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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Pumpensystems, das zur Förderung eines flüssigen Mediums aus einem Tank und zur Dosierung des Mediums über eine Druckleitung mittels wenigstens einer Dosiereinheit vorgesehen ist. Das Pumpensystem umfasst wenigstens eine Förderpumpe und wenigstens eine Einrichtung zur Rückförderung des Mediums.
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Stand der Technik
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Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich vermindert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Für die Bereitstellung von Ammoniak wird üblicherweise eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang mit Hilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird.
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Die Harnstofflösung wird üblicherweise in einem Harnstofflösungstank in dem Kraftfahrzeug vorgehalten. Zur Förderung der Harnstofflösung ist im Allgemeinen ein Förder- und Dosiersystem vorgesehen, das neben dem Harnstofflösungstank eine Fördereinheit, eine Druckleitung, eine Dosiereinheit, die erforderliche Sensorik sowie eine elektronische Steuereinheit umfasst. Im Folgenden wird das gesamte Förder- und Dosiersystem, das insbesondere den Tank, die Pumpe(n), Ventile, Leitungen, die Dosiereinrichtung, die Sensorik sowie ein Steuergerät umfasst, als System bezeichnet. Das Pumpensystem im engeren Sinne umfasst vor allem die Pumpe(n), Pulsationsdämpfer, Leitungen und Ventile. Hiervon umfasst sind auch der Ansaugbereich der Förderpumpe mit der Saugleitung einschließlich des Tankfilters sowie eine gegebenenfalls vorhandene Rückfördereinheit mit deren Ansaugbereich und einem Rücklaufkanal in den Tank.
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Als wesentliche Komponente des Pumpensystems ist im Allgemeinen eine Förderpumpe vorgesehen, die die gewünschte und erforderliche Menge der Harnstofflösung aus dem Tank fördert und in einem Systemdruckbereich in die Druckleitung einspeist. Über die Dosiereinheit, die ein oder mehrere Dosierventile umfassen kann, wird die Harnstofflösung bedarfsgerecht in den Abgasstrang eingesprüht.
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Um bei niedrigen Temperaturen Schädigungen an den empfindlichen Bauteilen dieses Systems durch Eisdruck zu vermeiden, ist es im Allgemeinen vorgesehen, dass nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs die Harnstofflösung aus der Dosiereinheit zurück in den Tank gesaugt wird. Hierfür kann beispielsweise die Förderpumpe mit einer Umschalteinheit, beispielsweise einem 4/2-Wegeventil oder einem Schaltventil im Rücklauf, ausgestattet sein. Neuere Pumpensysteme können eine separate Rückförderpumpe aufweisen, die das Rücksaugen von Medium aus der Dosiereinheit und gegebenenfalls aus der Druckleitung erlaubt.
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Derartige Pumpensysteme basieren auf einem hydraulischen Prinzip. Wenn in dem Pumpensystem und insbesondere in der Förderpumpe und/oder dem Saugpfad und/oder dem Ansaugbereich der Förderpumpe Luftblasen oder allgemein Gasvolumina in signifikanter Menge vorhanden sind, kann das dazu führen, dass der Druck nicht in korrekter Weise aufgebaut werden kann und die Funktionsfähigkeit der Pumpe eingeschränkt ist. Gasvolumina werden bei hohen Drücken wesentlich stärker komprimiert als Flüssigkeiten, sodass der erforderliche Druck beim Vorhandensein von Gasvolumina gegebenenfalls zu sehr eingeschränkt oder gar nicht aufgebaut werden kann. Im schlechtesten Fall kann die Fördermenge auf null absinken. In diesem Fall verdichtet und entspannt die Pumpe nur das Gasvolumen, ohne dass der Druck zur Öffnung eines Druckauslassventils der Pumpe erreicht wird. Das Verdichtungsverhältnis der Pumpe, die für eine Flüssigkeitsförderung ausgelegt ist, ist für eine Gasförderung ab einem bestimmten Systemdruck in der Regel nicht mehr ausreichend. Im Ergebnis können also Gasvolumina in der Pumpe und in dem Saugleitungssystem die Förderfunktion erheblich einschränken.
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Die im Pumpensystem gegebenenfalls vorhandenen Gasblasen, Luftblasen, Dampfblasen oder anderweitige gasförmige Bestandteile werden im Folgenden allgemein als Gasvolumen zusammengefasst. Gasblasen, Luftblasen oder Dampfblasen können während des laufenden Betriebs des Pumpensystems angesaugt werden oder sind bereits in signifikanter Menge im Elementraum der Pumpe vorhanden. Das Vorhandensein von Gasvolumina in der Pumpe (oder den Pumpen) und/oder im Ansaugbereich der Pumpe(n) kann verschiedene Ursachen haben. Beispielsweise wird bei der Erstbefüllung des Tanks in der Regel Gas in signifikanter Menge durch die Förderpumpe angesaugt. Auch bei einem Teiletausch des Förder- und Dosiersystems in der Werkstatt, beispielsweise bei einem Austausch des Tanks, der Fördereinrichtung, dem Austausch von Filtern oder ähnlichem, gelangt Luft bzw. Gas in das System. Weiterhin kann eine nicht erfolgte oder nicht ausreichende Entlüftung des Tankfilters zu dem Auftreten von Gas in dem Pumpensystem führen. Luftblasen können sich z.B. während des Fahrbetriebs, beispielsweise durch Vibrationen, sammeln. Weiterhin kann es zu einer Luftausgasung aus dem flüssigen Medium kommen, beispielsweise durch Temperatureffekte oder bei einer Höhenfahrt mit entsprechend niedrigerem Luftdruck. Auch kann es zu einer Dampf- und/oder Gasblasenbildung durch einen Zerfall des flüssigen Mediums kommen. Wenn das flüssige Medium zu spät nachgetankt wird und es zu einer Tankleerfahrt kommt, wird Luft von der Förderpumpe angesaugt. Bei niedrigem Tankfüllstand kann auch eine Kurvenfahrt zum Ansaugen von Luft führen. Das Gleiche gilt für das Abstellen des Fahrzeuges in signifikanter Schräglage. Schließlich kann das Vorhandensein von nicht mehr ausreichend dichten Dichtungen zum Ansaugen von Bypass-Luft aus der Umgebung führen, sodass auch in diesem Fall das Gasvolumen in der Pumpe und/oder in deren Ansaugbereich signifikant hoch werden kann.
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Gasvolumina im Rücklaufkanal und/oder in der Rückförderpumpe können abhängig von der konstruktiven Realisierung des Pumpensystems und der Realisierung der Systemsteuerung ebenfalls unerwünscht sein. Das Auftreten von Gasvolumina in diesem Bereich kann neben den oben bereits erwähnten Ursachen auch durch andere Gründe verursacht sein. Beispielsweise kann Gas in diesen Bereich gelangen, wenn zu viel Gasvolumen zurückgesaugt wurde und die Druckleitung komplett entleert wurde. Dies tritt vor allem bei einem Abstellen des Systems bei hohen Temperaturen auf, wenn es in der Dosiereinrichtung und/oder in der Druckleitung zu einer Dampfbildung kommt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil auch zur Entlüftung der Teile im Rückförderpfad des Pumpensystems eingesetzt werden.
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Das im Ansaugbereich und/oder im Pumpenraum der Förderpumpe (oder der Rückförderpumpe) gegebenenfalls vorhandene Gasvolumen kann die Funktion des Pumpen- und Dosiersystems erheblich beeinträchtigen. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, vorhandene Gasvolumina zuverlässig zu entfernen und so die Funktionsfähigkeit des Pumpensystems sicherzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Pumpensystems gelöst, wie es sich aus dem Anspruch 1 ergibt. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einem Pumpensystem aus, das zur Förderung eines flüssigen Mediums aus einem Tank und zur Dosierung des Mediums über eine Druckleitung mittels wenigstens einer Dosiereinheit vorgesehen ist. Das Pumpensystem umfasst wenigstens eine Förderpumpe und wenigstens eine Einrichtung zur Rückförderung des Mediums. Bei der Einrichtung zur Rückförderung des Mediums kann es sich beispielsweise um eine separate Rückförderpumpe handeln. In anderen Ausführungsformen des Pumpensystems kann ein Schaltventil für einen Rücklauf vorgesehen sein. Der Kern der Erfindung ist, dass zur Eliminierung von Gasvolumina in dem Pumpensystem, das heißt insbesondere in dem Saugpfad und dem Ansaugbereich des Pumpensystems und/oder in den Pumpen selbst, unter Ausnutzung des Rückförderpfades Medium durch das Pumpensystem in den Tank zurückgefördert wird, wobei die Dosiereinheit nicht aktiviert werden muss. Mit dem Medium wird das gegebenenfalls vorhandene Gas transportiert. Bei dem rückgeförderten Volumen kann es sich also um flüssiges Medium, um eine Medium-Gas-Gemisch oder auch um Gas bzw. um Luft handeln. Hierfür wird die Förderpumpe bei geschlossener Dosiereinheit aktiviert, und die Einrichtung zur Rückförderung des Mediums wird ebenfalls aktiviert, sodass das Medium (flüssig und/oder gasförmig) innerhalb des Pumpensystems in den Tank zurückgefördert wird und gegebenenfalls vorhandene Gasblasen aus dem Pumpensystem heraustreten, d.h. als Zweiphasengemisch in den Tank transportiert werden können. Gegebenenfalls vorhandene Gasvolumina werden somit nachhaltig aus dem Pumpensystem entfernt, das heißt, das Pumpensystem wird entlüftet. Dies ermöglicht wiederum einen korrekten Druckaufbau, das Aufrechterhalten des Drucks und damit das Aufrechterhalten der Dosierbereitschaft in dem hydraulischen System, sodass eine robuste und genaue Dosierung unter Einhaltung einer Fördermengentoleranz sichergestellt wird.
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Mit diesem Verfahren können Gasvolumina an verschiedenen Positionen im Pumpensystem entfernt werden. Insbesondere können die Förderpumpe, der Ansaugbereich der Förderpumpe und die Saugleitung, der Tankfilter, die Schnittstelle von dem Tankfilter zum Pumpensystem bzw. zur Saugleitung, der Rücklaufkanal, die Rückförderpumpe und der Verbindungskanal von der Förderpumpe zu der Rückförderpumpe entlüftet werden. Die erfindungsgemäße Entlüftung betrifft also vor allem den Saugbereich der Förderpumpe und gegebenenfalls den Saugbereich der Rückförderpumpe sowie die Pumpe(n) selbst, wobei der Saugbereich der Förderpumpe auch den Tankfilter umfasst.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Dosiereinheit nicht aktiviert werden muss. Während des erfindungsgemäßen Spülens zum Entfernen der Gasvolumina muss also keine Menge des flüssigen Mediums in den Abgasstrang eindosiert werden. Damit wird vermieden, dass Mengen eindosiert werden, die nicht von der Abgasseite bzw. dem Katalysator im Zuge der Dosierstrategie angefordert werden. Während des gesamten Spülvorganges wird die Dosiereinheit nicht angesteuert, d.h. das oder die Dosierventil(e) bleibt bzw. bleiben geschlossen. Somit kann der Ansaugbereich der Förderpumpe einschließlich des Tankfilters und der Saugleitung sowie der Pumpenraum selbst systemintern entlüftet werden. Weiterhin kann der Rückförderpfad und die Rückförderpumpe systemintern entlüftet werden. Diese Entlüftung stellt sicher, dass das Pumpensystem nach der ausgelegten Funktionalität betrieben werden kann und die Fördermengen mit entsprechender Genauigkeit und bei dem vorgesehenen Systemdruck dargestellt werden können. Andernfalls könnten die im Pumpensystem vorhandenen Gasvolumina sowohl hinsichtlich des Drucks als auch hinsichtlich der Genauigkeit bei der Dosierung zu Einbußen bis hin zum Ausfall des gesamten Förder- und Dosiersystems führen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, sehr schnell auf ein gegebenenfalls angesaugtes Gasvolumen reagieren zu können und das Förderund Dosiersystem sehr schnell wieder in Dosierbereitschaft zu versetzen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit großem Vorteil bei der behördlichen Zertifizierung von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, wenn stochastisch mit Gasblasen im Pumpensystem zu rechnen ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren bei einem Pumpensystem durchgeführt, das für die Rückförderung des Mediums in den Tank einen vom Förderpfad separaten Rücklauf vorsieht. Vorzugsweise führt der separate Rückförderpfad nicht in den Tankfilter, sondern mündet außerhalb des Tankfilters direkt in den Tank. So kann sichergestellt werden, dass Gasblasen, die im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens aus dem Pumpensystem zurück in den Tank gefördert werden, nicht im Tankfilter verbleiben bzw. dorthin gelangen und von dort erneut in die Förderpumpe gesaugt werden können.
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Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Umgebungsdruck oder bei Drücken nahe dem Umgebungsdruck durchgeführt. Vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das System auf Umgebungsdruck oder auf einen Druck nahe des Umgebungsdrucks entlastet. Bei diesem Druck ist das Verdichtungsverhältnis der Förderpumpe in jedem Fall ausreichend, um auch das im Pumpensystem gegebenenfalls vorhandene Gasvolumen zu fördern. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher vorzugsweise aus solchen Systemzuständen aufgerufen werden, die einen entsprechenden Systemdruck erfordern.
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Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens pumpt die Förderpumpe aktiv das Medium. Die Einrichtung zur Rückförderung des Mediums wird aktiviert. Im Fall eines Schaltventils im Rücklauf wird dieses Schaltventil geöffnet, sodass das Medium in den Tank zurücklaufen kann. Im Fall einer separaten Rückförderpumpe kann die Rückförderpumpe derart angesteuert werden, dass die Rückförderpumpe den Rückförderpfad öffnet ohne zu pumpen. Dieser Ventilbetrieb der Rückförderpumpe kann durch eine volle Ansteuerung ohne Taktung abgerufen werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Rückförderpumpe aktiv in der Rückförderrichtung pumpt. In diesem Fall wird die Rückförderpumpe getaktet angesteuert.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Rückförderpumpe derart getaktet angesteuert werden, dass ein kleiner Unterdruck auf der Druckseite der Förderpumpe entsteht. In dieser Ausführungsform kann der Austrag von Gas aus der Förderpumpe verbessert werden und die Förderpumpe schneller wieder in die hydraulisch korrekte Betriebsbereitschaft versetzt werden. Dies ist auch als Maßnahme bei niedrigen Umgebungsdrücken, beispielsweise bei einer Bergfahrt, vorteilhaft, da bei einer solchen Unterdruckerzeugung durch die Rückförderpumpe die Elimination von Gas aus der Förderpumpe unterstützt wird.
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Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Aktoren im Pumpsystem, also insbesondere die Förderpumpe und/oder die Einrichtung zur Rückförderung des Mediums, zeitlich versetzt zu aktivieren. Beispielsweise kann die Förderpumpe zeitlich verzögert aktiviert werden. In dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also der Rücklauf zuerst geschaltet, wobei das System zunächst entlastet wird und die Förderpumpe nicht gegen den Systemdruck arbeiten muss. Bei diesem optimierten Ablauf des Verfahrens wird eine Bauteilschonung erreicht.
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In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Förderpumpe und/oder die Einrichtung zur Rückförderung des Mediums mehrstufig aktiviert werden und/oder vorübergehend deaktiviert werden. Damit kann das Verfahren an verschiedene Gegebenheiten angepasst und auf unterschiedliche Druckverhältnisse eingestellt werden, um die Rückförderung des Gasvolumens in den Tank zu optimieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Eliminierung von Gasvolumina in dem Pumpensystem kann regelmäßig und/oder bei Bedarf durchgeführt werden. Die erfindungsgemäße Entlüftung kann beispielsweise nach einer erfolgten Wiederbetankung nach einem niedrigen Tankfüllstand durchgeführt werden. Vor allem nach oder bei einer Tankleerfahrt kann Luft in das Pumpensystem gelangen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt werden kann, um wieder die volle Funktionsfähigkeit des Pumpensystems sicherzustellen. Schon eine zu späte Nachbetankung kann zu Problemen führen, beispielsweise zu Druckeinbrüchen oder Mengenstreuungen bei der Dosierung, sodass eine reguläre Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach jeder Wiederbetankung, die nach einem sehr niedrigen Tankfüllstand vorgenommen wurde, sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise auch routinemäßig bei einer Fahrt in Schräglage des Fahrzeugs bei niedrigem Tankfüllstand vorgenommen, da auch dies eine Situation ist, in der Gas in den Ansaugbereich gelangen kann. In derartigen Fällen kann mit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Vermeidung einer falschen Fehlerindikation erreicht werden, da ein möglicherweise ausgewiesener Fehler der Pumpe nicht durch die Pumpe selbst, sondern durch das Gasvolumen im Pumpensystem durch eine zu späte Nachbetankung verursacht wurde, d.h. es lag kein Pumpenfehler vor, wenn die Nachbetankung zu spät erfolgte und Luft im System die mangelhafte Funktion in der Förderung und Dosierung des Mediums verursachte.
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Wenn das erfindungsgemäße Verfahren nach einer erfolgten Wiederbetankung, die nach einer Tankleerfahrt oder nach einem sehr niedrigen Tankfüllstand vorgenommen wurde, durchgeführt wird, wird das erfindungsgemäße Entlüftungsverfahren vorzugsweise unmittelbar nach einem Kaltstart durchgeführt. Nach einem Kaltstart befindet sich der Katalysator in einer Aufheizphase, bei der noch keine Dosierung des Reduktionsmittels vorgenommen wird. In diesem Zeitraum steht genügend Zeit zur Verfügung, um das erfindungsgemäße Spülverfahren zur Eliminierung von Gasvolumina im Pumpensystem auszuführen, ohne dass dabei die Dosierstrategie für die Abgasnachbehandlung beeinflusst würde.
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Das erfindungsgemäße Entlüftungsverfahren kann auch eingesetzt werden, wenn sichergestellt werden muss, dass die Rückförderpumpe korrekt entlüftet ist, beispielsweise zur Vorbereitung eines anderen Verfahrens, für das die korrekte Funktion der Rückförderpumpe eine Voraussetzung ist.
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Der wichtigste Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Entlüftungsverfahren ist das Spülen nach dem tatsächlichen Auftreten von Problemen durch Luft im Pumpensystem. Aus Gründen der Schonung der Bauteile kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Spülen nur in solchen Fällen durchzuführen, in denen Probleme mit Luft im System tatsächlich auftreten oder sehr wahrscheinlich sind.
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Im Anschluss an die Durchführung der erfindungsgemäßen Entlüftung kann die erfolgreiche Elimierung von Gasvolumina überprüft werden, indem der Rückförderkanal geschlossen wird und ein Druckaufbau bei aktiver Förderpumpe überwacht wird. Bei einem Überschreiten einer vorgebbaren Schwelle für den Druck kann von der vollen Funktion der Förderpumpe und/oder von der Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft der Förderpumpe ausgegangen werden.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des beschriebenen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm hat den Vorteil, dass dieses Programm ohne Weiteres auch bei bestehenden Fahrzeugen eingesetzt werden kann, um so die Vorteile der erfindungsgemäßen Entlüftung des Pumpensystems nutzen zu können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der Komponenten eines aktuellen Systems für die Förderung und Dosierung eines flüssigen Mediums;
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2 ein Hydraulikschaltbild eines Systems mit Rückförderpumpe aus dem Stand der Technik und
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3 ein Hydraulikschaltbild eines Systems mit Schaltventil für den Rücklaufkanal aus dem Stand der Technik.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Das in 1 gezeigte Förder- und Dosiersystem für das Reduktionsmittel eines SCR-Katalysatorsystems dient als beispielhaftes System, das für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Erfindung ist nicht auf ein derartiges System beschränkt. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Entlüften eines Pumpensystems auch für andere Förder- und Dosiersysteme eingesetzt werden, die nach hydraulischen Prinzipien funktionieren und die einen Förderpfad und einen davon separaten Rückförderpfad aufweisen. Neben Pumpensystemen mit einer Förderpumpe und einer Rückförderpumpe, sind beispielsweise auch solche Pumpensysteme geeignet, die eine Förderpumpe für den Förderpfad und einen Rücklauf mit Schaltventil aufweisen.
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Das Pumpensystem des Förder- und Dosiersystems aus 1 umfasst ein Fördermodul 1 und ein Rückfördermodul 2. Das Fördermodul 1 umfasst hierbei die eigentliche Förderpumpe 10, die als Hubkolbenpumpe 10 mit Hubmagnet 11, Feder 12, Membran 13 und Hubkolben 14 ausgestaltet ist. Weiterhin sind ein Ansaugventil 15 und ein Auslassventil 16 im Fördermodul 1 vorhanden. Eine Rückförderpumpe 20 innerhalb des Rückfördermoduls 2 ist im Prinzip in entsprechender Weise ausgestaltet. In diesem Modul sind ebenfalls ein Einlassventil 21 und ein Auslassventil 22 vorhanden.
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Das flüssige Medium wird aus dem Tank 3 mittels des Fördermoduls 1 in die Druckleitung 4 gefördert, um über das Dosiermodul 7, das ein Dosierventil 71 und ein vorgeschaltetes Sieb 72 umfasst, in den Abgasstrang (nicht gezeigt) eindosiert werden zu können. Ein Rücksaugen des Mediums aus dem druckseitigen Bereich des Pumpensystems erfolgt über eine Aktivierung des Rücksaugmoduls 2, also insbesondere über eine Aktivierung der Rückförderpumpe 20. Die Rückförderung kann durch aktiven Pumpbetrieb der Rückförderpumpe 20 bei getakteter Ansteuerung vorgenommen werden. Andererseits ist es auch möglich, die Rückförderpumpe 20 auf offenen Ventilbetrieb zu stellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Pumpen mit dem in 1 gezeigten Hubmagnetenantrieb beschränkt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei Pumpensystemen mit anderen Pumpenantrieben (z.B. Rotationsmotor, Schrittmotor) eingesetzt werden.
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2 zeigt ein allgemeines Hydraulikschaltbild für ein System aus dem Stand der Technik, für das das erfindungsgemäße Spülverfahren eingesetzt werden kann. Im Wesentlichen entspricht dieses Hydraulikschaltbild dem System, das in 1 dargestellt ist, wobei statt des Hubmagnetenantriebes auch andere Pumpenantriebe realisiert sein können. Die entsprechenden Elemente des Systems sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen. Die Förderung des flüssigen Mediums aus dem Tank 3 erfolgt mittels des Pumpbetriebs der Förderpumpe 10. Stromaufwärts der Förderpumpe 10 ist ein Einlassventil 15 und stromabwärts der Pumpe im druckseitigen Bereich ein Auslassventil 16 vorgesehen. Eine Rückförderung des Mediums aus dem druckseitigen Bereich des Systems erfolgt mittels der Rückförderpumpe 20. Durch den Pumpbetrieb der Rückförderpumpe 20 kann das Medium insbesondere nach dem Abstellen des Systems aus dem Dosierventil 71 und/oder aus der Druckleitung 4 entfernt werden, um bei niedrigen Temperaturen Beschädigungen durch Eisdruck zu vermeiden.
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3 zeigt ein Hydraulikschaltbild für ein weiteres System, bei dem das erfindungsgemäße Spülverfahren ebenfalls mit Vorteil eingesetzt werden kann. Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten System weist dieses System statt einer Rückförderpumpe ein Schaltventil 200 im Rücklaufkanal auf. Bei diesem System kann also der Rücklaufkanal bzw. Rückförderpfad geöffnet werden. Es ist jedoch nicht möglich, das Medium im Rückförderpfad aktiv zu pumpen.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Eliminierung von Gasvolumina in dem Ansaugbereich, dem Saugpfad und den Pumpen des Pumpensystems und gegebenenfalls dem Rückförderpfad bzw. zur Entlüftung des Pumpensystems wird die Förderpumpe 10 aktiviert und die Einrichtung zur Rückförderung des Mediums, also insbesondere die Rückförderpumpe 20 oder das Schaltventil 200 im Rückförderpfad aktiviert bzw. geöffnet. Die Rückförderpumpe 20 kann insbesondere mit applizierbarer Frequenz angesteuert werden, sodass die Pumpfunktion aktiv ist. Oder die Rückförderpumpe 20 kann ohne Taktung angesteuert werden, sodass die Ventilfunktion aktiv ist, d.h., dass der Rückförderpfad komplett offen ist. Die Förderpumpe 10 wird mit applizierbarer Frequenz angesteuert, sodass flüssiges Medium aus dem Tank 3 gefördert wird. Hierbei ist die Dosiereinheit 7, insbesondere das Dosierventil 71, geschlossen. Das Medium wird also aus dem Tank 3 über den Förderpfad und wieder zurück über den Rückförderpfad in den Tank 3 gefördert. Vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Spülverfahrens wird das Pumpensystem vorzugsweise von einem Systemdruck entlastet, sodass das Spülverfahren nahezu drucklos durchgeführt werden kann. Die Druckentlastung des Pumpensystems erfolgt durch Öffnen des Rückförderpfades. Kleine Unterdrücke oder kleine Überdrücke bei der Durchführung des Verfahrens können je nach Anwendungsfall auch Vorteile bieten. Beispielsweise kann ein kleiner Unterdruck im druckseitigen Bereich die Eliminierung von Luft bzw. Gas im Elementraum der Förderpumpe 10 unterstützen.
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Das Spülverfahren ist unabhängig von physikalischen Randbedingungen der Abgasseite, da dieser Vorgang unabhängig von einer Dosierung erfolgt. Die Abgasseite kann allerdings gegebenenfalls relevant für die Freigabe des Prozesses sein. Auf den Prozess selbst haben die physikalischen Randbedingungen der Abgasseite keinen Einfluss.
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Wie in den Figuren dargestellt, ist für die Rückförderung des Mediums vorzugsweise ein vom Förderpfad separater Rücklauf in den Tank 3 vorgesehen, sodass ein während des erfindungsgemäßen Spülvorgangs gegebenenfalls vorhandenes Gasvolumen direkt in den Tank 3 geleitet werden kann. Dabei wird vermieden, dass das Gasvolumen gegebenenfalls wieder in einen Tankfilter (nicht dargestellt) und von dort erneut in die Förderpumpe 10 gesaugt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Spülverfahren zur Eliminierung von Gasvolumina in dem Pumpensystem kann beispielsweise mit einem applizierbaren Fördervolumen oder einer applizierbaren Anzahl von Hüben der Förderpumpe 10 durchgeführt werden.
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Die Aktivierung der Aktoren, also insbesondere der Förderpumpe 10 und der Rückförderpumpe 20 oder des entsprechenden Schaltventils 200 im Rücklauf, kann zeitlich versetzt erfolgen, indem beispielsweise zuerst die Rückförderpumpe 20 oder das Schaltventil 200 im Rücklauf angesteuert wird (z.B. zur Entlastung des Systems) und nach einer Verzögerungszeit die Förderpumpe 10 eingeschaltet wird. Die Ansteuerung der Aktoren kann auch mehrstufig während der Durchführung des Spülverfahrens geändert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von den detektierten Betriebsbedingungen. Beispielsweise kann bei einer Entfernung von Luft aus der Förderpumpe 10 die Rückförderpumpe 20 zunächst voll angesteuert werden, um die Ventilfunktion der Rückförderpumpe 20 zu betätigen. Nach einer applizierbaren Zeit kann dann die Rückförderpumpe 20 getaktet mit applizierbarer Frequenz betrieben werden, sodass das Medium aktiv durch den Rückförderpfad in den Tank 3 zurückgepumpt wird.
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Die Rückförderpumpe 20 kann auch während des Spülprozesses temporär ausgeschaltet bzw. geschlossen werden. In diesem Fall fördert die Förderpumpe 10 in ein geschlossenes Volumen. Dies führt zu einem Ansteigen des Drucks, was die Möglichkeit bietet, die Pumpenfunktionalität der Förderpumpe 10 zu überprüfen. Auf diese Weise kann geprüft werden, ob die Förderpumpe 10 wieder luftfrei ist bzw. ob die Förderpumpe 10 mit flüssigem Medium befüllt ist. Für diese Funktionsprüfung der Förderpumpe 10 ist also eine Überwachung des Drucks bei geschlossener Rückförderpumpe 20 oder bei geschlossenem Schaltventil 200 im Rücklauf sinnvoll. Bei Überschreiten einer vorgebbaren Schwelle für den Druck kann auf die volle Funktion der Förderpumpe 10 und/oder gegebenenfalls auf eine Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft der Förderpumpe 10 geschlossen werden.
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Das erfindungsgemäße Spülverfahren zur Eliminierung von Gasvolumina in dem Pumpensystem kann je nach Anwendungsfall auf verschiedene Weise beendet werden. Beispielsweise kann das Spülverfahren beendet werden, wenn ein gewünschtes bzw. applizierbares Spülvolumen erreicht wurde, wenn eine applizierbare Anzahl an Pumpenhüben der Förderpumpe 10 durchgeführt worden ist, oder beispielsweise wenn eine applizierbare Zeit überschritten wurde. Eine weitere Möglichkeit zur Beendigung des erfindungsgemäßen Spülverfahrens kann das Überschreiten einer vorgebbaren Druckschwelle bei ausgeschalteter Rückförderpumpe 20 bzw. bei geschlossenem Rückförderpfad sein. Wie bereits erläutert, findet bei aktivem Pumpen der Förderpumpe 10 und bei geschlossenem Rückförderpfad ein Druckaufbau statt, der im Zusammenhang mit der vollen Funktionsfähigkeit bzw. Betriebsbereitschaft der Förderpumpe 10 steht. Eine weitere Möglichkeit zur Beendigung des Spülverfahrens kann vorgesehen sein, wenn im System eine Funktion vorhanden ist, die den Stoffzustand bzw. Aggregatzustand des Mediums (flüssig oder gasförmig/flüssig) in der Förderpumpe 10 detektieren kann. Wenn diese Funktion beispielsweise in Form einer Software vorhanden ist, kann erkannt werden, ob im Wesentlichen flüssiges Medium in der Förderpumpe vorhanden ist. Ist dies der Fall, kann das Spülverfahren beendet werden. Weitere Bedingungen zur regulären Beendigung des erfindungsgemäßen Spülverfahrens können anwendungsspezifisch vorgegeben werden.
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Eine Beendigung des Spülverfahrens kann weiterhin im Fehlerfall vorgesehen sein, z.B. wenn eine Aktorüberwachung einen Fehler bei den relevanten Aktoren detektiert, beispielsweise wenn erkannt wird, dass der Strom zu hoch ist, das Stromsignal nicht ordnungsgemäß ist oder ein Kurzschluss vorliegt. Eine Beendigung des Spülverfahrens kann auch vorgesehen sein, wenn eine Sensorüberwachung einen Fehler bei den relevanten Sensoren detektiert oder eine applizierbare Druckschwelle überschritten wurde, obwohl die Rückförderpumpe 20 aktiviert bzw. der Rückförderpfad offen ist. Auch bei einem solchen unzulässigen Druckaufbau kann die Beendigung des Spülverfahrens vorgesehen sein. Weitere Bedingungen für eine Beendigung des erfindungsgemäßen Spülverfahrens im Fehlerfall können anwendungsspezifisch vorgegeben werden.
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Es sind verschiedene Anwendungsfälle für das erfindungsgemäße Spülverfahren möglich. Für die verschiedenen Anwendungsfälle können die Freigabebedingungen und auch die Betriebsparameter unterschiedlich gewählt werden. Auch Abbruchbedingungen des Spülprozesses können unterschiedlich vorgegeben werden.
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In einem ersten Anwendungsfall kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Eliminierung von Gasvolumina allgemein eingesetzt werden, um Gasvolumina im System zu entfernen. Insbesondere kann hierdurch die Förderpumpe entlüftet und/oder das System saugseitig entlüftet werden, wenn während der Dosierung, beim Druckaufbau oder bei anderen Systemzuständen mit signifikantem Systemdruck Gasblasen auftreten und die Funktion des Pumpensystems und der Dosierung beeinträchtigen. In allen Systemzuständen, bei denen ein signifikanter Systemdruck anliegt und die Förderpumpe 10 aktiv ist, kann es vorkommen, das durch Gaseintrag in die Förderpumpe oder in den Saugpfad aus verschiedenen Gründen, die eingangs bereits ausgeführt wurden, die hydraulische Funktionalität der Förderpumpe 10 vermindert wird oder komplett ausfällt. Das erfindungsgemäße Spülverfahren erlaubt die Wiederherstellung der vollen Funktionsfähigkeit der Förderpumpe 10. Die Initialisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann regelmäßig beispielsweise in bestimmten Zeitabständen oder nach einer bestimmten Laufleistung des Systems, beispielsweise bei einer bestimmten Kilometerleistung des Kraftfahrzeugs, vorgenommen werden. In anderen Fällen kann die Initialisierung des Systems auch von konkret vorhandenen Gasvolumina in dem Pumpensystem abhängig gemacht werden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Spülverfahren in solchen Fällen durchgeführt werden, in denen Gasvolumina im Pumpensystem detektierbar sind, beispielsweise durch eine entsprechende Softwarefunktion, die eine Unterscheidung von Gas und flüssigem Medium in dem Pumpensystem erlaubt. Das Spülverfahren nach der Detektierung von Gas in der Förderpumpe 10 wird vorzugsweise dann ausgeführt, wenn kein Fehler in der dafür zuständigen Aktorik und Sensorik vorliegt.
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Da das erfindungsgemäße Spülverfahren die Dosierbereitschaft des Systems wiederherstellen kann, ist es im Allgemeinen vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren zeitoptimiert auszuführen und zeitoptimiert zu applizieren.
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Die Betriebsparameter und die Abbruchbedingungen für das erfindungsgemäße Spülverfahren zur Eliminierung von im laufenden Betrieb auftretenden Gasvolumina im Pumpensystem können speziell je nach Anwendungsfall angepasst werden.
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Ein weiterer Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Spülverfahrens ist das Spülen nach einer Tankleerfahrt, insbesondere nach einem sehr niedrigen Tankfüllstand. Nach einer Tankleerfahrt oder einem niedrigen Tankfüllstand, gegebenenfalls in Kombination mit einer Schräglage des Kraftfahrzeugs, kann es vorkommen, dass sich signifikante Mengen Luft im Tankfilter und/oder in der Pumpe befinden. Hierdurch kann es zu einer signifikanten Anzahl von Druckeinbrüchen im Dosierbetrieb oder zu Druckaufbaufehlern durch die vorhandene Luft im System kommen. Durch eine Wiederbetankung ist zwar der Tankfüllstand wieder in einem korrekten Bereich. Dennoch kann Luft im Pumpensystem (einschließlich des Ansaugbereichs der Pumpe(n) mit dem Tankfilter) zu signifikanten Problemen und zu Fehlern für die Pumpen führen. In diesen Fällen kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Luft im Tankfilter entfernt werden und die Dosierbereitschaft gegebenenfalls wiederhergestellt werden. Weiterhin kann hierbei eine falsche Fehlerindikation bzw. ein falsches Pinpointing vermieden werden. Ohne Entlüftung könnte nach zu später Nachbetankung durch den Gaseintrag in die Förderpumpe die Funktion der Pumpe derart eingeschränkt sein, dass ein Fehler gesetzt werden würde. Dies kann durch die erfindungsgemäße Entlüftung des Pumpensystems vermieden werden, da die eigentliche Ursache für derartige Pumpenfehler eine zu späte Nachbetankung oder eine unzulässige Tankleerfahrt sind. Insgesamt ist es daher vorteilhaft, nach Erkennen eines niedrigen Tankfüllstands oder nach einer Tankleerfahrt ein verlängertes Spülen im Sinne der Erfindung durchzuführen, um eine derartige falsche Indikation bei der On-Board-Diagnose zu vermeiden und die Dosierbereitschaft wieder herzustellen.
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Eine Initialisierung des erfindungsgemäßen Spülverfahrens kann für solche Fälle beispielsweise durch folgende Freigabebedingungen angestoßen werden:
- – wenn der Tankfüllstand zuvor unterhalb einer applizierbaren Schwelle gefallen ist,
- – wenn eine Wiederbetankung erfolgt ist und vom System erkannt wurde,
- – wenn kein Fehler vorliegt, der die zuständige Aktorik sperrt,
- – wenn kein Fehler vorliegt, der die zuständige Sensorik sperrt.
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Ein verlängertes Spülen kann abhängig von der Art des Systemstarts (Warmstart/Kaltstart) und von einer gegebenenfalls vorausgehenden Erkennung von Luft in der Förderpumpe abhängig gemacht werden. Im Allgemeinen ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Spülen nach einem Kaltstart durchzuführen, da bei einem Kaltstart sich der Katalysator in einer Aufheizphase befindet und noch kein Dosierbetrieb stattfindet. Zu diesem Zeitpunkt steht also genügend Zeit für das erfindungsgemäße Spülverfahren und insbesondere für ein verlängertes Spülverfahren zur Verfügung, ohne dass dabei Emissionsgrenzen berührt würden. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Spülverfahrens nach einem Kaltstart wird der reguläre Dosierbetrieb also nicht beeinflusst. Es kann aber auch vorgesehen sein, das erfindungsgemäße Spülverfahren nach einem Warmstart durchzuführen, wenn ein Problem aufgrund von Luft vor und/oder nach einer Nachbetankung erkannt wird oder zu befürchten ist, um durch das erfindungsgemäße Spülverfahren die Dosierbereitschaft des Systems möglichst schnell wieder herzustellen. In anderen Fällen kann es vorgesehen sein, dass nach der Problemerkennung vor der Nachbetankung wegen Luft im System das erfindungsgemäße Spülverfahren erst beim nächsten Kaltstart nach der Nachbetankung durchgeführt wird.
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Allgemein kann das erfindungsgemäße Verfahren entweder vorsorglich ausgeführt werden oder erst als Reaktion auf einen entsprechenden Fehlerfall.
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Im Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Spülverfahren zur Eliminierung von Gasvolumina, die während des regulären Betriebs in das System eintreten oder eintreten können, kann das Spülen nach einer Tankleerfahrt oder nach einem niedrigen Tankfüllstand mit anderen Initialisierungsbedingungen, anderen Abbruchbedingungen und gegebenenfalls anderen Betriebsparametern durchgeführt werden. Allgemein sollte für die Eliminierung von Gas nach einer Tankleerfahrt oder nach niedrigem Tankfüllstand das Spülverfahren länger durchgeführt werden, da davon auszugehen ist, dass bei diesen Bedingungen ein größeres Gasvolumen im System vorhanden ist.
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Ein weiterer Anwendungsfall für das erfindungsgemäße Spülen ist die Elimierung von Gas aus der Rückförderpumpe und/oder dem Rückförderpfad. Dies kann beispielsweise zur Vorbereitung von anderen Verfahren vorgenommen werden, die eine präzise Funktion der Rückförderpumpe voraussetzen.
