DE102020212849A1

DE102020212849A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Leitungslänge

Info

Publication number: DE102020212849A1
Application number: DE102020212849.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Luebbert; Peter Bauer; Cornelius Köhler; Youness Idar
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2022-04-14
Also published as: US20230375324A1; CN116368387A; WO2022078786A1; EP4226070A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Länge einer beheizten Druckleitung für eine Fördervorrichtung einer wässrigen Harnstofflösung in einem Kraftfahrzeuge von einem Tank hin zu einem Injektor, wobei die Druckleitung elektrisch beheizbar ist und durch das Anlegen einer Spannung an einen an der Druckleitung geführten elektrischen Leiter unter Ausnutzung des Ohmschen Widerstandes beheizt wird, wobei durch die folgende Formel die Länge der Druckleitung errechnet wird:lDruckleitung=RHeizleitung×Aρwobei A den Querschnitt des elektrischen Leiters bezeichnet, und p den spezifischen elektrischen Widerstand des elektrischen Leiters bezeichnet und RHeizleitungden elektrischen Widerstand des zur Beheizung der Druckleitung genutzten elektrischen Leiters bezeichnet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Länge einer beheizten Druckleitung für eine Fördervorrichtung einer wässrigen Harnstofflösung in einem Kraftfahrzeuge von einem Tank hin zu einem Injektor, wobei die Druckleitung elektrisch beheizbar ist und durch das Anlegen einer Spannung an einen an der Druckleitung geführten elektrischen Leiter unter Ausnutzung des Ohmschen Widerstandes beheizt wird.
Stand der Technik
Weltweit sind in vielen Staaten gesetzliche Regelungen getroffen worden, die einen oberen Grenzwert für den Gehalt von bestimmten Substanzen im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen festlegen. Hierbei handelt es sich zumeist um Substanzen, deren Abgabe an die Umwelt unerwünscht ist. Eine dieser Substanzen stellt Stickoxid (NOx) dar, deren Anteil im Abgas gesetzlich festgelegte Grenzwerte nicht übersteigen darf. Auf Grund der Rahmenbedingungen, beispielsweise der Auslegung der Verbrennungskraftmaschinen im Hinblick auf günstige Verbrauche und ähnliches, ist die innermotorische Vermeidung der Stickoxidemission bei der Verminderung des Anteils der Stickoxide im Abgas nur begrenzt tauglich, so dass für die Einhaltung relativ niedriger Grenzwerte eine Abgasnachbehandlung erforderlich ist. Hierbei hat sich herausgestellt, dass eine selektive katalytische Reduktion (SCR, selective catalytic reduction) der Stickoxide vorteilhaft ist. Diese SCR-Methode benötigt ein Reduktionsmittel, welches stickstoffhaltig ist. Insbesondere hat sich der Einsatz von Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel als eine mögliche Alternative herausgestellt. Auf Grund der chemischen Eigenschaften und der gesetzlichen Bestimmungen in vielen Staaten wird üblicherweise der Ammoniak nicht als reines Ammoniak vorgehalten, da dies insbesondere bei Kraftfahrzeugen oder anderen mobilen Anwendungen zu Problemen führen kann. Vielmehr werden statt einer Bevorratung der Reduktionsmittel selbst oftmals Reduktionsmittelvorläufer gespeichert und mitgeführt. Unter einem Reduktionsmittelvorläufer wird insbesondere ein Stoff verstanden, welcher das Reduktionsmittel abspaltet oder chemisch in das Reduktionsmittel umgewandelt werden kann. Beispielsweise stellt für das Reduktionsmittel Ammoniak Harnstoff einen Reduktionsmittelvorläufer dar.
Die wässrige Ammoniaklösung, der Harnstoff, wird in einem Tank mitgeführt und mittels einer geeigneten Fördervorrichtung in genau dosierten Mengen in den Abgastrakt gefördert. Die wässrige Ammoniaklösung wird hierzu entlang einer Druckleitung von der Fördervorrichtung hin zu einem Injektor geführt. Durch den Injektor wird die wässrige Harnstofflösung schließlich in den Abgastrakt eingebracht und dort thermisch in Ammoniak und Wasser umgewandelt, um im Folgenden die Reduktion der im Abgas enthaltenen Stickoxide zu bewirken.
Um die Funktionalität der Fördervorrichtung, insbesondere das Spülen und Füllen der Leitungen, sicherzustellen ist es notwendig, dass in der Steuervorrichtung der Fördervorrichtung Parameter, wie beispielsweise die Anzahl, die Länge und der Durchmesser der Druckleitungen hinterlegt sind. Bislang werden diese Parameter manuell in die Steuervorrichtung eingegeben, was einerseits eine hohe Zeit- und Kostenbelastung darstellt und andererseits eine Fehlerquelle darstellt.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu schaffen, welches es erlaubt die für den Betrieb der Fördervorrichtung notwendigen Parameter der Druckleitungen beziehungsweise der Druckleitungen automatisch zu erkennen und in der Steuervorrichtung abzulegen.
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Länge einer beheizten Druckleitung für eine Fördervorrichtung einer wässrigen Harnstofflösung in einem Kraftfahrzeuge von einem Tank hin zu einem Injektor, wobei die Druckleitung elektrisch beheizbar ist und durch das Anlegen einer Spannung an einen an der Druckleitung geführten elektrischen Leiter unter Ausnutzung des Ohmschen Widerstandes beheizt wird, wobei durch die folgende Formel die Länge der Druckleitung errechnet wird: $l_{D r u c k l e i t u n g} = \frac{R_{H e i z l e i t u n g} \times A}{ρ}$
wobei A den Querschnitt des elektrischen Leiters bezeichnet, und p den spezifischen elektrischen Widerstand des elektrischen Leiters bezeichnet und R_Heizleitung den elektrischen Widerstand des zur Beheizung der Druckleitung genutzten elektrischen Leiters bezeichnet.
Die Fluidleitung vom Tank hin zum Injektor erfolgt durch das Durchströmen der nachfolgenden Elemente. Aus dem Tank durch ein Anschlusselement, beispielsweise einen Konnektor, durch die eigentliche Druckleitung, durch ein weiteres Anschlusselement, beispielsweise einen Konnektor, hin zum Injektor, durch welchen das Fluid schließlich in den Abgastrakt eingebracht wird.
Eine wichtige Größe, um einen fehlerfreien Betrieb der Fördervorrichtung sicherzustellen, ist die Länge der Druckleitung. Diese ist wichtig, um beispielsweise das Spülen der Druckleitung und auch das Vorfördern von Fluid in die Druckleitung korrekt durchführen zu können. Durch eine Veränderung der Länge der Druckleitung würde die Spülzeit oder die Vorförderzeit nicht mehr ausreichen oder zu lang sein. Eine genaue Anpassung an die tatsächlich verwendete Druckleitung ist somit notwendig.
Der hier verfolgte Ansatz geht darauf zurück, dass einerseits die dem Material des elektrischen Leiters zugeordneten Eigenschaften, wie dem spezifischen elektrischen Widerstand und dem Querschnitt, bekannt sind und andererseits die Leistungsaufnahme des als Heizung fungierenden elektrischen Leiters bekannt ist. Somit lässt sich rückwirkend von der bekannten Leitungsaufnahme die Länge der Druckleitung errechnen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektrische Widerstand R_Heizleitung sich durch die Formel: $R_{H e i z l e i t u n g} = R_{G e s a m t} - (R_{K o n n e k t o r 1} + R_{K o n n e k t o r 2})$
ergibt, wobei R_Gesamt dem elektrischen Gesamtwiderstand, der zur Beheizung der Druckleitung genutzten Heizleitung und dem elektrischen Widerstand der an der Druckleitung verwendeten elektrisch beheizbaren Konnektoren, entspricht.
Der elektrische Widerstand des elektrischen Leiters, welcher zu Beheizung der Druckleitung verwendet wird, ergibt sich aus dem Gesamtwiderstand der Heizvorrichtung in Gänze, also elektrische Leiter an der Druckleitung und den Konnektoren, abzüglich der elektrischen Widerstände der beiden verwendeten beheizbaren Konnektoren.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Gesamtwiderstand R_Gesamt sich aus dem Verhältnis der angelegten Spannung U zur Stromstärke I ergibt, wobei die zur Beheizung genutzte Leistung P sich durch die Multiplikation der angelegten Spannung U und der Stromstärke I ergibt.
Mit einer bekannte Leistungsaufnahme P kann so bei bekannter Stromstärke oder Spannung, wobei die Spannung regelmäßig durch das vorhandene Bordnetz des Kraftfahrzeugs definiert und somit bekannt ist, der Gesamtwiderstand der Heizvorrichtung ermittelt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet ist, welches den elektrischen Leiter bildet. Die Druckleitung ist bevorzugt aus einem flexiblen Material wie beispielsweise einem Kunststoff, der außerdem eine ausreichend hohe Berstfestigkeit aufweist. Eine solche Kunststoffleitung kann mit einer metallischen, elektrisch leitfähigen Schicht ganz oder teilweise überzogen sein. Diese Schicht bildet dann das Heizelement aus.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Ermittlung der Länge der Druckleitung nach der erfolgten Endmontage ein erstes Mal durchgeführt wird, wobei der ermittelte Wert in einem nicht überschreibbaren Speicher der Fördervorrichtung abgelegt wird.
Die Endmontage kann beispielsweise durch die Endmontage im Fahrzeug definiert sein. In jedem Fall ist hiermit ein Zeitpunkt gemeint, nach welchem keine bauliche Veränderung des Systems, wie beispielsweise das Austauschen von Teilen, vorgesehen ist. Die Fördervorrichtung und insbesondere die Druckleitung befinden sich in einem Einbauzustand, der auch dem Zustand bei der späteren geplanten Verwendung entspricht.
Durch die Ermittlung der Leitungslänge nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Wert ermittelt, der unveränderlich in einem Speicher der Fördervorrichtung abgelegt wird. Die ermittelte Leitungslänge wird dann einerseits dazu verwendet die anderen relevanten Funktionen der Fördervorrichtung, wie beispielsweise das Spülen und Vorfördern, korrekt abbilden zu können und beispielsweise die Förderzeit der Fluidpumpe möglichst exakt einstellen zu können. Andererseits wird die ermittelte Leitungslänge als Referenzwert abgelegt, um eine Veränderung des Gesamtsystems, etwa durch Austauschen der Druckleitung, erkennen zu können.
Dazu ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren während der Nutzungsdauer des Kraftfahrzeugs zu definierten Zeitpunkten wiederholt durchgeführt wird und ein Abgleich des im nicht überschreibbaren Speicher abgelegten Wertes durchgeführt wird.
Durch das wiederholte Ausführen des Verfahrens, beispielsweise beim Motorstart oder an einem anderen definierten Zeitpunkt, wird jeweils wieder ein aktueller Wert für die Länge der Druckleitung ermittelt. Durch einen Abgleich mit dem ursprünglich ermittelten und abgelegten Wert kann so eine Veränderung am System erkannt werden.
Neben einer Veränderung der Länge der Druckleitung kann auch eine Veränderung des elektrischen Widerstands auf diese Weise erkannt werden, und somit ein Defekt, beispielsweise durch einen gebrochenen elektrischen Leiter, erkannt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei Feststellung einer Abweichung zwischen dem im nicht überschreibbaren Speicher abgelegten Wert und dem neu ermittelten Wert eine Fehlermeldung erzeugt wird. Eine Fehlermeldung kann eine Anzeige im Sichtfeld des Fahrers auslösen, so dass dieser über eine erkannte Unregelmäßigkeit informiert wird. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Fehlermeldung in einem Speicher der Fördervorrichtung oder des Kraftfahrzeugs abgelegt wird, um diese zu Diagnosezwecken zu verwenden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Druckleitung aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, wobei die Druckleitung selbst den elektrischen Leiter zu Beheizung bildet.
Alternativ kann die Druckleitung beispielsweise mit einem elektrischen Leiter umwickelt sein. In jedem Fall ist der elektrische Leiter, ob als Beschichtung, als fluidführendes Bauteil selbst oder als gewickelter Leiter, nach der Endmontage des Systems nicht mehr veränderlich, so dass der elektrische Leiter und somit der durch den Leiter erzeugte elektrische Widerstand konstant ist.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Druckleitung über einen ersten Konnektor an einem freien Ende an den Tank fluidleitend angebunden ist und an dem zweiten freien Ende mittels eines zweiten Konnektors fluidleitend an den Injektor angebunden ist.
Konnektoren sind Bauteile, die der drucksicheren Verbindung zwei Bauteile dienen. Unter andrem gibt es auch Konnektoren, die selbst elektrisch beheizbar sind. Diese weisen einen den Fluidkanal umgebenden elektrischen Leiter auf, der bestromt werden kann, um so eine Erwärmung des Konnektors zu erreichen. Jeder der verwendeten beheizbaren Konnektoren weiß somit auch einen eigenen elektrischen Widerstand auf, welcher zur Ermittlung der genauen Länge der Druckleitung über das erfindungsgemäße Verfahren herausgerechnet werden muss.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Steuervorrichtung in der Fördervorrichtung bereits mit einem spezifischen Datensatz beschrieben ist, wobei dieser durch den nach der Endmontage ermittelten Wert für die Länge der Druckleitung vervollständigt wird. Ein manuelles bedaten der Steuervorrichtung kann somit entfallen und die Steuervorrichtungen unterschiedlicher Kraftfahrzeuge könnten mit einem einheitlichen Datensatz versehen werden, der auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens an die jeweiligen spezifischen Randbedingungen angepasst wird. Hierdurch wird unter anderem auch eine Fehlerquelle ausgeschlossen, da nicht aus Versehen ein Datensatz mit einem falschen Wert für die Leitungslänge verwendet werden kann. Dies erhöht die Robustheit des Systems.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Länge einer beheizten Druckleitung für eine Fördervorrichtung einer wässrigen Harnstofflösung in einem Kraftfahrzeuge von einem Tank hin zu einem Injektor, wobei die Druckleitung elektrisch beheizbar ist und durch das Anlegen einer Spannung an einen an der Druckleitung geführten elektrischen Leiter unter Ausnutzung des Ohm'schen Widerstandes beheizt wird, wobei durch die folgende Formel die Länge der Druckleitung errechnet wird: $l_{D r u c k l e i t u n g} = \frac{R_{H e i z l e i t u n g} \times A}{ρ}$
wobei A den Querschnitt des elektrischen Leiters bezeichnet, und p den spezifischen elektrischen Widerstand des elektrischen Leiters bezeichnet und R_Heizleitung den elektrischen Widerstand des zur Beheizung der Druckleitung genutzten elektrischen Leiters bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand R_Heizleitung sich durch die Formel: $R_{H e i z l e i t u n g} = R_{G e s a m t} - (R_{K o n n e k t o r 1} + R_{K o n n e k t o r 2})$
ergibt, wobei R_Gesamt dem elektrischen Gesamtwiderstand, der zur Beheizung der Druckleitung genutzten Heizleitung und dem elektrischen Widerstand der an der Druckleitung verwendeten elektrisch beheizbaren Konnektoren, entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Gesamtwiderstand R_Gesamt sich aus dem Verhältnis der angelegten Spannung U zur Stromstärke I ergibt, wobei die zur Beheizung genutzte Leistung P sich durch die Multiplikation der angelegten Spannung U und der Stromstärke I ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenzeichnet, dass die Druckleitung mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet ist, welches den elektrischen Leiter bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Länge der Druckleitung nach der erfolgten Endmontage ein erstes Mal durchgeführt wird, wobei der ermittelte Wert in einem nicht überschreibbaren Speicher der Fördervorrichtung abgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während der Nutzungsdauer des Kraftfahrzeugs zu definierten Zeitpunkten wiederholt durchgeführt wird und ein Abgleich des im nicht überschreibbaren Speicher abgelegten Wertes durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung einer Abweichung zwischen dem im nicht überschreibbaren Speicher abgelegten Wert und dem neu ermittelten Wert eine Fehlermeldung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, wobei die Druckleitung selbst den elektrischen Leiter zu Beheizung bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung über einen ersten Konnektor an einem freien Ende an den Tank fluidleitend angebunden ist und an dem zweiten freien Ende mittels eines zweiten Konnektors fluidleitend an den Injektor angebunden ist.