CN110872971A - 用于松开以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于松开以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态的方法（100），所述计量阀处于用于将用于SCR催化器的尿素水溶液配入到内燃机的废气通道中的计量***中。该方法的特征在于，在预先给定的压力下给所述计量阀加载（104）尿素水溶液。

Description

用于松开以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态的方法

技术领域

本发明涉及一种用于松开（Lösen）以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态（Klemmen）的方法、一种计算机程序、一种能够机读的存储介质和一种电子控制器。

背景技术

在机动车技术的领域内，已知借助于配入尿素水溶液（HWL）的方式来进行氮氧化物还原的SCR催化器***（SCR=选择性催化还原）。关于排放保护的未来立法要求借助于尿素质量传感器来监控所使用的HWL的质量，以用于特别是识别通过车辆驾驶员进行的可能的错误装填。对于这种质量监控的精确性的法律要求相当于HWL中的尿素的±1％质量份额的传感器测量精度。在这种情况下，HWL的尿素含量的目标值典型地为32.5％。

通过计量模块配入HWL的过程通过本身运动的阀针来进行。持久地对这个阀针进行监控，以确保计量模块正常工作。

在DNOX***中用于给燃烧马达废气的脱氮的AdBlue^®（AUS32）在大约-11°C时结晶。为了避免***和组件的冻伤，在关闭马达时将AdBlue^®吸回到AdBlue^®储箱中。AdBlue^®的吸回尤其经由计量模块的喷射阀仅仅部分地得到实现。较小的剩余量始终留在喷射阀中。现有技术是，在关闭马达之后立即将***吸回。由于计量模块被安装在废气设备上，所以它通过被存储在废气设备中的热量得到加热。在先前运行中马达负载状态越大（热塞、Heißabsteller），输送给计量模块的废热就越高。在DNOX计量阀针夹紧时，主要认为在马达关闭和计量阀中的排空/吸回过程之后尿素水溶液的剩余量留在阀针与导引间隙之间或者留在阀升程上。由于在关闭状态下通过废气设备输入高热量，这些液态的剩余量可能转化为固态的尿素晶体，所述固态的尿素晶体的、在喷射阀内的构成可能导致阀针的夹紧，使得其在下次重新启动时由于喷射的消失而可能变得引人注目。

不仅对于CV（商用车辆）和PC（乘用车）来说，在烟气脱氮（DNOX）时出现阀针夹紧的问题已经久为人知。由于迄今为止无法明确澄清，哪些情况导致阀针永久锁死，所以这个问题的可靠的松开就显得必要。到目前为止，通过线圈加热实施的阀针松动程序并非在所有情况下获得成功。仅仅通过温度和通电的持续时间来确定的热量输入的提高没有引起明显的改进，因为由于法律上的***监控要求而应该遵守加热时间的时间限制。

根据现有技术，为了监控的目的而在无压力且无液体的状态中操控计量阀，以用于还在压力形成之前对阀针运动进行诊断。为此，借助于回读的计量阀电流变化曲线，在到达机械的阀止挡时预料到交变的电感。在此过程中所获取的喷射开始BIP（英语：喷射阶段的开始、Begin of Injection Period）和与此相关的BIP特性（BIP-Ausprägung）被考虑用于获取，通过阀针运动是否已经达到足够的BIP质量并且因此是否起作用或者是否另一方面存在阀针夹紧情况。

如果BIP特性不足，则DNOX***开始阀线圈加热，以用于实现这一点，即：阀中的尿素晶体分解，使得阀针能够再次运动。为了这个阀加热过程而给阀线圈通电，用于达到大约110°C的线圈温度。阀加热的持续时间比如为240秒，在这个持续时间里为进行检查而不断地操控所述阀，以用于确定BIP特性是否足够并且阀针加热是否成功。

如果在加热时间结束后阀针没有松动或者不可以运动，则将故障存储记录（Fehlerspeichereintrag）存储在控制器中。这种故障存储记录在整个行驶周期的持续时间里防止进一步的压力形成并且因此防止AdBlue^®计量以及NOx还原。

在现有技术的SCR催化器***中，用以电磁方式来操纵的针阀将尿素水溶液配入到废气中。这个计量阀为此相应地由控制器来操控。如果阀打开，那么其电流变化曲线就显示出表征性的弯折（Knick），所述弯折由于运动的阀针的互感而产生。这个电流弯折由控制器来采样并且通过计算被转换为数值。这个数值能够用于识别计量阀上的故障。在此认为，对于高值来说阀已经切换，并且低值则表明阀未进行切换并且因此被锁死。然而，电流弯折的特性受到若干因素的影响。其中一个因素是打开时刻的磁饱和度。所述磁饱和度又取决于以何种电流水平、也就是以何种磁力将阀针置于运动中。所述针通过弹簧并且通过尿素水溶液的液压的压力保持在其位置中。这种力必须通过电磁体来克服。在这种故障诊断的目前的应用中，比如在线圈很冷时可能出现切换过程，所述切换过程在电流变化曲线中没有或者对于分析来说没有充分地得到反映。由此计算的数值较低，尽管计量阀已经切换。由此提高了错误地诊断阀被锁死的风险。这样的误诊断尤其对于冷的线圈结合高的电池电压以及高的弹簧力和/或压力来说是可能的。

在公开文献DE 10 2011 004 150 A1描述了一种用于松开计量***中的计量阀的夹紧状态的方法，所述计量***用于配入用于内燃机的SCR催化器的含水的尿素水溶液，其中借助于将温度输入到计量阀中的方式来松开夹紧状态。温度输入通过给以电磁方式来操纵的计量阀的电磁线圈通电的方式来进行。

在公开文献DE 10 2007 017 459 A1中描述了一种用于给必要时冻住的计量阀解冻的方法，所述计量阀被设置用于确定计量速率，以该计量速率将尿素水溶液配量到内燃机的废气通道中。在给以电磁方式来操纵的计量阀的电磁线圈通电时，根据电流升高来探测所述计量阀的冻结状态。就表征的电流变化的存在对电流上升沿进行监控，所述表征的电流变化在计量阀的阀针的运动期间由于所涉及的磁回路的电感的变化而出现。

在尿素水溶液中可能出现尿素的结晶。如果在计量***中出现高于比如100℃的温度并且在关闭SCR***之后存在一定的冷却时间，则尤其出现尿素的结晶。例如，根据废气设备而定，在0.5小时的冷却时间之后就已经可能出现尿素晶体的形成。这些尿素晶体尤其可能堵塞（zusetzen）或夹紧计量阀。计量阀的活动的阀针不仅在打开的位置中而且在关闭的位置中或者在中间位置中都可能夹紧，从而不再保证正确的计量。在这种情况下，由于的错误的计量而在车载诊断的范围内出现故障存储记录。在公开文献DE 10 2007 011 686A1中描述了一种计量阀，该计量阀将试剂配量到内燃机的废气通道中。为了对计量阀进行冷却，在阀体中存在如下通道，所述通道由冷却剂贯穿流过。

发明内容

所述方法用于松开计量***中的以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态，所述计量***用于将用于SCR催化器的尿素水溶液配入到内燃机的废气通道中。

所述方法的特征在于，在预先给定的压力下向计量阀加载尿素水溶液。

对于PC来说，在这种情况下处于4.5巴与8.5巴之间的压力是优选的，对于CV来说处于4.5巴与11巴之间的压力是优选的。

由此有利地实现这一点，即：主要在阀针和导引间隙之间或者在阀升程上存在的尿素晶体由于AdBlue^®的良好的蠕变特性而至少部分地被溶解。

根据一种优选的实施方式，除了通过向计量阀加载尿素水溶液的方式来松开夹紧状态之外也通过将温度输入到计量阀中的方式来松开夹紧状态。在这种情况下，通过将温度输入到计量阀中的方式松开夹紧状态的做法优选在通过向计量阀加载尿素水溶液的方式松开夹紧状态的做法之前或者与其同时进行。优选通过对于计量阀线圈的加热来将温度输入到计量阀中，这一点能够通过通电来实现。

用这种新颖的方案，机动车能够还在同一个行驶周期中执行具有NOx还原功能的计量运行。此外，能够显著地减少夹紧的并且因此暂时有缺陷的计量阀的维修和/或更换。

根据一种优选的实施方式，将计量阀操控预先给定的时间并且根据计量阀的、在所述预先给定的时间开始之后所测量的电流变化曲线来获取BIP特性的评估数（Bewertungszahl）。

所述预先给定的时间优选在20到30秒之间。所述操控例如能够通过占空比（英语：占空比、duty cycle）来实现。

通过这个特征来获取的喷射开始BIP（喷射阶段的开始、Begin of InjectionPeriod）和BIP特性的与此相关的评估数有利地被考虑用于获取，通过阀针运动是否已经达到了足够的BIP质量，也就是说计量阀是否起作用或者是否存在阀针夹紧情况。

通过对于阀线圈的操控，将磁力施加到所述针上并且尝试使该针运动。因此，引起AdBlue^®还更好地挤入到阀针中间空间中的结果并且又能够使阀针运动。

如果BIP特性的评估数小于预先给定的阈值，也就是说，如果存在阀针夹紧情况，那么根据另一种优选的实施方式就将尿素水溶液从计量阀中吸回。吸回过程优选周期性地进行。通过所述吸回过程来实现这一点，即：阀-中间空间中的液态的AdBlue^®将已经松脱的尿素晶体从计量阀中冲出。由此，能够加速晶体从结晶状态到被溶解的状态的转化过程以及阀针松动过程。

如果BIP特性的评估数大于预先给定的阈值，也就是说，如果不存在阀针夹紧情况，则能够成功地结束本方法。

根据一种优选的实施方式，吸回过程进行3至5秒的持续时间。通过这段持续时间，有利地实现这一点，即：有效地将尿素晶体从计量阀中除去。

根据一种优选的实施方式，在吸回之后再次将计量阀操控预先给定的时间并且根据计量阀的、在预先给定的时间开始之后所测量的另一电流变化曲线来获取BIP特性的另一评估数。

预先给定的时间优选在20到30秒之间。所述操控比如能够通过占空比（英语：占空比、duty cycle）来实现。

所述吸回过程结合最后提到的特征引起AdBlue^®介质的来回运动，由此用“混合效应”来如此程度减少所述阀中的起初干扰的气垫（Luftpolster），使得在阀中缓慢上升的液体份额能够挤压直至导引间隙和阀升程中的最远离的尿素晶体并且就这样引起尿素晶体的溶解。在AdBlue^®介质来回运动后再次获取BIP特性的评估数。如果所述评估数仍然低于预先给定的阈值，则能够继续所述方法。如果所述评估数大于预先给定的阈值，则能够成功地结束该方法。

根据另一种优选的实施方式，多次、也就是说至少两次先后实施吸回、操控计量阀的步骤，由此用HWL填充计量阀-并且实施获取BIP特性的评估数的步骤。AdBlue^®介质的与此相关的来回运动增强了上面提到的“混合效果”，使得阀中的液体份额还能够进一步向前挤到导引间隙和阀升程中的最远离的尿素晶体处，由此引起尿素晶体的还更好的溶解。根据另一种实施方式，如此长时间地重复上面所提到的步骤，直到所产生的BIP特性的评估数表明不再存在阀夹紧状态。

根据一种优选的实施方式，在向计量阀加荷之前对尿素水溶液进行加热。这能够优选在计量阀的有待执行的填充过程的期间进行。

这个特征能够通过对于压力管路加热机构的激活来实现，由此通过AdBlue^®液体来额外地将热量输入到计量阀中。HWL的这样的变热引起尿素晶体的还更好的溶解。

根据又一种优选的实施方式，使用计量阀的温度变化曲线，以用于比如在上面所描述的阀针松动程序的强度和持续时间方面来表征当前的用于松开以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态的方法。

阀针松动程序比如包括用处于高压下的HWL填充计量阀并且随后吸回HWL的步骤。

在这种情况下，能够获取上面所描述的阀针松动程序的强度和持续时间与阀针的夹紧状态的松开或者阀针的夹紧状态的松开的可能性之间的函数上的关联。

能够使用以在此出现的高的废气温度进行的在前一个行驶周期中所执行的柴油微粒过滤器再生（DPF）以及在车辆的关闭过程中所存在的高的阀峰值温度，以用于表征上面所描述的阀针松动程序的强度和持续时间。废气温度在这种情况下优选在600℃到800℃之间。阀峰值温度优选在90℃到190℃之间。

如果计量阀在打开的状态中被夹紧或锁死，那么根据一种优选的实施方式结束所述方法。这个特征与阀在打开时被锁死的风险相关联。其背景是，夹紧的阀针可能处于要么关闭的要么打开的被锁死的状态中。如果阀针处于关闭的被锁死的状态中、也就是如果阀针尖用阀弹簧朝阀座挤压，那么在用AdBlue^®填充阀时没有液体能够进入到废气设备中。但是，如果阀针处于打开的、被锁死的状态中、也就是说如果阀针尖没有被朝阀座挤压、比如在阀弹簧断裂的情况下或者如果在阀针尖与阀座之间有颗粒，那么在用AdBlue^®填充阀时会有大量的液体量进入废气设备中并且导致氨/NH₃滑移连同中毒后果。因此，通过这个特征避免了上面所提到的风险。

如果BIP特性的、在前一个行驶周期中在切断属于SCR催化器的计量***的内燃机之后所获取的评估数小于预先给定的数值，那么根据一种优选的实施方式中止该方法。优选紧接在切断内燃机之后执行BIP特性的获取步骤。优选将针运动检查操控2至3次。

如果BIP特性的评估数大于预先给定的数值，那就能够以非常高的可能性来认为在下一个行驶周期中夹紧的阀在关闭的状态中被锁死。如果紧接在切断内燃机机之后、比如由于阀弹簧断裂而再也不能进行BIP识别，那么在阀夹紧时在下一个行驶周期中不再执行阀针松动程序，因为在这种情况下存在中毒风险。

通过这个特征来将上面提到的中毒风险降低到最低限度。

根据另一种优选的实施方式，如果HWL的输送泵的所测量的功率或转速高于HWL的输送泵的预先给定的功率或转速，则中止该方法。

如果计量阀在打开的状态中夹紧，那么输送泵就必须以恒定的压力比在阀关闭地被锁死并且压力相同的情况下施加高得多的输送功率。因此，输送泵的功率或转速能够用作判定标准，以用于判定阀是在打开的状态中还是在关闭的状态中被锁死。也就是说，一旦输送泵转速在存在***压力的情况下超过标准阈值、也就是预先给定的数值，那就必须认为计量阀在打开的状态中被锁死并且必要时必须在松动程序的进一步进程中采取限制措施（Restriktion）。

通过这种对于输送泵功率或转速的监控，有利地实现了这一点，即：能够探测到在打开的状态下被锁死的阀。

所述计算机程序被设立用于，尤其在该计算机程序在电子控制器或者计算器上运行时执行所述方法的每个步骤。这能够在传统的控制器中实施所述方法，而不必对其进行结构上的改动。为此，所述计算机程序被存储在能够机读的存储介质上。通过将所述计算机程序装载到传统的电子控制器上这种方式来得到如下电子控制器，该电子控制器被设立用于执行用于松开以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态的方法。

附图说明

在附图中示出了本发明的一种实施例并且在下面的描述中对其进行详细解释。

图1示出了根据本发明的一种实施例的方法的示意性的流程图。

具体实施方式

在图1中示出了用于松开以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态的方法100，该方法在步骤102中开始并且询问用户是否已经操纵机动车的点火。在这种情况下，在点火启动开关的所谓的端子15处查询电信号。如果不是这种情况，所述方法就返回到步骤102。如果是这种情况，所述方法前进到步骤104，在步骤104中，询问BIP特性的、在前一个行驶周期中在切断属于SCR催化器的计量***的内燃机之后所获取的评估数是否小于预先给定的数值。如果询问得到肯定，则所述方法前进到步骤144，在该步骤中中止所述方法并且输出错误消息。在此输出错误消息，即计量模块在打开的状态中锁死并且车辆的用户应该前往维修点。如果步骤104的询问被否定，则所述方法前进到步骤106。

在附图中，打勾代表着对于询问的肯定并且打叉代表着对于询问的否定。

在步骤106中，将计量阀操控三个干循环（Trockentaktung）。因此，以在计量运行中在PC和LD范围内常见的3.33Hz的操控频率产生大约为1秒的操控时间。“干燥包（Trockenpackung）”是指，为了进行BIP获取过程而仅仅极其短暂地操控无HWL的阀，其中阀尖干燥地撞击阀座。

在下一个步骤108中获取BIP特性的评估数。在紧随此后的步骤110中，询问BIP特性的评估值是否小于预先给定的阈值。如果是这种情况，则该方法前进到步骤112。如果不是这种情况，则该方法前进到步骤140和141，其中在步骤140中以下述参数来运行输送泵，在所述参数下所述泵通常在高压下用AdBlue^®来填充计量阀，并且在步骤141中将HWL配入到废气系中。此后，结束所述用于松开以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态的方法100，并且能够输出消息，根据该消息计量阀正常地起作用。

在步骤112中，以110℃的温度将计量阀加热240秒。在紧随此后的步骤114中，将计量阀操控25秒。在下一个步骤116中，重新获取BIP特性的评估数。在紧随此后的步骤118中，询问BIP特性的评估数是否小于预先给定的阈值。如果是这种情况，则该方法前进到步骤120。如果不是这种情况，则该方法前进到上面所提到的步骤140和141。

在步骤120中，以110℃的温度将计量阀加热240秒，并且同时用以下参数来运行输送泵，在所述参数下所述泵通常在高压下用AdBlue^®来填充计量阀。

在执行步骤120的时间期间，在步骤122中询问HWL的输送泵的转速是否高于HWL的输送泵的预先给定的转速。如果是这种情况，则该方法前进到步骤124。如果不是这种情况，则该方法前进到步骤144。

在步骤124中，询问***压力是否小于预先给定的压力。如果是这种情况，则该方法前进到步骤144，如果不是这种情况，则该方法前进到步骤126。

如果步骤122的询问持续地得到否定，则在执行步骤120的时间过去之后，该方法前进到步骤126。

在步骤126中，重新将计量阀操控25秒。在下一个步骤128中，获取BIP特性的评估数。在紧随此后的步骤130中，询问BIP特性的评估数是否小于预先给定的阈值。如果是这种情况，则该方法继续到步骤132。如果不是这种情况，则该方法继续到上面所提到的步骤140和141。

在步骤132中，将HWL从计量阀中吸回4秒钟的时间。

在步骤134中，获取在当前的松开计量阀的夹紧状态的尝试中、也就是在当前的行驶周期中已经多少次向计量阀加载高的压力的次数。在紧随此后的步骤136中，询问所获取的次数是否大于预先给定的阈值。如果是这种情况，则该方法继续到步骤144。如果不是这种情况，则该方法返回到步骤112。

应该借助于另一种具有多个类似的方框的实施例以简单的方式方法来说明所述方法。作为替代方案的方法具有以下方框：第一方框，在该第一方框中等待端子15的信号；第二方框，该第二方框具有前一个周期的BIP获取过程；第三方框，该第三方框具有当前的周期的BIP获取过程；第四方框，在该第四方框中用阀加热来操控计量阀并且进行BIP获取过程；第五方框，在该第五方框中用阀加热并且用HWL-压力加载来操控计量阀并且进行BIP获取过程；以及第六方框，该第六方框具有吸回过程和方法重复。

第一方框对应于图1的实施例的步骤102。第二方框对应于图1的实施例的步骤104。第三、第四和第五方框的结构在方法流程方面相类似地构成并且区别仅仅在于不同的数值。方框3至5的方法流程在下面进行描述。第六方框对应于图1的实施例的步骤132至136。

方框3至5分别都有四个步骤。在第一步骤中操控计量阀。在这种情况下，在第三方框中操控计量阀，而没有进行阀线圈加热或者加载HWL。在这种情况下，进行2到4次计量阀操控。在这种情况下，在第四方框中仅仅执行阀线圈加热。这优选进行240秒的时间。在第五方框中，用HWL的加载来操控计量阀。这优选进行25秒的时间。

在方框3至5的第二步骤中进行BIP获取过程。在方框3至5的第三步骤中，询问BIP特征的评估数是否小于预先给定的阈值。如果不是这种情况，那就如在图1的实施方式中一样用步骤140和141继续下去。如果是这种情况，那就用第四步骤继续下去，在该第四步骤中进行如下询问，所述询问取决于方框的号数。在方框3中询问2至4次计量阀操控是否结束。在方框4中询问上面提到的240秒是否结束。在方框5中询问上面提到的25秒是否结束。

Claims (13)

1.一种方法（100），该方法用于松开以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态，所述计量阀处于用于将用于SCR催化器的尿素水溶液配入到内燃机的废气通道中的计量***中，其特征在于，在预先给定的压力下给所述计量阀加载（120）尿素水溶液。

2.根据权利要求1所述的方法（100），其特征在于，除了通过向所述计量阀加载尿素水溶液的方式来松开夹紧状态之外，也通过向所述计量阀中输入温度的方式来松开（112、120）夹紧状态。

3.根据权利要求1或2所述的方法（100），其特征在于，在预先给定的时间里操控（106、114、126）所述计量阀，并且借助于所述计量阀的、在预先给定的时间开始之后测量的电流变化曲线来获取（108、116、128）BIP特性的评估数。

4.根据权利要求3所述的方法（100），其特征在于，如果所述BIP特性的评估数小于预先给定的阈值，则从所述计量阀中吸回（132）尿素水溶液。

5.根据权利要求4所述的方法（100），其特征在于，在 3至5秒的持续时间里执行所述吸回（132）。

6.根据权利要求4或5所述的方法（100），其特征在于，在所述吸回（132）之后再次将所述计量阀操控（106）预先给定的时间并且借助于所述计量阀的、另一在预先给定的时间开始之后测量的电流变化曲线来获取（108）BIP特性的另一评估数。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其特征在于，使用所述计量阀的温度变化曲线，以用于表征用于松开以电磁方式来操纵的计量阀的夹紧状态的当前的方法。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其特征在于，如果所述计量阀在打开的状态中夹紧，则结束（104、124）所述方法（100）。

9.根据前一项权利要求所述的方法（100），其特征在于，如果所述BIP特性的、在前一个行驶周期中在切断属于SCR催化器的计量***的内燃机之后所获取的评估数小于预先给定的数值，则中止（104）所述方法。

10.根据权利要求8或9所述的方法（100），其特征在于，如果HWL的输送泵的所测量的功率或转速高于HWL的输送泵的预先给定的功率或转速，则中止（122、124）所述方法。

11.一种计算机程序，该计算机程序被设立用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法（100）的每个步骤。

12.一种能够机读的存储介质，在所述能够机读的存储介质上存储了根据前一项权利要求所述的计算机程序。

13.一种电子控制器，该电子控制器被设立用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法（100）的每个步骤。

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