EP2547988A1 - Verfahren zur bestimmung des füllstands im reduktionsmittel-tank - Google Patents

Verfahren zur bestimmung des füllstands im reduktionsmittel-tank

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EP2547988A1
EP2547988A1 EP11706843A EP11706843A EP2547988A1 EP 2547988 A1 EP2547988 A1 EP 2547988A1 EP 11706843 A EP11706843 A EP 11706843A EP 11706843 A EP11706843 A EP 11706843A EP 2547988 A1 EP2547988 A1 EP 2547988A1
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EP
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reducing agent
electrical contact
tank
conductance
air
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Withdrawn
Application number
EP11706843A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Bauer
Jan Hodgson
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Filing date
Publication date
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    • G01F23/241—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid for discrete levels
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the fill level in a tank in which (liquid) reducing agent, such as a urea water solution, is stored, in particular for a mobile application in the motor vehicle sector.
  • (liquid) reducing agent such as a urea water solution
  • exhaust gas purification devices in which a reducing agent for reducing certain exhaust gas components is supplied.
  • a reducing agent for reducing certain exhaust gas components For example, nitrogen oxide compounds (NOx) in the exhaust gas can be removed particularly effectively if ammonia is supplied to the exhaust gas as a reducing agent.
  • NOx nitrogen oxide compounds
  • Typical reducing agents, such as ammonia are hazardous substances and therefore should not be stored directly in motor vehicles. Therefore, reducing agent is kept regularly as reducing agent precursor in a separate tank as additional fuel in the motor vehicle.
  • a typical reducing agent precursor is, for example, urea. This is z. B. in the form of a 32.5-urea-water solution stored in the vehicle.
  • Such a urea-water solution is available, for example, under the trade name "AdBIue.” Such a urea-water solution typically freezes at temperatures of -11 ° C. A device for conveying or metering liquid reducing agent is then Such low temperatures can occur in motor vehicles, in particular as a consequence of long downtimes.
  • the invention relates to a method for operating a tank, which has a sensor with a first electrical contact and a second electrical contact. have contact, which comprises at least the following steps:
  • step d) comparing the conductance determined in step c) with the guide values determined in steps al) to a.3) and determining whether liquid reducing agent, frozen reducing agent or air is present.
  • the method according to the invention is also partially illustrated in connection with various embodiments of a tank for a reducing agent. Accordingly, this tank is particularly suitable for carrying out the method according to the invention and is therefore described in advance for the purpose of illustration.
  • It has a tank wall and an at least partially bounded by the tank wall interior, wherein on the tank wall, a sensor having a first electrical contact and a second electrical contact is arranged, wherein the first electrical contact and the second electrical contact with the interior in electrically conductive Connection, the tank wall penetrate from the inner space to an outer side of the tank wall, and at a first distance of less than 5 cm [centimeters] are arranged to each other.
  • the first electrical contact and the second electrical contact are preferably arranged at a first distance of less than 3 cm, more preferably even less than 2 cm. So that the first electrical contact and the second electrical contact penetrate the tank wall, it is essentially meant that the first electrical contact and the second electrical contact makes electrical connection from the interior of the tank to an outside of the tank.
  • At least the first electrical contact and / or the second electrical contact may be formed by a metallic pot which is arranged in the tank.
  • a metallic pot which is arranged in the tank.
  • Such a pot can be, for example, a housing for a metering device, which serves to convey reducing agent out of the tank.
  • At least the first electrical contact and / or the second electrical contact can also be formed by a withdrawal line, a return line, a withdrawal or a discharge for the metering device.
  • An extraction line, a return line, a withdrawal and a discharge are different lines that connect the metering device for promoting reducing agent with the interior of the tank s.
  • the first electrical contact it is necessary for the first electrical contact to be electrically insulated from the second electrical contact so that electrical properties of the reducing agent in the tank can be determined.
  • the tank wall is preferably made of plastic.
  • the electrical contacts which together form the sensor, are preferably cast in the tank wall.
  • at least one sealing element may be cast into the tank wall, which seals the electrical contacts against the tank wall.
  • the electrical contacts are preferably designed as metallic pins.
  • these metallic pins may have a surface structure that favors the sealing of the tank wall to the metallic pins.
  • a groove may also be formed in the metallic pins into which a sealing element, such as an O-ring seal, engages.
  • the metallic pins may also have a recess through which improved sealing of the pins in the tank wall is achieved. It is also possible that the electrical contacts penetrate the tank wall individually. But it is also possible that the metallic pins are arranged in a common sealing element and this sealing element is inserted as a whole in the tank wall or penetrates the tank wall.
  • a plurality of such sensors may be provided, but it is preferred to provide only a single sensor on such a tank.
  • Several such sensors may for example be provided in a tank in order to be able to reliably measure at least one of the sensors at low filling levels and / or an inclined position of the tank. At low levels, it may happen due to an inclined position of the tank, that no reducing agent is present at a sensor, although at a certain amount of reducing agent stored in the tank with horizontal alignment of the tank to the sensor would actually be present reducing agent. Consequently, the error rate of the level detection system can be reduced.
  • aggregate state eg liquid or frozen
  • the reserve level in the tank is preferably determined near the bottom of the tank because near the bottom both electrical contacts may be located at an equal height.
  • an arrangement in the vicinity of the tank bottom allows a particularly advantageous determination of a residual volume.
  • a residual volume regularly only represents a surface covering of the tank bottom.
  • a sensor arranged in the tank bottom can also be arranged in the middle of the tank bottom. As a result, the sensor is less susceptible to sloshing in the tank and / or to a possible tilt of the tank, because sloshing and / or an inclined position (particularly pronounced) change the level just away from the center - at the edge near the side tank walls - cause.
  • tanks in motor vehicles may be installed in such a way that access to the tank is only possible from below. Therefore, the sensor z. B. particularly well accessible for maintenance when it is located in the tank bottom.
  • the senor can also be arranged on a tank wall.
  • a plurality of sensors for example between two sensors and ten sensors, at a specific height over a circumference of the tank.
  • monitoring of the tank can take place by means of this plurality of sensors, whereby at least one of the sensors is suitable for a representative measurement even in the case of inclined position and in the event of sloshing movements in the tank.
  • the level signals determined by the individual sensors can be evaluated in a suitable controller in order to arrive at a corrected fill level signal. For example, an average value can be formed from the individual fill level signals in order to determine whether a reserve level to be monitored has been undershot or not. In a further embodiment variant, a distinction can also be made as to whether a reserve level has fallen below or not by comparing the number of sensors in which reducing agent is present with the number of all available sensors. If z. B. more than half of the sensors reports that the reserve level is below, the reserve height can be set as below.
  • a statistical evaluation of the level signals of the plurality of sensors for example by means of a principal component analysis, is also possible.
  • a shoulder with a reserve height is arranged in the region of the electrical contacts. This paragraph isolates the electrical contacts up to the reserve height. In this way, a reserve level amount is precisely defined when arranged in the tank bottom electrical contacts.
  • the tank when the tank has a heater, and the heater is disposed at a distance of less than 50 cm [centimeter] to the sensor. Preferably, the second distance is less than 20 cm, and more preferably less than 10 cm.
  • the heater is arranged for this purpose, in particular in the vicinity of the tank bottom.
  • This heater is preferably a controllable, electrical heater (eg having at least one element from the group heating wire, heating foil, PTC element, cooling water heating).
  • a heating coil is preferably passed through the tank through which the cooling water heated by the internal combustion engine flows and gives off heat energy to the reducing agent in the tank.
  • the operation of a heater in the vicinity of the tank bottom forms a cavity in the frozen reducing agent (so-called "ice cave") in which (partially) liquid reducing agent is present
  • the sensor can be used to determine the size of this ice cave, which can be determined by means of a conductivity measurement to determine whether liquid reducing agent or frozen reducing agent is present on the sensor
  • the energy introduced into the tank by the heater can also be taken into account.
  • a temperature sensor is mounted. Due to their own electrical conductivity, electrically conductive contacts also regularly have a good thermal conductivity.
  • the tank wall preferably made of plastic, however, has a poor thermal conductivity.
  • the electrical contacts This can be used to attach a temperature sensor on the outside of a tank wall and to determine with this temperature sensor via one of the two electrical contacts a temperature on the inside of the tank wall or in the interior of the tank. Such a sensor further improves the possibilities for determining a temperature distribution in the tank.
  • the guide values of liquid reducing agent and frozen reducing agent are regularly so different that it can be concluded by determining the conductance whether liquid reducing agent or frozen reducing agent is present.
  • Air is compared to reducing agent is a very good electrical insulator, so that air can be detected by a conductance determination between the two electrical contacts and air.
  • the conductance of frozen reducing agent and the conductance of air are similar.
  • the difference between the conductance of the frozen reductant and the conductance of air is significantly smaller than the differences between the conductance of air and the conductance of liquid reductant, and the conductance of frozen reductant and the conductance of liquid reductant.
  • the method is particularly advantageous if a temperature sensor is provided on the tank and in step d) a temperature measured with this temperature sensor is taken into account.
  • a temperature measured with this temperature sensor is taken into account.
  • the conductance values of frozen reducing agent and of air do not differ so much from each other as the liquid reducing agent conductance. For this reason, it may be advantageous if, in order to distinguish whether air or frozen reducing agent is present, a measured temperature is taken into account in step d). If the temperature is above a threshold temperature, for example, more than -10 ° C or preferably more than -5 ° C and more preferably more than 0 ° C, no frozen reducing agent may be present, so that based on the conductance only between air and liquid Reducing agent must be distinguished.
  • step d) it can be taken into account in step d) which values were measured in previous process iterations.
  • step d) it can be taken into account whether and / or to what extent a heater was operated in a time interval before the procedure was carried out. If, for example, frozen reducing agent was detected in a preceding process iteration and, in addition, a heater was operated in step d) for thawing the reducing agent, it can be expected that liquid reducing agent will first be detected before air is detected. A conductance, which is normally characteristic of air, can thus be evaluated in step d) in such a way that frozen reducing agent is present if no liquid reducing agent could be detected in the meantime.
  • the method according to the invention is furthermore particularly advantageous when the method steps a1) to a.3) are carried out in advance, the guide values of liquid reducing agent, frozen reducing agent and air are stored in a first store and then for step d) the guide values of liquid reducing agent, frozen reductant Onsffen and air are read out of this first memory.
  • This first memory can be stored in a control unit such as the engine control of a motor vehicle.
  • a control unit such as the engine control of a motor vehicle.
  • a conductance measured at an earlier time point can be used. At this time, there should certainly have been liquid reductant in the tank. Whether this is the case can be determined with a temperature sensor.
  • steps a) to a.3) can be carried out in advance in a test setup.
  • These guide values can also be stored in a first memory, from which they are read out for the execution of step d) in later operation.
  • the memory may in this case be a read-only memory which is not rewritable.
  • reducing agent is regularly a 32.5 percent urea-water solution.
  • the urea content may vary somewhat.
  • impurities can also occur in the solution.
  • the conductance values in particular the conductivities of liquid reducing agent and frozen reducing agent
  • the method steps a1) to a.3) should at least be carried out if the properties of the reducing agent (detectable) could have changed. This is especially to be done after filling the tank with reducing agent, because the filled reducing agent may have different properties.
  • an alternating voltage is applied in step b) to the first electrical contact and to the second electrical contact, which changes between a positive voltage value and a negative voltage value.
  • the AC voltage is rectangular.
  • the AC voltage is symmetrical. By this is meant that the negative voltage proportion and the positive voltage proportion correspond in form and amount. Thus it can be prevented that form deposits on one of the two contacts as a result of electrolysis.
  • the method is advantageous if the tank has a heater and the method is extended by the following steps:
  • step d) activating the heater if it has been determined in step d) that frozen reducing agent is present;
  • step d) Disabling the heater if it has been determined in step d) that air is present.
  • the invention finds application in a motor vehicle, comprising an internal combustion engine with an exhaust gas treatment device having a metering device for reducing agent, wherein the metering device has a tank described herein and a controller, and the controller is adapted to carry out the method according to the invention.
  • a motor vehicle comprising an internal combustion engine with an exhaust gas treatment device having a metering device for reducing agent, wherein the metering device has a tank described herein and a controller, and the controller is adapted to carry out the method according to the invention.
  • FIG. 9 shows a tank with a fifth embodiment for electrical contacts
  • FIG. 10 shows a tank with a sixth embodiment for electrical contacts.
  • a tank 1 is shown.
  • This tank 1 has a tank wall 3 which limits an interior 4.
  • frozen reducing agent 15 in which an ice cave 33 is formed.
  • the ice cave 33 is partially filled with air 16 and partly with liquid reductant. onskar 14 (here in particular a urea-water solution) filled.
  • the ice cave 33 is formed around a (electrically controllable, areal) heater 11.
  • the heater 11 is arranged in the region of the tank bottom 10 on the tank wall 3.
  • a sensor 5 In a second distance 12 to the heater 11 is a sensor 5.
  • the sensor 5 is also there in the tank wall 3, namely the tank bottom 10, respectively.
  • the sensor 5 has a first electrical contact 6 and a second electrical contact 7.
  • the first electrical contact 6 and the second electrical contact 7 are arranged at a first distance 9 from each other and guided with a seal 20 through the tank wall 3 of the tank 1 therethrough.
  • a temperature sensor 13 is attached, with which from an outside 8 of the tank 1, the temperature in the interior 4 of the tank 1 and the temperature of the reducing agent can be detected.
  • FIG. 2 shows an example of how electrical contact can penetrate a tank wall 3.
  • the tank wall 3 has an indentation 23 into which a threaded sleeve 34 is inserted.
  • the first electrical contact 6 with a seal 20 is arranged in the threaded sleeve 34.
  • the interior 4 of a tank, which is filled, for example, with frozen reducing agent 15, is sealed with the seal 20 against an outside 8.
  • FIG. 3 shows a further example of how a first electrical contact 6 and a second electrical contact 7 can penetrate a tank wall 3.
  • the tank wall 3 is penetrated here in the region of the tank bottom 10.
  • the first electrical contact 6 and the second electrical contact 7 are embedded by means of seals 20 in the tank wall 3.
  • the filled with reducing agent 15 interior 4 of a tank 1 is sealed against an outer side 8.
  • a protective frame 28 is attached to the tank wall 3, through which the first electrical contact 6 and the second electrical Kon- 7 are protected.
  • This protective frame 28 may be provided directly in the manufacture of the tank 1.
  • the protective frame 28 may for example be injection-molded or cast on the tank 1.
  • the protective frame 28 may also form a plug.
  • a cable with a corresponding connector can then be connected directly to the first electrical contact 6 and to the second electrical contact 7.
  • the protective frame 28 then gives mechanical stability to the connection between the tank 1 and the connector.
  • a shoulder 21 is provided in each case in the region of the first electrical contact 6 and of the second electrical contact 7 on the tank wall 3 for the first electrical contact 6 and the second electrical contact 7.
  • a reserve level 22 is defined in the tank (the reserve level represents the level in the tank, if only the reserve volume of liquid reducing agent is present).
  • the first electrical contact 6 and the second electrical contact 7 each protrude out of the shoulders 21 for a first length 32.
  • the first electrical contact 6 is designed here in the form of a rivet 25, wherein the rivet 25 braces a rubber sleeve 29 as a seal 20 with the tank wall 3.
  • FIG. 5 shows a first electrical contact 6 inserted in a lateral region of a tank wall 3 (tank side wall).
  • This first electrical contact 6 is also designed as a rivet 25, which is inserted by means of a seal 20 in a recess 23 of the tank wall 3.
  • a reserve height 22 is defined here by the arrangement of the first electrical contact 6 in the tank wall 3 and not by the height of a shoulder 21. The further the first electrical contact 6 or the electrical contacts on the tank wall 3 are positioned away from the tank bottom, the larger the reserve height 22.
  • FIGS. 4 and 5 particularly preferred forms of a first electrical contact 6 are shown in FIGS. 4 and 5. These shapes are chosen so that no deposits and / or accumulations of reducing agent and / or reducing agent residues may occur in the first electrical contact 6, or that such deposits and / or accumulations are avoided as far as possible. Such deposits may cause a short circuit between the first electrical contact 6 and the tank wall 3 and / or a short circuit between the first electrical contact 6 and the second electrical contact 7.
  • the end of the first electrical contact 6 can be designed appropriately here.
  • FIG. 4 shows, for example, a lens mold 37 for the end of the first electrical contact 6.
  • Fig. 5 shows a first electrical contact 6, which has a preferably circumferential chamfer 38 at its end.
  • the thickness 40 of the first electrical contact 6 can be suitably selected.
  • the thickness 40 is at least 0.5 mm [millimeter], preferably at least 1 mm, and more preferably at least 2 mm.
  • a width 40 is preferably meant a shortest path on the surface of the insulation from the tank wall 3 to the first electrical contact 6. The insulation is formed according to FIGS. 4 and 5 by the seal 20.
  • the width 39 is at least 0.5 mm [millimeters] and more preferably at least 1 mm.
  • FIG. 6 shows a further tank 1 with a sensor 5, which is designed with a first electrical contact 6 and a second electrical contact 7.
  • the tank 1 has a metallic pot 27, in which a conveying unit 26 for transporting or for metering the reducing agent is arranged.
  • the liquid reducing agent 14 can be removed via a removal 35 from the interior of the tank 1 out.
  • Part of the conveyor unit 26 may, for. Example, a filter, a pump, a valve, transport lines, etc., which are integrated with in the metallic pot 27.
  • the liquid reducing agent (possibly under elevated pressure) via a discharge line 36, for example, fed to an (not shown here) addition point or Zudosierstelle an exhaust system.
  • FIG. 7 shows a motor vehicle 17 having an internal combustion engine 18 and an exhaust gas treatment device 19.
  • a metering device 2 is provided, which has a tank 1.
  • Liquid reducing agent stored in the tank 1 can be added by means of a (preferably integrated in the tank) conveying unit of the exhaust gas treatment device 19 via an injector 30 with predetermined amounts.
  • Fig. 8 shows a flow diagram of the method according to the invention. It can be seen the process steps al) to a.3), b), c) and d) and el) and e.2).
  • the process takes the form of a fe iteratively (several times) can be carried out repeatedly, the method steps al) to a.3) need not be carried out at each iteration of the process with.
  • a first memory 41 in which in the process steps al) to. a.3) certain conductivity values can be temporarily stored.
  • the guide values stored in the first memory 41 can be taken into account in step d). This is indicated by corresponding signal arrows in FIG. 8.
  • guide values can be taken into account that were measured in previous iterations of the method in step c) and stored in a second memory 42.
  • the deposit of the guide values is indicated by a signal arrow from step c) to the second memory 42.
  • step d) The consideration of the stored conductance in step d) is indicated by the signal arrow from the second memory 42 to the step d). Also, in step d) temperature signals 43 and information stored in the second memory 42 about the operation of a heater during a preceding time interval can be taken into account. This is also indicated in each case by corresponding signal arrows.
  • the first memory and / or the second memory may be provided in a control unit of a motor vehicle.
  • Information about the operation of a heater can for example be obtained from the process steps el) and e.2). On the basis of the switch-on or the switch-off of a heater can be detected when the heater was operated. The information about the operation of a heater can also be obtained from the control of the heater itself.
  • FIG. 9 shows a fifth embodiment variant of a first electrical contact 6 and of a second electrical contact 7 for a tank 1 with a sensor 5.
  • a metallic pot 27 is inserted in the tank 1.
  • a conveyor unit 26 is arranged for the promotion of reducing agent.
  • the metallic pot 27 forms a first electrical contact 6 of the sensor 5.
  • a second ter electrical contact 7 is provided.
  • the second electrical contact 7 penetrates in the embodiment of FIG. 9, the metallic pot 27, wherein it is sealed with a sealing element against the metallic pot 27.
  • the sealing element is designed in the present case as a rubber sleeve 29. However, other embodiments of the sealing element are also conceivable.
  • the second electrical contact 7, the tank wall 3 also separated from the metallic pot 27 penetrate.
  • the second electrical contact 7 can be arranged next to the metallic pot 27 in the tank wall.
  • the designed as a metallic pot 27 first electrical contact 6 and the second electrical contact 7 preferably have a first distance 9 of less than 5 cm [centimeters] to each other, as is in the sense of the tank 1.
  • FIG. 10 shows a sixth embodiment variant for a first electrical contact 6 and a second electrical contact 7 for a tank 1 with a sensor 5.
  • a metallic pot 27 with a delivery unit 26 is likewise inserted into the tank 1. Again, the metallic pot 27 forms the first electrical contact 6.
  • a filter 44 is arranged.
  • a removal 35 for reducing agent is arranged by which reducing agent is transported from the tank 1 to the conveyor unit 26.
  • Reducing agent which passes from the tank 1 to the removal 35, is filtered by the filter 44.
  • the second electrical contact 7 is arranged next to the metallic pot 27 with the filter 44. Between the first electrical contact 6 and the second electrical contact 7 there is also a distance of less than 5 cm [centimeters].
  • the filter 44 is disposed between the first electrical contact 6 and the second electrical contact 7.
  • this is not disadvantageous for the measurement of the electrical properties of the reducing agent between the first electrical contact 6 and the second electrical contact 7.
  • a particularly advantageous method for operating ei ⁇ nes reducing agent tank has been specified with a level determination here.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Tanks (1) für Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstoffwasserlösung, aufweisend einen Sensor (5) mit einem ersten elektrischen Kontakt (6) und einem zweiten elektrischen Kontakt (7). Bei dem Verfahren wir zunächst ein Leitwert für flüssiges Reduktionsmittel (14), sowie ein Leitwertes für gefrorenes Reduktionsmittel (15) und ein Leitwert für Luft (16) festgelegt (Schritte a.l) bis a.3)). Anschließend wird eine Spannung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt (6) und dem zweiten elektrischen Kontakt (7) angelegt (Schritt b)). Dann wird ein Leitwert zwischen dem ersten elektrischen Kontakt (6) und dem zweiten elektrischen Kontakt (7) festgestellt (Schritt c)). Der in Schritt c) festgestellten Leitwertes wird dann mit den in den Schritten a.l) bis a.3) festgelegten Leitwerten verglichen und es wird ermittelt, ob flüssiges Reduktionsmittel (14), gefrorenes Reduktionsmittel (15) oder Luft (16) vorliegt.

Description

Verfahren zur Bestimmung des Füllstands im Reduktionsmittel-Tank Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstands in einem Tank, in dem (flüssiges) Reduktionsmittel, wie eine Harnstoffwasserlösung, insbesondere für eine mobile Anwendung im Kraftfahrzeugbereich bevorratet wird.
Insbesondere für mobile Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen sind Abgasreinigungsvorrichtungen bekannt, in welche ein Reduktionsmittel zur Reduktion bestimmter Abgasbestandteile zugeführt wird. Beispielsweise können Stickoxidverbindungen (NOx) im Abgas besonders wirkungsvoll beseitigt werden, wenn dem Abgas Ammoniak als Reduktionsmittel zugeführt wird. Typische Reduktionsmittel, wie beispielsweise Ammoniak, sind Gefahrenstoffe und sollten deshalb in Kraftfahrzeugen nicht direkt bevorratet werden. Deshalb wird Reduktionsmittel regelmäßig als Reduktionsmittelvorläufer in einem separaten Tank als zusätzlicher Betriebsstoff im Kraftfahrzeug vorgehalten. Ein typischer Reduktionsmittelvorläufer ist beispielsweise Harnstoff. Dieser wird z. B. in Form einer 32,5 -igen Harnstoff -Wasser-Lösung im Kraftfahrzeug bevorratet. Eine solche Harnstoff-Wasser-Lösung ist zum Beispiel unter dem Han- delsnahmen„AdBIue" erhältlich. Eine solche Harnstoff- Wasser-Lösung friert typischerweise bei Temperaturen von -11 °C ein. Eine Vorrichtung zur Förderung bzw. Dosierung von flüssigem Reduktionsmittel ist dann nicht mehr in der Lage, die Harnstoff-Wasser-Lösung zu fördern. Derartig niedrige Temperaturen können in Kraftfahrzeugen insbesondere in Folge langer Stillstandszeiten auftre- ten. Es ist wünschenswert, dass zuverlässig bestimmt werden kann, ob in einem Tank für Reduktionsmittel flüssiges oder gefrorenes Reduktionsmittel vorliegt. Nur der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff „Reduktionsmittel" auch die Reduktionsmittelvorläufer (wie insbesondere wässriger Harnstoff) verstanden wird. Darüber hinaus ist der Verbrauch an Reduktionsmittel regelmäßig niedrig. Typischerweise liegt der Verbrauch an Reduktionsmittel bei ca. 0,5 % bis 10 % des Kraftstoffverbrauchs einer Verbrennungskraftmaschine. Es ist daher eine einfache und kostengünstige Sensorik zur Füllstandsbestimmung gewünscht. Ein aufwändiges kontinuierliches Füllstandsbe- stimmungsverfahren ist regelmäßig nicht erforderlich. Gleichzeitig bestehen allerdings insbesondere an die Ermittlung eines Reservefüllstands hohe Anforderungen, um stets die gewünschte Reinigungswirkung des Abgasbehandlungssystems zu gewährleisten. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zumindest teilweise zu lösen. Es soll insbesondere ein Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsmitteltanks mit einer Füllstandsbestimmung beschrieben werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungen des Verfahrens sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprü- chen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und so weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufgezeigt werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, führt weitere besonders bevorzugte Ausführungsvarianten an.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Tanks, der einen Sensor mit einem ersten elektrischen Kontakt und einem zweiten elektri- sehen Kontakt aufweist, welches zumindest die folgenden Schritte um- fasst:
a.l) Festlegen eines Leitwertes für flüssiges Reduktionsmittel;
a.2) Festlegen eines Leitwertes für gefrorenes Reduktionsmittel;
a.3) Festlegen eines Leitwertes für Luft;
b) Anlegen einer Spannung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem zweiten elektrischen Kontakt;
c) Feststellen eines Leitwerts zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem zweiten elektrischen Kontakt;
d) Vergleichen des in Schritt c) festgestellten Leitwerts mit den in den Schritten a.l) bis a.3) festgelegten Leitwerten, und ermitteln, ob flüssiges Reduktionsmittel, gefrorenes Reduktionsmittel oder Luft vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird teilweise auch im Zusammenhang mit diversen Ausgestaltungen eines Tanks für ein Reduktionsmittel veranschaulicht. Dieser Tank ist demnach insbesondere für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet und wird deshalb zur Veranschaulichung vorab beschrieben. Er weist eine Tankwand und einen von der Tankwand zumindest teilweise begrenzten Innenraum auf, wobei an der Tankwand ein Sensor mit einem ersten elektrischen Kontakt und einem zweiten elektrischen Kontakt angeordnet ist, wobei der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt mit dem Innenraum in elektrisch leitfähiger Verbindung stehen, die Tankwand von dem Innen- räum zu einer Außenseite der Tankwand durchdringen, und in einem ersten Abstand von weniger als 5 cm [Zentimeter] zueinander angeordnet sind. Bevorzugt sind der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt in einem ersten Abstand von weniger 3 cm, besonders bevorzugt sogar weniger als 2 cm angeordnet. Damit, dass der erste elektri- sehe Kontakt und der zweite elektrische Kontakt die Tankwand durchdringen, ist im Wesentlichen gemeint, dass der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt eine elektrische Verbindung von dem Innenraum des Tanks zu einer Außenseite des Tanks herstellen.
Zumindest der erste elektrische Kontakt und/oder der zweite elektrische Kontakt können von einem metallischen Topf gebildet sein, welcher in dem Tank angeordnet ist. Ein solcher Topf kann beispielsweise ein Gehäuse für eine Dosiervorrichtung sein, die zur Förderung von Reduktionsmittel aus dem Tank hinaus dient. Zumindest der erste elektrische Kontakt und/oder der zweite elektrische Kontakt können zudem von ei- ner Entnahmeleitung, einer Rücklauf leitung, einer Entnahme oder eine Ableitung für die Dosiervorrichtung gebildet werden. Eine Entnahmeleitung, eine Rücklaufleitung, eine Entnahme und eine Ableitung sind verschiedene Leitungen, die die Dosiervorrichtung zur Förderung von Reduktionsmittel mit dem Innenraum des Tanke s verbinden. Für die Funkti- onsweise des Tanks ist es erforderlich, dass der erste elektrische Kontakt gegenüber dem zweiten elektrischen Kontakt elektrisch isoliert ist, damit elektrische Eigenschaften des Reduktionsmittels im Tank bestimmt werden können. Die Tankwand ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Die elektrischen Kontakte, die gemeinsam den Sensor bilden, sind vorzugsweise in die Tankwand eingegossen. Gegebenenfalls kann zusätzlich zumindest ein Dichtelement mit in die Tankwand eingegossen sein, welches die elektrischen Kontakte gegen die Tankwand abdichtet. Die elektrischen Kontakte sind vorzugsweise als metallische Stifte ausgeführt. Gegebenenfalls können diese metallischen Stifte eine Oberflächenstruktur haben, die die Abdichtung der Tankwand an den metallischen Stiften begünstigt. Gegebenenfalls kann auch eine Nut in den metallischen Stiften ausgebildet sein, in die ein Dichtelement - wie beispielsweise eine O -Ring-Dichtung - hi- neingreift. Gegebenenfalls können die metallischen Stifte auch eine Ausbuchtung aufweisen, durch die eine verbesserte Abdichtung der Stifte in die Tankwand erreicht wird. Es ist sowohl möglich, dass die elektrischen Kontakte die Tankwand jeweils einzeln durchdringen. Es ist aber auch möglich, dass die metallischen Stifte in einem gemeinsamen Dichtelement angeordnet sind und dieses Dichtelement als Ganzes in die Tankwand eingelassen ist bzw. die Tankwand durchdringt.
Grundsätzlich können mehrere solcher Sensoren vorgesehen sein, bevorzugt ist jedoch die Bereitstellung nur eines einzelnen Sensors an einem solchen Tank. Mehrere solche Sensoren können beispielsweise in einem Tank vorgesehen sein, um bei niedrigen Füllständen und/oder einer Schräglage des Tanks zuverlässig an zumindest einem der Sensoren eine Messung vornehmen zu können. Bei niedrigen Füllständen kann es auf Grund einer Schräglage des Tanks passieren, dass an einem Sensor kein Reduktionsmittel vorliegt, obwohl bei einer bestimmten im Tank gespeicherten Reduktionsmittelmenge bei waagerechter Ausrichtung des Tanks an dem Sensor eigentlich noch Reduktionsmittel vorliegen würde. Folglich kann so die Fehlerhäufigkeit des Füllstandserfassungssystems reduziert werden.
Soweit hier von„elektrischen Kontakten" die Rede ist, ist der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt gemeint, wobei mit dieser Benennung nicht zum Ausdruck gebracht werden soll, dass der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt dann immer gleichartig ausgeführt sein müssen; vielmehr soll damit zum Ausdruck gebracht werden, dass zumindest einer der Kontakte so ausgestaltet sein kann. Entsprechendes gilt hier für andere Verallgemeinerungen, wie z. B. zu Stiften, Dichtungen, etc. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Tanks liegt vor, wenn der Sensor an einem Tankboden angeordnet ist. Mit dem oben erläuterten Sensor kann ein Füllstand im Tank bestimmt werden. Insbesondere ist es möglich, einen Reservefüllstand zu bestimmen, weil mit Hilfe einer Messung zwischen den beiden elektrischen Kontakten eine diskrete Füllstandsbestimmung möglich ist. Hierfür wird eine Spannung an den elektrischen Kontakten angelegt und ein elektrische Widerstand (bzw. ein Leitwert = Kehrwert des Widerstands) zwischen den elektrischen Kontakten bestimmt. In Abhängigkeit von diesem Messwert kann ein Rück- schluss darauf geschlossen werden, ob und/oder wie viel Reduktionsmittel in dem ersten Abstand zwischen den beiden elektrischen Kontakten des Sensors vorliegt und/oder welchen Aggregats zustand (z. B. flüssig oder gefroren) das Reduktionsmittel hat.
Der Reservefüllstand im Tank wird vorzugsweise in der Nähe des Tankbodens bestimmt, weil in der Nähe des Bodens beide elektrischen Kontakte auf einer gleichen Höhe angeordnet sein können. Außerdem ermöglicht eine Anordnung in der Nähe des Tankbodens eine besonders vorteilhafte Bestimmung eines Restvolumens. Ein Restvolumen stellt nämlich regelmäßig nur eine flächige Bedeckung des Tankbodens dar. Auch kann ein im Tankboden angeordneter Sensor in der Mitte des Tankbodens angeordnet sein. Hierdurch wird der Sensor unempfindlicher gegenüber Schwappbewegungen im Tank und/oder gegenüber einer möglichen Schräglage des Tanks, weil Schwappbewegungen und/oder eine Schräglage eine (besonders stark ausgeprägte) Veränderung des Füllstandes gerade entfernt von der Mitte - am Rand nahe der seitlichen Tankwände - verursachen. Darüber hinaus sind Tanks in Kraftfahrzeugen gegebenenfalls so eingebaut, dass ein Zugang zum Tank nur von unten her möglich ist. Deshalb ist der Sensor z. B. für Wartungsarbeiten besonders gut zugänglich, wenn er im Tankboden angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist, dass die elektrischen Kontakte für eine erste Länge von maximal 5 cm [Zentimeter], vorzugsweise zwischen 0,2 cm und 2 cm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 cm und 1 cm, aus dem Tankboden in den Tankinnenraum hineinragen. Im Bereich dieser ersten Länge sind die elektrischen Kontakte vorzugsweise blank, das heißt insbesondere nicht elektrisch isoliert. Folglich kann ein elektrischer Strom von den elektrischen Kontakten in das Reduktionsmittel über die gesamte erste Länge hinweg übertreten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Sensor auch an einer Tankwand angeordnet sein. Es ist insbesondere auch möglich mehrere Sensoren, beispielsweise zwischen zwei Sensoren und zehn Sensoren, auf einer bestimmten Höhe über einen Umfang des Tanks zu verteilen. So kann durch diese Mehrzahl von Sensoren eine Überwachung des Tanks erfolgen, wobei auch bei Schräglage und bei Schwappbewegungen im Tank zumindest einer der Sensoren für eine repräsentative Messung geeignet ist.
Die von den einzelnen Sensoren ermittelten Füllstandssignale können in einer geeigneten Steuerung ausgewertet werden, um zu einem korrigier- ten Füllstands Signal zu gelangen. Beispielsweise kann ein Mittelwert aus den einzelnen Füllstandssignalen gebildet werden, um zu bestimmen, ob eine zu überwachende Reservehöhe unterschritten ist oder nicht. In einer weiteren Ausführungsvariante kann auch unterschieden werden, ob eine Reservehöhe unterschritten ist oder nicht, indem die Anzahl der Senso- ren, an denen Reduktionsmittel vorliegt, mit der Anzahl aller vorhandenen Sensoren ins Verhältnis gesetzt wird. Wenn z. B. mehr als die Hälfte der Sensoren meldet, dass die Reservehöhe unterschritten ist, kann die Reservehöhe als unterschritten festgesetzt werden. Auch eine statistische Auswertung der Füllstandssignale der Vielzahl von Sensoren, beispiels- weise mit Hilfe einer Hauptkomponentenanalyse, ist möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist im Bereich der elektrischen Kontakte ein Absatz mit einer Reservehöhe angeordnet. Dieser Absatz isoliert die elektrischen Kontakte bis hin zur Reservehöhe. Auf diese Art und Weise wird bei im Tankboden angeordneten elektrischen Kontakten eine Reservefüllstandsmenge präzise definiert. Weiterhin vorteilhaft ist der Tank, wenn der Tank eine Heizung aufweist, und die Heizung in einem Abstand von weniger als 50 cm [Zentimeter] zum Sensor angeordnet ist. Bevorzugt beträgt der zweite Abstand weniger als 20 cm und besonders bevorzugt weniger als 10 cm. Die Heizung ist hierfür insbesondere in der Nähe des Tankbodens angeordnet. Bevorzugt handelt es sich bei dieser Heizung um eine regelbare, elektrische Heizung (z. B. aufweisend wenigstens ein Element aus der Gruppe Heiz- draht, Heizfolie, PTC-Element, Kühlwasserheizung). Bei einer Kühlwasserheizung wird vorzugsweise eine Heizspirale durch den Tank geführt, durch welche das von der Verbrennungskraftmaschine erhitzte Kühlwasser fliest und Wärmeenergie an das Reduktionsmittel im Tank abgibt.
Wenn im Tank das Reduktionsmittel vollständig eingefroren ist, bildet sich beim Betrieb einer Heizung in der Nähe des Tankbodens ein Hohlraum im gefrorenen Reduktionsmittel (so genannte„Eishöhle"), in welchem (teilweise) flüssiges Reduktionsmittel vorliegt. Durch einen in einem definierten zweiten Abstand zu der Heizung angeordneten Sensor, welcher zwei elektrische Kontakte aufweist, kann die Größe dieser Eishöhle bestimmt werden. Zunächst kann ein Sensor aus zwei elektrischen Kontakten über eine Leitwertmessung bestimmen, ob flüssiges Reduktionsmittel oder gefrorenes Reduktionsmittel am Sensor vorliegt. Darüber hinaus kann hieraus auf eine Temperaturverteilung im Tank geschlossen werden. Zur Bestimmung einer Temperaturverteilung im Tank kann zusätzlich die durch die Heizung in den Tank eingebrachte Energie berücksichtigt werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass zumindest an einem elektrischen Kontakt an der Außenseite der Tankwand ein Temperatursensor angebracht ist. Elektrisch leitfähige Kontakte weisen aufgrund ihrer eige- nen elektrischen Leitfähigkeit regelmäßig auch eine gute Wärmeleitfähigkeit auf. Die vorzugsweise aus Kunststoff hergestellte Tankwand hingegen hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Die elektrischen Kontakte stel- len somit eine thermische Brücke durch die Tankwand dar. Dies kann genutzt werden, um einen Temperatursensor außen an einer Tankwand anzubringen und mit diesem Temperatursensor über einen der beiden elektrischen Kontakte eine Temperatur auf der Innenseite der Tankwand bzw. im Innenraum des Tanks zu bestimmen. Durch einen derartigen Sensor werden die Möglichkeiten zur Bestimmung einer Temperaturverteilung im Tank weiter verbessert.
Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens sei zunächst darauf hinge- wiesen, dass hier stets elektrische Größen angesprochen werden (Leitwert, Spannung, Kontakt, Widerstand...). Weiter ist anzumerken, dass die Schritte a.l), a.2) und/oder a.3) nicht bei jedem Durchgang einer Ermittlung des Füllstands und/oder des Aggregatzustands durchgeführt werden müssen, sondern ggf. nur einmalig. Dann können die entsprechenden Leitwerte als Richtwerte bzw. Toleranzbereich (dauerhaft) gespeichert werden und für die aktuell in Schritt c) gemessenen Leitwerte in Schritt d) als Referenz herangezogen werden. Folglich können die Leitwerte aus den Schritten a.l), a.2) und a.3) auch als Referenz -Leitwerte bezeichnet werden. Die Leitwerte von flüssigem Reduktionsmittel und gefrorenem Re- duktionsmittel sind regelmäßig derart unterschiedlich, dass durch eine Bestimmung des Leitwerts darauf geschlossen werden kann, ob flüssiges Reduktionsmittel oder gefrorenes Reduktionsmittel vorliegt. Luft stellt gegenüber Reduktionsmittel einen sehr guten elektrischen Isolator dar, so dass anhand einer Leitwertbestimmung zwischen den beiden elektrischen Kontakten auch Luft erkannt werden kann. Der Leitwert von gefrorenem Reduktionsmittel und der Leitwert von Luft sind ähnlich. Insbesondere ist festzustellen, dass der Unterschied zwischen dem Leitwert von gefrorenem Reduktionsmittel und dem Leitwert von Luft erheblich kleiner ist als die Unterschiede zwischen dem Leitwert von Luft und dem Leitwert von flüssigem Reduktionsmittel bzw. zwischen dem Leitwert von gefrorenem Reduktionsmittel und dem Leitwert von flüssigem Reduktionsmittel. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn an dem Tank ein Temperatursensor vorgesehen ist und in Schritt d) eine mit diesem Temperatursensor gemessene Temperatur mit berücksichtigt wird. Wie bereits erläutert, unterscheiden sich die Leitwerte von gefrorenem Reduktionsmittel und von Luft untereinander nicht so stark wie von dem Leitwert von flüssigem Reduktionsmittel. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, wenn zur Unterscheidung, ob Luft oder gefrorenes Reduktionsmittel vorliegt, in Schritt d) eine gemessene Temperatur mit berücksichtigt wird. Wenn die Temperatur oberhalb einer Schwelltemperatur von beispielsweise mehr als -10 °C oder vorzugsweise mehr als -5 °C und besonders bevorzugt mehr als 0 °C liegt, kann kein gefrorenes Reduktionsmittel mehr vorliegen, so dass anhand des Leitwertes nur noch zwischen Luft und flüssigem Reduktionsmittel unterschieden werden muss. Zudem kann in Schritt d) mit berücksichtigt werden, welche Werte in vorangegangenen Verfahrensiterationen gemessen wurden. Darüber hinaus kann in Schritt d) berücksichtigt werden, ob und/oder in welchem Maße eine Heizung in einem Zeitintervall vor der Verfahrensdurchführung betrieben wurde. Wenn beispielsweise bei einer vorangegangenen Verfah- rensiteration gefrorenes Reduktionsmittel erkannt wurde und in Schritt d) darüber hinaus eine Heizung zum Auftauen des Reduktionsmittels betrieben wurde, kann erwartet werden, dass zunächst flüssiges Reduktionsmittel festgestellt wird, bevor Luft festgestellt wird. Ein Leitwert, der normalerweise charakteristisch Luft ist, kann also in Schritt d) so bewer- tet werden, dass gefrorenes Reduktionsmittel vorliegt, wenn zwischenzeitlich kein flüssiges Reduktionsmittel festgestellt werden konnte.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin, wenn die Verfahrensschritte a.l) bis a.3) vorab durchgeführt werden, die Leitwerte von flüssigem Reduktionsmittel, gefrorenem Reduktionsmittel und Luft in einem ersten Speicher hinterlegt werden und dann für Schritt d) die Leitwerte von flüssigem Reduktionsmittel, gefrorenem Redukti- onsmittel und Luft aus diesem ersten Speicher ausgelesen werden. Dieser erste Speicher kann in einem Steuergerät wie beispielsweise der Motorsteuerung eines Kraftfahrzeuges hinterlegt sein. Als Referenz für den Leitwert von flüssigem Reduktionsmittel kann ein Leitwert verwendet werden, der zu einem früheren Zeitpunkt gemessen wurde. Zu diesem Zeitpunkt sollte im Tank mit Sicherheit flüssiges Reduktionsmittel vorgelegen haben. Ob dies der Fall ist, kann mit einem Temperatur sensor bestimmt werden. Wenn mit einem Temperatursensor, der an oder im Tank oder an oder in einer Dosiereinheit für Reduktionsmittel positioniert ist, eine Temperatur oberhalb einer festgelegten Schwelltemperatur gemessen wurde, kann mit Sicherheit davon ausgegangen werden, dass im Tank flüssiges Reduktionsmittel vorliegt. Zudem ist es auch möglich, dass die Schritte a.l) bis a.3) vorab in einem Ver- suchsaufbau durchgeführt werden. Diese Leitwerte können ebenfalls in in einem ersten Speicher hinterlegt sein, aus welchem sie für die Durchführung von Schritt d) im späteren Betrieb ausgelesen werden. Der Speicher kann diesem Fall ein nur auslesbarer Speicher sein, der nicht erneut beschreibbar ist.
Die Qualität und die Zusammensetzung von Reduktionsmittel sind nicht immer genau konstant. Wie bereits ausgeführt ist Reduktionsmittel regelmäßig eine 32,5 prozentige Harnstoff-Wasser-Lösung. Bei einer solchen Lösung kann einerseits der Harnstoffgehalt etwas variieren. Andererseits können auch Verunreinigungen in der Lösung auftreten. So ist es möglich, dass sich die Leitwerte (insbesondere die Leitwerte von flüssigem Reduktionsmittel und gefrorenem Reduktionsmittel) geringfügig verschieben. Daher sollten die Verfahrensschritte a.l) bis a.3) zumindest dann durchgeführt werden, wenn sich die Eigenschaften des Reduktionsmittels (er- kennbar) geändert haben könnten. Dies ist insbesondere nach einer Befüllung des Tanks mit Reduktionsmittel vorzunehmen, weil das eingefüllte Reduktionsmittel abweichende Eigenschaften haben kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) an den ersten elektrischen Kontakt und an den zweiten elektrischen Kontakt eine Wechselspannung angelegt, die zwischen einem positiven Spannungswert und einem negativen Spannungswert wechselt. Vorzugsweise ist die Wechselspannung rechteckförmig. Weiterhin bevorzugt ist die Wechselspannung symmetrisch. Hiermit ist gemeint, dass der negative Spannungsanteil und der positive Spannungsanteil sich in Form und Betrag entsprechen. So kann verhindert werden, dass sich auf einem der beiden Kontakte in Folge von Elektrolyse Ablagerungen bilden.
Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn der Tank eine Heizung aufweist und das Verfahren um folgende Schritte erweitert ist:
e.l) Aktivieren der Heizung, wenn in Schritt d) festgestellt wurde, dass gefrorenes Reduktionsmittel vorliegt;
e.2) Deaktivieren der Heizung, wenn in Schritt d) festgestellt wurde, dass Luft vorliegt.
Wenn rund um eine Heizung im Tank eine Eishöhle im gefrorenen Reduk- tionsmittel gebildet ist, sollte flüssiges Reduktionsmittel in dieser Eishöhle vorliegen, damit die Wärme von der Heizung hin zum verbliebenen gefrorenen Reduktionsmittel transportiert werden kann. Luft in der Eishöhle stellt dagegen einen thermischen Isolator dar. Wenn keine Verbindung aus flüssigem Reduktionsmittel zwischen der Heizung und dem verblie- benen gefrorenen Reduktionsmittel in der Eishöhle vorliegt, ist ein weiterer Betrieb der Heizung regelmäßig nicht sinnvoll, weil die von der Heizung abgegebene Wärmeenergie nicht mehr effizient zum gefrorenen Reduktionsmittel gelangen kann. Bei einer PTC-Heizung (PTC: positive tem- perature coefficient) kann eine derartige Situation festgestellt werden, indem die Stromaufnahme der Heizung überwacht wird. Wenn die Heizung bereits kurz nach dem Einschalten eine verringerte Stromaufnahme hat, liegt eine Eishöhle vor. Bei einer Widerstandsheizung kann eine der- artige Situation festgestellt werden, in dem die Stromaufnahme mit der Heizspannung in ein Verhältnis gesetzt wird. Ist dieses Verhältnis stark verringert liegt eine Eishöhle vor. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll, die Heizung zu deaktivieren, wenn in einer Eishöhle eine isolierende Luft- Schicht festgestellt wurde. In einer weiteren Verfahrensführung kann die Heizung auch mit einer reduzierten Leistung betrieben werden, wenn Luft im Tank vorliegt.
Wenn am Sensor noch gefrorenes Reduktionsmittel vorliegt, ist es hier bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Tanks unerheblich, ob in unmittelbarer Umgebung zur Heizung eine Eishöhle existiert, die mit Reduktionsmittel oder mit Luft gefüllt ist, weil der zweite Abstand zwischen der Heizung und dem Sensor so gewählt ist, dass eine gegebenenfalls zwischen dem Sensor und der Heizung vorliegende Eishöhle so klein ist, dass trotz der Eishöhle ein ausreichender Wärmetransport von der (flächigen) Heizung in das gefrorene Reduktionsmittel erfolgen kann. Gerade bei sehr kleinen Eishöhlen reicht die Wärme transportfähigkeit der Luft von der Heizung zum gefrorenen Reduktionsmittel aus, so dass die Heizung weiter aktiviert bleiben kann.
Die mit dem Tank geschilderten besonderen Vorteile und Ausgestaltungen, sind auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar und übertragbar. Besonders bevorzugt findet die Erfindung Anwendung bei einem Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung, die eine Dosiervorrichtung für Reduktionsmittel aufweist, wobei die Dosiervorrichtung einen hier beschriebenen Tank und eine Steuerung aufweist, und die Steuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1: einen Tank für Reduktionsmittel,
Fig. 2: eine erste Ausführungsvariante für elektrische Kontakte,
Fig. 3: eine zweite Ausführungsvariante für elektrische Kontakte,
Fig. 4: eine dritte Ausführungsvariante für elektrische Kontakte,
Fig. 5: eine vierte Ausführungsvariante für elektrische Kontakte,
Fig. 6: einen Tank aufweisend einen Temperatursensor,
Fig. 7: ein Kraftfahrzeug mit einem Tank,
Fig. 8: ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 9: einen Tank mit einer fünften Ausführungsvariante für elektrische Kontakte, und
Fig. 10: einen Tank mit einer sechsten Ausführungsvariante für elektrische Kontakte.
In Fig. 1 ist ein Tank 1 dargestellt. Dieser Tank 1 weist eine Tankwand 3 auf, die einen Innenraum 4 begrenzt. In dem Tank 1 liegt gefrorenes Reduktionsmittel 15 vor, in welchem eine Eishöhle 33 gebildet ist. Die Eishöhle 33 ist teilweise mit Luft 16 und teilweise mit flüssigem Redukti- onsmittel 14 (hier insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung) gefüllt. Die Eishöhle 33 ist rund um eine (elektrisch regelbare, flächige) Heizung 11 ausgebildet. Die Heizung 11 ist im Bereich des Tankbodens 10 an der Tankwand 3 angeordnet. In einem zweiten Abstand 12 zu der Heizung 11 befindet sich ein Sensor 5. Der Sensor 5 ist dort ebenfalls in der Tankwand 3, nämlich dem Tankboden 10, angeordnet. Der Sensor 5 weist einen ersten elektrischen Kontakt 6 und einen zweiten elektrischen Kontakt 7 auf. Der erste elektrische Kontakt 6 und der zweite elektrische Kontakt 7 sind in einem ersten Abstand 9 zueinander angeordnet und mit einer Dichtung 20 durch die Tankwand 3 des Tanks 1 hindurch geführt. An dem ersten elektrischen Kontakt 6 ist ein Temperatur sensor 13 befestigt, mit welchem von einer Außenseite 8 des Tanks 1 die Temperatur im Innenraum 4 des Tanks 1 bzw. die Temperatur des Reduktionsmittels de- tektiert werden kann.
In Fig. 2 ist ein Beispiel dafür gezeigt, wie ein elektrischer Kontakt eine Tankwand 3 durchdringen kann. Die Tankwand 3 weist eine Einstülpung 23 auf, in welche eine Gewindehülse 34 eingebracht ist. In der Gewindehülse 34 ist der erste elektrische Kontakt 6 mit einer Dichtung 20 ange- ordnet. Der Innenraum 4 eines Tanks, der beispielsweise mit gefrorenem Reduktionsmittel 15 gefüllt ist, ist mit der Dichtung 20 gegenüber einer Außenseite 8 abgedichtet.
In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel dafür gezeigt, wie ein erster elektrischer Kontakt 6 und ein zweiter elektrischer Kontakt 7 eine Tankwand 3 durchdringen können. Die Tankwand 3 wird hier im Bereich des Tankbodens 10 durchdrungen. Der erste elektrische Kontakt 6 und der zweite elektrische Kontakt 7 sind mit Hilfe von Dichtungen 20 in die Tankwand 3 eingelassen. Der mit Reduktionsmittel 15 gefüllte Innenraum 4 eines Tanks 1 wird so gegenüber einer Außenseite 8 abgedichtet. An der Außenseite 8 ist an der Tankwand 3 ein Schutzrahmen 28 angebracht, durch welchen der erste elektrische Kontakt 6 und der zweite elektrische Kon- takt 7 geschützt werden. Dieser Schutzrahmen 28 kann bei der Herstellung des Tank 1 direkt mit vorgesehen werden. Der Schutzrahmen 28 kann beispielsweise an den Tank 1 angespritzt oder angegossen sein. Der Schutzrahmen 28 kann auch einen Stecker bilden. Ein Kabel mit einem entsprechenden Anschlussstecker kann dann unmittelbar an den ersten elektrischen Kontakt 6 und an den zweiten elektrischen Kontakt 7 angeschlossen werden. Der Schutzrahmen 28 gibt der Verbindung zwischen dem Tank 1 und dem Anschlussstecker dann mechanische Stabilität. Im Innenraum 4 ist im Bereich des ersten elektrischen Kontakts 6 und des zweiten elektrischen Kontakts 7 an der Tankwand 3 für den ersten elektrischen Kontakt 6 und den zweiten elektrischen Kontakt 7 jeweils ein Absatz 21 vorgesehen. Durch die Absätze 21 wird eine Reservehöhe 22 im Tank definiert (die Reservehöhe stellt den Füllstand im Tank dar, wenn nur noch das Reserve volumen an flüssigem Reduktionsmittel vorliegt). Der erste elektrische Kontakt 6 und der zweite elektrische Kontakt 7 ragen jeweils für eine erste Länge 32 aus den Absätzen 21 heraus. So wird ein sicherer elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen dem im Innenraum 4 vorliegenden Reduktionsmittel und dem ersten elektrischen Kontakt 6 bzw. dem zweiten elektrischen Kontakt 7 gewährleistet. Die Anordnung gemäß der Fig. 3 eignet sich insbesondere bei einer Anordnung des Sensors im Tankboden 10.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel, wie ein elektrischer Kontakt eine Tankwand 3 durchdringen kann. Dabei ist der erste elektrische Kontakt 6 hier in Form einer Niet 25 ausgeführt, wobei die Niet 25 eine Gummimuffe 29 als Dichtung 20 mit der Tankwand 3 verspannt.
Fig. 5 zeigt einen in einen seitlichen Bereich einer Tankwand 3 (Tankseitenwand) eingesetzten ersten elektrischen Kontakt 6. Auch hier ist bei- spielhaft nur der erste elektrische Kontakt 6 dargestellt. Dieser erste elektrische Kontakt 6 ist ebenfalls als Niet 25 ausgeführt, der mit Hilfe einer Dichtung 20 in eine Einstülpung 23 der Tankwand 3 eingeführt ist. Eine Reservehöhe 22 wird hier durch die Anordnung des ersten elektrischen Kontakts 6 in der Tankwand 3 und nicht durch die Höhe eines Absatzes 21 definiert. Je weiter der erste elektrische Kontakt 6 bzw. die elektrischen Kontakte an der Tankwand 3 entfernt vom Tankboden posi- tioniert sind, desto größer ist die Reservehöhe 22.
In den Fig. 4 und 5 sind zudem besonders bevorzugte Formen eines ersten elektrischen Kontakts 6 dargestellt. Diese Formen sind so gewählt, dass keine Ablagerungen und/oder Ansammlungen von Reduktionsmittel und/oder Reduktionsmittelrückständen im an dem ersten elektrischen Kontakt 6 auftreten können, bzw. dass derartige Ablagerungen und/oder Ansammlungen möglichst weitgehend vermieden werden. Derartige Ablagerungen können ein Kurzschluss zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 6 und der Tankwand 3 und/oder ein Kurzschluss zwischen dem ers- ten elektrischen Kontakt 6 und dem zweiten elektrischen Kontakt 7 führen. Insbesondere das Ende des ersten elektrischen Kontaktes 6 kann hier entsprechend geeignet gestaltet werden. In Fig. 4 ist beispielsweise eine Linsenform 37 für das Ende des ersten elektrischen Kontaktes 6 dargestellt. Fig. 5 zeigt einen ersten elektrischen Kontakt 6, der an seinem Ende eine vorzugsweise umlaufende Fase 38 aufweist. Darüber hinaus kann die Dicke 40 des ersten elektrischen Kontakts 6 geeignet gewählt werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke 40 zumindest 0,5 mm [Millimeter], vorzugsweise zumindest 1 mm und besonders bevorzugt zumindest 2 mm. Zudem ist es für zur Vermeidung eines Kurzschlusses durch Ablagerungen und/oder Ansammlungen wichtig, dass die Isolierung des ersten elektrischen Kontakts 6 zu der Tankwand 3 bzw. zu einem zweiten elektrischen Kontakt 7 eine ausreichende Breite 40 aufweist. Mit einer Breite 40 ist bevorzugt ein kürzester Weg auf der Oberfläche der Isolierung von der Tankwand 3 zu dem ersten elektrischen Kontakt 6 gemeint. Die Isolierung wird gemäß den Fig. 4 und Fig. 5 von der Dichtung 20 gebildet. Vorzugsweise beträgt die Breite 39 zumindest 0,5 mm [Millimeter] und besonders bevorzugt zumindest 1 mm.
Diese für den ersten elektrischen Kontakt 6 vorgestellten besonderen Ausgestaltungen sind in analoger Weise auf einen zweiten elektrischen Kontakt 7 übertragbar, der jedoch in den Fig. 4 und Fig. 5 der Einfachheit halber nicht gesondert dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt einen weiteren Tank 1 mit einem Sensor 5, der mit einem ers- ten elektrischen Kontakt 6 und einem zweiten elektrischen Kontakt 7 ausgeführt ist. Der Tank 1 weist einen metallischen Topf 27 auf, in dem eine Fördereinheit 26 zum Transport bzw. zur Dosierung des Reduktionsmittels angeordnet ist. Mittels der Fördereinheit 26 kann das flüssige Reduktionsmittel 14 über eine Entnahme 35 aus dem Innenraum des Tanks 1 heraus abgeführt werden. Teil der Fördereinheit 26 können z. B. ein Filter, eine Pumpe, ein Ventil, Transportleitungen, etc. sein, die mit in dem metallischen Topf 27 integriert sind. Ausgehend von dieser Fördereinheit 26 wird das flüssige Reduktionsmittel (ggf. unter erhöhtem Druck) über eine Ableitung 36 zum Beispiel einer (hier nicht gezeigten) Zugabestelle bzw. Zudosierstelle einer Abgasanlage zugeführt.
Fig. 7 zeigt ein Kraftfahrzeug 17 aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 18 sowie eine Abgasbehandlungsvorrichtung 19. In der Abgasbehandlungsvorrichtung 19 ist eine Dosiervorrichtung 2 vorgesehen, die einen Tank 1 aufweist. In dem Tank 1 gespeichertes flüssiges Reduktionsmittel kann mittels einer (bevorzugt im Tank integrierten) Fördereinheit der Abgasbehandlungsvorrichtung 19 über einen Injektor 30 mit vorgegebenen Mengen zudosiert werden. Fig. 8 zeigt ein Ablauf diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es sind die Verfahrensschritte a.l) bis a.3), b), c) und d) und e.l) und e.2) zu erkennen. Zu erkennen ist auch, dass das Verfahren nach Art einer Schlei- fe iterativ (mehrmals) wiederholt durchgeführt werden kann, wobei die Verfahrensschritte a.l) bis a.3) nicht bei jeder Iteration des Verfahrens mit durchgeführt werden müssen. Darüber hinaus dargestellt ist ein erster Speicher 41, in welchem die in den Verfahrensschritten a.l) bis. a.3) bestimmten Leitwerte zwischengespeichert werden können. Die in dem ersten Speicher 41 hinterlegten Leitwerte können in Schritt d) berücksichtigt werden. Dies ist durch entsprechende Signalpfeile in der Fig. 8 angedeutet. Darüber hinaus können in Schritt d) Leitwerte berücksichtigt werden, die in vorangegangenen Iterationen des Verfahrens in Schritt c) ge- messen und in einem zweiten Speicher 42 hinterlegt wurden. Die Hinterlegung der Leitwerte ist durch einen Signalpfeil von Schritt c) zu dem zweiten Speicher 42 angedeutet. Die Berücksichtigung des hinterlegten Leitwertes in Schritt d) ist durch den Signalpfeil von dem zweiten Speicher 42 zu dem Schritt d) angedeutet. Auch können in Schritt d) Tempe- ratur Signale 43, sowie in dem zweiten Speicher 42 hinterlegte Informationen über den Betrieb einer Heizung während eines vorangegangen Zeitintervalls berücksichtigt werden. Auch dies ist jeweils durch entsprechende Signalpfeile angedeutet. Der erste Speicher und/oder der zweite Speicher können in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeuges vorgesehen sein. Informationen über den Betrieb einer Heizung können beispielsweise aus den Verfahrensschritten e.l) und e.2) gewonnen werden. Anhand des Einschaltvorgangs bzw. des Ausschaltvorgangs einer Heizung kann erkannt werden, wann die Heizung betrieben wurde. Die Informationen über den Betrieb einer Heizung können aber auch aus der Steuerung der Heizung selbst gewonnen werden.
Fig. 9 zeigt eine fünfte Ausführungsvariante eines ersten elektrischen Kontakts 6 und eines zweiten elektrischen Kontakts 7 für einen Tank 1 mit einem Sensor 5. In den Tank 1 ist ein metallischer Topf 27 einge- setzt. In diesem metallischen Topf 27 ist eine Fördereinheit 26 zur Förderung von Reduktionsmittel angeordnet. Der metallische Topf 27 bildet einen ersten elektrischen Kontakt 6 des Sensors 5. Zusätzlich ist ein zwei- ter elektrischer Kontakt 7 vorgesehen. Der zweite elektrische Kontakt 7 durchdringt bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 9 den metallischen Topf 27, wobei er mit einem Dichtungselement gegenüber dem metallischen Topf 27 abgedichtet ist. Das Dichtungselement ist im vorliegenden Fall als Gummimuffe 29 ausgeführt. Es sind aber auch andere Ausführung s Varianten des Dichtungselementes denkbar. In einer abgewandelten Ausführungsvariante kann der zweite elektrische Kontakt 7 die Tankwand 3 auch getrennt von dem metallischen Topf 27 durchdringen. Beispielsweise kann der zweite elektrische Kontakt 7 neben dem metalli- sehen Topf 27 in der Tankwand angeordnet sein. Der als metallischer Topf 27 ausgeführte erste elektrische Kontakt 6 und der zweite elektrische Kontakt 7 haben vorzugsweise einen ersten Abstand 9 von weniger als 5 cm [Zentimeter] zueinander, wie dies im Sinne des Tankes 1 ist. Fig. 10 zeigt eine sechste Ausführungsvariante für einen ersten elektrischen Kontakt 6 und einen zweiten elektrischen Kontakt 7 für einen Tank 1 mit einem Sensor 5. In den Tank 1 ist ebenfalls ein metallischer Topf 27 mit einer Fördereinheit 26 eingesetzt. Auch hier bildet der metallische Topf 27 den ersten elektrischen Kontakt 6. Um den metallischen Topf 27 herum ist hier ein Filter 44 angeordnet. An dem metallischen Topf 27 ist eine Entnahme 35 für Reduktionsmittel angeordnet durch welche Reduktionsmittel von dem Tank 1 zu der Fördereinheit 26 transportiert wird. Reduktionsmittel, welches aus dem Tank 1 zu der Entnahme 35 gelangt, wird durch den Filter 44 gefiltert. Der zweite elektrische Kontakt 7 ist neben dem metallischen Topf 27 mit dem Filter 44 angeordnet. Zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 6 und dem zweiten elektrischen Kontakt 7 liegt auch hier ein Abstand von weniger als 5 cm [Zentimeter] vor. Der Filter 44 ist zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 6 und dem zweiten elektrischen Kontakt 7 angeordnet. Dies ist allerdings für die Messung der elektrischen Eigenschaften des Reduktionsmittels zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 6 und dem zweiten elektrischen Kontakt 7 nicht nachteilig. Damit wurde hier ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb ei¬ nes Reduktionsmitteltanks mit einer Füllstandsbestimmung angegeben.
Bezugszeichenliste
1 Tank
2 Dosiervorrichtung
3 Tankwand
4 Innenraum
5 Sensor
6 erster elektrischer Kontakt
7 zweiter elektrischer Kontakt
8 Außenseite
9 erster Abstand
10 Tankboden
11 Heizung
12 zweiter Abstand
13 Temp eratur sensor
14 flüssiges Reduktionsmittel
15 gefrorenes Reduktionsmittel
16 Luft
17 Kraftfahrzeug
18 Verbrennungskraftmaschine
19 Abgasbehandlungsvorrichtung
20 Dichtung
21 Absatz
22 Reservehöhe
23 Einstülpung
24 Gewindebuchse
25 Niet
26 Fördereinheit
27 metallischer Topf
28 Schutzrahmen 29 Gummimuffe
30 Injektor
31 Steuerung
32 erste Länge
33 Eishöhle
34 Gewindehülse
35 Entnahme
36 Ableitung
37 Linsenform
38 Fase
39 Breite
40 Dicke
41 erster Speicher
42 zweiter Speicher
43 Temperatur Signal

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betrieb eines Tanks (1), aufweisend einen Sensor (5) mit einem ersten elektrischen Kontakt (6) und einem zweiten elektrischen Kontakt (7), welches zumindest die folgenden Schritte um- fasst:
a.l) Festlegen eines Leitwertes für flüssiges Reduktionsmittel (14); a.2) Festlegen eines Leitwertes für gefrorenes Reduktionsmittel (15);
a.3) Festlegen eines Leitwertes für Luft (16);
b) Anlegen einer Spannung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt (6) und dem zweiten elektrischen Kontakt (7);
c) Feststellen eines Leitwertes zwischen dem ersten elektrischen Kontakt (6) und dem zweiten elektrischen Kontakt (7);
d) Vergleichen des in Schritt c) festgestellten Leitwertes mit den in den Schritten a.l) bis a.3) festgelegten Leitwerten und ermitteln, ob flüssiges Reduktionsmittel (14), gefrorenes Reduktionsmittel (15) oder Luft (16) vorliegt.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei an dem Tank (1) ein Temperatursensor (13) vorgesehen ist und in Schritt d) eine mit diesem Temperatursensor (13) gemessene Temperatur mit berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Verfahrensschritte a.l) bis a.3) in vorab durchgeführt werden und die Leitwerte von flüssigem Reduktionsmittel (14), gefrorenem Reduktionsmittel (15) und Luft (16) in einem Speicher (41) hinterlegt werden und für Schritt d) die Leitwerte von flüssigem Reduktions- mittel (14), gefrorenem Reduktionsmittel (15) und Luft (16) aus diesem Speicher (41) ausgelesen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in Schritt b) an den ersten elektrischen Kontakt (6) und an den zweiten elektrischen Kontakt (7) eine Wechselspannung angelegt wird, die zwischen einem positiven Spannungswert und einem negativen Spannungswert wechselt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Tank (1) eine Heizung (11) aufweist und das Verfahren um folgende Schritte erweitert ist:
e.l) Aktivieren der Heizung (11), wenn in Schritt d) festgestellt wurde, dass gefrorenes Reduktionsmittel (15) vorliegt;
e.2) Deaktivieren der Heizung (11), wenn in Schritt d) festgestellt wurde, dass Luft (16) vorliegt.
Kraftfahrzeug (17) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (18) mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung (19) die eine Dosiervorrichtung (2) für Reduktionsmittel aufweist, wobei die Dosiervorrichtung (2) eine Steuerung (31) aufweist und die Steuerung (31) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche eingerichtet ist.
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