DE102012204389A1 - Method for monitoring level of aqueous urea solution in reducing agent tank of motor vehicle, involves determining mass of water solution removed from reducing agent tank, and computing level of solution from measured level and mass - Google Patents

Method for monitoring level of aqueous urea solution in reducing agent tank of motor vehicle, involves determining mass of water solution removed from reducing agent tank, and computing level of solution from measured level and mass Download PDF

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Abstract

The method involves measuring a level of a liquid urea water solution (4) in a reducing agent tank (1), by a level sensor (2), and determining whether the solution is in a partially frozen state. The measured level is stored immediately after determination of the frozen state of the solution. A mass of the solution removed from the reducing agent tank at a point of time is determined, where the determination of the frozen state of the solution is carried out at the point of time. The level of the solution is computed from the measured level and the removed solution mass. Independent claims are also included for the following: (1) a computer program comprising a set of instructions for executing a method for monitoring a level of a liquid urea water solution in a filled container (2) a computer program product comprising a set of instructions for executing a method for monitoring a level of a liquid urea water solution in a filled container.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Füllstandes eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälters, insbesondere eines Reduktionsmitteltanks in einem SCR-Katalysatorsystem. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät ausgeführt wird.The invention relates to a method for monitoring a filling level of a container filled with a liquid, in particular a reducing agent tank in an SCR catalyst system. Furthermore, the present invention relates to a computer program that performs all the steps of the inventive method when it runs on a computing device. Finally, the present invention relates to a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention when the program is executed on a computing device.

Stand der TechnikState of the art

Um die immer strengeren Abgasgesetzgebungen zu erfüllen, ist es notwendig, Stickstoffdioxide im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, zu verringern. Hierzu ist es bekannt, im Abgasbereich von Verbrennungskraftmaschinen einen SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) anzuordnen, der in dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltene Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxid im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Als Reduktionsmittel werden daher NH3 bzw. NH3-abspaltende Reagenzien eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung (Harnstoffwasserlösung; HWL) verwendet, die vor dem SCR-Katalysator im Abgasstrang eingespritzt wird. Aus dieser Lösung bildet sich Ammoniak, das als Reduktionsmittel wirkt. Eine 32,5 %ige wässrige Harnstofflösung ist unter dem Markennamen AdBlue® kommerziell erhältlich.In order to meet the increasingly stringent exhaust gas legislation, it is necessary to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas of internal combustion engines, especially diesel engines. For this purpose, it is known to arrange in the exhaust area of internal combustion engines an SCR catalyst (Selective Catalytic Reduction), which reduces nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas of the internal combustion engine in the presence of a reducing agent. As a result, the proportion of nitrogen oxide in the exhaust gas can be significantly reduced. For the course of the reaction ammonia (NH 3 ) is required, which is admixed to the exhaust gas. As reducing agents therefore NH 3 or NH 3 -splitting reagents are used. As a rule, an aqueous urea solution (urea water solution, HWL) is used for this, which is injected in the exhaust line upstream of the SCR catalytic converter. From this solution forms ammonia, which acts as a reducing agent. A 32.5% aqueous urea solution is commercially available under the trade name AdBlue ®.

Bei einer Umgebungstemperatur von weniger als –11°C kann diese Harnstoffwasserlösung im Reduktionsmitteltank eines Kraftfahrzeuges gefrieren. Das Auftauen der gefrorenen Harnstoffwasserlösung wird in der Regel durch eine Heizung realisiert. Da diese Heizung üblicherweise im unteren Bereich des Reduktionsmitteltankes angeordnet ist, kann es dazu kommen, dass ein Teil der Harnstoffwasserlösung am Tankboden bereits aufgetaut ist, während sich darüber noch eine Schicht aus gefrorener Reduktionsmittellösung befindet. In diesem Fall liefert ein Füllstandssensor, welcher in dem Reduktionsmitteltank angeordnet ist, um dessen Befüllung zu messen, eine falsche Bestimmung der in dem Tank verbliebenen Flüssigkeitsmasse.At an ambient temperature of less than -11 ° C, this urea water solution can freeze in the reducing agent tank of a motor vehicle. The thawing of the frozen urea water solution is usually realized by a heater. Since this heater is usually arranged in the lower region of the reducing agent tank, it may happen that a part of the urea water solution is already thawed at the tank bottom, while there is still a layer of frozen reducing agent solution. In this case, a level sensor, which is arranged in the reducing agent tank to measure its filling, provides an incorrect determination of the liquid mass remaining in the tank.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Füllstandes eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälters, insbesondere eines Reduktionsmitteltanks in einem SCR-Katalysatorsystem, umfasst das Messen des Füllstandes mittels eines Füllstandssensors, das Bestimmen, ob die Flüssigkeit zumindest teilweise gefroren ist, das Speichern des zuletzt gemessenen Füllstandes, sobald darauf erkannt wurde, dass die Flüssigkeit zumindest teilweise gefroren ist, das Bestimmen einer dem Behälter entnommenen Flüssigkeitsmasse ab dem Zeitpunkt zu dem darauf erkannt wurde, dass die Flüssigkeit zumindest teilweise gefroren ist, und das Berechnen des Füllstandes aus dem zuletzt gemessenen Füllstand und der eindosierten Flüssigkeitsmasse. Die eindosierte Flüssigkeitsmasse kann, wenn es sich bei dem Behälter um den Reduktionsmitteltank eines SCR-Katalysatorsystems handelt, beispielsweise der Software eines Steuergeräts entnommen werden.The method according to the invention for monitoring a fill level of a container filled with a liquid, in particular a reducing agent tank in an SCR catalyst system, comprises measuring the fill level by means of a fill level sensor, determining whether the liquid is at least partially frozen, storing the last measured fill level, once it has been recognized that the liquid has been at least partially frozen, determining a liquid mass taken from the container from the time it was detected that the liquid is at least partially frozen, and calculating the level from the last measured fill level and the metered level liquid mass. The metered-in liquid mass, if the container is the reducing agent tank of an SCR catalyst system, can be taken from the software of a control unit, for example.

Wenn darauf erkannt wurde, dass die Flüssigkeit zumindest teilweise gefroren ist, wird das Signal des Füllstandssensors vorzugsweise nicht mehr zur Füllstandsbestimmung herangezogen.If it was recognized that the liquid is at least partially frozen, the signal of the level sensor is preferably no longer used for level determination.

Sobald der Tankinhalt vollständig aufgetaut ist, kann der Füllstand des Behälters in herkömmlicher Weise mittels des Füllstandssensors gemessen werden.Once the tank contents are completely thawed, the level of the container can be measured in a conventional manner by means of the level sensor.

Das erfindungsgemäße Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, ermöglicht die nachträgliche Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem vorhandenen Behälter mit Füllstandssensor. Hierzu dient das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computersteuergerät ausgeführt wird.The computer program according to the invention, which executes all the steps of the method according to the invention, when it runs on a computing device, enables the subsequent implementation of the method according to the invention in an existing container with fill level sensor. For this purpose, the inventive computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention, when the program is executed on a computer control unit.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

1 zeigt einen vollständig gefüllten Reduktionsmitteltank eines SCR-Katalysatorsystems mit teilweise gefrorener Harnstoffwasserlösung nach einer kurzen Auftauzeit. 1 shows a fully filled reductant tank of a SCR catalyst system with partially frozen urea water solution after a short thawing time.

2 zeigt einen vollständig gefüllten Reduktionsmitteltank eines SCR-Katalysatorsystems mit teilweise gefrorener Harnstoffwasserlösung nach einer langen Auftauzeit. 2 shows a fully filled reductant tank of a SCR catalyst system with partially frozen urea water solution after a long thawing time.

3 zeigt einen teilweise gefüllten Reduktionsmitteltank eines SCR-Katalysatorsystems mit teilweise gefrorener Harnstoffwasserlösung nach einer kurzen Auftauzeit. 3 shows a partially filled reductant tank of a SCR catalyst system with partially frozen urea water solution after a short thawing time.

4 zeigt einen teilweise gefüllten Reduktionsmitteltank eines SCR-Katalysatorsystems mit teilweise gefrorener Harnstoffwasserlösung nach einer kurzen Auftauzeit. 4 shows a partially filled reductant tank of a SCR catalyst system with partially frozen urea water solution after a short thawing time.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1 bis 4 zeigen einen Reduktionsmitteltank 1 eines SCR-Katalysatorsystems, welcher einen Füllstandssensor 2 und eine Tankheizung 3 im unteren Teil des Reduktionsmitteltanks 1 enthält. In 1 ist der Reduktionsmitteltank vollständig mit Harnstoffwasserlösung befüllt, die allerdings nur teilweise in einer flüssigen Form 4 vorliegt, welche sich in einem vertieften Auslassbereich des Reduktionsmitteltanks 1 gesammelt hat. Der überwiegende Teil der Harnstoffwasserlösung liegt in gefrorener Form 5 vor. Ein solcher Zustand des Reduktionsmitteltanks 1 wird üblicherweise nach einer kurzen Auftauzeit eines vollständig befüllten Reduktionsmitteltanks 1 mit zunächst vollständig gefrorenem Inhalt erreicht. Der Zustand desselben Reduktionsmitteltanks 1 nach einer längeren Auftauzeit ist in 2 dargestellt. Hierbei ist der gesamte Boden des Reduktionsmitteltanks 1 mit flüssiger Harnstoffwasserlösung 4 bedeckt. Allerdings befindet sich über der Oberfläche der flüssigen Harnstoffwasserlösung 4 noch immer ein Bereich, welcher aus gefrorener HWL 5 besteht. 3 zeigt den Zustand des Reduktionsmitteltanks 1 nach einer kurzen Auftauzeit, wenn dieser nicht vollständig befüllt ist. Wiederum sammelt sich flüssige Harnstoffwasserlösung 4 im Auslassbereich des Reduktionsmitteltanks 1, während der restliche Tankinhalt 5 gefroren bleibt. Nach einer längeren Auftauzeit verbleiben, wie in 4 gezeigt ist, an den Innenwänden des Reduktionsmitteltanks 1 Reste gefrorener HWL 5, während der übrige Tankinhalt 4 aufgetaut ist.The 1 to 4 show a reducing agent tank 1 an SCR catalyst system comprising a level sensor 2 and a tank heater 3 in the lower part of the reducing agent tank 1 contains. In 1 the reducing agent tank is completely filled with urea water solution, although only partially in a liquid form 4 is present, which is located in a recessed outlet area of the reducing agent tank 1 has collected. The majority of the urea water solution is in frozen form 5 in front. Such a condition of the reducing agent tank 1 is usually after a short thawing time of a completely filled reducing agent tank 1 achieved with initially completely frozen content. The condition of the same reducing agent tank 1 after a longer thawing time is in 2 shown. Here is the entire bottom of the reducing agent tank 1 with liquid urea water solution 4 covered. However, it is located above the surface of the liquid urea water solution 4 still an area, which made of frozen HWL 5 consists. 3 shows the state of the reducing agent tank 1 after a short defrosting time, when it is not completely filled. Again, liquid urea water solution collects 4 in the outlet area of the reducing agent tank 1 while the rest of the tank contents 5 remains frozen. After a prolonged thawing time remain, as in 4 is shown on the inner walls of the reducing agent tank 1 Remains of frozen HWL 5 while the rest of the tank contents 4 thawed.

In den 1 und 2 wird der Füllstandssensor 2 teilweise von gefrorener Harnstoffwasserlösung 5 eingeschlossen. Zudem ist in allen Figuren ein Teil der Harnstoffwasserlösung im Reduktionsmitteltank 1 dem Flüssigkeitsvolumen 4 als Feststoff 5 entzogen. In allen Fällen ist deshalb keine zuverlässige Füllstandsbestimmung mittels des Füllstandssensors 2 möglich. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher das Signal des Füllstandssensors 2 nicht mehr zur Füllstandsbestimmung herangezogen und der im Reduktionsmitteltank 1 befindliche HWL-Inhalt ermittelt, indem von einem Tankfüllstand, welcher vor dem Einfrieren des Tankinhalts ermittelt wurde und der in einem Steuergerät hinterlegt ist, die HWL-Masse abgezogen wird, welche aus dem HWL-Tank in einen SCR-Katalysator eindosiert wurde. Sobald der Tankinhalt vollständig aufgetaut ist, wird der Füllstandssensor 2 wieder eingeschaltet und im Folgenden der Tankfüllstand mittels des Füllstandssensors bestimmt. Ob der Tankinhalt ganz oder teilweise gefroren ist, wird hierbei mittels im Stand der Technik bekannter Methoden ermittelt.In the 1 and 2 becomes the level sensor 2 partly from frozen urea water solution 5 locked in. In addition, in all figures part of the urea water solution in the reducing agent tank 1 the liquid volume 4 as a solid 5 withdrawn. In all cases, therefore, no reliable level determination by means of the level sensor 2 possible. In one embodiment of the method according to the invention, therefore, the signal of the level sensor 2 no longer used for level determination and in the reducing agent tank 1 located HWL content determined by by a tank level, which was determined before freezing the tank contents and which is stored in a control unit, the HWL mass is withdrawn, which was metered from the HWL tank in an SCR catalyst. Once the tank contents have thawed completely, the level sensor will become 2 switched on again and determined below the tank level by means of the level sensor. Whether the tank contents is completely or partially frozen is determined here by methods known in the art.

Claims (4)

Verfahren zur Überwachung eines Füllstandes eines mit einer Flüssigkeit (4) gefüllten Behälters (1), insbesondere eines Reduktionsmitteltanks in einem SCR-Katalysatorsystem, umfassend – Messen des Füllstandes mittels eines Füllstandssensors (2), – Bestimmen, ob die Flüssigkeit (4) zumindest teilweise gefroren ist, – Speichern des zuletzt gemessenen Füllstandes, sobald darauf erkannt wurde, dass die Flüssigkeit (4) zumindest teilweise gefroren ist, – Bestimmen einer dem Behälter (1) entnommenen Flüssigkeitsmasse ab dem Zeitpunkt zu dem darauf erkannt wurde, dass die Flüssigkeit (4) zumindest teilweise gefroren ist, und – Berechnen des Füllstandes aus dem zuletzt gemessenen Füllstand und der eindosierten Flüssigkeitsmasse.Method for monitoring a filling level of a liquid ( 4 ) filled container ( 1 ), in particular a reducing agent tank in an SCR catalyst system, comprising - measuring the filling level by means of a filling level sensor ( 2 ), - determining if the liquid ( 4 ) is at least partially frozen, - storing the last measured level as soon as it was recognized that the liquid ( 4 ) is at least partially frozen, - determining a container ( 1 ) from the time it was detected that the liquid ( 4 ) is at least partially frozen, and - calculating the level of the last measured level and the metered liquid mass. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Füllstandssensors (2) nicht mehr zur Füllstandsbestimmung herangezogen wird, nachdem darauf erkannt wurde, dass die Flüssigkeit (4) zumindest teilweise gefroren ist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the signal of the filling level sensor ( 2 ) is no longer used for level determination, after it has been recognized that the liquid ( 4 ) is at least partially frozen. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft.A computer program that performs all the steps of a method according to claim 1 or 2 when running on a computing device. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to claim 1 or 2, when the program is executed on a computer or control unit.
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