本发明涉及一种用于测定流体中的化学剂的质量的方法。例如，该方法应用于检测存储在scr系统储箱中的尿素溶液的尿素浓度/质量。在另一例子中，该方法应用于检测存储在机动车辆的储箱中的燃料中的碳氢化合物浓度。
背景技术：
在机动车辆上可能会使用不同类型的化学溶液。
例如，这样的化学溶液可以是燃料(汽油或柴油)、尿素溶液或氨溶液。一般，这些化学溶液的质量取决于具体化学剂的浓度。例如，对于尿素溶液，化学剂是尿素，对于燃料，化学剂是燃料组成中的至少一种碳氢化合物。
存在对用于监测这样的化学剂的浓度的方法的需求。对于scr的具体情况，已经提出了一种用于监测存储在scr系统的储箱中的尿素溶液的浓度和质量的方法。该方法在本申请人名下的国际专利申请wo2014/118248a1中披露。该scr系统包括由电机驱动的泵，该泵的压强由控制器控制。该方法包括以下步骤：测量表征由电机传输给泵的能量的参数数值(例如，泵转速)；基于该表征由电机传输给泵的能量的参数数值确定尿素浓度数值。在wo2014/118248a1的一个具体实施例中，将测得的使系统保持在一定期望压强点(例如：5bar)所要求的泵转速与查询表比较，以确定尿素浓度数值。在wo2014/118248a1的另一具体实施例中，泵转速与泵压强之间的关系作为测得的泵流体温度和泵老化的函数而被生成。然而，wo2014/118248a1没有详细披露应如何生成或使用这样的模型。
尽管wo2014/118248a1的监测方法提供了对于先前方法的大的改善，已经发现，用于确定尿素质量的参数易于在与尿素质量无关的其它变量(诸如液体温度或泵的老化效果)的影响下变化，并且wo2014/118248a1没有完全考虑这些变化。
因此，仍存在对更准确和更具鲁棒性的用于确定化学剂浓度/质量——尤其是为了令人满意地运作scr过程而确定尿素溶液中的尿素浓度或为了令人满意地运作燃料过程而确定燃料中的碳氢化合物浓度——的方法。
技术实现要素：
根据本发明的一个方面，提供了一种用于监测存储在机动车辆系统的储箱中的化学溶液的化学剂浓度的方法，所述系统包括由电机驱动的泵，其中，泵的压强由控制器控制，其中，所述方法包括以下步骤：在相应的多个泵压强数值下，测量多个表征由电机传输给泵的能量的数值；根据所述多个测得的数值和所述相应的多个泵压强数值，确定电机传输给泵的能量与所施加的泵压强数值之间关系的至少一个参数。以及，将所述至少一个参数与预定的参考参数比较。
本发明的一个优点在于，通过避免依赖于参数的单一测量，该测量数值可能受关注因素(化学剂浓度)之外的其它因素影响，从而提供了一种更准确且更具鲁棒性的用于为了令人满意地运作机动车辆过程而监测化学溶液中的化学剂浓度的方法。
术语“化学剂”被用于指具有确定化学组成和表征性物理化学特性的任何材料。
化学剂可以溶解在任何液体材料中以形成化学溶液。
在一个具体实施例中，化学剂是尿素。由此，化学溶液是尿素溶液，优选地是尿素水溶液。
在另一具体实施例中，化学剂是氨。由此，化学溶液是氨溶液，优选地是氨水溶液。
在另一具体实施例中，化学剂是尿素和氨的混合物。由此，化学溶液是处于溶液中的尿素和氨的混合物，优选地是处于水溶液中的尿素和氨的混合物。
在另一实施例中，化学剂是至少一种用于构成燃料组成(诸如汽油或柴油燃料)的碳氢化合物。
由化学剂浓度可推导出化学剂的取决于浓度的任何物理化学特性。例如，对于燃料系统，根据燃料的性质，可由碳氢化合物浓度来推导出燃料的辛烷值或十六烷值。
本发明基于本发明人这样的认识：通过对在物理液体特性的参数模型中使用的变量的多重测量获得的对所述模型的(估计的)参数的监测从而提供对所述特性改变的具有鲁棒性的指示。可基于多个测量值对(能量特性和测得或设置的泵压强数值)来估计参数。由此，根据本发明的方法可基于两个这样的测量值对。优选地，该方法以多于两个测量值对地实施。更优选地，该方法以五个测量值对(例如范围在最小运作泵速和高于标称运作压强(通常为500kpa)的压强数值之间)来实施。
根据泵的类型和对泵的调节，表征由电机传输给泵的能量的参数可以是转速(对于旋转泵)、频率(对于往复泵)、电流、电压、扭矩等等，或这些参数的任何组合。
在一个实施例中，根据本发明的方法还包括当使用具有参考浓度数值的化学剂浓度时，在相应的多个泵压强数值下，测量多个表征电机传输给泵的能量的参考数值；以及，根据所述多个测得的参考数值和所述相应的多个泵压强数值，确定所述预定的参考参数。
该实施例的一个优点在于，对于其中将使用上述操作方法的单独的系统，能够准确地确定预定的参考数值，使得参考参数充分地考虑到诸如泵特性和泵年龄的个性化变量。
在根据本发明的方法的一个实施例中，所述确定至少一个参数包括使由该至少一个参数限定的曲线拟合所述多个测得的数值与相应的多个泵压强数值。
曲线拟合是一种特别准确的用于由一系列测量点估算模型化的物理响应的参数的方法。
根据本发明的泵是固定排量旋转泵(fixeddisplacementrotativepump)，诸如外啮合齿轮泵(externalgearpump)，或内齿轮泵
(gerotor)，或现有技术已知的任何其它泵。
在本发明的一个实施例中，泵是齿轮泵，并且表征由电机传输给泵的能量的参数数值是泵转速数值。
本发明人发现，压强和泵转速的测量实现起来是方便的，并且这些物理变量具有相关性，这非常适于如本发明所要求的通过参数曲线来建模。
在一个具体实施例中，由至少一个参数限定的曲线是一般性公式f＝a·pb的曲线，其中，f是泵转速，p是压强，a和b是参数。
本发明发现，通过使用泵速与压强之间的该模型化关系，能够获得两个参数，这两个参数大体上上取决于不同的物理变量组。参数a主要由液体质量(化学剂浓度)、温度、泵特性和泵年龄确定。参数b主要由温度、泵特性和泵年龄确定。因此，例如，当参数b的测试数值没有相应变化时，参数a的测试数值相对于参考数值的显著变化可被认为是指示化学溶液质量的改变。
在一个实施例中，根据本发明的方法还包括以下步骤：借助于传感器测量参考浓度数值与当前存在的化学溶液的浓度；以及，将所述参考浓度数值与所述当前存在的化学溶液的所述浓度之间的演变与所述参考参数与基于所述当前存在的化学溶液所测定的所述至少一个参数之间的演变进行比较。
术语“当前存在的化学溶液”被用于指目前存在于系统中、将在任何给定时间点用于机动车辆过程中的化学溶液；该术语被用来区分要被测量的化学溶液与被用于获得参考数值的化学溶液。当前存在的化学溶液可以是(部分地)与之前实际用于确定参考数值的化学溶液相同的物质，后者留在系统中一定时间，可能在该时间中经历重复的加热/冷却循环、部分蒸发、杂质进入、老化等等。
在该实施例中，对参数数值的监测与对借助于传统传感器获得的化学剂浓度测量值的监测并行地发生。通过比较这两种类型的浓度评估的演变，能够评估由传感器提供的测量值的合理性。特别地，如果由传统传感器提供的浓度测量值保持恒定而根据本发明获得的模型参数(即估计的测试参数)显著地变化或有相反的情况，则可以假设传感器运作不正常。
在一个实施例中，根据本发明的方法还包括通过将所述至少一个参数与预定的参考参数进行比较来推导出化学剂的浓度。
在现有传感器合理性评估之外，模型的实际参数(即由最近的测量获得的参数)可被用于如在wo2014/118248a1中所提出的补充查询表，以能够完全地确定化学剂浓度，即使是在传感器所能覆盖的范围之外或是当传感器不正常运作时。
根据本发明的另一方面，提供了一种机动车辆系统，其包括：用于存储化学溶液的储箱；由电机驱动的泵；用于控制泵压强的控制器；控制模块，其包括被配置为实施如上所述的方法的步骤的逻辑装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种包括如上所述的系统的机动车辆。
根据本发明的系统和机动车辆的实施例的技术效果和优点，仅需细节上的必要修改，即对应于根据本发明的方法的相应实施例的技术效果和优点。
附图说明
现在将参照附图，更详细地说明本发明的这些和其它技术特点和优点，在附图中：
-图1示出给定的齿轮泵速如何响应某一压强范围中的多个流体浓度；
-图2提供根据本发明的一个实施例的方法的学习阶段的流程图；
-图3提供根据本发明的一个实施例的方法的流程图；
-图4示意性地示出根据本发明的一个实施例的系统。
具体实施方式
如前所述，本发明用于scr系统，该系统的目的是将用于污染控制的液体注入到内燃机的排放气体中。这样的系统一般包括至少一个用于存储所述液体的储箱和允许所述液体用泵传送到注射器的供给管线(该泵因此被布置在该供给管线中)。本发明特别良好地适用的一种液体是尿素。
术语“尿素”应被理解为任何包含尿素的溶液，一般为水溶液。本发明用共晶水/尿素溶液给出了良好的结果，对于共晶水/尿素溶液，存在标准质量：例如，根据标准din70070，在
如在本申请人名下的国际专利申请公开wo2014/118248a1中所解释的，对于给定的泵，在给定运作条件(例如：维持5bar的系统恒定压强)下，在维持期望运作条件所要求的泵的运作与尿素浓度之间存在直接的关联。尿素溶液组成(即尿素浓度)的改变表现为尿素溶液粘性的改变(在某些情况下，还可体现为维持期望运作条件所要求的泵的运作的密度改变)。
外啮合齿轮泵(externalgearpump,该泵是经常在scr系统中使用的泵类型之一)是具有内部泄漏的固定排量泵(fixeddisplacementpump)。这些泄漏的幅度将取决于要泵送的流体的粘性、间隙尺寸(该间隙尺寸可由齿轮之间的间隙量，诸如旨在承载润滑剂的必要间隙、齿轮面与承载面之间的间隙、齿轮尖与泵壳罩之间的间隙、和啮合齿轮之间的间隙确定)，与要生成的压强量。当注射器关闭时，以下关系成立：
泵速x位移＝止回阀流率+泄漏流率
相应地，测量泵速对于测量泄漏是合适的代替，对于给定的泵特性，泄漏可表征正在被泵送的流体的粘性。
当在不同压强数值(即在不同压强设置点，使得泵速与压强趋于稳定)下测量泵速时，泵速与压强之间的关系可以建模。本发明人发现，该关系可以以令人满意的准确度程度由以下形式的表达式来表示：
泵速＝ax压强b
其中，a和b是参数。给定至少两个测量值对，可通过将测量值对拟合到该曲线(例如通过最小二乘算法)来确定参数a和b。
对于尿素水溶液，本发明人还发现，指数b独立于尿素浓度，而系数a取决于尿素浓度。本发明的实施例由此基于本发明人认知到这样做是有利的：确定给定的泵在参考条件下的速度/压强关系，存储该关系，并在之后的时间点再次确定该关系以与所存储的版本比较。
有利地，可通过简单地存储与比较参数来存储并在后续比较特性，所述参数能根据合适的模型(诸如上述模型)来确定特性。有利地，可以对于一定的运作温度范围存储参数。
图1示出给定齿轮泵如何响应一定压强范围内的多个流体浓度。根据本发明的实施例，在整个运作温度范围学习给定泵的特性。该特性一旦学到了就被用于作为产生比值以确定流体是否已经改变的参考。
相应地，如果已经借助于已知传感器获得了参考浓度数值和目前存在的尿素溶液的浓度，由传感器测量的浓度的演变可与确定速度/压强特性的参数的演变比较，以评估由传感器提供的测量值的合理性。
“学习”阶段(即获取参考条件下的速度/压强关系)根据本发明的方法标定(校准)某个泵的具体特性。该学习在系统的寿命期间重复地应用，以适应其它取决于时间的影响，例如老化。可使用有效性计时器来考虑老化效果并提醒系统实施一道新的“学习”。
当初始地将泵投入工作时，随着齿轮磨损掉由于制造容差所导致的初始摩擦，泵的特性倾向于在前数个小时期间快速地改变。因为该原因，要遵循足够的试运转期，以获得对于应用根据本发明的方法足够稳定的泵特性。
所述确定特性可在每个驾驶循环开始时实施。通常，借助于根据本发明的方法获得的数据在一定数量的驾驶循环之后(例如：5个驾驶循环)变得对于可靠地诊断同一车辆中的已知质量传感器的运作是足够可信的。一旦存储了在不同初始温度下的来自合适数量的驾驶循环的数据之后，可通过外推法(extrapolation)/内插法(interpolation)获得新的序列以检测流体中大的改变。
在图1中所述的方法也可应用于燃料电池应用。例如，对于使用尿素浓度为55重量％的尿素溶液的燃料电池，尿素浓度通过借助于传感器的测量和与确定速度/压强特性的参数的演变比较而被监测，以评估由传感器提供的测量值的合理性。
图2提供了根据本发明的一个实施例的方法的学习阶段的流程图。以上提供的细节和例子适用于该实施例，不总是重复。
在驾驶循环开始210时，对于给定温度收集新的测量值对。只要数据不足以实施合理性检验或独立的尿素浓度评估，系统就仍然处于单纯的“学习”模式中；这通过测试模块215示意性地表示。为了获取新的测量值对，测量温度240，对于不同压强设置点测量预定数量n(至少为2，优选地为5)的泵速数值220。基于这些测量值对，通过常规算法(诸如最小二乘法拟合)，确定一个或更多个模型参数(例如：如上述模型限定的a和b)230。
存储所获得的参数和相关的温度，并对于这些参数数值设置老化计时器250。同时，出于实施合理性评估的目的，可存储从可选的独立质量传感器获得的质量测量值。该过程在每个之后的驾驶循环开始210时重复，直至对于不同温度有足够数量(例如：5个)的参数数值可用215。
尽管在原则上可以仅使用单一温度下测量的代表性参数数值进行工作(在该情况下，测量和存储温度值并不是严格必须的)，但优选的是收集足够的数据点，以能够在与获得所述参数数值的温度不同的其它温度下通过内插法生成参数数值。
图3提供根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
如果，在驾驶循环开始210时，确定215对于合理性评估有足够的数据310，收集新的测量值对。为此，对于不同压强设置点测量预定数量n(至少为2，优选地为5)的泵速数值320。基于这些测量值对，通过常规算法(诸如最小二乘法拟合)，确定一个或更多个模型参数(例如：如上述模型限定的a和b)330。同时，测量温度340，并根据此前存储的参数/温度对(见图2，步骤250)通过内插法345获取模型参数的期望值。存储所获得的参数和相关的温度，并对于这些参数数值设置老化计时器350，以提供对系统“所学得”的特性的持续但逐步地更新。可选地，可存储从可选的独立质量传感器获得的质量测量值。
将由测量值(320、330)获得的参数与由内插法(345)获得的参数比较355。如果两个(组)参数之间的偏差在预定边界内360，系统得出尿素粘性(因此其质量)没有改变的结论370。如果两个(组)参数之间的偏差在预定边界外360，系统得出尿素粘性(因此其质量)已经改变的结论380。在每个情况中，关于尿素质量的结论都可与分别的尿素质量传感器的输出交叉检验；如果根据图3的流程图得到的结论不支持该单独的尿素质量传感器的输出，这可能表示所述传感器运作不正常。
本发明还涉及一种scr系统(也参见图4)，其包括被配置为执行上述方法的控制模块或处理器410。控制器430可被实施在专用硬件(例如：asic)、可配置硬件(例如：fpga)、可编程构件(例如：带有合适软件的通用处理器或dsp)、或这些构件的任何组合中。同一构件也可包括其它功能；特别地，其可以是车辆ecu的一部分。设置泵440、优选地齿轮泵，以将尿素溶液从储箱传送到注射器(未示出)。泵被设置为在所选择的压强设置点下(对于正常运作，这会是诸如500kpa的固定数值，对于本发明的目的，压强设置点将会是变化的)运作；压强控制可借助于常规控制技术实现，诸如带有实际压强测量值与错误信号反馈的控制信号(这些细节在图中没有示出，而是统一由压强控制模块450表示)。处理器410能够通过与压强控制确定模块450的通讯来确定即时压强。处理器410还能够获得泵的即时速度，例如在基于电刷的dc电机的情况下通过评估正在被泵的电机使用的电流量，或在bldc电机的情况下通过实施反电动势(back-emf)评估(这些细节在图中没有示出，而是统一由速度传感器模块460指示)。优选地，处理器410能够借助于合适地定位的温度传感器430获取正在被泵送的溶液的当前温度。设置存储器420，以用于存储(见图2中的步骤250和图3中的步骤350)和提取(见图3中的步骤345)参数数值。处理器410还可以与可选的独立的质量传感器470连接。
类似地，所有这些实施例都可应用于燃料系统应用。可通过本发明的方法确定与构成燃料组成一部分的至少一种碳氢化合物的浓度关联的燃料的性质(汽油或柴油)。实际上，如果已经借助于已知传感器获得了参考浓度数值和目前存在的燃料的浓度，可将由传感器测得的浓度的演变与确定速度/压强特性的参数的演变比较，以评估由传感器提供的测量值的合理性。
尽管以上参照单独的系统和方法实施例来说明本发明，这仅是出于说明清楚的目的。本领域技术人员将意识到，单独结合分别地系统或方法所说明的特点也可以相同的技术效果和优点适用于方法或系统。而且，本发明的范围不限于这些实施例，而是由所附权利要求来限定。