DE102011089502A1

DE102011089502A1 - Vorrichtung zur Messung der Durchflußmenge eines Fluids, Fördermodul und Verfahren zur Messung der Durchflußmenge

Info

Publication number: DE102011089502A1
Application number: DE102011089502A
Authority: DE
Inventors: Michael Koehler; Frank Gottwald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Es wird eine Vorrichtung 43 zur Messung der Durchflußmenge eines Fluids, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, durch eine Fluidleitung, mit einer Druckdifferenzmeßstelle 15, 17 vorgeschlagen, wobei die Druckdifferenzmeßstelle mittels einer Durchgangsleitung 51 für das Fluid überbrückt werden kann. Desweiteren werden ein Fördermodul mit einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung der Durchflußmenge eines Fluids vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung der Durchflußmenge eines Fluids bzw. einem Fördermodul bzw. einem Verfahren zur Messung der Durchflußmenge eines Fluids nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Die DE 19947198 beschreibt eine Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen, bei der ein flüssiges Reduktionsmittel aus einem Vorratstank herausgepumpt und dosiert dem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine zugeführt wird. Dabei misst ein druckseitig der Förderpumpe angeordneter Drucksensor den Flüssigkeitsdruck, so dass Druckabweichungen von einem Sollwert erkannt werden können.
Durchflußmeßgeräte mit einer Druckdifferenzmeßstelle sind beispielsweise aus der DE 2728250 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Durchflußmenge eines Fluids durch eine Fluidleitung bzw. das erfindungsgemäße Fördermodul mit einer solchen Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Durchflußmenge des Fluids mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, eine exakte Messung der Durchflußmenge zu ausgewählten Zeitpunkten zu gewährleisten, ohne in einem Normalbetrieb der betreffenden Fluidanordnung, beispielsweise des Fördermoduls oder einer Dosieranordnung mit einem solchen Fördermodul, einen Durchfluß des Fluids durch die Fluidanordnung bzw. Fluidleitung der Fluidanordnung zu behindern. Insbesondere bei Dosieranordnungen bzw. Fördermodulen im Rahmen einer nachmotorischen Zuführung eines Reduktionsmittels zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen kann somit eine Durchflußmenge der wässrigen Harnstofflösung exakt überwacht werden. In vorteilhafter Weise ermöglicht dies, eine sogenannte Mengen-Abweichungs-Überprüfung durchzuführen (englische Abkürzung hierfür: „CDM“, „consumption deviation monitoring“), um sicher zu vermeiden, dass durch Falschdosierungen von Fluidmengen insbesondere bei Abgasnachbehandlungsanordnungen geförderte Fluide bzw. deren Reaktionsprodukte an unerwünschte Orte, beispielsweise in die Umgebung, gelangen. Die zuschaltbare Funktion einer Mengenmessung aufgrund von Druckabfall an einer Drosselstelle ermöglicht zudem, im Rahmen der Abgasnachbehandlung bei Brennkraftmaschinen eine entsprechende „On-Board“-Diagnose-Funktionalität bereitzustellen, wie sie sich auch in Abgas-Gesetzgebungen insbesondere in den USA (US10, US13) bereits niedergeschlagen hat.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtung bzw. des angegebenen Fördermoduls bzw. Verfahrens zur Messung einer Durchflußmenge möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die 1 zeigt einen schaltbaren Durchflußmengenmesser in einem Fördermodul einer Dosieranordnung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die in 1 abgebildete Dosieranordnung 1 umfaßt einen Tank 3, aus dem ein Fördermodul 5 eine wässrige Harnstofflösung 9 fördert bzw. herauspumpt, um sie über ein ein Dosierventil 23 aufweisendes Dosiermodul 7, in welchem vorzugsweise dem Dosierventil 23 ein Filter 33 vorgeordnet ist, in einen nicht näher dargestellten Abgastrakt beispielsweise stromaufwärts eines dort angeordneten Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs einzuspritzen. Eine in den Tank 3 ragende Ansaugleitung 37 saugt über ein endständig angeordnetes, in die wässrige Harnstofflösung eingetauchtes Filter 30 die Flüssigkeit an. Ein weiteres Filter 31 ist beim Übergang der Ansaugleitung in den Bereich des Fördermoduls 5 vorgesehen. Zwischen dem Filter 31 und der Pumpe 11 des Fördermoduls 5 ist ein elektrisch ansteuerbares 4/2-Wege-Ventil 13 geschaltet, welches zur Richtungsumkehr des Fluidtransports im Fördermodul bei gleichbleibender Förderrichtung der Pumpe 11 dient. Hierzu ist die sich an der Druckseite der Pumpe 11 anschließende Druckleitung 39 über das zweite Paar der Fluidanschlüsse des 4/2-Wegeventils 13 geführt. Stromabwärts der Pumpe befindet sich hierbei ein Hauptfilter 25 in der Druckleitung 39, wobei stromabwärts des Hauptfilters 25, jedoch vor dem Umkehrventil 13, eine Rücklaufleitung 41 von der Druckleitung 39 abzweigt, die über ein Filter 32 und eine Rücklaufdrossel 35 zum Tank zurückführt, indem sie oberhalb eines maximalen Füllniveaus des Tanks 3 endet. Eine Meßeinrichtung bzw. Vorrichtung 43 zur Messung der Durchflußmenge des Fluids, der wässrigen Harnstofflösung, durch die Fluidleitung bzw. Druckleitung 39 ist auf der der Pumpe 11 abgewandten Seite des Umkehrventils 13 angeordnet, kann jedoch in einer alternativen Ausführungsform, ebenfalls in der Druckleitung 39, zwischen Umkehrventil 13 und Pumpe 11 angeordnet sein. Die Meßeinrichtung 43 kann als Einheit mit Einlaßanschluß 45 und Auslaßanschluß 47 ausgebildet sein, wobei an den genannten Anschlüssen die Druckleitung 39 angeschlossen ist. Oder die Meßeinrichtung ist, wie in der Figur abgebildet, in den Verlauf der Druckleitung 39 integriert, so dass die Bezugszeichen 45 und 47 in diesem Fall lediglich gedachte Übergänge hinein (45) in die Meßeinrichtung bzw. wieder hinaus (47) in die restliche Druckleitung 39, die zum Dosiermodul 7 weiterführt, darstellen.
Die Vorrichtung 43 zur Messung der Durchflussmenge weist eine Meßleitung 49 auf, die Einlaß 45 mit Auslaß 47 verbindet. In der Meßleitung 49 ist eine Drossel bzw. Drosselstelle 15 angeordnet. Wahlweise kann zusätzlich ein Rückschlagventil 17 in der Meßleitung 49 vorgesehen sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Rückschlagventil auf der dem Auslaß 47 zugewandten Seite der Meßleitung 49 angeordnet, wobei es in Richtung Auslaß 47 öffnen kann. Parallelgeschaltet zur Meßleitung 49 ist eine Durchgangsleitung 51, welche ein 2/2-Wege-Ventil 20 aufweist und ebenfalls den Einlaß 45 mit dem Auslaß 47 verbindet. Auf der dem Auslaß 47 zugewandten Seite des Ventils 20 ist ein erster Drucksensor 19 an die Durchgangsleitung 51 bzw. Meßleitung 49 angeschlossen, während auf der dem Einlaß 45 zugewandten Seite des Ventils ein zweiter Drucksensor 21 angeschlossen ist.
Im Normalbetrieb des Fördermoduls 5 ist die Meßeinrichtung 43 deaktiviert, also die Druckdifferenzmeßstelle 15, 17 kurzgeschlossen, indem das Schaltventil 20 dauerhaft in der geöffneten Position gehalten wird. Dadurch kann ein ungehinderter Durchfluss der wässrigen Harnstofflösung durch die Druckleitung 39 gewährleistet werden. Im Dosierbetrieb ist hierbei das Umkehrventil 13 in der in der Figur dargestellten Position gehalten, so dass die Pumpe die wässrige Harnstofflösung aus dem Tank ansaugen und zum Dosiermodul 7 weiterbefördern kann. Die Rücklaufleitung 41 dient dazu, auch bei geschlossenem Dosierventil 23 stets eine kleine Menge an wässriger Harnstofflösung durch die Pumpe zirkulieren zu lassen. Im Rücksaugfall, wenn das Leitungssystem entleert werden soll, ist wird das Umkehrventil umgeschaltet, so dass bei gleichbleibendem Pumpenbetrieb Druckleitung 39 und Ansaugleitung 37 zum Tank hin entleert werden.
Im Meßbetrieb der Meßeinrichtung 43 bzw. des Fördermoduls 5 („CDM“-Betrieb) ist das 2/2-Wege-Ventil 20 bei laufender Pumpe 11 gegen den Betriebsdruck geschlossen, und die durch Öffnung des Dosierventils 23 angeforderte Menge an wässriger Harnstofflösung muß durch die Druckdifferenzstelle, insbesondere durch die Drossel 15, fließen. Die Drossel ist auf die im CDM-Fall in den Abgastrakt eindosierte Menge abgestimmt. Der erste Drucksensor 19 mißt auch im Normalbetrieb des Fördermoduls den Systemdruck, der zweite Drucksensor 21 dient zur Ermittlung des Drucks auf der anderen Seite der Druckdifferenzmeßstelle im Meßbetrieb, so dass der Differenzdruck zwischen den beiden Meßstellen bzw. zwischen den beiden Drucksensoren bestimmt werden kann. Aus dem Differenzdruck über der in ihrer Geometrie bekannten Drosselstelle wiederum kann die Durchflussmenge ermittelt werden. Nach der Messung wird das 2/2-Wege-Ventil 20 wieder geöffnet und die Drosselstelle dadurch überbrückt. Die hohe Varianz bzw. Spreizung der bei entsprechend angesteuerter Pumpe vom geöffneten Dosierventil angeforderten AdBlue-Menge bleibt von der Drosselstelle unbeeinflusst, weil nur bei Mengenanforderungen, auf die die Drosselstelle zur Mengenmessung ausgelegt ist, das 2/2-Wege-Ventil 20 geschlossen und die Durchflußmenge bestimmt wird.
Es ist also eine Drosselstelle vorgesehen zur Zwischenschaltung in die Fluidleitung bzw. Druckleitung, so dass bei einem Strömen des Fluids bzw. der wässrigen Harnstofflösung durch die Fluidleitung und durch die Drosselstelle anhand des Druckabfalls an der Drosselstelle auf die durch die Fluidleitung strömende Durchflußmenge des Fluids geschlossen werden kann. Die Drosselstelle der Meßeinrichtung ist dabei in einer Meßleitung 49 angeordnet, wobei die Meßleitung 49 einen Einlaß 45 mit einem Auslaß 47 der Meßeinrichtung verbindet, wobei der Einlaß und der Auslaß mit der Fluidleitung verbunden sind. Die Drosselstelle bzw. Druckdifferenzmeßstelle ist hierbei überbrückbar ausgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19947198 [0002]
DE 2728250 [0003]

Claims

Vorrichtung (43) zur Messung der Durchflußmenge eines Fluids (9), insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, durch eine Fluidleitung (39), mit einer Druckdifferenzmeßstelle (15, 17), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenzmeßstelle mittels einer Durchgangsleitung (51) für das Fluid überbrückt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsleitung (51) zur Druckdifferenzmeßstelle (15, 17) parallelgeschaltet ist und ein Schaltventil (20) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Drucksensor (19) hinter der Differenzdruckmeßstelle und ein zweiter Drucksensor (21) vor der Druckdifferenzmeßstelle angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Schaltventil (20) zwischen den beiden Drucksensoren befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenzmeßstelle eine Drosselstelle (15) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckdifferenzmeßstelle ein Rückschlagventil (17) zugeordnet ist.
Fördermodul (5) zur Förderung eines Fluids, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung (9), über eine Fluidleitung (37, 39) aus einem Tank (3) zu einer Abgabestelle (23), mit Mitteln (11, 25, 35, 32) zum Fördern des Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung (43) zur Messung der Durchflußmenge des Fluids durch die Fluidleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Fördermodul (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mitteln (11, 25, 35, 32) und der Druckdifferenzmeßstelle (15, 17) ein Umkehrventil (13) angeordnet ist.
Fördermodul (5) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Fördern eine Pumpe (11) aufweisen.
Verfahren zur Messung der Durchflußmenge eines Fluids durch eine Fluidleitung, insbesondere durch eine Fluidleitung eines Fördermoduls zur Förderung des Fluids, mit einer Druckdifferenzmeßstelle (15, 17), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Meßbetrieb der Druckdifferenzmeßstelle die Messung an der Druckdifferenzmeßstelle erfolgt und dass in einem Ruhebetrieb der Druckdifferenzmeßstelle die Druckdifferenzmeßstelle mittels einer Durchgangsleitung (51) für das Fluid überbrückt wird, so dass das Fluid unbeeinflußt von der Druckdifferenzmeßstelle durch die Fluidleitung fließen kann.