CN109869217B - 用于尿素水溶液喷射系统的喷嘴阻塞诊断系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于尿素水溶液喷射系统的喷嘴阻塞诊断系统和方法，其中所述尿素水溶液喷射系统包括储液罐、喷嘴、以及经由流体管路在所述储液罐与所述喷嘴之间连接的泵，所述喷嘴阻塞诊断系统包括用于检测所述流体管路内的流体压力的传感器模块以及用于接收和分析所述传感器模块的压力检测值并对所述泵进行控制的控制模块，所述控制模块能够控制所述泵启动n次以使得所述喷嘴回抽，其中n为整数且≥1，针对喷嘴的每次回抽过程，在一预定的时间间隔内，传感器模块检测所述流体管路内的压力值，并且检测到的压力值通过所述控制模块被积分而获得一积分值，所述控制模块基于这样获得的n个积分值来判断所述喷嘴是否阻塞和/或所述喷嘴的阻塞程度。
Description
技术领域
本申请涉及柴油车中所采用的尿素水溶液喷射系统中的喷嘴阻塞诊断系统和方法。
背景技术
出于环保原因，目前柴油车中广泛采用选择性催化还原(SCR)系统对发动机废气进行处理。SCR系统主要包括尿素水溶液喷射系统，依据需要向发动机排气管中喷射尿素水溶液，从而对发动机废气中的氮氧化合物做无害化处理并排出外界。
尿素水溶液喷射系统长期使用，每次喷嘴喷射尿素水溶液后残留在喷嘴中的尿素水溶液会结晶，这种结晶会阻塞喷嘴；或者如果尿素水溶液本身含有杂质的话，长期残留后这种杂质也会造成喷嘴阻塞。阻塞的喷嘴将无法喷射所需量的尿素水溶液，造成发动机废气排放超标。
现有技术大多仅能够检测已经完全阻塞后的喷嘴情况。如果在喷嘴开始发生阻塞的时候就能够进行相应检测或者在喷嘴即将完全阻塞之前就能够预见到这种阻塞的话，将会为柴油车的使用者提供警示，从而可以提前进行相应处理，例如更换或清洗喷嘴等，避免发动机废气排放超标。
发明内容
本申请旨在提出一种尿素水溶液喷射系统中采用的喷嘴阻塞诊断系统和方法，从而在喷嘴完全阻塞之前就能够判断出喷嘴的阻塞程度。
根据本申请的一个方面，提供了一种用于尿素水溶液喷射系统的喷嘴阻塞诊断系统，其中所述尿素水溶液喷射系统包括储液罐、喷嘴、以及经由流体管路在所述储液罐与所述喷嘴之间连接的泵，所述喷嘴阻塞诊断系统包括用于检测所述流体管路内的流体压力的传感器模块以及用于接收和分析所述传感器模块的压力检测值并对所述泵进行控制的控制模块，所述控制模块能够控制所述泵启动n次以使得所述喷嘴回抽，其中n为整数且≥1，针对所述喷嘴的每次回抽过程，在一预定的时间间隔内，所述传感器模块检测所述流体管路内的压力值，并且检测到的压力值通过所述控制模块被积分而获得一积分值，所述控制模块基于这样获得的n个积分值来判断所述喷嘴是否阻塞和/或所述喷嘴的阻塞程度。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种用于尿素水溶液喷射系统的喷嘴阻塞诊断方法。所述方法包括：控制所述泵启动n次以使得所述喷嘴回抽，其中n为整数且≥1，并且针对所述喷嘴(300)的每次回抽过程，在一预定的时间间隔内，检测所述流体管路内的流体压力，并对压力检测值积分获得一积分值；基于这样获得的n个积分值来判断所述喷嘴是否阻塞和/或所述喷嘴的阻塞程度。
采用本申请的上述技术手段，在不改变现有尿素水溶液喷射系统构造的前提下，能够相对定量地判断喷嘴是否阻塞以及阻塞程度，为柴油车的使用者提供早期预警，避免发动机废气排放超标，并提供更换或清洗喷嘴的依据。
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申请的前述及其它方面。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申请的理解。在附图中：
图1示意性示出了柴油车中所使用的尿素水溶液喷射系统的系统框图；
图2示意性示出了在尿素水溶液喷射系统的喷嘴通畅的情况下回抽喷嘴时尿素水溶液喷射系统的管路中的压力曲线图以及相关积分图；
图3示意性示出了在尿素水溶液喷射系统的喷嘴完全阻塞的情况下回抽喷嘴时尿素水溶液喷射系统的管路中的压力曲线图以及相关积分图；并且
图4示意性示出了根据本申请一个实施例的喷嘴阻塞诊断方法的流程图。
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示意性示出了柴油车中所使用的尿素水溶液喷射系统的系统框图。尿素水溶液喷射系统大体上包括用于存储尿素水溶液的储液罐100、喷嘴300、以及在所述储液罐100与所述喷嘴300之间经由流体管路相连的泵200。泵200用于经流体管路将尿素水溶液从储液罐100泵送到喷嘴300，以便向(图中未示出)柴油车的发动机排气管内选择性受控地喷射尿素水溶液。
每当喷嘴300完成一次尿素水溶液喷射过程之后，泵200会反向启动，从而使得流体管路和/或喷嘴300内残留的尿素水溶液回抽到储液罐100内。最终，喷嘴300与大气连通。因此，在上述回抽的过程中，如果喷嘴300通畅(未阻塞)的话，则在回抽一定时间后流体管路内的压力应当与大气压一致；如果喷嘴300被部分阻塞或甚至完全阻塞的话，则回抽一定时间后流体管路内仍为负压。
为了对喷嘴300的阻塞情况进行量化诊断从而为使用者提供进一步更换和/或清洗喷嘴300的提示，本申请的喷嘴阻塞诊断系统大体上包括传感器模块400以及控制模块500。例如，传感器模块400可以是本领域技术人员熟知的任何合适类型的流体压力传感器，如图1所示，设置在尿素水溶液喷射系统的流体管路上，用于检测流体管路内的流体压力情况。控制模块500与泵200和传感器模块400数据相连，用于控制泵200的操作和从传感器模块400接收流体管路内的压力测量数据。控制模块500包括计算机。例如，控制模块500可以是柴油车的电子控制单元(ECU)。
针对如图1所示的尿素水溶液喷射系统的流体管路，本申请的喷嘴阻塞诊断系统分别检测了通畅喷嘴以及完全阻塞喷嘴的情况，检测结果分别在图2和3中表示。在图2和3中，横坐标表示时间(单位；秒)，左纵坐标表示压力(单位：hPa/百帕)，右纵坐标表示压力的积分(单位：hPa·s/百帕·秒)。在图2和3中，曲线1和2代表流体管路内的实测压力结果。
在泵200正向运行时，尿素水溶液从储液罐100被抽吸到喷嘴300，因此流体管路内的压力值为正。随着泵200反向运行，在喷嘴300和/或流体管路内残留的尿素水溶液被回抽到储液罐100，在此过程中，流体管路内的压力值至少开始应为负。也就是说，当流体管路内的压力值从正转为负时，也就意味着泵200开始对喷嘴300进行回抽。从图2和3可以看出，在时刻t0，流体管路内的压力达到零。对于喷嘴畅通的情况(图2)，从时刻t0开始，流体管路内的负压绝对值先逐步达到一个最大值，然后随着喷嘴300和/或流体管路内残留的尿素水溶液被抽空，喷嘴300和/或流体管路内部将会与大气相通，并且因此流体管路两端的压力均达到大流体压力，从而使得流体管路内的压力绝对值接近零。然而，对于喷嘴完全阻塞的情况(图3)，流体管路内的负压值先逐步达到一个值，然后虽然随着喷嘴300和/或流体管路内残留的尿素水溶液被抽空，但是因为喷嘴300的阻塞所以流体管路两端仍会存在压差，也就是说，如果继续对喷嘴300进行回抽，流体管路内的负压值将会维持在一定值附近不变。本领域技术人员应当清楚，喷嘴300的阻塞程度应当与流体管路内的负压所维持的值大小相关。
因此，发明人发现通过对流体管路内的负压值进行分析，能够定量地诊断喷嘴300是否阻塞和/或大致了解阻塞程度。为此，针对图2和3的压力曲线，分别进行积分。积分的开始时刻为t0，结束时刻为t1，例如t1可以为泵200的回抽停机时间或者该回抽停机时间之前的某一时刻。图2和3中的曲线11和22分别代表所获得的相应积分曲线。
从图2和3可以看出，对于喷嘴畅通的情况，积分曲线11接近直线且斜率小，这与回抽后期流体管路内的压力值接近于零是对应的；对于喷嘴完全阻塞的情况，积分曲线22也接近直线且斜率大，这与回抽后期流体管路内的负压值接近恒定是对应的。在图2中，在时刻t1，积分曲线11达到值-7880.89，并且在图3中，在时刻t1，积分曲线22达到值-53571.72。可以看出，通过评价压力曲线在一规定时间段内的积分值可以对喷嘴300的阻塞情况进行诊断。
图4示意性示出了根据本申请一个实施例的喷嘴阻塞诊断方法的流程图。本领域技术人员应当清楚，根据本申请的喷嘴阻塞诊断系统可以用于执行该方法。
如图4所示，首先，在步骤S5，开始进行诊断。在步骤S10，启动泵200，对喷嘴300进行回抽。在本申请的上下文中，术语“回抽”指的是通过泵200的作用在流体管路内产生负压，从而确保喷嘴300和/或流体管路内的任何流体只能沿着从喷嘴300经流体管路返回至储液罐100的方向移动。泵200可以配置成，无论喷嘴300是否阻塞，每次回抽的持续时间可以是固定的，例如1分钟。在步骤S15，利用喷嘴阻塞诊断系统的传感器模块400检测尿素水溶液喷射系统的(例如泵200与喷嘴300之间的)流体管路内的压力。例如，压力检测值可以被发送到控制模块500进一步存储和计算。在步骤S20，对所获得的压力检测值在一规定的时间间隔内进行积分计算并获得一积分值。例如，该时间间隔可以是从图2和3所示的t0开始到t1结束。优选地，该时间间隔小于或等于每次回抽的持续时间。在步骤S30，判断已对喷嘴300进行回抽的次数是否超过n，其中，n为大于1的整数，优选为10。如果步骤S30的判断结果为否，则转到步骤S10，等待下一次启动泵200，对喷嘴300进行回抽。如果步骤S30的判断结果为是，则转到步骤S40，此时，应当已经获得n个对所获得的压力检测值进行积分计算得到的积分值；对n个积分值求平均值。然后，在步骤S50，判断步骤S40所获得的平均值是否达到一预定的限值。如果步骤S50的判断结果为是，则转到步骤S60，向柴油车的使用者发出警报，提醒使用者准备更换和/或清洗喷嘴300。如果步骤S50的判断结果为否，则转到步骤S70，结束诊断，并等待下一次重新开始进行诊断。
在上述步骤S40中，可以对积分值的平均值取绝对值。在这种情况下，步骤S40中的限值可以为一正值，从而在步骤S50中，判断该平均值的绝对值是否大于该限值。此外，本领域技术人员应当清楚除了在步骤S40对各积分值求平均值以外，也可以对各积分值的绝对值求和或者其它相应的计算。此外，在一替代的实施例中，步骤S50中的限值也可以是变化的，例如存在依次从小到大多个不同的限值，随着步骤S40所获得的平均值达到不同的限值，来认定喷嘴300达到不同的阻塞程度。
尽管这里详细描述了本申请的特定实施方式，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申请的范围构成限制。此外，本领域技术人员应当清楚，本说明书所描述的各实施例可以彼此相互组合使用。在不脱离本申请精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。
Claims (14)
1.一种用于尿素水溶液喷射系统的喷嘴阻塞诊断系统，其中所述尿素水溶液喷射系统包括储液罐(100)、喷嘴(300)、以及经由流体管路在所述储液罐(100)与所述喷嘴(300)之间连接的泵(200)，所述喷嘴阻塞诊断系统包括用于检测所述流体管路内的流体压力的传感器模块(400)以及用于接收和分析所述传感器模块(400)的压力检测值并对所述泵(200)进行控制的控制模块(500)，其特征在于，所述控制模块能够控制所述泵(200)启动n次以使得所述喷嘴(300)回抽，其中n为整数且≥1，针对所述喷嘴(300)的每次回抽过程，在一预定的时间间隔内，所述传感器模块(400)检测所述流体管路内的压力值，并且检测到的压力值通过所述控制模块(500)被积分而获得一积分值，
所述控制模块(500)基于这样获得的n个积分值来判断所述喷嘴(300)是否阻塞和/或所述喷嘴(300)的阻塞程度。
2.根据权利要求1所述的喷嘴阻塞诊断系统，其特征在于，所述控制模块(500)基于n个积分值的平均值来判断所述喷嘴(300)是否阻塞和/或所述喷嘴(300)的阻塞程度。
3.根据权利要求1或2所述的喷嘴阻塞诊断系统，其特征在于，如果n个积分值的平均值的绝对值超过一规定的值，则所述控制模块(500)认定所述喷嘴(300)存在阻塞；和/或所述喷嘴(300)的阻塞程度与所述n个积分值的平均值的绝对值相关。
4.根据权利要求1或2所述的喷嘴阻塞诊断系统，其特征在于，如果n个积分值的和的绝对值超过一规定的值，则所述控制模块(500)认定所述喷嘴(300)存在阻塞；和/或所述喷嘴(300)的阻塞程度与所述n个积分值的和的绝对值相关。
5.根据权利要求1或2所述的喷嘴阻塞诊断系统，其特征在于，所述时间间隔的开始时刻(t0)定义为每次回抽过程开始的时刻，并且所述时间间隔的结束时刻(t1)定义为每次回抽过程结束的时刻。
6.根据权利要求5所述的喷嘴阻塞诊断系统，其特征在于，所述开始时刻(t0)定义为所述流体管路内的压力首次达到零的时刻，和/或所述结束时刻(t1)定义为每次回抽过程结束之前的一个时刻。
7.根据权利要求1或2所述的喷嘴阻塞诊断系统，其特征在于，n＝10。
8.一种用于尿素水溶液喷射系统的喷嘴阻塞诊断方法，其中所述尿素水溶液喷射系统包括储液罐(100)、喷嘴(300)、以及经由流体管路在所述储液罐(100)与所述喷嘴(300)之间连接的泵(200)，所述方法包括：
控制所述泵(200)启动n次以使得所述喷嘴(300)回抽，其中n为整数且≥1，并且针对所述喷嘴(300)的每次回抽过程，在一预定的时间间隔内，检测所述流体管路内的流体压力，并对压力检测值积分获得一积分值；
基于这样获得的n个积分值来判断所述喷嘴(300)是否阻塞和/或所述喷嘴(300)的阻塞程度。
9.根据权利要求8所述的喷嘴阻塞诊断方法，其特征在于，基于n个积分值的平均值来判断所述喷嘴(300)是否阻塞和/或所述喷嘴(300)的阻塞程度。
10.根据权利要求8或9所述的喷嘴阻塞诊断方法，其特征在于，如果n个积分值的平均值的绝对值超过一规定的值，则认定所述喷嘴(300)存在阻塞；和/或所述喷嘴(300)的阻塞程度与所述n个积分值的平均值的绝对值相关。
11.根据权利要求8或9所述的喷嘴阻塞诊断方法，其特征在于，如果n个积分值的和的绝对值超过一规定的值，则认定所述喷嘴(300)存在阻塞；和/或所述喷嘴(300)的阻塞程度与所述n个积分值的和的绝对值相关。
12.根据权利要求8或9所述的喷嘴阻塞诊断方法，其特征在于，所述时间间隔的开始时刻(t0)定义为每次回抽过程开始的时刻，并且所述时间间隔的结束时刻(t1)定义为每次回抽过程结束的时刻。
13.根据权利要求12所述的喷嘴阻塞诊断方法，其特征在于，所述开始时刻(t0)定义为所述流体管路内的压力首次达到零的时刻，和/或所述结束时刻(t1)定义为每次回抽过程结束之前的一个时刻。
14.根据权利要求8或9所述的喷嘴阻塞诊断方法，其特征在于，n＝10。
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