2017年宝马新5系动力传递系统新技术剖析（五）

杨 明 刘克江

泵送：

由于根据车型系列使用 2 个罐来存储尿素与水的混合物（AdBlue），因此需要进行泵送。 将尿素与水的混合物（AdBlue.）从被动罐输送至主动罐称为泵送。

进行泵送必须满足以下条件：

◆在发动机长时间关闭的情况下，环境温度超过-7℃的最低值至少10min

◆在发动机短时间关闭的情况下，环境温度超过-0℃的最低值至少10min

◆主动罐内达到300g的储备量

◆主动罐和被动罐包含一种尿素与水的液态混合物（AdBlue）（罐温度低于 - 5℃）

然后泵送一定时间，以使主动罐重新注满。如果事先达到了“注满”液位，则中断泵送过程。液位传感器系统出现故障时不进行泵送。

输送：

图29 罐系统管路

图30 泵送

◆过滤器

◆泵

◆蓄压器

◆压力传感器

◆温度传感器

◆过滤器

◆计量管路

◆计量管路加热装置（如果需要）

◆计量阀

泵电机由 SCR 控制单元通过三相交流电流来控制。通过霍耳传感器来监控泵的转动方向和转速。转速规定值由 SCR 控制单元根据压力传感器信号计算出。

图31 输送

图32 抽空

系统启动时以规定转速控制泵，从而将连至计量模块的管路注满，随后建立压力。然后才进行压力调节。

调节压力期间即进行计量的正常运行模式下，通过控制泵使计量管路内的相对压力达到550kPa。SCR3采用容积式输送方式。即预输送泵所提供尿素与水的混合物（AdBlue）容积实际上也在计量阀处喷入。

通过计量阀的持续开启时间和开启行程确定喷入量。但喷入量很小，在正常行驶条件下不会导致计量管路内压力明显下降。

为了保持 550kPa的相对系统压力，在尿素与水的混合物（AdBlue）要求较高时通过一个蓄压器来为系统提供支持。例如突然从怠速运行过渡到满负荷状态时（在交通信号灯前动态起步）可能会导致尿素与水的混合物（AdBlue）要求较高。为在上述情况下避免压力下降，通过蓄压器为尿素与水的混合物（AdBlue）要求提供支持。

吸回：

关闭发动机后启用罐法兰模块的泵并部分抽空计量管路和计量模块，如图32所示。然后计量模块内还有最多约 50% 的尿素与水的混合物（AdBlue）。由于可用时间有限，因此无法完全抽空计量模块。仅抽空至留下规定容积，以确保结冰的尿素与水的混合物（AdBlue）能够膨胀。为此罐法兰模块需要以下组件：

◆计量阀

◆计量管路

◆计量管路加热装置（如果需要）

◆过滤器

◆温度传感器

◆压力传感器

◆蓄压器

◆泵

◆过滤器

图33 结冰

即使出现故障必须关闭系统或例如无法再保持主动罐内的最低温度时，也会进行抽空。

在何种情况下都应防止计量管路或计量模块内留有的尿素与水的混合物（AdBlue）结冰。

进行抽空时计量阀处于打开状态。

结冰：

如果环境条件（低于-11℃）导致尿素与水的混合物（AdBlue）结冰，则通过冰压缓冲器为罐法兰模块组件提供保护，如图33所示。

冰压缓冲器通过隔膜使罐法兰模块内部管路内的容积增大，该功能针对罐法兰模块内包含尿素与水的混合物（AdBlue）的剩余容量而设计。冰压缓冲器内部容积随之增大后可防止罐法兰模块内部组件结冰。冰压缓冲器位于蓄压器内。

被动罐液位测量和温度测量：

在被动罐内（如果安装）装有与 SCR2结构相同的液位传感器和温度传感器。这是用于测量液位的超声波传感器（直接压电元件），可对15～400mm范围内的液位进行探测，如图34所示。温度传感器嵌入罐法兰内，按照NTC原理工作（负温度系数）。液位传感器和温度传感器的信号不直接发送至SCR控制单元，而是发送至罐法兰内的一个分析单元，因为SCR控制单元无法直接对超声波传感器和温度传感器的结果进行处理。在分析单元内将超声波数值和温度传感器测量值转化为一个 PWM 信号（脉冲宽度调制信号），SCR控制单元可对该信号进行处理。

图34 被动罐超声波传感器液位测量范围

主动罐液位测量和温度测量：

在主动罐内的传感器单元内有一个液位传感器和一个温度传感器。使用嵌入传感器单元内的一个超声波传感器（直接压电元件）来测量液位。液位传感器利用一个按照超声波运行时间测量原理工作的压电元件工作，可对 25～400mm 范围内的液位进行探测。为此利用直接压电效应和逆压电效应。即压电元件作为传感器和接收器工作。压电元件发出一个超声波脉冲，脉冲从加注媒介尿素与水的混合物（AdBlue）上反射。所需运行时间是所经路径的衡量标准。温度传感器同样嵌入传感器单元内并按照 NTC 原理工作（负温度系数）。液位传感器和温度传感器的信号不直接发送至 SCR 控制单元，而是发送至传感器单元，因为 SCR 控制单元无法直接对压电元件和温度传感器的结果进行处理。在传感器单元内将压电元件数值和温度传感器测量值转化为一个 SENT 协议，SCR 控制单元可对该协议进行处理。

在“停留-驻车-行驶”状态下，上述传感器处于启用状态。

使用 SCR3时，除直接液位测量外，还结合质量监控进行附加液位测量，如图35所示。借助一个组合式压电元件组合测量质量监控/液位。

通过组合式压电元件测量液位时，可对17～ 58/59mm 范围内的液位进行监控。

如图 35中A ，通过 2 个测量来确定尿素与水的混合物（AdBlue）质量监控时的声音传播时间。将从发送超声波信号 t2 至接收超声波信号 t2a）的声音传播时间测量值用作第一次测量。第二次测量建立在声音传播时间t1 和 t1a 数值基础上。

图35 直接压电元件/组合式压电元件

图36 尿素与水的混合物（AdBlue ）浓度

声音速度：

在一种物质内的声音速度取决于该物质的化学特性，因此是一个物质常数。这表示，在不同化合物中声音的传播速度不同。就是说，在由 2 种成分组成的液体中，系统的声音速度以特性方式随组成成分而改变，因此在浓度关系（校准测量）已知的情况下可通过声音速度测量来确定当前组成成分。

声音速度与温度的关系很大。因此，规定校准测量仅在特定温度下有效。如果在其他温度下进行测量，需要重新在该温度下记录校准曲线，如图36所示。

（待续）