DE102014210621A1

DE102014210621A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren von Kavitätsbildung in einem eine Abgasreinigungsflüssigkeit enthaltenden Tank

Info

Publication number: DE102014210621A1
Application number: DE102014210621.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Brandt; Prakash Kg; Thomas Schön
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Es werden ein Verfahren und ein System zum Detektieren von Kavitäten beschrieben, die in einem an Bord eines Fahrzeugs in einem mitgeführten Tank bevorrateten Abgasreinigungsmittel, z.B. AdBlue, ausgebildet sein können. In dem Tank ist eine Heizeinrichtung mit einem aktivierbaren PTC-Heizelement angeordnet. Das Mittel (14) hat eine Schmelztemperatur, die in der kalten Jahreszeit erreicht oder unterschritten werden kann. Bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur kann in dem bevorrateten Abgasreinigungsmittel eine Kavität ausgebildet sein. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: (a) Anlegen einer elektrischen Spannung mit vorbestimmter Stärke an das PTC-Heizelement, um einen durch das PTC-Heizelement fließenden, elektrischen Heizstrom zu erzeugen, (b) in einem Takt vorbestimmter Messzeitpunkte (120, 120‘, 120‘‘, 120‘‘‘) wiederholend Messen der Stromstärke des von der angelegten Spannung getriebenen, durch das PTC-Heizelement fließenden Heizstroms, (c) im Takt der Messzeitpunkte wiederholend Berechnen der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements als Quotient aus der gemessenen Stromstärke und der angelegten Spannung, (d) Bestimmen eines Maximalwertes der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls (130) nach dem Beginn des Anlegens der Spannung (V+) an dem PTC-Heizelement (22), (e) Überwachen eines Indikatorwerts aus der aktuell gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements (22) und dem bestimmten Maximalwert (M) der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements, (f) Vergleichen des Indikatorwerts mit einem vorbestimmten Wert (136), und (g) wenn der Indikatorwert den vorbestimmten Wert (136) unterschreitet, Aktivieren eines Warnsignals (126) als Hinweis auf eine in dem Tank ausgebildete Kavität.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Abgasnachbehandlung von Brennkraftmaschinen, welche mit Luftüberschuss betrieben werden, insbesondere Fahrzeug-Dieselmotoren zur Reduktion von Stickoxiden mittels eines SCR(Selective Catalytic Reduction)-Katalysators und einer Abgasreinigungsflüssigkeit, die in das dem SCR-Katalysator zugeführte Abgas dosiert eingespritzt wird, um in dem SCR-Katalysator eine selektive chemische Reaktion zu unterhalten, bei der Stickoxide in unschädliche Gase umgewandelt werden. Bei diesem sogenannten SCR-Verfahren wird in dem SCR-Katalysator dem Abgas Ammoniak (chemische Summenformel: NH₃) zugefügt, welches an Bord des Fahrzeugs aus Harnstoff (Kohlensäurediamid, chemische Summenformel: CH₄N₂0) gewonnen wird. Zur Versorgung mit Harnstoff wird in einem gesonderten, an Bord mitgeführten Tank eine Abgasreinigungsflüssigkeit, und zwar eine, insbesondere 32,5-prozentige, Lösung von hochreinem Harnstoff in demineralisiertem Wasser bevorratet, dosiert entnommen und mittels einer Dosierpumpe und einem Injektor dosiert in den Abgasstrom eingespritzt.
Eine 32,5-prozentige Lösung von hochreinem Harnstoff in demineralisiertem Wasser ist eine wasserklare Flüssigkeit. Diese wird für die Verwendung in der Abgasreinigung von Dieselfahrzeugen synthetisch hergestellt und wird unter dem Markennamen AdBlue (ISO 22241/DIN 70070/AUS32) vertrieben. Die Markenrechte für AdBlue liegen derzeit beim Verband der Automobilindustrie (VDA). In Nordamerika wird für diese standardisierte Flüssigkeit die Bezeichnung Diesel Exhaust Fluid (DEF) verwendet. AdBlue wird entweder aus Zapfsäulen oder aus Kanistern angeboten. Zur Verwendung von AdBlue für das SCR-Abgasreinigungsverfahren in Dieselfahrzeugen ist ein gesonderter Tank am Fahrzeug angebracht. Der Verbrauch von AdBlue beträgt etwa 4% bis 6% des normalen Dieselkraftstoff-Verbrauchs.
Eine Zersetzung von AdBlue beginnt ab etwa +60°C; der Gefrierpunkt bzw. die Schmelztemperatur liegt bei –11°C.
Die Schmelztemperatur von AdBlue wird in der kalten Jahreszeit (Winter) im Außenbereich gelegentlich erreicht oder unterschritten, so dass es vorkommen kann, dass das im Tank im Fahrzeug mitgeführte AdBlue in den festen bzw. gefrorenen Zustand übergegangen ist. Daher ist im Tank eine Heizeinrichtung vorgesehen, die in den Heizbetrieb übergeht, wenn die Außentemperatur unter den Schmelzpunkt von AdBlue fällt oder wenn im Tank AdBlue im gefrorenen Zustand detektiert wird. Wenn bereits ein relativ großer Volumenanteil des Abgasreinigungsmittels AdBlue im gefrorenen Zustand vorhanden ist und die Heizeinrichtung den Heizbetrieb beginnt, dann wird zunächst das gefrorene Mittel, das in der Nähe der Heizeinrichtung vorhanden ist, abgetaut bzw. geschmolzen. Wenn in diesem Zustand das Mittel mit der im Betrieb üblichen, zur optimalen Reinigung des Abgases benötigten und dafür dosierten Entnahmerate aus dem Tank entnommen wird, dann kann es vorkommen bzw. besteht das Risiko, dass sich Kavitäten im Tank, besonders in der Nähe und insbesondere benachbart an der Heizeinrichtung bilden. Die Bildung von Kavitäten im Tank ist einerseits ein gefährliches Phänomen, das zu Beschädigungen an bzw. in den Heizeinrichtungen, schnellen Druckabfällen oder Druckeinbrüchen, turbulenter Strömung der Flüssigkeit (AdBlue) führen kann, und führt andererseits dazu, dass die Abgasnachbehandlung nicht wirksam ist. Um diese Risiken bzw. Nachteile zu verringern bzw. zu vermeiden, ist es wichtig, dass die Bedingungen, die die Bildung von Kavitäten ermöglichen bzw. fördern, möglichst frühzeitig erkannt und Schutzmaßnahmen eingeleitet werden, um das System gegen Beschädigungen oder vor Ausfällen zu schützen.
Bisher ist zur Detektion von Kavitäten und zum Schutz des Systems vorgesehen, dass innerhalb des Tanks eine Wirbelkammer oder ein kleiner abgetrennter Raum, in der oder in dem ein Füllstandsensor angeordnet ist. Das von dem Füllstandsensor erzeugte Füllstandsignal wird von dem elektronischen Motorsteuerungssystem (ECU, Electronic Control Unit) überwacht und wenn ein bestimmtes Niveau erreicht wird, dann wird angenommen, dass sich der Anteil gefrorenen Mittels unter ein kritisches Niveau verringert hat und es wird mit der dosierten Entnahme der Flüssigkeit aus dem Tank begonnen und dazu die zur dosierten Entnahme vorgesehene Dosierpumpe aktiviert. Die bisherige Lösung zum Erkennen von Kavitäten und zum Schutz vor den damit einhergehenden Risiken hat den Nachteil, dass die Wirbelkammer oder der abgetrennte Raum und der Füllstandsensor als zusätzliche Komponenten bereitzustellen sind, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren der Ausbildung von Kavitäten in der in dem Tank bevorrateten Abgasreinigungsflüssigkeit und zum kontrollierten Entnehmen dieser Flüssigkeit aus dem Tank zu schaffen, wobei lediglich eine ohnehin im Tank zu installierende Heizeinrichtung einschließlich deren elektronischer Steuerung – und keine zusätzlichen Komponenten und Sensoren – zum Detektieren von Kavitäten verwendet werden und somit das Verfahren und die Vorrichtung kostengünstig realisierbar sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren von Kavitäten in einem Abgasreinigungsmittel, das in einem an Bord eines Fahrzeugs mitgeführten Tank bevorratet wird, wie etwa eine Lösung von Harnstoff in Wasser, insbesondere AdBlue, beschrieben. Das Mittel hat eine Schmelztemperatur, die in einem Temperaturbereich, etwa niedriger als 0°C, der in der kalten Jahreszeit erreicht oder unterschritten werden kann, so dass in dem bevorrateten Abgasreinigungsmittel eine Kavität bestehend aus dem Mittel in flüssiger und/oder gasförmiger Form benachbart zu einer im Tank angeordneten Heizeinrichtung ausgebildet, und insbesondere von dem Mittel in fester bzw. gefrorener Form umgeben sein kann. Für das Verfahren ist es erforderlich, dass in dem Tank eine Heizeinrichtung mit mindestens einem, elektrisch aktivierbaren PTC-Heizelement angeordnet ist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

(a) Anlegen einer elektrischen Spannung mit vorbestimmter Stärke an dem PTC-Heizelement, um einen durch das PTC-Heizelement fließenden, elektrischen Heizstrom zu erzeugen,
(b) in einem Takt vorbestimmter Messzeitpunkte wiederholend Messen der Stromstärke des von der angelegten Spannung getriebenen, durch das PTC-Heizelement fließenden Heizstroms,
(c) im Takt der Messzeitpunkte wiederholend Berechnen der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements als Quotient aus der gemessenen Stromstärke und der angelegten Spannung,
(d) Bestimmen eines Maximalwertes der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem Beginn des Anlegens der Spannung an dem PTC-Heizelement,
(e) Überwachen eines Indikatorwerts, der als Quotient aus der aktuell gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements und dem bestimmten Maximalwert der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements berechnet wird,
(f) Vergleichen des Indikatorwerts mit einem vorbestimmten Schwellwert, und
(g) wenn der Indikatorwert den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, Aktivieren eines Warnsignals als Hinweis auf eine im Abgasreinigungsmittel im Tank ausgebildete Kavität.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Detektieren von Kavitäten in einem Abgasreinigungsmittel, das in einem an Bord eines Fahrzeugs mitgeführten Tank bevorratet ist, wie etwa eine Lösung von Harnstoff in Wasser, insbesondere AdBlue, beschrieben. Das Mittel hat eine Schmelztemperatur in einem Temperaturbereich, etwa niedriger als 0°C, der durch eine Außentemperatur in der kalten Jahreszeit erreicht oder unterschritten werden kann. Das in dem Tank bevorratete Mittel kann bei einer Temperatur unterhalb seiner Schmelztemperatur eine Kavität bestehend aus dem Mittel in flüssiger und/oder gasförmiger Form benachbart zu einer Heizeinrichtung ausbilden, und insbesondere von dem Mittel in fester bzw. gefrorener Form umgeben sein. Das System weist folgendes auf:
den Tank, der zum Befüllen mit und zum Bevorraten des Abgasreinigungsmittels, insbesondere in im Wesentlichen flüssiger Form, ausgebildet ist,
eine Heizeinrichtung, die mindestens ein elektrisch aktivierbares PTC-Heizelement aufweist, auf dem Boden des Tanks angeordnet und zum Erwärmen von Abgasreinigungsmittel auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur ausgebildet ist,
eine aktivierbare Spannungsquelle, mittels der an dem PTC-Heizelement eine aktivierbare, vorbestimmte, elektrische Spannung angelegt werden kann,
eine Strommesseinrichtung, mittels der ein von der an das PTC-Heizelement angelegten Spannung getriebener Heizstrom durch das PTC-Heizelement in einem Takt vorbestimmter Messzeitpunkte gemessen werden kann,
eine Steuereinrichtung mit Mitteln, die zum Durchführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet sind.
Insbesondere kann in dem vorbeschriebenen System die Steuereinrichtung folgendes aufweisen: Mittel zum Berechnen der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements, im Takt der Messzeitpunkte wiederholend, als Quotient aus der gemessenen Heizstromstärke und der angelegten Spannung, Mittel zum Bestimmen eines Maximalwertes der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nach einem Beginn des Anlegens der Spannung an dem PTC-Heizelement, Mittel zum Überwachen eines Indikatorwerts, der als Quotient aus der aktuell gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements und dem bestimmten Maximalwert der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements berechnet wird, Mittel zum Vergleichen des Indikatorwerts mit einem vorbestimmten Schwellwert, und Mittel zum Aktivieren eines Warnsignals als Hinweis auf mindestens eine in dem Abgasreinigungsmittel im Tank ausgebildete Kavität, wenn der Indikatorwert den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Abgasreinigungssystem für ein Fahrzeug beschrieben, das von einer mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine angetrieben wird, beispielsweise von einem Dieselmotor oder von einer Brennkraftmaschine, die zumindest teilweise im Magerbetrieb läuft. Das Abgasreinigungssystem weist auf:
ein System zum Detektieren von Kavitäten in einem an Bord des Fahrzeugs mitgeführten, ein Abgasreinigungsmittel bevorratenden Tank gemäß dem zweiten Aspekt, und
einen SCR-Katalysator zum Reinigen von Abgas in einem Abgasstrom, der aus der Brennkraftmaschine ausgestoßen und dem Katalysator zugeführt wird. Dabei umfasst das Kavitätsdetektiersystem gemäß dem ersten Aspekt Mittel zum kontrollierten und dosierten Zuführen des Abgasreinigungsmittels aus dem Tank in den Abgasstrom.
Die Erfindung beruht auf der Charakteristik eines PTC-Heizelements (PTC: Positive Temperature Coefficient), nämlich dass sich die elektrische Leitfähigkeit eines PTC-Heizelements mit zunehmender Temperatur verringert. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine benachbart zur Heizeinrichtung ausgebildete Kavität die zur Wärmeübertragung hauptsächlich beitragende Oberfläche derjenigen Oberflächenbereiche, die mit dem Mittel in fester Form in Wärmeaustauschverbindung sind, verringert, weil im Bereich der Kavität das Mittel in flüssiger und/oder gasförmiger Form in Kontakt mit der Oberfläche der Heizeinrichtung ist. Daher verringert sich beim Auftreten von Kavitäten die Wärmeübertragungsrate (der Wärmeeintrag pro Zeit) von der Heizeinrichtung in das (gefrorene) Mittel. Aufgrund der verringerten Wärmeübertragungsrate wird sich die Temperatur des PTC-Heizelements erhöhen und sich daher seine elektrische Leitfähigkeit verringern. In dem beschriebenen Verfahren zur Kavitätendetektion wird eine Kavität also dadurch detektiert, dass die elektrische Leitfähigkeit des PTC-Heizelements bzw. der auf den zu Beginn des Heizbetriebs vorliegenden, maximalen Wert der Leitfähigkeit bezogene Relativwert der Leitfähigkeit als ein Indikatorwert herangezogen wird, mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird, wobei das Unterschreiten des Schwellwerts als Indikator für das Auftreten einer Kavität gewertet und dementsprechend ein Warnsignal erzeugt wird.
In dem System gemäß dem zweiten Aspekt kann ein Ansaugeinlass einer Dosierpumpe mit einem Innenraum des Tanks und ein Druckauslass der Dosierpumpe mit einem Abgasstrom in Fluidkommunikation sein, wobei der Abgasstrom einem Katalysator zum Reinigen von Abgas aus einem Fahrzeug-Dieselmotor, insbesondere einem SCR-Katalysator, zugeführt wird. Dabei kann das Verfahren ferner ein dosiertes Entnehmen des Mittels aus dem Tank in flüssiger Form aufweisen, wobei solange das Warnsignal (von dem Warnsignalaktivierungsmittel) nicht aktiviert ist, die Dosierpumpe mit einer geregelten Fördermenge betrieben wird. Hierbei kann die Fördermenge auf der Grundlage von Prozessparametern der in dem Katalysator erfolgenden Abgasreinigung bestimmt worden sein. Die hier verwendeten Prozessparameter können den Abgasstrom, den Grad der Verunreinigung des Abgases, insbesondere der Verunreinigung mit Stickoxiden, und/oder den Dieselkraftstoff-Verbrauch des Dieselmotors umfassen.
In dem System gemäß dem zweiten Aspekt kann ein Ansaugeinlass einer Dosierpumpe mit einem Innenraum des Tanks in Fluidkommunikation sein. Dabei kann das Verfahren ferner ein dosiertes Entnehmen des Mittels aus dem Tank in flüssiger Form aufweisen, wobei wenn im Schritt (g) das Warnsignal aktiviert wird, die Dosierpumpe mit ihrer minimal einstellbaren Fördermenge betrieben wird.
Der im Schritt (g) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete, vorbestimmte Schwellwert für den Indikatorwert kann im Bereich von 60% bis 85%, vorzugsweise von 60% bis 70% und mehr bevorzugt von 60% bis 65% liegen. Der Schwellwert hängt von den Auslegungsparametern des PTC-Heizelements bzw. der PTC-Heizelemente ab. Die vorgenannten Schwellwerte wurden experimentell in weiter unten beschriebenen Testversuchen ermittelt.
Das System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann ferner eine Dosierpumpe aufweisen, die einen Ansaugeinlass, der in Fluidkommunikation mit dem Innenraum des Tank ist, und einen Druckauslass umfasst, und deren durch den Druckauslass ausgegebene Fördermenge über ein ihr zugeführtes Steuersignal, insbesondere elektrisch, steuerbar ist.
Der Druckauslass der Dosierpumpe kann in Fluidkommunikation mit einem Abgasstrom sein, der einem Katalysator zum Reinigen von Abgas aus einem Fahrzeug-Dieselmotor, insbesondere einem SCR-Katalysator, zugeführt wird. Dabei kann die Steuereinrichtung Mittel zum Steuern der Dosierpumpe mit einer geregelten Fördermenge aufweisen. Dabei kann die Fördermenge auf der Grundlage von Prozessparametern der in dem Katalysator erfolgenden Abgasreinigung bestimmt worden sein, solange das Warnsignal von den Warnsignalaktivierungsmitteln nicht aktiviert ist. Die hier verwendeten Prozessparameter können den Abgasstrom, den Grad der Verunreinigung des Abgases, insbesondere der Verunreinigung mit Stickoxiden, und/oder den Dieselkraftstoff-Verbrauch des Dieselmotors umfassen.
Die Steuereinrichtung kann ferner Mittel aufweisen, die bewirken, dass die Dosierpumpe mit ihrer minimal einstellbaren Fördermenge betrieben wird, wenn das Warnsignal aktiviert ist.
Der von den Leitfähigkeitberechnungsmitteln verwendete, vorbestimmte Schwellwert des Indikatorwerts kann im Bereich von 60% bis 85%, vorzugsweise von 60% bis 70% und mehr bevorzugt von 60% bis 65% liegen. Wie bereits erwähnt, wurden die vorgenannten Schwellwerte experimentell in weiter unten beschriebenen Testversuchen ermittelt.
Das System kann ferner eine, insbesondere elektrisch, aktivierbare Wirbelkammer aufweisen. Diese kann am Boden des Tanks angeordnet sein und einen Einlassport und einen Auslassport aufweisen, wobei der Einlassport in Fluidkommunikation mit dem Innenraum des Tanks und der Auslassport in Fluidkommunikation mit dem Ansaugeinlass der Dosierpumpe sein kann. Die Wirbelkammer bewirkt eine längere Verbleibzeit des zu entnehmenden Mittels innerhalb des Tanks und im Wirkungsbereich der Heizeinrichtung, und mithin ein verringertes Risiko, dass das Mittel in fester bzw. gefrorener Form entnommen wird.
Das System kann ferner eine Flüssigkeits-Entnahmeleitung mit einem Einlassende und einem Auslassende aufweisen, wobei das Einlassende mit dem Innenraum des Tank und das Auslassende mit dem Ansaugeinlass der Dosierpumpe in Fluidkommunikation sein kann. Ferner kann das System eine Flüssigkeits-Zufuhrleitung mit einem Einlassende und einem Auslassende aufweisen, wobei das Einlassende mit dem Druckauslass der Dosierpumpe und das Auslassende mit einem Abgasstrom, der einem Katalysator zum Reinigen von Abgas aus einem Fahrzeug-Dieselmotor, insbesondere einem SCR-Katalysator, zugeführt wird, in Fluidkommunikation sein kann.
Das Abgasreinigungsmittel kann eine Schmelztemperatur im Bereich von ca. –30°C bis 0°C, insbesondere von –20°C bis 0°C, mehr besonders von –15°C bis –5°C und noch mehr besonders von –12°C bis –10°C aufweisen.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
1 zeigt in schematisierter Form ein Abgasreinigungssystem, das ein System zum Detektieren von Kavitäten in einem mit einem Abgasreinigungsmittel gefüllten Tank gemäß der Erfindung umfasst.
2 zeigt Szenarien von Kavitätsbildung auf einer mit einer Lage des Mittels in fester Form bedeckten Oberfläche bzw. teiloberfläche einer Heizeinrichtung, die in einem mit einem Abgasreinigungsmittel gefüllten Tank angeordnet ist.
3 zeigt ein Schaubild mit einer schematischen Darstellung des Zeitverlaufs des Heizstroms, der von einer vorbestimmten, konstanten elektrischen Spannung durch ein PTC-Heizelement getrieben wird, und zwar für einen Fall, wobei keine Kavität ausgebildet ist, und für einen Fall, wo sehr wohl eine oder mehrere Kavitäten ausgebildet sind.
4A bis 4D zeigen real gemessene Testergebnisse, und zwar jeweils ein Schaubild mit einer Darstellung eines Zeitverlaufs eines gemessenen Heizstroms durch ein PTC-Heizelement einer in einem mit dem Abgasreinigungsmittel gefüllten Tank angeordneten Heizeinrichtung, deren Oberfläche unterschiedliche Grade der Bedeckung mit Kavitäten aufwies.
5 veranschaulicht das dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Detektieren von Kavitäten zugrunde gelegte Modell des Zeitverlaufs der Leitfähigkeit eines PTC-Heizelements, das auf der Charakteristik eines PTC-Heizelements basiert (mittleres Diagramm), sowie den Zeitverlauf der Heizleistung (oberes Diagramm) und den Zeitverlauf des Warnsignals (unteres Diagramm).
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Das in 1 gezeigte Abgasreinigungssystem 96 umfasst ein System 10 zum Detektieren von Kavitäten in einem mit einem Abgasreinigungsmittel 14 gefüllten Tank 12 gemäß der Erfindung und einen Abgasreinigungssystemteil, der einen Fahrzeug-Dieselmotor 76, einen Katalysator 82, und zwar einen SCR-Katalysator zum Reinigen von Abgas, und eine Abgasleitung 78, die einen von dem Dieselmotor 76 ausgestoßenen Abgasstrom 80 (in der 1 durch Pfeile dargestellt) zu dem Katalysator 82 leitet. Das System 10 ist in der 1 mit einer gestrichelten Linie umgeben. Das Kavitätsdetektiersystem 10 umfasst Mittel zum kontrollierten und dosierten Zuführen des Abgasreinigungsmittels 14 aus dem Tank 12 in die Abgasleitung 78 bzw. den Abgasstrom 80, einschließlich einer Flüssigkeits-Entnahmeleitung 62, einer Dosierpumpe 48, einer Flüssigkeits-Zufuhrleitung 70 und einem Injektor 68 zum Injektieren eines dosierten Flüssigkeitsstroms des Abgasreinigungsmittel 14 in den in der Abgasleitung 78 geführten Abgasstrom 80. Der Injektor 68 ist an der Abgasleitung 78 stromaufwärts in Bezug auf den Katalysator 82 angeordnet. Die Flüssigkeits-Entnahmeleitung 62 hat ein Einlassende 64, das mit dem Innenraum des Tanks 12 in Fluidkommunikation ist, und ein Auslassende 66, das mit dem Ansaugeinlass 50 der Dosierpumpe 48 in Fluidkommunikation ist. Die Flüssigkeits-Zufuhrleitung 70 hat ein Einlassende 72, das mit dem Druckauslass 52 der Dosierpumpe 48 in Fluidkommunikation ist, und ein Auslassende 74, das über den Injektor 68 mit dem Abgasstrom 80 in Fluidkommunikation ist.
Das System 10 dient zum Detektieren von Kavitäten 16 (2), die in einem in einem Abgasreinigungsmittel 14, das in einem an Bord eines Fahrzeugs mitgeführten Tank 12 bevorratet wird, bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Abgasreinigungsmittels auftreten können. Das Abgasreinigungsmittel 14 ist eine 32,5-prozentige Lösung von hochreinem Harnstoff in demineralisiertem Wasser, wie sie unter dem Markennamen AdBlue an Tankstellen aus Zapfsäulen oder zumindest aus Kanistern auf dem Markt erhältlich ist. AdBlue hat eine Schmelztemperatur bei –11°C. Kavitäten können sich in dem Tank 12 am Fahrzeug mitgeführten Abgasreinigungsmittel 14 (AdBlue) ausbilden, wenn die Außentemperatur die Schmelztemperatur erreicht oder unterschreitet, so dass das Mittel 14 gefriert und in seine feste Form übergeht. Als Gegenmaßnahme und zum Auftauen des gefrorenen Mittels 14 wird eine Heizeinrichtung 20 aktiviert, um Wärmeenergie zu erzeugen und in das im Tank 12 vorhandene Mittel 14 einzutragen. Wenn die Heizeinrichtung 20 Wärme erzeugt, können Kavitäten sich überall in den Bereichen an der Oberfläche der Heizeinrichtung 20 ausbilden, die mit einer Lage 18 (2) des Mittels in seiner festen Form bedeckt sind, und zwar zwischen der Lage 18 und der Oberfläche der Heizeinrichtung 20.
Die 2A bis 2E zeigen mögliche Szenarien der Ausbildung von Kavitäten 16 an der Oberfläche der Heizeinrichtung 20. In der 2A ist die in dem Tank 12 angeordnete Heizeinrichtung 20 vollständig von einer Lage 18 aus dem Mittel in fester Form umgeben. Dies ist der Worst Case. Kavitäten können sich überall zwischen der Lage 18 mit dem Mittel in fester Form 18 und der Oberfläche der Heizeinrichtung 20 ausbilden. In der 2B ist die Heizeinrichtung 20 zu einem großen Teil, einschließlich beider Seiten (der in der 2B linken und rechten Seite) der Heizeinrichtung 20, jedoch nicht vollständig von einer Lage 18 aus dem Mittel in fester Form umgeben. Hierbei ist also das Risiko einer Kavitätsbildung etwas geringer als in der in der 2A gezeigten Situation. In den 2A und 2B ist jeweils eine Kavität 16 auf der in den Figuren linken, oberen und rechten Seitenfläche der Heizeinrichtung gezeigt. In der 2C ist die Heizeinrichtung 20 nur auf einem Teil ihrer in der Figur oberen und rechten Seite von einer Lage 18 aus dem Mittel in fester Form umgeben. In der 2C ist jeweils eine Kavität 16 auf der in den Figuren oberen und rechten Seitenfläche der Heizeinrichtung gezeigt. In der 2D ist die Heizeinrichtung 20 nur auf ihrer in der Figur oberen Seite von einer Lage 18 aus dem Mittel in fester Form bedeckt. In der 2D sind zwei Kavitäten 16 auf der in den Figuren oberen Seitenfläche der Heizeinrichtung gezeigt. In der 2E ist die Heizeinrichtung 20 nur auf ihrer in der Figur rechten Seite von einer Lage 18 aus dem Mittel in fester Form bedeckt. In der 2D ist eine Kavität 16 auf der in den Figuren rechten Seitenfläche der Heizeinrichtung gezeigt.
Mit Verweis zurück auf die 1 umfasst das Kavitätendetektiersystem 10 den Tank 12, die Heizeinrichtung 20, die mindestens ein, insbesondere elektrisch, aktivierbares PTC-Heizelement 22 aufweist und auf dem Boden des Tanks 12 angeordnet ist, eine aktivierbare Spannungsquelle 24, mittels der an dem PTC-Heizelement eine aktivierbare, vorbestimmte, elektrische Spannung (die Spannung zwischen V₊ und V_gnd in 1) angelegt werden kann, eine Strommesseinrichtung 34, mittels der ein von der an das PTC-Heizelement 22 angelegten Spannung getriebener Heizstrom I_h durch das PTC-Heizelement 22 gemessen werden kann, eine Dosierpumpe 48 mit einem Ansaugeinlass 50, der in Fluidkommunikation mit dem Innenraum des Tanks 12 ist, und einem Druckauslass 52, der in Fluidkommunikation mit dem Abgasstrom 80 bzw. der Abgasleitung 78 ist, und eine Steuereinrichtung 84, die zum Steuern bzw. Aktivieren der Spannungsquelle 24, zum Steuern und Auslesen der Strommesseinrichtung 34, zum Steuern der Dosierpumpe 48 und insgesamt zum Steuern des Verfahrensablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Detektieren von Kavitäten 16 ausgebildet ist.
Der Tank 12 ist so ausgebildet, dass er mit dem Abgasreinigungsmittel 14, und zwar in dessen flüssiger Form, befüllt werden kann und das Mittel 14 an Bord des Fahrzeugs bevorraten kann. Die Heizeinrichtung 20 ist so in dem Tank 12 angeordnet und ausgebildet, dass sie das Abgasreinigungsmittel 14 erwärmen kann und zwar insbesondere, wenn das Mittel 14 bei einer Außentemperatur, die unterhalb der Schmelztemperatur des Mittels 14 ist, das Mittel 14 auftauen und auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur erwärmen kann. Dazu umfasst die Heizeinrichtung 20 mindestens ein aktivierbares PTC-Heizelement 22, in dem ein Heizstrom I_h, der von der an das PTC-Heizelement 22 angelegten Spannung getrieben wird, bzw. die durch den Heizstrom zugeführte elektrische Leistung in Heizleistung bzw. Wärmeenergie umgesetzt wird.
Mittels der aktivierbaren Spannungsquelle 24 wird an das PTC-Heizelement 22 der Heizeinrichtung 20 eine vorbestimmte elektrische Spannung angelegt, und zwar die an Bord des Fahrzeugs bereitgestellte Versorgungsspannung, die zwischen einem Versorgungsbus 27, auf dem das Spannungsniveau V₊ verfügbar ist, und einem Massebus 29, auf dem das Spannungsniveau V_gnd verfügbar ist. Das PTC-Heizelement 22 ist über eine erste elektrische Leitung 26 an das Spannungsniveau V₊ und über eine zweite elektrische Leitung 28 an das Spannungsniveau V_gnd angeschlossen. In der in der 1 gezeigten Ausführungsform sind in der ersten Leitung 26 die Strommesseinrichtung 34 und ein steuerbarer erster Schalter 30 in Reihe mit dem PTC-Heizelement 22 geschaltet. Der erste Schalter 30 ist über eine erste Schaltersteuerungssignalleitung 32 mit der Steuereinrichtung 84 verbunden. Über die Leitung 32 kann der erste Schalter 30 von der Steuereinrichtung 84 betätigt, d.h. geöffnet und geschlossen, werden und damit die in dem PTC-Heizelement 22 umsetzbare Heizleistung aktiviert und deaktiviert werden.
Mittels der Strommesseinrichtung 34 kann die Stromstärke des elektrischen Heizstroms in einem Takt vorbestimmter Messzeitpunkte 120, 120‘, ..., 120‘‘‘ (siehe 5) wiederholend gemessen werden. Die Strommesseinrichtung 34 ist über eine Strommesssignalleitung 36 mit der Steuereinrichtung 84 verbunden. Über die Strommesssignalleitung 36 wird die Strommesseinrichtung 34 von der Steuereinrichtung 84 dazu aktiviert, ein Strommesssignal, das die gemessene(Heiz)-Stromstärke repräsentiert, zu erzeugen, und wird das Strommesssignal zur Steuereinrichtung 84 übertragen, so dass es dort gespeichert und nach Bedarf ausgewertet werden kann.
Ein Flüssigkeitsentnahmesystem zum dosierten Entnehmen des Abgasreinigungsmittels 14 aus dem Tank 12 und zum Zuführen in den Abgasstrom 80 ist in der in der 1 gezeigten Ausführungsform des Systems 10 wie folgt realisiert. Das System 10 umfasst eine Flüssigkeits-Entnahmeleitung 62, die zum dosierten Entnehmen (Abführen) von Abgasreinigungsmittel 14 aus dem Tank vorgesehen ist, die Dosierpumpe 48, die einen Ansaugeinlass 50 und einen Druckauslass 52 hat, sowie eine Flüssigkeits-Zufuhrleitung 70 und einen Injektor 68, die zum dosierten Zuführen des Mittels 14 in den Abgasstrom 80 bzw. in die Abgasleitung 78 vorgesehen sind.
Die Flüssigkeits-Entnahmeleitung 62 hat ein Einlassende 64 und ein Auslassende 66. Das Einlassende 64 ist mit dem Innenraum des Tanks 12 und das Auslassende 66 ist mit dem Ansaugeinlass 50 der Dosierpumpe 48 in Fluidkommunikation, so dass der Ansaugeinlass 50 der Dosierpumpe 48 über die Flüssigkeits-Entnahmeleitung 62 in Fluidkommunikation mit dem Innenraum des Tanks 12 ist und das Abgasreinigungsmittel 14 aus dem Tank 12 angesaugt werden kann. Die Flüssigkeits-Zufuhrleitung 70 hat ein Einlassende 72 und ein Auslassende 74, an dem der Injektor 68 angeordnet ist. Das Einlassende 72 ist mit dem Druckauslass 52 der Dosierpumpe 48 und das Auslassende 74 über den Injektor 68 mit dem Abgasstrom 80 in Fluidkomunikation, so dass der Druckauslass 52 der Dosierpumpe 48 über die Flüssigkeits-Zufuhrleitung 70 in Fluidkommunikation mit dem Abgasstrom 80 ist und über diese Verbindung das Abgasreinigungsmittel 14 in einer steuerbaren Fördermenge in den Abgasstrom 80 und darüber in den Katalysator 82 zugeführt werden kann und dort (in dem SCR-Katalysator 82) zum Reinigen des Abgases aus dem Dieselmotor 76 verwendet werden kann. Die Dosierpumpe 48 ist über eine fünfte elektrische Leitung 54 an den Versorgungsspannungsbus 27 und über eine sechste elektrische Leitung 56 an den Massebus 29 angeschlossen und erhält über die Leitungen 54 und 56 ihre Versorgungsspannung. In der Leitung 54 ist ein dritter Schalter 58 vorgesehen, der über eine dritte Schaltersteuerungssignalleitung 60 mit der Steuereinrichtung 84 in Verbindung ist und über diese Leitung 60 gesteuert, d.h. geschlossen und geöffnet, werden kann. Die Dosierpumpe 48 ist über eine Dosierpumpensteuersignalleitung 94 mit der Steuereinrichtung 84 in Verbindung. Über die Signalleitung 94 kann die über den Druckauslass 52 auszugebene Fördermenge des Abgasreinigungsmittels 14 elektrisch gesteuert werden. Dazu hat die Steuereinrichtung 84 Mittel (nicht gezeigt) zum Steuern der Dosierpumpe 48 mit einer geregelten Fördermenge. Diesen Fördermengensteuerungsmitteln werden Signale zugeführt, die repräsentativ sind für Prozessparameter der in dem Katalysator 82 erfolgenden Abgasreinigung. Derartige Prozessparameter umfassen den Abgasstrom 80 (zugeführte Menge pro Zeit), den Grad der Verunreinigung des Abgases, insbesondere der Verunreinigung mit Stickoxiden, und/oder den Dieselkraftstoff-Verbrauch des Dieselmotors 76. Auf diese Weise kann die Fördermenge auf der Grundlage dieser Prozessparameter gesteuert werden, jedenfalls solange wie das Warnsignal 126 von Warnsignalaktivierungsmitteln (die in der Steuereinrichtung 84 enthalten sind und weiter unten näher erläutert werden) nicht aktiviert ist.
Optional umfasst das System 12 ferner eine elektrisch aktivierbare Wirbelkammer 38, die am Boden des Tanks 12 angeordnet ist und einen Einlassport und einen Auslassport hat. Der Einlassport der Wirbelkammer 38 ist in Fluidkommunikation mit dem Innenraum des Tanks 12 und der Auslassport ist in Fluidkommunikation mit dem Einlassende 64 der Flüssigkeits-Entnahmeleitung 62 und darüber mit dem Ansaugeinlass 50 der Dosierpumpe 48. In der Wirbelkammer 38 ist ein Füllstandsensor (nicht gezeigt) eingebaut, der ein den Füllstand repräsentierendes Messsignal erzeugt, dass der Steuereinrichtung 84 zum Speichern und Auswerten zugeführt wird (nicht gezeigt). Die Wirbelkammer 38 bewirkt eine längere Verbleibzeit des zu entnehmenden Mittels 14 innerhalb des Tanks 12 und im Wirkungsbereich der Heizeinrichtung 20, und mithin ein verringertes Risiko, dass das Mittel 14 in fester bzw. gefrorener Form aus dem Tank 12 entnommen wird. Des Weiteren ist das System 10 mit der Wirbelkammer 38 und dem darin vorgesehenen Füllstandsensor kompatibel bzw. geeignet zur Implementierung des Eingangs beschrieben, herkömmlichen Verfahrens zur Erkennung und Beseitigung von Kavitäten.
Wie eingangs erwähnt, und mit Verweis auf 3, beruht das erfindungsgemäße Verfahren zum Detektieren von Kavitäten auf der Charakteristik eines PTC-Heizelements, nämlich dass sich die elektrische Leitfähigkeit eines PTC-Heizelements mit zunehmender Temperatur verringert. Des Weiteren beruht das Verfahren auf der Erkenntnis, dass eine benachbart zur Heizeinrichtung 20 ausgebildete Kavität 16 (siehe 2A bis 2E) die zur Wärmeübertragung hauptsächlich beitragende Oberfläche derjenigen Oberflächenbereiche, die mit einer Lage des Mittel 18 in fester Form in Wärmeaustauschverbindung sind, verringert, weil im Bereich der Kavität 16 das Mittel in flüssiger und/oder gasförmiger Form in Kontakt mit der Oberfläche der Heizeinrichtung 20 ist. Daher verringert sich beim Auftreten von Kavitäten 16 die Wärmeübertragungsrate (der Wärmeeintrag pro Zeit) von der Heizeinrichtung 20 in das (gefrorene) Mittel. Aufgrund der verringerten Wärmeübertragungsrate wird sich die Temperatur des PTC-Heizelements 22 erhöhen und seine elektrische Leitfähigkeit sich daher verringern.
Wie diese Zusammenhänge sich in von dem System 10 umfassten Komponenten (Spannungsquelle 24, Strommesseinrichtung 34, Steuereinrichtung 84) zeigen, ist schematisch in der 3 dargestellt. Die 3 ist ein Schaubild 100 mit einer schematischen Darstellung des Zeitverlaufs des Heizstroms I_h, der von einer vorbestimmten, konstanten elektrischen Spannung (V₊ – V_gnd) durch ein PTC-Heizelement 22 getrieben wird. Dazu ist der Heizstrom I_h auf einer Stromachse 104 (Ordinate) gegen die (bzw. als Funktion der) Zeit t, aufgetragen entlang einer Zeitachse 102 (Abszisse), schematisch dargestellt, und zwar zum einen für einen Fall, wobei keine Kavität ausgebildet ist (Kurve 110), und zum anderen für einen Fall, wo sehr wohl eine oder mehrere Kavitäten 16 an der Oberfläche der Heizeinrichtung 20 ausgebildet sind (Kurve 112). Der Zeitverlauf des Heizstroms I_h zeigt unmittelbar nach dem Moment des Einschaltens des Heizstroms I_h (bzw. der diesen treibenden elektrischen Spannung (V₊ – V_gnd)) bei t = 0 einen schnellen (in der 3 steilen) Anstieg innerhalb eines Zeitintervalls 130 auf einen Maximalwert 108 des Heizstroms, der zu einem ersten Messzeitpunkt 114 auftritt. Anschließend an das Überschreiten des Heizstrommaximalwerts 108 nimmt der Heizstrom I_h vergleichsweise langsam ab, wobei diese Abnahme durch die Erwärmung des PTC-Heizelements 22 und die damit einhergehende Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements 22 bedingt ist. Diese Abnahme wird überwacht bis zu einem zeitlich ausreichend später liegenden, zweiten Messzeitpunkt 116, wobei die Dauer der Überwachung, d.h. der Zeitraum vom ersten Messzeitpunkt 114 zum zweiten Messzeitpunkt 116 so gewählt ist, dass ein Unterschied im Heizstrom zwischen dem Fall, dass keine Kavität ausgebildet wird und der Zeitverlauf des Heizstroms durch die Kurve 110 beschrieben wird, und dem Fall, dass sehr wohl eine oder mehrere Kavitäten ausgebildet werden und der Zeitverlauf des Heizstroms durch die Kurve 112 beschrieben wird. Die durch die Kurve 112 beschriebene schnellere (in der 3 steilere) zeitliche Abnahme des Heizstroms rührt her von der durch die auftretenden Kavitäten verursachten Verringerung des Wärmeeintrags von dem PTC-Heizelement 22 in das Abgasreinigungsmittel 14 und der damit einhergehenden schnelleren Erwärmung des PTC-Heizelements 22 und der damit wiederum einhergehenden, schnelleren Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements 22. Es konnte in Tests gezeigt werden, siehe 4A bis 4D, dass es möglich ist, bei jeweils gleicher Spannungsansteuerung des PTC-Heizelements 22 einen für das PTC-Heizelement 22 spezifischen Schwellwert 118 der Heizstromstärke festzulegen, der so gewählt ist, der Zeitverlauf des Heizstroms in dem Fall, dass keine Kavität ausgebildet wird (Kurve 110), oberhalb des Schwellwerts 118 bleibt, und in dem Fall, dass eine oder mehrere Kavitäten 16 ausgebildet werden (Kurve 112), den Schwellwert 118 unterschreitet. Somit kann das Unterschreiten des Schwellwerts 118 des Heizstroms I_h als Indikator für das Auftreten von Kavitäten 16 gewertet werden und dementsprechend ein Warnsignal 90 (siehe 1) erzeugt werden.
Zur Entwicklung eines von der spezifischen Heizcharakteristik des PTC-Heizelements unabhängigen, allgemeineren Modells kann der Einfluss der spezifischen Heizcharakteristik inkl. der spezifischen Heizleistung des PTC-Heizelements, auf die quantitativen Verläufe der Heizströme in den Fällen mit (Kurve 112) und ohne (Kurve 110) Kavitätsbildung verringert werden, indem jeweils der Heizstrom I_h durch das PTC-Heizelement 22 zu den Zeiten vom ersten Messzeitpunkt 114 bis zum zweiten Messzeitpunkt 116 ins Verhältnis zu dem jeweils kurz nach dem Beginn des Heizbetriebs (zum ersten Messzeitpunkt 114) erreichten Maximalwert 108 gesetzt wird, d.h. indem Relativwerte des Heizstroms als Quotienten aus den im Zeitverlauf gemessenen Werten des Heizstroms und dem Maximalwert 108 des Heizstroms beim ersten Messzeitpunkt 116 berechnet und aufgetragen werden. Entsprechend wird auch der Indikatorwert bzw. Schwellwert 118 als ein auf den Maximalwert 108 bezogener Relativwert des Heizstroms bestimmt.
Die 4A bis 4D zeigen real gemessene Zeitverläufe eines Heizstroms für eine spezifische Ausführungsform des Tanks 12 und eine spezifische Ausführungsform der Heizeinrichtung 20 bzw. des PTC-Heizelements 22 in einer Darstellung analog zur schematischen Darstellung in der 3, d.h. jeweils eine Heizstromkurve 112 für einen Fall, dass Kavitäten ausgebildet werden, und eine Heizstromkurve 110 für einen Referenzfall, dass keine Kavität vorhanden ist. Die Unterschiede der Heizstromkurven in den 4A bis 4D rühren daher, dass die Oberfläche der Heizeinrichtung jeweils unterschiedliche Grade der Bedeckung mit Kavitäten aufwies.
Die Heizstromkurve 112 wurde erhalten, indem zunächst der Tank dem Abgasreinigungsmittel (AdBlue) gefüllt und auf eine vorgegebene Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur, die bei –11°C liegt, abgekühlt wurde. Anschließend wurde das System (der mit gefrorenem AdBlue gefüllte Tank) durch einen bestimmten Wärmeleistungseintrag über die Heizeinrichtung erwärmt, und zwar während einer durch Normen bzw. gesetzliche Vorschriften vorgegebenen Zeitdauer und vorgegebener Heizleistung in Abhängigkeit von der Anfangstemperatur (Temperatur des gekühlten, gefrorenen AdBlue), so dass eine gezielte Kavitätsbildung stattfand. Während dieses ersten Heizvorgangs wurde die Kurve 112 aufgenommen. Nach dem Ende des ersten Heizvorgangs, d.h. nach dem vollständigen Auftauen des AdBlue in dem Tank, wurde das AdBlue aus dem Tank entnommen. Dann wurde der entleerte Tank erneut auf die Anfangstemperatur abgekühlt, und dann in einem erneuten, zweiten Heizvorgang während der gleichen Zeitdauer und mit gleicher Heizleistung erwärmt. Während des zweiten Heizvorgangs wurde die Kurve 110 aufgenommen. Gemäß diesem Protokoll wurden vier unterschiedliche Tests durchgeführt, wie folgt.
Erster Test
Die in der 4A gezeigten, zeitlichen Verläufe 112 und 110 des Heizstroms wurden erzielt, nachdem das System jeweils vor dem ersten und zweiten Heizvorgang auf –21°C abgekühlt wurde und das PTC-Heizelement mit einer Nominalspannung von 12 V beaufschlagt wurde. Nach dem ersten Heizvorgang (mit der Heizstromkurve 112) waren Kavitäten mit einer Gesamtmasse von 153 g AdBlue ausgebildet.
Zweiter Test
Die in der 4B gezeigten, zeitlichen Verläufe 112 und 110 des Heizstroms wurden erzielt, nachdem das System jeweils vor dem ersten und zweiten Heizvorgang auf –22°C abgekühlt wurde und das PTC-Heizelement mit einer Nominalspannung von 12 V beaufschlagt wurde. Nach dem ersten Heizvorgang (mit der Heizstromkurve 112) waren Kavitäten mit einer Gesamtmasse von 223 g AdBlue ausgebildet.
Dritter Test
Die in der 4C gezeigten, zeitlichen Verläufe 112 und 110 des Heizstroms wurden erzielt, nachdem das System jeweils vor dem ersten und zweiten Heizvorgang auf –25°C abgekühlt wurde und das PTC-Heizelement mit einer Nominalspannung von 13,8 V beaufschlagt wurde. Nach dem ersten Heizvorgang (mit der Heizstromkurve 112) waren Kavitäten mit einer Gesamtmasse von 513 g AdBlue ausgebildet.
Vierter Test
Die in der 4D gezeigten, zeitlichen Verläufe 112 und 110 des Heizstroms wurden erzielt, nachdem das System jeweils vor dem ersten und zweiten Heizvorgang auf –40°C abgekühlt wurde und das PTC-Heizelement mit einer Nominalspannung von 13,8 V beaufschlagt wurde. Nach dem ersten Heizvorgang (mit der Heizstromkurve 112) waren Kavitäten mit einer Gesamtmasse von 786 g AdBlue ausgebildet.
Zur Modellbildung und um ein von den Unterschieden der stark voneinander abweichenden Zeitverläufe der Heizstromkurven in dem Zeitintervall unmittelbar nach dem Beginn des Heizbetriebs (analog zu dem Zeitintervall 130 des schematisierten Verlaufs des Heizstroms in der 3) und bis zum ersten Messzeitpunkt 114 möglichst unabhängiges Ergebnis zu erhalten, wurde bei den vorgenannten Tests der erste Messzeitpunkt 114 als der Zeitpunkt definiert, bei dem die Heizstromverläufe 110 und 112 (ohne und mit Kavität) sich schneiden (t = t₁₁₄); der zweite Messzeitpunkt 116 wurde als der Zeitpunkt definiert, bei dem der Heizstromverlauf 112 (mit Kavität) einen im Wesentlichen stationären (zeitlich konstanten) Endwert erreicht hat (t = t₁₁₆). Auf der Grundlage der Festlegung des ersten Messzeitpunkts 114 wurden die Heizstrommesswerte I(t) in den Kurven 110 und 112 ins Verhältnis zu den jeweiligen Heizstromwerten beim ersten Messzeitpunkt 114 I(t = t₁₁₄) gesetzt (Relativwertbildung).

Ausgedrückt in den so gewonnenen Relativwerten wurden in den oben beschriebenen Tests folgende Ergebnisse erhalten:

Test	I(t = t₁₁₆)/I(t = t₁₁₄)	%
Erster Test, Kurve 110 (ohne Kavität)	8,07/8,10 =	99%
Erster Test, Kurve 112 (mit Kavität)	6,75/8,11 =	83%
Zweiter Test, Kurve 110 (ohne Kavität)	7,88/8,18 =	96%
Zweiter Test, Kurve 112 (mit Kavität)	5,59/8,10 =	69%
Dritter Test, Kurve 112 (mit Kavität)	5,47/8,84 =	62%
Vierter Test, Kurve 112 (mit Kavität)	5,29/8,47	63%

Aus den Ergebnissen erkennt man, dass ein Schwellwert 118 (siehe 3), der von den Kurven 110 der Relativwerte nicht unterschritten und von den Kurven 112 der Relativwerte wohl unterschritten wird, so dass der Schwellwert zur Unterscheidung zwischen dem Fall mit Kavität und dem Fall ohne Kavität diskriminierend ist, im Bereich von ca. 70% bis 80% gewählt werden kann.
Um die Abhängigkeit der in den 4A bis 4D abzulesenden Zahlenwerte nicht nur von der Heizcharakteristik des PTC-Heizelements und dem Heizstrom, sondern auch von der angelegten, den Heizstrom treibenden Spannung, zu eliminieren und ein allgemeineres Modell für den Unterschied zwischen dem Heizkurvenverlauf mit Kavität (Kurve 112) und dem Heizkurvenverlauf ohne Kavität (Kurve 110) zu erhalten, wird anstelle der absoluten Stromstärken (wie in der 3) oder der auf den Maximumwert der Stromtärke bei t = t₁₁₄ bezogenen Stromstärke (Relativwert, wie in den 4A und 4D) abgestellt auf die Leitfähigkeit C des PTC-Heizelements. Die Leitfähigkeit C des PTC-Heizelements ist definiert als der Quotient (I_h/U) aus dem Heizstrom (I_h) und der im Heizbetrieb angelegten Spannung (U), wie in der 5.
Die 5 zeigt die Zeitverläufe der folgenden drei Größen: (i) Im oberen Zeitdiagramm einen Heizungszustand 138, der die Zustände „Heizbetrieb aus“ und „Heizbetrieb an“ (Duty Cycle) annehmen kann, oder analog für die an das PTC-Heizelement angelegte Heizspannung, die „ausgeschaltet“ oder „angelegt“ sein kann. (ii) Im mittleren Zeitdiagramm in schematischer Form das dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Detektieren zugrunde liegende Modell für den Zeitverlauf der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements, das aus den in den 3 bzw. 4A bis 4D gezeigten Heizkurven mit Kavität (Kurve 112) und ohne Kavität (Kurve 110) abgeleitet ist. (iii) Im unteren Zeitdiagramm den Zeitverlauf des Status 124 des Warnsignals, das die Zustände „Warnsignal nicht aktiviert“ und „Warnsignals aktiviert“ (bei 126 in 5) annehmen kann.
Das im mittleren Zeitdiagramm schematisiert gezeigte Modell beruht auf einer Auswertung der elektrischen Leitfähigkeit C des PTC-Heizelements, genauer dem Verhältnis (Quotient) der Leitfähigkeit C zu einem späteren Messzeitpunkt 116 und der Leitfähigkeit C zu dem ersten Messzeitpunkt 114, wenn die Leitfähigkeit ihren Maximalwert hat. Der zweite Messzeitpunkt 116 kann beispielsweise dadurch definiert sein, dass eine Heizkurve einen stationären Wert erreicht, oder dass eine vorbestimmte Wartezeit, wie eine Zeitdauer, die zum Auftauen des gefrorenen Abgasreinigungsmittels (AdBlue) benötigt wird, abgelaufen ist. Des Weiteren wird ein vorbestimmter Schwellwert 136 für den Quotienten der Leitfähigkeit festgelegt, der so gewählt ist, dass die Kurve im Messfall ohne Kavität (Kurve 132 in 5) stets über dem vorbestimmten Schwellwert 136 liegt und die Kurve im Messfall mit Kavität/en (Kurve 134 in 5) den vorbestimmten Schwellwert 136 unterschreitet. Der Maximalwert der Leitfähigkeit für beide Kurven 132 (ohne Kavität) und 134 (mit Kavität) wird innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls 130 nach dem Beginn des Heizbetriebs, d.h. beim Anstieg des Zeitverlaufs 140 des Heizungszustands 138 im oberen Zeitdiagramm, erreicht. Die aktuelle Heiz-Stromstärke I_h wird wiederholend, d.h. zu diskreten Messzeitpunkten 120, 120‘, 120‘‘, 120‘‘‘, usw. gemessen und daraus die aktuelle Leitfähigkeit C(t) = (I_h(t)/U) und die auf das Maximum bezogene, relative Leitfähigkeit C(t)/C(t₁₁₄) = (I_h(t)/U)/(I_h(t₁₁₄)/U) berechnet.
Das Unterschreiten des Schwellwerts 136 der Kurve 134 wird als Indikator für das Auftreten einer Kavität 16 gewertet. Mit anderen Worten, wenn die relative Leitfähigkeit C(t)/C(t₁₁₄) zu einem Messzeitpunkt den vorbestimmten Schwellwert 136 unterschreitet (bei K in der 5), dann wird das Warnsignal 90 (siehe 1) erzeugt bzw. der Status 124 einer binären Größe (Flag) auf den Wert „aktiviert“ gesetzt (126 in 5).
Wenn nach einer bestimmten Zeitdauer (Heizzeit) angenommen werden kann, dass das gefrorene Abgasreinigungsmittel vollständig aufgetaut ist und der Heizstrom einen stationären Zustand erreicht (Zeitpunkt 116 in 5), wird der Heizbetrieb des PTC-Heizelements beendet, d.h. der Heizungszustand 138 im oberen Zeitdiagramm in 5 geht in den Zustand „Heizbetrieb aus“, und auch das Warnsignal 90 (siehe 1) wird zurückgesetzt bzw. deaktiviert, d.h. der binäre Wert 126 des Status 124 des Warnsignals geht auf den Wert „deaktiviert“.
Mit Verweis auf die 5 kann das Verfahren zum Erkennen einer Kavität folgendermaßen zusammengefasst werden. In einem Schritt (a) wird eine elektrische Spannung (V₊ – V_gnd) mit vorbestimmter Stärke an das PTC-Heizelement 22 angelegt, um einen durch das PTC-Heizelement 22 fließenden, elektrischen Heizstrom I_h zu erzeugen. Dann wird in einem Schritt (b) die Stromstärke des von der angelegten Spannung getriebenen, durch das PTC-Heizelement 22 fließenden Heizstroms I_h in einem Takt vorbestimmter Messzeitpunkte 120, 120‘, 120‘‘, 120‘‘‘ wiederholend gemessen. Dann wird in einem Schritt (c) die elektrische Leitfähigkeit des PTC-Heizelements 22 als Quotient aus der gemessenen Stromstärke I_h und der angelegten Spannung im Takt der Messzeitpunkte 120, 120‘, 120‘‘, 120‘‘‘ wiederholend berechnet. Anschließend wird in einem Schritt (d) ein Maximalwert (siehe M in 5, analog 108 in 3) der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements 22 innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls (siehe 130 in den 3 und 5) nach dem Beginn des Anlegens der Spannung an dem PTC-Heizelement 22 bestimmt. Danach wird in einem Schritt (e) ein Indikatorwert, der als Quotient aus der aktuell gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements 22 und dem bestimmten Maximalwert der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements berechnet wird, überwacht. In einem Schritt (f) wird der Indikatorwert mit einem vorbestimmten Schwellwert 136 verglichen. Sodann wird in einem Schritt (g) ein Warnsignal 126 als Hinweis auf eine in dem Abgasreinigungsmittel 14 ausgebildete, benachbart zur Heizeinrichtung 20 angeordnete Kavität 16 aktiviert, wenn der Indikatorwert den vorbestimmten Schwellwert 136 unterschreitet. Aus den beispielsweise in den 4A bis 4D gezeigten Test ist empirisch ermittelt worden, dass der im Schritt (g) verwendete, vorbestimmte Schwellwert 136 des Indikatorwerts im Bereich von 60% bis 85%, vorzugsweise von 60% bis 70% und mehr bevorzugt von 60% bis 65% liegt.
Solange nun das Warnsignal 126 im Schritt (g) nicht aktiviert worden ist, wird die Dosierpumpe 48 mit einer geregelten Fördermenge betrieben, wobei die Fördermenge auf der Grundlage von Prozessparametern der in dem Katalysator 82 erfolgenden Abgasreinigung bestimmt werden. Diese Prozessparameter umfassen unter anderem den Abgasstrom, den Grad der Verunreinigung des Abgases, insbesondere der Verunreinigung mit Stickoxiden, und/oder den Kraftstoff-Verbrauch der mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine 76.
Wenn im Schritt (g) das Warnsignal 90 (bei 126 in 5) aktiviert wird, wird die Dosierpumpe 48 mit ihrer minimal einstellbaren Fördermenge betrieben, um die Wahrscheinlichkeit der Kavitätsbildung zu minimieren bzw. um Kavitätsbildung auszuschließen.
Zum Durchführen des oben erläuterten Verfahrens zum Detektieren von Kavitäten umfasst die Steuereinrichtung 84 Mittel, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Kavitätsdetektionsverfahrens erforderlich sind, und zwar im Einzelnen: (1) Mittel (nicht gezeigt) zum Berechnen der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements 22, im Takt der Messzeitpunkte 120, 120‘, ..., 120‘‘‘ wiederholend, als Quotient aus der gemessenen Heizstromstärke I_h und der angelegten Spannung V₊, (2) Mittel (nicht gezeigt) zum Bestimmen eines Maximalwertes 108 der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements 22 innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls 130 nach einem Beginn des Anlegens der Spannung V₊ an dem PTC-Heizelement 22, (3) Mittel (nicht gezeigt) zum Überwachen eines Indikatorwerts, der als Quotient aus der aktuell gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements 22 und dem bestimmten Maximalwert der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements worden ist, (4) Mittel zum Vergleichen des Indikatorwerts mit einem vorbestimmten Schwellwert 136 (siehe 5), und (5) Mittel 86 zum Aktivieren eines Warnsignals 126 als Hinweis auf mindestens eine in dem Abgasreinigungsmittel 14 ausgebildete, benachbart zur Heizeinrichtung 20 angeordnete Kavität 16, wenn der Indikatorwert den vorbestimmten Schwellwert 136 unterschreitet.
Des Weiteren umfasst die Steuereinrichtung 84 (6) Mittel 92 zum Steuern der Dosierpumpe 48 mit einer geregelten Fördermenge, wobei die Fördermenge auf der Grundlage von Prozessparametern der in dem Katalysator 82 erfolgenden Abgasreinigung bestimmt worden ist, und diese Regelung der Fördermenge solange andauert, wie das Warnsignal 126 von den Warnsignalaktivierungsmitteln (das oben genannte Mittel (5)) nicht aktiviert ist. Wie bereits erwähnt, umfassen diese Prozessparameter den Abgasstrom, den Grad der Verunreinigung des Abgases, insbesondere der Verunreinigung mit Stickoxiden, und/oder den Kraftstoff-Verbrauch der mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine 76.
Des Weiteren umfasst die Steuereinrichtung 84 Mittel zum Betreiben der Dosierpumpe 48 mit ihrer minimal einstellbaren Fördermenge, wenn das Warnsignal (90 in 1, 126 in 5) aktiviert ist.
Zusammenfassend bleibt festzustellen: In dem beschriebenen Verfahren zum Erkennen einer Kavität wird ein Indikatorwert überwacht, der als Quotient aus der aktuell gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements 22 und dem bestimmten Maximalwert der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements berechnet wird. Dieser Indikatorwert wird mit einem vorbestimmten Schwellwert 136 verglichen. Wenn der Indikatorwert den vorbestimmten Schwellwert 136 unterschreitet, wird ein Warnsignal 126 aktiviert als Hinweis auf eine in dem Abgasreinigungsmittel 14 ausgebildete, benachbart zur Heizeinrichtung 20 angeordnete Kavität 16. Zum sicheren Betreiben der Abgasreinigung wird, solange das Warnsignal 126 nicht aktiviert ist, eine Dosierpumpe 48 mit einer geregelten Fördermenge betrieben, wobei die Fördermenge auf der Grundlage von Prozessparametern der in dem Katalysator 82 erfolgenden Abgasreinigung bestimmt wird. Sobald jedoch das Warnsignal 126 aktiviert wird, wird die Dosierpumpe 48 mit ihrer minimal einstellbaren Fördermenge betrieben, um das Risiko von Kavitätsbildung zu verringern oder zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

10: Kavitätsdetektiersystem
12: Tank
14: Abgasreinigungsmittel
16: Kavität
18: Abgasreinigungsmittel in fester Form
19: Heizungssteuerungssignalleitung
20: Heizeinrichtung
22: PTC-Heizelement
22‘, 22‘‘, 22‘‘‘: PTC-Heizelement
23: Heizelektroniksteuergerät
24: Spannungsquelle
26: erste elektrische Leitung
27: Versorgungsspannung
28: zweite elektrische Leitung
29: Masse
30, 30‘: erster Schalter
32, 32‘: erste Schaltersteuerungssignalleitung
33: Heizungsrückmeldungssignalleitung
34, 34‘: Strommesseinrichtung
35, 35‘: Messwiderstand
36, 36‘: Strommesssignalleitung
37, 37‘: Messverstärker
38: Wirbelkammer
40: dritte elektrische Leitung
42: vierte elektrische Leitung
44: zweiter Schalter
46: zweite Schaltersteuerungssignalleitung
48: Dosierpumpe
50: Ansaugeinlass
52: Druckauslass
54: fünfte elektrische Leitung
56: sechste elektrische Leitung
58: dritter Schalter
60: dritte Schaltersteuerungssignalleitung
62: Flüssigkeits-Entnahmeleitung
64: Einlassende
66: Auslassende
68: Injektor
70: Flüssigkeits-Zufuhrleitung
72: Einlassende
74: Auslassende
76: Dieselmotor, mit Luftüberschuss betriebene Brennkraftmaschine
78: Abgasleitung
80: Abgasstrom
82: Katalysator
84: Steuereinrichtung
86: Warnsignalaktivierungsmittel
88: Warnsignalleitung
90: Warnsignal
92: Dosierpumpensteuermittel
94: Dosierpumpensteuersignalleitung
96: Abgasreinigungssystem
100: Schaubild
102: Zeitachse
104: Stromachse
106: Heizstromanstieg
108: Heizstrommaximalwert
110: Heizstromzeitverlauf ohne Kavität
112: Heizstromzeitverlauf mit Kavität/en
114: erster Messzeitpunkt
116: zweiter Messzeitpunkt
118: vorbestimmter Wert, Schwellwert, Indikatorwert
120: vorbestimmter Messzeitpunkt
120‘, 120‘‘, 120‘‘‘, ...: vorbestimmte Messzeitpunkte
122: Zeitachse
124: Status
126: Warnsignal
128: Leitfähigkeitsachse
130: vorbestimmtes Zeitintervall
132: Leitfähigkeitszeitverlauf ohne Kavität
134: Leitfähigkeitszeitverlauf mit Kavität
136: vorbestimmter Schwellwert
138: Heizungszustand
140: Heizungszustandszeitverlauf
M: Maximalwerterkennung
K: Kavitätserkennung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 22241/DIN 70070/AUS32 [0002]
rie (VDA). In Nordamerika wird für die [0002]

Claims

Verfahren zum Detektieren von Kavitäten (16) in einem Abgasreinigungsmittel (14), das in einem an Bord eines Fahrzeugs mitgeführten Tank (12) bevorratet wird, wobei das Mittel (14) eine Schmelztemperatur niedriger als 0°C hat, so dass bei Unterschreiten der Schmelztemperatur in dem bevorrateten Abgasreinigungsmittel (14) eine Kavität (16), bestehend aus dem Mittel (14) in flüssiger und/oder gasförmiger Form benachbart zu einer im Tank (12) angeordneten Heizeinrichtung (20) ausgebildet sein kann, wobei die Heizeinrichtung (20) mindestens ein, elektrisch aktivierbares PTC-Heizelement (22) umfasst, das Verfahren aufweisend: (a) Anlegen einer elektrischen Spannung (V₊) mit vorbestimmter Stärke an das PTC-Heizelement (22), um einen durch das PTC-Heizelement (22) fließenden, elektrischen Heizstrom (I_h) zu erzeugen, (b) in einem Takt vorbestimmter Messzeitpunkte (120, 120‘, ..., 120‘‘‘) wiederholend Messen der Stromstärke des von der angelegten Spannung getriebenen, durch das PTC-Heizelement fließenden Heizstroms (I_h), (c) im Takt der Messzeitpunkte (120, 120‘, ..., 120‘‘‘) wiederholend Berechnen der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements (22) als Quotient aus der gemessenen Stromstärke (I_h) und der angelegten Spannung (V₊), (d) Bestimmen eines Maximalwertes (108) der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements (22) innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls (130) nach dem Beginn des Anlegens der Spannung (V₊) an dem PTC-Heizelement (22), (e) Überwachen eines Indikatorwerts, der als Quotient aus der aktuell gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements (22) und dem bestimmten Maximalwert der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements berechnet wird, (f) Vergleichen des Indikatorwerts mit einem vorbestimmten Schwellwert (136), und (g) wenn der Indikatorwert den vorbestimmten Schwellwert (136) unterschreitet, Aktivieren eines Warnsignals (126) als Hinweis auf eine in dem Abgasreinigungsmittel (14) im Tank (12) ausgebildete Kavität (16).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein Ansaugeinlass (50) einer Dosierpumpe (48) mit einem Innenraum des Tanks (12) und ein Druckauslass (52) der Dosierpumpe (48) mit einem Abgasstrom (80) in Fluidkommunikation ist, wobei der Abgasstrom (80) einem SCR-Katalysator (82) zum Reinigen von Abgas aus einer mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine (76) zugeführt wird, und wobei das Verfahren ferner aufweist: dosiertes Entnehmen des Mittels (14) aus dem Tank (12) in flüssiger Form, wobei solange das Warnsignal (126) im Schritt (g) nicht aktiviert ist, die Dosierpumpe (48) mit einer geregelten Fördermenge betrieben wird, wobei die Fördermenge auf der Grundlage von Prozessparametern der in dem Katalysator (82) erfolgenden Abgasreinigung bestimmt worden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Prozessparameter den Abgasstrom, den Grad der Verunreinigung des Abgases, insbesondere der Verunreinigung mit Stickoxiden, und/oder den Kraftstoff-Verbrauch der Brennkraftmaschine (76) umfassen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei ein Ansaugeinlass (50) einer Dosierpumpe (48) mit einem Innenraum des Tanks (12) in Fluidkommunikation ist, und wobei das Verfahren ferner aufweist: dosiertes Entnehmen des Mittels (14) aus dem Tank (12) in flüssiger Form, wobei wenn im Schritt (g) das Warnsignal (126) aktiviert wird, die Dosierpumpe (48) mit ihrer minimal einstellbaren Fördermenge betrieben wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der im Schritt (g) verwendete, vorbestimmte Schwellwert (136) des Indikatorwerts im Bereich von 60% bis 85%, vorzugsweise von 60% bis 70% und mehr bevorzugt von 60% bis 65% liegt.
System (10) zum Detektieren von Kavitäten (16) in einem Abgasreinigungsmittel (14), das in einem an Bord eines Fahrzeugs mitgeführten Tank (12) bevorratet ist, wobei das Mittel (14) eine Schmelztemperatur, niedriger als 0°C hat, so dass bei Unterschreiten der Schmelztemperatur das in dem in dem Tank (12) bevorratete Mittel (16) sich eine Kavität (16) bestehend aus dem Mittel in flüssiger und/oder gasförmiger Form benachbart zu einer im Tank angeordneten Heizeinrichtung (20) ausbilden kann, das System (10) aufweisend: den Tank (12), der zum Befüllen mit und zum Bevorraten des Abgasreinigungsmittels (14), insbesondere in im Wesentlichen flüssiger Form, ausgebildet ist, eine Heizeinrichtung (20), die mindestens ein elektrisch aktivierbares PTC-Heizelement (22) aufweist, auf dem Boden des Tanks (12) angeordnet und zum Erwärmen von Abgasreinigungsmittel (14) auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur ausgebildet ist, eine aktivierbare Spannungsquelle (24), mittels der an dem PTC-Heizelement eine aktivierbare, vorbestimmte, elektrische Spannung (V₊, V_gnd) angelegt werden kann, eine Strommesseinrichtung (34, 34‘), mittels der ein von der an das PTC-Heizelement (22) angelegten Spannung getriebener Heizstrom (I_h) durch das PTC-Heizelement (22) in einem Takt vorbestimmter Messzeitpunkte (120, 120‘, ..., 120‘‘‘) gemessen werden kann, eine Steuereinrichtung (84) mit Mitteln, die zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet sind.
System gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (84) aufweist: Mittel zum Berechnen der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements (22), im Takt der Messzeitpunkte (120, 120‘, ..., 120‘‘‘) wiederholend, als Quotient aus der gemessenen Heizstromstärke (I_h) und der angelegten Spannung (V₊), Mittel zum Bestimmen eines Maximalwertes (108) der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements (22) innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls (130) nach einem Beginn des Anlegens der Spannung (V₊) an dem PTC-Heizelement (22), Mittel zum Überwachen eines Indikatorwerts, der als Quotient aus der aktuell gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements (22) und dem bestimmten Maximalwert der elektrischen Leitfähigkeit des PTC-Heizelements worden ist, Mittel zum Vergleichen des Indikatorwerts mit einem vorbestimmten Schwellwert (136), und Mittel zum Aktivieren eines Warnsignals (126) als Hinweis auf eine in dem Abgasreinigungsmittel (14) im Tank (12) ausgebildete Kavität (16), wenn der Indikatorwert den vorbestimmten Schwellwert (136) unterschreitet.
System gemäß Anspruch 6 oder 7, ferner aufweisend: eine Dosierpumpe (48), die einen Ansaugeinlass (50), der in Fluidkommunikation mit dem Innenraum des Tanks (12) ist, und einen Druckauslass (52) aufweist, und deren durch den Druckauslass (52) ausgegebene Fördermenge über ein ihr zugeführtes elektrisches Steuersignal steuerbar ist.
System gemäß Anspruch 8, wobei der Druckauslass (52) der Dosierpumpe (48) in Fluidkommunikation mit einem Abgasstrom (80) ist, der einem SCR-Katalysator (82) zum Reinigen von Abgas aus einer mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine (76) zugeführt wird, und wobei die Steuereinrichtung (84) Mittel aufweist zum Steuern der Dosierpumpe (48) mit einer geregelten Fördermenge, die auf der Grundlage von Prozessparametern der in dem Katalysator (82) erfolgenden Abgasreinigung bestimmt worden ist, solange das Warnsignal (126) von den Warnsignalaktivierungsmitteln nicht aktiviert ist.
System gemäß Anspruch 9, wobei die Prozessparameter den Abgasstrom, den Grad der Verunreinigung des Abgases, insbesondere der Verunreinigung mit Stickoxiden, und/oder den Kraftstoff-Verbrauch der Brennkraftmaschine (76) umfassen.
System gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Steuereinrichtung (84) Mittel aufweist zum Betreiben der Dosierpumpe (48) mit ihrer minimal einstellbaren Fördermenge, wenn das Warnsignal aktiviert ist.
System gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der von den Leitfähigkeitberechnungsmitteln verwendete, vorbestimmte Schwellwert (136) des Indikatorwerts im Bereich von 60% bis 85%, vorzugsweise von 60% bis 70% und mehr bevorzugt von 60% bis 65% liegt.
System gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, ferner aufweisend eine, insbesondere elektrisch, aktivierbare Wirbelkammer (38), die am Boden das Tanks (12) angeordnet ist und die einen Einlassport und einen Auslassport hat, wobei der Einlassport in Fluidkommunikation mit dem Innenraum des Tanks (12) und der Auslassport in Fluidkommunikation mit dem Ansaugeinlass (50) der Dosierpumpe (48) ist.
System gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, ferner aufweisend: eine Flüssigkeits-Entnahmeleitung (62) mit einem Einlassende (64) und einem Auslassende (66), wobei das Einlassende (64) mit dem Innenraum des Tanks (12) und das Auslassende (66) mit dem Ansaugeinlass (50) der Dosierpumpe (48) in Fluidkommunikation ist, und eine Flüssigkeits-Zufuhrleitung (70) mit einem Einlassende (72) und einem Auslassende (74), wobei das Einlassende (72) mit dem Druckauslass (52) der Dosierpumpe (48) und das Auslassende (74) mit einem Abgasstrom (80), der einem SCR-Katalysator (82) zum Reinigen von Abgas aus einer mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine (76) zugeführt wird, in Fluidkommunikation ist.
Abgasreinigungssystem (96) für ein Fahrzeug, das mit einem mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine (76) angetrieben wird, das Abgasreinigungssystem (96) aufweisend: ein System (10) zum Detektieren von Kavitäten (16) in einem an Bord des Fahrzeugs mitgeführten, ein Abgasreinigungsmittel (14) bevorratenden Tank (12) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14, und einen SCR-Katalysator (82), zum Reinigen von Abgas in einem Abgasstrom (80), der aus der mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine (76) ausgestoßen und dem SCR-Katalysator (82) zugeführt wird, wobei das Kavitätsdetektiersystem (10) Mittel (48, 84) zum kontrollierten und dosierten Zuführen des Abgasreinigungsmittels (14) aus dem Tank 812) in den Abgasstrom (80) aufweist.