率仅取决于压力和校准孔口上游的温度。气体流的计量由控制计量阀的打开持续时间来执行。[0019]这种控制策略很好地适于获得高气体流率。事实上，该流率不受用于连续地充满和清空腔室所需时间的限制。
[0020]由此，计算机可以编程对阀进行控制，使得气体流率在低流率时以体积方式计量而在高流率时以声波方式计量。
[0021]因此，该组件可以在大流率范围内使用，而又无需过度增加该组件的体积。
[0022]事实上，如果没有校准孔口，则仅可以用容积计量。为了增加气体流的最大质量流率，有必要增加腔室的容积。这就必然要增加气体供给组件的体积。
[0023]本发明的供给组件提供了对于有关气体的整个流率范围均具有优异的计量精度的可能性。容积计量对于低流率是特别准确的。相反的，声波计量对于低流率而言不准确，因为计量阀打开的持续时间过短，通过校准孔口的稳定声波流的运行条件根本无法形成。气体流条件仅包括瞬间状态阶段，这不能满足公式中的声波运行条件。因此，在这种情况下，注入质量的计算不是很准确。
[0024]此外，对于高流率而言，使用声波计量能够减小阀的启动频率。事实上，如果气体流在高流率下仅以容积的方式计量，则阀的启动频率将会很高。例如，在供给装置在20°C时提供的3巴(bar)的压力时、对于具有3cm3内部容积的腔室每次注入能够输送4.2毫克。为了实现每秒20毫克氨的流率，阀的启动频率应当约为4.8赫兹。相反，如果使用声波计量，则对于0.61毫米直径的颈部而言，I赫兹的注入频率就足够了。
[0025]此外，当供给组件处于停滞状态时，两个阀均被关闭，产生双重密封。这将大大降低故障率。
[0026]该气体通常是氨。可替代地，该气体可以为空气、氧气、氮气或任何其他类型的气体。
[0027]用于释放成比例的气体流的单元例如意在用于释放排气管路的管道中的气体。特别地，其意在用于将该气体释放在SCR (选择性催化还原)催化剂的上游。在这种情况下，氨使单氮氧化物NOx还原为N2。
[0028]释放单元为任何合适类型:如通到管道中管子、止回阀或其它装置。
[0029]根据该气体，用于提供加压气体流的装置为任何合适类型的装置。当气体是氨时，供给装置是例如加压气体氨储筒。可替代地，氨可存储在容纳吸收氨的金属盐的一个或数个罐中。因而，在这种情况下，氨以固态形式存储。这种供给装置通常包括由计算机启动的加热单元。当金属盐被加热时，氨被解吸附。
[0030]用于提供氨的这种装置在EP2316558、DE102001022858、FR1255277 和 FR1255281或FR1255273中均有描述。
[0031]根据另一替代方式，氨以例如氨基甲酸铵的形式进行存储。然后，供给装置包括容纳一定量氨基甲酸铵的加热反应器。当需要时，计算机触发氨基甲酸铵的加热，引起氨基甲酸铵的分解以及氨气体流的产生。
[0032]腔室通常限定在Icm3与IOcm3之间内部容积、例如在2cm3与8cm3之间，并且优选的为3cm3的内部容积。入口和出口与内部容积连通。
[0033]进气阀和计量阀通常是电磁阀。可替代地，这些阀可以是气动阀或其它阀。
[0034]这些阀通常都是开/关阀，即只具有打开位置和关闭位置的阀。
[0035]可替代地，计量阀和进气阀为调节阀，该调节阀可以具有打开位置、关闭位置以及多个部分打开的位置。
[0036]计算机可为供给组件的专用计算机或为现有计算机的一部分，例如车辆发动机计算机。
[0037]校准孔口置于连接计量阀与释放单元的管道中。可替代地，校准孔口也可置于腔室的出口与计量阀之间，或进一步地，计量阀的通道截面本身可以形成校准孔口。计量阀的通道截面的选择要考虑到供给装置提供气体流的压力和温度，使得通过孔口的流是声波。例如，对于包括2.5巴与5巴之间的压力范围以及包括-30°C与85°C之间的温度范围，校准孔口选择为具有包括在0.2毫米与2毫米之间的直径，例如在0.3毫米与I毫米之间，优选在0.4毫米与0.7毫米之间。
[0038]如上所述，通过本发明的供给装置可以获得的流率范围很宽。例如，对于具有3cm3内部容积的腔室、供给装置在20°C下提供3巴的压力、用0.61毫米直径的校准孔口，其流率范围可包括每秒2毫克到每秒170毫克。
[0039]单独考虑或根据任何技术上可能的组合，供给组件也可以具有如下特征中的一个或数个。
[0040]优选地，供给装置包括用于获取腔室中的当前压力并通知计算机的单元。该压力用于计算成比例气体流的流率。通常，该获取单元是用于测量该腔室中当前压力的压力传感器。可替代地，该获取单元是植入计算机中的估算模型。该模型根据该单元上游和下游的元件的行为的知识来估算腔室中的压力，可选地，可通过位于该单元的上游和下游的压力传感器来估算。
[0041]可替代地，该压力传感器用测量腔室与释放单元之间压差的压差传感器代替。
[0042]有利地，组件包括用于获取腔室中当前温度并通知计算机的单元。该温度用于计算成比例气体流的流率。通常，获取单元为测量该腔室中的温度的温度传感器。可替代地，该温度传感器用植入计算机中的估算模型代替。该估算模型根据周围温度来计算腔室中的当前温度，例如根据机动车辆的驾驶员侧的侧视镜处测得的并且特别根据车辆动力学测得的温度。
[0043]通常，计算机编程根据设定气体流率值来控制进气阀和计量阀:
[0044]-对于设定流率值大于第一预定极限的情形，计算机编程为以确定的频率执行至少一个声波计量步骤，在该至少一个声波计量步骤中，进气阀和计量阀同时打开确定的持续时间；
[0045]-对于设定流率值小于第二预定极限的情形，计算机编程为以确定的频率执行至少如下步骤:
[0046]*填充腔室的步骤，在填充腔室的步骤中，进气阀打开且计量阀关闭；
[0047]*容积计量步骤，在容积计量步骤中，进气阀关闭且计量阀打开确定的持续时间。
[0048]优选地，腔室包括适于测定腔室的内部容积的去皿装置(taring device)。该去皿装置例如包括限定腔室内部容积的可移动壁。该装置还包括用于使可移动壁相对于腔室的其他壁移位以改变内部容积的单元。该单元例如为调节螺钉、活塞或任何其他合适的单元。这就允许内部容积被设定为期望的值。该操作通常在供给组件的制造期间进行。一旦供给组件组装完毕，则该组件在确定的如下条件下进行测试:加压气体流的压力和温度、在供给装置的出口处、进气阀和计量阀的打开循环和关闭循环。提供这些条件时要根据容积计量模式下供给组件的操作条件。然后，将在释放单元处获得的成比例气体流的流率进行测量并且与理论预期值进行比较。然后，通过去皿装置适配内部容积直到获得理论流率。
[0049]有利地，组件包括附加腔室，该腔室可以选择性地单独安装在供给组件中或与附加腔室一起安装在供给组件中，腔室和附加腔室因而使得各自的内部容积彼此流体连通。
[0050]因而，可以根据需要改变气体存储能力。这特别是允许对由容积计量获得的流率范围进行调节。腔室的容积越大，可以由容积计量获得的流率范围越宽。因而，可以将具有腔室和附加腔室的供给组件配备到具有大马力发动机的车辆，并用仅有腔室而无需附加腔室的供给组件配备到具有较小马力发动机的车辆。因而，供给组件适配于不同发动机类型而无需修改阀或传感器的设计。
[0051]腔室例如可以包括可移动壁。该壁可以被拆卸并用附加腔室代替。腔室和附加腔室通过(激光、振动、旋转)焊接不可逆地组装或以其它方式(快速连接器、螺纹连接等)可逆地组装。腔室与附加腔室之间通道截面的选定要使流体阻力小于或等于附加阀的流体阻力。这就保证了腔室的内部容积与附加腔室的内部容积之间的压力均匀。
[0052]根据本发明的第二方面，本发明涉及一种用于控制具有上述特征的供给组件的方法，该方法包括下述步骤:
[0053]-获取设定气体流率值；
[0054]-将设定气体流率值与第一预定极限和第二预定极限进行比较；
[0055]-如果设定气体流率值大于第一预定极限，则以确定的频率执行包括至少一个声波计量步骤的声波计量方法，其中，进气阀和计量阀同时打开确定的持续时间。
[0056]-如果设定气体流率值小于第二预定极限，则执行容积计量方法，其中包括以确定频率执行至少下述步骤:
[0057]*填充腔室的步骤，在填充腔室的步骤中，进气阀打开且计量阀关闭；
[0058]*容积计量步骤，在容积计量步骤中，进气阀关闭且计量阀打开确定的持续时间。
[0059]当供给组件应用于向车辆排气管路提供氨时，所述气体流率值主要取决于车辆热力发动机的运行条件。气体流率值通常由计算机根据与热力发动机运行的有关参数来计算。这种计算是标准的，这里将不再详述。
[0060]有利地，声波计量方法依次包括下述步骤:
[0061]-打开步骤，在打开步骤中，进气阀打开且计量法关闭；
[0062]-声波计量步骤；
[0063]-关闭步骤，在关闭步骤中，进气阀打开且计量阀关闭；
[0064]-等待步骤，在等待步骤中，进气阀关闭且计量阀关闭。
[0065]优选地，容积计量方法依次包括下述步骤:
[0066]_填充步骤，
[0067]-中间步骤，在中间步骤中，进气阀关闭且计量阀关闭；
[0068]-容积计量步骤；
[0069]-等待步骤，在等待步骤中，进气阀关闭且计量阀关闭。
[0070]通常，在声波计量方法中，气流通过选择声波计量步骤的持续时间来计量和/或通过选择声波计量步骤的重复频率来计量。
[0071]有利地，在容积计量方法中，气流通过选择容积计量步骤的持续时间来计量和/或通过选择容积计量步骤的重复频率来计量。
[0072]声波计量步骤的持续时间对应于计量阀的打开持续时间。
[0073]声波计量步骤的重复频率对应于每单元时间内的声波计量步骤的数量。例如，声波计量步骤的重复频率包括在0.1赫兹与10赫兹之间。换言之，当意在改变气流时，可以保持声波计量步骤的持续时间恒定而以不同的频率重复该声波计量步骤。反之，可以保持频率恒定而修改声波计量步骤的持续时间。还可以将频率和声波计量步骤的持续时间二者都改变。
[0074]例如，对于I赫兹的重复频率而言，即，每秒注入一次，声波计量步骤的持续时间通常包括在100毫秒与900毫秒之间。
[0075]对于容积计量而言，气流通常通过调节容积计量步骤的重复频率来计量。实际上，在容积计量步骤期间，气压从与供给装置所提供的压力对应的初始压力降低至取决于释放单元处的压力的最小压力。因此，腔室实际上是完全清空的。用于提高流率的唯一可能是提高该计量步骤的重复频率。该频率通常包括在0.1赫兹与10赫兹之间，并且通常为I赫兹。
[0076]为了提高该频率，等待步骤就要被缩短，反之亦然。
[0077]可以通过对腔室的部分清空来获得特别低的流率。在这种情况下，在两个填充步骤之间执行数个容积计量步骤，每个容积计量步骤逐渐将腔室中的压力减至较低的值。可替代地，每个容积计量步骤之后为填充步骤，但腔室在容积计量步骤期间仅被部分清空。在容积计量步骤结束时，压力处于介于初始压力与最小压力之间的中间水平。
[0078]有利地，在执行声波计量的气体流率范围与执行容积计量的气体流率范围之间存在重叠区域。
[0079]借助于该重叠区域，可以更好的控制从一个计量模式到另一个计量模式的过渡。特别是，为了不引起任何不稳定性，优选提供用于从一个计量模式转变至另一个计量模式的滞后。如果供给组件在容积模式下操作，当设定流率值将超过第一预定极限时，该供给组件将切换至声波模式。相反地，如果供给组件处于声波模式，当设定流率值降低至第二预定极限以下时，则该供给组件返回至容积模式。
[0080]有利地，声波计量方法包括学习步骤，该学习步骤包括下述分步:
[0081]-控制计量阀打开预定的控制持续时间；
[0082]-获取表示气体通过计量阀的实际持续时间参数；
[0083]-根据控制持续时间和实际的通过持续时间估算修正系数，并且利用该修正系数根据设定气体流率值计算声波计量步骤的持续时间。
[0084]实际上，如上文所示出的，在声波计量方法中，气流通过特意地选择计量阀打开的持续时间来计量。因此，在每次注入所注入的质量的精确度、即此气体流率的精确度直接取决于计量阀打开持续时间的精确度。对于相同类型的阀而言，该打开持续时间可能阀与阀不同。实际上，可以发现在相同批次的阀中存在制造差量。此外，在阀的使用期内，时间会使其产生偏差。因此，对于相同的打开控制信号，两个不同的阀会发传不同量的气体，并且相同的阀在其是新的时和在其在被使用后会发传不同量的气体。为了解决这个困难，本发明提供了上文所描述的学习步骤。该步骤在供给组件的生产线上实施，即在供给组件被安装在车辆上之前实施。可替代地，该步骤可在供给组件安装在车辆上之后定期实施。[0085]表示气体通过的实际持续时间的参数由例如压力探测器通过测量该腔室中压力来获取。只要计量阀打开，该压力就降低。可替代地，可以通过流率探测器直接测量气体通过的实际持续时间、尤其在生产线的工作台上实施学习步骤时。
[0086]修正系数为诸如控制持续时间与实际流过持续时间之间的差值等。由计算机提供的声波计量步骤的持续时间通过该系数进行修正。例如，该计算机根据设定气体流率值确定理论持续时间并且将修正系数加到该理论持续时间上。
[0087]本发明的第三方面涉及一种配备有具有上述特征供给装置的车辆排气管路。
【专利附图】

【附图说明】
[0088]参照附图从下文给出的详细描述中——该详细描述作为例证而绝不是作为限制，本发明的其他特征和优点将变得明显，其中:
[0089]-图1是根据本发明的用于提供成比例气流的组件的简化示意图，其设置成用于向排气管路供给氨；
[0090]-图2是示出本发明的方法的流程图；
[0091]-图3示出取决于设定流率值使用容积计量模式和声波计量模式的范围；
[0092]-图4是对于声波计量模式而言示出打开和关闭图1的组件的阀的时间段的时间简图；
[0093]-图5是对于容积计量模式而言与图4的时间简图类似的视图；
[0094]-图6示出取决于设定流率值和由气体供给装置提供的压力使用容积计量模式和声波计量模式的域；
[0095]-图7是指示相对于由供给装置提供的压力和气体温度而言在容积计量范围与声波计量范围之间重叠的范围是否大于5%的图表；
[0096]-图8指示相对于由供给装置提供的压力和气体温度而言容积计量的能够达到的最小质量流率，;
[0097]-图9是与图8的视图相似的视图,其示出声波计量能够达到的最大质量流率；
[0098]-图10示出对于车辆的典型操作循环而言随着时间执行的不同注入以及所累积的注入氨质量；
[0099]-图11是装置的供给组件的替代实施方式的示意图，其中，腔室配备有去皿装置；
[0100]-图12示意性地示出学习步骤的分步骤；以及
[0101]-图13是本发明的另一个替代实施方式的与图11相似的视图，其中，供给组件配备有附加的腔室。
【具体实施方式】
[0102]在图1中示出了意在向车辆排气管路3提供成比例氨流的组件I。车辆通常为汽车或卡车。排气管路3在热力发动机5的燃烧室的出口处捕获废气。
[0103]废气包含NOx。为了限制NOx释放至大气中，排气管路3配备有SCR (选择性催化还原)催化剂7。组件I从SCR催化剂7的上游注入氨气。氨NH3在催化剂7的存在下与NOx反应，以形成惰性氮N2和水H2O。
[0104]该组件I包括:[0105]-装置9，用于提供加压的氨流的；
[0106]-单元11，用于将成比例的氨流释放在排气管路3中；
[0107]-腔室3，其具有入口15和出口 17，该入口 15流体地连接至提供氨的装置9，该出口 17流体地连接至释放单元11 ；
[0108]-进气阀19，该进气阀19置于腔室的入口15与用于提供氨的装置9之间；
[0109]-计量阀21，该计量阀21置于腔室的出口17与释放单元11之间；
[0110]-校准孔口23，该校准孔口 23置于腔室的出口 17与释放单元11之间；
[0111]-计算机25，该计算机25编程为用于控制进气阀19与计量阀21，以向释放单元11提供成比例的气流。
[0112]组件I还包括压力传感器27和温度传感器29，该压力传感器27测量腔室13中的当前压力，该温度传感器29测量腔室13中的当前温度。传感器27和29通知计算机25。
[0113]阀17和21是开/关型电磁阀。
[0114]腔室13具有大小为I立方厘米至10立方厘米的内部容积，在此腔室内部容积具有3立方厘米的值。
[0115]校准孔口具有0.1毫米至I毫米的直径，优选地具有0.4毫米至0.7毫米的直径，并且在此直径为具有0.65毫米的值。该校准孔口置于计量阀21与释放单元11之间。可替代地，该校准孔口可以置于腔室的出口 17与计量阀21之间，或者形成在计量阀21自身的通道截面中。
[0116]组件的尺寸设置为提供具有流率在每秒2毫克氨与每秒120毫克氨之间的排气管路3。
[0117]用于提供氨的装置9为在EP2316558中所描述类型的装置。该装置9包括装载有金属盐一例如，MgCl2—的主箱和副箱。处于室温的MgCl2吸收氨气。这种装置包括由计算机25控制的加热单元(未示出)。该加热单元设置成用于加热金属盐以引起氨气的解吸附，该氨气随后被输送远至阀19。该装置9提供了包括在2.5巴(bar)与5巴之间的氨压力。该氨处于-30 °C与+85 °C之间的温度。
[0118]计算机25编程为用于根据图2中的流程图控制进气阀19与计量阀21。该流程图由计算机25反复地应用。
[0119]如图3所示，供给组件提供成用于根据两种不同的模式操作:声波计量模式和容积计量模式。该声波计量模式允许在从qsl至qs2的质量流率范围内精确计量氨。容积模式允许在从qvl至qv2的质量流率范围内精确计量氨。这两种范围在qsl至qv2之间重叠。
[0120]对于具有确定容积、在每个容积计量步骤被整体清空的腔室而言，Qv2通过最大重复频率来确定，该最大重复频率可以通过供给组件达到。该最大频率例如是5赫兹,该5赫兹对应于每秒5次容积计量步骤。该最大频率进而取决于阀的打开和关闭所需要的时间并且取决于用于将氨从供给装置9传送远至腔室13中所需要的时间，以及取决于将氨从腔室13传送远至释放单元11所需要的时间。
[0121]qvl对应于容积计量步骤的最小重复频率。该频率是任意的并且例如选择为0.5赫兹，即，每两秒有一次容积计量步骤。
[0122]声波计量步骤的重复频率一例如确定为I赫兹，即，每秒一次声波计量一通过用于打开计量阀的最小持续时间来限定。该持续时间对应于用于建立稳定的声波流操作条件所需要的时间。例如，I赫兹的重复频率下，最小的打开时间是大约100毫秒。
[0123]考虑到声波计量步骤的重复频率，qs2通过用于打开阀的最大持续时间来限定。对于I赫兹的频率而言，持续时间例如选择为900毫秒。该持续时间是任意的。
[0124]优选地，重叠区域——BP, Qsl至qv2——选择为使得该重复区域不会太小亦不会太大，而不管由供给装置9所提供的气体的温度和压力条件如何。这给出适当地控制一个计量模式向另一个计量模式转变的可能性，如图5所示。通常，该重叠区域应当为至少5%，其可以由下列数学关系式表示:
[0125](qv2_qsl) / (Qv2-Qvi) >5%
[0126]如图3所示，为了不引起不稳定性，计算机编程为使得能够获得两个控制模式之间的滞后作用。因此，如果供给组件以容积模式在先前的迭代中操作，如果设定流率值超过略微比qv2小的第二预定极限LI，则该供给组件将切换至声波模式。相对称地，如果供给组件以声波模式在先前的迭代处操作，如果设定流率值比包括在qsl与LI之间的第二极限L2小，则供给组件将切换至容积模式。
[0127]在示例性实施方式中，qsl具有每秒16毫克的值，qv2具有每秒20毫克的值，L2具有每秒17毫克的值，LI具有每秒19毫克的值。
[0128]如果参照图2的流程图，在步骤31中，计算机获取将要注入至排气管路3中的氨的设定流率值。该设定值例如由计算机根据发动机的当前运行参数判定。该计算机25重新获取发动机计算机中的这些参数。
[0129]在步骤33中，计算机测试该供给组件在先前迭代处是否以容积模式或声波模式操作。
[0130]如果组件以声波模式操作，该计算机切换至步骤34。在步骤34中判定设定流率值是否比第二极限值小。如果是，切换至步骤43。否则转至步骤35。步骤35至41在图4中示出。这些步骤对应于声波计量模式。在步骤35中，计算机命令进气阀19打开并且保持该计量阀21关闭(图4的阶段P1)。因此，由装置9提供的氨给送至腔室13。该腔室中的压力增加。
[0131]在预定时间后，计算机切换至声波计量步骤37 (图4的阶段P2)。该计算机在保持进气阀19打开的同时命令计量阀21打开。由装置9提供的氨随后流动通过阀19、腔室13以及阀21，并且随后通过校准孔口 23到达释放单元11。
[0132]在声波模式中的氨的质量流率通过下列数学关系式来表示:
[0133]Qsonic=Scol x P x Cd x Cg x r/ V T,其中:
[0134]Scol是校准孔口的通道截面；
[0135]P和T是校准孔口上游的压力和温度。
[0136]Cd和Cg是与校准孔口的几何形状和气体的热力学性质有关的常数。
[0137]r是循环比，即，由计量阀的打开持续时间除以循环时间。该循环时间是声波计量步骤的重复频率的倒数。
[0138]计量阀21的打开持续时间由计算机根据设定流率值来设定。该计量阀21的打开持续时间对应于图4示出的阶段P2的持续时间。一旦所述持续时间已过去，计算机切换至步骤39，在步骤39期间，进气阀19打开且计量阀21关闭(图14的阶段P3)。随后，计算机切换至步骤41 (图4的阶段P4)并且在保持计量阀21关闭的同时命令进气阀19关闭。计算机随后返回至步骤31。
[0139]如果在步骤33中，计算机在先前迭代中判定供给组件以容积模式操作，则切换至步骤42。
[0140]在该步骤中，计算机对设定流率值与第一极限LI进行比较。如果设定值大于极限LI，计算机随后直接切换至步骤35并且切换至声波模式。反之，如果设定流率值小于第一极限LI，该计算机切换至步骤43。
[0141]步骤43至49对应于容积计量模式，如图5所示。在步骤43中，计算机25命令进气阀19打开并且保持计量阀21关闭(图5的阶段P1)。来自供给装置9的氨随后进入至腔室13中，腔室中的压力增大。阶段Pl的持续时间对应于打开阀19所需要的时间，并且用于将腔室13置于与供给装置9压力平衡。计算机随后切换至中间步骤45 (图15的阶段P2)并且命令进气阀19关闭，计量阀21保持关闭。计算机随后切换至容积计量阶段4 (图5的阶段P3)。计算机在保持进气阀19关闭的同时命令计量阀21打开。容积计量步骤的持续时间被预先确定。在该步骤期间，腔室13中的压力降低，并且根据排气管路3中的压力降低至最小压力。该腔室中的压力例如与排气管路的压力相等或略微大于排气管路的压力。例如，该压力具有I巴的值。
[0142]一旦容积计量步骤的预定持续时间已经过去，则计算机切换至等待步骤49 (图5的阶段P4)，其命令计量阀21关闭，并且保持进气阀19关闭。然后，其返回至步骤31。
[0143]在容积模式下的氨的质量流率可以根据下面的数学关系式来计算:
[0144]Q 容积=ΛΡ X V X M X f/RT，其中，
[0145]ΛΡ为如由传感器27测得的、在容积计量步骤的开始与结束之间的腔室13中的压力差，
[0146]V是腔室13的容积，
[0147]M是氨的摩尔质量，
[0148]f是以赫兹表示的容积计量步骤的重复频率，
[0149]R是理想气体常量，
[0150]T是由传感器29测得的、腔室13中的气体的温度。
[0151]计算机选择频率f以获得等于所述值的容积流率。
[0152]对于在从2.5巴至5巴的压力范围和从-30°C to85°C的温度范围中的所有的压力/温度对而言，以上所描述的方法给出覆盖整个寻求流率范围——即，至少从2mg/s至20mg/s——的可能性，该压力在此为由供给装置提供传送的气体的压力。
[0153]对于由供给装置9所传送的气体的、在2.4巴与5巴之间变化的压力而言，图6示出可以在容积模式和声波模式下在20°C获得的氨的质量流率范围。该图下面呈现的表包含三条线，下部的线对应于通过根据本发明的组件和方法可以获得的最小流率，中间的线在容积模式切换至声波模式所在的流率上方，第三条线对应于从底部到通过本发明的组件和方法可以获得的最大流率。在图中，标记为“容积的”的下部区域对应于组件在容积模式下操作所在的区域。指示为“声波的”的上部区域对应于组件在声波模式下操作所在的区域。
[0154]图7示出能够获得声波模式的操作范围与容积模式的操作范围重叠至少5%，不管由装置9传送的压力是在2.5巴至5巴之间的何值，并且不管气体的温度是_30°C与50°C之间的何值。图7的下部区域对应于不能够获得两个范围重叠5%所在的区域。上部区域对应于能够获得重叠至少5%所在的区域。
[0155]在图8中，示出了取决于由装置9传送的压力和气体的温度、在容积模式下可以获得的最小流率。标为A的区域对应于包括在lmg/s与2mg/s气体之间的最小流率。标为B、C和D的区域分别对应于包括在2mg/s与3mg/s之间、3mg/s与4mg/s之间以及4mg/s与5mg/s之间的最小流率。因而，可以看出的是，对于所有在2.5巴以上的压力而言，不管温度是多少，都能够获得小于2mg/s的最小流率。
[0156]在图9中，示出了取决于在声波模式下由装置9传送的压力和气体温度、通过本发明的组件和方法可以获得的最大质量流率。标为A的区域对应于小于120mg/s的质量流率。标为B、C和D的区域分别对应于包括在120mg/s与145mg/s之间、145mg/s与170mg/s之间、170mg/s与195mg/s之间以及大于195mg/s的最大质量流率。在图9中可以清楚看出的是，对于所有在2.5巴压力以上的压力而言，不管温度是多少，最大质量流率都大于120mg/
So
[0157]图10示出用于配备有根据本发明的用于典型的生命周期的组件的车辆的氨注入齐U (以mg表示，左边刻度)，已知为ARTEMIS。横坐标以秒渐变。中断的横线对应于容积计量(该线以下)与声波计量(该线以上)之间的过渡水平。曲线C对应于注入质量(以mg表示，右边刻度)的积累。可以看出的是，最大注入剂达到60mg。注入剂的仅1%在声波模式下进行。其他的注入剂即大约2400注入剂是在容积模式下进行。
[0158]图11示出了本发明的一种实施方式。下面将仅对该替代性实施方式与图1的实施方式所不同的点进行详细描述。确保相同功能的同样的部件将用与图1的实施方式相同的附图标记来表示。
[0159]腔室13包括去皿装置50，该去皿装置50具有能够经由去皿装置50移位的移动壁51。壁51相对于腔室的另一壁的移位给出调节由废气占用的腔室13的内部容积的可能性。单元53例如是活塞或螺钉。
[0160]腔室13的内部容积在供给组件I的制造周期循环结束时测定。供给组件设置成在容积模式下、在预定条件(由供给装置9提供的气体压力、气体温度、用于打开和关闭进气阀和计量阀的循环期、容积计量步骤的重复频率)下操作。在这些条件下，供给组件意在用于提供预定质量流率的氨。在这种条件下由组件I提供的实际流率被测量并且与预期的理论流率进行比较。腔室13的容积被测定以将实际流率设定成理论流率。
[0161]本发明的方法可替代地包括在图12中示出的学习步骤。该学习步骤执行时间为以下两者之一:
[0162]-在供给组件的制造循环结束时，在将供给组件安装在车辆上之前进行；
[0163]-或者在将供给组件安装在车辆上之后，周期性地进行，以重置供给组件的操作。
[0164]注意到的是，取决于生产中的差量，用于命令计量阀打开确定持续时间的信号、用于打开阀的实际持续时间对不同阀可以不同。此外，对于相同的阀，取决于阀是新的还是磨损的，确定持续时间的控制信号可能导致打开持续时间不同。
[0165]学习步骤旨在确保:计量阀的实际的打开持续时间尽可能接近控制信号的持续时间。这给出在声波模式下增加计量精确性的可能性。
[0166]如图12中所示出的，学习阶段包括以下分步骤:
[0167]-命令计量阀21打开预定的持续时间；[0168]-附随地获取表示气体通过计量阀的实际持续时间的参数；
[0169]-将预定控制持续时间与实际持续时间进行比较；
[0170]-根据控制持续时间和实际通过时间估算修正系数。
[0171]表示气体通过的实际持续时间的参数通常是腔室13中的压力。该压力在计量阀打开时是较低的。因此，通过追踪由传感器27测得的压力的变化，能够确定气体通过计量阀的实际持续时间，即，计量阀21打开的实际持续时间。修正系数等于控制持续时间减去实际持续时间。
[0172]该修正系数由计算机存储在存储器中。在声波模式下，计算机将根据所述流率值确定计量阀21打开的理论持续时间Ttheo并且将通过使用下面的等式计算施加至计量阀21的打开控制信号的持续时间Tcom:
[0173]Tcom=Ttheo+修正系数
[0174]图13示出本发明的第二替代性实施方式。下面将仅对该替代性实施方式与图1的实施方式所不同的点进行详细描述。同样的部件或确保与图1中的实施方式相同功能的部件将用相同的附图标记表示。
[0175]在该替代性实施方式中，腔室13适于选择性地安装成；
[0176]-或者单独安装在供给组件I中；
[0177]-或者与附加的腔室55—起安装。
[0178]图13示出了与附加的腔室55 —起安装的腔室13。
[0179]腔室13通常包括可以拆卸的壁。当腔室13单独安装时，可以拆卸的壁处于合适的位置。当腔室13与附加的腔室55 —起结合时，可以拆卸的壁被拆卸，并且附加的腔室55代替可以拆卸的壁而被安装。在这种情况下，腔室13和附加的腔室55布置为使得它们各自的内部容积连通。因而，增加了可以在容积模式下通过供给组件获得的质量流率。
[0180]因而，可以根据车辆的发动机类型适配该流率。具有更强有力的引擎发动机的车辆将配备有腔室13和附加的腔室55。具有不那么强有力的发动机类型的车辆将仅配备有腔室13。
[0181]可以具有内部容积彼此不同的数个附加的腔室。因而，可以根据车辆的发动机类型的动力选择附加的腔室的容积。
[0182]附加的腔室55通常附接至腔室13上。
【权利要求】
1.一种用于提供成比例气体流的组件(1)，所述组件(I)包括: -用于提供所述气体的加压流的装置(9)； -用于释放所述成比例气体流的单元(11); -具有入口(15)和出口(17)的腔室(13)，所述入口( 15)流体地连接至用于提供气体的所述装置(9 )，所述出口( 17 )流体地连接至所述释放单元(11); -进气阀(19)，所述进气阀(19)置于所述腔室(13)的所述入口(15)与用于提供气体的所述装置(9)之间； -计量阀(21)，所述计量阀(21)置于所述腔室(13)的所述出口(17)与所述释放单元(11)之间； -计算机(25)，所述计算机(25)编程为用于控制所述进气阀(19)和所述计量阀(21)以向所述释放单元(11)提供成比例的气体流； 其特征在于，所述组件(I)还包括校准孔口(23)，所述校准孔口(23)置于所述腔室(13 )的所述出口( 17 )与所述释放单元(11)之间。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述校准孔口(23)置于所述计量阀(21)与所述释放单元(11)之间或者置于所述腔室(13)的所述出口(17)与所述计量阀(21)之间或者形成在所述计量阀(21)的通道截面中。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述组件包括用于获取所述腔室(13)中的当前压力并通知所述计算机(25)的单元(27)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件包括用于获取所述腔室(13)中的当前温度并通知所述计算机(25)的单元(29)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述计算机(25)编程为用于根据设定气体流率值控制所述进气阀(19)和所述计量阀(21): -对于设定流率值大于第一预定极限的情形，所述计算机(25)编程为以确定的频率执行至少一个声波计量步骤，在该至少一个声波计量步骤中，所述进气阀(19)和所述计量阀(21)同时打开确定的时间段； -对于设定流率值小于第二预定极限的情形，所述计算机(25)编程为用于以确定的频率执行至少下述步骤: *用于填充所述腔室(13)的步骤，在该用于填充所述腔室(13)的步骤中，所述进气阀(19)打开且所述计量阀(21)关闭； *容积计量步骤，在该容积计量步骤中，所述进气阀(29)关闭且所述计量阀(21)打开确定的时间段。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述腔室(13)包括适于测定所述腔室(13)的内部容积的去皿装置(50)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件包括附加腔室(55)，所述腔室(13)适于选择性地单独安装在所述供给组件(I)中或者与所述附加腔室(55)—起安装在所述供给组件(I)中，所述腔室(13)和附加腔室(55)因而使各自的内部容积彼此流体连通。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述计算机(25)编程为执行根据权利要求8至16中任一项所述的方法。
9.一种用于对根据前述权利要求中任一项所述的组件(I)进行控制的方法，所述方法包括下述步骤: -获取设定气体流率值； -将所述设定气体流率值与第一预定极限和第二预定极限进行比较； -如果所述设定流率值大于所述第一预定极限，则执行声波计量方法，所述声波计量方法包括以确定的频率执行至少一个声波计量步骤，在该至少一个声波计量步骤中，所述进气阀(19)和所述计量阀(21)同时打开确定的时间段； -如果所述设定流率值小于第二预定极限，则执行容积计量方法，所述容积计量方法包括以确定的频率执行至少下述步骤: *用于填充所述腔室(13)的步骤，在该用于填充所述腔室(13)的步骤中，所述进气阀(19)打开且所述计量阀(21)关闭； *容积计量步骤，在该容积计量步骤中，所述进气阀(19)关闭且所述计量阀(21)打开确定的时间段。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述声波计量方法依次包括下述步骤: -打开步骤，在该打开步骤中，所述进气阀(19)打开且所述计量阀(21)关闭； -所述声波计量步骤； -关闭步骤，在该关闭步骤中，所述进气阀(19)打开且所述计量阀(21)关闭； -等待步骤，在该等待步骤 中，所述进气阀(19)关闭且所述计量阀(21)关闭。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述容积计量方法依次包括下述步骤: -所述填充步骤； -中间步骤，在该中间步骤中，所述进气阀(19)关闭且所述计量阀(21)关闭； -所述容积计量步骤； -等待步骤，在该等待步骤中，所述进气阀(19)关闭且所述计量阀(21)关闭。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，在所述声波计量方法中，所述气体流通过选择所述声波计量步骤的持续时间和/或通过选择所述声波计量步骤的重复频率来计量。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，在所述容积计量步骤中，所述气体流通过选择所述容积计量步骤的持续时间和/或通过选择所述容积计量步骤的重复频率来计量。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述声波计量方法意在用于提供气体质量流率的第一范围，所述容积计量方法意在用于提供质量流率的第二范围，所述第一范围与所述第二范围的重叠范围至少为所述第二范围的5%。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述容积计量方法包括介于两个所述填充步骤之间的数个容积计量步骤，所述腔室(13)至少在所述第一容积计量步骤中仅被部分清空。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括用于测定所述腔室(13)的内部容积的初始步骤。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述声波计量方法包括学习方法，所述学习方法包括以下分步: -命令所述计量阀(21)打开预定控制持续时间； -获取表示所述气体通过所述计量阀(21)的实际持续时间的参数； -根据所述控制持续时间和所述实际通过持续时间来估算修正系数，并且使用所述修正系数来根据所述设定气体流率值计算所述声波计量步骤的持续时间。
18.—种车辆排气管路，所述车辆排气管路配备有根据权利要求1至8中任一项所述的供给组件。
【文档编号】B01D53/94GK103566755SQ201310349298
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2012年8月10日
【发明者】弗朗索瓦·拉库蒂尔, 本杰明·奥布林格 申请人:佛吉亚排气系统有限公司