DE102010062302A1 - Method for determining a current filling quantity of a liquid in a container, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Füllmenge (Vt) einer Flüssigkeit (100) in einem Behälter (10), insbesondere der aktuellen Restfüllmenge (Vt) eines Reduktionsmittels (100) in einem Reduktionsmittelbehälter (10) einer SCR-Dosiereinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei durch einen diskontinuierlich oder diskret arbeitenden Füllstandssensor ein Vorhandensein von Flüssigkeit (100) an einer Messstelle (112) am/im Behälter (10) bestimmt wird, wobei anhand einer zeitlichen Charakteristik (Char; f, pw) eines Signals (S110) des Füllstandssensors (110) aufgrund eines Schwappens der Flüssigkeit (100) im Behälter (10), auf die aktuelle Füllmenge (Vt) der Flüssigkeit (100) im Behälter (10) geschlossen wird.The invention relates to a method for determining a current filling quantity (V t ) of a liquid (100) in a container (10), in particular the current residual filling quantity (V t ) of a reducing agent (100) in a reducing agent container (10) of an SCR metering device Motor vehicle, wherein by a discontinuous or discrete working level sensor, a presence of liquid (100) at a measuring point (112) on / in the container (10) is determined, based on a temporal characteristic (Char; f, pw) of a signal (S 110 ) of the level sensor (110) due to a sloshing of the liquid (100) in the container (10), the current amount (V t ) of the liquid (100) in the container (10) is closed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Füllmenge einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere der aktuellen Restfüllmenge eines Reduktionsmittels in einem Reduktionsmittelbehälter einer SCR-Dosiereinrichtung eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a method for determining a current filling quantity of a liquid in a container, in particular the current residual filling quantity of a reducing agent in a reducing agent container of an SCR metering device of a motor vehicle.
Bei einem Betrieb einer Brennkraftmaschine, z. B. der eines Kraftfahrzeugs, entsteht Abgas, welches Schadstoffe wie Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) und Partikel enthält. Für verschiedene Schadstoffe existieren gesetzliche Regelungen, welche den Schadstoffausstoß während des Betriebs der Brennkraftmaschine beschränken. Um diese gesetzlichen Vorschriften zu erfüllen, ist in der Regel eine Reinigung des anfallenden Abgases notwendig. Hierfür wird üblicherweise eine Abgasreinigungsanlage eingesetzt, welche einen oder eine Mehrzahl von Katalysatoren, verschiedene Abgassensoren, und im Fall einer Dieselbrennkraftmaschine meist einen Partikelfilter enthält. Im Fall von Magerbrennkraftmaschinen (Dieselmotoren oder Otto-Mager-Motoren) werden in zunehmenden Maße spezielle, Stickoxid reduzierende Verfahren auf Basis von Stickoxid-Speicher-Katalysatoren bzw. SCR-Katalysatoren eingesetzt.In an operation of an internal combustion engine, for. As that of a motor vehicle, exhaust gas is produced, which contains pollutants such as hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO x ) and particles. For various pollutants exist statutory regulations that limit pollutant emissions during operation of the internal combustion engine. To meet these legal requirements, a purification of the exhaust gas is usually necessary. For this purpose, an exhaust gas purification system is usually used, which contains one or a plurality of catalysts, different exhaust gas sensors, and in the case of a diesel engine usually a particulate filter. In the case of lean-burn engines (diesel engines or gasoline lean-burn engines), special nitrogen oxide reducing processes based on nitrogen oxide storage catalysts or SCR catalysts are increasingly being used.
Mit SCR (Selective Catalytic Reduktion) bezeichnet man dabei die Technik einer selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen. Die chemische Reaktion der Reduktion ist dabei selektiv, d. h. es werden nicht alle Abgaskomponenten reduziert, sondern nur die Stickoxide. SCR-Katalysatoren benötigen für die Stickoxidreduktion ein Reduktionsmittel, meist Ammoniak (NH3). Der Ammoniak wird üblicherweise durch ein Einspritzen bzw. eine Eindüsung einer Harnstoff-Wasser-Lösung und deren Hydrolyse im Abgastrakt der Brennkraftmaschine erzeugt und anschließend dem SCR-Katalysator zugeführt. Eine Dosierung des Reduktionsmittels erfolgt durch eine zeitliche Ansteuerung eines Dosierventils, wobei das Reduktionsmittel von einer Pumpe und einem Druckregler mit definiertem Druck vom Dosierventil bereitgestellt wird. Die Zudosierung des Reduktionsmittels muss kontinuierlich überwacht werden, da eine Überdosierung Emissionen von Ammoniak verursacht und eine Unterdosierung einen zu hohen Ausstoß an Stickoxiden zufolge haben kann.SCR (Selective Catalytic Reduction) refers to the technique of selective catalytic reduction of nitrogen oxides in exhaust gases. The chemical reaction of the reduction is selective, ie not all exhaust gas components are reduced, only the nitrogen oxides. SCR catalysts require a reducing agent, usually ammonia (NH 3 ), for nitrogen oxide reduction. The ammonia is usually generated by injecting or injecting a urea-water solution and its hydrolysis in the exhaust tract of the internal combustion engine and then fed to the SCR catalyst. A metering of the reducing agent is effected by a timing of a metering valve, wherein the reducing agent is provided by a pump and a pressure regulator with a defined pressure from the metering valve. The metered addition of the reducing agent must be continuously monitored as an overdose causes emissions of ammonia and underdosing may lead to excessive nitrogen oxide emissions.
Zur Sicherstellung der kontinuierlichen Verfügbarkeit von Ammoniak in einer solchen SCR-Abgasreinigungsanlage ist eine zuverlässige Überwachung eines Füllstands des Reduktionsmittels im Reduktionsmittelbehälter nötig. Sinkt der Füllstand unter einen vorgegebenen Wert, so soll der Fahrer des Kraftfahrzeugs optisch und/oder akustisch darauf aufmerksam gemacht werden, den Behälter, z. B. im Rahmen des nächsten Tankstopps, wieder zu füllen. Ferner soll es möglich sein, aus einer Veränderung des Füllstands auf einen Verbrauch des Reduktionsmittels zu schließen, um dadurch eine verbesserte Steuerung des SCR-Verfahrens oder eine Diagnose einer zugehörigen Dosiereinrichtung zu ermöglichen.To ensure the continuous availability of ammonia in such an SCR emission control system reliable monitoring of a level of the reducing agent in the reducing agent tank is necessary. If the level falls below a predetermined value, the driver of the motor vehicle should be made visually and / or acoustically aware of the container, z. As part of the next refueling, to fill again. Furthermore, it should be possible to conclude from a change in the level of a consumption of the reducing agent, thereby enabling an improved control of the SCR method or a diagnosis of an associated metering device.
Herkömmliche Einrichtungen mit einem Füllstandsgeber mit Schwimmer und Potentiometer, wie sie üblicherweise für Kraftstofftanks eingesetzt werden, sind für die Anwendung in wässeriger Harnstofflösung wegen der Leitfähigkeit des Reduktionsmittels, einer Korrosivität und einer Kristallisation beim Austrocknen problematisch. In bisher existierenden Systemen wird der Füllstand durch vergleichsweise kurze und sich wiederholende Messungen des elektrischen Widerstands zwischen zwei gut leitfähigen Elektroden (Edelstahlstäbe) bestimmt. Der elektrische Widerstand ergibt sich aus der begrenzten Leitfähigkeit der Reduktionsmittellösung zwischen den Elektroden. Somit ist der elektrische Widerstand prinzipiell indirekt proportional zur Eintauchtiefe der Elektroden.Conventional devices with float and potentiometer fill level sensors commonly used for fuel tanks are problematic for use in aqueous urea solution because of the conductivity of the reducing agent, corrosivity and crystallization upon drying. In existing systems, the level is determined by comparatively short and repeated measurements of the electrical resistance between two well-conductive electrodes (stainless steel rods). The electrical resistance results from the limited conductivity of the reducing agent solution between the electrodes. Thus, the electrical resistance is in principle indirectly proportional to the immersion depth of the electrodes.
Die
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren anzugeben, durch welches auf eine einfache Weise ein Füllstand bzw. eine Füllmenge oder -volumen einer Flüssigkeit in einem Behälter ermittelt werden kann. Hierbei soll ein möglichst einfach aufgebauter Füllstandssensor zum Einsatz kommen, wobei, z. B. anhand von einer einzigen oder mehreren Messstellen, über einen weiten Füllstandsbereich hinweg der Füllstand der Flüssigkeit im Behälter bestimmbar sein soll. Hierbei soll das Verfahren nicht nur auf Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich eingeschränkt sein.It is an object of the invention to provide an improved method by which a level or a fill volume or volume of a liquid in a container can be determined in a simple manner. This should be as simple as possible built-up level sensor are used, wherein, for. B. on the basis of a single or multiple measuring points, over a wide level range across the level of the liquid in the container should be determined. Here, the method should not be limited only to applications in the automotive sector.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Füllmenge einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere der aktuellen Restfüllmenge eines Reduktionsmittels in einem Reduktionsmittelbehälter einer SCR-Dosiereinrichtung eines Kraftfahrzeugs, gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object of the invention is achieved by a method for determining a current filling quantity of a liquid in a container, in particular the current residual filling quantity of a reducing agent in a reducing agent container of an SCR metering device of a motor vehicle. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch einen diskontinuierlich und/oder einen diskret arbeitenden Füllstandssensor ein Vorhandensein von Flüssigkeit an einer Messstelle am/im Behälter sensiert bzw. detektiert. Hierbei kann eine einzelne oder eine Mehrzahl von Messstellen zur Anwendung kommen, wobei eine Messstelle an einer Behälterinnenwand bevorzugt ist. Gemäß der Erfindung wird anhand einer zeitlichen Charakteristik eines Signals des Füllstandssensors, aufgrund eines Schwappens bzw. eines Hin- und Hergehens der Flüssigkeit im Behälter, auf die aktuelle Füllmenge der Flüssigkeit im Behälter geschlossen bzw. die aktuelle Füllmenge der Flüssigkeit im Behälter bestimmt. In the method according to the invention, a presence of liquid at a measuring point on / in the container is sensed or detected by a discontinuously and / or a discretely operating filling level sensor. Here, a single or a plurality of measuring points can be used, with a measuring point on a container inner wall is preferred. According to the invention, based on a temporal characteristic of a signal of the level sensor, due to a sloshing or a back and forth of the liquid in the container, closed on the current amount of liquid in the container or determines the current amount of liquid in the container.
Gemäß der Erfindung ist es z. B. möglich, auf Basis einer gemessenen Frequenz und/oder einer Pulsweite des Messsignals die Füllmenge bzw. den Füllstand der Flüssigkeit im Behälter auch mit nur einer einzigen Messstelle innerhalb des Behälters für einen weiten Bereich um die Messstelle herum zu bestimmen. Hierbei kann z. B. ein einfach aufgebauter Füllstandssensor zum Einsatz kommen. Neben der Frequenz und/oder der Pulsweite kann ein zusätzlicher Parameter zur Anwendung kommen. Ferner kann statt der Frequenz und/oder der Pulweite des Signals des Füllstandssensors ein anderer oder eine Mehrzahl von anderen Parametern zur Anwendung kommen.According to the invention it is z. B. possible to determine based on a measured frequency and / or a pulse width of the measuring signal, the filling amount or the level of the liquid in the container with only a single measuring point within the container for a wide range around the measuring point around. This z. B. a simply constructed level sensor are used. In addition to the frequency and / or the pulse width, an additional parameter can be used. Furthermore, instead of the frequency and / or the pulse width of the signal of the level sensor, another or a plurality of other parameters may be used.
Bevorzugt ist die zeitliche Charakteristik des Signals des Füllstandssensors ein digitales Signal, wobei durch eine Auswertung der im digitalen Signal vorhandenen Informationen die aktuelle Füllmenge der Flüssigkeit im Behälter bestimmt werden kann. Aber auch ein analoges Signal kann angewendet werden. In Ausführungsformen der Erfindung kann z. B. aus der zeitlichen Charakteristik des digitalen Signals eine Frequenz und/oder eine Pulsweite des Signals oder von Abschnitten des Signals, also ein Analogon zum Verhalten der Flüssigkeit im Behälter bezüglich der Messstelle, ermittelt werden.The temporal characteristic of the signal of the filling level sensor is preferably a digital signal, wherein the current filling quantity of the liquid in the container can be determined by an evaluation of the information present in the digital signal. But also an analogue signal can be used. In embodiments of the invention, for. B. from the temporal characteristics of the digital signal, a frequency and / or a pulse width of the signal or portions of the signal, so an analogue to the behavior of the liquid in the container with respect to the measuring point, are determined.
Anhand der Frequenz und/oder der Pulsweite des Signals oder von Abschnitten des Signals wird dann die aktuelle Füllmenge der Flüssigkeit im Behälter bestimmt. Ferner kann für die Bestimmung der aktuellen Füllmenge der Flüssigkeit im Behälter eine Beschleunigung der Flüssigkeit, des Behälters oder im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik die des Kraftfahrzeugs herangezogen werden. Gemäß der Erfindung kann für das Bestimmen einer aktuellen Füllstandscharakteristik der Flüssigkeit im Behälter, innerhalb einer Funktion über einen bestimmten Zeitraum oder über bestimmte Zeiträume hinweg, die Frequenz und/oder die Pulsweite des Signals oder von Abschnitten des Signals bestimmt werden, wobei ferner die Beschleunigung des Behälters oder des Kraftfahrzeugs mit herangezogen werden kann.On the basis of the frequency and / or the pulse width of the signal or portions of the signal then the current amount of liquid in the container is determined. Furthermore, for the determination of the actual filling quantity of the liquid in the container, an acceleration of the liquid, of the container or in the field of motor vehicle technology can be used for that of the motor vehicle. According to the invention, for determining a current level characteristic of the liquid in the container, within a function over a certain period of time or over certain periods of time, the frequency and / or the pulse width of the signal or portions of the signal can be determined; Container or the motor vehicle can be used with.
In Ausführungsformen der Erfindung können für das Bestimmen der aktuellen Füllstandscharakteristik der Flüssigkeit im Behälter, innerhalb der Funktion ein oder eine Mehrzahl von Parametern herangezogen werden. Dies sind neben den obig erwähnten Parametern insbesondere eine, ggf. temperaturabhängige, Viskosität der Flüssigkeit, ein Geometriefaktor des Behälters und/oder eine vorher bestimmte Füllmenge der Flüssigkeit im Behälter.In embodiments of the invention, one or a plurality of parameters can be used for determining the current fill level characteristic of the liquid in the container within the function. In addition to the parameters mentioned above, these are in particular one, possibly temperature-dependent, viscosity of the liquid, a geometry factor of the container and / or a previously determined filling quantity of the liquid in the container.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können in einem Kennfeld eine Vielzahl von Füllstandscharakteristiken der Flüssigkeit im Behälter zeitlich vorab abgelegt sein, wobei die entsprechenden Füllstandscharakteristiken bevorzugt in Fahrversuchen mit dem Kraftfahrzeug bestimmt wird. Ferner ist es bevorzugt, dass anhand der aktuellen Füllstandscharakteristik mithilfe des Kennfelds ein aktueller Füllstand der Flüssigkeit im Behälter bestimmt wird. Hierbei kann dann anhand des aktuellen Füllstands der Flüssigkeit im Behälter bevorzugt mithilfe einer Kennlinie die aktuelle Füllmenge der Flüssigkeit im Behälter bestimmt werden.In preferred embodiments of the invention, a plurality of fill-level characteristics of the liquid in the container can be stored in advance in a map, wherein the corresponding fill-level characteristics are preferably determined in driving tests with the motor vehicle. Furthermore, it is preferred that a current filling level of the liquid in the container is determined on the basis of the current filling level characteristic using the characteristic field. In this case, the current fill level of the liquid in the container can then be determined based on the current fill level of the liquid in the container, preferably by means of a characteristic curve.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die wenigstens eine Messstelle des diskontinuierlich und/oder diskret arbeitenden Füllstandssensors, abgesehen von einer Reserve des Behälters, in Bezug auf einen vollständig gefüllten Behälter in einem oberen Drittel, ungefähr auf halber Höhe, in einem unteren Drittel, in einem unteren Viertel, und/oder so weit wie möglich im/am Behälter unten angeordnet. Gemäß der Erfindung kann der wenigstens eine diskontinuierlich und/oder diskret arbeitende Füllstandssensor am/im Behälter vorgesehen sein, wobei der Füllstandssensor bevorzugt wenigstens eine in die Flüssigkeit im Behälter eintauchende Elektrode aufweist.In embodiments of the invention, the at least one measuring point of the discontinuously and / or discretely operating level sensor, with the exception of a reserve of the container, in an upper third with respect to a fully filled container, approximately at half height, in a lower third, in a lower Quarter, and / or as far as possible in / on the container arranged below. According to the invention, the at least one discontinuously and / or discretely operating fill level sensor can be provided on / in the container, the fill level sensor preferably having at least one electrode immersed in the liquid in the container.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings. In the schematic drawing show:
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Verfahrens zum Bestimmen einer Füllmenge eines flüssigen Reduktionsmittels in einem Reduktionsmittelbehälter für eine SCR-Dosiereinrichtung in einem Kraftfahrzeug näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt, sondern kann vielmehr auf alle Flüssigkeiten bzw. Behälter angewendet werden, solange der Behälter bzw. die Flüssigkeit darin nicht zu sehr ruht. D. h. die Flüssigkeit und ggf. auch der Behälter müssen gewissen Beschleunigungen in wenigstens einer Richtung unterliegen.The invention will be explained in more detail below with reference to a method for determining a filling amount of a liquid reducing agent in a reducing agent tank for an SCR metering device in a motor vehicle. However, the invention is not limited to such embodiments, but rather can be applied to all liquids or containers as long as the container or the liquid does not rest therein too much. Ie. the liquid and possibly also the container must be subjected to certain accelerations in at least one direction.
Die
Der Brennkraftmaschine
Zum Steuern und/oder Regeln der Brennkraftmaschine
Die Abgasnachbehandlungsanlage weist einen insbesondere als einen SCR-Katalysator
Als Reduktionsmittel
Die Dosiersteuereinrichtung
Die Dosiersteuereinrichtung
Ausgehend von diesen Parametern und den Messwerten für die Abgastemperatur und einem NOx-Gehalt berechnet die Dosiersteuereinrichtung
Um ein SCR-System betriebsfähig zu halten, muss ein Füllstand des Reduktionsmittels im Reduktionsmittelbehälter überwacht werden. Bisher wurde der Füllstand bei Verwendung von diskontinuierlich arbeitenden Füllstandssensoren lediglich an der diskreten Messstelle bestimmt. Dies führt dazu, dass der Füllstand nicht in einem weiten Bereich um die Messstelle herum sensierbar ist. Dies hat den Nachteil, dass ein Nachfüllen einer kleinen Menge AdBlue® nur schwierig zu erkennen ist. Dies ist jedoch insbesondere bei SCR-Systemen von Bedeutung, da von gesetzlicher Seite zum Teil erhebliche Einschränkungen beim Erreichen eines niedrigen Füllstands gefordert werden, z. B. angefangen von einer Drehzahl-/Momentenbeschränkung der Brennkraftmaschine bis hin zu einem Verbieten deren Starts.To keep an SCR system operational, a level of reductant in the reductant tank must be monitored. So far, the level has been determined when using discontinuously operating level sensors only at the discrete measuring point. As a result, the filling level can not be sensed in a wide area around the measuring point. This has the disadvantage that refilling a small amount of AdBlue® is difficult to detect. However, this is particularly important in SCR systems, as required by law sometimes significant restrictions in achieving a low level, z. B. from a speed / torque limit of the engine to prohibiting their start.
Um eine Füllhöhe h – siehe
Wird der Reduktionsmittelbehälter
Um die Füllhöhe h des Reduktionsmittels
Innerhalb einer Funktion F wird eine Charakteristik Char des Signals S110 zu einem bestimmten Zeitraum/-punkt t und/oder über einen längeren Zeitraum t ausgewertet, wobei bevorzugt eine Frequenz f und/oder eine Pulsweite pw im Signal S110 bzw. in einem Bereich oder Abschnitt des Signals S110 ermittelt werden. Mithilfe dieser Informationen kann aus einer in einem Kennfeld KF hinterlegten Füllstandcharakteristik des schwappenden Reduktionsmittels
Durch das Kennfeld KF wird ein quasi ruhender Füllstand h des Reduktionsmittels
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