-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektromagnetisch betätigten Hubkolbenpumpe sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computer-Programm, mit dessen Hilfe die Hubkolbenpumpe betrieben wird, sowie ein Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 10 2007 060 771 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetventils, bei dem die Magnetspule noch während der Bewegung eines Ventilelements zumindest zeitweise kurzgeschlossen wird, um die Bewegung des Ventilelements kurz vor dem Erreichen eines mechanischen Anschlags abzubremsen mit dem Ziel, die Geräuschentwicklung zu minimieren. Zum schnellen Abbau der induktiv gespeicherten Energie kann eine Schnelllöschung vorgesehen sein, bei der die Magnetspule in einem Stromkreis betrieben wird, in welchem eine vergleichsweise hohe Soll-Spannung vorgegeben wird, sodass ein rascher Abbau der induktiv gespeicherten Energie stattfinden kann.
-
In der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 088 704 A1 ist ein Verfahren zum Dosieren einer Harnstoff-Wasser-Lösung stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator beschrieben, der zur Konvertierung von NOx-Anteilen des Abgases von Brennkraftmaschinen vorgesehen ist. Zum Aufbau des erforderlichen Dosierdrucks ist eine elektromagnetisch betätigte Hubkolbenpumpe vorgesehen, die bei jedem Ansteuerimpuls einen Kolbenhub ausführt und damit einen Dosierdruck aufbaut. Zur Dosierung des Reagenzmittels in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Dosierventil vorgesehen. Der Druck der Harnstoff-Wasser-Lösung wird mittels eines Druckmodells berechnet und die Hubkolbenpumpe in Abhängigkeit vom ermittelten Druck angesteuert.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine effiziente Ansteuerung einer elektromagnetisch betätigten Hubkolbenpumpe ermöglichen.
-
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Verfahrensanspruch sowie im nebengeordneten Vorrichtungsanspruch angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer elektromagnetisch betätigten Hubkolbenpumpe, welche einen Druck eines Reagenzmittels bereitstellt, das in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert wird, wobei die Hubkolbenpumpe eine Magnetspule und einen Anker enthält, geht davon aus, dass Ansteuerimpulse für die Magnetspule in Abhängigkeit vom erfassten Druck des Reagenzmittels bereitgestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Hubkolbenpumpe bei einem Druck, der oberhalb eines unteren Druck-Schwellenwerts liegt, mit Ansteuerimpulsen ohne eine anschließende Schnelllöschung oder nicht angesteuert wird und dass die Hubkolbenpumpe bei einem Druck, der unterhalb des unteren Druck-Schwellenwerts liegt, mit Ansteuerimpulsen und einer anschließenden Schnelllöschung angesteuert wird.
-
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht eine energieeffiziente Ansteuerung der Hubkolbenpumpe, wobei insbesondere die für die Schnelllöschung vorgesehenen elektronischen Bauteile thermisch nur gering belastet werden.
-
Weiterhin wird die Geräuschemission minimiert, die beim Auftreffen des Ankers am Endanschlag nach dem Abschalten der Magnetspule auftreten. Die Geräuschemission macht sich insbesondere bei einer vergleichsweise geringen Dosierrate des Reagenzmittels positiv bemerkbar. Geringe Dosierraten treten bei einer geringen Last der Brennkraftmaschine auf, demnach in einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in dem eine zusätzliche Geräuschemission durch das Betriebsgeräusch der Hubkolbenpumpe besonders störend empfunden wird.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind Gegenstände von abhängigen Verfahrensansprüchen.
-
Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass zusätzlich ein oberer Druck-Schwellenwert vorgegeben wird, dass die Hubkolbenpumpe bei einem Druck, der zwischen den beiden Druck-Schwellenwerten liegt, mit Ansteuerimpulsen ohne eine anschließende Schnelllöschung angesteuert wird und dass die Hubkolbenpumpe bei einem Druck der oberhalb des oberen Druck-Schwellenwerts liegt, nicht mehr angesteuert wird. Mit dieser Maßnahme, die in bestimmten Betriebszuständen ein Aussetzen der Ansteuerung der Hubkolbenpumpe vorsieht, wird eine noch höhere Energieeffizienz und entsprechend eine noch höhere Reduzierung der Geräuschemission erreicht.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Schnelllöschung unmittelbar am Ende des Ansteuerimpulses vorgenommen wird. Mit dieser Maßnahme wird der schnellstmögliche Abbau der induktiv gespeicherten Energie möglich, sodass die Hubkolbenpumpe entsprechend rasch für einen neuen vollständigen Hub zur Verfügung steht. Dementsprechend kann alternativ die Schnelllöschung auch erst dann vorgenommen werden, wenn bereits ein gewisser Anteil der induktiv gespeicherten Energie im Rahmen des normalen Freilaufs nach dem Abschalten des Ansteuerimpulses abgebaut wurde. Mit dieser Maßnahme wird die Belastung der elektronischen Bauteile zur Durchführung der Schnelllöschung weiter minimiert, wobei diese Maßnahme vorgesehen sein kann, wenn zwischen aufeinanderfolgenden Ansteuerimpulsen genügend Zeit verbleibt, in welcher der Strom durch die Magnetspule auf null abfallen kann.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht ein erstes, speziell hergerichtetes Steuergerät vor, welches in der Lage ist, die einzelnen Verfahrensschritte durchzuführen und die erforderlichen Aktionen zu veranlassen.
-
Eine Ausgestaltung sieht ein zweites, speziell hergerichtetes Steuergerät vor, welches ein Ansteuersignal für ein elektromagnetisch angesteuertes Dosierventil bereitstellt, welches die Dosierrate des Reagenzmittels in den Abgasbereich bestimmt. Die Ausgestaltung mit zwei getrennten Steuergeräten ermöglicht es, dass die Vorrichtung von unterschiedlichen Herstellern bereitgestellt werden kann.
-
Das erfindungsgemäße Computer-Programm sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn es auf einem Computer abläuft.
-
Das erfindungsgemäße Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
-
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus der Beschreibung.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Zeichnung
-
1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft,
-
2a zeigt einen Druck eines Reagenzmittels in Abhängigkeit von der Zeit,
-
2b zeigt Ansteuerimpulse einer Hubkolbenpumpe und
-
2c zeigt einen in einer Magnetspule der Hubkolbenpumpe auftretenden Strom in Abhängigkeit von der Zeit.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 zeigt ein Reagenzmittel-Dosiersystem 10, welches ein in einem Tank 12 gelagertes Reagenzmittel 14 oder eine Vorstufe eines Reagenzmittels in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert. Das Reagenzmittel 14 bzw. die Vorstufe des Reagenzmittels ist beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung, aus welcher im Abgasbereich durch Hydrolyse Ammoniak entsteht, welches im SCR-Katalysator als Reagenzmittel zur Reduktion von NOx-Komponenten im Abgas herangezogen wird.
-
Das Reagenzmittel 14 wird von einer Hubkolbenpumpe 16, welche ein Magnetventil 18 und einen Anker 20 enthält, auf einen bestimmten Druck p gebracht, der von einem Drucksensor 22 gemessen und einem ersten Steuergerät 24 zur Verfügung gestellt wird. Die Dosierrate des Reagenzmittels 14 wird von einem Dosierventil 26 bestimmt, welches von einem zweiten Steuergerät 28 mittels eines Dosiersignals s angesteuert wird.
-
Bei einer höheren Dosierrate des Reagenzmittels 14 muss die Hubkolbenpumpe 16 mit einer höheren Rate von Ansteuerimpulsen 30 angesteuert werden als bei einer niedrigeren Dosierrate. Bei jedem Hub der Hubkolbenpumpe 16 wird ein bestimmtes, von der Hubkolbenpumpe 16 festgelegtes Volumen gefördert, wodurch eine Erhöhung des Drucks p erfolgt, wobei jedoch der Druck p von der Dosierrate abhängt und bei jedem Dosierimpuls entsprechend abnimmt.
-
Die Steuerung bzw. Regelung der Hubkolbenpumpe 16 wird anhand der in den 2a–2c gezeigten Signalverläufen in Abhängigkeit jeweils von der Zeit t näher erläutert.
-
2a zeigt einzelne Messwerte des Drucks p. Eingetragen ist ein unterer Druck-Schwellenwert p1 und ein oberer Druck-Schwellenwert p2. Der untere Druck-Schwellenwert p1 liegt beispielsweise bei 8 bar, während der obere Druck-Schwellenwert p2 beispielsweise bei 9 bar liegt.
-
Ziel der Regelung der Hubkolbenpumpe 16 ist es, den Druck p auf einem bestimmten Niveau zu halten, beispielsweise auf einem Wert, der zwischen den beiden Druck-Schwellenwerten p1, p2 liegt oder zumindest oberhalb des unteren Druck-Schwellenwerts p1 liegt.
-
Der erste gezeigte Messwert des Drucks p soll beispielsweise zwischen den beiden Druck-Schwellenwerten p1, p2 liegen. In diesem Fall wird ein Ansteuerimpuls 30 bereitgestellt, der in 2b gezeigt ist. Der Ansteuerimpuls 30 veranlasst die Hubkolbenpumpe 16 durch Bestromen der Magnetspule 18 und der damit verbundenen Betätigung des Ankers 20 zum Ausführen eines Kolbenhubs, die zur Druckerhöhung führt. Der resultierende Strom i in der Magnetspule 18 ist in 2c gezeigt. Der Strom i weist einen Stromanstieg 32 sowie einen Stromabfall 34 auf, wobei die zeitlichen Stromverläufe von der Zeitkonstante des Magnetkreises abhängen, welchen die Magnetspule 18 sowie der Anker 20 bilden. Nach dem Abschalten des Ansteuerimpulses 30 ist ein Freilaufkreis vorgesehen, der die Aufrechterhaltung des Stromflusses in der Magnetspule 18 ermöglicht, wobei der Freilaufkreis im einfachsten Fall eine Freilaufdiode enthält. Eine Schnelllöschung ist in diesem Fall nicht vorgesehen.
-
Die nächsten drei Messwerte des Drucks p liegen oberhalb des oberen Druck-Schwellenwerts p2. Die Hubkolbenpumpe 16 kann in diesem Fall weiterhin mit Ansteuerimpulsen 30 angesteuert werden, ohne dass nach dem Abschalten der Ansteuerimpulse 30 eine Schnelllöschung vorgesehen ist. Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einem Druck p oberhalb des oberen Druck-Schwellenwerts p2 die Ansteuerung der Hubkolbenpumpe 16 vollständig entfallen, da genügend Druck p für die Dosierung zur Verfügung steht.
-
Der nächste Messwert des Drucks p liegt wieder zwischen dem oberen und dem unteren Druck-Schwellenwert p1, p2. Bereitgestellt wird wieder ein Ansteuerimpuls 30, wobei der Stromabfall 34 wieder im Rahmen des normalen Freilaufs erfolgen soll.
-
Der nächste Messwert des Drucks p liegt unterhalb des unteren Druck-Schwellenwerts p2. In diesem Betriebszustand wird die Hubkolbenpumpe 16 in jedem Fall mit einem Ansteuerimpuls 30 beaufschlagt, der zudem nach der kürzest möglichen Wartezeit zwischen aufeinanderfolgenden Ansteuerimpulsen 30 bereitgestellt wird. Aufgrund des langsamen Stromabfalls 34 im Rahmen des normalen Freilaufs tritt bereits wieder ein Stromanstieg 32 auf, der jedoch nicht bei dem Strom i gleich null beginnt, da die induktiv gespeicherte Energie noch nicht vollständig abgebaut werden konnte. In diesem Betriebszustand kann die Hubkolbenpumpe 16 keinen vollständigen Hub durchführen.
-
Die folgenden Messwerte des Drucks p liegen weiterhin jeweils unterhalb des unteren Druck-Schwellenwerts p1. Sowohl bei dem zuletzt aufgetretenen Ansteuerimpuls 30 als auch bei den folgenden Ansteuerimpulsen 30, bei denen die Messwerte des Drucks p unterhalb des unteren Druck-Schwellenwerts p1 liegen, ist jeweils nach dem Abschalten des Ansteuerimpulses 30 eine Schnelllöschung vorgesehen, bei welcher ein rascher Stromabfall 36 auftritt, der mit einem entsprechend raschen Abbau der induktiv gespeicherten Energie verbunden ist, sodass der Strom i zwischen den Ansteuerimpulsen 30 auf den Wert null abfallen kann. Die Hubkolbenpumpe 16 ist dann in der Lage, in schneller Folge vollständige Kolbenhübe durchzuführen und bei einer hohen Dosierrate den erforderlichen Druck p aufrechtzuerhalten.
-
Die Schnelllöschung ist im eingangs genannten Stand der Technik gemäß der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 060 771 A1 detailliert beschrieben, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Zur Durchführung der Schnelllöschung wird parallel zur Magnetspule
18 eine Serienschaltung geschaltet, die beispielsweise eine Sperrdiode und eine Zenerdiode enthält. Die Sperrdiode und die Zenerdiode bilden bei einem durch die Magnetspule
18 fließenden Strom i nach dem Trennen der Magnetspule
18 vom Betriebsstromkreis einen Schnelllöschungs-Stromkreis. Mit der Zenerdiode wird eine Soll-Spannung im Schnelllöschungs-Stromkreis festgelegt, die erheblich höher als die Betriebsspannung der Magnetspule
18 liegen kann. Die Soll-Spannung kann beispielsweise bei 60 V liegen. Mit dem Schnelllöschungs-Stromkreis kann ein erheblich schnellerer Abbau der induktiv gespeicherten Energie erfolgen als in einem herkömmlichen Freilaufkreis, bei welchem der Stromfluss durch die Magnetspule
18 beispielsweise mit einer Freilaufdiode gegen die Betriebsspannung aufrechterhalten wird.
-
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schnelllöschung, sofern eine Schnelllöschung vorgesehen ist, unmittelbar nach dem Ende des Ansteuerimpulses 30 vorgenommen wird. Mit dieser Maßnahme kann die höchste Schaltfrequenz der Hubkolbenpumpe 16 erreicht werden. Alternativ kann vorgesehen sein, den Stromabfall 34 zunächst im Rahmen des herkömmlichen Freilaufs beginnen zu lassen und erst danach die Schnelllöschung zu schalten. Die Verzögerung bei der Schnelllöschung sollte derart bemessen sein, dass der Strom i durch die Magnetspule 18 zu null werden kann, bevor der neue Ansteuerimpuls 30 auftritt.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schnelllöschung nur bei einer hohen Ansteuerfrequenz der Hubkolbenpumpe 16 vorgesehen. Die Schnelllöschung, die mit einer vergleichsweise hohen Belastung der für die Schnelllöschung zuständigen elektronischen Bauteile verbunden ist, und die eine erhöhte Geräuschentwicklung durch das harte Anschlagen des Ankers 20 am Endanschlag zur Folge hat, wird auf das notwendige Maß bei einer geforderten hohen Dosierrate begrenzt.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass anstelle eines einzigen Steuergeräts, welches sowohl die Ansteuerimpulse 30 als auch das Dosiersignal s bereitstellt, zwei getrennte Steuergeräte 24, 28 vorgesehen sind, wobei das erste Steuergeräte 24 die Ansteuerimpulse 30 für die Hubkolbenpumpe 16 und das zweite Steuergerät 28 das Dosiersignal s für das Dosierventil 26 bereitstellt. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, die beiden Steuergeräte 24, 28 an unterschiedlichen Positionen zu installieren. Weiterhin kann das Reagenzmittel-Dosiersystem 10 aus Baugruppen zusammengestellt werden, die von unterschiedlichen Herstellern bereitgestellt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007060771 A1 [0003, 0034]
- DE 102011088704 A1 [0004]
