2017年寶馬新5系動力傳遞系統新技術剖析（五）

楊 明 劉克江

泵送：

由于根據車型系列使用 2 個罐來存儲尿素與水的混合物（AdBlue），因此需要進行泵送。 將尿素與水的混合物（AdBlue.）從被動罐輸送至主動罐稱為泵送。

進行泵送必須滿足以下條件：

◆在發動機長時間關閉的情況下，環境溫度超過-7℃的最低值至少10min

◆在發動機短時間關閉的情況下，環境溫度超過-0℃的最低值至少10min

◆主動罐內達到300g的儲備量

◆主動罐和被動罐包含一種尿素與水的液態混合物（AdBlue）（罐溫度低于 - 5℃）

然后泵送一定時間，以使主動罐重新注滿。如果事先達到了“注滿”液位，則中斷泵送過程。液位傳感器系統出現故障時不進行泵送。

輸送：

圖29 罐系統管路

圖30 泵送

◆過濾器

◆泵

◆蓄壓器

◆壓力傳感器

◆溫度傳感器

◆過濾器

◆計量管路

◆計量管路加熱裝置（如果需要）

◆計量閥

泵電機由 SCR 控制單元通過三相交流電流來控制。通過霍耳傳感器來監控泵的轉動方向和轉速。轉速規定值由 SCR 控制單元根據壓力傳感器信號計算出。

圖31 輸送

圖32 抽空

系統啟動時以規定轉速控制泵，從而將連至計量模塊的管路注滿，隨后建立壓力。然后才進行壓力調節。

調節壓力期間即進行計量的正常運行模式下，通過控制泵使計量管路內的相對壓力達到550kPa。SCR3采用容積式輸送方式。即預輸送泵所提供尿素與水的混合物（AdBlue）容積實際上也在計量閥處噴入。

通過計量閥的持續開啟時間和開啟行程確定噴入量。但噴入量很小，在正常行駛條件下不會導致計量管路內壓力明顯下降。

為了保持 550kPa的相對系統壓力，在尿素與水的混合物（AdBlue）要求較高時通過一個蓄壓器來為系統提供支持。例如突然從怠速運行過渡到滿負荷狀態時（在交通信號燈前動態起步）可能會導致尿素與水的混合物（AdBlue）要求較高。為在上述情況下避免壓力下降，通過蓄壓器為尿素與水的混合物（AdBlue）要求提供支持。

吸回：

關閉發動機后啟用罐法蘭模塊的泵并部分抽空計量管路和計量模塊，如圖32所示。然后計量模塊內還有最多約 50% 的尿素與水的混合物（AdBlue）。由于可用時間有限，因此無法完全抽空計量模塊。僅抽空至留下規定容積，以確保結冰的尿素與水的混合物（AdBlue）能夠膨脹。為此罐法蘭模塊需要以下組件：

◆計量閥

◆計量管路

◆計量管路加熱裝置（如果需要）

◆過濾器

◆溫度傳感器

◆壓力傳感器

◆蓄壓器

◆泵

◆過濾器

圖33 結冰

即使出現故障必須關閉系統或例如無法再保持主動罐內的最低溫度時，也會進行抽空。

在何種情況下都應防止計量管路或計量模塊內留有的尿素與水的混合物（AdBlue）結冰。

進行抽空時計量閥處于打開狀態。

結冰：

如果環境條件（低于-11℃）導致尿素與水的混合物（AdBlue）結冰，則通過冰壓緩沖器為罐法蘭模塊組件提供保護，如圖33所示。

冰壓緩沖器通過隔膜使罐法蘭模塊內部管路內的容積增大，該功能針對罐法蘭模塊內包含尿素與水的混合物（AdBlue）的剩余容量而設計。冰壓緩沖器內部容積隨之增大后可防止罐法蘭模塊內部組件結冰。冰壓緩沖器位于蓄壓器內。

被動罐液位測量和溫度測量：

在被動罐內（如果安裝）裝有與 SCR2結構相同的液位傳感器和溫度傳感器。這是用于測量液位的超聲波傳感器（直接壓電元件），可對15～400mm范圍內的液位進行探測，如圖34所示。溫度傳感器嵌入罐法蘭內，按照NTC原理工作（負溫度系數）。液位傳感器和溫度傳感器的信號不直接發送至SCR控制單元，而是發送至罐法蘭內的一個分析單元，因為SCR控制單元無法直接對超聲波傳感器和溫度傳感器的結果進行處理。在分析單元內將超聲波數值和溫度傳感器測量值轉化為一個 PWM 信號（脈沖寬度調制信號），SCR控制單元可對該信號進行處理。

圖34 被動罐超聲波傳感器液位測量范圍

主動罐液位測量和溫度測量：

在主動罐內的傳感器單元內有一個液位傳感器和一個溫度傳感器。使用嵌入傳感器單元內的一個超聲波傳感器（直接壓電元件）來測量液位。液位傳感器利用一個按照超聲波運行時間測量原理工作的壓電元件工作，可對 25～400mm 范圍內的液位進行探測。為此利用直接壓電效應和逆壓電效應。即壓電元件作為傳感器和接收器工作。壓電元件發出一個超聲波脈沖，脈沖從加注媒介尿素與水的混合物（AdBlue）上反射。所需運行時間是所經路徑的衡量標準。溫度傳感器同樣嵌入傳感器單元內并按照 NTC 原理工作（負溫度系數）。液位傳感器和溫度傳感器的信號不直接發送至 SCR 控制單元，而是發送至傳感器單元，因為 SCR 控制單元無法直接對壓電元件和溫度傳感器的結果進行處理。在傳感器單元內將壓電元件數值和溫度傳感器測量值轉化為一個 SENT 協議，SCR 控制單元可對該協議進行處理。

在“停留-駐車-行駛”狀態下，上述傳感器處于啟用狀態。

使用 SCR3時，除直接液位測量外，還結合質量監控進行附加液位測量，如圖35所示。借助一個組合式壓電元件組合測量質量監控/液位。

通過組合式壓電元件測量液位時，可對17～ 58/59mm 范圍內的液位進行監控。

如圖 35中A ，通過 2 個測量來確定尿素與水的混合物（AdBlue）質量監控時的聲音傳播時間。將從發送超聲波信號 t2 至接收超聲波信號 t2a）的聲音傳播時間測量值用作第一次測量。第二次測量建立在聲音傳播時間t1 和 t1a 數值基礎上。

圖35 直接壓電元件/組合式壓電元件

圖36 尿素與水的混合物（AdBlue ）濃度

聲音速度：

在一種物質內的聲音速度取決于該物質的化學特性，因此是一個物質常數。這表示，在不同化合物中聲音的傳播速度不同。就是說，在由 2 種成分組成的液體中，系統的聲音速度以特性方式隨組成成分而改變，因此在濃度關系（校準測量）已知的情況下可通過聲音速度測量來確定當前組成成分。

聲音速度與溫度的關系很大。因此，規定校準測量僅在特定溫度下有效。如果在其他溫度下進行測量，需要重新在該溫度下記錄校準曲線，如圖36所示。

（待續）