DE102013109188B4

DE102013109188B4 - Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System

Info

Publication number: DE102013109188B4
Application number: DE102013109188.1A
Authority: DE
Inventors: Sung Hoon Bang
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2033-08-27
Also published as: DE102013109188A1; KR101427956B1; US20150017730A1; KR20140072746A; CN103850760A; CN103850760B; US8852949B2; US9261491B2; US20140154814A1

Abstract

Ein Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System, aufweisend:
einen Harnstofftank (100), in den eine Harnstofflösung durch ein Beschickungsloch (120) eingefüllt ist/wird;
eine Testkammer (130), welche unterhalb des Beschickungslochs zum Halten/Aufnehmen von einem Teil der Harnstofflösung angeordnet ist;
eine Hauptleitung (144), welche an einem unteren Abschnitt von dem Harnstofftank unterhalb der Testkammer mit dem Harnstofftank verbunden ist;
eine Testleitung (142), welche mit der Testkammer verbunden ist;
eine Pumpleitung (146), in der sich die Hauptleitung und die Testleitung vereinigen;
eine Pumpe (140), welche in der Pumpleitung installiert ist, um die Harnstofflösung von der Testkammer oder von dem Harnstofftank zu pumpen;
ein Steuerventil zum selektiven Verbinden von der Hauptleitung oder der Testleitung mit der Pumpleitung und
einen Injektor (160), der an einem Ende von der Pumpleitung angeordnet ist, um die Harnstofflösung in eine Abgasleitung (180) einzuspritzen, durch welche ein Abgas strömt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System zum Einspritzen einer Harnstofflösung an einer Abgasleitung zum Ausstoßen eines Stickoxids, um das Stickoxid zu reduzieren, sowie zum Ermitteln einer Qualität der zugeführten Harnstofflösung, um mit dem Ermittlungsresultat fertig zu werden.
Beschreibung der verwandten Technik
Da Regulierungen betreffend das Abgas von einem Fahrzeug verstärkt werden, wird eine effiziente Stickoxid-Reduzier-Nachbereitungs-Vorrichtung benötigt.
Eine SCR-Einheit (SCR=selektive katalytische Reduktion) verursacht/bewirkt, dass in dem Abgas enthaltenes Stickoxid mit Ammoniak reagiert, um das Stickoxid in ein harmloses Material umzuwandeln. Um Ammoniak zu erzeugen, wird Harnstoff in das Abgas eingespritzt.
Insbesondere ist in einem System zum Einspritzen einer Harnstofflösung die Qualität der Harnstofflösung sehr wichtig. Was die ON-Board-Diagnose(OBD) angeht, so wird ein Verfahren des Abtastens bzw. Messens der Qualität von der Harnstofflösung benötigt, um (ggf.) eine Warnung vorzunehmen bzw. auszugeben.
Aus den Druckschriften DE 10 2006 055 235 A1 und DE 10 2009 047 843 A1 sind jeweils Harnstoff-Qualitätsermittlungs-Verfahren und -Systeme bekannt, die Ähnlichkeiten mit dem System gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren gemäß Anspruch 6 aufweisen, die aber keine Testkammer mit zugehöriger Testleitung nutzen bzw. aufweisen.
Aus der nachveröffentlichen Druckschrift DE 10 2012 215 635 A1 ist ein Harnstoff-Qualitätsermittlungs-Verfahren und -System mit Ähnlichkeiten zu dem System gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren gemäß Anspruch 6, die jedoch keine NOX-Sensoren an der SCR-Einheit nutzt bzw. offenbart, sondern eine zusätzliche Messkammer mit einer Messeinrichtung für Messungen an einer Harnstoff-Wasser-Lösung verwendet. Aus der US 2007 / 0 079 599 A1 sind ebenfalls Verfahren und System bekannt, die mittels Messungen an einer Flüssigkeit die Harnstoff-Qualität bestimmen.
Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht verstanden werden als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag, dass diese Information den Stand der Technik formt, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG/KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Daher sind verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung darauf gerichtet, ein Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, zum Ermitteln, dass eine Harnstofflösung einem Harnstofftank zugeführt ist/wurde, sowie zum Ermitteln der Qualität von der zugeführten Harnstofflösung, um (ggf.) eine Warnung vorzunehmen/auszugeben, so dass die Qualität von einem Abgas verbessert und eine natürliche Umgebung geschützt werden kann.
Ein Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System kann gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung aufweisen einen Harnstofftank, in den eine Harnstofflösung durch ein Beschickungsloch eingefüllt ist/wird; eine Testkammer, welche unterhalb des Beschickungslochs zum Halten/Aufnehmen von einem Teil der Harnstofflösung angeordnet ist; eine Hauptleitung, welche an einem unteren Abschnitt von dem Harnstofftank unterhalb der Testkammer mit dem Harnstofftank verbunden (z.B. in Fluidverbindung) ist; eine Testleitung, welche mit der Testkammer verbunden (z.B. in Fluidverbindung) ist; eine Pumpleitung, in der sich die Hauptleitung und die Testleitung vereinigen bzw. in welcher die Hauptleitung und die Testleitung zusammengeführt bzw. miteinander verbunden sind; eine Pumpe, welche in der Pumpleitung installiert ist, um die Harnstofflösung von der Testkammer oder von dem Harnstofftank aus zu pumpen/fördern; ein Steuerventil zum selektiven Verbinden von der Hauptleitung oder der Testleitung mit der Pumpleitung, und einen Injektor, der an einem Ende von der Pumpleitung angeordnet ist, um die Harnstofflösung in eine Abgasleitung einzuspritzen, durch welche ein Abgas strömt.
Das Steuerventil kann ein Umschaltventil sein, das an einem Punkt installiert ist, an dem die Hauptleitung und die Testleitung zusammengeführt sind. Eine SCR-Einheit kann in der Abgasleitung an einer Seite stromabwärts von dem Injektor angeordnet sein. An einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite der SCR-Einheit kann jeweils ein NOX-Sensor angeordnet sein. Ein Füllstandsensor zum Abtasten eines Niveaus von der Harnstofflösung, welche in den Harnstofftank gefüllt ist, kann in dem Harnstofftank angeordnet sein.
Ein Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-Verfahren kann gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung aufweisen das Abtasten einer Zunahme bzw. eines Anstiegs einer Harnstofflösung, welche in einen Harnstofftank gefüllt ist/wird; Ermitteln, ob eine Stickoxid-Abgasmenge, welche in einem Abgas enthalten ist, stabil ist; Ermitteln, ob die Harnstofflösung zugeführt ist, basierend auf dem abgetasteten Anstieg der Harnstofflösung; Pumpen der Harnstofflösung von einer Testkammer, welche unterhalb eines Beschickungslochs von dem Harnstofftank geformt ist, zu einem Injektor, wenn ermittelt wird/wurde, dass die Harnstofflösung zugeführt ist und die Stickoxid-Abgasmenge stabil ist; Abtasten einer Reduktionsrate von einer SCR-Einheit während die Harnstofflösung von der Testkammer eingespritzt wird und Erzeugen eines Warnsignals, wenn die ermittelte Reduktionsrate der SCR-Einheit kleiner oder gleich einem Sollwert ist.
Eine Testleitung kann mit der Testkammer verbunden sein; eine Hauptleitung kann an einem unteren Abschnitt von dem Harnstofftank verbunden bzw. angeschlossen sein; eine Pumpleitung, in der sich die Hauptleitung und die Testleitung miteinander vereinigen, kann mit dem Injektor verbunden sein; eine Pumpe kann in der Pumpleitung installiert sein; und ein Umschaltventil kann an einem Punkt installiert sein, an dem die Testleitung und die Hauptleitung zusammengeführt sind.
Eine Warnlampe kann gemäß dem Warnsignal eingeschaltet werden bzw. aufleuchten, oder eine Motorleistung kann zwangsreduziert werden.
Das Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System kann ferner aufweisen ein Pumpen der Harnstofflösung von dem Harnstofftank zu dem Injektor, wenn die ermittelte Reduktionsrate von der SCR-Einheit den Sollwert überschreitet.
Wie oben beschrieben, in dem Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System der vorliegenden Erfindung, wenn ermittelt wird, dass die Harnstofflösung zugeführt ist/wurde, wird die in der Testkammer befindliche Harnstofflösung durch die Testleitung hindurch zu dem Injektor gepumpt, sodass die Qualität von der Harnstofflösung einfach ermittelt werden kann.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich sind aus oder im Detail dargestellt sind in der angehängten Zeichnung, welche hierin mit aufgenommen ist, sowie der folgenden detaillieren Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Blockdiagramm von einem als Beispiel dienenden Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Ermitteln der Qualität von einer Harnstofflösung gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in der angehängten Zeichnung illustriert und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschrieben wird, sollte es verständlich sein, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu dienen soll, die Erfindung auf diese beispielgebenden Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die beispielgebenden Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche in dem Geist und Umfang der Erfindung, wie sie durch die angehängten Anschrift definiert wird, enthalten sein können.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm von einem Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 1 hat ein Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System einen Harnstofftank 100, einen Niveausensor bzw. Füllstandsensor 110, eine Testkammer 130, ein Beschickungsloch/Einfüllloch 120, eine Hauptleitung 144, eine Testleitung 142, ein Umschaltventil 140, eine Pumpleitung 146, eine Pumpe 150, einen Injektor bzw. eine Einspritzvorrichtung 160, eine Abgasleitung 180, Stickoxid(NOx)-Sensoren 197, eine SCR(selektive katalytische Reduktion)-Einheit 170, eine Dosierkontrolleinheit/ Dosiersteuerung 190 sowie eine Steuerung 195.
Das Beschickungsloch 120 ist an einer oberen Seite von dem Harnstofftank 100 geformt, und eine Harnstofflösung wird/ist durch das Beschickungsloch 120 hindurch zugeführt bzw. eingespeist. Die Testkammer 130 ist unterhalb des Beschickungslochs 120 geformt bzw. angeordnet.
Die Testkammer 130 ist ein Behälter, der in dem Harnstofftank 100 angeordnet ist und in dem die Harnstofflösung, welche von dem Beschickungsloch 120 zugeführt wird, vorrübergehend/temporär aufgenommen wird. Ein Boden sowie (die) Seiten (zum Beispiel Umfangseiten) der Testkammer 130 sind geschlossen, und eine Oberseite von der Testkammer 130 ist offen.
Die dem Beschickungsloch 130 zugeführte Harnstofflösung wird in der Testkammer 130 aufgenommen bzw. dieser zugeführt, und die überlaufende Harnstofflösung wird in einen unteren Abschnitt von dem Harnstofftank 100 gefüllt.
Der untere Abschnitt von dem Harnstofftank 100 ist mit der Hauptleitung 144 verbunden. Die Testkammer 130 ist mit der Testleitung 142 verbunden. Die Testleitung 142 und die Hauptleitung 144 vereinigen/vereinen/verbinden sich in der Pumpleitung 146.
Das Umschaltventil 140 ist als ein Steuerventil an einem Punkt angeordnet, wo die Hauptleitung 144, die Testleitung 142 und die Pumpleitung 146 verbunden sind.
Der Injektor 160 ist an einem Ende von der Pumpleitung 146 angeordnet. Eine Pumpe 150 ist in der Pumpleitung 146 angeordnet. Der Injektor 160 spritzt die Harnstofflösung in die Abgasleitung 180 ein. Die SCR-Einheit 170 ist an einer Seite stromabwärts von dem Injektor 160 angeordnet.
Die NOX-Sensoren 197 sind an einer stromaufwärtigen Seite bzw. einer stromabwärtigen Seite von der SCR-Einheit 170 angeordnet, um in einem Abgas enthaltenes Stickoxid zu messen bzw. abzutasten und ein abgetastetes Signal oder Signale an die Steuerung 195 zu übermitteln.
Die Steuerung 195 steuert die Dosierkontrolleinheit 190 gemäß den empfangenen Signalen bzw. dem empfangenen Signal sowie einem Fahrzustand oder Betriebszustand von einem Motor (z.B. Verbrennungsmotor). Die Dosierkontrolleinheit 190 steuert das Umschaltventil 150, die Pumpe 150 und den Injektor 160.
Mittels des Umschaltventils 140 wird die Harnstofflösung der Testkammer 130 durch die Testleitung 142 hindurch zu dem Injektor 160 gepumpt, oder die Harnstofflösung des Harnstofftanks 100 wird durch die Hauptleitung 144 hindurch zu dem Injektor 160 gepumpt.
Der Füllstandsensor 110 misst ein Niveau von der Harnstofflösung, welche in den unteren Abschnitt des Harnstofftanks 100 gefüllt ist, um ein abgetastetes bzw. gemessenes Signal an die Steuerung 195 zu übermitteln. Die Steuerung 195 ermittelt unter Verwendung des Signals, welches von dem Füllstandsensor 110 übermittelt wird, ob die Harnstofflösung in den Harnstofftank 100 zugeführt wird/ist/wurde.
Wenn ermittelt wird, dass die Harnstofflösung in den Harnstofftank 100 zugeführt ist, und eine Stickoxid-Abgasmenge, welche von den NOX-Sensoren 197 abgetastet wird, gleichmäßig oder stabil ist, wird die Pumpe 150 betrieben und die Harnstofflösung wird durch die Testkammer 130, die Testleitung 142, das Umschaltventil 140, die Pumpleitung 146 und den Injektor 160 in die Abgasleitung 180 eingespritzt.
Dann messen die NOX-Sensoren 197 das in dem Abgas enthaltene Stickoxid nachdem die Harnstofflösung eingespritzt ist/wurde. Die Steuerung 195 betreibt bzw. berechnet eine Stickoxid-Reduktionsrate, das heißt, eine Effizienz der SCR-Einheit-170.
Wenn ermittelt wird, dass die Effizienz der SCR-Einheit 170 kleiner oder gleich einem Sollwert ist, schaltet die Steuerung 195 eine Warnlampe ein oder zwangsreduziert eine Motorleistung.
Andererseits, wenn ermittelt wird, dass die Effizienz von der SCR-Einheit 170 größer ist als der Sollwert, wird das Umschaltventil 140 gesteuert, so dass die Harnstofflösung zu dem Injektor 160 gepumpt werden kann, und zwar nicht durch die Testleitung 142 hindurch, sondern durch die Hauptleitung 144 hindurch.
2 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Ermitteln der Qualität von einer Harnstofflösung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung illustriert. Mit Bezug auf 2 wird die Steuerung in S200 gestartet und ein Niveau von dem Harnstofftank 100 wird in S210 abgetastet. Es wird in S220 ermittelt, ob ein Anstieg der Harnstofflösung, welche in den Harnstofftank 100 gefüllt ist, größer ist als ein Sollwert (zum Beispiel 1 Liter).
Im S230 wird mittels der NOX-Sensoren 197 ermittelt, ob die Stickoxid-Abgasmenge, welche in dem Abgas enthalten ist, welches durch die Abgasleitung 180 strömt, gleichmäßig oder stabil ist. Hier umfassen Bedingungen/Zustände, in denen die Stickoxid-Abgasmenge gleichmäßig oder stabil ist, einen Leerlauf, in dem der Motor/Verbrennungsmotor gleichmäßig oder kontinuierlich betrieben wird.
Wenn ermittelt wird, dass die Stickoxid-Abgasmenge gleichmäßig oder stabil ist, wird in S240 eine Leitung ausgewählt, durch welche Harnstoff zuzuführen ist. Hier wird die Testleitung 142 ausgewählt.
Während die Harnstofflösung, die in der Testkammer 130 aufgenommen ist, durch die Testleitung 142 sowie den Injektor 160 hindurch in die Abgasleitung 180 hinein eingespritzt wird, wird in S250 die Reduktionseffizienz von der SCR-Einheit 170 abgetastet bzw. gemessen.
Wenn in S260 ermittelt wird, dass die Reduktioneffizienz der SCR-Einheit 170 niedriger ist als ein Sollwert, wird in S270 das Warnlicht eingeschaltet oder die Leistung/Ausgabe von dem Motor/Verbrennungsmotor zwangsweise reduziert.
Andererseits, wenn in S260 ermittelt wird, dass die Reduktionseffizienz von der SCR-Einheit 170 größer ist als der Sollwert, wird die Harnstofflösung, welche in den Harnstofftank 100 eingefüllt ist, durch die Hauptleitung 144 hindurch zu dem Injektor 160 gepumpt (S280), anstatt durch die Testleitung 142. Dann wird in S290 ein Zurückkehren zu einem normalen Fahrmodus durchgeführt und die Steuerung wird in S300 beendet.
Zur leichteren Beschreibung und genauen Definition in angehängten Ansprüchen werden die Ausdrücke „oben“ oder „unten“, „stromaufwärts“ oder „stromabwärts“ etc. verwendet, um Merkmale der beispielgebenden Ausführungsformen mit Bezug auf deren Position zu beschreiben, wie sie in den Figuren gezeigt ist.
Die vorhergehende Beschreibung von spezifischen beispielgebenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde präsentiert zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarten genauen Formen beschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die beispielgebenden Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um hierdurch Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene beispielgebende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.

Claims

Ein Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System, aufweisend: einen Harnstofftank (100), in den eine Harnstofflösung durch ein Beschickungsloch (120) eingefüllt ist/wird; eine Testkammer (130), welche unterhalb des Beschickungslochs zum Halten/Aufnehmen von einem Teil der Harnstofflösung angeordnet ist; eine Hauptleitung (144), welche an einem unteren Abschnitt von dem Harnstofftank unterhalb der Testkammer mit dem Harnstofftank verbunden ist; eine Testleitung (142), welche mit der Testkammer verbunden ist; eine Pumpleitung (146), in der sich die Hauptleitung und die Testleitung vereinigen; eine Pumpe (140), welche in der Pumpleitung installiert ist, um die Harnstofflösung von der Testkammer oder von dem Harnstofftank zu pumpen; ein Steuerventil zum selektiven Verbinden von der Hauptleitung oder der Testleitung mit der Pumpleitung und einen Injektor (160), der an einem Ende von der Pumpleitung angeordnet ist, um die Harnstofflösung in eine Abgasleitung (180) einzuspritzen, durch welche ein Abgas strömt.
Das Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System nach Anspruch 1, wobei das Steuerventil ein Umschaltventil (140) ist, das an einem Punkt installiert ist, an dem die Hauptleitung und die Testleitung zusammengeführt sind.
Das Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine SCR-Einheit (170) in der Abgasleitung an einer Seite stromabwärts von dem Injektor angeordnet ist.
Das Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System nach Anspruch 3, wobei an einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite der SCR-Einheit (170) jeweils ein NOx-Sensor (197) angeordnet ist.
Das Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-System nach einem der Ansprüche 1-4, wobei ein Füllstandsensor (110) zum Abtasten eines Niveaus von der Harnstofflösung, welche in den Harnstofftank gefüllt ist, in dem Harnstofftank angeordnet ist.
Ein Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-Verfahren, aufweisend: Abtasten einer Zunahme einer Harnstofflösung, welche in einen Harnstofftank gefüllt ist (S210); Ermitteln, ob eine Stickoxid-Abgasmenge, welche in einem Abgas enthalten ist, stabil ist (S230), Ermitteln, ob die Harnstofflösung zugeführt ist, basierend auf dem abgetasteten Anstieg der Harnstofflösung (S220); Pumpen der Harnstofflösung von einer Testkammer, welche unterhalb eines Beschickungslochs von dem Harnstofftank geformt ist, zu einem Injektor, wenn ermittelt wird/wurde, dass die Harnstofflösung zugeführt ist und die Stickoxid-Abgasmenge stabil ist (S240); Abtasten einer Reduktionsrate von einer SCR-Einheit während die Harnstofflösung von der Testkammer aus eingespritzt wird (S250) und Erzeugen eines Warnsignals (S270), wenn die ermittelte Reduktionsrate der SCR-Einheit kleiner oder gleich einem Sollwert ist (S260).
Das Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Testleitung mit der Testkammer verbunden ist; eine Hauptleitung an einem unteren Abschnitt von dem Harnstofftank verbunden bzw. angeschlossen ist; eine Pumpleitung, in der sich die Hauptleitung und die Testleitung miteinander vereinigen, mit dem Injektor verbunden ist; eine Pumpe in der Pumpleitung installiert ist und ein Umschaltventil an einem Punkt installiert ist, an dem die Testleitung und die Hauptleitung zusammengeführt sind.
Das Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei gemäß dem Warnsignal eine Warnlampe eingeschaltet wird bzw. aufleuchtet oder eine Motorleistung zwangsreduziert wird.
Das Harnstofflösung-Qualitätermittlungs-Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner aufweisend: Pumpen der Harnstofflösung von dem Harnstofftank aus zu dem Injektor, wenn die ermittelte Reduktionsrate von der SCR-Einheit den Sollwert überschreitet (S280).