车辆SCR系统的喷射器的故障诊断方法和装置与流程

本发明涉及车辆、尤其柴油车尾气的选择性催化还原系统中的喷射器的故障诊断方法和装置。

背景技术：

当前出于能源方面的考虑，越来越多的车辆配备柴油机作为动力源。为了满足日益严格的尾气排放标准，这种车辆通常会配备选择性催化还原(scr)系统。

scr系统主要包括用于存储还原剂(通常为尿素)的存储罐以及用于将还原剂从存储罐依需要喷射到车辆排气管中的喷射器。这种喷射器大体上由设有喷口的本体、位于所述本体内使得喷口选择性通断的阀芯以及对阀芯进行致动的电磁线圈组成。

喷射器的喷口的及时通断对于确保适量的还原剂喷射到排气管中是非常关键的。在目前的一些车辆中，仅仅通过实时测量scr系统喷射器的电磁线圈的电流来确认喷射器是否工作正常。但是，仅测量电磁线圈的电流这一种措施无法绝对可靠地确认scr系统的喷射器是否处于正常工作状态。如果出现误判的话，导致喷射到排气管中的还原剂量不足或者没有还原剂喷射的话，将会造成车辆尾气的氮化物超标，违反排放法规或者严重时甚至会威胁到车辆乘员的身体健康。

另外，上述电流测量要求scr系统配备较为高端价格的电控单元(ecu)才能实现。但有时，出于提高企业竞争力以及节约成本的考虑，需要为scr系统配备中低端价格的ecu。这种中低端价格的ecu不具有读取和处理这种电流测量信号的能力和配置，因此无法实现scr系统的喷射器的诊断测量。

因此，迫切需要开发一种对现有的测量电磁线圈电流措施的补充和/或替代性技术方案。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明提出了一种改进的车辆scr系统的喷射器的故障诊断方法和装置，可以是对现有喷射器的故障诊断方法的有利替代或补充。

根据本发明的一个方面，提供了一种对车辆scr系统的喷射器故障判断的方法，所述scr系统包括还原剂存储罐、喷射器、位于所述还原剂存储罐与所述喷射器之间的连接管路中的加压泵装置、以及用于控制所述喷射器和所述加压泵装置的ecu，所述加压泵装置包括用于选择性将还原剂从所述还原剂存储罐加压供应至所述喷射器的泵以及用于以一大于所述泵的响应时间的时间间隔不断地检测所述泵出口压力的压力传感器，所述方法包括以下步骤：

sq：启动对所述喷射器的故障检测；

s22：指令所述喷射器以最大喷射量的至少30％改变还原剂的喷射量；

s23：如果由所述压力传感器所检测的出口压力变化的绝对值大于一预定的压力阈值，则认定所述喷射器发生故障；否则，认定所述喷射器工作正常。

可选地，在所述步骤s22之前，执行以下步骤：

s21：指令所述喷射器停止工作一预定的停机时间。

可选地，在步骤sq之前，执行以下步骤：

s11：通过将所述喷射器发出的本次还原剂喷射指令量减去前一次还原剂喷射指令量来确定还原剂喷射指令量差值；

s12：通过将本次测量的还原剂压力值减去前一次测量的还原剂压力值来确定还原剂压力值测量差值；

s13：将所述还原剂喷射指令量差值与所述还原剂压力值测量差值相乘，在相乘结果大于零时，执行步骤sq；否则，认定所述喷射器工作正常。

可选地，仅当步骤s11确定的还原剂喷射指令量差值的绝对值大于一比最大喷射量的30％小的阈值时和/或当步骤s12确定的还原剂压 力值测量差值的绝对值大于一比所述预定的压力阈值小的值时，才执行步骤s13。

可选地，在步骤s13的相乘结果小于零时，一第一计数器清零，并认定所述喷射器工作正常；

在步骤s13的相乘结果大于零时，该第一计数器计数一次，如该第一计数器的累计计数值未超过一大于1的预定值，则返回到步骤s11和步骤s12；否则，执行步骤sq。

可选地，仅当步骤s11确定的还原剂喷射指令量差值的绝对值大于最大喷射量的5％～10％时，才执行步骤s13。

替代性地，每隔一预定的时间段执行所述步骤sq，所述预定的时间段例如为30分钟、45分钟、60分钟等。

可选地，在步骤s23所检测的出口压力的绝对值未大于预定的压力阈值时，一第二计数器归零并认定所述喷射器工作正常；

在步骤s23所检测的出口压力的绝对值大于预定的压力阈值时，该第二计数器计数一次，如果该第二计数器的累计计数值未超过一大于1的预定值，则返回到步骤s21和步骤s22；否则，认定所述喷射器发生故障。

可选地，所述方法还包括：

检测所述喷射器的电磁线圈的电流；

在所述检测的电流波形与规定的电流波形不符，认定所述喷射器发生故障；否则，认定所述喷射器工作正常。

根据本发明的另一个方面，提供了一种车辆scr系统，其包括还原剂存储罐、喷射器、位于所述还原剂存储罐与所述喷射器之间的连接管路中的加压泵装置、以及用于控制所述喷射器和所述加压泵装置的ecu，所述加压泵装置包括用于选择性将还原剂从所述还原剂存储罐加压供应至所述喷射器的泵以及用于以一大于所述泵的响应时间的时间间隔不断地检测所述泵出口压力的压力传感器，所述ecu仅具有能够从所述压力传感器接收压力检测信号的能力，并且所述ecu执行上述方法。

根据本发明的另一个方面，提供了一种车辆scr系统，其包括还 原剂存储罐、喷射器、位于所述还原剂存储罐与所述喷射器之间的连接管路中的加压泵装置、以及用于控制所述喷射器和所述加压泵装置的ecu，所述加压泵装置包括用于选择性将还原剂从所述还原剂存储罐加压供应至所述喷射器的泵以及用于以一大于所述泵的响应时间的时间间隔不断地检测所述泵出口压力的压力传感器，所述喷射器包括用于实现还原剂喷射的电磁线圈，所述ecu具有能够从所述压力传感器接收压力检测信号的端口以及能够接收所述电磁线圈的检测电流的端口，并且所述ecu执行上述方法。

采用本发明的上述技术手段，对于采用中低端价格的ecu制造的scr系统而言，仅以泵出口压力作为评价基础就能够判断喷射器是否工作正常，在确保scr系统工作可靠性的同时，降低了制造成本。另外，在采用高端价格的ecu的scr系统中，也可以采用本发明的技术手段，作为对以喷射器的电磁线圈的检测电流作为评价基础的故障判断方法的有利补充，减小了误判率，提高了可靠性。

附图说明

从后述的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本发明的前述及其它方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本发明的理解。在附图中：

图1是系统简图，示意性示出了执行根据本发明的喷射器故障诊断方法的scr系统的一个实施例的框图；

图2是流程图，示意性示出了根据本发明的喷射器故障诊断方法的一个实施例；

图3是流程图，示意性示出了如图1所示的方法中的预判步骤的一个实施例；

图4是流程图，示意性示出了如图1所示的方法中的检测步骤的一个实施例；并且

图5是系统简图，示意性示出了执行根据本发明的喷射器故障诊断方法的scr系统的另一个实施例的框图。

具体实施方式

在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。

图1示意性示出了一个车辆scr系统简图。该scr系统大体上包括电控单元(ecu)、用于存储诸如尿素的还原剂的存储罐100、用于将还原剂喷射到车辆排气管400中的喷射器300、以及在所述存储罐100与喷射器300之间连接的加压泵装置200。加压泵装置200在ecu的控制下依据需要将一定量的还原剂经管道从存储罐100加压供应到喷射器300中。

喷射器300包括设有喷口的本体、使得喷口选择性通断的阀芯以及对阀芯进行致动的电磁线圈。ecu经由线路l31向喷射器300的电磁线圈发出致动阀芯的指令。

加压泵装置200主要包括泵210以及在泵210的出口下游设置的压力传感器220。压力传感器220用于以一大于泵的响应时间的时间间隔不断地检测由泵210出口泵出的压力值。需要指出的是，在本申请的上下文中，泵的响应时间指的是自泵接收到变速指令到其出口压力产生变化的时间。所检测的压力值经由线路l2供给ecu做判断。ecu依据所检测的压力值判断泵出的还原剂压力是否满足要求，并据此可以根据线路l1再对泵210的输出功率相应进行调节，例如调节泵210的泵速。这种能够接收检测的压力值的端口在scr系统能够采用的高、中、低端价格的ecu中均有配置。

图2示意性示出了适用于配备仅有压力端口的ecu的scr系统的根据本发明的故障判断方法的一个实施例的流程图。

如图2所示，根据本发明的喷射器的故障判断方法包括：

s00：scr系统开机；

s10：判断是否启动故障检测(预判步骤)；

sq：启动故障检测；

s20：进行故障检测(检测步骤)；

s30：系统正常运行；以及

s40：系统报警。

需要指出的是，本发明的故障判断方法能够在scr系统的ecu内部以任何适当的方式例如指令代码编程执行。

通常，在scr系统运行后，ecu会依据需要不断地经由线路l31向喷射器300发出喷射还原剂的指令，例如增加或减小喷射量。在经由线路l31发出指令的同时，ecu也会将对应的指令经由线路l1发送给泵210，使得泵210相应增减液体喷射压力。

图3示出了与图2所示的预判步骤s10对应的一个实施方式的流程图。

首先，在步骤s11，ecu确定向喷射器300发出的前一次还原剂喷射指令量与本次还原剂喷射指令量之间的还原剂喷射指令量差值δs31(例如，后者减去前者，见图1)。在本发明的上下文中，还原剂喷射指令量指的是喷射器300所接收到的令其应当喷射还原剂的量。

ecu经其压力端口接收由压力传感器220所检测的泵210的出口的还原剂压力值。在步骤s12，ecu确定前一次测量的还原剂压力值与本次测量的还原剂压力值之间的差值δs2(例如，后者减去前者)。

为了减小ecu的工作负担，降低其能耗并提高其使用寿命，在步骤s11中，可以设置成仅当差值δs31的绝对值大于一阈值(例如，喷射器300的最大喷射量的5％～10％)时，才进行下一步。可选地，在步骤s12中，也可以设置成仅当δs2的绝对值大于一阈值时，才进行下一步。

接着，在步骤s13，将步骤s11确定的还原剂喷射指令量差值δs31与步骤s12确定的还原剂压力值的差值δs2进行比较，确定二者变化趋势来判断喷射器300是否堵塞。通常在喷射器300工作时，在喷射器300与泵210之间的流体管道中总是会维持一定的压力。此外，ecu发出指令后，喷射器300的响应时间要快于泵210的响应时间，因此通过设定对二者响应的判断逻辑，可以确定喷射器300是否堵塞。例如，在喷射器300被指令增加还原剂喷射量的情况下，在喷射器300实际正常工作时，差值δs31为正值但差值δs2为负值，则二者乘积小于零，表明喷射器300此次工作正常，步骤s13输出结果为“否”；在喷射器300实际工作阻塞时，差值δs31为正值，但受到喷射器阻塞 影响，差值δs2相应会为正值，则二者乘积大于零，表明喷射器300目前存在阻塞现象，步骤s13输出结果为“是”。再例如，在喷射器300被指令减小还原剂喷射量的情况下，在喷射器300实际正常工作时，差值δs31为负值但差值δs2为正值，则二者乘积小于零，表明喷射器300此次工作正常，步骤s13输出结果为“否”；在喷射器300实际工作阻塞时，差值δs31为负值，但受到喷射器阻塞影响，差值δs2相应会为负值，则二者乘积大于零，表明喷射器300目前存在阻塞现象，步骤s13输出结果为“是”。以上判断方式仅为示例，本领域人员可以使用其它类似判断方式。

为了避免频繁进入启动故障检测步骤sq并因而再进入检测步骤s20，对于预判步骤s10而言，当步骤s13输出结果为“否”时，在步骤s14，一计数器归零且转到步骤s30。当步骤s13的输出结果为“是”时，在步骤s15计数器加1。接着，在步骤s16判断计数器是否大于一个预定值(例如，5、10或任何其它的合适的数字)。当计数器小于或等于预定值时，从步骤s16返回到步骤s11和s12。仅计数器大于预定值时，认定喷射器300在目前有可能存在故障，从步骤s16跳转到步骤s20，进入启动故障检测步骤sq，随后进行检测步骤s20。

如图4所示，对于正式故障检测s20，在步骤s21中，ecu首先指令scr系统的喷射器300停止工作一时间段，例如1秒。然后，在步骤s22，ecu经由线路l31指令喷射器300以最大喷射量的至少30％喷射还原剂，即此时差值δs31为最大喷射量的30％或更多。由于scr系统在步骤s21已经停止工作，所以在步骤s23压力传感器220所测量的还原剂压力即为压力差值δs2为负值。ecu在步骤s23判断该差值δs2的绝对值是否大于一预定的压力阈值。如果在步骤s23的判断结果为“否”，即差值δs2的绝对值未大于预定的压力阈值，则转到步骤s24，输出喷射器300正常工作的指令，并因此转到步骤s30，ecu指令scr系统正常继续工作。如果在步骤s23的判断结果为“是”，即差值δs2的绝对值大于预定的压力阈值，则转到步骤s25，输出喷射器300堵塞的指令，并因此转到步骤s40。在步骤s40，ecu令scr系统停机，并向行车电脑发出警报。行车电脑在接收到警报后，可以 相应地降低发动机功率，减少尾气排放，并向驾驶员发出警告，提醒驾驶员当前scr系统发生故障，进行检修。

本领域技术人员还应当清楚，在一个替代性实施例中，对于故障检测s20，也可以省略步骤s21。在这种情况下，在步骤s22直接指令喷射器300以最大喷射量的至少30％增加还原剂的喷射量或减小还原剂的喷射量。然后，在步骤s23确定差值δs2，如果差值δs2的绝对值大于预定的压力阈值，则转到步骤s25，输出喷射器300堵塞的指令，并因此转到步骤s40；如果差值δs2的绝对值未大于预定的压力阈值，则转到步骤s24，输出喷射器300正常工作的指令，并因此转到步骤s30，ecu指令scr系统正常继续工作。

本领域技术人员还应当清楚，预判步骤s10替代性地也可以采用计时器的方式来实现。例如，在ecu内部设定一定时器，该定时器以半个小时、1个小时等任何合适的时间间隔(以不频繁触发而影响ecu性能的时间为佳)进入启动故障检测步骤sq。

可选地，在正式故障检测s20的过程中，在步骤s23与步骤s25之间，也可以设置如步骤s14至s16所采用的计数器，从而仅当计数器大于一定值，即当步骤s23的差值δs2的绝对值多次且连续地大于预定的压力阈值时，才认定喷射器300出现阻塞。

本领域技术人员还应当清楚，在本发明的实施例中可以直接省略预判步骤s10，而直接进入启动故障检测步骤sq，然后ecu指令scr系统以如上所提到的关于故障检测s20有关的方案进行检测。

因此，根据本发明的优选实施例，本发明提供了一种对车辆scr系统的喷射器故障判断的方法，所述scr系统包括还原剂存储罐、喷射器、位于所述还原剂存储罐与所述喷射器之间的连接管路中的加压泵装置、以及用于控制所述喷射器和所述加压泵装置的ecu，所述加压泵装置包括用于选择性将还原剂从所述还原剂存储罐加压供应至所述喷射器的泵以及用于以一大于所述泵的响应时间的时间间隔不断地检测所述泵出口压力的压力传感器，所述方法包括以下步骤：

sq：启动对所述喷射器的故障检测；

s22：指令所述喷射器以最大喷射量的至少30％改变还原剂的喷射 量；

s23：如果由所述压力传感器所检测的出口压力变化的绝对值大于一预定的压力阈值，则认定所述喷射器发生故障；否则，认定所述喷射器工作正常。

本发明因此还提供了一种车辆scr系统，其包括还原剂存储罐、喷射器、位于所述还原剂存储罐与所述喷射器之间的连接管路中的加压泵装置、以及用于控制所述喷射器和所述加压泵装置的ecu，所述加压泵装置包括用于选择性将还原剂从所述还原剂存储罐加压供应至所述喷射器的泵以及用于以一大于所述泵的响应时间的时间间隔不断地检测所述泵出口压力的压力传感器，所述喷射器包括用于实现还原剂喷射的电磁线圈，所述ecu具有能够从所述压力传感器接收压力检测信号的端口和/或能够接收所述电磁线圈的检测电流的端口，并且所述ecu执行上述方法。

采用本发明的上述技术手段，scr系统无需配备较为昂贵的ecu就可以实现喷射器300的故障检测，在增加scr系统的运行可靠性的同时，显著降低了scr的制造成本。

本发明的上述故障检测方法也可以在配备高端价格的ecu的scr系统中采用。例如，图5示意性示出了采用根据本发明的喷射器故障诊断方法的scr系统的另一个实施例的框图。

图5所示的scr系统与图1所示的scr系统的唯一不同之处在于，ecu为高端价格的ecu，其接口能够经由线路l32与喷射器300相连，用于实时接收喷射器300的电磁线圈的检测电流。基于所获取的检测电流波形，ecu能够判断出喷射器300是否堵塞，例如如果所检测的电流波形与规定的电流波形不符，则认定堵塞。与此同时，该scr系统的ecu还能够执行上述本发明的基于压力传感器220检测的泵压力的故障检测方法。也就是说，同时采用基于电流与压力的故障检测方法，进一步确保了scr系统的故障判断的准确率，避免了现有scr系统仅通过电流进行故障检测而会出现漏判的现象。

尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在 不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。