DE102008034212A1

DE102008034212A1 - Reduktionsmitteltank zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage mit einer Pumpe

Info

Publication number: DE102008034212A1
Application number: DE102008034212A
Authority: DE
Inventors: Thomas Baumeister
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: DE102008034212B4

Abstract

Bei einem Reduktionsmittel-Tank zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage mit einem ersten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel, einem zweiten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel und einer Pumpe zum Umpumpen von Reduktionsmittel vom zweiten Behälter in den ersten Behälter wird erfindungsgemäß eine Diagnoseeinrichtung vorgesehen, mittels derer eine nicht ordnungsgemäße Funktion der Pumpe erkannt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reduktionsmittel-Tank zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage mit einem ersten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel, einem zweiten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel und einer Pumpe zum Umpumpen von Reduktionsmittel vom zweiten Behälter in den ersten Behälter. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage mit den Schritten: Speichern von Reduktionsmittel in einem ersten Behälter, Speichern von Reduktionsmittel in einem zweiten Behälter und Umpumpen von Reduktionsmittel vom zweiten Behälter in den ersten Behälter mittels einer Pumpe.
Bei modernen Verbrennungskraft-Maschinen, die insbesondere mit Diesel betrieben werden, wird mittels einer katalytischen Reduktion ein Anteil an Stickoxiden im Abgas mit einer selektiven katalytischen Reaktion reduziert. Die Stickoxide werden dabei mit Hilfe von flüssigem Reduktionsmittel, beispielsweise einer wässrigen Harnstofflösung, zu Stickstoff und Wasser gewandelt.
Zum Speichern des flüssigen Reduktionsmittels kommen Reduktionsmitteltanks zum Einsatz, die als Mehrbehälter-Systeme gestaltet sind. Dabei wird das Reduktionsmittel in einem Aktivtank als erstem Behälter und mindestens einem Passivtank als zweitem Behälter gespeichert. Zum Bereitstellen des Reduktionsmittels muss dieses unter anderem vom Passivtank in den Aktivtank umgepumpt werden. Dazu ist eine Pumpe vorgesehen, die aber relativ selten aktiviert wird. An der Pumpe können sich Kristalle von Reduktionsmittel ausbilden, die zu einer Leistungseinbuße der Pumpe und damit zu einem unerwünschten Ausfall des zugehörigen Systems führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reduktionsmittel-Tank und ein Verfahren zum Bereitstellen von Reduktionsmittel zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile überwunden und insbesondere unter allen Umständen eine Reduktion von Stickoxiden im Abgas sichergestellt ist.
Die Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit einem Reduktionsmittel-Tank gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist ein Reduktionsmittel-Tank zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage geschaffen, der mit einem ersten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel, einem zweiten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel und einer Pumpe zum Umpumpen von Reduktionsmittel vom zweiten Behälter in den ersten Behälter ausgestattet ist. Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Reduktionsmittel-Tank eine Diagnoseeinrichtung vorgesehen, mittels der eine nicht ordnungsgemäße Funktion der Pumpe erkannt werden kann.
Im Gegensatz zu bekannten Systemen zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage, insbesondere der Abgasanlage einer Verbrennungskraft-Maschine eines Kraftwagens, wird die nur selten aktivierte Pumpe zum Umpumpen von Reduktionsmittel diagnostiziert, also hinsichtlich ihrer Funktion überwacht. Es ist dadurch möglich, einen Funktionsfehler der Pumpe, etwa einen Leistungsabfall oder einen Totalausfall, frühzeitig zu erkennen und entsprechend mittels einer Anzeigeeinrichtung oder dergleichen dem Benutzer des erfindungsgemäßen Reduktionsmittel-Tanks anzuzeigen, dass Wartungsarbeiten erforderlich sind.
Bei einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Reduktionsmittel-Tanks ist der Diagnoseeinrichtung eine Ansteuereinrichtung für die Pumpe zugeordnet, mittels der die für die Pumpe zu erwartende Förderleistung ermittelt werden kann. Die Förderleistung kann dabei bevorzugt aus der mittels der Ansteuerung der Pumpe bereitgestellten elektrischen Bestromung errechnet werden. So kann je nach Ansteuerung auf eine zu erwartende Drehzahl der Pumpe rückgeschlossen und aus dieser Drehzahl und der vergangenen Zeit eine Fördermenge oder eine Förderrate errechnet werden. Auf diese Weise kann der von der Pumpe als Förderleistung oder als Fördermenge pro Zeiteinheit erwartete Wert nahezu ohne Mehraufwand ermittelt werden.
Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Weiterbildung ist der Diagnoseeinrichtung ein Histogramm zugeordnet, in dem die für die Pumpe zu erwartende Förderleistung in Abhängigkeit von mindestens einer Umweltbedingung hinterlegt ist. So kann mit einem solchen Histogramm vorteilhaft berücksichtigt werden, dass bei tiefen Umgebungstemperaturen und einer entsprechend geringeren Viskosität des zu pumpenden Reduktionsmittels, die Pumpe pro Zeiteinheit weniger Fördermenge erreichen wird.
Bei einer dritten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Reduktionsmittel-Tanks ist der Diagnoseeinrichtung eine Füllmengenermittelungseinrichtung zugeordnet, mittels der die mit der Pumpe tatsächlich erbrachte Förderleistung ermittelt werden kann. Die tatsächlich erbrachte Förderleistung kann dann in der Diagnoseeinrichtung mit dem zu erwartenden Wert verglichen und daraus eine fehlerhafte Funktion der Pumpe ermittelt werden. Diese Ermittlung benötigt nahezu keinen Zusatzaufwand.
Bei einer vierten vorteilhaften Weiterbildung des Reduktionsmittel-Tanks gemäß der Erfindung ist die Füllmengenermittelungseinrichtung dazu eingerichtet, dass mit ihr zumindest eine in einem der Behälter zu erwartende Füllmenge errechnet werden kann. Das Errechnen der Füllmenge in dem Behälter erfolgt bevorzugt ausgehend von einem besonderen Ereignis, nämlich beispielsweise einer Erstbefüllung oder ausgehend vom letzten Vorgang des Umpumpens. So kann vorteilhaft die Füllmenge in jenem Behälter ermittelt werden, in den die genannte Pumpe hineinfördert und aus dem heraus dann in Richtung zur Abgasanlage dosiert wird. Die in die Abgasanlage dosierte Menge kann vergleichsweise einfach protokolliert werden, so dass nahezu ohne Mehraufwand ermittelt werden kann, wie die Füllmenge in diesem Behälter abgenommen hat. Bei Auffüllen des Behälters mit der genannten Pumpe kann dann bevorzugt die zum Auffüllen benötigte Zeitdauer gemessen und die mit dem Ansteuern erwartete Drehzahl der Pumpe ermittelt werden. Aus diesen beiden Werten kann die zu erwartende Fördermenge errechnet und in Vergleich zu der ermittelten, abgenommenen Füllmenge gesetzt werden. Bei Differenzen in diesen Werten, kann auf einen Funktionsfehler der Pumpe rückgeschlossen werden.
Entsprechend ist die genannte Aufgabe auch mit einem Verfahren zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage mit den Schritten: Speichern von Reduktionsmittel in einem ersten Behälter, Speichern von Reduktionsmittel in einem zweiten Behälter und Umpumpen von Reduktionsmittel vom zweiten Behälter in den ersten Behälter mittels einer Pumpe, sowie dem Schritt: Diagnostizieren der Funktion der Pumpe gelöst.
In Entsprechung zur oben genannten ersten Weiterbildung umfasst bei dem Verfahren bevorzugt der Schritt des Diagnostizierens ein Ansteuern der Pumpe und ein Ermitteln der für die Pumpe zu erwartende Förderleistung.
Entsprechend der der oben genannten zweiten Weiterbildung wird vorteilhaft beim Ermitteln der für die Pumpe zu erwartende Förderleistung mindestens eine Umweltbedingung berücksichtig.
Gemäß der oben genannten dritten Weiterbildung umfasst bei dem Verfahren bevorzugt der Schritt des Diagnostizierens ein Ermitteln mindestens einer Füllmenge an mindestens einem der Behälter und ein Ermitteln der mit der Pumpe erbrachten Förderleistung aus der mindestens einen Füllmenge.
In Entsprechung zur oben genannten vierten Weiterbildung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft beim Ermitteln mindestens einer Füllmenge an mindestens einem Behälter eine in dem Behälter zu erwartende Füllmenge errechnet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Die Fig. eine stark schematische Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reduktionsmittel-Tanks nebst Abgasanlage und Verbrennungskraft-Maschine.
Die Fig. zeigt einen Reduktionsmittel-Tank 10 zum Bereitstellen von Reduktionsmittel, der als wesentliche Komponenten einen ersten Behälter 12 und einen zweiten Behälter 14 umfasst. Der erste Behälter 12 wird auch als ”Ansaugbehälter” oder ”Aktivbehälter” bezeichnet und dient nicht nur zum Speichern von Reduktionsmittel. Der zweite Behälter 14 wird auch als ”reiner Speicherbehälter” oder ”Passivbehälter” bezeichnet und dient lediglich zum Speichern von Reduktionsmittel.
Zwischen den Behältern 12 und 14 ist eine Umpumpleitung 16 angeordnet, der eine erste Pumpe 18 zuzuordnen ist. Diese Pumpe 18 hat die Funktion, Reduktionsmittel vom zweiten Behälter 14 in den ersten Behälter 12 umzupumpen.
Des Weiteren ist eine Ansaugleitung 20 vorgesehen, durch die hindurch mit einer zweiten Pumpe 22 Reduktionsmittel gefördert werden kann. Die zweite Pumpe 22 dient zum Pumpen von Reduktionsmittel von dem ersten Behälter 12 zu einem Dosiermodul 24. Die Aufgabe des Dosiermoduls 24 liegt darin, Reduktionsmittel in die eine zugehörige Abgasanlage 26 einzuspritzen.
Der Abgasanlage 26 werden von einem wiederum zugehörigen Verbrennungsmotor 28 Abgase zugeführt. Im Abgas befinden sich Stickoxide. Diese Stickoxide werden mit Hilfe des Reduktionsmittels, welches vorliegend eine wässrige Harnstofflösung ist, zu Stickstoff und Wasser gewandelt.
Von der Ansaugleitung 20 zweigt in Strömungsrichtung hinter der Pumpe 22 eine Rücklaufleitung 30 ab. Dabei ist die Pumpe 22 dazu eingerichtet, dass sie aus dem Behälter 12 nicht nur das zum Einspritzen im Dosiermodul 24 erforderliche Reduktionsmittel ansaugt, sondern vorsorglich auch überschüssiges Reduktionsmittel. Durch die Rücklaufleitung 30 wird solches überschüssiges Reduktionsmittel wieder in den ersten Behälter 12 zurückführt. In der Rücklaufleitung 30 ist dabei eine Blende 32 einsetzt, die die durch die Rücklaufleitung 30 geförderte Menge an Reduktionsmittel begrenzt und dadurch den am Dosiermodul 24 vorherrschenden Druck des Reduktionsmittels definiert.
Wenn der erste Behälter 12 teilweise oder ganz geleert ist, wird die Pumpe 18 angesteuert, um Reduktionsmittel vom zweiten Behälter 14 durch die Umpumpleitung 16 in den ersten Behälter 12 zu fördern.
Dabei ist mit der Pumpe 18 eine Diagnoseeinrichtung 34 gekoppelt. Die Diagnoseeinrichtung 34 dient dazu, eine nicht ordnungsgemäße Funktion der Pumpe 18 zu erkennen. Dies geschieht, indem sich in der Diagnoseeinrichtung 34 eine Ansteuereinrichtung 36 für die erste Pumpe 18 befindet. Mit der Ansteuereinrichtung 36 wird der Pumpe 18 ein Ansteuersignal übermittelt.
Mit Hilfe des Ansteuersignals kann die Diagnoseeinrichtung 34 die zu erwartende Förderleistung ermitteln. Diese Berechnung erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung der elektrischen Bestromung der Pumpe 18. Mit anderen Worten kann so je nach Ansteuerung der Pumpe 18 und je nach vergangener Zeit eine zu erwartende Fördermenge bzw. Förderleistung der Pumpe 18 errechnet werden.
Außerdem ist der Diagnoseeinrichtung 34 eine Füllmengenermittlungseinrichtung 38 zugeordnet. Die Füllmengenermittlungseinrichtung 38 ist mit einem Füllmengen- bzw. Füllstandssensor 40 gekoppelt. Der Füllmengensensor 40 ist an dem ersten Behälter 12 angebracht und ermittelt eine Veränderung der Füllmenge im ersten Behälter 12.
Die Füllmengenermittlungseinrichtung 38 ist ferner mit der zweiten Pumpe 22 betrieblich gekoppelt und dazu eingerichtet, dass aus dem der Pumpe 22 zugeführten Ansteuerungssignal eine zu erwartende Entnahmemenge der Pumpe 22 aus dem ersten Behälter 12 bestimmt wird.
In der Diagnoseeinrichtung 34 wird die oben genannte zu erwartende Förderleistung der Pumpe 18 mit der vom Füllmengenmesser 40 tatsächlich ermittelten Füllmengenänderung, und auch der von der Pumpe 22 zu erwartenden Entnahmemenge verglichen. Aus diesen Werten wird eine Diagnose über eine mögliche Fehlfunktion der Pumpe 18 und/oder ggf. auch über eine mögliche Fehlfunktion der Pumpe 22 getroffen.
In der Diagnoseeinrichtung 34 ist ein Histogramm 42 hinterlegt, in dem die für die Pumpe 18 und ggf. die Pumpe 22 zu erwartende Förderleistung in Abhängigkeit der Bedingung ”Umgebungstemperatur” angegeben ist. Die Diagnoseeinrichtung 34 ist dabei mit einem Temperaturfühler 44 gekoppelt, der die Umgebungstemperatur misst. So wird mit dem Histogramm 42 berücksichtigt, dass bei tiefen Umgebungstemperaturen und einer entsprechend geringen Viskosität des zu pumpenden Reduktionsmittels, die Pumpe 18 und ggf. die Pumpe 22 pro Zeiteinheit weniger Fördermenge erreicht.

10: Reduktionsmittel-Tank
12: erster Behälter
14: zweiter Behälter
16: Umpumpleitung
18: erste Pumpe
20: Ansaugleitung
22: zweite Pumpe
24: Dosiermodul
26: Abgasanlage
28: Verbrennungsmotor
30: Rücklaufleitung
32: Blende
34: Diagnoseeinrichtung
36: Ansteuereinrichtung
38: Füllmengenermittlungseinrichtung
40: Füllmengen- bzw. Füllstandssensor
42: Histogramm
44: Temperaturfühler

Claims

Reduktionsmittel-Tank (10) zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage (26) mit einem ersten Behälter (12) zum Speichern von Reduktionsmittel, einem zweiten Behälter (14) zum Speichern von Reduktionsmittel und einer Pumpe (18) zum Umpumpen von Reduktionsmittel vom zweiten Behälter (14) in den ersten Behälter (12), bei dem eine Diagnoseeinrichtung (34) vorgesehen ist, mittels der eine nicht ordnungsgemäße Funktion der Pumpe (18) erkannt werden kann.
Reduktionsmittel-Tank nach Anspruch 1, bei der der Diagnoseeinrichtung (34) eine Ansteuereinrichtung (36) für die Pumpe (18) zugeordnet ist, mittels der die für die Pumpe (18) zu erwartende Förderleistung ermittelt werden kann.
Reduktionsmittel-Tank nach Anspruch 2, bei dem der Diagnoseeinrichtung (34) ein Histogramm (42) zugeordnet ist, in dem die für die Pumpe (18) zu erwartende Förderleistung in Abhängigkeit von mindestens einer Umweltbedingung hinterlegt ist.
Reduktionsmittel-Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Diagnoseeinrichtung (34) eine Füllmengenermittelungseinrichtung (38) zugeordnet ist, mittels der die mit der Pumpe (18) erbrachte Förderleistung ermittelt werden kann.
Reduktionsmittel-Tank nach Anspruch 4, bei der mit der Füllmengenermittelungseinrichtung (38) zumindest eine in einem der Behälter (12, 14) zu erwartende Füllmenge errechnet werden kann.
Verfahren zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage (26) mit den Schritten: Speichern von Reduktionsmittel in einem ersten Behälter (12), Speichern von Reduktionsmittel in einem zweiten Behälter (14) und Umpumpen von Reduktionsmittel vom zweiten Behälter (14) in den ersten Behälter (12) mittels einer Pumpe (18), sowie dem Schritt: Diagnostizieren der Funktion der Pumpe (18).
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Diagnostizierens ein Ansteuern der Pumpe (18) und ein Ermitteln der für die Pumpe (18) zu erwartende Förderleistung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem beim Ermitteln der für die Pumpe (18) zu erwartende Förderleistung mindestens eine Umweltbedingung berücksichtig wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Schritt des Diagnostizierens ein Ermitteln mindestens einer Füllmenge an mindestens einem der Behälter (12, 14) und ein Ermitteln der mit der Pumpe (18) erbrachten Förderleistung aus der mindestens einen Füllmenge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem beim Ermitteln mindestens einer Füllmenge an mindestens einem Behälter (12, 14) eine in dem Behälter (12, 14) zu erwartende Füllmenge errechnet wird.