用于对输送和配给系统的加热器予以控制的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对还原剂的输送和配给系统的至少两个加热器予以控制的方法，所述还原剂用来有选择地催化还原内燃机的废气，该内燃机带有至少一个用于控制至少两个加热器的控制单元。
[0002]本发明还涉及一种用于对还原剂的输送和配给系统的至少两个加热器予以控制的控制单元，所述还原剂用来有选择地催化还原内燃机的废气。
【背景技术】
[0003]为了减少有害物质排放，已知的是，把特别是还原剂形式的液体配给到内燃机的废气通道中。因而例如可以通过废气后处理借助选择性催化还原(Selective CatalyticReduct1n-SCR)来减少内燃机的氧化氮排放。在此，给废气供应规定量的选择性地起作用的还原剂。为此例如使用氨，其尿素形式的前身物质获得，或者由尿素-水-溶液(HffL)获得。为了由尿素-水-溶液获得氨，将其配给到SCR催化器之前的废气通道中。
[0004]SCR系统含有输送和配给系统，其主要由还原剂罐、输送单元、压力管路系统、配给单元、必需的传感机构和电子的控制单元构成。输送和配给系统还有加热器，以便该系统即使在低温情况下也能处于配给预备状态下。因此，当今通常用作还原剂的尿素-水-溶液具有-1re的冰点，因而在温度更低时必须融化。加热系统往往由罐加热器、压力管路加热器和输送模块加热器以及温度传感器和配设的加热控制器构成。对这些加热器的控制根据环境条件例如罐温度或环境温度来进行。在此，直到输送和配给系统做好准备之前的最大允许的持续时间例如由环境保护协会(EPA)规定。
[0005]在这里，在最大允许的持续时间内在融化周期期间融化的还原剂量取决于当前的工作条件和预定的加热策略，且相当少，这不利于在后续的行驶周期中持久地进行废气后处理。
[0006]若将来代替以前使用的带PTC元件的加热器而日益使用欧姆式加热器，则对加热器的已有控制会产生另一缺点，这是因为，欧姆式加热器的电流在电压恒定情况下在整个工作范围内都近乎保持恒定，这样一来就会在给全部加热器满额供电时超过最大允许的电功率。此外，必须相应繁琐地根据最大电流来设计电路板、插塞器和电缆束。
[0007]由文献DE 10 2008 059 751 Al已知一种利用至少两个电并联地工作的电加热元件给流体管路系统加热的方法，其中，给每个加热元件都分别单独地供应以工作电流，该工作电流为了调节其加热功率而分别单独地受控。加热系统的这些加热元件电并联地接通，并各自与独立的控制件连接，从而每个加热元件的加热功率都可通过其配设的控制件分别单独地控制。在此可以规定，针对PWM控制，在时间上错开地控制这些加热元件，从而其PWM信号在时间上并不搭叠，或者仅仅部分地搭叠，其目的是，使得加热系统的最大总电流保持较小。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是，提出一种用于还原剂的输送和配给系统的能量管理系统，所述还原剂用来有选择地催化还原内燃机的废气，该能量管理系统能实现以可用的能量源快速而高效地加热系统。
[0009]本发明的另一目的是，提出一种适合于实施该方法的控制单元。
[0010]本发明的涉及方法的目的的实现方式为，根据第一控制，确定最大可用的电功率，根据在时间上可改变的优先级规定，在加热时段期间完全地或部分地将所述最大可用的电功率分配到至少两个加热器上，和/或，根据第二控制，通过各次脉冲-宽度-调制来调节至少两个加热器的功率，并在相应的脉冲-宽度-调制的周期内为这些脉冲分别前置一个时间偏差，从而使得输出到至少两个加热器上的脉冲并不交叠，或者仅仅交叠尽可能短暂的时间，和/或根据第三控制，由引入到还原剂罐中的功率和从还原剂罐中排出的功率，建立起用于还原剂罐的能量平衡，根据还原剂罐的热量含量来预定用于输送和配给系统的加热策略。这三个控制能够实现有效地根据当前的条件引入例如在汽车中可用的电能，用于加热输送和配给系统。特别是通过对这三个控制的组合应用，可以提供一种能量管理系统，其能实现使得输送和配给系统产生尽可能持久的工作预备状态，在这种工作预备状态下能在规定的时间内提供尽可能大量的液态还原剂。该能量管理系统尤其能够实现使用欧姆式加热器，而不会使得可用的能量供应机构过载。优化的能量使用导致了快速的加热，同时避免或减小了功率尖峰，从而电路板、插塞器和电缆束可以被设计用于较小的尖峰功率，因而可以更加成本有利地制造。
[0011]确定最大可用的功率，并将其分配到各加热器上，由此一方面避免了超过最大可能的电功率和使得电源过载，另一方面可以充分地利用所述最大可能的功率。通过在时间上可改变的优先级规定，可以在加热阶段期间改变所设置的加热器的加热功率，因而优化融化-效率。由此可以例如在加热阶段的第一分钟内将大部分功率引导至主-罐加热器和压力管路加热器，并在延迟之后才为其它加热器提供功率预算。相比于静态地规定的功率引入，在给定的电资源情况下，采取该措施能明显增加融化量。
[0012]在时间上调整通过脉冲-宽度-调制(PffM)输出至相应加热器的电压脉冲，这样就能避免或减小短暂的功率尖峰。在这里，给定的偏差能实现简单地转换和集成至已有的PffM控制。
[0013]由能量平衡可以获知实际上需要多少能量用于输送和配给系统的融化。由此可以例如经过多个短暂的行驶间歇来调整加热时间，而不是在每次起动时都重新确定加热时间。相比于已知的固定地设定好的融化方法，由此可以缩短在多个行驶周期内的总加热时间。这样就能避免不必要的漫长的加热时间，在这种漫长的加热时间内，尽管还原剂充分融化，废气系统仍无法胜任其清洁任务。
[0014]按照本发明的一种优选的实施方式，可以规定，为了进行第一控制，固定地规定好最大可用的电功率，或者，至少根据环境条件或行驶条件或输送和配给系统的特性或此前引入到输送和配给系统中的加热功率，针对这些关系分别单独考察地或者组合地规定最大可用的电功率。对最大可用的功率的固定的设定可以简单地且成本低廉地进行。通过求取当前实际存在的电功率，可以在多数工作情况下为加热器提供较大的功率。
[0015]整个能量管理可以按如下方式进一步予以改善:为了进行第一控制，在分配最大可用的电功率时考虑输送和配给系统的其它并非针对加热而设置的负载。这些负载既可以在确定最大可用功率时予以考虑，也可以在时间上可改变的功率设定情况下予以考虑。可能的负载例如是配给单元，或者也可以是电路板的损耗功率。
[0016]为了能够在时间上相继地调整输出至各加热器的脉冲-宽度-调制的脉冲，可以规定，为了进行第二控制，使得输出至至少两个加热器的脉冲-宽度-调制的周期持续时间彼此间成整数多倍的关系。
[0017]在此，为了进行第二控制，可以给相应的时间偏差指配介于Os和周期持续时间之间的扣除脉冲宽度之后的持续时间，由此实现均匀的功率输出，同时实现尽可能大的平均的输出的加热功率。
[0018]输送和配给系统的能量含量可以按如下方式来求取:为了进行用于建立能量平衡的第三控制，采用一种模型，该模型至少由至少两个加热器的加热功率或者输送栗的吸收功率或者回馈栗的吸收功率或者配给单元的吸收功率或者输送和配给系统的另一电负载的吸收功率，对这些功率分别单独考察地或者组合地确定引入的功率，和/或，该模型至少由环境温度或罐温度针对这些参数分别单独考察地或组合地确定排出的功率。
[0019]为了能够以足够量的融化的还原剂使得输送和配给系统尽快地达到持久的工作预备状态，可以规定，根据能量平衡进行标准化的融化周期或缩短的融化周期和/或将加热功率分配到至少两个加热器中的一个或多个加热器上。能量管理系统因而可以在了解了输送和配给系统的实际能量含量的情况下控制加热器，从而尽快地有足够量的还原剂融化，以便开始废气后处理。
[0020]在内燃机的切断时间期间，在相应低的环境温度下，还原剂冷却，或者，在环境温度较高时，还原剂升温。为了在能量平衡中考虑此点，可以规定，由内燃机切断时的第一环境温度、内燃机接通时的第二环境温度和切断持续时间来确定在内燃机和控制单元的切断时间期间的排放的功率，和/或，规定切断时间的最大持续时间，且在低于最大持续时间时建立能量平衡，并在选择加热策略时考虑该能量平衡，而在超过最大持续时间情况下进行标准化的加热周期。如果切断持续时间高于最大持续时间，就无法再以足够的可靠性利用起始温度和终止温度来描述切断时间期间的温度变化情况，因而无法以所需要的可靠性建立能量平衡。因此在切断时间过长时采用标准化的加热周期。
[0021]本发明的涉及控制单元的目的的实现方式为，控制单元含有处理机构，该