DE102015005245A1

DE102015005245A1 - Dosiersystem und Verfahren zum Überwachen der vom Dosiersystem dosierten Flüssigkeitsmenge

Info

Publication number: DE102015005245A1
Application number: DE102015005245.4A
Authority: DE
Inventors: Max Lindfors
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2015-10-29
Also published as: SE538383C2; SE1450493A1

Abstract

Dosiersystem und Verfahren zum überwachen der vom Dosiersystem dosierten Flüssigkeitsmenge. Das Dosiersystem umfasst einen Behälter mit einer Flüssigkeit, die dosiert werden soll, eine Pumpe Pu, die zum Pumpen der Flüssigkeit aus dem Behälter über eine erste Rohrleitung angeordnet ist, eine Dosiereinheit, die nach der Pumpe Pu über eine zweite Rohrleitung gekoppelt ist und zum Dosieren der Flüssigkeit angeordnet ist, eine Steuereinheit, die zum Regeln der Flüssigkeitsmenge, die von der Dosiereinheit dosiert werden soll, angeordnet ist, und eine Messeinheit, die zum Messen eines Flüssigkeitsparameters φ, der einen Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung vor der Pumpe Pu angibt, und Erzeugen eines Flüssigkeitssignals, das den Flüssigkeitsparameter φ angibt, angeordnet ist. Die Steuereinheit ist ferner angeordnet, um einen ersten Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung vor der Pumpe Pu mit einem zweiten Flüssigkeitsstrom von der Dosiereinheit in einer Zeitperiode Δt zu vergleichen und einen Fehlerparameter auf Basis des Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen und die Öffnungszeit der Dosiereinheit (12) gemäß dem Fehlerparameter zu justieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Dosieren einer Flüssigkeit und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Überwachen der vom Dosiersystem dosierten Flüssigkeitsmenge. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Abgasreinigungsanlage umfassend ein Dosiersystem, ein Fahrzeug umfassend ein Dosiersystem sowie ein Programm und ein Computerprogrammprodukt.
Hintergrund der Erfindung
Ein Verbrennungsmotor verbrennt ein Luft-/Kraftstoffgemisch und erzeugt Abgase, die u. a. Stickoxide (NO_X), Kohlendioxid (CO₂), Kohlenmonoxid (CO) und Partikel enthalten. NO_X ist eine Sammelbezeichnung, die in erster Linie für Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂) verwendet wird. Um den Ausstoß von schädlichen Bestandteilen zu verringern, ist üblicherweise eine Abgasreinigungsanlage in der Abgasleitung des Motors angeordnet. Zum Verringern des Gehalts an NO_X umfasst bei Dieselmotoren die Abgasreinigungsanlage üblicherweise einen SCR-Katalysator (SCR = Selective Catalytic Reduction) in Kombination mit einem System zum Einspritzen eines Reduktionsmittels vor dem SCR-Katalysator. Das Reduktionsmittel reagiert im SCR-Katalysator mit den Stickoxiden und verringert die NO_X-Mengen, die in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Das Reduktionsmittel wird abgebaut und bildet Ammoniak (NH₃), das wiederum mit NO_X reagiert und Wasser und gasförmigen Stickstoff (N₂) bildet.
Das System zum Einspritzen des Reduktionsmittels muss äußerst genau dosieren, um die beabsichtigte Abgasreinigungswirkung zu erzielen. Es können NO_X-Sensoren vor und nach dem SCR-Katalysator vorhanden sein, welche die NO_X-Menge in den Abgasen messen. Das System kann dann die Menge des Reduktionsmittels an die Menge der NO_X in den Abgasen durch Regeln eines Dosierventils anpassen. Das System wird üblicherweise durch Korrelieren der Öffnungszeit des Dosierventils mit der Menge des eingespritzten Reduktionsmittels kalibriert. Diese Beziehung wird anschließend bei der Regelung des Dosierventils angewendet.
Ein Dosierventil kann sich jedoch in der Herstellung von einem anderen scheinbar gleichen Dosierventil unterscheiden. Ein Dosierventil ist auch einem Verschleiß ausgesetzt und kann sein Verhalten im Laufe seiner Lebensdauer ändern.
Um sicherzustellen, dass die richtige Menge dosiert wird, gibt es Lösungen, bei denen der Strom des Reduktionsmittels gemessen wird. Ein Problem bei diesen Lösungen besteht jedoch darin, dass der Durchflussmesser selbst eine Drosselung des Stroms des Reduktionsmittels bewirkt, die unerwünscht ist sowie ausgeglichen werden muss und somit höhere Anforderungen an die Pumpe des Systems stellt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass es aus praktischen Erwägungen schwierig sein kann, Platz für den Durchflussmesser zu finden.
Die Patentschrift US 20110239625A1 beschreibt eine Lösung zum Anpassen einer Harnstoffeinspritzvorrichtung zum Ausgleich von Herstelltoleranzen und Verschleiß des Dosiersystems. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass eine Statuskontrolle durchgeführt wird, die das Messen der Druckänderung im System zwischen Pumpe und Einspritzdüse, wenn die Einspritzdüse öffnet, umfasst, und ein Vergleich mit einem Sollwert erfolgt. Wenn sich die Werte unterscheiden, kann die Öffnungsperiode des Ventils so geändert werden, dass das eingespritzte Volumen der Harnstofflösung richtig ist.
Die Patentschrift DE 10 2011 078 870 A1 beschreibt, wie die Druckmessung in einem Dosiersystem genutzt werden kann, um die Funktion des Dosierventils und der Förderpumpe zu überwachen und die Menge des dosierten AdBlue-Stoffs zu überwachen. Zum Messen der Menge des dosierten AdBlue-Stoffs wird die Tatsache genutzt, dass jede Ventilöffnung eine Druckänderung im System bewirkt.
Die Patentschrift US 8534049B2 beschreibt einen Prozess zur Steuerung eines elektromagnetischen Ventils, der regelt, wie viel Reaktionsmittel in die Abgase eingespritzt werden muss. Auf Basis der Druckmessung im Dosiersystem kann eine Regelung erfolgen, wie lange das elektromagnetische Ventil geöffnet oder geschlossen sein muss.
Die Erfindung bezweckt das Bereitstellen eines verbesserten Verfahrens und Systems zum Überwachung der dosierten Flüssigkeitsmenge, die wenigstens teilweise eines der oben beschriebenen Probleme beseitigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt wird der Zweck wenigstens teilweise durch ein Dosiersystem wie in den beigefügten Patentansprüchen angegeben erfüllt. Das Dosiersystem umfasst einen Behälter mit einer Flüssigkeit, die dosiert werden soll, eine Pumpe Pu, die zum Pumpen der Flüssigkeit aus dem Behälter über eine erste Rohrleitung angeordnet ist, eine Dosiereinheit, die nach der Pumpe Pu über eine zweite Rohrleitung gekoppelt ist und zum Dosieren der Flüssigkeit angeordnet ist, eine Steuereinheit, die zum Regeln der Flüssigkeitsmenge, die von der Dosiereinheit dosiert werden soll, angeordnet ist, sowie eine Messeinheit, die zum Messen eines Flüssigkeitsparameters φ, der einen Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung vor der Pumpe Pu angibt, und Erzeugen eines Flüssigkeitssignals, das den Flüssigkeitsparameter φ angibt, angeordnet ist. Die Steuereinheit ist ferner angeordnet, um eine Zeitperiode Δt zu bestimmen, in der die Dosiereinheit geöffnet ist, einen ersten Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung vor der Pumpe Pu zu bestimmen, den ersten Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung vor der Pumpe Pu mit einem zweiten Flüssigkeitsstrom von der Dosiereinheit in der Zeitperiode Δt zu vergleichen, einen Fehlerparameter auf Basis des Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen und ein Signal, das den Fehlerparameter angibt, zu erzeugen.
Mit dem Dosiersystem kann man die Dosierung der Flüssigkeit überwachen und die Menge ändern, wenn die Dosierung falsch ist. Durch Messen des Drucks vor der Pumpe Pu wird der Strom der Flüssigkeit zur Dosiereinheit nicht beeinträchtigt. Der Erfinder hat berücksichtigt, dass sich der Druck an der Saugseite linear mit der dosierten Flüssigkeit ändert. Ein Durchflussmesser an der Druckseite, also nach der Pumpe Pn, drosselt teilweise den Strom und/oder es kann aus praktischen Erwägungen schwierig sein, Platz für den Durchflussmesser zu finden. Eine Drosselung des Stroms muss mit einem höheren Druck ausgeglichen werden, was bedeutet, dass die Pumpe Pn mehr leisten muss, was unerwünscht ist. Wenn stattdessen ein Messen des Drucks an der Saugseite erfolgt, wird die Notwendigkeit eines Durchflussmessers an der Druckseite vermieden. Die Flüssigkeit kann ein Reduktionsmittel wie beispielsweise AdBlue^® sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit angeordnet, um ein Steuersignal zu erzeugen, das wenigstens eine Öffnungszeit der Dosiereinheit angibt, die gemäß dem Fehlerparameter justiert ist. Auf diese Weise kann die Öffnungszeit der Dosiereinheit so geregelt werden, dass die erwartete Menge an Flüssigkeit dosiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Messeinheit angeordnet, um einen Flüssigkeitsparameter φ zu messen, der ein Druckparameter ist. Die Notwendigkeit eines Durchflussmessers an der Saugseite kann dadurch vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit angeordnet, um die Zeitperiode Δt zu bestimmen. Dies kann beispielsweise auf Basis des gemessenen Wertes für NO_X erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit angeordnet, um den zweiten Flüssigkeitsstrom zu bestimmen. Der zweite Flüssigkeitsstrom kann ein vorbestimmter Wert entsprechend dem Druck P2 sein. Beispielsweise kann der zweite Flüssigkeitsstrom ein kalibrierter Wert und/oder ein Wert vom Hersteller sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Dosiersystem eine weitere Messeinheit, die angeordnet ist, um einen Druck P2 im Strom nach der Pumpe Pu zu messen, wobei die Pumpe Pu angeordnet ist, um einen Solldruck in der Flüssigkeit in der zweiten Rohrleitung nach der Pumpe Pu aufrechtzuerhalten. Der Solldruck ist somit ein bekannter Druck für die Steuereinheit.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit angeordnet, um den ersten Flüssigkeitsstrom mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom während einer Vielzahl von Zeitperioden Δt zu vergleichen, wenn die Dosiereinheit geöffnet ist, einen durchschnittlichen Fehlerparameter auf Basis der Vergleiche zu bestimmen und ein Signal, das den durchschnittlichen Fehlerparameter angibt, zu erzeugen. Auf diese Weise kann man eine zuverlässige Überwachung der Dosiereinheit erzielen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit angeordnet, um die Öffnungszeit der Dosiereinheit gemäß dem Fehlerparameter zu justieren. Auf diese Weise kann man eine zuverlässige Regelung der Dosiereinheit erzielen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit angeordnet, um ein Steuersignal für die Dosiereinheit zu erzeugen, um zeitweise die Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis des Fehlerparameters zu justieren. Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Steuereinheit angeordnet, um ein Steuersignal für die Dosiereinheit zu erzeugen, um die Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis des Fehlerparameters kontinuierlich zu justieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird der Zweck wenigstens teilweise durch ein Verfahren zur Überwachung der von einem Dosiersystem dosierten Flüssigkeitsmenge erfüllt. Das Dosiersystem umfasst einen Behälter mit einer Flüssigkeit, die dosiert werden soll, eine Pumpe Pu, die zum Pumpen der Flüssigkeit aus dem Behälter über eine erste Rohrleitung angeordnet ist, eine Dosiereinheit, die nach der Pumpe Pu über eine zweite Rohrleitung gekoppelt ist und zum Dosieren der Flüssigkeit angeordnet ist, eine Steuereinheit, die zum Regeln der Flüssigkeitsmenge, die von der Dosiereinheit dosiert werden soll, angeordnet ist, und eine Messeinheit, die zum Messen eines Flüssigkeitsparameters φ, der einen Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung vor der Pumpe Pu angibt, und Erzeugen eines Flüssigkeitssignals, das den Flüssigkeitsparameter φ angibt, angeordnet ist. Das Verfahren umfasst Folgendes:

– Bestimmen einer Zeitperiode Δt, in der die Dosiereinheit geöffnet ist;
– Messen des Flüssigkeitsparameters φ vor der Pumpe Pu während der Zeitperiode Δt;
– Bestimmen eines ersten Flüssigkeitsstroms in der ersten Rohrleitung vor der Pumpe Pu;
– Vergleichen des ersten Flüssigkeitsstroms in der ersten Rohrleitung vor der Pumpe Pu mit einem zweiten Flüssigkeitsstrom von der Dosiereinheit in der Zeitperiode Δt; und
– Bestimmen eines Fehlerparameters auf Basis des Ergebnisses des Vergleichs.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Justieren der Öffnungszeit der Dosiereinheit gemäß dem Fehlerparameter.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Flüssigkeitsparameter φ ein Druckparameter.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist Δt eine Zeitperiode, die von der Steuereinheit bestimmt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der zweite Flüssigkeitsstrom von der Steuereinheit bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Dosiersystem eine weitere Messeinheit, die angeordnet ist, um einen Druck P2 im Strom nach der Pumpe Pu zu messen, wobei die Pumpe Pu angeordnet ist, um einen Solldruck in der Flüssigkeit in der zweiten Rohrleitung nach der Pumpe Pu aufrechtzuerhalten.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst das Bestimmen eines ersten Flüssigkeitsstroms das Normalisieren des Flüssigkeitsstroms.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren das Vergleichen des ersten Flüssigkeitsstroms mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom während einer Vielzahl von Zeitperioden Δt, wenn die Dosiereinheit geöffnet ist, das Bestimmen eines durchschnittlichen Fehlerparameters auf Basis der Vergleiche und das Justieren der Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis der durchschnittlichen Fehlerparameter.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das vorübergehende Justieren der Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis des Fehlerparameters. Gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst das Verfahren das kontinuierliche Justieren der Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis des Fehlerparameters.
Gemäß einem dritten Aspekt wird der Zweck wenigstens teilweise durch eine Abgasreinigungsanlage erfüllt, die ein Dosiersystem umfasst, das angeordnet ist, um ein Reduktionsmittel, das Harnstoff enthält, zu dosieren.
Gemäß einem vierten Aspekt wird der Zweck wenigstens teilweise durch ein Fahrzeug umfassend eine Abgasreinigungsanlage erfüllt, die ein Dosiersystem umfasst, das angeordnet ist, um ein Reduktionsmittel, das Harnstoff enthält, zu dosieren.
Gemäß einem fünften Aspekt wird der Zweck wenigstens teilweise durch ein Computerprogramm P erfüllt, wobei das Computerprogramm P Programmcode umfasst, um eine Steuereinheit oder einen zweiten an der Steuereinheit angeschlossenen Computer zu veranlassen, Schritte gemäß dem Verfahren auszuführen.
Gemäß einem sechsten Aspekt wird der Zweck wenigstens teilweise durch ein Computerprogrammprodukt umfassend einen auf einem von einem Computer lesbaren nichtflüchtigen Medium gespeicherten Programmcode zum Ausführen der Verfahrensschritte gemäß einem der hier beschriebenen Ausführungsformen erfüllt, wobei der Programmcode auf einer Steuereinheit oder einem zweiten an der Steuereinheit angeschlossenen Computer ausgeführt wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen und in der ausführlichen Beschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der beigefügten Figuren
Nachfolgend wird die Erfindung in Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Abgasreinigungsanlage.
2 zeigt ein Dosiersystem gemäß einer Ausführungsform als ein Teil der Abgasreinigungsanlage in 1.
3 zeigt ein Fließdiagramm gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens.
4 stellt eine Beziehung zwischen dem Druck an der Saugseite und dem Strom von der Dosiereinheit dar.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 in Form eines Lastkraftwagens mit einem Fahrgestell 2 und einem Motor 3 dargestellt. Vom Motor 3 werden Abgase über eine Abgasrohrleitung 4a zu einer Abgasreinigungsanlage 5 zum Reinigen geleitet. Die gereinigten Abgase werden anschließend über ein Auspuffrohr 6 aus der Abgasreinigungsanlage 5 in die Umwelt abgegeben. Das Fahrzeug 1 ist hier in Form eines Lastkraftwagens ohne Anhänger dargestellt, kann aber auch ein Bus, ein Nutzfahrzeug oder ein Personenkraftwagen sein. Der Motor 3 kann ein Dieselmotor oder ein anderer Motor sein, dessen Abgase von NO_x gereinigt werden müssen.
In 2 ist ein Teil der Abgasreinigungsanlage 5 dargestellt. Die Abgasreinigungsanlage 5 umfasst einen Katalysator 7, beispielsweise einen SCR-Katalysator, zum Reinigen der Abgase von NO_x. Vor dem Katalysator 7 können ein oder mehrere Partikelfilter angeordnet sind, die angeordnet sind, um die Abgase von größeren Partikeln zu reinigen, bevor die Abgase den Katalysator 7 erreichen. Das Auspuffrohr 6 gibt anschließend die gereinigten Abgase in die Umwelt ab. Wie in der Figur dargestellt ist eine Dosiereinheit 12 für eine Rohrleitung 4b vor dem Katalysator 7 angeordnet, so dass die Dosiereinheit 12 eine Flüssigkeit in Form eines Reduktionsmittels, das Harnstoff enthält, in die Abgase in der Abgasrohrleitung 4b spritzen kann, bevor diese den Katalysator 7 erreichen. Eine Steuereinheit 13 ist angeordnet, um die Flüssigkeitsmenge, die von der Dosiereinheit 12 dosiert werden soll, durch Senden eines Steuersignals 51 an die Dosiereinheit 12 zu regeln. Das Steuersignal s1 enthält Daten zur Öffnungszeit und Schließzeit der Dosiereinheit 12, beispielsweise in Form einer oder meherer Zeitperioden Δt.
Die Dosiereinheit 12 saugt Flüssigkeit aus einem Behälter 8 mit Flüssigkeit, die dosiert werden soll. Der Behälter 8 ist gemäß einer Ausführungsform ein geschlossener Behälter mit einem Entlüftungsventil (nicht dargestellt), der an eine Zufuhrleitung (nicht dargestellt) angeschlossen ist, um den Behälter 8 mit Flüssigkeit befüllen zu können. Eine Pumpe Pu ist angeordnet, um Flüssigkeit aus dem Behälter 8 über eine erste Rohrleitung 9 zu pumpen. Die Pumpe Pn kann beispielsweise eine Membranpumpe sein. Die Dosiereinheit 12 ist nach der Pumpe Pu über eine zweite Rohrleitung 11 gekoppelt. Eine Messeinheit 16 ist angeordnet, um einen Druck P2 in der Flüssigkeit in der zweiten Rohrleitung 11 nach der Pumpe Pu zu messen und den gemessenen Druck P2 an die Steuereinheit 13 zu senden. Die Pumpe Pu ist wiederum angeordnet, um einen Solldruck in der Flüssigkeit in der zweiten Rohrleitung 11 nach der Pumpe Pu auf Basis des gemessenen Drucks P2 aufrechtzuerhalten. Die Steuereinheit 13 kann beispielsweise angeordnet sein, um ein Steuersignal s2 an die Pumpe Pu zu senden, das ein Erhöhen oder Verringern der Pumpdrehzahl der Pumpe Pu auf Basis des gemessenen Drucks P2 auslöst, damit der Druck P2 weiter dem Solldruck entspricht. Der Solldruck beträgt beispielsweise 8 bis 12 bar, beispielsweise 9 bar. Alternativ kann die Pumpe angeordnet sein, um den Druck P2 zu empfangen und die Pumpe Pu direkt auf den Solldruck zu regeln. Das Dosiersystem ist somit angeordnet, um die Pumpdrehzahl der Pumpe Pu so zu regeln, dass der Druck P2 in einem Intervall dem Solldruck entspricht. Die Pumpe Pu saugt dann Flüssigkeit aus dem Behälter 8 in der ersten Rohrleitung 9 an, die anschließend durch die zweite Rohrleitung 11 zur Dosiereinheit 12 geleitet wird. Wenn die Dosiereinheit 12 öffnet, wird die Flüssigkeit in die Abgasrohrleitung 4b gespritzt. Der Druck sinkt anschließend in der Rohrleitung 11 ab, was die Pumpe Pn in Gang setzt. Die Pumpe Pn pumpt anschließend Flüssigkeit aus dem Behälter 8 durch die erste Rohrleitung 9. Eine Dosierung durch die Dosiereinheit 12 spiegelt sich also in der ersten Rohrleitung 9 wider, da sich der Strom in der ersten Rohrleitung 9 ändert, wenn die Dosiereinheit 12 öffnet oder schließt.
Eine Messeinheit G, welche die NO_x-Menge misst, ist vor der Dosiereinheit 12 in der Abgasrohrleitung 4b angeordnet, um die NO_x-Menge in den Abgasen vor dem Katalysator 7 und vor dem Einspritzen durch die Dosiereinheit 12 zu messen. Eine weitere Messeinheit G, welche die NO_x-Menge misst, ist nach dem Katalysator 7 angeordnet, um die NO_x-Menge in den Abgasen nach dem Reinigen der Abgase im Katalysator 7 unter Einwirkung des Reduktionsmittels zu messen. Die Messeinheiten G erzeugen ein Signal d1, d2, das jeweils die NO_x-Menge angibt und an die Steuereinheit 13 gesendet wird. Die Steuereinheit 13 ist angeordnet, um die Signale d1, d2 zu empfangen und zu bestimmen, welche Flüssigkeitsmenge in die Abgase dosiert werden muss, um die Abgase auf das gewünschte Niveau zu reinigen. Je nachdem, welche Flüssigkeitsmenge zu dosieren ist, bestimmt die Steuereinheit 13 eine Öffnungszeit Δt der Dosiereinheit 12. Die Steuereinheit 13 kann ein Steuersignal s1 für die Dosiereinheit 12 erzeugen, das die Öffnungszeit Δt angibt, beispielsweise als eine Öffnungszeit und eine Schließzeit.
Die Dosiereinheit 12 kann beispielsweise ein Ventil, beispielsweise ein Ein-Wege-Ventil, mit einer geöffneten Stellung und einer geschlossen Stellung umfassen oder aus einem solchen Ventil bestehen. Das Ventil kann elektrisch gesteuert sein.
Das Dosiersystem umfasst eine weitere Messeinheit 17, die angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsparameter φ zu messen, der einen Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung 9 vor der Pumpe Pu angibt. Die Messeinheit 17 ist ferner angeordnet, um ein Flüssigkeitssignal zu erzeugen, das den Flüssigkeitsparameter φ angibt, und diesen an die Steuereinheit 13 zu senden. Die Messeinheit 17 ist gemäß einer Ausführungsform angeordnet, um einen Flüssigkeitsparameter φ zu messen, der ein Druckparameter P1 ist. Die Messeinheit 17 kann beispielsweise ein Druckmesser sein. Die Messeinheit 17 ist gemäß einer zweiten Ausführungsform angeordnet, um einen Flüssigkeitsparameter φ zu messen, der ein Stromparameter ist. Die Messeinheit 17 kann beispielsweise ein Durchflussmesser sein. Die Steuereinheit 13 ist angeordnet, um den Flüssigkeitsparameter φ zu empfangen und einen ersten Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung 9 vor der Pumpe Pu auf Basis des Flüssigkeitsparameters φ zu bestimmen. Wenn der Flüssigkeitsparameter φ ein Druckparameter P1 ist, kann der Druckparameter in einen Stromparameter durch eine Beziehung, die der Steuereinheit 13 bekannt ist, umgewandelt werden und ein erster Flüssigkeitsstrom bestimmt werden. Wenn der Flüssigkeitsparameter φ ein Stromparameter ist, kann ein erster Flüssigkeitsstrom direkt bestimmt werden.
Die Steuereinheit 13 ist ferner angeordnet, um den ersten Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung 9 vor der Pumpe Pu mit einem zweiten Flüssigkeitsstrom von der Dosiereinheit 12 in der Zeitperiode Δt zu vergleichen. Die Steuereinheit 13 hat wie bereits erläutert bestimmt, welche Flüssigkeitsmenge dosiert werden soll. Da der Sollwert in der zweiten Rohrleitung 11 durch die Pumpe Pu aufrechterhalten wird, muss der Strom der Flüssigkeit von der Dosiereinheit 12, hier als zweiter Flüssigkeitsstrom bezeichnet, idealerweise konstant und vorbestimmt sein. Durch Öffnen der Dosiereinheit 12 über eine bestimmte Zeit Δt mit einem Solldruck der Flüssigkeit kann die Sollmenge dosiert werden. Die Steuereinheit 13 hat Zugang zur kalibrierten Beziehung zwischen der zu dosierenden Flüssigkeitsmenge, der Öffnungszeit und dem Druck der Flüssigkeit. Die Steuereinheit 13 hat somit Zugang zu einem vorbestimmten Wert des zweiten Flüssigkeitsstroms unter dem Solldruck. Der vorbestimmte Wert des zweiten Flüssigkeitsstroms ändert sich somit je nach Druck der Flüssigkeit. Diese vorbestimmten und/oder kalibrierten Werte sind beispielsweise vom Hersteller erhältlich.
Die Steuereinheit 13 ist ferner angeordnet, um einen Fehlerparameter auf Basis des Ergebnisses des Vergleichs des ersten Stroms mit dem zweiten Strom der Flüssigkeit zu bestimmen. Der Vergleich zwischen dem ersten und dem zweiten Strom kann einen Unterschied im Strom ergeben. Der Unterschied im Strom kann umgewandelt werden. Wenn der erste Strom kleiner ist als der zweite Strom, wird nicht ausreichend Flüssigkeit zudosiert. Die Öffnungszeit muss dann verlängert werden. Wenn der erste Strom größer ist als der zweite Strom, wird zu viel Flüssigkeit zudosiert. Die Öffnungszeit muss dann verkürzt werden. Wenn der erste Strom im Wesentlichen genauso groß ist wie der zweite Strom, so wird die richtige Flüssigkeitsmenge zudosiert und die Öffnungszeit muss nicht geändert werden. Der Fehlerparameter kann beispielsweise einen Unterschied im Strom oder einen Unterschied in der Flüssigkeitsmenge angeben. Die Steuereinheit 13 ist angeordnet, um zu bestimmen, wie viel die Öffnungszeit auf Basis des Fehlerparameters justiert werden muss, um den Unterschied zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom bzw. den Unterschied in der Flüssigkeitsmenge zu beseitigen. Die Steuereinheit 13 kann angeordnet sein, um ein Signal s3 zu erzeugen, das den Fehlerparameter anzeigt. Das Signal s3 kann beispielsweise von einer Anzeigeeinheit 18 empfangen werden, die angeordnet ist, um beispielsweise dem Fahrer anzuzeigen, dass die Dosierung fehlerhaft ist, oder den Fehlerparameter selbst anzuzeigen, der dem empfangenen Signal s3 entspricht. Die Anzeige kann optisch, akustisch und/oder taktil erfolgen. Alternativ kann der Fehlerparameter an eine zentrale Einheit (nicht dargestellt), beispielsweise in einer Spedition, zur weiteren Analyse und/oder für weitere Maßnahmen gesendet werden. Die Steuereinheit 13 kann ferner angeordnet sein, um eine justierte Öffnungszeit auf Basis der bestehenden Öffnungszeit zu bestimmen und zu bestimmen, wie viel die Öffnungszeit geändert werden muss. Die Steuereinheit kann ebenfalls angeordnet sein, um ein Steuersignal s1 zu erzeugen, das wenigstens eine Öffnungszeit der Dosiereinheit 12 angibt, die gemäß dem Fehlerparameter justiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 13 angeordnet, um den ersten Flüssigkeitsstrom mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom während einer Vielzahl von Zeitperioden Δt zu vergleichen, wenn die Dosiereinheit 12 geöffnet ist, einen durchschnittlichen Fehlerparameter auf Basis der Vergleiche zu bestimmen und ein Signal, das den durchschnittlichen Fehlerparameter angibt, zu erzeugen. Die Steuereinheit 13 kann ebenfalls angeordnet sein, um wenigstens eine justierte Öffnungszeit der Dosiereinheit 12 auf Basis des durchschnittlichen Fehlerparameters zu erzeugen.
Das Steuersignal s1 kann angeben, dass die Öffnungszeit zeitweise justiert werden soll. Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuereinheit angeordnet sein, um die Öffnungszeit zu bestimmten Zeitpunkten, beispielsweise alle 5 Minuten, alle 10 Minuten usw., zu justieren. Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann die Steuereinheit angeordnet sein, um einen durchschnittlichen Fehlerparameter zu bestimmen und die Öffnungszeit zu bestimmten Zeitpunkten, beispielsweise alle 5 Minuten, alle 10 Minuten, einmal pro Stunde, bei einem Stillstand des Fahrzeugs usw. auf Basis des durchschnittlichen Fehlerparameters zu justieren. Das Steuersignal s1 kann stattdessen angeben, dass die Öffnungszeit kontinuierlich justiert werden soll. Dann können Fehlerparameter und justierte Öffnungszeiten kontinuierlich bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine dritte Rohrleitung (nicht dargestellt) zwischen der zweiten Rohrleitung 11 und dem Behälter eingekoppelt sein. Da die Dosiereinheit 12 nicht geöffnet ist, kann die Pumpe Pn Flüssigkeit zurück zum Behälter 8 pumpen, so dass in den Rohrleitungen ein kontinuierlicher Strom entsteht. Es herrscht somit in der zweiten Rohrleitung 11 stets Druck.
Das Fahrzeug 1 kommuniziert intern zwischen seinen verschiedenen Einheiten beispielsweise über einen Bus, beispielsweise über einen CAN-Bus (CAN = Controller Area Network), der ein nachrichtenbasiertes Protokoll verwendet. Beispiele für andere Kommunikationsprotokolle, die verwendet werden können, sind TTP (Time-Triggered Protocol), Flexray usw. Auf diese Weise können Signale und Daten, die hier beschrieben sind, zwischen verschiedenen Einheiten im Fahrzeug 1 ausgetauscht werden. Signale und Daten können beispielsweise stattdessen drahtlos zwischen den verschiedenen Einheiten übertragen werden.
Die Steuereinheit 13 umfasst eine Prozessoreinheit 14 und eine Speichereinheit 15, die an die Prozessoreinheit 14 gekoppelt ist. Auf der Speichereinheit 15 ist ein Computerprogramm P gespeichert, das die Steuereinheit 13 veranlassen kann, die Schritte gemäß dem hier beschriebenen Verfahren auszuführen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Speichereinheit 15 ein Teil der Prozessoreinheit 14. Die Prozessoreinheit 14 kann aus einer oder mehreren CPUs (Central Processing Unit) bestehen. Die Speichereinheit 15 kann einen nichtflüchtigen Speicher, beispielsweise einen Flash-Speicher oder ein RAM (Random Access Memory), umfassen. Die Speichereinheit 15 enthält Befehle, damit die Prozessoreinheit 14 eine Anzahl von Schritten ausführen kann, die in Bezug auf das Fließdiagramm in 3 erläutert werden.
In 3 ist ein Fließdiagramm für ein Verfahren zum Überwachen der Flüssigkeitsmenge, die vom Dosiersystem in 2 dosiert wird, dargestellt. Zunächst wird eine Zeitperiode Δt bestimmt, in der die Dosiereinheit 12 geöffnet ist (A1). Diese Zeitperiode ist der Steuereinheit bekannt, da die Steuereinheit 13 die Zeitperiode auf Basis der zu dosierenden Flüssigkeitsmenge bestimmt. Δt ist somit gemäß einer Ausführungsform eine Zeitperiode, die von der Steuereinheit 13 bestimmt wird. Der Flüssigkeitsparameter φ wird vor der Pumpe Pu in der Zeitperiode Δt (A2) gemessen und es wird ein erster Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung 9 vor der Pumpe Pu bestimmt (A3). Der Flüssigkeitsparameter φ ist beispielsweise ein Druckparameter. Anschließend wird der erste Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung 9 vor der Pumpe Pu mit einem zweiten Flüssigkeitsstrom von der Dosiereinheit 12 in der Zeitperiode Δt verglichen (A4). Wie erläutert ist der zweite Flüssigkeitsstrom ein bekannter Strom, der vom Druck P2 abhängt. Der zweite Flüssigkeitsstrom kann somit durch eine bekannte Beziehung oder durch eine Tabelle, die in der Speichereinheit 15 gespeichert ist, bestimmt werden. Ein Fehlerparameter wird auf Basis des Ergebnisses des Vergleichs bestimmt (A5). Als nachfolgender Schritt kann die Öffnungszeit der Dosiereinheit 12 gemäß dem Fehlerparameter justiert werden. Das Verfahren kann eine vorübergehende Justierung der Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis des Fehlerparameters und/oder eine kontinuierliche Justierung der Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis des Fehlerparameters umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Vergleichen des ersten Flüssigkeitsstroms mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom während einer Vielzahl von Zeitperioden Δt, wenn die Dosiereinheit geöffnet ist, und das Bestimmen eines durchschnittlichen Fehlerparameters auf Basis der Vergleiche. Die Öffnungszeit der Dosiereinheit kann anschließend auf Basis des durchschnittlichen Fehlerparameters justiert werden. Die Öffnungszeit kann dann zeitweise justiert werden, d. h. mit Zwischenräumen zwischen dem Durchführen der Justierungen.
In 4 ist in einem Diagramm dargestellt, wie der mit einem Differentialdruckgeber gemessene Druck P1 in der ersten Rohrleitung 9 den zweiten Flüssigkeitsstrom (hier B1) von der Dosiereinheit 12 in einer Zeitperiode überlagert. In diesem Diagramm wurde somit der Druck P1 nicht in einen Strom umgewandelt und hier zur Darstellung des Prinzips verwendet. Der Druck P1 wird ebenfalls als der Druck P1 an der Saugseite bezeichnet, da die Pumpe Pn die Flüssigkeit aus dem Behälter 8 saugt. Wie im Diagramm zu sehen ist, ändert sich der Druck P1 linear auf der Saugseite mit einer Zunahme des zweiten Flüssigkeitsstroms B1. Das Dosiersystem ist hier so kalibriert, dass es einen zweiten Flüssigkeitsstrom ergibt, der linear zur Periodenzeit ist, bis die maximale Dosierung bei einem gegebenen Arbeitsdruck P2 erfolgt. Die dosierte Menge kann sich jedoch für verschiedene Dosiereinheiten 12 unterscheiden und sich ebenfalls im Laufe der Zeit ändern. Um die Änderungen des Drucks P1 auf der Saugseite mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom vergleichen zu können, wird der Druck P1 in einen ersten Flüssigkeitsstrom umgewandelt, damit dieser die gleiche Größe aufweist wie der zweite Flüssigkeitsstrom. Bei Bedarf kann auch der Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung 9 normalisiert werden, bevor der erste Flüssigkeitsstrom bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedene Alternativen, Modifizierungen und Entsprechungen verwendet werden. Daher beschränken die oben genannten Ausführungsformen den Umfang der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen definiert nicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20110239625 A1 [0006]
DE 102011078870 A1 [0007]
US 8534049 B2 [0008]

Claims

Dosiersystem umfassend – einen Behälter (8) mit einer Flüssigkeit, die dosiert werden soll; – eine Pumpe Pu, die angeordnet ist, um Flüssigkeit aus dem Behälter (8) über eine erste Rohrleitung (9) zu pumpen. – eine Dosiereinheit (12), die nach der Pumpe Pu über eine zweite Rohrleitung (11) gekoppelt ist und angeordnet ist, um die Flüssigkeit zu dosieren; – eine Steuereinheit (13), die angeordnet ist, um die Flüssigkeitsmenge zu regeln, die von der Dosiereinheit (12) dosiert werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiersystem eine Messeinheit (17) umfasst, die angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsparameter φ zu messen, der einen Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung (9) vor der Pumpe Pu angibt, und ein Flüssigkeitssignal zu erzeugen, das den Flüssigkeitsparameter φ angibt, wobei die Steuereinheit ferner angeordnet ist, um: – eine Zeitperiode Δt zu bestimmen, in der die Dosiereinheit (12) geöffnet ist; – einen ersten Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung (9) vor der Pumpe Pu zu bestimmen; – den ersten Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung (9) vor der Pumpe Pu mit einem zweiten Flüssigkeitsstrom von der Dosiereinheit (12) in der Zeitperiode Δt zu vergleichen (A4); – einen Fehlerparameter auf Basis des Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen; – ein Signal zu erzeugen, das den Fehlerparameter angibt; und wobei die Steuereinheit (13) angeordnet ist, um ein Steuersignal zu erzeugen, das wenigstens eine Öffnungszeit der Dosiereinheit (12) angibt, die gemäß dem Fehlerparameter justiert ist.
Dosiersystem nach Anspruch 1, wobei die Messeinheit (17) angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsparameter φ zu messen, der ein Druckparameter ist.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit angeordnet ist, um die Zeitperiode Δt zu bestimmen.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (13) angeordnet ist, um den zweiten Flüssigkeitsstrom zu bestimmen.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine weitere Messeinheit (16) umfasst, die angeordnet ist, um einen Druck P2 im Strom nach der Pumpe Pu zu messen, wobei die Pumpe Pu angeordnet ist, um einen Solldruck in der Flüssigkeit in der zweiten Rohrleitung nach der Pumpe Pu aufrechtzuerhalten.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (13) angeordnet ist, um den ersten Flüssigkeitsstrom mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom während einer Vielzahl von Zeitperioden Δt zu vergleichen, wenn die Dosiereinheit (12) geöffnet ist, einen durchschnittlichen Fehlerparameter auf Basis der Vergleiche zu bestimmen und ein Signal, das den durchschnittlichen Fehlerparameter angibt, zu erzeugen.
Dosiersystem nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (13) angeordnet ist, um ein Steuersignal zu erzeugen, das wenigstens eine justierte Öffnungszeit der Dosiereinheit (12) auf Basis des durchschnittlichen Fehlerparameters angibt.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (13) angeordnet ist, um ein Steuersignal für die Dosiereinheit (12) zu erzeugen, um zeitweise die Öffnungszeit der Dosiereinheit (12) auf Basis des Fehlerparameters zu justieren.
Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinheit (13) angeordnet ist, um ein Steuersignal für die Dosiereinheit (12) zu erzeugen, um kontinuierlich die Öffnungszeit der Dosiereinheit (12) auf Basis des Fehlerparameters zu justieren.
Verfahren zum Überwachen der von einem Dosiersystem dosierten Flüssigkeitsmenge, wobei das Dosiersystem einen Behälter (8) mit einer Flüssigkeit, die dosiert werden soll, eine Pumpe Pu, die zum Pumpen der Flüssigkeit aus dem Behälter (8) über eine erste Rohrleitung (9) angeordnet ist, eine Dosiereinheit (12), die nach der Pumpe Pu über eine zweite Rohrleitung (11) gekoppelt ist und zum Dosieren der Flüssigkeit angeordnet ist, eine Steuereinheit (13), die zum Regeln der Flüssigkeitsmenge, die von der Dosiereinheit (12) dosiert werden soll, angeordnet ist, umfasst, und wobei das Dosiersystem ebenfalls eine Messeinheit (17), die zum Messen eines Flüssigkeitsparameters φ, der einen Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung (9) vor der Pumpe Pu angibt, angeordnet ist, umfasst, wobei das Verfahren umfasst, – eine Zeitperiode Δt zu bestimmen, in der die Dosiereinheit (12) geöffnet ist; – den Flüssigkeitsparameter φ vor der Pumpe Pu während der Zeitperiode Δt zu messen; – einen ersten Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung (9) vor der Pumpe Pu zu bestimmen; – den ersten Flüssigkeitsstrom in der ersten Rohrleitung (9) vor der Pumpe Pu mit einem zweiten Flüssigkeitsstrom von der Dosiereinheit (12) in der Zeitperiode Δt zu vergleichen (A4); – einen Fehlerparameter auf Basis des Ergebnisses des Vergleichs zu bestimmen; – ein Signal zu erzeugen, das den Fehlerparameter angibt, und die Öffnungszeit der Dosiereinheit (12) gemäß dem Fehlerparameter zu justieren.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Flüssigkeitsparameter φ ein Druckparameter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei Δt eine Zeitperiode ist, die von der Steuereinheit (13) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der zweite Flüssigkeitsstrom von der Steuereinheit bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei das Dosiersystem eine weitere Messeinheit (16) umfasst, die angeordnet ist, um einen Druck P2 im Strom nach der Pumpe Pu zu messen, wobei die Pumpe Pu angeordnet ist, um einen Solldruck in der Flüssigkeit in der zweiten Rohrleitung nach der Pumpe Pu aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Bestimmen eines ersten Flüssigkeitsstroms das Normalisieren des Flüssigkeitsstroms umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, welches das Vergleichen des ersten Flüssigkeitsstroms mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom während einer Vielzahl von Zeitperioden Δt, wenn die Dosiereinheit geöffnet ist, und das Bestimmen eines durchschnittlichen Fehlerparameters auf Basis der Vergleiche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, welches das Justieren der Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis des durchschnittlichen Fehlerparameters umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, welches das vorübergehende Justieren der Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis des Fehlerparameters umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, welches das kontinuierliche Justieren der Öffnungszeit der Dosiereinheit auf Basis des Fehlerparameters umfasst.
Abgasreinigungsanlage (5), die ein Dosiersystem (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, das angeordnet ist, um ein Reduktionsmittel, das Harnstoff enthält, zu dosieren.
Fahrzeug (1), das eine Abgasreinigungsanlage (5) nach Anspruch 20 umfasst.
Computerprogramm P, wobei das Computerprogramm P Programmcode umfasst, um eine Steuereinheit (13) oder einen an der Steuereinheit (13) angeschlossenen zweiten Computer zu veranlassen, Schritte gemäß einem der Patentansprüche 10 bis 19 auszuführen.
Computerprogrammprodukt umfassend einen auf einem von einem Computer lesbaren nichtflüchtigen Medium gespeicherten Programmcode zum Ausführen der Verfahrensschritte nach einem der Patentansprüche 10 bis 19, wobei der Programmcode auf der Steuereinheit (13) oder einem zweiten an der Steuereinheit (13) angeschlossenen Computer ausgeführt wird.