DE102014223069B4 - Method and device for detecting gas bubbles in a conveyor system for reducing agents - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer Fördereinrichtung für Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion von Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Hubkolbenpumpe (16) mit einem Förderraum und einer ersten Magnetspule (15), wobei ein Energiebedarf pro Hub mit Reduktionsmedium der ersten Hubkolbenpumpe (16) und ein Systemdruck auf der Druckseite der Fördereinrichtung bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleichswert für den Energiebedarf pro Hub in Abhängigkeit zumindest vom Systemdruck bei einem mit Reduktionsmittel gefüllten Förderraum bestimmt wird und dass auf Gas in dem Förderraum der ersten Hubkolbenpumpe (16) geschlossen wird, wenn der Energiebedarf pro Hub bei einem vorgegebenen Systemdruck um ein vorgebbares Maß unter dem Vergleichswert liegt.Method for operating a delivery device for reducing agents to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine with a first reciprocating pump (16) with a delivery chamber and a first magnetic coil (15), with an energy requirement per stroke with reducing medium of the first reciprocating pump (16) and a system pressure on the pressure side of the delivery device, characterized in that a comparative value for the energy requirement per stroke is determined as a function at least of the system pressure in a delivery chamber filled with reducing agent, and in that gas in the delivery chamber of the first reciprocating piston pump (16) is inferred if the energy requirement per stroke at a specified system pressure is below the comparison value by a specified amount.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Fördereinrichtung für Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion von Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Hubkolbenpumpe mit einem Förderraum und einer ersten Magnetspule, wobei ein Energiebedarf pro Hub der ersten Hubkolbenpumpe und ein Systemdruck auf der Druckseite der Fördereinrichtung bestimmt werden.The invention relates to a method for operating a delivery device for reducing agents to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine with a first reciprocating pump with a delivery chamber and a first magnetic coil, with an energy requirement per stroke of the first reciprocating pump and a system pressure on the pressure side of the delivery device being determined.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung einer Fördereinrichtung für Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion von Abgas einer Brennkraftmaschine, wobei die Fördereinrichtung zumindest eine erste Hubkolbenpumpe mit einem Förderraum, eine erste Magnetspule und einen Drucksensor zur Bestimmung eines Systemdrucks der Fördereinrichtung aufweist, wobei der Steuereinrichtung eine Verarbeitungseinrichtung zugeordnet ist und wobei der Verarbeitungseinrichtung Werte eines elektrischen Stroms durch die erste Magnetspule und der Systemdruck zugeführt sind.The invention also relates to a control device for activating a delivery device for reducing agents for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine, the delivery device having at least a first reciprocating piston pump with a delivery chamber, a first magnetic coil and a pressure sensor for determining a system pressure of the delivery device, with the control device being assigned a processing device and wherein values of an electrical current through the first solenoid and the system pressure are fed to the processing means.
Die Stickoxidemission von Verbrennungsmotoren kann durch eine Abgasnachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (Selective Catalyst Reduction - SCR) vermindert werden. Diese kann insbesondere auch bei Dieselmotoren mit zeitlich überwiegend magerem, d.h. stickoxidreichem Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reduktionsmittels zugegeben. Hierzu kann beispielhaft Ammoniak verwendet werden, welches direkt gasförmig zudosiert wird oder auch aus einer Vorläufersubstanz in Form von Harnstoff oder aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen wird.Nitrogen oxide emissions from internal combustion engines can be reduced by exhaust gas aftertreatment using selective catalytic reduction (Selective Catalyst Reduction - SCR). This can also be used in particular in diesel engines with predominantly lean exhaust gas, i.e. exhaust gas rich in nitrogen oxides. Here, a defined quantity of a selectively acting reducing agent is added to the exhaust gas. Ammonia can be used for this purpose, for example, which is metered in directly in gaseous form or is obtained from a precursor substance in the form of urea or from a urea-water solution (HWL).
In der
Die HWL wird durch eine Leitung vom Tank zu einem Dosierventil gefördert und in den Abgastrakt eindosiert. In der
In aktuellen Zudosiersystemen, wie diese beispielhaft unter der Bezeichnung DENOXTRONIC 5.1 der Firma Bosch bekannt sind, saugt in einem Fördermodul eine Hubkolbenpumpe die HWL aus dem Reagenzmitteltank und verdichtet diese auf den für eine Zerstäubung erforderlichen Systemdruck von 4,5 bis 8,5 bar. Ein Dosiermodul misst die für die NOx-Reduktion erforderliche HWL-Menge zu und zerstäubt sie in den Abgasstrom vor dem SCR-Katalysator. Die Steuerung der Dosier- und Heizstrategie sowie eine On-Board-Diagnose (OBD) können durch eine übergeordnete Motorsteuerung oder durch eine Dosiersteuereinheit erfolgen. Mit der Verarbeitung der aktuellen Motorbetriebsdaten und aller erforderlichen Sensordaten wird die Menge des Reduktionsmittels exakt auf den Motorbetriebspunkt und auf die katalysatorspezifischen Eigenschaften zur maximalen Stickoxidreduzierung abgestimmt.In current dosing systems, such as those known under the name DENOXTRONIC 5.1 from Bosch, a reciprocating pump sucks the HWL out of the reagent tank in a delivery module and compresses it to the system pressure of 4.5 to 8.5 bar required for atomization. A dosing module meters the amount of HWL required for NO x reduction and atomizes it into the exhaust gas flow upstream of the SCR catalytic converter. The control of the dosing and heating strategy as well as an on-board diagnosis (OBD) can be carried out by a higher-level engine control or by a dosing control unit. With the processing of the current engine operating data and all required sensor data, the amount of reducing agent is precisely matched to the engine operating point and to the catalyst-specific properties for maximum nitrogen oxide reduction.
Der Druck sowie die Fördermenge müssen im Betrieb eingehalten und überwacht werden. Gerät Gas in die Hubkolbenpumpe vermindert sich deren Förderfähigkeit konstruktionsbedingt sehr stark, da deren Verdichtungsverhältnis zu gering ist, um angesaugtes Gas durch ein nachgeschaltetes Rückschlagventil auf die Systemdruckseite zu fördern. Wird ein solcher Zustand frühzeitig erkannt, kann das Gas über den Rücklauf ausgespült werden, falls nur kurzzeitig Gas angesaugt wurde.The pressure and the flow rate must be maintained and monitored during operation. If gas gets into the reciprocating pump, its pumping capacity is greatly reduced due to its design, since its compression ratio is too low to pump sucked-in gas through a downstream non-return valve to the system pressure side. If such a condition is detected at an early stage, the gas can be flushed out via the return flow if gas was only sucked in for a short time.
Die
Die
Die
- a) eine Pumpe (11) fördert diskontinuierlich mit einer vorgebbaren Taktfrequenz periodisch gegebenenfalls vorhandenes Leckage-Öl (3) aus dem unteren Bereich des Gehäuses (1) zurück in den Tank (4) des Hydrauliksystems;
- b) eine Meßeinrichtung (20) mißt, ob die Pumpe (11) leer läuft oder Leckage-Öl (3) fördert;
- c) falls die Pumpe (11) leer läuft, wird die Taktfrequenz verringert bis zu einem vorgebbaren Mindestwert;
- d) falls die Pumpe (11) Leckage-Öl (3) fördert, wird die Taktfrequenz stetig oder stufig erhöht, bis zu einer maximalen Förderung.
- a) a pump (11) intermittently conveys any leakage oil (3) that may be present from the lower region of the housing (1) back into the tank (4) of the hydraulic system at a predeterminable clock frequency;
- b) a measuring device (20) measures whether the pump (11) is running empty or whether it is pumping leaked oil (3);
- c) if the pump (11) runs empty, the clock frequency is reduced down to a predefinable minimum value;
- d) if the pump (11) delivers leakage oil (3), the clock frequency is increased continuously or in stages up to a maximum delivery.
In der
Die
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es ermöglicht wird, möglichst frühzeitig ein Ansaugen eines Gasvolumens in eine Fördereinrichtung für ein Reduktionsmittel festzustellen um Fehlfunktionen des Systems zu vermeiden.It is therefore the object of the invention to provide a method with which it is possible to determine as early as possible that a gas volume has been sucked into a delivery device for a reducing agent in order to avoid malfunctions in the system.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It is also the object of the invention to provide a device for carrying out the method.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein Vergleichswert für den Energiebedarf pro Hub in Abhängigkeit zumindest vom Systemdruck bei einem mit Reduktionsmittel gefüllten Förderraum bestimmt wird und dass auf Gas in dem Förderraum der ersten Hubkolbenpumpe geschlossen wird, wenn der Energiebedarf pro Hub bei einem vorgegebenen Systemdruck um ein vorgebares Maß unter dem Vergleichswert liegt. Unter dem Begriff Förderraum ist hier das Volumen zwischen dem ersten Rückschlagventil und dem zweiten Rückschlagventil zu verstehen. Befindet sich in diesem Volumen ein gasförmiges Teil-Volumen oder ist das Volumen vollständig mit einem gasförmigen Stoff gefüllt, sinkt die Förderfähigkeit der ersten Hubkolbenpumpe bei einem hohen Systemdruck, welcher sich bestimmungsgemäß im Bereich 4,5 bis 8,5 bar befindet, stark ab. Wird unter solchen Bedingungen ein Dosiervorgang durchgeführt, sinkt der Systemdruck unzulässig ab und es wird von einer Fehlfunktion des Systems ausgegangen. Wird erfindungsgemäß Gas im Förderraum festgestellt, wird kein Dosiervorgang ausgelöst und es können Gegenmaßnahmen eingeleitet werden; eine Fehlfunktion der Fördereinrichtung kann vermieden werden.The object of the invention relating to the method is achieved in that a comparative value for the energy requirement per stroke is determined as a function at least of the system pressure in a delivery chamber filled with reducing agent and that gas in the delivery chamber of the first reciprocating pump is inferred if the energy demand per stroke at a specified system pressure is below the comparison value by a specified amount. The term conveying space is to be understood here as meaning the volume between the first check valve and the second check valve. If there is a gaseous partial volume in this volume or if the volume is completely filled with a gaseous substance, the pumping capacity of the first reciprocating pump drops sharply at a high system pressure, which is in the range of 4.5 to 8.5 bar as intended. If a dosing process is carried out under such conditions, the system pressure drops impermissibly and it is assumed that the system is malfunctioning. If, according to the invention, gas is detected in the pumping chamber, no dosing process is triggered and countermeasures can be initiated the; a malfunction of the conveyor can be avoided.
In einer besonders einfachen und kostengünstigen Verfahrensvariante wird der Vergleichswert dem Energiebedarf für den einem Hub vorangegangenen Hub oder einem Mittelwert oder einem gewichteten Mittelwert des Energiebedarfs für eine vorgebbare Anzahl vorangegangener Hübe gleichgesetzt. In dieser Variante wird der Vergleichswert während des Betriebes bei vollständig mit Reduktionsmittel gefülltem Förderraum ermittelt und ein erstes Ansaugen von Gasvolumen, beispielhaft bei einem sich leerendem Vorratsbehälter oder bei kurzzeitig im Ansaugbereich niedrigem Flüssigkeitsstand, festgestellt. Ein vorübergehend im Ansaugbereich niedriger Flüssigkeitsstand kann bei Schwapp-Ereignissen aufgrund hoher Fahrzeug-Beschleunigungen auftreten.In a particularly simple and cost-effective variant of the method, the comparison value is equated to the energy requirement for the stroke preceding a stroke or to an average or a weighted average of the energy requirement for a predefinable number of preceding strokes. In this variant, the comparison value is determined during operation when the pumping chamber is completely filled with reducing agent and a first intake of gas volume is determined, for example when the reservoir is empty or when the liquid level in the intake area is briefly low. A temporarily low fluid level in the intake area can occur during slosh events due to high vehicle acceleration.
In einer vorteilhaften Fortführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Vergleichswert in einem Kennfeld oder einem funktionellen Zusammenhang in Abhängigkeit zumindest von dem Systemdruck und/oder einer Versorgungsspannung der ersten Magnetspule und/oder einer Temperatur der ersten Magnetspule hinterlegt und zum Vergleich mit dem Energiebedarf für den zu überprüfenden Hub entnommen wird.In an advantageous development of the method, it is provided that the comparison value is stored in a characteristic map or a functional relationship as a function at least of the system pressure and/or a supply voltage of the first magnet coil and/or a temperature of the first magnet coil and for comparison with the energy requirement for the stroke to be checked is removed.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Energiebedarf aus einem Wert für den elektrischen Strom durch die erste Magnetspule bei einem Hub-Ende und einer Hub-Dauer der ersten Hubkolbenpumpe bestimmt wird. In dieser Ausführungsform müssen mit der Dauer bis zum Hub-Ende und dem Strom durch die Magnetspule bei diesem Hub-Ende nur zwei Werte bestimmt werden um den Energiebedarf, oder zumindest einen diesen charakterisierenden Wert, zu bestimmen. Diese Verfahrensvariante ist daher besonders einfach umzusetzen.In one embodiment of the method, it is provided that the energy requirement is determined from a value for the electrical current through the first magnet coil at a stroke end and a stroke duration of the first reciprocating piston pump. In this embodiment, only two values need to be determined with the duration up to the end of the stroke and the current through the magnetic coil at this end of the stroke in order to determine the energy requirement, or at least a value characterizing this. This variant of the method is therefore particularly easy to implement.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt ist, einen Energiebedarf pro Hub mit einem Vorgabewert zu vergleichen und auf Gas in dem Förderraum der ersten Hubkolbenpumpe zu schließen, wenn der Energiebedarf pro Hub bei einem vorgegebenen Systemdruck um ein vorgebares Maß unter dem Vergleichswert liegt. Mit der erfindungsgemäßen Ergänzung der Verarbeitungseinrichtung kann ein zu einer verminderten Förderfähigkeit der Hubkolbenpumpe führendes Teilvolumen an Gas im Förderraum frühzeitig festgestellt werden und es können Gegenmaßnahmen eingeleitet werden bevor ein Druckabfall beim Betrieb der Fördereinrichtung zu einer Fehlfunktion führt.The object of the invention relating to the device is achieved in that the processing device is designed to compare an energy requirement per stroke with a default value and to infer gas in the pumping chamber of the first reciprocating pump if the energy requirement per stroke at a specified system pressure by one predeterminable amount is below the comparison value. With the addition of the processing device according to the invention, a partial volume of gas in the pumping chamber that leads to a reduced pumping capacity of the reciprocating pump can be detected early and countermeasures can be initiated before a pressure drop during operation of the pumping device leads to a malfunction.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Fördereinrichtung für Reduktionsmittel, -
2 ein Diagramm zur Hubenergie einer ersten Hubkolbenpumpe.
-
1 a conveyor for reducing agents, -
2 a diagram of the lifting energy of a first reciprocating pump.
Die Hubkolbenpumpe 16, hat bei hohem Systemdruck bei Gasvolumen im Förderraum eine niedrige Förderleistung, die zu einem unerwünschten Druckabfall führen kann, wenn die Dosiereinheit 20 einen Dosiervorgang durchführt. Bei einer Inbetriebnahme mit einem noch nicht mit Reduktionsmittel 12 gefüllten System oder falls von der ersten Hubkolbenpumpe 16 Gasblasen gefördert werden, kann bei geschlossener Dosiereinheit 20 durch gleichzeitige Ansteuerung der ersten und zweiten Hubkolbenpumpe 16, 24 ohne nennenswerten Druckaufbau ein Umlauf von Reduktionsmittel 12 erzeugt werden, der Gasblasen ausspült. Anschließend kann in einem normalen Betrieb der ersten Hubkolbenpumpe 16 der Systemdruck von typisch 4,5 bis 8,5 bar aufgebaut werden.The
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