ITMI20080976A1 - Procedimento diagnostico per un dispositivo di dosaggiodi mezzi reagenti e dispositivo per l'esecuzione del procedimento - Google Patents

Description

L'invenzione riguarda un procedimento diagnostico per un dispositivo di dosaggio di un mezzo reattivo, che è destinato in particolare a immettere un mezzo reattivo nell'ambiente del gas di scarico preferibilmente di un motore a combustione interna, e un dispositivo per l'esecuzione del procedimento diagnostico secondo il concetto delle rivendicazioni ìndipendenti.

Oggetto della presente invenzione sono anche un programma per un apparato di controllo come pure un prodotto del programma per un apparato di controllo.

Stato della Tecnica

In DE 10 2004 056 412 Al sono descritti un procedimento e un dispositivo, in cui un mezzo reattivo che sta sotto pressione viene spruzzato nel gas di scarico di un motore a combustione interna a monte di un dispositivo di depurazione del gas di scarico, che contiene un catalizzatore e/o un filtro delle particelle. Il dispositivo di dosaggio per dosare il mezzo reattivo contiene una valvola di sicurezza, una valvola di dosaggio regolabile in modo continuo, una valvola di iniezione del mezzo reattivo, come pure un sensore di pressione, che sta sul percorso del mezzo reattivo fra la valvola di dosaggio e la valvola di iniezione del mezzo reattivo. Il sensore di pressione consente un monitoraggio della pressione del mezzo reattivo sulla base di un confronto con almeno un valore di soglia. Mediante un pilotaggio allestito per lo scopo speciale sia della valvola di sicurezza sia della valvola di dosaggio possono essere prefissate situazioni di funzionamento differenti, che conducono a differenti pressioni del mezzo reattivo. I valori di soglia vengono prefissati in funzione della situazione di funzionamento prescelta. In caso di verifica di un'avaria nel dispositivo di dosaggio, che si riflette in una deviazione della pressione del mezzo reattivo da una pressione attesa, si devono fare i conti con una percentuale di conversione insufficiente del dispositivo di depurazione del gas di scarico oppure con una scarica del mezzo reattivo. Per una deviazione della pressione del mezzo reattivo dalla pressione attesa viene perciò messo a disposizione un segnale di avaria, che invita l'utente del motore a combustione interna a verificare il dispositivo di dosaggio.

Nel DE 101 59 849 Al sono pure descritti un procedimento e un dispositivo, in cui un mezzo reattivo che sta sotto pressione viene spruzzato nel gas di scarico di un motore a combustione interna prima di un catalizzatore SCR. Come mezzo reattivo è previsto carburante, che agisce nel gas di scarico come mezzo di riduzione in particolare per la percentuale di N02.

Il carburante in qualità di mezzo reattivo, vale a dire in particolare l'idrocarburo, può essere destinato generalmente alla reazione esotermica, che può essere supportata per esempio con una superficie cataliticamente attiva. L'energia termica che si sprigiona può essere adibita al riscaldamento del gas di scarico oppure direttamente per il riscaldamento di un componente di un dispositivo di depurazione del gas di scarico.

L'invenzione si propone il compito di indicare un procedimento diagnostico per un dispositivo di dosaggio del mezzo reattivo, che è destinato in particolare all'introduzione di un mezzo reattivo nell'ambiente del gas di scarico preferibilmente di un motore a combustione interna, e un dispositivo per l'esecuzione del procedimento diagnostico, che consentono una diagnosi di almeno una valvola di iniezione del mezzo reattivo contenuta nel dispositivo di dosaggio del mezzo reattivo .

Il compito è risolto dalle caratteristiche indicate nelle rivendicazioni indipendenti.

Esposizione dell'Invenzione

Il procedimento diagnostico secondo l'invenzione per un dispositivo di dosaggio del mezzo reattivo prende le mosse da un dispositivo di dosaggio del mezzo reattivo, che contiene una valvola di dosaggio continuamente aperta, come pure una valvola di iniezione del mezzo reattivo, che sono collegate tra loro lungo un percorso del mezzo reattivo, in cui sul percorso del mezzo reattivo è posto un sensore di pressione, il cui segnale è adibito alla diagnosi. La pressione del mezzo reattivo viene monitorata riguardo all'evento di un aumento della pressione dopo la chiusura della valvola di dosaggio. Un segnale di avaria viene messo a disposizione quando l'aumento di pressione non viene rilevato.

Alla base del procedimento diagnostico secondo l'invenzione sta la conoscenza che, dopo la chiusura della valvola di dosaggio, nel percorso del mezzo reattivo fra la valvola di dosaggio e la valvola di iniezione del mezzo reattivo si verifica un aumento di pressione a causa di un'onda di pressione uscente dalla valvola di iniezione del mezzo reattivo che si chiude, che può essere adibita alla diagnosi. Se un tale aumento di pressione non viene rilevato dopo la chiusura della valvola di dosaggio, viene messo a disposizione un segnale di avaria, che può essere per esempio visualizzato su uno schermo o depositato in una memoria.

Il procedimento diagnostico secondo l'invenzione aumenta la sicurezza del dispositivo di dosaggio del mezzo reattivo, in particolare quando il mezzo reattivo è facilmente infiammabile, come ad esempio un carburante. Una perdita che si verifica nel percorso del mezzo reattivo può essere rilevata. Il procedimento diagnostico secondo l'invenzione assicura inoltre la funzionalità del dispositivo di dosaggio del mezzo reattivo per il fatto che viene scoperta una valvola di iniezione del mezzo reattivo bloccata allo stato aperto. Una valvola di iniezione del mezzo reattivo bloccata allo stato aperto non può formare un cono a spruzzo regolare all'atto dello spruzzo del mezzo reattivo e pertanto non è garantito il conseguimento dell'effetto previsto con il mezzo reattivo.

Perfezionamenti vantaggiosi e configurazioni opportune del procedimento secondo l'invenzione si evincono dalle rivendicazioni dipendenti.

Una configurazione prevede che il procedimento diagnostico provveda ad una verifica se la pressione del mezzo reattivo supera un valore di soglia superiore. Il valore di soglia superiore può essere prestabilito per esempio in modo fisso, in cui il valore di soglia superiore può essere determinato sulla base di esperimenti. Secondo una configurazione vantaggiosa è previsto che il valore di soglia superiore della pressione si ottenga da una pressione di riferimento, alla quale viene aggiunto un incremento di pressione.

Come pressione di riferimento può essere adibito un valore medio di pressione determinato mentre la valvola di dosaggio è almeno parzialmente aperta oppure il valore di picco della pressione determinato mentre la valvola di dosaggio è almeno parzialmente aperta.

Il dispositivo diagnostico secondo l'invenzione per l'esecuzione del procedimento diagnostico riguarda innanzitutto un apparato di controllo predisposto in maniera speciale, il quale contiene mezzi per l'esecuzione del procedimento diagnostico .

L'apparato di controllo contiene in particolare una unità di determinazione della pressione di riferimento, una unità di definizione di un valore di soglia come pure un comparatore per confrontare la pressione del mezzo reattivo con il valore di soglia superiore della pressione.

L'apparato di controllo contiene preferibilmente almeno una memoria elettrica, nella quale sono depositati i passi di procedimento sotto forma di programma per l'apparato di controllo.

Il programma per l'apparato di controllo secondo l'invenzione prevede che tutti i passi del procedimento diagnostico secondo l'invenzione vengano eseguiti quando esso gira in un apparato di controllo.

Il prodotto del programma per l'apparato di controllo secondo l'invenzione con un codice di programma memorizzato su un supporto leggibile a macchina esegue il procedimento diagnostico secondo l'invenzione, quando il programma gira in un apparato di controllo.

Altri perfezionamenti vantaggiosi e configurazioni opportune del procedimento secondo 1'invenzione si evincono dalle altre rivendicazioni dipendenti. Esempi di realizzazione dell'invenzione sono rappresentati nei disegni e illustrati in maggiore dettaglio nella descrizione che segue.

Essi mostrano:

la Figura 1 un campo tecnico, nel quale si svolge un procedimento diagnostico secondo 1'invenzione,

la Figura 2a un segnale di dosaggio,

la Figura 2b un segnale di pilotaggio della valvola di dosaggio e

la Figura 2c una pressione del mezzo reattivo in funzione del tempo.

La Figura 1 rappresenta un motore a combustione interna 10, nel cui ambiente 11 del gas di scarico sono disposte una valvola di iniezione del mezzo reattivo IV e, a valle dopo la valvola di iniezione del mezzo reattivo IV, un dispositivo 12 di depurazione del gas di scarico. La valvola di iniezione del mezzo reattivo IV è collegata attraverso un percorso 13 del mezzo reattivo, in cui è situato un sensore di pressione 14, con una valvola di dosaggio DV, a monte della quale è inserita una valvola di sicurezza SV, che è collegata a sua volta con una pompa 15.

Il sensore di pressione 14 mette a disposizione di un apparato di controllo 20 una pressione p del mezzo reattivo. La pressione p del mezzo reattivo alimenta nell'apparato di controllo 20 sia una unità 21 di determinazione del valore di riferimento sia un comparatore 22. L'unità 21 di determinazione del valore di riferimento e il comparatore 22, come pure un dispositivo di pilotaggio 23 sono alimentati da un segnale di dosaggio s_D. L'unità 21 di determinazione della pressione di riferimento determina una pressione di riferimento s_Ref, che viene messa a disposizione di una unità 24 di determinazione del valore di soglia, che dalla pressione di riferimento s_Ref e da un aumento dp della pressione determina un valore di soglia superiore della pressione p_Lim e lo mette a disposizione del comparatore 22, che può emettere un segnale di avaria F.

Il dispositivo di pilotaggio 23 contiene un modulatore della larghezza degli impulsi PWM, che mette a disposizione un segnale di pilotaggio della valvola di dosaggio s_DV, che pilota la valvola di dosaggio DV. Il dispositivo di pilotaggio 23 mette inoltre a disposizione un segnale s_SV di pilotaggio della valvola di sicurezza per pilotare la valvola di sicurezza SV ed anche un segnale s_P di pilotaggio della pompa per pilotare la pompa 15. La pompa 15 porta un mezzo reattivo alla pressione p_P della pompa.

La Figura 2a rappresenta il segnale di dosaggio s_D in funzione del tempo ti, in cui il segnale di dosaggio s_D inizia ad un primo istante til e termina ad un secondo istante ti2.

La Figura 2b rappresenta il segnale s_DV di pilotaggio della valvola di dosaggio in funzione del tempo ti, in cui fra i due istante til, ti2 è indicata una variazione costante del segnale causata dal segnale modulato in larghezza di impulso e generato dal modulatore PWM della larghezza degli impulsi.

La Figura 2c rappresenta il segnale di pressione p in funzione del tempo ti. A partire da una pressione iniziale p_S prima del primo istante til ha inizio nel primo istante til un'oscillazione 30 della pressione, che termina nel secondo istante ti2, in cui nel secondo istante ti2 si verifica un aumento 31 della pressione, a cui segue una caduta 32 della pressione. L'oscillazione 30 della pressione presenta un valore medio p_MW della pressione come pure un valore di picco p_SW della pressione. L'aumento 31 della pressione avviene fino ad una pressione massima p_Max.

Nella Figura 2c è riportato il valore di soglia superiore p_Lim della pressione, che sta al di sotto della pressione massima p_Max. A partire o dal valore di picco p_SW della pressione p dal valore medio p_MW della pressione è riportato l'aumento dp della pressione prefissato dall'unità 2A di determinazione del valore di soglia, che viene sommato o al valore di picco p_SW della pressione o al valore medio p_MW della pressione, per ottenere il valore di soglia superiore p_Lim della pressione. Nella Figura 2c è inoltre riportata la pressione di apertura p_Ò della valvola di iniezione del mezzo reattivo IV.

Il procedimento di diagnostica secondo l'invenzione lavora nella maniera seguente:

Il gas di scarico del motore a combustione interna 10 contiene componenti indesiderati, quali ad esempio ossidi di azoto e particelle. Il dispositivo 12 di depurazione del gas di scarico ha il compito di diminuire i componenti indesiderati per quanto possibile. Il dispositivo 12 di depurazione del gas di scarico contiene per esempio almeno un catalizzatore, per esempio un catalizzatore di ossidazione e/o un catalizzatore tampone di NOx e/o un catalizzatore SCR, come pure eventualmente un filtro delle particelle.

Il dispositivo 12 di depurazione del gas di scarico può necessitare di una temperatura minima, che deve essere superata per soddisfare la funzione di depurazione del gas di scarico. Per esempio, una reazione su una superficie che agisce per via catalitica si svolge in maniera ottimale entro una determinata finestra di temperature. Inoltre, può essere necessaria una temperatura minima per poter eseguire una rigenerazione almeno di un componente del dispositivo 12 di depurazione del gas di scarico. Per esempio, un filtro delle particelle, per avviare la combustione delle particelle, ha bisogno di una temperatura di partenza, che può stare fra 450 e 650°C. Un catalizzatore tampone di NOx ha bisogno di una temperatura maggiore durante la rigenerazione. In particolare, per la rigenerazione di un avvelenamento da zolfo sono necessarie temperature fortemente incrementate fino a 800°C.

Per l'aumento della temperatura del gas di scarico, nell'ambiente del gas di scarico può essere immesso il mezzo reattivo, che su una superficie che agisce per via catalitica reagisce con l'ossigeno contenuto nel gas di scarico. Il mezzo reattivo può essere anche immesso per consentire una reazione chimica nell'ambiente 11 del gas di scarico.

Per quanto riguarda il mezzo reattivo si tratta ad esempio di carburante, così che può venire a mancare un'alimentazione separata di un mezzo reattivo in un autoveicolo. Per effetto della facile infiammabilità del carburante e in particolare dei vapori del carburante occorre soddisfare elevati requisiti di sicurezza.

È perciò prevista innanzitutto la valvola di sicurezza SV, che viene o completamente aperta o chiusa dal segnale di pilotaggio s_SV della valvola di sicurezza. La portata del flusso del mezzo reattivo può essere regolata con la valvola di dosaggio DV inserita a valle mediante il segnale di pilotaggio s_DV della valvola di dosaggio. La valvola di dosaggio DV viene continuamente regolata, in cui preferibilmente è previsto un funzionamento sincronizzato a impulsi, che è determinato dal modulatore della durata degli impulsi PWM, in cui la valvola di dosaggio DV viene pilotata in rapida sequenza temporale, così che si regoli un'apertura media. Il corrispondente segnale s_DV di pilotaggio della valvola di dosaggio è indicato nella Figura 2b.

La valvola di iniezione del mezzo reattivo IV è preferibilmente realizzata come valvola di non ritorno, che presenta la pressione di apertura p_0, che è deve essere vinta dalla pressione p del mezzo reattivo. La pressione di apertura p_0 vale per esempio 2,5 bar, così che la valvola di iniezione del mezzo reattivo IV si apra al di sopra di una pressione p del mezzo reattivo di 2,5 bar e si chiuda nuovamente al di sotto della pressione p del mezzo reattivo di 2,5 bar. La valvola di iniezione del mezzo reattivo IV provvede ad un cono di spruzzo definito, che associa una distribuzione spaziale desiderata del mezzo reattivo nell'ambiente 11 del gas di scarico con goccioline per quanto possibile piccole, che possono essere distribuite in maniera corrispondente sull'intera sezione trasversale dell'ambiente 11 del gas di scarico.

Secondo le Figure 2a-2c si prende come punto di partenza il primo istante til per vedere che non avvenga alcun dosaggio del mezzo reattivo, in cui la valvola di dosaggio DV e/o la valvola di sicurezza SV, preferibilmente entrambe le valvole DV, SV, sono chiuse. Al più tardi al primo istante til, con il segnale s_SV di pilotaggio della valvola di sicurezza viene aperta la valvola di sicurezza SV, così che nella valvola di dosaggio DV si abbia a disposizione il mezzo reattivo alla pressione p_P della pompa generata dalla pompa 15.

Al primo istante til, la valvola di dosaggio DV viene fissata ad un'apertura media mediante il segnale s_DV di pilotaggio della valvola di dosaggio modulato in larghezza di impulso, il che conduce ad una portata di dosaggio prestabilita del mezzo reattivo nell'ambiente 11 del gas dì scarico. La pressione p_P della pompa deve stare al di sopra della pressione di apertura p_Ò della valvola di iniezione del mezzo reattivo IV, affinché la valvola di iniezione del mezzo reattivo IV possa aprirsi. A causa dei processi dinamici ai capi della valvola di iniezione del mezzo reattivo IV, che oscilla tra lo stato aperto e lo stato chiuso, il sensore di pressione 14 indica una pressione p del mezzo reattivo corrispondente alla Figura 2c, che oscilla tra i due istanti til e ti2 attorno al valore medio p_MW della pressione. Il valore medio p_MW della pressione come pure il valore di picco p_SW della pressione stanno ciascuno al di sotto della pressione di apertura p_0 della valvola di iniezione del mezzo reattivo IV, sebbene il valore di picco della pressione non mostrato direttamente ai capi della valvola di iniezione del mezzo reattivo IV superi periodicamente la pressione di apertura p_Ò, in maniera che sia possibile un'apertura della valvola di iniezione del mezzo reattivo IV. Poiché la pressione di apertura p_0 non viene messa a disposizione con valore stazionario, la valvola di iniezione del mezzo reattivo IV oscilla fra lo stato aperto e lo stato chiuso in rapida sequenza temporale.

Dopo la fine del dosaggio con la scomparsa del segnale di dosaggio s_D al secondo istante ti2, il segnale s_DV di pilotaggio della valvola di dosaggio viene interrotto. Per effetto del passaggio dalle condizioni dinamiche nel percorso 13 del mezzo reattivo allo stato quasi stazionario dopo l'interruzione del dosaggio e rispettivamente dopo la chiusura della valvola di dosaggio DV, al secondo istante tì2 avviene l'aumento 31 di pressione, che è essenzialmente causato da un'onda di pressione uscente dalla valvola di iniezione del mezzo reattivo IV dopo la chiusura della valvola di iniezione del mezzo reattivo IV.

L'aumento 31 della pressione dopo la fine del dosaggio è adibito secondo l'invenzione alla diagnosi del dispositivo di dosaggio del mezzo reattivo, che contiene almeno la valvola di dosaggio DV, la valvola di iniezione del mezzo reattivo IV e il sensore di pressione 14, che è situato sul percorso 13 del mezzo reattivo fra la valvola di dosaggio DV e la valvola di iniezione del mezzo reattivo IV.

La diagnosi prevede un confronto della pressione p del mezzo reattivo con il valore di soglia superiore p_Lim della pressione. Nel caso più semplice viene prefissato un valore di soglia superiore p_Lim prestabilito, con cui la pressione p del mezzo reattivo viene confrontata nel comparatore 22 a partire dal secondo istante ti2, che il comparatore 22 rivela per effetto dell'interruzione del segnale di dosaggio s_D. Il valore di soglia superiore prestabilito p_Lim della pressione deve essere fissato ad un valore al di sotto della pressione massima attesa p_Max, che può essere determinato sperimentalmente.

Secondo una configurazione vantaggiosa è previsto che il valore di soglia superiore p_Lim della pressione sia riferito ad una pressione di riferimento s_Ref, alla quale l'unità 24 di determinazione del valore di soglia somma l'aumento di pressione dp per giungere al valore di soglia superiore p_Lim della pressione.

Come pressione di riferimento s_Ref può essere adibito per esempio il valore medio p_MW della pressione, che l'unità di determinazione della pressione di riferimento determina sulla base degli istanti til, ti2 ad essa noti su una parte dell'intervallo di tempo tra il primo e il secondo istante til, ti2 oppure durante l'intero intervallo di tempo. In alternativa, come valore di riferimento s_Ref può essere adibito il valore di picco p_SW della pressione che si presenta o in una parte dell'intervallo di tempo o nell'intero intervallo di tempo.

La connessione del valore di soglia superiore p_Lim della pressione ad una pressione di riferimento s_Ref consente un adattamento del valore di soglia superiore p_Lim della pressione. Una variazione della pressione massima p__Max, che eventualmente si verifica in funzione della quantità di dosaggio del mezzo reattivo, che sarà collegata con una variazione del valore medio p_MW della pressione, può essere presa in considerazione con questa misura, in maniera che il procedimento diagnostico secondo 1'invenzione fornisca risultati diagnostici affidabili in un'ampia gamma di dosaggi.

Fintantoché l'aumento 31 della pressione non raggiunge il valore di soglia superiore p_Lim della pressione al secondo istante ti2 o poco dopo, il comparatore 22 mette a disposizione il segnale di avaria F, che può essere visualizzato oppure depositato in una memoria non rappresentata in maggiore dettaglio. Il segnale di avaria F indica che o si è verificata una perdita nel percorso 13 del mezzo reattivo o che la valvola di iniezione del mezzo reattivo IV si è bloccata allo stato aperto. In entrambi i casi, lo scopo perseguito con l'immissione del mezzo reattivo nell'ambiente 11 del gas di scarico, per esempio la possibilità di una reazione chimica o il riscaldamento del gas di scarico o del dispositivo 12 di depurazione dei gas di scarico non può essere assicurato, potendo esistere, in caso di una perdita che si verifica nel percorso 13 del mezzo reattivo in funzione della qualità del mezzo reattivo, perfino un potenziale pericolo, che può essere rilevato a tempo debito con il procedimento diagnostico secondo l'invenzione.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento diagnostico per un dispositivo di dosaggio (DV, IV, 14) di un mezzo reattivo, che contiene una valvola di dosaggio (DV)continuamente aperta e una valvola di iniezione del mezzo reattivo (IV), in cui la pressione (p) del mezzo reattivo viene rilevata nel percorso (13) del mezzo reattivo tra la valvola di dosaggio (DV) e la valvola di iniezione del mezzo reattivo (IV), caratterizzato dal fatto che la pressione (p) del mezzo reattivo viene monitorata riguardo all'evento di un aumento (31) della pressione dopo una chiusura della valvola di dosaggio (DV) e dal fatto che un segnale di avaria (F) viene messo a disposizione quando l'aumento (31) della pressione non viene rilevato.
2. 2. Procedimento diagnostico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il monitoraggio prevede una verifica se la pressione (p) del mezzo reattivo supera un valore di soglia superiore (p_Lim) della pressione.
3. 3. Procedimento diagnostico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il valore di soglia superiore (p_Lim) della pressione è ottenuto da una pressione di riferimento, alla quale viene sommato un aumento della pressione (dp).
4. 4 . Procedimento diagnostico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che come pressione di riferimento viene adibito un valore medio (p_MW) della pressione determinato mentre la valvola di dosaggio (DV) è almeno parzialmente aperta.
5. 5. Procedimento diagnostico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che come pressione di riferimento viene adibito un valore di picco (p_SW) della pressione determinato mentre la valvola di dosaggio (DV) è almeno parzialmente aperta.
6. 6. Dispositivo diagnostico per un dispositivo di dosaggio del mezzo reattivo (DV, IV, 14), caratterizzato dal fatto che è previsto un apparato di controllo (20) predisposto in maniera speciale, il quale contiene mezzi (21, 22, 23, 24) per 1' esecuzione del procedimento diagnostìco secondo una delle rivendicazioni precedenti.
7. 7. Dispositivo diagnostico secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che l'apparato di controllo (20) contiene una unità (21) di determinazione della pressione di riferimento, una unità (24) di definizione di un valore di soglia come pure un comparatore (22) per confrontare la pressione (p) del mezzo reattivo con il valore di soglia superiore (p_Lim) della pressione .
8. 8. Dispositivo diagnostico secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di dosaggio del mezzo reattivo (DV, IV, 14) immette un mezzo reattivo nell'ambiente (11) del gas di scarico di un motore a combustione interna (10) .
9. 9. Programma per apparato di controllo, che esegue tutti i passi del procedimento diagnostico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, quando il programma gira in un apparato di controllo (20).
10. 10. Prodotto di programma per apparato di controllo con un codice di programma memorizzato su un supporto leggibile a macchina per l'esecuzione del procedimento diagnostico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, quando il programma viene eseguito in un apparato controllo (20).