DE102018216402A1 - Process for quality detection of a reducing agent - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätserkennung eines Reduktionsmittels (2) in einem Reduktionsmitteltank (1) eines SCR-Systems für einen Verbrennungsmotor mittels eines Messsystems (3), welches eine Schallquelle, einen Schallsensor und ein stationäres Objekt (5), das in einem definierten Abstand zur Schallquelle und zum Schallsensor angeordnet ist, aufweist. Wenn die Temperatur des Reduktionsmittels (2) oberhalb eines Gefrierpunkts des Reduktionsmittels (2) mit Soll-Konzentration liegt, wird von der Schallquelle eine Schallwelle (S) in Richtung des stationären Objekts (5) ausgesendet und das stationäre Objekt (5) reflektiert die Schallwelle (S) in Richtung des Schallsensors als Reflexionswelle (R). Wenn die Reflexionswelle (R) nicht vom Schallsensor empfangen wird, wird auf einen Fehler geschlossen. Wenn auf einen Fehler geschlossen wurde und wenn der Reduktionsmitteltank (1) zumindest soweit gefüllt ist, dass das Messsystem (3) bedeckt ist und wenn das Messsystem (3) als fehlerfrei erkannt wird, darauf geschlossen wird, dass die Konzentration des Reduktionsmittels (2) von der Soll-Konzentration abweicht.The invention relates to a method for quality detection of a reducing agent (2) in a reducing agent tank (1) of an SCR system for an internal combustion engine by means of a measuring system (3), which has a sound source, a sound sensor and a stationary object (5), which is defined in a Distance to the sound source and the sound sensor is arranged. If the temperature of the reducing agent (2) is above a freezing point of the reducing agent (2) with the desired concentration, a sound wave (S) is emitted in the direction of the stationary object (5) from the sound source and the stationary object (5) reflects the sound wave (S) in the direction of the sound sensor as a reflection wave (R). If the reflection wave (R) is not received by the sound sensor, an error is concluded. If an error has been concluded and if the reducing agent tank (1) is at least filled to such an extent that the measuring system (3) is covered and if the measuring system (3) is recognized as error-free, it is concluded that the concentration of the reducing agent (2) deviates from the target concentration.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätserkennung eines Reduktionsmittels in einem Reduktionsmitteltank eines SCR-Systems. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The present invention relates to a method for quality detection of a reducing agent in a reducing agent tank of an SCR system. The invention further relates to a computer program that executes every step of the method when it runs on a computing device, and to a machine-readable storage medium that stores the computer program. Finally, the invention relates to an electronic control device which is set up to carry out the method according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Heutzutage wird bei der Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungsmaschine das SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) eingesetzt, um Stickoxide (NOx) im Abgas zu reduzieren. Die
Die Masse des abgespalteten Ammoniaks hängt direkt sowohl von der Masse der eindosierten Harnstoff-Wasser-Lösung als auch von der Konzentration des Harnstoffs in der Harnstoff-Wasser-Lösung - die auch als Qualität des Reduktionsmittels bzw. der Harnstoff-Wasser-Lösung bezeichnet wird - ab. The mass of the ammonia split off depends directly both on the mass of the metered urea-water solution and on the concentration of the urea in the urea-water solution - which is also referred to as the quality of the reducing agent or the urea-water solution - from.
Daher ist es für die Funktionsweise des SCR-Systems relevant, die Qualität der HWL zu überwachen. Ist die Konzentration des Harnstoffs bzw. die Qualität des Reduktionsmittels zu gering, wird weniger Stickoxid umgesetzt und der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators fällt. Ist die Konzentration des Harnstoffs zu groß bzw. die Qualität des Reduktionsmittels zu hoch, reagiert der umgewandelte Ammoniak nicht mit den Stickoxiden und passiert den SCR-Katalysator; Ammoniak-Schlupf entsteht.It is therefore relevant for the functioning of the SCR system to monitor the quality of the HWL. If the concentration of urea or the quality of the reducing agent is too low, less nitrogen oxide is converted and the efficiency of the SCR catalyst drops. If the concentration of urea is too high or the quality of the reducing agent is too high, the converted ammonia does not react with the nitrogen oxides and passes through the SCR catalytic converter; Ammonia slip occurs.
Die
Dieses Verfahren setzt allerdings voraus, dass das Reduktionsmittel in flüssigem Zustand vorliegt. Der Gefrierpunkt der obengenannten 32,5%igen Harnstoff-Wasser-Lösung liegt bei ca. -11°C, sodass es in der Praxis vorkommen kann, dass das zu untersuchende Reduktionsmittel eingefroren ist. Im gefrorenen Zustand ändert sich die Transmission für die Schallwellen, sodass die Reflexionswelle den Wandler nicht mehr erreicht. Daher kann die Qualität nicht mit dem obengenannten Verfahren bestimmt werden.However, this process assumes that the reducing agent is in the liquid state. The freezing point of the 32.5% urea-water solution mentioned above is approx. -11 ° C, so that in practice it can happen that the reducing agent to be investigated is frozen. When frozen, the transmission for the sound waves changes so that the reflection wave no longer reaches the transducer. Therefore, the quality cannot be determined by the above method.
Für den Fall, dass die Reflexionswelle den Wandler nicht erreicht, wird ein Fehler ausgegeben. Im Allgemeinen kann jedoch nicht direkt darauf geschlossen werden, dass, wenn der Wandler keine Reflexionswelle empfängt, das Reduktionsmittel gefroren ist, vielmehr müssen andere Fehlerquellen, insbesondere ein leerer Reduktionsmitteltank oder ein defekter Wandler in Betracht gezogen werden. Es sind Füllstandsensoren bekannt, um den Füllstand des Reduktionsmitteltanks zu ermitteln und somit auch den Fall zu erkennen, dass der Reduktionsmitteltank leer ist. Daneben sind Verfahren zur Überwachung des Wandlers bekannt.In the event that the reflection wave does not reach the converter, an error is output. In general, however, it cannot be directly concluded that if the transducer does not receive a reflection wave, the reducing agent is frozen, rather other sources of error, in particular an empty reducing agent tank or a defective transducer, have to be considered. Fill level sensors are known to determine the fill level of the reducing agent tank and thus also to recognize the case that the reducing agent tank is empty. In addition, methods for monitoring the converter are known.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird ein Verfahren zur Qualitätserkennung eines Reduktionsmittels in einem Reduktionsmitteltank eines SCR-Systems für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen. Es ist ein Messsystem vorgesehen, welches eine Schallquelle, einen Schallsensor und ein stationäres Objekt, das in einem definierten Abstand zur Schallquelle und zum Schallsensor angeordnet ist, aufweist. Als bevorzugte Ausgestaltung ist die Schallquelle eine Ultraschallquelle. Vorzugsweise bilden die Schallquelle und der Schallsensor eine Einheit und sind beispielsweise als Messwandler, auch Transducer genannt, und speziell als Ultraschallkopf ausgebildet.A method for quality detection of a reducing agent in a reducing agent tank of an SCR system for an internal combustion engine is proposed. A measuring system is provided which has a sound source, a sound sensor and a stationary object which is arranged at a defined distance from the sound source and the sound sensor. As a preferred embodiment, the sound source is an ultrasound source. The sound source and the sound sensor preferably form a unit and are designed, for example, as measuring transducers, also called transducers, and specifically as ultrasonic heads.
Herkömmlicherweise ist es vorgesehen die Konzentration des Reduktionsmittels im flüssigen Aggregatzustand zu bestimmen. Es ist eine Temperaturschwelle vorgesehen, die den Gefrierpunkt des Reduktionsmittels bei Soll-Konzentration repräsentiert. Als Soll-Konzentration wird hierbei die Konzentration bezeichnet, von der angenommen wird, dass das verwendete Reduktionsmittel diese aufweist, und von der im weiteren Betrieb, beispielsweise im Rahmen von Dosierstrategien, ausgegangen wird. Die Temperaturschwelle wird also je nach verwendetem Reduktionsmittel gewählt und kann beispielsweise aus einer Tabelle abgelesen werden oder durch Versuche im Vorfeld ermittelt werden. Es kann demnach gemäß der Definition der Temperaturschwelle angenommen werden, dass bei einer Temperatur oberhalb der Temperaturschwelle das Reduktionsmittel bei Soll-Konzentration im flüssigen Aggregatzustand vorliegt. Als bevorzugte Temperaturschwelle wird der Gefrierpunkt einer typischerweise verwendeten Harnstoff-Wasser-Lösung, der bei -11°C liegt, verwendet. Die Temperatur wird vorzugsweise durch einen Temperatursensor am oder im Reduktionsmitteltank gemessen.Conventionally, it is provided to determine the concentration of the reducing agent in the liquid state. It is one Temperature threshold provided, which represents the freezing point of the reducing agent at the target concentration. The target concentration is the concentration from which it is assumed that the reducing agent used has it and which is assumed in further operation, for example as part of metering strategies. The temperature threshold is therefore selected depending on the reducing agent used and can be read, for example, from a table or determined in advance by tests. It can therefore be assumed according to the definition of the temperature threshold that the reducing agent is in the liquid state at the target concentration at a temperature above the temperature threshold. The preferred temperature threshold is the freezing point of a typically used urea-water solution, which is around -11 ° C. The temperature is preferably measured by a temperature sensor on or in the reducing agent tank.
Liegt die Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels mit Soll-Konzentration, erfolgt die Diagnose. Hierbei wird eine Schallwelle von der Schallquelle in Richtung des stationären Objekts abgegeben. Dort reflektiert das stationäre Objekt die Schallwelle in Richtung des Schallsensors. Die reflektierte Schallwelle wird im Folgenden als „Reflexionswelle“ bezeichnet. Wird die Reflexionswelle nicht vom Schallsensor empfangen, so wird auf einen Fehler geschlossen. Allgemeine Fehlerquellen sind eine Fehlfunktion des Messsystems oder ein ungenügender Füllstand des Reduktionsmittels, bei dem der Schallsensor und das stationäre Objekt sowie den dazwischen befindlichen Schallweg, also das Messsystem, nicht überdeckt werden zu nennen.If the temperature is above the freezing point of the reducing agent with the target concentration, the diagnosis is made. Here, a sound wave is emitted from the sound source in the direction of the stationary object. There the stationary object reflects the sound wave in the direction of the sound sensor. The reflected sound wave is referred to below as the “reflection wave”. If the reflection wave is not received by the sound sensor, an error is concluded. General sources of error are a malfunction of the measuring system or an insufficient fill level of the reducing agent, in which the sound sensor and the stationary object as well as the sound path in between, i.e. the measuring system, are not covered.
Wenn auf einen Fehler geschlossen wurde, wird geprüft, ob die übrigen Fehlerquellen ausgeschlossen werden können. Es sind bereits Vorrichtungen und Verfahren bekannt, um diese Fehlerquellen zu erkennen. Im Einzelnen bedeutet das: Der Reduktionsmitteltank ist zumindest soweit mit der Reduktionsmittellösung gefüllt, dass das Messsystem bedeckt ist, d. h. sowohl die Schallquelle und der Schallsensor - bzw. der Messwandler - als auch das stationäre Objekt sowie der dazwischen befindliche Schallweg sind vom Reduktionsmittel bedeckt. Der Füllstand kann vorzugsweise durch einen Füllstandsensor überwacht werden. Zudem wird das Messsystem mittels eines Diagnoseverfahrens als fehlerfrei erkannt, d. h. die Schallquelle und der Schallsensor - bzw. der Messwandler - sind funktionsfähig und für den Einsatz richtig eingestellt und justiert und das stationäre Objekt ist richtig ausgerichtet. Je nach Diagnose kann das Messsystem während des Einsatzes oder bei einer Wartung überprüft werden. Wird die Temperatur, wie vorstehend beschrieben, durch einen Temperatursensor gemessen, wird dessen Funktionsfähigkeit und Kalibrierung ebenfalls geprüft.If an error has been concluded, it is checked whether the other sources of error can be excluded. Devices and methods for recognizing these sources of error are already known. Specifically, this means that the reducing agent tank is filled with the reducing agent solution at least to such an extent that the measuring system is covered, ie. H. Both the sound source and the sound sensor - or the transducer - as well as the stationary object and the sound path in between are covered by the reducing agent. The fill level can preferably be monitored by a fill level sensor. In addition, the measuring system is recognized as error-free by means of a diagnostic method, i. H. the sound source and the sound sensor - or the transducer - are functional and correctly set and adjusted for use, and the stationary object is correctly aligned. Depending on the diagnosis, the measuring system can be checked during use or during maintenance. If the temperature is measured by a temperature sensor as described above, its functionality and calibration are also checked.
Gemäß dem Verfahren wird für diesen Fall, bei dem die Temperatur über der Temperaturschwelle liegt und bei dem auf einen Fehler geschlossen wurde, die oben genannten Fehlerquellen allerdings ausgeschlossen werden können, darauf geschlossen, dass die Konzentration des Reduktionsmittels von der Soll-Konzentration abweicht. Grund hierfür ist, dass, wenn alle anderen Fehlerquellen ausgeschlossen werden können, nur die Transmissionseigenschaften des Reduktionsmittels für den Fehler verantwortlich sein können. Diese ändern sich besonders stark, wenn das Reduktionsmittel eingefroren ist, und zwar so stark, dass die Schallwelle nicht mehr in vorgesehener Weise reflektiert werden kann und demnach auch keine Reflexionswelle vom Schallsensor erfasst werden kann. Der Fehler rührt also von einem eingefrorenen Reduktionsmittel her. Da die Temperatur aber oberhalb der Temperaturschwelle liegt, die den Gefrierpunkt des Reduktionsmittels bei Soll-Konzentration repräsentiert, kann das Reduktionsmittel nur einfrieren, wenn die Konzentration des Reduktionsmittels von der Soll-Konzentration abweicht.According to the method, in this case, in which the temperature is above the temperature threshold and in which an error has been concluded, but the above-mentioned sources of error can be excluded, it is concluded that the concentration of the reducing agent deviates from the target concentration. The reason for this is that if all other sources of error can be excluded, only the transmission properties of the reducing agent can be responsible for the error. These change particularly strongly when the reducing agent is frozen, to such an extent that the sound wave can no longer be reflected in the intended manner and therefore no reflection wave can be detected by the sound sensor. The error therefore comes from a frozen reducing agent. However, since the temperature is above the temperature threshold that represents the freezing point of the reducing agent at the target concentration, the reducing agent can only freeze if the concentration of the reducing agent deviates from the target concentration.
Durch dieses Verfahren ist eine Qualitätserkennung des Reduktionsmittels auch im eingefrorenen Zustand möglich.This method enables the reducing agent to be recognized in quality even in the frozen state.
Typischerweise wird als Reduktionsmittel eine Harnstoff-Wasser-Lösung verwendet. Der Gefrierpunkt für eine 32,5%ige Harnstoff-Wasser-Lösung liegt bei Soll-Konzentration bei -11°C. Vorteilhafterweise liegt die Temperatur oberhalb dieses Gefrierpunkts der Harnstoff-Wasser-Lösung bei Soll-Konzentration. Dadurch kann der häufig vorkommende Fall, dass der Reduktionsmitteltank mit Wasser anstelle der Harnstoff-Wasser-Lösung betankt wird, erfasst werden. Denn durch das zusätzlich eingebrachte Wasser verringert sich die Konzentration der Harnstoff-Wasser-Lösung und der Gefrierpunkt verschiebt sich bei geringer werdender Konzentration zu 0°C hin.A urea-water solution is typically used as the reducing agent. The freezing point for a 32.5% urea-water solution is -11 ° C at the target concentration. The temperature is advantageously above this freezing point of the urea-water solution at the desired concentration. As a result, the frequently occurring case that the reducing agent tank is filled with water instead of the urea-water solution can be recorded. Because the additional water introduced reduces the concentration of the urea-water solution and the freezing point shifts to 0 ° C as the concentration decreases.
Demnach ist es vorteilhaft, dass das Verfahren nur ausgeführt wird, wenn die Temperatur bei wasserbasierten Reduktionsmitteln unterhalb von 0°C liegt, da ein Gefrierpunkt der oberhalb liegt, nicht erreicht wird.Accordingly, it is advantageous that the method is only carried out when the temperature in the case of water-based reducing agents is below 0 ° C., since a freezing point which is above this is not reached.
Vorzugsweise wird das Verfahren unmittelbar direkt nach dem Start des Verbrennungsmotors ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt sind zusätzliche Heizvorrichtungen, die zum Auftauen des Reduktionsmittels dienen, noch nicht voll einsatzfähig.The method is preferably carried out immediately after the start of the internal combustion engine. At this point, additional heaters that are used to thaw the reducing agent are not yet fully operational.
Ein bereits genannter Füllstandmesser ist typischerweise nicht in der Lage, den Füllstand des Reduktionsmittels im gefroren Zustand zu messen. Vorzugsweise wird ein zuletzt als gültig gespeicherter Füllstand, der zuvor durch den Füllstandsensor ermittelt wurde, zur Bewertung, ob das Messsystem bedeckt ist, verwendet. A fill level meter already mentioned is typically not able to measure the fill level of the reducing agent in the frozen state. A fill level last stored as valid, which was previously determined by the fill level sensor, is preferably used to assess whether the measuring system is covered.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.The computer program is set up to carry out each step of the method, in particular if it is carried out on a computing device or control device. It enables the method to be implemented in a conventional electronic control unit without having to make structural changes to it. For this purpose, it is stored on the machine-readable storage medium.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, die Qualitätserkennung des Reduktionsmittels durchzuführen.By loading the computer program onto a conventional electronic control device, the electronic control device is obtained which is set up to carry out the quality detection of the reducing agent.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Reduktionsmitteltanks mit einem Messsystem, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. -
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 shows a schematic representation of a reducing agent tank with a measuring system in which the inventive method can be carried out. -
2nd shows a flow chart of an embodiment of the inventive method.
Ausführungsbeispiel der ErfindungEmbodiment of the invention
Wird hingegen in der Abfrage
Wird die Fehlerquelle durch eine diese Abfragen
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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