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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf einen Prozess zum Starten eines SCR-Systems, das unter Frostbedingungen arbeiten soll. Sie bezieht sich insbesondere auf das Vorheizen von Pumpen, die für wässerige Harnstofflösungen bestimmt sind.
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Die Gesetzgebung für Fahrzeug- und Lastkraftwagen-Emissionen setzt unter anderem eine Verringerung der Freisetzung von Stickstoffoxiden NOx in die Atmosphäre fest. Eine bekannte Weise, um dieses Ziel zu erreichen, besteht darin, den SCR-Prozess (Prozess der selektiven katalytischen Reduktion) zu verwenden, der die Reduktion von Stickstoffoxiden durch Einspritzen eines Reduktionsmittels, im Allgemeinen Ammoniak, in die Abgasleitung ermöglicht. Dieses Ammoniak kann von der pyrolytischen Zersetzung einer Ammoniakvorläuferlösung stammen, deren Konzentration die eutektische Konzentration sein kann. Ein solcher Ammoniakvorläufer ist im Allgemeinen eine Harnstofflösung.
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Mit dem SCR-Prozess werden die hohen Anteile an NOx, die in der Maschine während der Verbrennung mit optimiertem Wirkungsgrad erzeugt werden, in einem Katalysator beim Verlassen der Maschine behandelt. Diese Behandlung erfordert die Verwendung des Reduktionsmittels mit einer genauen Konzentration und mit extremer Qualität. Die Lösung wird folglich genau dosiert und in den Abgasstrom eingespritzt, wo sie vor der Umsetzung des Stickstoffoxids (NOx) in Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) hydrolysiert wird.
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Dazu ist es erforderlich, die Fahrzeuge mit einem Tank, der eine Additivlösung (im Allgemeinen eine wässerige Harnstofflösung) enthält, und auch mit einer Vorrichtung zum Befördern und Dosieren der gewünschten Menge an Additiv und zum Einspritzen desselben in die Abgasleitung auszustatten. In Anbetracht dessen, dass die wässerige Harnstofflösung, die im Allgemeinen für diesen Zweck verwendet wird (eutektische Harnstofflösung mit 32,5 Gew.-%), bei –11°C gefriert, ist es erforderlich, eine Heizvorrichtung vorzusehen, um die Lösung im Fall des Starts unter Frostbedingungen zu verflüssigen, um sie in die Abgasleitung einspritzen zu können. Diese Vorrichtung sollte idealerweise zumindest einen Teil des Speichertanks und auch die Leitung, die von diesem Tank zur Einspritzdüse verläuft, und vorzugsweise auch die in dieser Leitung angetroffenen Zubehörteile (Filter, Pumpe usw.) bedecken.
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In einer bevorzugten Variante, der Gegenstand der Anmeldung
FR 0755118 im Namen des Anmelders ist, sind diese Zubehörteile in eine Basisplatte integriert, die in den Tank eingetaucht ist und die unter Verwendung einer flexiblen Heizvorrichtung erhitzt wird, das heißt einer oder mehreren Widerstandsbahn(en), die zwischen zwei flexible Filme eingefügt oder an einem flexiblen Film befestigt sind. Obwohl sie sehr wirksam ist und sich an alle Formen von Basisplatten und von Zubehörteilen anpassen kann, besitzt dieser Typ von Vorrichtung zusätzliche Kosten und ferner macht sie es nicht möglich, das Innere von großen Teilen wie beispielsweise der Pumpe leicht zu heizen.
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Ein Typ von Pumpe, die sehr effizient ist, insbesondere für Harnstoffsysteme, besteht jedoch aus einer Rotationspumpe, die durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC-Motor) angetrieben wird. In einem solchen Motor wird der Rotor durch das sequentielle Umschalten (gemäß einer definierten Zeitsteuerung) von elektromagnetischen Spulen, die im Stator angeordnet sind, gedreht. Obwohl die leitenden Drähte an der Basis dieser Spulen (Wicklungen) im Allgemeinen einen relativ geringen Widerstand aufweisen (um Verluste über den Joule-Effekt und eine übermäßige Erhitzung des Motors zu verhindern), senden sie jedoch eine nicht unbeträchtliche Wärme aus, die natürlich nur verfügbar ist, sobald die Pumpe gestartet ist.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee der Ausnutzung dieser Wärmefreisetzung über den Joule-Effekt, jedoch ohne zu verursachen, dass sich die Pumpe dreht, um die Pumpe beispielsweise im Fall von Gefrieren vorzuheizen (bevor sie gestartet wird).
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Für diesen Zweck bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf einen Prozess zum Starten eines SCR-Systems, das zum Transportieren von Harnstoff von einem Tank zu den Abgasen einer Maschine unter Verwendung einer Zuführungsleitung bestimmt ist, wobei dieses System eine Rotationspumpe aufweist, die durch einen Controller gesteuert wird und durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC-Motor) angetrieben wird, der einen Rotor, der mit mindestens einem Permanentmagneten ausgestattet ist, und einen Stator mit mindestens 3 elektromagnetischen Spulen aufweist, in denen der Gleichstrom gemäß einer gegebenen Sequenz fließen kann, um zu veranlassen, dass sich der Rotor dreht, gemäß dem vor dem Starten der Pumpe eine Temperatur unter Verwendung eines Sensors gemessen wird, und wenn diese Temperatur unter einer Sollwerttemperatur liegt, bevor der Rotor zur Drehung veranlasst wird, der Strom durch mindestens eine der Spulen in einer Weise geleitet wird, so dass er die Pumpe vorheizt, ohne zu veranlassen, dass sich der Rotor dreht.
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Die Pumpe, für die die Erfindung gilt, ist eine Rotationspumpe, die von einem BLDC-Motor angetrieben wird und deren Betrieb durch einen Controller gesteuert wird. Dieser Motor kann ein Motor mit internem oder externem Rotor. sein. Vorzugsweise handelt es sich um einen Motor mit internem Rotor.
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Der Stator dieses Motors weist mindestens 3 Spulen auf, damit er mindestens 3 Phasen aufweist, die in einer Stern- oder Dreieckkonfiguration montiert sein können. Dieser Stator weist daher im Allgemeinen ein Vielfaches von 3 Spulen, im Allgemeinen 3, 6 oder 9, auf. Gute Ergebnisse wurden mit einem Motor mit einem internen Rotor und einem Stator mit 9 Spulen erhalten, die gleichmäßig um den Rotor angeordnet sind und so verbunden sind, dass sie 3 Phasen bilden (d. h. wobei jede Phase (A, B oder C) 3 Spulen aufweist und wobei die Spulen gleichmäßig um den Rotor in der Reihenfolge A, B, C, A, B, C, A, B, C angeordnet sind).
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Die Pumpe, für die der Prozess gemäß der Erfindung gilt, ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen arbeiten kann, wobei eine im Allgemeinen dem Versorgen einer Zuführungsleitung mit Flüssigkeit entspricht und die andere im Allgemeinen einer Spülung der Zuführungsleitung (und der darin zu findenden Zubehörteile) entspricht. In der Praxis kann dies durch Umkehren der Aktivierungssequenz der Spulen (Phasen) leicht erreicht werden.
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Vorzugsweise ist die Rotationspumpe vom Zahnradpumpentyp. Diese Pumpen haben tatsächlich den Vorteil, dass sie einen identischen Pumpwirkungsgrad in beiden Drehrichtungen schaffen.
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Vorzugsweise ist der Rotor der Pumpe auch ein interner Rotor, der mit mindestens einer Aussparung versehen ist, durch die die abgesaugte Flüssigkeit gedrängt wird. Diese Variante ist der Gegenstand der Anmeldung
FR 0756387 im Namen des Anmelders, deren Inhalt durch den Hinweis in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. In dieser Variante werden die Rückstände von Flüssigkeiten, die in der Pumpe nach der Spülung enthalten sein könnten, optimal erhitzt.
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Der Controller der Pumpe ist ein Steuermodul (das im Allgemeinen einen PID-Regler (Proportional-Integral-Differential-Regler) und einen Motordrehzahl-Controller aufweist) und eine elektrische Leistungsversorgungseinheit, die vorzugsweise den Motor mit der Leistung versorgt, die erforderlich ist, um ihn mit der gewünschten Drehzahl zu drehen, und die ermöglicht, dass seine Drehrichtung umgekehrt wird, wenn es notwendig ist.
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Ganz besonders bevorzugt sendet ein ECM (elektronisches Steuermodul) zum Pumpencontroller eine CAN-Meldung (Meldung eines Controllerbereichsnetzes) oder ein PWM-Steuersignal (Impulsbreitenmodulations-Steuersignal) mit einem Tastverhältnis, das als Funktion der gewünschten Betriebsbedingungen für die Pumpe variiert, und der Controller wirkt dann auf den Motor ein, um die Betriebsbedingungen auf die Pumpe anzuwenden. Ein solches System ist Gegenstand der Anmeldung
FR 0700358 im Namen des Anmelders, deren Gegenstand durch den Hinweis in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Im Zusammenhang mit dieser Variante der Erfindung wird der Ausdruck ”Betriebsbedingungen” so verstanden, dass er Informationen in Bezug auf den Betriebsdruck der Pumpe (der null ist, wenn sich die Pumpe in Ruhe, im Vorheizmodus oder nicht, befindet), und auch mindestens einen weiteren Teil von Informationen, wie z. B. deren Stoppen/Blockieren, ihre Drehrichtung und die Tatsache, dass sie im Vorheizmodus arbeiten muss, bedeutet. Sie sind vorzugsweise alle Betriebsbedingungen der Pumpe, nämlich: Stoppen, Vorwärtsantrieb, Rückwärtsantrieb, Betriebsdruck (am Pumpenauslass), Vorheizen, usw., so dass der Pumpenbetrieb vollständig durch ein einziges Signal gesteuert wird. Mit anderen Worten: der Controller empfängt codierte Befehle (in Form einer CAN-Meldung oder in Form eines PWM-Signals mit variablem Tastverhältnis), die ihm mitteilen, ob er die Pumpe stoppen oder vorwärts, rückwärts drehen muss, und mit welchem Druck, oder ob er sie vorheizen muss, was er durchführt, indem er auf den Motor einwirkt, d. h. im Allgemeinen, indem wiederum ein Spannungssignal zu ihm gesandt wird, das vom PWM-Typ sein kann.
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Der Pumpencontroller interpretiert diese CAN-Meldung oder das Signal vom PWM-Typ und stoppt in Abhängigkeit von den CAN-Informationen oder vom Tastverhältnis die Pumpe oder schaltet die Phasen (die Spulen) um, um den angeforderten Druck zu regeln oder um das System zu spülen oder um die Pumpe zu heizen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Sicherheit geschaffen, um zu verhindern, dass sich die Pumpe überhitzt. Sie basiert auf der Tatsache, dass der Strom mit der Temperatur abnimmt (da der Widerstand der Spulen zunimmt, während die Leistungsversorgung (Spannung) konstant bleibt). In dieser Ausführungsform überwacht der Controller den Strom, und wenn der Strom einen gegebenen minimalen Wert erreicht, wird die Leistung abgeschaltet. In der Praxis könnte dies bei dem vorstehend beschriebenen Motor mit 9 Spulen und mit einer Leistungsversorgung von 0,5 V passieren, wenn der Strom (anfänglich gleich 7 A) 6 A erreicht.
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Die Pumpe, für die der Prozess gemäß der Erfindung gilt, ist zum Pumpen (Transportieren) einer Flüssigkeit unter Frostbedingungen bestimmt, das heißt, wenn die Temperatur eine niedrige Temperaturschwelle erreicht und wenn die Flüssigkeit gefrieren oder sich verfestigen kann. Diese können beispielsweise wässerige Lösungen sein. Eine Flüssigkeit, für die die vorliegende Erfindung besonders gut gilt, ist Harnstoff.
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Der Begriff ”Harnstoff” wird so verstanden, dass er irgendeine, im Allgemeinen wässerige Lösung, die Harnstoff enthält, bedeutet. Die Erfindung ergibt gute Ergebnisse mit eutektischen Wasser/Harnstoff-Lösungen, für die ein Qualitätsstandard besteht: beispielsweise liegt gemäß dem Standard DIN 70070 im Fall der AdBlue®-Lösung (kommerzielle Lösung von Harnstoff) der Harnstoffgehalt zwischen 31,8 und 33,2 (auf das Gewicht) (d. h. 32,5 +/– 0,7 Gew.-%), daher liegt eine verfügbare Menge an Ammoniak zwischen 18,0 und 18,8 Die Erfindung kann auch auf die Harnstoff/Ammoniumforimat-Gemische, auch in wässeriger Lösung, angewendet werden, die unter dem Handelsnamen DenoxiumTM vertrieben werden und von denen eine der Zusammensetzungen (Denoxium-30) eine äquivalente Menge an Ammoniak zu jener der AdBlue®-Lösung enthält. Die letzteren haben den Vorteil, dass sie erst ab –30°C abwärts gefrieren (im Gegensatz zu –11°C), haben jedoch die Nachteile von Korrosionsproblemen, die mit der möglichen Freisetzung von Ameisensäure verbunden sind, und eines weniger verfügbaren Markts (wohingegen Harnstoff umfangreich verwendet wird und selbst in Gebieten wie z. B. der Landwirtschaft leicht erhältlich ist). Die vorliegende Erfindung ist im Zusammenhang mit eutektischen Wasser/Harnstoff-Lösungen besonders vorteilhaft.
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Der Harnstoff ist im Allgemeinen in einem Tank an Bord eines Kraftfahrzeugs enthalten und dieser Tank ist vorteilhafterweise mit einer Basisplatte oder Montageplatte (das heißt einer Abstützung mit im Wesentlichen der Form einer Platte) ausgestattet, an der mindestens ein aktives Zubehörteil des Harnstoffspeichersystems und/oder -einspritzsystems befestigt ist. Diese Basisplatte weist im Allgemeinen einen Umfang, der auf sich selbst geschlossen ist, mit beliebiger Form auf. Gewöhnlich weist ihr Umfang eine Kreisform auf.
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In einer ganz besonders bevorzugten Weise ist diese Basisplatte eine untergetauchte Montageplatte, d. h. sie dichtet eine Öffnung in der unteren Wand des Tanks ab, und sie integriert zumindest die Pumpe. Der Ausdruck ”untere Wand” wird tatsächlich so verstanden, dass er die untere Hälfte des Tanks bedeutet (ob er in einem Stück oder aus zwei Vorformlingplatten oder Ausschnitten geformt ist oder nicht).
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Im Prozess gemäß der Erfindung wird im Vorheizmodus Strom durch mindestens eine Spule (vorzugsweise durch alle von ihnen) geleitet, aber in einer Weise, dass sich der Rotor nicht dreht. Dagegen fließt der Strom während des Betriebs der Pumpe durch die Spulen gemäß einer Sequenz, so dass die erzeugte elektromagnetische Kraft oder die erzeugten elektromagnetischen Kräfte eine tangentiale Komponente aufweisen, um ein dauerhaftes Drehmoment zu erzeugen. Im Fall eines Motors mit 3 Spulen reicht es beispielsweise aus, jede Spule der Reihe nach in einer gegebenen Richtung (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) zu aktivieren, während die anderen 2 deaktiviert werden, um ein solches Drehmoment zu erzeugen. Im Fall einer Pumpe mit 9 Spulen und 3 Phasen, wie vorstehend beschrieben, kann jede Phase beispielsweise der Reihe nach aktiviert werden.
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Um kein dauerhaftes Drehmoment zu erzeugen, während ein Heizeffekt erhalten wird, ist es möglich, während jedes Heizzyklus, die Spulen (Phasen) gemäß einer gegebenen Sequenz (Zeitschema), die kein Drehmoment erzeugt, oder zufällig zu aktivieren. Ein Beispiel einer gegebenen Aktivierungssequenz, die kein Drehmoment erzeugt, ist in den beigefügten 1 bis 3 gegeben, die später kommentiert werden.
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Alternativ können während jedes Heizzyklus einige der Spulen (Phasen) konstant gespeist werden, während einige andere nicht gespeist werden. Diese Ausführungsform ist bevorzugt, da in der ersteren bei jedem Umschalten (Änderung von Spulen, die aktiviert werden), ein punktuelles Drehmoment erzeugt wird, das zu mechanischen Spannungen führen kann, wenn die Pumpe tatsächlich mit gefrorener Flüssigkeit blockiert ist. In einer noch bevorzugteren Ausführungsform werden die Spulen, die während jedes Heizzyklus dauerhaft gespeist werden, durch den Controller gespeichert und im nächsten Heizzyklus werden zumindest einige von ihnen in Ruhe gesetzt, während andere (im ersten Heizzyklus in Ruhe) aktiviert werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie einfacher ist und spezifische Spulen nicht zu sehr veraltern lässt, d. h. den Verschleiß infolge des Heizprozesses auf alle Spulen verteilt. Bei der vorstehend beschriebenen Pumpe mit 9 Spulen und 3 Phasen können beispielsweise die folgenden Heizzyklen wiederholt werden (hinsichtlich Phasen, die während eines gegebenen Zyklus kontinuierlich aktiviert werden): A & B, A & C, B & C. Alternativ kann der Controller willkürlich 2 Phasen zum Speisen in jedem Heizzyklus auswählen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Erzeugung eines punktuellen Drehmoments auch vermieden, wenn ein Heizzyklus gestartet wird (was passiert, wenn unter Frostbedingungen gestartet wird, und im Fall einer Pumpe, die sich im Rückwärtsmodus (Spülmodus) drehen kann, nachdem sich die Pumpe beim letzten Mal, als das System lief, im Rückwärtsmodus gedreht hat). Um dieses Ziel zu erreichen, muss sich der Stator vor dem Umschalten der Pumpe in einer magnetischen Gleichgewichtsposition mit dem Rotor befinden, wobei die Gleichgewichtsposition einem Drehmoment von null am Rotor entspricht, wenn die Spulen (Phasen), die für den nächsten Heizzyklus erforderlich sind (im Controller programmiert) aktiviert werden.
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Dies kann beispielsweise durchgeführt werden, indem lediglich der Rotor nach einem Systemlauf verlangsamen und in einer gegebenen Position stoppen lassen wird (wenn die Leistung an der Pumpe abgeschaltet wird), dann kurz das Aktivierungsschema für den nächsten Heizzyklus angewendet wird, so dass die magnetische Gleichgewichtsposition, die diesem entspricht, erreicht wird, bevor die Leistung des Systems endgültig abgeschaltet wird.
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Alternativ kann der Controller auf den Rotor am Ende eines Systemlaufs einwirken, um ihn künstlich zu stoppen (bremsen) (beispielsweise durch allmähliches Verringern seines Tastverhältnisses, so dass eine Drehzahl von null als letzter Befehl gegeben wird), die entsprechenden Spulen (Phasen), die zuletzt aktiviert wurden, speichern um dieselben kontinuierlich im nächsten Heizzyklus zu aktivieren.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Prozess, gemäß dem:
- 1. die Temperatur (T1) des im Tank gehaltenen Harnstoffs bestimmt und mit der Sollwerttemperatur (T0) verglichen wird;
- 2. wenn die Temperatur (T1) größer ist als die Sollwerttemperatur (T0), die Pumpe betätigt wird;
- 3. wenn die Temperatur (T1) geringer als oder gleich der Sollwerttemperatur (T0) ist, der Tank und die Pumpe für eine Dauer t1 geheizt werden, ohne zu veranlassen, dass sich die Pumpe dreht; dann
- 4. die Pumpe für eine Dauer t2 betätigt wird, während der der Pumpenauslassdruck gemessen wird;
- 5. wenn dieser Druck stabil ist und sich in einer annehmbaren Toleranz des Sollwertdrucks befindet, die Pumpe am Laufen gehalten wird;
- 6. wenn dieser Druck nicht stabil ist und/oder sich nicht in der annehmbaren Toleranz des Sollwertdrucks befindet, die Pumpe gestoppt wird und der Tank und die Pumpe für eine Dauer t3 geheizt werden, an deren Ende die Schritte 4 bis 6 wiederholt werden.
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Ein solcher Prozess, aber nur mit dem Heizen des Tanks (und nicht explizit mit dem Heizen der Pumpe, obwohl die letztere über die Tankheizvorrichtung geheizt wird) ist der Gegenstand der Anmeldung
FR 0755875 im Namen des Anmelders, deren Inhalt für diesen Zweck durch den Hinweis in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des Prozesses gemäß der Erfindung wird das Heizen der Pumpe nicht die ganze Zeit aktiviert, während der jenes des Tanks aktiviert wird, da sich die Pumpe tatsächlich schneller aufheizt als die minimale Enteisungszeit des Tanks, so dass die Gefahr besteht, dass sich die Pumpe überhitzen würde. Eine minimale Enteisungszeit wird im Allgemeinen durch Kraftfahrzeughersteller auferlegt und wird manchmal als EPA-Zeit bezeichnet, da der Standard zum Bestimmen dieser Zeit in den USA durch das EPA (oder Environmental Protection Agency) auferlegt wird, während der Anmelder festgestellt hat, dass die zum Auftauen der Pumpe (mit einer gegebenen Konstruktion und Leistungsversorgung) erforderliche Zeit vorzugsweise als Funktion der Temperatur (Umgebungstemperatur oder der Temperatur im Tank) und des Flüssigkeitsspiegels im Tank (der durch ein Messgerät bestimmt werden kann, der jedoch vorzugsweise durch das ECM berechnet wird) berechnet wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Variante des Prozesses gemäß der Erfindung wird daher die Vorheizzeit (= Tpc) der Pumpe über die Spulen, wie vorstehend beschrieben, als Funktion der Temperatur und des Flüssigkeitsvolumens im Tank bestimmt. Und gemäß einer besonders vorteilhaften Variante wird der Tank beginnend ab einer Zeit t0 für eine Dauer t1 geheizt und das Heizen der Pumpe über ihre Spulen wird nach einer Periode t1 – Tpc gestartet, wobei das Heizen des Tanks und jenes der Pumpe daher gleichzeitig am Ende einer Zeit t1 gestoppt werden, die im Allgemeinen eine feste Dauer ist, die durch den Hersteller auferlegt wird (und die beispielsweise die EPA-Zeit ist, wie vorstehend beschrieben), wohingegen Tpc berechnet wird, wie nachstehend erläutert. Mit anderen Worten: der Tank wird beginnend ab einer Zeit t0 für eine Dauer t1 geheizt und die Pumpe wird nach einer Periode t1 – Tpc für eine Dauer Tpc geheizt, wobei t1 eine feste Dauer ist, wobei jedoch Tpc als Funktion der Temperatur und des im Tank vorhandenen Harnstoffvolumens berechnet wird.
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Sobald das Heizen (der Pumpe und des Tanks) gestoppt wird, d. h. nach der Periode t1, wird die Pumpe vorzugsweise gemäß einem Schema ähnlich zu den vorstehend beschriebenen Schritten 4 bis 6 gestartet, nämlich:
- 1. die Pumpe wird für eine Zeit t2 betätigt, während derer der Pumpenauslassdruck gemessen wird;
- 2. wenn dieser Druck stabil ist und in einer annehmbaren Toleranz des Sollwertdrucks liegt, wird die Pumpe am Laufen gehalten;
- 3. wenn dieser Druck nicht stabil ist und/oder nicht in der annehmbaren Toleranz des Sollwertdrucks liegt, wird die Pumpe gestoppt und der Tank und die Pumpe werden für eine Dauer t3 geheizt, an deren Ende die Schritte 1 bis 3 wiederholt werden.
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Gemäß einer weiteren, noch bevorzugteren Ausführungsform der Erfindung (die eine bessere Nutzung des Wärmeleitungsphänomens ermöglicht) wird entweder die Pumpe am Beginn der Tankheizung geheizt oder wird zum Erreichen der gesamten erforderlichen Heizzeit über die ganze Heizperiode des Tanks sporadisch geheizt.
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Alternativ zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die Leistungsversorgung der Pumpe (d. h. der Strom, der durch die Spulen des Stators geleitet wird) während des Vorheizens so ausgelegt werden, dass veranlasst wird, dass die Auftauzeit der Pumpe jener des Tanks entspricht.
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Schließlich sollte beachtet werden, dass im Durchschnitt die Referenzspannung als 13,5 V (Volt) für die in ein Fahrzeug integrierten Systeme abgeschätzt wird, wohingegen in der Praxis diese Spannung schwanken kann. Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung (die mit den vorstehend beschriebenen kombiniert werden kann), wird daher die Heizzeit (insbesondere der Pumpe) als Funktion der durch die ECU gemessenen Spannung angepasst, insbesondere: wenn diese Spannung unter 13,5 V liegt, ist die Heizzeit länger, und wenn sie über 13,5 V liegt, ist die Heizzeit kürzer.
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In einer vorteilhaften Variante des Prozesses gemäß der Erfindung wird die Zuführungsleitung nach jeder Verwendung der Pumpe (direkt bevor sie gestoppt wird) gespült, um die Startzeit des Systems zu verringern und eine vorzeitige Beschädigung der Leitungen und der Zubehörteile zu vermeiden (da sich die Harnstofflösungen unter Frostbedingungen ausdehnen). Das Spülen kann beispielsweise durch Umkehren der Drehrichtung der Pumpe nur für die Zeit, die erforderlich ist, um die in der Zuführungsleitung und den Zubehörteilen enthaltene Flüssigkeit zum Tank zurückzubefördern, ausgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein SCR-System für ein Kraftfahrzeug (Auto, Lastwagen usw.) mit einer Flüssigkeitspumpe, die einen Antriebsmotor vom BLDC-Typ aufweist, der einen Rotor, der mit mindestens einem Permanentmagneten ausgestattet ist, und einen Stator mit mindestens 3 elektromagnetischen Spulen aufweist, wobei dieser Motor durch ein System gesteuert wird, das es möglich macht, den Strom in mindestens eine der Spulen fließen zu lassen, ohne zu verursachen, dass sich der Rotor dreht.
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Gemäß einer bevorzugten Variante weist das SCR-System einen Tank auf, der mit einer Heizvorrichtung und einer Zeitverzögerungsvorrichtung ausgestattet ist, die in der Lage ist, das Heizen des Tanks und jenes der Pumpe zu einem späteren Zeitpunkt zu starten.
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Es sollte beachtet werden, dass die vorstehend im, Zusammenhang mit den Prozessen beschriebenen bevorzugten Varianten gleichermaßen für die Pumpe und das SCR-System gemäß der Erfindung gelten.
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Die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügten 1 bis 4 nicht begrenzend dargestellt.
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1 und 2 stellen ein Schaltschema für einen BLDC-Motor mit 3 Spulen dar, die in einer Sternkonfiguration (1) bzw. in einer Dreieckkonfiguration (2) verbunden sind. 3 stellt ein Logikdiagramm von Schaltsequenzen dar, die das Vorheizen des Motors von diesen 1 und 2 ermöglichen. Schließlich stellt 4 die Heizzeit des Tanks und der Pumpe gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung dar.
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Der BLDC-Motor von diesen Figuren ist für eine Pumpe bestimmt, die durch einen Controller gesteuert wird, der ein Steuermodul (”Mikrocontroller” in den Figuren) und eine Leistungsversorgung für den BLDC-Motor (”BLDC Motor-Controller” in den Figuren) aufweist. Dieser Controller empfängt eine CAN-Meldung oder ein PWM-Signal von einem elektronischen Steuermodul (ECM), das nicht dargestellt ist.
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Der BLDC-Motor wird durch eine Spannungsquelle (VBAT) gespeist und ist geerdet (GND).
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Wenn der BLDC-Motor in einer Sternkonfiguration (1) verbunden ist: werden zuerst die Schalter HSA, LSB und LSC aktiviert. In diesem Fall ist der Strom der Phase A die Summe der Ströme der Phasen B und C, daher heizt sich die Spule der Phase A mehr als die Spulen der Phasen B und C auf. Deshalb werden zweitens, um das Temperaturfeld auszugleichen, die Phasen durch Aktivieren der Schalter HSB, LSA und LSC umgeschaltet. In diesem Fall ist es der Strom der Phase B, der die Summe der Ströme der Phasen A und C ist. Der dritte Schritt der Sequenz besteht darin, die Schalter HSC, LSA und LSB zu aktivieren und einen Strom der Phase C zu erhalten, der die Summe der Phasen A und B ist.
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Wenn der BLDC-Motor in einer Dreieckkonfiguration (1) verbunden ist: werden zuerst die Schalter HSA, LSB und LSC aktiviert. In diesem Fall ist der Strom der Phase A die Summe der Ströme der Spulen 1 und 2, die gleich sind, daher heizen sich die Spulen 1 und 2 in derselben Weise auf, aber es ist kein Strom in der Spule 3 vorhanden und sie heizt sich nicht auf. Zweitens werden die Phasen durch Aktivieren der Schalter HSB, LSA und LSC umgeschaltet. In diesem Fall ist es der Strom der Phase B, der die Summe der Ströme der Spulen 2 und 3 ist, und es ist kein Strom in der Spule 1 vorhanden, die sich nicht aufheizt. Der dritte Schritt der Sequenz besteht darin, die Schalter HSC, LSA und LSB zu aktivieren und einen Strom der Phase C zu erhalten, der die Summe der Ströme der Spulen 1 und 3 ist; dann ist kein Strom in der Spule 2 vorhanden, die sich nicht aufheizt.
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Eine Regelung vom PWM-Typ wird auf die Steuerung der Schalter angewendet, um den Strom in den Phasen zu verändern, wie vorstehend erläutert (und im Diagramm von 3 veranschaulicht).
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Als Beispiel ist der Strom in einem BLDC-Motor, der in einer Dreieckkonfiguration verbunden ist, ungefähr 6 A, wenn eine Spannung von ungefähr 2,5 V angelegt wird, was eine Heizleistung von ungefähr 15 W ergibt.
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4 stellt eine bevorzugte Strategie gemäß der Erfindung dar, wobei die Pumpe zu einem späteren Zeitpunkt relativ zum Tank geheizt wird, wobei der letztere für eine vorbestimmte Dauer t1 (z. B. die EPA-Zeit, wie vorstehend beschrieben) geheizt wird, wohingegen die Pumpe für eine Dauer Tpc geheizt wird, wie vorher beschrieben. 4 stellt tatsächlich die Heizzeit, die auf einem Zeitgeber verbleibt (tr), der zur gleichen Zeit wie das Heizen der Pumpe gestartet wird, als Funktion der seit dem Starten des Zeitgebers abgelaufenen Zeit (te) dar. Wie in dieser Fig. zu sehen ist, wird das Heizen der Pumpe erst nach einer Periode t1 – Tpc gestartet.
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Zusammenfassung
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Ein Prozess zum Starten eines SCR-Systems, das zum Transportieren von Harnstoff von einem Tank zu den Abgasen einer Maschine unter Verwendung einer Zuführungsleitung bestimmt ist, wobei dieses System eine Rotationspumpe aufweist, die durch einen Controller gesteuert wird und durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC-Motor) angetrieben wird, der einen Rotor, der mit mindestens einem Permanentmagneten ausgestattet ist, und einen Stator mit mindestens 3 elektromagnetischen Spulen aufweist, in denen der Gleichstrom gemäß einer gegebenen Sequenz fließen kann, um zu veranlassen, dass sich der Rotor dreht, gemäß dem vor dem Starten der Pumpe eine Temperatur unter Verwendung eines Sensors gemessen wird, und wenn diese Temperatur unter einer Sollwerttemperatur liegt, bevor veranlasst wird, dass sich der Rotor dreht, der Strom durch mindestens eine der Spulen in einer Weise geleitet wird, dass er die Pumpe vorheizt, ohne zu veranlassen, dass sich der Rotor dreht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 0755118 [0005]
- FR 0756387 [0013]
- FR 0700358 [0015]
- FR 0755875 [0030]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Standard DIN 70070 [0020]
