JP2024073375A - Scr供給システムの計量バルブの結晶形成による少なくとも部分的な閉塞を認識および除去する方法 - Google Patents

Scr供給システムの計量バルブの結晶形成による少なくとも部分的な閉塞を認識および除去する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】SCR供給システムの計量バルブの結晶形成による少なくとも部分的な閉塞を認識および除去する方法を提供する。【解決手段】SCR供給システムがポンプと能動的に制御可能な吸入バルブと吐出バルブを備え、SCR供給システムが吸入バルブを介し流体タンクに接続され、SCR供給システムが吐出バルブを介して圧力ラインおよび計量バルブに接続され、圧力ラインの圧力が圧力センサにより決定され、SCR供給システムは、安定した最小圧力で動作状態にあり、計量バルブは閉状態にあり、SCR供給システムを空にすることが開始されると負圧プロセスが実行され、負圧プロセスが負圧段階と圧力緩和段階を含み圧力緩和段階において計量バルブが、所定の緩和時間のあいだ開かれ、現在圧力プロファイルが測定され、現在圧力プロファイルと基準圧力プロファイルとの比較が実行され、計量バルブの閉塞が認識されると、閉塞を除去する措置が開始される。【選択図】図1

Description

本発明は、SCR供給システムの計量バルブの結晶形成による少なくとも部分的な閉塞を認識および除去する方法、ならびにこれを実行するための制御装置およびコンピュータプログラムに関する。
SCR法(選択触媒還元:elective atalytic eduction)では、3分の1が尿素、3分の2が水からなる還元剤AdBlue(登録商標)が内燃機関の排ガス中に混合される。SCR触媒の直前で、ノズルが液体を排ガス流中に噴射する。そこでは尿素からさらなる反応のために必要なアンモニアが生じる。第2のステップにおいて、SCR触媒中で排ガスからの窒素酸化物とアンモニアが結合して水および無害な窒素になる。
特許文献1は、液体媒体、特にSCR触媒の反応剤溶液の給送および計量システムを動作させる方法に関し、自動車において、液体媒体の凍結リスクの表示を可能にする情報が処理されることにより、自動車の駐車後に計量システムからの媒体の部分的または完全な吸い戻しが制御される。部分的または完全な吸い戻しは、それぞれの凍結リスクの蓋然性に応じて制御される。
独国特許出願公開第102014202038号明細書
本発明の課題は、SCR供給システムの計量バルブの結晶形成による少なくとも部分的な閉塞を認識および除去するための改良された確実な方法を提供することである。
第1の態様では、本発明は、SCR供給システムの計量バルブの結晶形成による少なくとも部分的な閉塞を認識および除去する方法に関し、
SCR供給システムがポンプ室を有するポンプと能動的に制御可能な吸入バルブと能動的に制御可能な吐出バルブを備え、
SCR供給システムが吸入バルブを介しラインを介して流体タンクに接続され、
SCR供給システムが吐出バルブを介して圧力ラインおよび計量バルブに接続され、
圧力ラインの圧力が圧力センサによって決定され、
SCR供給システムは、特に9barの安定した最小圧力で動作状態にあり、
計量バルブは閉状態にあり、
SCR供給システムを空にすることが開始されると負圧プロセスが実行され、
負圧プロセスが負圧段階と圧力緩和段階を含み
圧力緩和段階において計量バルブが、特に所定の緩和時間(Entspannungszeit)のあいだ開かれ、
現在圧力プロファイルが測定され、
現在圧力プロファイルと基準圧力プロファイルとの比較が実行され、比較に依存して計量バルブの閉塞が認識され、閉塞を除去するための措置が開始される。
この方法には、計量バルブの考えられる部分的な閉塞を認識でき、特に流体の結晶形成による閉塞を除去するための措置を実行することによって、阻止または除去することができるという特別な利点がある。
この方法は、負圧段階および圧力緩和段階における圧力の物理的挙動にもとづいた結晶形成をロバストに認識することを特徴とする。
有利な実施形態では、閉塞を除去するための措置は、新たな圧力増加、それに続く流体の計量および/または計量バルブのコイル加熱に相当する。
特別な実施形態では、圧力緩和段階において計量バルブの開放が開始された場合、圧力ラインの圧力が所定の第1の負圧に達するか、または計量バルブが閉じることにより第1の圧力緩和時間および第2の圧力緩和時間が決定され、第2の圧力緩和時間と第1の圧力緩和時間との間の圧力緩和時間差が決定され、基準時間差と圧力緩和時間差との間の差が所定の第1の閾値を超えた場合に、計量バルブの部分的な閉塞が認識される。
この方法には、基準測定と測定された圧力プロファイルとの圧力緩和時間差により計量バルブの考えられる閉塞のロバストな認識を認識することができるという特別な利点がある。
別の実施形態では、圧力緩和段階において計量バルブの開放が開始された場合、圧力ラインの圧力が所定の第1の負圧に達することにより、または計量バルブが閉じることにより第1の圧力緩和時間および第2の圧力緩和時間が決定され、第2の圧力緩和時間と第1の圧力緩和時間との間の圧力緩和時間差が決定され、圧力緩和時間差内に少なくとも1つの勾配が形成され、少なくとも1つの勾配が基準勾配を下回る場合に計量バルブの部分的な閉塞が認識される。
この方法には、基準圧力プロファイルと測定された圧力プロファイルの異なった勾配により、計量バルブの考えられる閉塞のロバストな認識を認識することができるという特別な利点がある。
別の態様では、本発明は、方法の1つを実行するように設定された、特にプログラミングされた装置、特に制御装置、およびコンピュータプログラムに関する。さらに別の態様では、本発明は、コンピュータプログラムが記憶された機械可読記憶媒体に関する。
本発明による方法を実行可能であるポンプを有する流体供給システムの模式図である。 本発明による方法を実行可能であるポンプの模式図である。 特に負圧段階および圧力緩和段階のための計量バルブが部分的に結晶化した基準測定および例示的測定のための計量バルブの圧力プロファイルの第1の例示的測定を示す図である。 本発明による方法の例示的な実施形態の模式的フローチャートである。
図1において、SCR供給システムとして形成された流体供給システム100が模式的および例示的に示され、このシステムもしくはそこに存在するポンプで本発明による方法を実行することができる。SCR供給システム100は、ポンプ室220を有するポンプもしくはフィードポンプ210と、ポンプ室220のための2つの能動的に制御可能なバルブ221および222と、フィルタ230とを備えている。これらのコンポーネントは一緒に、例示的に、例えば構造上のユニットとして利用可能にされ得る1つのフィードユニット200を形成する。
その場合、通常のフィード方向では、バルブ221は吸入バルブとして機能し、それとは逆にバルブ222は吐出バルブとして機能する。それに加えて、ポンプ210は、ポンプ室220の容積を拡大および縮小するためにフィードエレメント225を有する。フィードエレメント225は、例えば以下にさらに詳しく説明されるように膜であり得る。
その場合、ポンプ210は、給送される流体としての還元剤121(もしくは還元剤溶液)を流体タンク120から圧力ライン122を介して計量モジュールまたは計量バルブ130へ給送するように設定されている。次いで、そこで還元剤121が内燃機関の排気系統170に噴射される。
さらに、制御装置150は、フィードユニット200に、そこで特にポンプ210、および計量モジュール130に接続され、これらを制御することができる。これは能動的に制御可能なバルブ221および222を制御することも含む。
その場合、第1の能動的に制御可能なバルブ221は吸入バルブ221として形成され、このバルブはラインを介して流体タンク120に接続されている。その場合、第2の能動的に制御可能なバルブ222は吐出バルブ222として形成され、このバルブは圧力ライン122を介して計量バルブ130に接続されている。
さらに、圧力センサ123が、吐出バルブ222の下流および計量バルブ130の上流で圧力ライン内の圧力Pを測定できるように圧力ライン122に接続されている。その場合、圧力センサ123は、殊に有線で制御装置150に接続されている。制御装置は圧力センサ123の信号を受信し、続いてこれを記憶する。
制御装置150は、尿素水溶液を運用手順に従ってSCR触媒の前で排気管に導入するために、関連するデータ、例えば排ガス中の温度、圧力および窒素酸化物含有量についてモータ制御装置またはセンサによって受信されたデータをもとにしてシステムのアクチュエータを調整するように設定されている。さらに、例えばオン・ボード・ダイアグノーシス(OBD)は、排ガス限界値を遵守するために排ガス後処理システムの関連する部品および組立品を監視する。
図2において、本発明による方法が実行可能であるポンプ210が図1よりも詳細に断面図で模式的に示される。ポンプ210は、ポンプ室220とポンプ室220のための2つの能動的に制御可能なバルブ221および222の他に、ポンプ室220を画定する、特に膜として形成された要素225を有する。
さらに、電気モータ240が設けられ、そのロータ245には、同様に膜に接続されている連接棒250が、例えば偏心機構(Exzenter)(これについては角度Φを参照)を手段として取り付けられている。このようにして、ロータ250の回転運動により膜225の昇降運動を達成することができる。
2つのバルブ221および222は、ここでは例示的にそれぞれコイル223とアーマチュア224を含む電磁アクチュエータを有し、これらの電磁アクチュエータによって、流れを可能にする、すなわちバルブを開放もしくは閉鎖、すなわちバルブを閉じるのに適した要素を操作することができる。
図3は、測定をもとにして方法の進行を示す。上の線図(a)において時間上に圧力pのプロファイルが示されている。さらに上の線図において所定の第1および第2の負圧pup1、pup2がプロットされている。その場合、所定の第1の負圧pup1は、所定の第2の負圧pup2よりも常に大きく選択されている。
線図(b)は、時間t上にプロットされた計量バルブ130の開放を示す。特に、計量バルブは、値が1のときに開であり、値が0のときに閉である。
線図(a)には合計4つの圧力プロファイルが示されている。基準圧力プロファイルpref、第1の圧力プロファイルp、第2の圧力プロファイルp、および第3の圧力プロファイルp。すべての圧力プロファイルは、SCR供給システム100が、殊に9barの安定した最小圧力で動作された状態から開始する。その場合、計量バルブ130と吸入および吐出バルブ221、222は閉じている。次にこの状態から、負圧段階を含む負圧プロセスが実行され、圧力緩和段階がこれに続く。負圧段階と圧力緩和段階との間で、任意的な待ち時間twaitが、圧力緩和段階が開始されるまで制御装置150によって待たれてもよい。
負圧を生成できるようにするためにポンプ210を返送動作で動作させる。ポンプ210の返送動作中、吸入および吐出バルブ221、222は引き続き開いており、計量バルブ130は閉じたままである。
返送動作とは、ポンプ210が計量バルブ130の上流の流体121を流体タンク120に戻すことと理解される。
基準圧力プロファイルprefは、SCR供給システム100の付加段階(Applikationsphase)において決定され、制御装置150に記憶される。これは、殊に圧力ライン122の長さおよび計量バルブ130とフィードユニット200との間の高さの差に依存して決定される。方法は、複数の計量バルブを備えるシステムに限定されることなく適用することができ、その場合、方法は、これらの様々な計量バルブに対して順次実行される。特にシステムで、計量ライン122において計量バルブが並行して動作する。
負圧プロセスCは負圧段階を含み、圧力緩和段階がこれに続く。負圧段階と圧力緩和段階との間で任意的な待ち時間twaitが、圧力緩和段階が続行されるまで制御装置150によって待たれてもよい。
第1の負圧プロセスCにおいて、負圧段階に第1の負圧時間t1up,C1と第2の負圧時間t2up,C1が(□)される。
その場合、第1の負圧時間t1up,C1は、圧力pが所定の第1の負圧pup1に達する時点に相当する。
その場合、第2の負圧時間t2up,Ciは、圧力pが所定の第2の負圧pup2に達する時点に相当する。
圧力緩和段階は、第1の圧力緩和時間t1pr,Ciで開始し、第2の圧力緩和時間t2pr,Ciで終了する。
線図(b)に認識できるように、第1の圧力緩和時間t1pr,C1に計量バルブ130が開かれ、第2の圧力緩和時間t2pr,C1に達すると計量バルブ130は再び閉じられる。その場合、計量バルブ130の開放持続時間は、付加段階において、圧力ライン122の長さおよび計量バルブ130とフィードユニット200との間の高さの差に依存して決定され、制御装置150に記憶される。
それにより最小限の圧力緩和段階が保証され、それにより計量バルブ130における流体121の考えられる結晶化を確実に認識できることが確保されている。
その場合、基準圧力プロファイルprefは、計量バルブ130が、特に計量バルブ130における流体120の結晶化による圧力低下に関連する目立ったことを示さない圧力緩和段階を表す。この場合、計量バルブ130において流体121の結晶化は存在しない。
その場合、第2の圧力プロファイルpは、計量バルブ130において流体121の可動の結晶体(bewegliche Kristallisierung)が存在する圧力緩和段階における圧力低下を表す。
計量バルブ130の開放で開始して、圧力減少が基準圧力プロファイルprefの場合よりもゆっくりと進むことが認識できる。第1の圧力プロファイルpは、基準圧力プロファイルのレベルと類似に、類似の圧力の減少を達成するが、この類似の減少は、より遅い時点で生じる。圧力低下のこの挙動は、計量バルブ130において、第1の圧力プロファイルpにおける圧力低下を遅らせるわずかな可動の結晶が流体121中に形成されたことに起因する。
第2の圧力プロファイルpにおいて、一方では、圧力が同様に基準圧力プロファイルprefに対して遅れて低下し、さらに、圧力減少において同じレベルが達成されないことが認識できる。この第2の圧力プロファイルpの場合、計量バルブの局部的な閉塞、特に計量バルブ130の1つまたは複数の噴射穴の部分的な閉塞が存在するということを出発点とすることができる。
その場合、第3の圧力プロファイルpは、完全に閉塞した計量バルブ130を表す。圧力低下が最小であり、圧力低下の達成が非常に遅いことが認識できる。この圧力低下は、殊に圧力センサ123の測定許容差に起因し得る。
図4において、SCR供給システムの計量バルブの結晶形成による少なくとも部分的な閉塞を認識及び除去する本発明による方法の例示的な進行を示す。
第1のステップ300において、方法の許可条件が制御装置150で監視される。方法は、SCR供給システム100を空にする要求を制御装置150が検出した場合に許可される。有利には、SCR供給システム100は、事前に、殊に9barの安定した最小圧力が存在する動作状態で動作させられる。
空にする要求の検出により第1の負圧プロセスCが開始し、方法はステップ310において続行される。
次に、ステップ310において、吸入および吐出バルブ221、222が開かれ、追加的に、ポンプ210は、計量バルブ130の上流の流体121を流体タンク120に戻すように動作する。したがって、ポンプ210は返送動作で回転する。それにより第1の負圧プロセスCの負圧段階が開始する。
方法は、ステップ320において続行される。
ステップ320において、圧力ライン122の圧力pが圧力センサ123を手段として制御装置150によって連続的に受信および記憶される。圧力pが引き続き連続的に読み取られ、かつ圧力pが所定の第2の負圧pup2に達すると、ポンプ210が停止され、吸入および吐出バルブ221、222が閉じられる。続いて、方法はステップ330において続行することができる。
特別な実施形態において、任意的に、付加段階で制御装置150に保存される所定の待ち時間twaitが、ステップ330において方法が続行されるまで制御装置150によって待たれてもよい。
次に、ステップ330において、計量バルブ130が開かれ、計量バルブ130が開くことにより、制御装置150によって第1の圧力緩和時間t1pr,C1が決定および記憶される。計量バルブ130が開くことにより、第1の負圧プロセスCの圧力緩和段階が開始する。追加的に、圧力pが連続的に監視され、この圧力は次に再び上昇し、圧力pが所定の第1の負圧pup1を超えると、計量バルブ130が閉じられ、制御装置150が第2の圧力緩和時間t2pr,C1を記憶する。
代替的に、計量バルブ130を開くために緩和時間Eを設けることもできる。その場合、この緩和時間Eは、付加段階において、圧力ライン122の長さおよび計量バルブ130とフィードユニット200との間の高さの差に依存して決定され、制御装置150に記憶される。
したがって、最小限の圧力緩和段階が保証され、それにより計量バルブ130における流体121の考えられる結晶化を確実に認識できることが確保されている。その場合、同様に、計量バルブ130が開くことにより、第1の圧力緩和時間t1pr,C1が決定および記憶され、計量バルブが閉じることにより第2の圧力緩和時間t2pr,C1が決定および記憶される。
第1および第2の圧力緩和時間t1pr,C1、t2pr,C2から圧力緩和時間差Δtpr,C1が決定される。この圧力緩和時間差は、第2の圧力緩和時間t2pr,C1と第1の圧力緩和時間t1pr,C1との差に相当する。
さらに、第1および第2の圧力緩和時間t1pr,C1、t2pr,C2を用いて、制御装置150に保存された基準圧力プロファイルprefから基準時間差Δtpr,Refが決定される。
続いて、方法はステップ340において続行される。
次に、ステップ340において、制御装置150によって基準時間差Δtpr,Refと圧力緩和時間差Δtpr,C1との比較が決定される。
基準時間差Δtpr,Refと圧力緩和時間差Δtpr,C1との間の差が所定の閾値Sを超える場合に、計量バルブ130の少なくとも部分的または完全な閉塞が存在し、方法をステップ350において続行することができる。
代替の実施形態において、制御装置150によって圧力緩和時間差Δtpr,C1から少なくとも1つの勾配Gprが決定される。さらに、基準時間差Δtpr,Refから基準勾配Gprefが決定される。
少なくとも1つの勾配Gprが基準時間差Δtpr,Ref、または特に基準時間差Δtpr,Refの倍数を下回る場合、計量バルブ130の少なくとも部分的または完全な閉塞が存在し、方法をステップ350において続行することができる。
次にステップ350において、SCR供給システム100の計量バルブ130の結晶形成による少なくとも部分的または完全な閉塞を除去するための措置が開始される。
好ましい実施形態では、計量バルブ130のコイルの能動的な通電が実行される。それによって、計量バルブ130においてコイルの通電による入熱が行われ、それにより流体121の結晶体を溶かすことができる。
代替の実施形態では、SCR供給システム100の圧力増加を実行することができる。そのために、特に9barの所定の最小圧力がSCR供給システムによって生成される。所定の最小圧力が達成されると、制御装置150によって計量バルブ130の短時間の開放が実行される。それにより流体の結晶体を溶かすことができる。続いて方法を終了するか、またはステップ310において続行することができる。
100 流体供給システム
120 流体タンク
121 還元剤
122 圧力ライン
123 圧力センサ
124 ライン
130 計量バルブ
150 制御装置
170 排気系統
200 フィードユニット
210 ポンプ、フィードポンプ
220 ポンプ室
221 吸入バルブ
222 吐出バルブ
223 コイル
224 アーマチュア
225 フィード要素
240 電気モータ
245 ロータ
250 連接棒
p 圧力
up1 第1の負圧
up2 第2の負圧
第1の圧力プロファイル
第2の圧力プロファイル
第3の圧力プロファイル
ref 基準圧力プロファイル
t 時間
wait 待ち時間

Claims (7)

  1. SCR供給システム(100)の計量バルブ(130)の結晶形成による少なくとも部分的な閉塞を認識および除去する方法であって、
    前記SCR供給システム(100)がポンプ室(220)を有するポンプ(210)と能動的に制御可能な吸入バルブ(221)と能動的に制御可能な吐出バルブ(222)を備え、
    前記SCR供給システム(100)が前記吸入バルブ(221)を介しライン(124)を介して流体タンク(120)に接続され、
    前記SCR供給システム(100)が前記吐出バルブ(222)を介して圧力ライン(122)および計量バルブ(130)に接続され、
    前記圧力ライン(122)の圧力(p)が圧力センサ(123)によって決定され、
    SCR供給システム(100)は、特に9barの安定した最小圧力で動作状態にあり、
    前記計量バルブ(130)は閉状態にあり、
    前記SCR供給システム(100)を空にすることが開始されると負圧プロセスが実行され、
    前記負圧プロセスが負圧段階と圧力緩和段階を含み
    前記圧力緩和段階において前記計量バルブ(130)が、特に所定の緩和時間(E)のあいだ開かれ、
    現在圧力プロファイル(Pist)が測定される、方法において、
    前記現在圧力プロファイル(Pist)と基準圧力プロファイル(Pref)との比較が実行され、前記比較に依存して前記計量バルブ(130)の閉塞が認識され、前記閉塞を除去するための措置が開始されることを特徴とする、方法。
  2. 前記閉塞を除去するための前記措置が新たな圧力増加、それに続く流体の計量および/または前記計量バルブ(130)のコイル加熱に相当することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記圧力緩和段階において前記計量バルブ(130)の開放が開始された場合、前記圧力ライン(122)の前記圧力(p)が前記所定の第1の負圧(pup1)に達するか、または前記計量バルブ(130)が閉じることにより第1の圧力緩和時間(t1pr,C1)および第2の圧力緩和時間(t2pr,C1)が決定され、前記第2の圧力緩和時間(t2pr,C1)と前記第1の圧力緩和時間(t1pr,C1)との間の圧力緩和時間差(Δtpr,Ci)が決定され、前記基準時間差(Δtpr,Ref)と前記圧力緩和時間差(Δtpr,C1)との間の差が所定の第1の閾値(S)を超えた場合に、前記計量バルブ(130)の部分的な閉塞が認識されることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記圧力緩和段階において前記計量バルブ(130)の開放が開始された場合、前記圧力ライン(122)の前記圧力(p)が前記所定の第1の負圧(Pup1)に達することにより、または前記計量バルブ(130)が閉じることにより第1の圧力緩和時間(t1pr,C1)および第2の圧力緩和時間(t2pr,C1)が決定され、前記第2の圧力緩和時間(t2pr,Ci)と第1の圧力緩和時間(t1pr,Ci)との間の圧力緩和時間差(Δtpr,C1)が決定され、
    前記圧力緩和時間差(Δtpr,C1)内に少なくとも1つの勾配(Gpr)が形成され、
    前記少なくとも1つの勾配(Gpr)が基準勾配(Gpref)を下回る場合に、前記計量バルブ(130)の部分的な閉塞が認識されることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  5. 請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法を実行するように設定されたコンピュータプログラム。
  6. 請求項5に記載のコンピュータプログラムを備えた電子記憶媒体。
  7. 請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法を実行するように設定された装置、特に制御装置(150)。
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