专利名称：定量配给器效率的实时监控的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种废气后处理系统以及定量配给器系统，该定量配给器系统用 于该后处理系统以喷射定量剂至该后处理系统的废气中。
背景技术：
在废气被排放至大气之前使用后处理系统来处理废气是已知的。一种已知的后 处理系统使用柴油氧化催化器(diesel oxidation catalyst，DOC)装置，该DOC装置设计成 与该废气发生反应以将一氧化氮转化为二氧化氮。对于柴油废气，也可以在DOC下游设 置柴油颗粒过滤器(diesel particulate filter，DPF)，以从废气流中物理去除碳烟或颗粒物质。当废气温度充分高时，碳烟通过被氧化而被从DPF中不断去除。当废气温度不 够高时，则使用主动再生(active regeneration)。对于柴油发动机废气，主动再生的一种 方式是通过在DOC的上游注入燃料至废气中来进行的。该燃料和DOC之间进行的化学 反应将废气温度升高至足够氧化DPF中碳烟的高温。包括定量配给喷射器的定量配给器系统用于将该燃料注入废气中。例如由于定 量配给器端部积碳(carboning)或者定量配给器行程降低等原因，定量配给喷射器可能随 着时间的增加而劣化。定量配给器劣化被视为后处理系统中最频繁发生的失效模式之 一。一种已知的用以确定该定量配给喷射器的效率的定量配给器监控方法感测DOC上的 温差。然而，这个方法的有效性会因DOC的劣化(其无法被独立监控)而降低。
发明内容
在此描述了改进的实时定量配给器效率监控方法，其可被用于监控定量配给器 系统的效率。所揭示的方法可在许多领域实施。例如，在柴油卡车应用场合，无论该卡 车是处于瞬态还是稳态，该定量配给器的效率都可一直被监控。在一个在此将被称为平均压差法的实施例中，定量配给喷射器的效率是通过确 定当所述定量配给喷射器未喷射时的流体平均压力，并确定当所述定量配给喷射器在以 预定命令的喷射速率进行喷射时的流体平均压力的方式来加以监控的，其中，所述定量 配给喷射器构造并设置成用以喷射流体(例如，定量剂)至废气中。然后，确定当所述 定量配给喷射器未喷射时的流体平均压力与当所述定量配给喷射器在进行喷射时的流体平均压力之间的压差。之后，所确定的压差与一个预定的期望压差进行比较。喷射时的 所述平均压力可在一个适当的定量配给频率(例如，IOHz)下进行确定。被喷射的 流体可以是一种合适的定量剂，包括但不限于碳氢燃料，例如柴油燃 料、酒精、尿素、氨、天然气以及其它用于废气后处理的定量剂。然而，该平均压差法 的创新概念并不限于这些类型的定量剂。在空气作为被喷射的工作流体的场合中，该平 均压差法也是有用的。另一个在此将被称为平均瞬时压差法的实施例描述了一个定量配给器效率监控 方法，其确定平均瞬时压差。该平均瞬时压差被定义为，在该定量配给喷射器的一个工 作循环内，该定量配给器关闭时的平均压力减去该定量配给器开启时的平均压力。在这 个方法中，该效率可通过确定在该定量配给喷射器的一个工作循环内该定量剂通过一个 孔(这个孔例如位于关闭阀组件内)的平均瞬时压差的方式加以监控。该定量配给喷射 器适宜受脉冲宽度调制控制。权利要求1和权利要求8记载了使用该平均压差法或平均瞬时压差法来监控定量 配给喷射器的效率。可以预期的是，权利要求1和权利要求8可以仅记载该平均压差法， 而不用记载该平均瞬时压差法。同样，可以预期的是，权利要求1和权利要求8可以仅 记载该平均瞬时压差法，而不用记载该平均压差法。该平均瞬时压差是最大压降，因此相对于该平均压差法，该平均瞬时压差具有 更好的信噪比，且不受定量配给命令的约束。该平均瞬时压差法也更精确，其误差例如 在5%范围内。上述实时定量配给效率监控方法可利用一个定量配给器系统进行实施。该定量 配给器系统包括定量配给喷射器、定量剂供给管和定量剂关闭阀组件，其中，该定量配 给喷射器构造并设置成用以喷射定量剂至废气中，该定量剂供给管连接至定量配给喷射 器，该阀组件连接至供给管构造并设置成用以控制供给管内的、流向定量配给喷射器的 定量剂的流量。该阀组件包括用以侦测阀组件内的定量剂压力的压力传感器。可利用控 制器来监控定量配给喷射器的效率。所揭示的方法可在很短暂的时间内完成监控，即使在发动机瞬态操作和喷射过 程中所述方法都工作得较好。相对于现有方法，所揭示的方法的精度也提高了。与目前 基于温度的效率监控方法一样，所揭示的方法也不受个体后处理元件的性能(例如，劣 化)的约束。所揭示的方法能够适应2010年的车载诊断要求，其要求对每个后处理元件进行 独立监控。另外，这些方法所达到的更高效率减少了过量燃料的喷射(称作碳氢漏失)， 从而避免了违反碳氢排放规定。而且，这些方法降低了误侦测到“坏了”的定量配给器 的机会，从而节省了更换定量配给器的质保成本。附图简要说明
图1例示了一个范例性定量配给器系统，其可实施在此描述的实时定量配给器 效率监控方法。图2例示了图1中的系统的关闭阀组件。图3是图2中方框3内的详细视图，其例示了该关闭阀组件的内件孔。图4描绘了在该定量配给喷射器的一个工作循环内的压力读数，其用于该平均瞬时压差法。图5是在不同定量配给速率条件下该定量剂压力对时间的曲线图，其用于该平 均瞬时压差法。图6是针对6个具有不同劣化程度的定量配给喷射器所作的定量配给器效率对平 均瞬时压差的曲线图，其用于该平均瞬时压差法。图7是定量剂压力和定量配给速率对时间的曲线图。图8描绘了在该定量配给喷射器的一个工作循环内的平均瞬时压差法。图9A-C是与监控定量配给器效率的平均压差法相关的曲线图。 图10描绘了该平均压差法。图11描绘了期望压降对定量配给速率的曲线图，其用于图9A-C中所描绘的平 均压差法。
具体实施例方式参考图1，其例示了用于废气后处理系统的定量配给器系统10。为方便描述这 些独特概念，本说明书将该定量配给器系统10描述成一个用于柴油发动机的碳氢化合物 定量配给器系统，其中该碳氢化合物定量配给器系统喷射柴油燃料至该发动机排出的废 气中。然而，应当认识到，在此描述的这些独特概念可被应用于喷射其它类型定量剂的 其它定量配给器系统。定量配给器系统10和后处理系统的基本构造和操作已为本领域的技术人员所熟 知。定量配给器系统10包括定量配给喷射器12，该定量配给喷射器12连接至废气连接 管14，而该废气连接管14连接至发动机(图未示)的排气口。作为该后处理系统的一 部分，连接管14内的废气流向柴油氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)装置， 该DOC装置设计成与该废气发生反应以将一氧化氮转化为二氧化氮。柴油颗粒过滤器 (diesel particulate filter, DPF)设置在DOC下游，以从废气流中去除碳烟或颗粒物质。定量配给喷射器12构造并设置成用以喷射定量剂(在这个示范性实施例中为柴 油燃料)至连接管14内的废气以提高DOC的温度。该燃料是通过燃料供给管16供应 的。关闭阀组件18连接至该供给管16，该关闭阀组件18构造并设置成用以控制该供给 管16内的、流向该定量配给喷射器12的燃料的流量。关闭阀组件18的具体细节例示于图2和图3中。该组件18包括燃料入口 20、 燃料出口 22以及排泄口 24，其中燃料出口 22连接至供给管16。压力传感器26连接至 该阀组件18用以感测该组件18内的燃料压力。阀组件内设有内件孔(trimorifiCe)28以 保持组件18内的燃料压力更加稳定。图2和图3中所示的阀组件18的结构和操作是常 规的。再参考图1，控制器30连接至该压力传感器26并从该压力传感器26接收压力读 数。在一个实施例中，该控制器30通过确定该关闭阀组件18内的燃料在该定量配给喷射 器12的一个工作循环内的平均瞬时压差(average instant pressure difference)的方式来监控 该定量配给喷射器12的效率，其中该定量配给喷射器12是受脉冲宽度调制(pulse-width modulation, PWM)控制的。该控制器30可以是一个电子控制模组(ECM)，其也可以控 制该后处理系统。该定量配给喷射器12是由一个单独的PWM控制器32控制的。
现在将参考图4-7并结合图1-3来介绍这个用于监控定量配给器效率的平均瞬时 压差法。该燃料定量配给速率是由该PWM控制器的占空比来控制的。图4示出了定量 配给器压力的一个循环周期T，其中？‘和P。n分别是该压力传感器26在该定量配给喷射 器被关闭和打开时所测到的燃料压力。在此所涉及的所有压力和图5-7所示的压力都是 由该压力传感器26测量到的阀组件18内的燃料压力。Pavg是当该定量配给器在那个工作 循环内喷射燃料时的平均压力，其计算如下PaVg =(公式丄)
T=Pon-Rdc+ Poff .(I-RDC)
其中RDe= Isn’即占空比。
T该平均压差Δ Pavg可按如下公式计算APavg = Poff-Pavg(公式 2)= Poff-Pon · RDC-Poff · (I-Rdc)= (Poff-Pon) · Rdc= APms · Rdc该平均瞬时压差APms是该平均压差除以占空因数。该平均瞬时压差与该定量配 给速率实质上没有关联。这从图5中看是明显的，图5是在不同定量配给速率下定量剂 压力对时间的曲线图。从图5中可以看出，即使定量配给速率变化，该压差(即最大压 力Ptjfr与最小压力P。n之间的压差)也维持基本恒定。图6是针对6个具有不同劣化程度的定量配给喷射器所作的定量配给器效率对 平均瞬时压差的曲线图。从该曲线图中可以得知，在该图所给出的条件下(例如，在约 1200kPa的供给压力情况下)，IOkPa的瞬时压差的变异会导致近似3.1%的定量配给器效
率误差。图7的曲线图是表示在供给压力约为1950kPa的条件下，该燃料定量配给速率在 2.2秒内从约1.4g/s变化至约0.8g/s过程中的各压力测试结果。该曲线图绘制了个体瞬时 压力读数40对时间、平均压力42对时间、平均瞬时压力44对时间以及定量配给速率46 对时间的曲线图。图8描绘了该平均瞬时压差法，其中在图8中例示了在一个工作循环内定量配给 器关闭时的平均压力以及定量配给器开启时的平均压力。Tl是用以避免信号过冲的初始 延迟时间，而T2是用以避免下降沿数据的缓冲时间。在此描述的平均瞬时压差法是依赖单一工作循环内的平均瞬时压差，这消除了 工作循环误差。另外，该平均瞬时压差法是依赖该单一工作循环内的相对较大范围的瞬 时压差(如图7所示，约为256kPa)。这有助于将压力变异对定量配给器效率的影响降至 最低。从图7中可以看出，在该定量配给器关闭时的平均瞬时压力44相对平稳地保持在 约1950kPa，这个就是假设的供给压力。在该定量配给喷射器开启时的瞬时压差发生约 IOkPa的变异。假设图7中使用的定量配给器的效率是100%且假设100%效率的定量配 给器在1950kPa供给压力时具有256kPa的瞬时压差，则该定量配给器效率的误差可按如 下方式确定得到该瞬时压差的变异，IOkPa,然后将其除以压差范围256kPa。这样， 用该平均瞬时误差法确定的定量配给器效率的误差即为3.9%。
监控定量配给器效率的平均压差法例示于图9A-C、10、11以及图7。这个方法 是将在预定定量配给命令速率下的实际压降与期望压降进行比较。该压降是指当定量配 给喷射器未喷射时的平均压力与当定量配给喷射器在以该预定命令的定量配给速率喷射 时的平均压力之间的压差。参照图9A-C，其分别绘制了供给压力对时间、定量配给频率对时间以及定量 配给速率对时间的关系图。压降被定义为，该定量配给器未配给或喷射时(例如，在时 间点1)的平均压力与该定量配给器在以一个预定命令的定量配给速率配给或喷射时(例 如，在时间点2)的平均压力之间的压差。这可以用下列公式表示Δ P = P1-P2 (公式 3)@Dmax最大定量配给速率这些压力读数可在任何被认为适合得到准确压力读数的位置进行测量。例 如， 该定量配给器未配给而配给速率为零时的压力可在图1的阀组件18的上游的一个燃料过 滤歧管中进行测量，而该定量配给器在以预定命令的配给速率进行配给时的压力可利用 该压力传感器26在阀组件18内进行测量。该定量配给器在定量配给时的平均压力则根 据定量配给频率进行计算。该压降适宜在最高配给速率条件下进行确定，该最高配给速 率提供了最高分辨力，因此提供更好的精度。在图9A-C所示的范例中，P1约为1260kPa，P2约为1125kPa，这样，在3.5g/s 的配给速率以及2.5Hz的配给频率条件下的ΔP约为135kPa。图10描绘了该平均压差法，其中示出了该定量配给器未配给时的平均压力和该 定量配给器以预定配给速率进行定量配给时的平均压力。图11是绘制期望燃料压降对实际定量配给速率的曲线图。已经发现，压降相对 定量配给速率的易变性随着定量配给频率的升高而降低。因此，图11是在例如IOHz的 定量配给频率下绘制的。该图绘制了压降校正曲线，其代表许多不同定量配给器的平均 读数。下面将结合图11来介绍该压降法的一个范例性实施方式。在该范例中，假设该 命令的定量配给速率是2.5g/s且在该命令的定量配给速率下，使用公式3计算确定的压降 为约60kPa。然而，根据该压降校正曲线，该期望压降应该是约98kPa。根据所确定的 约60kPa的压降，该实际定量配给速率是约1.5g/s。根据这些读数，定量配给器的劣化 百分比可按如下方式计算
劣化[%] = 100.fl_2·5-1·5、 V 1.5 乂
=33该劣化百分比计算的结果可以许多方式加以使用。例如，如果该百分比足够 高，为了监控用途或可能让用户更换该定量配给器，则可以提供一个适当的消息来通知 用户该定量配给器的这种劣化程度，其中提供该适当的消息例如是点亮警告灯或者在可 视显示装置上显示一个消息。作为另一种方式，该定量配给器控制可根据该劣化量加以 调整以解决这种劣化，从而获得正确的定量配给速率。
在这个平均压差法中，该平均压差的动态范围是该平均压差乘以占空因数。作为比较，平均瞬时压差法依赖单个工作循环内平均瞬时压差。虽然已在此针对柴油燃料 定量剂对这些监控方法做了介绍，在此介绍的概念可被应用于其它定量剂。例如，该 定量剂可以是一种或多种其他类型的燃料，例如碳氢燃料，或者是其它定量剂，例如酒 精、尿素、氨和天然气。另外，该平均压差法的概念可被应用于当空气是工作流体的场 合(其中该空气被该定量配给喷射器喷入该废气流中)，比如当空气被用于清洁定量配给 喷射器上的残留定量剂的场合。因此，“定量配给”、“定量配给器”等术语应包括定 量剂以及空气的喷射。在此描述的监控方法可以许多不同的方式来实施。例如，这些监控方法可利用 安装在后处理系统控制器(例如，该处理器30)中的软件来实施。作为另一种方式，所 揭示的监控方法可利用硬件来实施，该硬件例如为位于或靠近该压力传感器26的电子线路。在此描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所揭示 的实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求， 而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变 都应属于这些权利要求的范围。
权利要求
1.一种监控定量配给喷射器的效率的方法，所述定量配给喷射器构造并设置成用以 喷射流体至废气中，所述方法包括确定在所述定量配给喷射器的预定命令的喷射速率下所述流体的平均压差；或者确定在所述定量配给喷射器的一个工作循环内所述流体的平均瞬时压差。
2.如权利要求1所述的方法，其中确定所述平均压差包括确定当所述定量配给喷射器 未喷射时所述流体的平均压力，并确定当所述定量配给喷射器在以所述预定命令的喷射 速率进行喷射时所述流体的平均压力。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述流体是碳氢燃料、空气、酒精、尿素、氨或天 然气。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述预定命令的喷射速率是最大命令的喷射速率。
5.如权利要求2所述的方法，其中确定所述定量配给喷射器在喷射时的所述平均压力 包括确定在约为IOHz的喷射频率下的所述平均压力。
6.如权利要求1所述的方法，其中确定所述平均瞬时压差包括确定所述定量配给喷射 器关闭时的平均压力，并确定所述定量配给喷射器开启时的平均压力。
7.如权利要求1所述的方法，还包括使用所述平均瞬时压差来确定所述定量配给器的 效率。
8.—种监控定量配给喷射器的效率的方法，所述定量配给喷射器构造并设置成用以 喷射流体至废气中，所述方法包括1)确定当所述定量配给喷射器未喷射时所述流体的平均压力，并确定当所述定量配 给喷射器在以预定命令的喷射速率进行喷射时所述流体的平均压力；确定当所述定量配给喷射器未喷射时所述流体的所述平均压力与当所述定量配给喷 射器在进行喷射时所述流体的所述平均压力之间的压差；以及将所述确定的压差与预定的期望压差进行比较；或者2)在所述定量配给喷射器的单个工作循环内确定所述定量配给喷射器关闭时所述 流体的平均压力，并确定所述定量配给喷射器开启时所述流体的平均压力；以及确定所述定量配给喷射器关闭时的所述平均压力与所述定量配给喷射器开启时的所 述平均压力之间的压差，以获得平均瞬时压差。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述预定命令的喷射速率是最大命令的喷射速率。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述流体是碳氢燃料、空气、酒精、尿素、氨或 天然气。
11.如权利要求8所述的方法，其中确定所述定量配给喷射器在进行喷射时的所述平 均压力包括确定在约为IOHz的喷射频率下的所述平均压力。
12.如权利要求8所述的方法，还包括将所述平均瞬时压差乘以占空比以得到平均压 差。
13.如权利要求8所述的方法，还包括使用所述平均瞬时压差来确定所述定量配给器 的效率。
14.一种定量配给器系统，包括定量配给喷射器，所述定量配给喷射器构造并设置成用以喷射流体至废气中；流体供给管，所述流体供给管连接至所述定量配给喷射器；流体关闭阀组件，所述阀组件连接至所述供给管，所述阀组件构造并设置成用以控 制所述供给管内的、流向所述定量配给喷射器的流体的流量，所述阀组件包括用以侦测 所述阀组件内的流体压力的压力传感器；以及控制器，所述控制器监控所述定量配给喷射器的效率，所述控制器确定在所述定量 配给喷射器的一个工作循环内所述流体的平均瞬时压差或者确定在所述定量配给喷射器 的预定命令的喷射速率下所述流体的平均压差。
15.如权利要求14所述的定量配给器系统，其中所述定量配给喷射器是受脉冲宽度调 制控制的。
16.如权利要求14所述的定量配给器系统，其中所述控制器连接至所述压力传感器以 从所述压力传感器接收当所述定量配给喷射器关闭时所述关闭阀组件内的流体压力读数 和当所述定量配给喷射器开启时所述关闭阀组件内的流体压力读数。
17.如权利要求14所述的定量配给器系统，其中所述关闭阀组件包括具有阀内件孔的 流体入口。
全文摘要
本发明公开了一种用于实时监控定量配给器效率的平均压差法。该方法确定定量配给喷射器未喷射时的平均压力与定量配给喷射器在以预定命令的喷射速率进行喷射时的平均压力之间的压差。该平均压差法使定量配给器效率的监控得到改善。该方法可在许多领域实施。例如，在柴油卡车应用场合，该定量配给器效率可被精确地实时监控。
文档编号F01N11/00GK102027210SQ200980117945
公开日2011年4月20日 申请日期2009年2月9日 优先权日2008年4月1日
发明者丹尼尔·D·威廉, 托马斯·A·格瑞纳, 捷威尔·佛朗哥, 肖林 申请人:康明斯过滤Ip公司