有峰值保持致動(dòng)的用于選擇性催化還原的還原劑輸送單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有基于噴射器打開事件而熱優(yōu)化的峰值保持致動(dòng)的、用于汽車選擇性催化還原的還原劑輸送單元。為用于車輛的選擇性催化還原（SCR）后處理的具有螺線管操作噴射器的還原劑輸送單元（RDU）的峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路提供了一種觸發(fā)電路。峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路被構(gòu)建和布置為在其后跟著低電流保持階段的上升至峰值電流階段中致動(dòng)噴射器。觸發(fā)電路包括被構(gòu)建和布置為基于檢測到的噴射器的打開事件而觸發(fā)從噴射器的上升至峰值階段轉(zhuǎn)移到后續(xù)的保持階段的噴射器打開檢測電路。
【專利說明】有峰值保持致動(dòng)的用于選擇性催化還原的還原劑輸送單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將還原劑供應(yīng)到引擎排氣系統(tǒng)的還原劑輸送單元(RDU)，并且更特別地，涉及通過基于檢測到噴射器打開而觸發(fā)從峰值到保持的轉(zhuǎn)移來對(duì)寬溫度范圍上的整體電負(fù)載進(jìn)行改進(jìn)的RDU。

【背景技術(shù)】
[0002]歐洲和北美新一輪嚴(yán)格排放法規(guī)的出現(xiàn)正推進(jìn)新的排氣后處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，尤其是諸如壓縮點(diǎn)火(柴油機(jī))引擎和分層充氣火花點(diǎn)火引擎(通常利用直接噴射)之類的在稀薄和超稀薄條件下操作的稀薄燃燒技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。稀薄燃燒引擎展現(xiàn)高水平的氮氧化物(NOx)排放，其在稀薄燃燒的富氧排氣環(huán)境特性中是難以處理的。當(dāng)前正開發(fā)將處理這些條件下的NOx的排氣后處理技術(shù)。這些技術(shù)之一包括催化劑，其促進(jìn)氨(NH3)與排氣氮氧化物(NOx)的反應(yīng)，以產(chǎn)生氮(N2)和水(H20)。該技術(shù)稱為選擇性催化還原(SCR)。
[0003]在汽車環(huán)境中，氨在其純形式下難以處理。因此，這些系統(tǒng)通常使用液體的含水尿素溶液，通常處于尿素溶液(CO (NH2)2)的濃度為32%。該溶液稱為AUS-32，并且其商業(yè)名稱也公知為AdBlue。尿素溶液被輸送到熱排氣流，并且在經(jīng)歷散熱作用之后變換成排氣中的氨、或在經(jīng)歷熱分解之后變換成氨和異氰酸(HNC0)。異氰酸然后經(jīng)歷與排氣中存在的水的水解作用，并且變換成氨和二氧化碳(C02)。如之前所描述的，由散熱作用和水解作用所產(chǎn)生的氨然后經(jīng)歷與氮氧化物的催化反應(yīng)。
[0004]AUS-32噴射器通常直接安裝在引擎排氣上，這使其暴露于非常熱的環(huán)境。為了減小噴射器的電熱負(fù)載，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了所謂的峰值保持噴射器驅(qū)動(dòng)器。參照?qǐng)D1，該驅(qū)動(dòng)器的功能是采用描述噴射器電流的兩種模式來致動(dòng)噴射器:上升至峰值電流階段、其后跟著低電流保持階段(以高切換頻率的電流控制)。
[0005]低電流電平通常處于比噴射器的完全飽和電流電平低得多并且比維持噴射器(螺線管)打開所需的電流的最小電平更高的值。在當(dāng)今的驅(qū)動(dòng)器電路中，從上升至峰值轉(zhuǎn)移到保持階段通常由電流上的電流電平檢測來觸發(fā)；一旦電流達(dá)到該電平，則后續(xù)的保持階段被使能。圖2示出了具有常規(guī)的峰值電流檢測和觸發(fā)電路12的峰值保持電路10。
[0006]以低保持階段操作噴射器的主要優(yōu)點(diǎn)是與在飽和切換條件下操作相比所產(chǎn)生的更低的電負(fù)載。例如，通過14V供應(yīng)的、具有12歐姆線圈的噴射器將耗散16.3瓦(1=1.2A)。以0.5A保持模式操作的噴射器將在保持階段期間耗散7瓦。
[0007]缺點(diǎn)隨著溫度升高和噴射器電阻增大而出現(xiàn)。當(dāng)電阻增大時(shí)，電流達(dá)到給定閾值所需的時(shí)間將增加，這由于所述時(shí)間對(duì)線圈電阻的依賴。在具有足夠高溫度的極限情況下，電流可能永不達(dá)到轉(zhuǎn)移閾值，然而噴射器是打開的。其中這將發(fā)生的溫度范圍依賴于所選的轉(zhuǎn)移電流電平與打開噴射器所需的最小電流之間的差異。對(duì)于將構(gòu)成電和磁電路的各種元件的容差和變差考慮在內(nèi)，該差異將是非零的。
[0008]作為示例，目前的峰值電流被指定處于0.8A的電平。這在所需的標(biāo)稱打開電流0.6A之上。指定的標(biāo)稱保持電流為0.5A。情形會(huì)出現(xiàn)在飽和噴射器電流為0.7A的情況下，例如如果可用電供應(yīng)電壓僅為12V但噴射器線圈電阻為17 Ω (例如，噴射器線圈溫度為130C)的話。在圖3中示出了在該情況下電流波形將看起來像什么的圖示。于是，該條件的風(fēng)險(xiǎn)是具有已經(jīng)在升高了的溫度下操作的經(jīng)受增加的電熱負(fù)載的噴射器。
[0009]因此，存在對(duì)RDU的需要，所述RDU通過基于檢測到噴射器打開而觸發(fā)從峰值到保持的轉(zhuǎn)移來對(duì)寬溫度范圍上的整體電負(fù)載進(jìn)行改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)以上提及的需要。根據(jù)本發(fā)明的原理，該目的是通過一種用于車輛的選擇性催化還原(SCR)后處理的具有螺線管操作噴射器的還原劑輸送單元(RDU)的峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路的觸發(fā)電路來獲得。峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路被構(gòu)建和布置為在其后跟著低電流保持階段的上升至峰值電流階段中致動(dòng)噴射器。觸發(fā)電路包括被構(gòu)建和布置為基于檢測到的噴射器的打開事件而觸發(fā)從噴射器的上升至峰值階段轉(zhuǎn)移到后續(xù)的保持階段的噴射器打開檢測電路。
[0011]根據(jù)實(shí)施例的另一方面，一種用于車輛的選擇性催化還原(SCR)后處理的還原劑輸送單元(RDU)和控制單元包括具有螺線管操作噴射器的RDU。控制單元與螺線管電連接。控制單元具有被構(gòu)建和布置為在其后跟著低電流保持階段的上升至峰值電流階段中致動(dòng)噴射器的峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路。驅(qū)動(dòng)器電路包括被構(gòu)建和布置為基于檢測到的噴射器的打開事件而觸發(fā)從噴射器的上升至峰值階段轉(zhuǎn)移到后續(xù)的保持階段的噴射器打開檢測電路。
[0012]根據(jù)實(shí)施例的又另一方面，一種觸發(fā)用于車輛的選擇性催化還原(SCR)后處理的具有螺線管操作噴射器的還原劑輸送單元(RDU)的方法檢測噴射器的打開事件，以及基于所述檢測步驟來觸發(fā)從噴射器的上升至峰值階段轉(zhuǎn)移到后續(xù)的保持階段，從而將噴射器上的熱負(fù)載限制為確保打開噴射器所需的最小值。
[0013]在參照附圖來考慮以下【具體實(shí)施方式】和所附權(quán)利要求時(shí)，本發(fā)明的其它目的、特征和特性以及操作的方法和相關(guān)的結(jié)構(gòu)元件的功能、部件的組合和制造的經(jīng)濟(jì)將變得更明顯，【具體實(shí)施方式】、權(quán)利要求和附圖都形成本說明書的一部分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]本發(fā)明將根據(jù)其優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)合附圖進(jìn)行的以下【具體實(shí)施方式】而更好理解，在所述附圖中相似的附圖標(biāo)記指代相似的部分，其中:
圖1是示出其后跟著低電流保持階段的上升至峰值階段的常規(guī)噴射器電流的視圖。
[0015]圖2是具有峰值電流檢測和觸發(fā)電路的常規(guī)峰值保持電路的框圖。
[0016]圖3是示出飽和電流處于0.7A的常規(guī)電流波形的視圖。
[0017]圖4示出通過電流分析的對(duì)噴射器的常規(guī)打開事件檢測。
[0018]圖5示出根據(jù)線圈電流的二階導(dǎo)數(shù)的對(duì)打開時(shí)間的檢測。
[0019]圖6是根據(jù)實(shí)施例提供的具有噴射器打開檢測電路的峰值保持電路框圖。
[0020]圖7示出由圖6的電路所產(chǎn)生的電流波形。
[0021]圖8是包含圖6的電路的用于操作RDU的控制單元的視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]所公開的實(shí)施例涉及消除處于已經(jīng)升高了的操作溫度的RDU的噴射器的熱負(fù)載方面的不合期望的增加的風(fēng)險(xiǎn)的控制策略。通過分析電壓或電流來檢測噴射器打開和關(guān)閉事件是公知的。在圖4中示出了通過電流分析進(jìn)行的打開事件檢測的示例(由“0PP2”指示)，其中加速度計(jì)信號(hào)為14、電壓信號(hào)為16、測試脈沖為18、以及電流信號(hào)為20。
[0023]這些事件的檢測對(duì)于診斷目的而言是有用的，并且還能夠被用來補(bǔ)償由于噴射器瞬時(shí)階段的持續(xù)時(shí)間的改變而導(dǎo)致的流動(dòng)中壽命變化(lifetime shifts in flow)。參照?qǐng)D5，此類檢測的一個(gè)實(shí)施例采用具有電路的硬件形式，所述電路在使用電流波形的二階導(dǎo)數(shù)24作為輸入而打開檢測時(shí)生成電脈沖22。能夠通過適當(dāng)?shù)厥褂檬鼓艽翱诶鐑H允許噴射器脈沖寬度期間的某些預(yù)定時(shí)間期間的脈沖通過來忽略雜散初始脈沖26。在檢測噴射器的狀態(tài)中使用電流的二階導(dǎo)數(shù)的示例在與本正規(guī)申請(qǐng)同一天提交的、標(biāo)題為“Solenoid-Actuator-Armature End-of-Mot1n Detect1n，，、代理人卷號(hào)為 2012P02238US的共同待決的美國臨時(shí)申請(qǐng)中被公開，特此通過引用將該臨時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)容并入本說明書中。
[0024]參照?qǐng)D6，示出了根據(jù)實(shí)施例的峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路10’的框圖，峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路10’被構(gòu)建和布置為在其后跟著低電流保持階段的上升至峰值電流階段中致動(dòng)噴射器。電路10’包括具有噴射器打開檢測電路29的觸發(fā)電路28。因此，觸發(fā)電路28替代圖2的現(xiàn)有技術(shù)電流閾值觸發(fā)電路12。電路10’使用如例如通過使用上述的電流波形的二階導(dǎo)數(shù)24而檢測的噴射器打開事件來觸發(fā)從噴射器致動(dòng)控制的上升至峰值階段轉(zhuǎn)移到后續(xù)的保持階段。在該實(shí)施例中，檢測電路29包括用于對(duì)電流進(jìn)行微分的處理或微分電路31。能夠使用檢測致動(dòng)器或噴射器的打開狀態(tài)的其它常規(guī)方法，而不是使用電流的二階導(dǎo)數(shù)。在圖7中示出了將由該實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)所產(chǎn)生的電流波形30的圖示。
[0025]參照?qǐng)D8，在控制單元32中優(yōu)選地提供包括觸發(fā)電路28的電路10’，所述控制單元32電連接到通常在36處指示的RDU的螺線管操作噴射器34。能夠在美國專利申請(qǐng)公開第2008/0236147A1號(hào)中公開的類型的系統(tǒng)中采用RDU 36，特此通過引用將該專利申請(qǐng)的內(nèi)容并入本說明書中。
[0026]RDU 36包括在配量應(yīng)用中提供流體的計(jì)量功能以及提供流體到車輛的排氣氣體流動(dòng)路徑中的噴霧準(zhǔn)備的螺線管流體噴射器34。流體噴射器34優(yōu)選地是汽油、電操作的螺線管(線圈)燃料噴射器，諸如在美國專利第6，685，112號(hào)中公開的類型，特此通過引用將該美國專利的內(nèi)容并入本說明書中。因此，當(dāng)噴射器34的線圈被通電時(shí)，噴射器中的閥門打開，從而使得還原劑以常規(guī)方式被輸送到排氣流動(dòng)路徑。
[0027]通過使用噴射器打開事件作為觸發(fā)，從而將噴射器的熱負(fù)載限制為確保打開噴射器所需的最小值。還避免了冗長的上升至峰值階段的并且因而附加熱負(fù)載的風(fēng)險(xiǎn)。
[0028]已經(jīng)出于說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能原理以及說明采用優(yōu)選實(shí)施例的方法的目的而示出和描述了前述的優(yōu)選實(shí)施例，并且所述優(yōu)選實(shí)施例經(jīng)受改變而不偏離此類原理。因此,本發(fā)明包括以下權(quán)利要求的精神內(nèi)所包含的所有修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于車輛的選擇性催化還原(SCR)后處理的具有螺線管操作噴射器的還原劑輸送單元(RDU)的峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路的觸發(fā)電路，所述峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路被構(gòu)建和布置為在其后跟著低電流保持階段的上升至峰值電流階段中致動(dòng)所述噴射器，所述觸發(fā)電路包括: 噴射器打開檢測電路，被構(gòu)建和布置為基于檢測到的所述噴射器的打開事件而觸發(fā)從所述噴射器的上升至峰值階段轉(zhuǎn)移到后續(xù)的保持階段。
2.如權(quán)利要求1所述的觸發(fā)電路，與所述驅(qū)動(dòng)器電路組合以使得所述驅(qū)動(dòng)器電路包括所述觸發(fā)電路。
3.如權(quán)利要求2所述的組合，進(jìn)一步與所述RDU組合。
4.如權(quán)利要求3所述的組合，其中所述驅(qū)動(dòng)器電路和觸發(fā)電路屬于與所述RDU電連接的控制單元。
5.如權(quán)利要求1所述的觸發(fā)電路，其中所述打開檢測電路被構(gòu)建和布置為基于在通過使用電流波形的二階導(dǎo)數(shù)作為輸入來檢測所述噴射器的打開事件時(shí)所生成的電脈沖而觸發(fā)所述轉(zhuǎn)移。
6.如權(quán)利要求5所述的觸發(fā)電路，其中所述打開檢測電路包括微分電路。
7.一種用于車輛的選擇性催化還原(SCR)后處理的還原劑輸送單元(RDU)和控制單元，所述RDU和控制單元包括: RDU，具有螺線管操作噴射器，以及 與所述噴射器電連接的控制單元，所述控制單元具有被構(gòu)建和布置為在其后跟著低電流保持階段的上升至峰值電流階段中致動(dòng)所述噴射器的峰值保持驅(qū)動(dòng)器電路，所述驅(qū)動(dòng)器電路包括被構(gòu)建和布置為基于檢測到的所述噴射器的打開事件而觸發(fā)從所述噴射器的上升至峰值階段轉(zhuǎn)移到后續(xù)的保持階段的噴射器打開檢測電路。
8.如權(quán)利要求7所述的RDU和控制單元，其中所述噴射器打開檢測電路被構(gòu)建和布置為基于在通過使用電流波形的二階導(dǎo)數(shù)作為輸入來檢測所述噴射器的打開事件時(shí)所生成的電脈沖而觸發(fā)所述轉(zhuǎn)移。
9.如權(quán)利要求8所述的RDU和控制單元，其中所述噴射器打開檢測電路包括微分電路。
10.一種觸發(fā)用于車輛的選擇性催化還原(SCR)后處理的具有螺線管操作噴射器的還原劑輸送單元(RDU)的方法，所述方法包括: 檢測所述噴射器的打開事件，以及 基于所述檢測步驟來觸發(fā)從所述噴射器的上升至峰值階段轉(zhuǎn)移到后續(xù)的保持階段，從而將所述噴射器上的熱負(fù)載限制為確保打開所述噴射器所需的最小值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述檢測步驟使用所述噴射器的電流波形的二階導(dǎo)數(shù)。
【文檔編號(hào)】F01N3/20GK104358605SQ201410275526
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月19日
【發(fā)明者】D.E.科斯比, W.N.范伍倫 申請(qǐng)人:大陸汽車系統(tǒng)公司