DE102018216239A1

DE102018216239A1 - Verfahren zum Überwachen des Aggregatzustands einer gefriergefährdeten Flüssigkeit in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018216239A1
Application number: DE102018216239.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bruhn; Simon Hettenkofer; Markus Wolf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Aggregatzustands einer gefriergefährdeten Flüssigkeit, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, welche in einem Vorratsbehälter in einem Kraftfahrzeug mitgeführt wird und in Verbindung mit einem Abstellen des Kraftfahrzeugs zumindest bei niedrigen Umgebungstemperaturen anteilig aus einem Zuführsystem zu einem Verbraucher in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird, wobei im oder nahe des Vorratsbehälters eine Fördervorrichtung und ein Drucksensor zur Bestimmung des Drucks in einem sich an die Fördervorrichtung anschließenden Abschnitt des Zuführsystems vorgesehen ist. Dabei wird das Signal des Drucksensors zur Bestimmung des Aggregatzustands verwendet oder mitverwendet, und vorzugsweise veranlasst nach einer Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs ein keinen anliegenden Überdruck signalisierendes Signal des Drucksensors eine Inbetriebnahme der Fördervorrichtung zur Erzeugung einer Betriebsbereitschaft des Zuführsystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Aggregatzustands einer gefriergefährdeten Flüssigkeit, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, welche in einem Vorratsbehälter in einem Kraftfahrzeug mitgeführt wird und in Verbindung mit einem Abstellen des Kraftfahrzeugs zumindest bei niedrigen Umgebungstemperaturen anteilig aus einem Zuführsystem zu einem Verbraucher in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird, wobei im oder nahe des Vorratsbehälters eine Fördervorrichtung und ein Drucksensor zur Bestimmung des Drucks in einem sich an die Fördervorrichtung anschließenden Abschnitt des Zuführsystems vorgesehen ist. Zum Stand der Technik wird neben der EP2820261 B1 auf die DE 10 2015 224 358 A1 verwiesen.
In der letztgenannten Schrift ist das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ausführlich beschrieben, nämlich die Gefahr des Einfrierens einer Flüssigkeit, welche in einem Kraftfahrzeug mitgeführt wird, um einem Verbraucher des Kraftfahrzeugs zugeführt werden zu können, wobei es erwünscht ist, diese Flüssigkeit dann, wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise in einer kalten Nacht längere Zeit abgestellt war, nach einer Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs möglichst bald zur Verfügung zu haben. Beispielsweise kann es sich bei dieser Flüssigkeit um eine wässrige Harnstofflösung für die Abgasnachbehandlung handeln, alternativ aber auch um reines Wasser, welches betriebspunktabhängig bei der Verbrennung von Kraftstoff in einem Antriebsaggregat des Fahrzeugs mitwirken soll.
Die bislang vorgeschlagenen Verfahren zum Prüfen des Aggregatzustands der mitgeführten Flüssigkeit, nämlich beispielsweise (bzw. insbesondere) über einen Ultraschall-Füllstandsensor oder einen Qualitätssensor zeigen zwar mit hoher Sicherheit aber zeitlich verzögert einen erfolgten Übergang von der gefrorenen festen Phase der besagten Flüssigkeit zur flüssigen Phase an.
Wünschenswert ist es, nach einer Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs mit zunächst gefrorener Flüssigkeit diese (gemäß Stand der Technik mit Unterstützung durch eine elektrische Heizung) möglichst kurzfristig zur Verfügung zu haben. Diesbezüglich eine Verbesserung für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und ist für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Drucksensors zur Bestimmung des Aggregatzustands verwendet oder mitverwendet wird. Vorzugsweise veranlasst dabei nach einer Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs ein keinen anliegenden Überdruck (gegenüber Umgebungsdruck) signalisierendes Signal des Drucksensors eine Inbetriebnahme der Fördervorrichtung zur Erzeugung einer Betriebsbereitschaft des Zuführsystems.
Um das sich üblicherweise über einen größeren Bereich des Kraftfahrzeugs erstreckende Zuführsystem vor einer internen Eisbildung zu schützen wird dieses mit Abstellen des Fahrzeugs jedenfalls dann, wenn die Gefahr des Einfrierens der besagten Flüssigkeit besteht, über einen gewissen Bereich, jedoch nicht vollständig leergesaugt, d.h. es wird die darin befindliche Flüssigkeit in den Vorratsbehälter zurück gefördert. In der Nähe des Vorratsbehälters verbleibt jedoch eine Restmenge von Flüssigkeit im System, da sich andernfalls entweder ein hoher Unterdruck ergäbe oder eine nicht tolerierbare Luftmenge in das Zuführsystem gelangen würde. Ob die genannte Gefahr eines Einfrierens besteht kann im Übrigen nicht nur von der aktuellen und von einer zu erwartenden Umgebungstemperatur abhängen, sondern auch von der Zeitdauer, für welche das Fahrzeug wahrscheinlich abgestellt wird.
Üblicherweise ist ein im Zuführsystem vorgesehener und funktional einer Fördervorrichtung für die Flüssigkeit nachgeschalteter Drucksensor relativ nahe bei der Förderrichtung angeordnet, welche ihrerseits sehr nahe am Vorratsbehälter - zumeist in dessen Bodenabschnitt - angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass beim vorstehend erläuterten Zurückfördern von Flüssigkeit in den Behälter im Bereich des Drucksensors Flüssigkeit verbleibt, welche bei unter entsprechend tiefen Temperaturen abgestelltem Fahrzeug dann gefriert. Übliche bei Kraftfahrzeugen verwendete Drucksensoren nehmen dadurch keinen Schaden, zeigen aber dann im eingefrorenen Zustand entweder sehr hohe Druckwerte an oder kommen gar an die Grenze ihres möglichen Messbereichs. Somit kann aus dem Mess-Signal des Drucksensors festgestellt werden, ob die in seinem Bereich anliegende Flüssigkeit gefroren ist (sehr hoher Druck oder Messbereichsüberschreitung) oder dort im flüssigen Zustand vorliegt. Bei üblicher Verwendung eines Differenzdrucksensors (gegen Umgebungsdruck) sollte bei Vorliegen von (nicht gefrorener) Flüssigkeit dann, wenn die Fördervorrichtung nicht betrieben wird, ein Druck vom Wert „Null“ angezeigt werden.
Vorzugsweise kann bereits dann, wenn mittels des Drucksensors festgestellt wurde, dass die in dessen Umgebung vorliegende Flüssigkeit in der flüssigen Phase ist, die Fördervorrichtung in Betrieb genommen werden, da diese üblicherweise näher am Vorratsbehälter und somit näher an einer in diesem zum Auftauen von gefrorener Flüssigkeit vorgesehen Heizeinrichtung liegt als der Drucksensor. Die Fördervorrichtung kann damit bereits einen Flüssigkeitsdruck im Zuführsystem aufbauen, der in üblicher Weise durch geeignete Ansteuerung der Fördervorrichtung auf einem Soll-Niveau gehalten wird, d.h. selbst wenn zu Beginn des Förderns noch Bereiche des Zuführsystem zugefroren wären besteht dann keine Gefahr einer Schädigung der Fördervorrichtung. Selbstverständlich erfolgt dabei die Ansteuerung der Fördervorrichtung unter Berücksichtigung der Signale des Drucksensors durch eine geeignete elektronische Steuer- und Recheneinheit bzw. durch ein auf einer solchen installierbares Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, welche(s) ausführbaren Programmcode umfasst und gestaltet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, und auf welche(s) vorliegend ein Anspruch gerichtet ist.
Die beigefügte Prinzipskizze zeigt einen Teil einer Vorrichtung, an welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 ein in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug vorgesehener Vorratsbehälter für eine gefriergefährdete Flüssigkeit, insbesondere für eine wässrige Harnstofflösung, gekennzeichnet. Im Bodenbereich dieses Vorratsbehälters 1 ist ein Funktionsmodul 2 vorgesehen, von welchem eine Flüssigkeitsleitung 3 abzweigt, die Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Zuführsystems - hierfür wird ebenfalls die Bezugsziffer 3 verwendet - ist, mit dem die Flüssigkeit bzw. Harnstofflösung einem ebenfalls nicht gezeigten Verbraucher (in Form einer Abgasreinigungsvorrichtung für eine das Fahrzeug antreibende Brennkraftmaschine) zugeführt werden kann.
Bestandteile des Funktionsmoduls 20 sind zunächst ein Filter 21 und eine diesem nachgeschaltete Fördervorrichtung 22 mit umkehrbarer Förderrichtung für die durch das Filter 21 aus dem Vorratsbehälter 1 abgesaugte (oder in diesen zurück geförderte) Flüssigkeit. An die Fördervorrichtung 22 schließt sich ein Pulsationsdämpfer 23 und an diesen ein Drucksensor 24 zur Messung des von der Fördervorrichtung 22 erzeugten Flüssigkeitsdruckes an. Diese genannten Elemente stehen miteinander in fluidleitender Verbindung, von welcher die Flüssigkeitsleitung 3 abzweigt. Weiterhin ist am Funktionsmodul 2 eine elektrische Heizeinrichtung 25 vorgesehen.
Wie vor der Figurenbeschreibung erläutert, wird bei Abstellen des Kraftfahrzeugs zumindest dann, wenn die Gefahr besteht, dass die besagte Flüssigkeit bzw. Harnstofflösung gefrieren könnte, ein großer Teil der im Zuführsystem 3 befindlichen Flüssigkeitsmenge durch umgekehrten Förderbetrieb der Fördervorrichtung 22 in den Vorratsbehälter 1 zurückgesaugt. Dabei bleibt jedoch stets noch etwas Flüssigkeit im Bereich nahe des Vorratsbehälters 1 in der Flüssigkeitsleitung 3, und zwar zumindest eine solche Menge von Flüssigkeit, dass sich am Drucksensor 24 und im Pulsationsdämpfer 23 sowie in der Fördervorrichtung 22 stets Flüssigkeit (und keine Luft) befindet. Diese Flüssigkeit kann dann zwar gefrieren, jedoch wird deren Volumenzunahme durch den bzw. im Pulsationsdämpfer 23 kompensiert.
Nachdem die mit einer Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs in Betrieb genommene Heizvorrichtung 25 am Funktionsmodul 2 und somit nahe der Fördervorrichtung 22 und des Drucksensors 24 vorgesehen ist, wird dieser dann, wenn die zunächst gefrorene und sich zwischen dem Filter 21 und dem Drucksensor 24 befindende Flüssigkeit aufgetaut ist, einen signifikant niedrigeren Druckwert sensieren als bei Anliegen von gefrorener Flüssigkeit. Sobald also ein solcher niedrigerer bzw. dem Umgebungsdruck entsprechender Druckwert am Drucksensor 24 festgestellt wird, kann die Fördervorrichtung 22 in Betrieb genommen werden, um das Zuführsystem 3 in Betriebsbereitschaft zu bringen. Selbstverständlich kann neben dem Signal des Drucksensors 24 noch zumindest ein weiteres Signal abgewartet oder verwendet werden, ehe die Fördervorrichtung 22 in Betrieb genommen wird, so beispielsweise (wie bekannt) ein Signal eines (in der Figur nicht gezeigten) Füllstandsensors, wobei dann aber - abweichend vom derzeitigen Stand der Technik, keine zusätzliche zeitliche Sicherheitsreserve vorgesehen werden muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 2820261 B1 [0001]
DE 102015224358 A1 [0001]

Claims

Verfahren zum Überwachen des Aggregatzustands einer gefriergefährdeten Flüssigkeit, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, welche in einem Vorratsbehälter (1) in einem Kraftfahrzeug mitgeführt wird und in Verbindung mit einem Abstellen des Kraftfahrzeugs zumindest bei niedrigen Umgebungstemperaturen anteilig aus einem Zuführsystem (3) zu einem Verbraucher in den Vorratsbehälter (1) zurückgeführt wird, wobei im oder nahe des Vorratsbehälters (1) eine Fördervorrichtung (22) und ein Drucksensor (24) zur Bestimmung des Drucks in einem sich an die Fördervorrichtung (22) anschließenden Abschnitt des Zuführsystems (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Drucksensors (24) zur Bestimmung des Aggregatzustands verwendet oder mitverwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach einer Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs ein keinen anliegenden Überdruck signalisierendes Signal des Drucksensors (24) eine Inbetriebnahme der Fördervorrichtung (22) zur Erzeugung einer Betriebsbereitschaft des Zuführsystems (3) veranlasst.
Elektronische Steuer- und Recheneinheit oder auf einer solchen installierbares Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, welche(s) ausführbaren Programmcode umfasst und gestaltet ist, ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.