DE102021204407A1 - Method of operating a pump and fluid supply system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpe (210) mit einem Pumpenraum (220), einem den Pumpenraum (220) begrenzenden Element (225) und einem Elektromotor (240), der über einen Exzenterantrieb mit dem den Pumpenraum (220) begrenzenden Element (225) zur Variation eines Volumens des Pumpenraums (220) gekoppelt ist, wobei der Elektromotor (240) derart angesteuert wird, dass während einer Förderphase (PF) der Pumpe eine zumindest im Mittel höhere Drehzahl (n) vorgegeben wird als während einer Saugphase (Ps) der Pumpe.The invention relates to a method for operating a pump (210) with a pump chamber (220), an element (225) delimiting the pump chamber (220) and an electric motor (240) which is connected to the element delimiting the pump chamber (220) via an eccentric drive (225) for varying a volume of the pump chamber (220), the electric motor (240) being controlled in such a way that during a delivery phase (PF) the pump is specified at least on average a higher speed (n) than during a suction phase ( Ps) of the pump.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpe, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung sowie ein Fluid-Versorgungssystem.The present invention relates to a method for operating a pump, a computing unit and a computer program for executing it, and a fluid supply system.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Bei einer Nachbehandlung von Abgasen in Kraftfahrzeugen kann, insbesondere zur Reduktion von Stickoxiden (NOx), das sog. SCR-Verfahren (engl.: Selective Catalytic Reduction) zum Einsatz kommen. Dabei wird eine Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) als Reduktionsmittellösung in das typischerweise sauerstoffreiche Abgas eingeführt.The so-called SCR method (Selective Catalytic Reduction) can be used in the after-treatment of exhaust gases in motor vehicles, in particular for the reduction of nitrogen oxides (NO x ). A urea-water solution (HWL) is introduced as a reducing agent solution into the typically oxygen-rich exhaust gas.

Hierfür kann ein Dosiermodul bzw. Dosierventil verwendet werden, das eine Düse umfasst, um die Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrom einzusprühen bzw. einzubringen. Stromaufwärts eines SCR-Katalysators reagiert die Harnstoff-Wasser-Lösung zu Ammoniak, welcher sich anschließend am SCR-Katalysator mit den Stickoxiden verbindet, woraus Wasser und Stickstoff entstehen.A dosing module or dosing valve can be used for this purpose, which comprises a nozzle in order to spray or introduce the urea-water solution into the exhaust gas flow. Upstream of an SCR catalytic converter, the urea-water solution reacts to form ammonia, which then combines with the nitrogen oxides on the SCR catalytic converter, resulting in water and nitrogen.

Das Dosierventil ist typischerweise über eine Druckleitung mit einer Pumpe verbunden. Diese pumpt die Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Reduktionsmitteltank zum Dosiermodul. Zusätzlich ist meistens ein Rücklauf mit dem Reduktionsmitteltank verbunden, über den überschüssige Harnstoff-Wasser-Lösung zurückgeführt werden kann. Eine Blende oder Drossel im Rücklauf kann den Rückfluss steuern.The metering valve is typically connected to a pump via a pressure line. This pumps the urea-water solution from a reducing agent tank to the dosing module. In addition, a return line is usually connected to the reducing agent tank, through which excess urea-water solution can be returned. An orifice or throttle in the return can control the return flow.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpe, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung sowie ein Fluid-Versorgungssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating a pump, a computing unit and a computer program for executing it, and a fluid supply system with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zum Betreiben einer Pumpe, die einen Pumpenraum, ein den Pumpenraum begrenzendes Element und einen Elektromotor, der (bzw. dessen Rotorwelle) über einen Exzenterantrieb mit dem den Pumpenraum begrenzenden Element zur Variation eines Volumens des Pumpenraums gekoppelt ist, aufweist. Mit anderen Worten ist das den Pumpenraum begrenzende Element exzentrisch an die Welle bzw. den Rotor angebunden bzw. gekoppelt. Bei diesem Element handelt es sich vorzugsweise um eine Membran, die z.B. über einen Pleuel mit dem Exzenter gekoppelt ist. Hierbei handelt es sich dann um eine sog. Membranpumpe, wie sie typischerweise für die schon erwähnten SCR-Versorgungssysteme - oder auch anderen Fluid-Versorgungssystemen - eingesetzt wird.The invention relates to a method for operating a pump, which has a pump chamber, an element delimiting the pump chamber and an electric motor which (or its rotor shaft) is coupled via an eccentric drive to the element delimiting the pump chamber in order to vary a volume of the pump chamber. having. In other words, the element delimiting the pump chamber is connected or coupled eccentrically to the shaft or the rotor. This element is preferably a membrane which is coupled to the eccentric via a connecting rod, for example. This is then a so-called membrane pump, as is typically used for the already mentioned SCR supply systems—or also other fluid supply systems.

Zusätzlich kann der Pumpenraum durch wenigstens ein, vorzugsweise zwei Ventile begrenzt sein, die den Pumpenraum mit einem Zulauf bzw. einem Ablauf verbinden. Zweckmäßigerweise sind von diesen Ventilen wenigstens eines, insbesondere aber beide, aktiv steuerbar. Die zwei Ventile dienen dabei insbesondere als Einlassventil und als Auslassventil. Dabei soll insbesondere in einer Saugphase der Pumpe Fluid durch das Einlassventil in den Pumpenraum eingesaugt werden und in einer Pump- oder Förderphase dann durch das Auslassventil - bei geschlossenem Einlassventil - aus dem Pumpenraum hinausgedrückt werden.In addition, the pump chamber can be delimited by at least one, preferably two, valves which connect the pump chamber to an inlet or an outlet. At least one of these valves, but in particular both, are expediently actively controllable. The two valves serve in particular as an inlet valve and an outlet valve. In particular, in a suction phase of the pump, fluid should be sucked into the pump chamber through the inlet valve and then in a pumping or delivery phase through the outlet valve—with the inlet valve closed—pushed out of the pump chamber.

Unter einem aktiv steuerbaren Ventil (dies gilt sowohl für ein Einlassventil als auch das Auslassventil) ist hierbei zu verstehen, dass das Öffnen und Schließen des Ventils aktiv gezielt herbeigeführt werden kann, und zwar beispielsweise durch einen elektromagnetischen Aktor mit einer Spule und einem Anker, sodass durch geeignetes Bestromen der Spule das Ventil geschaltet werden kann.An actively controllable valve (this applies to both an inlet valve and the outlet valve) is to be understood here as meaning that the opening and closing of the valve can be actively brought about in a targeted manner, for example by an electromagnetic actuator with a coil and an armature, so that the valve can be switched by suitably energizing the coil.

Ein besonderer Vorteil von Pumpen mit aktiv steuerbaren Ventilen ist, dass durch die individuelle Ansteuerung der Ventile die Pumpe auf mehr oder weniger beliebige Weise betrieben werden kann, z.B. auch mit einer Förderrichtung entgegen der regulären Förderrichtung. Dies kann in einem SCR-Versorgungssystem, in dem ein Fluid wie eine Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Fluid-Tank zu einem Dosiermodul gefördert wird, z.B. bedeuten, dass das Fluid auch von dem Dosiermodul bei Bedarf wieder in den Fluid-Tank rückgefördert werden kann. Hierzu müssten die Ventile lediglich in entsprechender Weise geöffnet und geschlossen werden. Alternativ können jedoch auch Ventile eingesetzt werden, die passiv bzw. automatisch bei Anliegen eines bestimmten Drucks öffnen, beispielsweise Rückschlagventile.A particular advantage of pumps with actively controllable valves is that the pumps can be operated in more or less any way thanks to the individual control of the valves, e.g. with a pumping direction opposite to the regular pumping direction. In an SCR supply system, in which a fluid such as a urea-water solution is pumped from a fluid tank to a dosing module, this can mean, for example, that the fluid can also be pumped back from the dosing module back into the fluid tank if required can. For this purpose, the valves would only have to be opened and closed in a corresponding manner. Alternatively, however, valves can also be used which open passively or automatically when a certain pressure is applied, for example check valves.

Der Exzenterantrieb für die Membran (oder ggf. ein anderes, den Pumpenraum begrenzendes Element) führt, wie sich gezeigt hat, zu einem stark instationären, erforderlichen Antriebsmoment. Während des Förderhubs weist dieses Moment einen annähernd sinusförmigen Verlauf auf. Abweichungen von der Sinusform werden z.B. durch die Membransteifigkeit und durch den Druckverlauf im Pumpenraum verursacht.As has been shown, the eccentric drive for the membrane (or possibly another element delimiting the pump chamber) leads to a highly transient, required drive torque. During the delivery stroke, this moment has an approximately sinusoidal curve. Deviations from the sinusoidal shape are caused, for example, by the membrane stiffness and the pressure profile in the pump chamber.

Während der Saugphase ist das erforderliche Moment hingegen deutlich reduziert. Dieser unterschiedliche Antriebs- bzw. Momentenbedarf erfordert es, den Elektromotor sehr dynamisch anzusteuern. Da eine Messung des Moments typischerweise nicht möglich oder jedenfalls nicht vorgesehen ist, kann das Moment des Elektromotors anhand der Drehzahl geregelt werden. Die Drehzahl kann typischerweise nur zu konkreten Winkeln bzw. Winkelwerten der Welle erfasst werden, z.B. alle 10°. Die aktuelle Drehzahl kann somit immer nur im Nachhinein bestimmt werden (z.B. eben alle 10°). Zusätzlich kommt es durch Einschränkungen in der elektrischen Hardware oftmals zu einem verzögerten Regeln des Motormoments.During the suction phase, however, the torque required is significantly reduced. This different drive or torque requirement makes it necessary to control the electric motor very dynamically. Since a measurement of the torque is typically not possible or at least not provided for, the torque of the electric motor can be controlled using the speed. The rotational speed can typically only be recorded at specific angles or angle values of the shaft, for example every 10°. The current speed can therefore only be determined afterwards (e.g. every 10°). In addition, limitations in the electrical hardware often lead to delayed control of the motor torque.

Dies führt zu einem starken Abbremsen des Elektromotors am Beginn der Förderphase bzw. des Förderhubs der Pumpe und zu einem Beschleunigen des Elektromotors am Ende der Förderphase. Die mittlere Drehzahl ist dabei während der Förderphase kleiner und während der Saugphase größer. Die Förderphase ist zudem länger, was zu einem erhöhten Leistungsbedarf des Elektromotors führt und diesen durch die ohmschen Widerstände erwärmt. Bei einer sehr geringen Motordrehzahl kann es sogar zu einem Überhitzen des Elektromotors kommen, was zu einem Abstellen des Elektromotors führt.This leads to strong braking of the electric motor at the beginning of the delivery phase or the delivery stroke of the pump and to acceleration of the electric motor at the end of the delivery phase. The average speed is lower during the pumping phase and higher during the suction phase. The delivery phase is also longer, which leads to an increased power requirement of the electric motor and heats it up through the ohmic resistances. At a very low engine speed, the electric motor can even overheat, which leads to the electric motor being switched off.

Die Saugphase ist dagegen verkürzt; in dieser Phase muss der Pumpenraum gefüllt werden. Da zum Füllen des Pumpenraums typischerweise nur der Umgebungsdruck zur Verfügung steht, ist die Füllgeschwindigkeit durch die Druckdifferenz zwischen dem Tankdruck und dem Dampfdruck des Reduktionsmittels sowie hydraulische Widerstände begrenzt; die Füllzeit sollte daher möglichst lang sein. Die hydraulischen Widerstände sind durch Bohrungen des Einlassventils und vorhandene Filter (typischerweise zum Schutz der Komponenten) vorgegeben und sind im Rahmen der technischen Möglichkeiten in der Regel ohnehin schon minimiert. Für eine vollständige Füllung, insbesondere bei hohen Drehzahlen und Förderleistungen, sollte die Saugphase möglichst lange sein, damit hohe Förderleistungen auch bei ungünstigen Randbedingungen wie hoher Beladung des Filters, hoher Umgebungstemperatur sowie niedrigem Umgebungsdruck möglich sind.The sucking phase, on the other hand, is shortened; at this stage the pump room must be filled. Since typically only the ambient pressure is available for filling the pump chamber, the filling speed is limited by the pressure difference between the tank pressure and the vapor pressure of the reducing agent, as well as hydraulic resistance; the filling time should therefore be as long as possible. The hydraulic resistances are determined by the holes in the inlet valve and the existing filters (typically to protect the components) and are usually already minimized within the scope of the technical possibilities. For complete filling, especially at high speeds and delivery rates, the suction phase should be as long as possible so that high delivery rates are possible even under unfavorable boundary conditions such as high filter loading, high ambient temperature and low ambient pressure.

Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor derart angesteuert wird, dass während der Förderphase der Pumpe eine zumindest im Mittel höhere Drehzahl vorgegeben wird als während der Saugphase der Pumpe. Es kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, die Drehzahl des Elektromotors auf den jeweiligen Sollwert zu regeln; dabei werden für die Förderphase und für die Saugphase unterschiedliche Sollwerte für die Drehzahl vorgegeben. Der Sollwert für die Förderphase (oder zumindest einen Teil davon) ist entsprechend höher als der Sollwert für die Saugphase (oder zumindest einen Teil davon), insbesondere ist der Sollwert für die Förderphase (oder zumindest einen Teil davon) höher als ein vorgegebener Referenzwert, der für die Saugphase (oder zumindest einen Teil davon) hingegen geringer als der Referenzwert. Auf eine volle Umdrehung der Welle des Elektromotors bezogen sollte der Referenzwert aber dann im Mittel erreicht werden. Bei diesem vorgegebenen Referenzwert kann es sich um einen bisher verwendeten Sollwert handeln, der z.B. für eine mittlere gewünschte Drehzahl angibt. Damit wird z.B. eine gewünschte Fördermenge der Pumpe vorgegeben.Against this background, it is proposed that the electric motor is controlled in such a way that during the delivery phase of the pump, a higher speed is specified, at least on average, than during the suction phase of the pump. In addition, it can also be provided to regulate the speed of the electric motor to the respective desired value; different target values for the speed are specified for the delivery phase and for the suction phase. The target value for the delivery phase (or at least part of it) is correspondingly higher than the target value for the suction phase (or at least part of it), in particular the target value for the delivery phase (or at least part of it) is higher than a specified reference value that for the sucking phase (or at least a part of it), however, is lower than the reference value. Based on a full revolution of the shaft of the electric motor, the reference value should then be reached on average. This specified reference value can be a setpoint value that has been used up to now, which indicates, for example, a desired mean speed. This is used, for example, to specify a desired delivery rate for the pump.

Auf diese Weise werden die Nachteile der bisherigen Motorregelung beseitigt; zu Beginn der Förderphase wird der Elektromotor beschleunigt und am Ende der Förderphase und damit zum Beginn der Saugphase wird er verzögert. Im Vergleich zur Vorgabe eines konstanten Sollwerts wird daher die Förderphase verkürzt und die Saugphase verlängert. Die mittlere Drehzahl bzw. Geschwindigkeit (der erwähnte Referenzwert) kann aber konstant bleiben.In this way, the disadvantages of the previous engine control are eliminated; at the beginning of the delivery phase, the electric motor is accelerated and at the end of the delivery phase and thus at the beginning of the suction phase, it is decelerated. In comparison to the specification of a constant target value, the delivery phase is therefore shortened and the suction phase lengthened. However, the average speed or speed (the reference value mentioned) can remain constant.

Durch die erhöhte Motordrehzahl während der Förderphase kann das mittlere Moment des Elektromotors deutlich reduziert werden; dadurch wird auch die Verlustleistung des Elektromotors deutlich reduziert. Der Leistungsbedarf wird ebenso reduziert, der mittlere Strom wird geringer. Zudem kann der Spitzenstrom reduziert werden, wodurch der Elektromotor nicht mehr so stark erhitzt. Die Gefahr, dass der Elektromotor stehen bleibt, ist reduziert. Dies ist besonders bei kleinen Drehzahlen von Vorteil und wichtig. Bei hohen Drehzahlen wird eine bessere Füllung des Pumpenraums erreicht und besonders bei negativen bzw. schlechten Umweltrandbedingungen kann eine höhere Förderleistung erreicht werden.Due to the increased engine speed during the delivery phase, the average torque of the electric motor can be significantly reduced; this also significantly reduces the power loss of the electric motor. The power requirement is also reduced, the average current is lower. In addition, the peak current can be reduced, which means that the electric motor no longer heats up as much. The risk of the electric motor stopping is reduced. This is particularly advantageous and important at low speeds. At high speeds, a better filling of the pump chamber is achieved and a higher delivery rate can be achieved, especially in negative or poor environmental conditions.

Die Abweichungen der Sollwerte für die Drehzahl vom Referenzwert (bzw. einem bisher verwendeten Sollwert) werden bevorzugt so gewählt, dass sich ein möglichst stabiler Lauf ergibt. Hierzu sei auch auf die Erläuterungen zu den Figuren verwiesen. Die mittlere Ist-Drehzahl in der Förderphase sollte dabei möglichst groß und in der Saugphase möglichst klein sein. Da der Elektromotor in seinem maximalen Moment und in seiner Dynamik begrenzt ist, erfolgt die Änderung der gewünschten Solldrehzahl bevorzugt nicht direkt bei einem Totpunkt (oberer Totpunkt bzw. unterer Totpunkt) des Exzenters bzw. der Membran, sondern etwas früher. Hierzu sei auch auf die Erläuterungen zu den Figuren verwiesen.The deviations of the target values for the rotational speed from the reference value (or a previously used target value) are preferably chosen in such a way that the result is a run that is as stable as possible. In this regard, reference is also made to the explanations for the figures. The average actual speed in the delivery phase should be as high as possible and as low as possible in the suction phase. Since the electric motor is limited in its maximum torque and in its dynamics, the change in the desired setpoint speed preferably does not take place directly at a dead center (top dead center or bottom dead center) of the eccentric or the membrane, but somewhat earlier. In this regard, reference is also made to the explanations for the figures.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ein Abgasnachbehandlungssteuergerät oder ein Pumpensteuergerät, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle, an exhaust gas aftertreatment control unit or a pump control unit, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control unit is also used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt schematisch ein Fluid-Versorgungssystem mit einer Pumpe, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. 1 shows schematically a fluid supply system with a pump in which a method according to the invention can be carried out.
  • 2 zeigt schematisch eine Pumpe, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. 2 shows schematically a pump in which a method according to the invention can be carried out.
  • 3 zeigt Verläufe von Drehzahl, Moment und Hub bei einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren. 3 shows curves of speed, torque and stroke in a method not according to the invention.
  • 4 und 5 zeigen Verläufe von Drehzahlen, Moment und Hub bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform. 4 and 5 show curves of speeds, torque and stroke in a method according to the invention in a preferred embodiment.
  • 6 zeigt Verläufe von Drehzahl, Moment und Hub bei einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren. 6 shows curves of speed, torque and stroke in a method not according to the invention.
  • 7 und 8 zeigen Verläufe von Drehzahlen, Moment und Hub bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform. 7 and 8th show curves of speeds, torque and stroke in a method according to the invention in a preferred embodiment.

Ausführungsform(en) der Erfindungembodiment(s) of the invention

In 1 ist schematisch und beispielhaft ein als SCR-Versorgungssystem ausgebildetes Fluid-Versorgungssystem 100 dargestellt, bei dem (bzw. bei einer dort vorhandenen Pumpe) ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Das SCR-Versorgungssystem 100 umfasst eine Pumpe bzw. Förderpumpe 210 mit einem Pumpenraum 220, zwei aktiv steuerbaren Ventilen 221 und 222 für den Pumpenraum 220 sowie mit einem Filter 230. Diese Komponenten bilden zusammen beispielhaft eine Fördereinheit 200, die z.B. als bauliche Einheit zur Verfügung gestellt werden kann.In 1 a fluid supply system 100 embodied as an SCR supply system is shown schematically and by way of example, in which (or in the case of a pump present there) a method according to the invention can be carried out. The SCR supply system 100 includes a pump or delivery pump 210 with a pump chamber 220, two actively controllable valves 221 and 222 for the pump chamber 220 and a filter 230. These components together form an example of a delivery unit 200, which is available as a structural unit, for example can be asked.

Bei regulärer Förderrichtung dient dabei das Ventil 221 als Einlassventil, das Ventil 222 hingegen als Auslassventil. Zudem weist die Pumpe 210 ein Förderelement 225 auf, um das Volumen des Pumpenraums 220 zu vergrößern und zu verkleinern. Bei dem Förderelement 225 kann es sich z.B. um eine Membran handeln, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird.In the case of a regular conveying direction, valve 221 serves as an inlet valve, while valve 222 serves as an outlet valve. In addition, the pump 210 has a delivery element 225 in order to increase and decrease the volume of the pump chamber 220 . The conveying element 225 can be a membrane, for example, as will be explained in more detail below.

Die Pumpe 210 ist nun dazu eingerichtet, Reduktionsmittel 121 (bzw. eine Reduktionsmittellösung) als zu förderndes Fluid aus einem Fluid-Tank 120 über eine Druckleitung 122 zu einem Dosiermodul oder Dosierventil 130 zu fördern. Dort wird das Reduktionsmittel 121 dann in einen Abgasstrang 170 einer Brennkraftmaschine gesprüht.The pump 210 is now set up to deliver reducing agent 121 (or a reducing agent solution) as the fluid to be delivered from a fluid tank 120 via a pressure line 122 to a dosing module or dosing valve 130 . There, the reducing agent 121 is then sprayed into an exhaust line 170 of an internal combustion engine.

Weiterhin ist ein Drucksensor 140 vorgesehen (dieser kann auch in der Fördereinheit 200 untergebracht sein), der dazu eingerichtet ist, einen Druck zumindest in der Druckleitung 122 zu messen. Eine z.B. als Abgasnachbehandlungssteuergerät ausgebildete Recheneinheit 150 ist mit dem Drucksensor 140 verbunden und erhält von diesem Informationen über den Druck in der Druckleitung 122. Außerdem ist das Abgasnachbehandlungssteuergerät 150 mit der Fördereinheit 200, dort insbesondere mit der Pumpe 210, und mit dem Dosiermodul 130 verbunden, um diese ansteuern zu können. Dies umfasst auch eine Ansteuerung der aktiv steuerbaren Ventile 221 und 222.Furthermore, a pressure sensor 140 is provided (this can also be accommodated in the delivery unit 200 ), which is set up to measure a pressure at least in the pressure line 122 . A computing unit 150, embodied, for example, as an exhaust gas aftertreatment control device, is connected to pressure sensor 140 and receives information from it about the pressure in pressure line 122. Exhaust gas aftertreatment control device 150 is also connected to delivery unit 200, there in particular to pump 210, and to dosing module 130. to be able to control them. This also includes activation of the actively controllable valves 221 and 222.

Zudem umfasst das SCR-Versorgungssystem 100 beispielhaft einen Rücklauf 160, durch den Reduktionsmittel aus dem System zurück in den Fluid-Tank 120 geführt werden kann. In diesem Rücklauf 160 ist beispielhaft eine Blende bzw. Drossel 161 angeordnet, die einen örtlichen Strömungswiderstand bietet. Hierzu ist jedoch anzumerken, dass ein solcher Rücklauf bei einer Pumpe mit aktiv gesteuerten Ventilen auch entfallen kann.In addition, the SCR supply system 100 includes, for example, a return 160 through which the reducing agent can be returned from the system to the fluid tank 120 . In this return 160, for example, an orifice or throttle 161 is arranged, which offers a local flow resistance. However, it should be noted that such a return can also be omitted in a pump with actively controlled valves.

Das Abgasnachbehandlungssteuergerät ist dazu eingerichtet, anhand relevanter Daten, wie z.B. vom Motorsteuergerät oder von Sensoren für Temperatur, Druck und Stickoxidgehalt im Abgas empfangenen Daten, die Aktoren des Systems zu koordinieren, um die Harnstoff-Wasser-Lösung entsprechend der Betriebsstrategie in den Abgastrakt vor dem SCR-Katalysator einzubringen. Weiterhin überwacht beispielsweise eine On-Board-Diagnose (OBD) die zur Einhaltung der Abgasgrenzwerte relevanten Bauteile und Baugruppen des Abgasnachbehandlungssystems.The exhaust gas aftertreatment control unit is set up to use relevant data, such as data received from the engine control unit or from sensors for temperature, pressure and nitrogen oxide content in the exhaust gas, to coordinate the system's actuators in order to inject the urea-water solution into the exhaust system in front of the exhaust tract in accordance with the operating strategy Introduce SCR catalytic converter. Furthermore, for example, an on-board diagnosis (OBD) monitors the components and assemblies of the exhaust gas aftertreatment system that are relevant for compliance with the exhaust gas limit values.

In 2 ist schematisch eine Pumpe 210, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist, detaillierter als in 1 in einer Schnittansicht gezeigt. Die Pumpe 210 weist neben dem Pumpenraum 220 und zwei aktiv steuerbaren Ventilen 221 und 222 für den Pumpenraum 220 insbesondere ein als Membran ausgebildetes Element 225 auf, das den Pumpenraum 220 begrenzt.In 2 is a schematic of a pump 210 in which a method according to the invention can be carried out, in more detail than in FIG 1 shown in a sectional view. In addition to the pump chamber 220 and two actively controllable valves 221 and 222 for the pump chamber 220, the pump 210 has, in particular, an element 225 designed as a membrane, which delimits the pump chamber 220.

Außerdem ist ein Elektromotor 240 vorgesehen, an dessen Läufer (oder Rotor) 245 mit einer Rotorwelle 246 mittels eines Exzenters 247 (vgl. hierzu Winkel φ) ein Pleuel 250 angebracht ist, der ebenso mit der Membran verbunden ist. Auf diese Weise kann durch eine Rotationsbewegung des Läufers 250 eine Auf- und Abbewegung der Membran 225 erreicht werden. Hierzu sei angemerkt, dass ein Exzenter z.B. auch dadurch gebildet werden kann, dass der Pleuel exzentrisch am Läufer 245 d.h. von der Welle 246 beabstandet, befestigt ist. Insgesamt ist dementsprechend der Elektromotor 240 bzw. dessen Rotorwelle 246 über einen Exzenterantrieb 246, 247 mit der den Pumpenraum 220 begrenzenden Membran 225 zur Variation eines Volumens des Pumpenraums 220 gekoppelt.In addition, an electric motor 240 is provided, on whose runner (or rotor) 245 with a rotor shaft 246 by means of an eccentric 247 (cf. angle φ) a connecting rod 250 is attached, which is also connected to the membrane. In this way, an up and down movement of the membrane 225 can be achieved by a rotational movement of the runner 250 . It should be noted here that an eccentric can also be formed, for example, by the connecting rod being fastened eccentrically to the rotor 245, i.e. at a distance from the shaft 246. Overall, the electric motor 240 or its rotor shaft 246 is accordingly coupled via an eccentric drive 246, 247 to the membrane 225 delimiting the pump chamber 220 in order to vary a volume of the pump chamber 220.

Die beiden Ventile 221 und 222 weisen hier elektromagnetische Aktoren mit jeweils einer Spule 223 sowie einem Anker 224 auf, mittels deren ein geeignetes Element betätigt werden kann, um einen Durchfluss freizugeben, also das Ventil zu öffnen, bzw. zu versperren, also das Ventil zu schließen.The two valves 221 and 222 here have electromagnetic actuators, each with a coil 223 and an armature 224, by means of which a suitable element can be actuated to release a flow, i.e. to open the valve, or to block it, i.e. to close the valve shut down.

In 3 sind Verläufe von Drehzahl, Moment und Hub bei einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Pumpe, wie sie vorstehend erläutert wurde, gezeigt. Hierzu sind das Moment M des Elektromotors und die Drehzahl n (oberes Diagramm) sowie ein Hub h der Membran (unteres Diagramm) über der Zeit t aufgetragen. Mit PS ist eine Saugphase, mit PF eine Förderphase bezeichnet.In 3 courses of speed, torque and stroke are shown in a non-inventive method for operating a pump, as explained above. For this purpose, the torque M of the electric motor and the speed n (upper diagram) as well as a stroke h of the diaphragm (lower diagram) are plotted against time t. P S denotes a suction phase, P F denotes a delivery phase.

Bei diesem Beispiel wird konstant ein Sollwert für die Drehzahl von z.B. 500 U/min vorgegeben. Das mittlere Moment beträgt hier ca. 67 Nmm.In this example, a setpoint value of e.g. 500 rpm is constantly specified for the speed. The mean moment here is approx. 67 Nmm.

In 4 sind Verläufe von Drehzahlen und Hub bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform zum Betrieb einer Pumpe, wie sie vorstehend erläutert wurde, gezeigt. Mit nsoll ist ein Sollwert der Drehzahl, mit nist ein Istwert der Drehzahl und mit nRef ein Referenzwert der Drehzahl gezeigt.In 4 are curves of speeds and stroke in a method according to the invention in a preferred embodiment for operating a pump, as explained above, shown. A reference value for the rotational speed is shown with n set , with an actual value for the rotational speed with n and with n ref a reference value for the rotational speed.

Der Sollwert für die Drehzahl wird für die Förderphase höher, hier beispielsweise zu 650 U/min, und für die Saugphase geringer, hier beispielsweise zu 400 U/min, als der Referenzwert von beispielsweise 500 U/min vorgegeben. Der Referenzwert soll im Mittel erreicht werden. Die möglichen Drehzahlanhebungen und Absenkungen der Drehzahl hängen z.B. von der Motorleistung, vom Drehmoment durch den Exzenter, der Trägheit des Antriebs, der Drehzahlerfassung und dem Regler ab. Bei hohen Drehzahlen kommt hinzu, dass sich im Förderhub zu Beginn eine Drucküberhöhung im Pumpenraum ergibt. Dies wird durch die Trägheit des Fluids und der möglichen Öffnungsgeschwindigkeit des druckseitigen Ventils verursacht. Dieser maximale Druck darf den durch die Federvorspannkraft der Feder des tankseitigen Ventils eingestellten Öffnungsdruck nicht überschreiten. The target value for the rotational speed is higher for the delivery phase, for example 650 rpm, and lower for the suction phase, for example 400 rpm, than the reference value of 500 rpm, for example. The reference value should be reached on average. The possible increases and decreases in speed depend, for example, on the engine power, the torque from the eccentric, the inertia of the drive, the speed detection and the controller. At high speeds, there is also an increase in pressure in the pump chamber at the beginning of the delivery stroke. This is caused by the inertia of the fluid and the potential opening speed of the discharge valve. This maximum pressure must not exceed the opening pressure set by the spring tension of the spring on the tank-side valve.

Die Federvorspannkraft ist wiederum durch die mögliche Magnetkraft und der ertragbaren Last des Sitzes begrenzt. Aufgrund der Vielzahl zu berücksichtigender Parameter kann z.B. mit Hilfe einer Simulation oder einem Versuch ein möglichst optimaler Wert für die Drehzahlanhebung ermittelt werden.The spring preload force is in turn limited by the possible magnetic force and the bearable load of the seat. Due to the large number of parameters to be taken into account, the best possible value for the speed increase can be determined, e.g. with the help of a simulation or a test.

Ein mögliches Vorgehen für eine Applikation ist wie folgt: Es wird eine Drehzahlabsenkung beim Saughub als Funktion der Nenndrehzahl vorgeben, die Drehzahlanhebung wird so geregelt, dass die Nenndrehzahl erreicht wird. Wenn die Nenndrehzahl nicht mehr erreicht wird, wird die Drehzahlabsenkung reduziert. Wenn die Druckspitze im Pumpenraum zu groß wird, wird ebenfalls die Drehzahlabsenkung reduziert. Ebenso ist auch ein umgekehrtes Vorgehen möglich, zuerst die Drehzahlanhebung vorgeben und dann die Absenkung regeln, sodass die gewünschte Nenndrehzahl erreicht wird.A possible procedure for an application is as follows: A speed reduction during the intake stroke is specified as a function of the nominal speed, the speed increase is controlled in such a way that the nominal speed is reached. If the nominal speed is no longer reached, the speed reduction is reduced. If the pressure peak in the pump chamber becomes too great, the speed reduction is also reduced. The reverse procedure is also possible, first specifying the speed increase and then controlling the reduction so that the desired nominal speed is reached.

Die Berechnung der mittleren Geschwindigkeit kann vereinfacht ohne Beschleunigungszeiten erfolgen. Die Drehzahl ist das Inverse der Zeit je Umdrehung. Die Gesamtzeit je Umdrehung setzt sich aus der Zeit für den Saughub und der Zeit für den Förderhub zusammen. Durch Umrechnung in Winkel ergibt sich, dass bei Absenkung gleich Erhöhung und gleichem Winkel, die mittlere Geschwindigkeit kleiner als die gewünschte mittlere Geschwindigkeit ist. Es muss also die Anhebung größer sein, oder der Winkel für die hohe Geschwindigkeit größer.The average speed can be calculated in a simplified manner without acceleration times. The speed is the inverse of the time per revolution. The total time per revolution consists of the time for the suction stroke and the time for the delivery stroke. By converting it into angles, it follows that when lowering equals elevation and the same angle, the average speed is lower than the desired average speed. So the lift must be larger, or the angle for the high speed larger.

In 5 sind die zugehörigen Verläufe von Drehzahl n und Moment M (oberes Diagramm) sowie Hub h (unteres Diagramm) vergrößert für die ersten beiden Perioden gezeigt. Mit PS ist eine Saugphase, mit PF eine Förderphase bezeichnet.In 5 the associated courses of speed n and moment M (upper diagram) as well as stroke h (lower diagram) are shown enlarged for the first two periods. P S denotes a suction phase, P F denotes a delivery phase.

Es ist zu erkennen, dass mit Erreichen eines unteren Totpunkts UT der Membran (gilt entsprechend für Exzenter), d.h. bei minimalem Hub h, ein Übergang von der Saugphase in die Förderphase stattfindet. Entsprechend findet ein Übergang von der Förderphase in die Saugphase beim oberen Totpunkt OT statt. Es ist erkennbar, dass die Saugphasen länger als die Förderphasen dauern, sodass damit die Abweichung des Sollwerts vom Referenzwert geringer ist. Im Vergleich mit 4 wird deutlich, dass die jeweiligen Sollwerte bereits vor Erreichen des jeweiligen Totpunkts UT bzw. OT geändert werden.It can be seen that when a bottom dead center UT of the membrane is reached (correspondingly applies to eccentrics), ie at minimum stroke h, a transition from the suction phase to the delivery phase takes place. Accordingly, there is a transition from the delivery phase to the suction phase at top dead center OT. It can be seen that the suction phase s last longer than the funding phases, so that the deviation of the target value from the reference value is smaller. In comparison with 4 it becomes clear that the respective target values are already changed before the respective dead center UT or OT is reached.

Wenn die Drehzahl nicht über ein negatives Motordrehmoment abgesenkt werden soll bzw. kann, dann muss diese über die Last abgesenkt werden. Die Last ist nur bis zum OT vorhanden. Es muss deshalb vor OT die Drehzahl über die Last abgesenkt werden. Wie obige Betrachtung zeigt, sollte die Drehzahlerhöhung nicht zu kurz sein, da andernfalls die Drehzahlüberhöhung zu hoch ist. Bei begrenztem Motormoment kann auch nur bei kleiner Last die Drehzahl gesteigert werden. Deshalb wird die Drehzahl vor UT angehoben.If the speed should not or cannot be lowered via a negative motor torque, then it must be lowered via the load. The load is only present up to TDC. The speed must therefore be reduced via the load before TDC. As the consideration above shows, the speed increase should not be too short, otherwise the speed increase will be too high. With limited engine torque, the speed can only be increased with a small load. Therefore, the speed before BDC is increased.

Es ist auch vorteilhaft, während des Ein- und Ausschaltens des Ventils die Drehzahl nicht zu stark zu ändern, weil dadurch die Genauigkeit des Öffnungs- und Schließzeitpunktes zur richtigen Winkellage bei Drehzahlschwankungen schlechter wird.It is also advantageous not to change the speed too much while the valve is being switched on and off, because this reduces the accuracy of the opening and closing times at the correct angular position in the event of speed fluctuations.

Durch diese Ausgestaltung wird der Motorlauf stabiler und der Energiebedarf deutlich reduziert. Das mittlere Moment kann beispielsweise auf ca. 30 Nmm abgesenkt werden.This design makes the engine run more stable and significantly reduces the energy requirement. The average moment can be lowered to about 30 Nm, for example.

Die 6, 7 und 8 zeigen ein vergleichbares Beispiel wie die 3 bis 5, jedoch mit einer mittleren Drehzahl von 1.000 U/min anstelle von 500 U/min (in 6 ist es entsprechend der Sollwert, in 7 der Referenzwert). Für die übrigen Erläuterungen der Figuren sei auf die obigen Erläuterungen der 3 bis 5verwiesen, die hier entsprechend gelten. Im Ergebnis ist hier zu sehen, dass das mittlere Moment der Membran von ca. 60 Nmm auf ca. 26 Nmm abgesenkt ist.the 6 , 7 and 8th show an example comparable to that 3 until 5 , but with a mean speed of 1,000 rpm instead of 500 rpm (in 6 is it according to the setpoint, in 7 the reference value). For the other explanations of the figures, refer to the above explanations 3 until 5 referenced, which apply here accordingly. As a result, it can be seen that the average torque of the membrane has been reduced from approx. 60 Nmm to approx. 26 Nmm.

Insgesamt ist also mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein sehr energieeffizienter Betrieb der Pumpe möglich.Overall, therefore, a very energy-efficient operation of the pump is possible with the proposed method.

Claims (11)

Verfahren zum Betreiben einer Pumpe (210) mit einem Pumpenraum (220), einem den Pumpenraum (220) begrenzenden Element (225) und einem Elektromotor (240), der über einen Exzenterantrieb mit dem den Pumpenraum (220) begrenzenden Element (225) zur Variation eines Volumens des Pumpenraums (220) gekoppelt ist, wobei der Elektromotor (240) derart angesteuert wird, dass während einer Förderphase (PF) der Pumpe eine zumindest im Mittel höhere Drehzahl (n) vorgegeben wird als während einer Saugphase (PS) der Pumpe.Method for operating a pump (210) with a pump chamber (220), an element (225) delimiting the pump chamber (220) and an electric motor (240) which, via an eccentric drive, is connected to the element (225) delimiting the pump chamber (220) for Variation of a volume of the pump chamber (220) is coupled, the electric motor (240) being controlled in such a way that during a delivery phase (P F ) the pump is specified at least on average higher speed (n) than during a suction phase (P S ) the pump. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehzahl (n) des Elektromotors (240) in zumindest einem Teil der Förderphase (PF) auf einen höheren Sollwert (nsoll) gestellt oder geregelt wird, als für zumindest einen Teil der Saugphase (PS).procedure after claim 1 , wherein the speed (n) of the electric motor (240) is set or regulated in at least part of the delivery phase (P F ) to a higher desired value (n set ) than for at least part of the suction phase (P S ). Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Elektromotor (240) derart angesteuert wird, dass die Drehzahl (n), auf eine volle Umdrehung einer Rotorwelle (246) des Elektromotors (240) bezogen, im Mittel einen vorgegeben Referenzwert (nRef) erreicht.procedure after claim 2 , wherein the electric motor (240) is controlled in such a way that the speed (n), based on a full revolution of a rotor shaft (246) of the electric motor (240), reaches a predetermined reference value (n Ref ) on average. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Sollwerte (nsoll) der Drehzahl bereits vor Erreichen eines Totpunkts (OT, UT) des Exzenterantriebs (247) für die nachfolgende Phase (PF, PS) vorgegeben werden.procedure after claim 2 or 3 , the target values (n target ) of the speed already being specified before a dead center (OT, UT) of the eccentric drive (247) is reached for the subsequent phase (P F , P S ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das den Pumpenraum (220) begrenzende Element (225) als Membran ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the element (225) delimiting the pump chamber (220) is designed as a membrane. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Pumpenraum mittels wenigstens eines Ventils (221, 222) begrenzt wird, das einen elektromagnetischen Aktor mit einer Spule (223) und einem Anker (224) aufweist und damit aktiv steuerbar ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the pump chamber is delimited by means of at least one valve (221, 222) which has an electromagnetic actuator with a coil (223) and an armature (224) and can therefore be actively controlled. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem mittels der Pumpe ein Fluid (121) in einem Fluid-Versorgungssystem, insbesondere einem SCR-Versorgungssystem (100), gefördert wird.Method according to one of the preceding claims, in which a fluid (121) is conveyed in a fluid supply system, in particular an SCR supply system (100), by means of the pump. Recheneinheit (150), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit (150) which is set up to carry out all method steps of a method according to one of the preceding claims. Fluid-Versorgungssystem, insbesondere SCR-Versorgungssystem (100), mit einer Pumpe mit einem Pumpenraum (220), zwei den Pumpenraum abschließenden Ventilen (221, 222), und mit einem Elektromotor (240), mit dem ein den Pumpenraum (220) begrenzendes Element (225), das exzentrisch mit dem Elektromotor (240) gekoppelt ist, hin- und her bewegbar ist, sowie mit einer Recheneinheit nach Anspruch 8.Fluid supply system, in particular SCR supply system (100), with a pump with a pump chamber (220), two valves (221, 222) closing off the pump chamber, and with an electric motor (240) with which a pump chamber (220) delimiting Element (225), which is eccentrically coupled to the electric motor (240), is movable back and forth, and with a computing unit claim 8 . Computerprogramm, das eine Recheneinheit (150) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.Computer program that causes a computing unit (150) to carry out all the method steps of a method according to one of Claims 1 until 7 to be performed when it is executed on the computing unit. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.Machine-readable storage medium with a computer program stored on it claim 10 .
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