DE102004061247B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), in deren Abgasbereich (13) eine Abgasbehandlungsvorrichtung (15) angeordnet ist, bei dem Kraftstoff stromaufwärts vor der Abgasbehandlungsvorrichtung (15) in den Abgasbereich (13) eingebracht wird, bei dem in Strömungsrichtung des Kraftstoffs, der auf einen vorgegebenen Reagenzmittel-Quellendruck (pQRea) gebracht wird, zunächst ein Reagenzmittel-Sicherheitsventil (ReaCV), das zwischen einem vollständig geöffneten und einem vollständig geschlossenen Zustand schaltbar ist, dann ein kontinuierliches Reagenzmittel-Dosierventil (ReaDV) und danach ein Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil (ReaIV) angeordnet sind, bei dem der Reagenzmitteldruck (pRea) im Reagenzmittelpfad (22) erfasst wird, der zwischen dem Reagenzmittel-Sicherheitsventil (ReaCV) und dem Reagenzmittel-Dosierventil (ReaDV) liegt, bei dem der in wenigstens einem vorgegebenen Zustand des Reagenzmittel-Sicherheitsventils (ReaCV) und/oder des Reagenzmittel-Dosierventils (ReaDV) erfasste Reagenzmitteldruck (pRea) mit wenigstens einem Schwellenwert (pU, pabg, dpReaIV, dpReaCV, pQRea, dpRealdt) verglichen und bei einer Schwellenüberschreitung ein Fehlersignal (F) bereitgestellt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich eine Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist, bei dem Kraftstoff stromaufwärts vor der Abgasbehandlungsvorrichtung in den Abgasbereich eingebracht wird, sowie von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
  • In der DE 10 2004 018 221 A1 (nicht vorveröffentlicht) sind ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, bei denen ein unter Druck stehendes Reagenzmittel in das Abgas einer Brennkraftmaschine vor einen SCR-Katalysator eingesprüht wird. Der Reagenzmitteldruck wird in Abhängigkeit von einer Kenngröße auf einen vorgegebenen Reagenzmittel-Solldruck festgelegt. Als Kenngröße kann eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine und/oder eine Kenngröße des Abgases der Brennkraftmaschine herangezogen werden. Der vorgegebene Reagenzmittel-Solldruck wird im Rahmen einer Regelung geregelt, bei welcher der Reagenzmittel-Istdruck von einem Reagenzmittel-Drucksensor erfasst wird. Dem Reagenzmittel kann Druckluft zugemischt werden. Der Druckluftdruck kann ebenfalls in Abhängigkeit von einer Kenngröße im Rahmen einer Regelung auf einen vorgegebenen Druckluftdruck-Sollwert geregelt werden, wobei der Druckluft-Istdruck von einem Druckluft-Drucksensor erfasst wird. Ein Defekt wenigstens eines der Drucksensoren kann zu einer verminderten Leistungsfähigkeit des SCR-Katalysators führen mit der Folge, dass ungereinigtes Abgas in die Umgebung gelangen kann.
  • In der DE 10 2004 044 506 A1 (nicht vorveröffentlicht) sind ebenfalls ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, bei denen ein unter Druck stehendes Reagenzmittel in das Abgas einer Brennkraftmaschine vor einen SCR-Katalysator eingesprüht wird. Die Druckluft wird über ein Rückschlagventil geführt, das einen Öffnungsdruck aufweist. Vorgesehen ist eine Diagnose des Druckluftdrucks, die zu einem Startzeitpunkt mit dem Schließen eines Druckluftregelventils beginnt. Wenigstens zu einem zweiten Zeitpunkt wird überprüft, ob der Druckluftdruck mindestens einem unteren Schwellenwert entspricht, der wenigstens näherungsweise dem zum Umgebungsluftdruck addierten Öffnungsdruck des Rückschlagventils entspricht. Ein Fehlersignal wird bereitgestellt, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist.
  • In der DE 101 59 849 A1 sind ein weiteres gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemä-ße Vorrichtung beschrieben, bei denen ein unter Druck stehendes Reagenzmittel in das Abgas einer Brennkraftmaschine vor einen SCR-Katalysator eingesprüht wird. Als Reagenzmittel ist Kraftstoff vorgesehen, der als Reduktionsmittel insbesondere für den NO2-Anteil im Abgas wirkt.
  • In der DE 199 39 807 A1 sind noch ein weiteres gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, bei denen unter Druck stehender Wasserstoff als Reagenzmittel in das Abgas einer Brennkraftmaschine vor einen Oxidationskatalysator eingeleitet wird.
  • In der DE 1 00 47 516 A1 sind noch ein weiteres gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, bei denen ein unter Druck stehendes Reagenzmittel in das Abgas einer Brennkraftmaschine vor einen SCR-Katalysator eingesprüht wird. Als Reagenzmittel ist eine Hamstoff-Wasser-Lösung vorgesehen. Aus dieser wird Ammoniak erzeugt, der als Reduktionsmittel für den Stickoxid-Anteil im Abgas wirkt.
  • In der JP 2002 - 147 223 A ist eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, bei der ein unter Druck stehendes Reagenzmittel in das Abgas einer Brennkraftmaschine vor einen Katalysator eingesprüht wird. Als Reagenzmittel ist Kraftstoff vorgesehen. Das Einsprühen des Reagenzmittels wird durch eine Abgasemissionskontrollvorrichtung gesteuert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich eine Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist und bei dem ein Reagenzmittel stromaufwärts vor der Abgasbehandlungsvorrichtung in den Abgasbereich eingebracht wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die eine hohe Sicherheit gewährleisten.
  • Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich eine Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist, sieht vor, dass ein Reagenzmittel, bei dem es sich um Kraftstoff handelt, stromaufwärts vor der Abgasbehandlungsvorrichtung in den Abgasbereich eingebracht wird. Das Reagenzmittel wird auf einen vorgegebenen Reagenzmittel-Quellendruck gebracht. In Strömungsrichtung des Reagenzmittels sind zunächst ein Reagenzmittel-Sicherheitsventil, das zwischen einem vollständig geöffneten und einem vollständig geschlossenen Zustand schaltbar ist, dann ein kontinuierliches Reagenzmittel-Dosierventil und danach ein Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil angeordnet. Erfasst wird der Reagenzmitteldruck im Reagenzmittelpfad, der zwischen dem Reagenzmittel-Sicherheitsventil und dem Reagenzmittel-Dosierventil liegt. Der erfasste Reagenzmitteldruck wird in wenigstens einem vorgegebenen Zustand des Reagenzmittel-Sicherheitsventils und/oder des Reagenzmittel-Dosierventils mit wenigstens einem Schwellenwert verglichen und bei einer Schwellenüberschreitung ein Fehlersignal bereitgestellt.
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise erhöht durch die Diagnose des Reagenzmitteldrucks in erheblichem Maße die Sicherheit beim Betreiben der Brennkraftmaschine, weil Kraftstoff leicht entzündlich ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann ein Leck im Reagenzmittelpfad entdeckt werden. Weiterhin ist eine Überprüfung der im Reagenzmittelpfad angeordneten Ventile möglich, die im Fehlerfall klemmen können.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass überprüft wird, ob bei geschlossenem Reagenzmittel-Sicherheitsventil und geschlossenem Reagenzmittel-Dosierventil der Reagenzmitteldruck oberhalb des Abgasdrucks und unterhalb des Öffnungsdrucks des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils liegt. Damit kann ein Klemmen des Reagenzmittel-Sicherheitsventils im zumindest teilweise geöffneten Zustand festgestellt werden.
  • Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass überprüft wird, ob nach einem anschließenden Öffnen des Reagenzmittel-Sicherheitsventils der Reagenzmitteldruck wenigstens näherungsweise dem Reagenzmittel-Quellendruck entspricht. Damit kann ein Klemmen des Reagenzmittel-Sicherheitsventils im geschlossenen Zustand festgestellt werden. Weiterhin kann festgestellt werden, ob das Reagenzmittel-Dosierventil in einem zumindest teilweise geöffneten Zustand klemmt.
  • Eine weitergehende Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass überprüft wird, ob nach einem anschließenden Schließen des Reagenzmittel-Sicherheitsventils und einem Öffnen des Reagenzmittel-Dosierventils der Reagenzmitteldruck knapp unterhalb des Öffnungsdrucks des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils liegt. Damit kann zunächst überprüft werden, ob das Reagenzmittel-Sicherheitsventil in einem wenigstens teilweise geöffneten Zustand klemmt. Weiterhin kann überprüft werden, ob das Reagenzmittel-Dosierventil im geschlossenen Zustand klemmt. Darüber hinaus kann überprüft werden, ob das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil in einem wenigstens teilweise geöffneten Zustand oder im geschlossenen Zustand klemmt. Besonders vorteilhaft ist es, dass überprüft werden kann, ob der Reagenzmittelpfad zwischen dem Reagenzmittel-Dosierventil und dem Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ein Leck hat.
  • Eine Ausgestaltung sieht die Überprüfung vor, ob bei gleichzeitig geöffnetem Reagenzmittel-Sicherheitsventil und Reagenzmittel-Dosierventil der Reagenzmitteldruck knapp unterhalb des Reagenzmittel-Quellendrucks vermindert um den Druckabfall am Reagenzmittel-Sicherheitsventil liegt. Damit kann zunächst überprüft werden, ob entweder das Reagenzmittel-Sicherheitsventil oder das Reagenzmittel-Dosierventil im geschlossenen Zustand klemmt. Weiterhin kann überprüft werden, ob das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil im geschlossenen Zustand klemmt.
  • Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht die Überprüfung vor, ob nach einem anschließenden Schließen des Reagenzmittel-Sicherheitsventils, während das Reagenzmittel-Dosierventil noch geöffnet bleibt, der Reagenzmittel-Druckabfall einen vorgegebenen Druckgradienten oder Differenzenquotienten nicht überschreitet. Damit kann überprüft werden, ob das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil im zumindest teilweise geöffneten Zustand klemmt.
  • Eine weitergehende Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht die Überprüfung vor, ob nach einem anschließenden Schließen auch des Reagenzmittel-Dosierventils der Reagenzmitteldruck mindestens wieder dem Abgasdruck entspricht und/oder unterhalb des Öffnungsdrucks des Reagenzmittel-Einbringung-Rückschlagventils liegt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine betrifft zunächst ein Steuergerät, das zur Durchführung des Verfahrens hergerichtet ist.
  • Das Steuergerät enthält insbesondere eine Diagnosesteuerung, eine Schwellenwert-Vorgabe sowie einen Vergleicher, der den wenigstens einen Schwellenwert mit dem erfassten Reagenzmitteldruck vergleicht.
  • Das Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Speicher, in dem die Verfahrensschritte als Computerprogramm abgelegt sind.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
  • Zeichnung
    • 1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft, und 2a - 2c zeigen Signalverläufe in Abhängigkeit von der Zeit.
  • 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 11 eine Ansaugluft-Erfassung 12 und in deren Abgasbereich 13 ein Abgas-Drucksensor 14, ein Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV sowie eine Abgasbehandlungsvorrichtung 15 angeordnet sind. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 15 enthält eine erste und zweite Abgasbehandlungseinrichtung 16, 17.
  • Die Ansaugluft-Erfassung 12 gibt an ein Steuergerät 20 ein Luftsignal msL, die Brennkraftmaschine 10 eine Drehzahl n und der Abgas-Drucksensor 14 ein Abgas-Drucksignal pabg ab.
  • Das Steuergerät 20 stellt einer Kraftstoff-Zumessvorrichtung 21 ein Kraftstoffsignal mK zur Verfügung.
  • In einem Reagenzmittelpfad 22 wird ein Reagenzmittel, bei dem es sich um Kraftstoff handelt, von einer Reagenzmittelpumpe 23 auf einen vorgegebenen Reagenzmittel-Quellendruck pQRea gebracht. Die Reagenzmittelpumpe 23 wird von einem Reagenzmittelpumpen-Ansteuersignal 24 angesteuert, das eine im Steuergerät 20 angeordnete Reagenzmittel-Dosiersteuerung 25 bereitstellt.
  • Das Reagenzmittel gelangt an ein Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV, das von der Reagenzmittel-Dosiersteuerung 25 mit einem Reagenzmittel-Sicherheitsventil-Ansteuersignal 26 geschaltet wird. Anschließend gelangt das Reagenzmittel zu einem Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV, das von der Reagenzmittel-Dosiersteuerung 25 mit einem Reagenzmittel-Dosierventil-Ansteuersignal 27 kontinuierlich betätigt wird.
  • Stromabwärts nach dem Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV ist ein Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV vorgesehen.
  • Zwischen dem Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV und dem Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV ist ein Reagenzmittel-Drucksensor 30 angeordnet, der den Reagenzmitteldruck pRea einem Vergleicher 31 zur Verfügung stellt.
  • Dem Vergleicher 31 ist eine Schwellenwert-Vorgabe 32 zugeordnet, die von einer Diagnosesteuerung 33 mit einem Schwellenwert-Vorgabesignal 34 angesteuert wird. Als Schwellenwerte stehen der Umgebungs-Luftdruck pU, der Abgasdruck pabg, der Öffnungsdruck dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV, der Öffnungsdruck dpReaCV, der Reagenzmittel-Quellendruck pQRea sowie ein Druckgradient dpRealdt zur Verfügung.
  • Die Diagnosesteuerung 33 gibt an die Reagenzmittel-Dosiersteuerung 25 ein Diagnosesignal 35 ab. Der Reagenzmittel-Dosiersteuerung 25 wird ein Dosiersignal 36 zur Verfügung gestellt.
  • Die Steuerung 20 enthält ein Modell 40 zur Ermittlung eines berechneten Abgasdrucks pabgm in Abhängigkeit von der Drehzahl n, dem Kraftstoffsignal mK sowie der Abgastemperatur Tabg.
  • 2a zeigt das Reagenzmittel-Sicherheitsventil-Ansteuersignal 26 in Abhängigkeit von der Zeit t. Zwischen einem ersten und zweiten Zeitpunkt t1, t2, zwischen einem dritten und fünften Zeitpunkt t3, t5 sowie nach einem sechsten Zeitpunkt t6 ist das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV geschlossen. Zwischen dem zweiten und dritten Zeitpunkt t2, t3 und einem fünften und dem sechsten Zeitpunkt t5, t6 ist das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV geöffnet.
  • 2b zeigt das Reagenzmittel-Dosierventil-Ansteuersignal 27 in Abhängigkeit von der Zeit t. Zwischen dem ersten und einem vierten Zeitpunkt t1, t4 und nach einem siebten Zeitpunkt t7 ist das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV geschlossen. Zwischen dem vierten und siebten Zeitpunkt t4, t7 ist das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV geöffnet.
  • 2c zeigt den Reagenzmitteldruck pRea in Abhängigkeit von der Zeit t. Eingetragen sind der Umgebungs-Luftdruck pU, der Abgasdruck pabg, der Öffnungsdruck dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV, der Druckabfall dpReaCV am Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV sowie der Reagenzmittel-Quellendruck pQRea.
  • Der Reagenzmitteldruck pRea liegt zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt t1, t2 oberhalb des Abgasdrucks pabg und unterhalb des Öffnungsdrucks dpRealV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV. Zwischen dem zweiten und vierten Zeitpunkt t2, t4 liegt wenigstens näherungsweise der Reagenzmittel-Quellendruck pQRea vor. Zwischen dem vierten und fünften Zeitpunkt t4, t5 liegt der Reagenzmitteldruck pRea knapp unterhalb des Öffnungsdrucks dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV. Zwischen dem fünften und sechsten Zeitpunkt liegt der Reagenzmitteldruck knapp unterhalb des Reagenzmittel-Quellendrucks pQRea vermindert um den Druckabfall dpReaCV am Reagenzmittel-Sicherheitsventils ReaCV. Zum sechsten Zeitpunkt t6 beginnt ein Druckabfall, der zum siebten Zeitpunkt t7 knapp unterhalb des Öffnungsdrucks dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV endet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
    • Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 enthält unerwünschte Bestandteile wie beispielsweise Stickoxide und Ruß. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 15 hat die Aufgabe, die unerwünschten Bestandteile so weit wie möglich zu vermindern. Bei der ersten Abgasbehandlungseinrichtung 16, die Teil der Abgasbehandlungsvorrichtung 15 ist, handelt es sich beispielsweise um einen Oxidations-Katalysator, der oxidierbare Abgasbestandteile so weit wie möglich oxidiert. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Abgasbehandlungseinrichtung 17 vorgesehen sein, die ebenfalls Teil der Abgasbehandlungsvorrichtung 15 ist. Bei der zweiten Abgasbehandlungseinrichtung 17 handelt es sich beispielsweise um ein Partikelfilter und/oder einen Katalysator, vorzugsweise einen NOx-Speicherkatalysator oder einen SCR-Katalysator.
  • Die Abgasbehandlungsvorrichtung 15 kann eine Mindesttemperatur benötigen, die zur Erfüllung der Abgas-Reinigungsfunktion überschritten sein muss. Beispielsweise verläuft eine Reaktion an einer katalytisch wirkenden Oberfläche innerhalb eines bestimmten Temperaturfensters optimal ab. Weiterhin kann eine Mindesttemperatur erforderlich sein, um eine Regeneration insbesondere der zweiten Abgasbehandlungseinrichtung 17 durchführen zu können. Beispielsweise benötigt ein Partikelfilter zum Starten des Partikel-Abbrands eine Starttemperatur, die zwischen 450 - 650 °C liegen kann. Ein NOx-Speicherkatalysator benötigt eine erhöhte Temperatur während der Regeneration. Insbesondere zur Regeneration von einer Schwefelvergiftung werden stark erhöhte Temperaturen bis 800 °C benötigt.
  • Zur Temperaturerhöhung des Abgases kann das Reagenzmittel in den Abgasbereich 13 eingebracht werden, das auf einer katalytisch wirkenden Oberfläche exotherm reagiert. Das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV kann beispielsweise stromaufwärts vor der ersten Abgasbehandlungseinrichtung 16 angeordnet sein, die beispielsweise als Oxidations-Katalysator ausgestaltet ist. Alternativ kann das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV stromabwärts nach der ersten Abgasbehandlungseinrichtung 16 angeordnet sein, um das Reagenzmittel nur der zweiten Abgasbehandlungseinrichtung 17 zur Verfügung zu stellen.
  • Insbesondere kann die zweite Abgasbehandlungseinrichtung 17 ein Reagenzmittel zur Unterstützung und/oder zur Durchführung der Abgas-Reinigungsfunktion benötigen. Beispielsweise benötigt ein NOx-Speicherkatalysator ein sauerstoffarmes Abgas zur Durchführung der Regeneration.
  • Bei dem Reagenzmittel handelt es sich um Kraftstoff, sodass ein separates Mitführen eines Reagenzmittels in einem Kraftfahrzeug entfallen kann. Aufgrund der leichten Entzündbarkeit von Kraftstoff und insbesondere Kraftstoffdampf sind erhöhte Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Das Reagenzmittel wird von der Reagenzmittelpumpe 23 auf den vorgegebenen Reagenzmittel-Quellendruck pQRea gebracht. Die separate gezeigte Reagenzmittelpumpe 23 kann entfallen, wenn Kraftstoff als Reagenzmittel eingesetzt wird. In diesem Fall kann der Kraftstoff aus einem Niederdruck-Kraftstoffkreis einer Brennkraftmaschine entnommen wird, der eine beispielsweise in einem Kraftstofftank angeordnete Kraftstoffpumpe enthält.
  • Der Reagenzmittelpfad 22 sieht deshalb das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV vor, das vom Reagenzmittel-Sicherheitsventil-Ansteuersignal 26 entweder vollständig geöffnet oder geschlossen wird. Am Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV tritt der Druckabfall dpReaCV auf, der auf den Reagenzmittel-Quellendruck pQRea zu beziehen ist. Die Beziehung wird in der Schwellenwert-Vorgabe 32 vor dem Vergleich mit dem Reagenzmitteldruck pRea hergestellt.
  • Die Durchflussrate des Reagenzmittels kann mit dem stromabwärts angeordneten Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV mittels des Reagenzmittel-Dosierventil-Ansteuersignals 27 eingestellt werden. Vorzugsweise wird das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV kontinuierlich verstellt, wobei vorzugsweise ein getakteter Betrieb vorgesehen wird, bei dem das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV in schneller zeitlicher Folge geöffnet und geschlossen wird.
  • Das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV ist aus Sicherheitsgründen vorzugsweise als Rückschlagventil realisiert, das den Öffnungsdruck dpReaIV aufweist, der auf den Abgasdruck pabg zu beziehen ist. Die Beziehung wird wieder in der Schwellenwert-Vorgabe 32 vor dem Vergleich mit dem Reagenzmitteldruck pRea hergestellt. Prinzipiell könnte das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV unmittelbar im Abgasbereich 13 angeordnet sein. Aufgrund der im Abgasbereich 13 möglichen hohen Temperaturen kann es erforderlich sein, das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV vom Abgasbereich 13 getrennt anzuordnen und die Einbringung des Dosiermittels mit dem Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV durchzuführen, welches kostengünstig mit einer hohen Temperaturbeständigkeit hergestellt werden kann.
  • Der Reagenzmittel-Drucksensor 30 erfasst den Reagenzmitteldruck pRea im Reagenzmittelpfad 22 zwischen dem Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV und dem Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV. Eine Bewertung des vom Reagenzmittel-Drucksensor 30 bereitgestellten Reagenzmitteldrucks pRea hinsichtlich des Absolutwerts und/oder der Änderungen ermöglicht zunächst eine Überprüfung, ob im Reagenzmittelpfad 22 ein Leck vorliegt. Ein Leck, insbesondere ein Leck, das im Abgasbereich 13 auftritt, kann mit erhöhter Betriebsgefahr verbunden sein, weil es sich bei dem Reagenzmittel um leicht entflammbares Material, nämlich Kraftstoff, handelt.
  • Die Bewertung des Reagenzmitteldrucks pRea erfolgt im Vergleicher 31 durch Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Schwellenwert, der ein Absolutdruck oder eine Druckänderung oder ein Druckgradient sein kann. Durch eine Ansteuerung des Reagenzmittel-Dosierventils ReaDV mit dem Reagenzmittel-Dosierventil-Ansteuersignal 27 und/oder des Reagenzmittel-Sicherheitsventils ReaCV mit dem Reagenzmittel-Sicherheitsventil-Ansteuersignal 26 kann eine gezielte Diagnose durchgeführt werden. Die Diagnose erstreckt sich auch auf die ordnungsgemäße Funktion des Reagenzmittel-Dosierventils ReaDV und/oder des Reagenzmittel-Sicherheitsventils ReaCV und/oder des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV. Weiterhin kann der Reagenzmittel-Quellendruck pQRea überprüft werden.
  • Während des normalen Betriebs der Abgasbehandlungsvorrichtung 15 wird die Dosierung mit dem Dosiersignal 36 vorgenommen, das der Reagenzmittel-Dosiersteuerung 25 zugeführt wird. Der normale Dosierbetrieb kann mit dem Diagnosesignal 35 unterbrochen werden, das die Diagnosesteuerung 33 bereitstellt. Mit dem Diagnosesignal 35 kann beispielsweise das Reagenzmittelpumpen-Ansteuersignal 24, das Reagenzmittel-Sicherheitsventil-Ansteuersignal 26 und/oder das Reagenzmittel-Dosierventil-Ansteuersignal 27 beeinflusst werden.
  • Gemäß den 2a - 2c wird zum ersten Zeitpunkt t1 zunächst davon ausgegangen, dass keine Dosierung des Reagenzmittels erfolgt, wobei sowohl das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV als auch das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV geschlossen ist. Bis zum zweiten Zeitpunkt t2 muss der Reagenzmitteldruck pRea zwischen dem Abgasdruck pabg und dem Öffnungsdruck dpRealV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV liegen.
  • Der Abgasdruck pabg, der in Bezug auf den Umgebungs-Luftdruck pU zu setzen ist, liegt während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 oberhalb des Umgebungs-Luftdrucks pU, der beispielsweise von einem nicht näher gezeigten Drucksensor gemessen wird. Der Abgasdruck pabg kann beispielsweise vom Drucksensor 14 gemessen werden. Alternativ oder zusätzlich, beispielsweise für Diagnosezwecke, kann der Abgasdruck pabg mit dem Modell 40 berechnet werden. Der berechnete Abgasdruck pabgm kann in einfacher Näherung aus der Drehzahl n und dem Kraftstoffsignal mK ermittelt werden. Gegebenenfalls wird die Abgastemperatur Tabg berücksichtigt. Der Abgasdruck pabg liegt bei beispielsweise maximal 500 mbar. Er wird hauptsächlich durch den Gegendruck der Abgasbehandlungsvorrichtung 15 bestimmt. Sofern die zweite Abgasbehandlungseinrichtung 17 insbesondere als Partikelfilter realisiert ist, steigt der Gegendruck mit zunehmendem Beladungszustand.
  • Zunächst wird davon ausgegangen, dass sowohl das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV als auch das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV geschlossen sind. Der Öffnungsdruck dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV liegt durchflussabhängig beispielsweise zwischen 2 und 4 bar. Der Vergleicher 31 vergleicht den Reagenzmitteldruck pRea mit dem Öffnungsdruck dpReaIV, dem Abgasdruck pabg und dem Umgebungs-Luftdruck pU. Bei einem ordnungsgemäßen Reagenzmittelpfad 22 muss der Reagenzmitteldruck pRea oberhalb des Abgasdrucks pabg und unterhalb des Öffnungsdrucks dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV liegen. Wenn der Reagenzmitteldruck pRea wenigstens näherungsweise dem Umgebungs-Luftdruck pU entspricht, hat die Verbindung zwischen dem Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV und dem Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV ein Leck. Wenn der Dosiermitteldruck pRea wenigstens näherungsweise dem Dosiermittel-Quellendruck pQRea entspricht, der beispielsweise bei 10 bar liegt, klemmt das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV im zumindest teilweise geöffneten Zustand.
  • Zum zweiten Zeitpunkt t2 wird das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV geöffnet. Das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV bleibt geschlossen. Der Reagenzmitteldruck pRea muss daraufhin wenigstens näherungsweise dem Reagenzmittel-Quellendruck pQRea entsprechen. Wenn der Dosiermitteldruck pRea weiterhin oberhalb des Abgasdrucks pabg und unterhalb des Öffnungsdrucks dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV liegt, wenn er sich also nicht oder wenig geändert hat, klemmt das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV im geschlossenen Zustand. Wenn der Reagenzmitteldruck pRea knapp unterhalb des Öffnungsdrucks dpReaCV des Reagenzmittel-Sicherheitsventils ReaCV liegt, klemmt das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV im zumindest teilweise geöffneten Zustand.
  • Ab dem dritten Zeitpunkt t3 wird das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV geschlossen. Das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV bleibt geschlossen. Der Reagenzmitteldruck pRea muss wenigstens näherungsweise dem Reagenzmittel-Quellendruck pQRea entsprechen.
  • Zum vierten Zeitpunkt t4 wird das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV geöffnet. Das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV bleibt geschlossen. Ausgehend vom Reagenzmitteldruck pabg, der wenigstens näherungsweise dem Reagenzmittel-Quellendruck pQRea entspricht, muss der Reagenzmitteldruck pRea auf einen Wert knapp unterhalb des Öffnungsdrucks dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV abfallen. Wenn der Reagenzmitteldruck pRea knapp unterhalb des Reagenzmittel-Quellendrucks pQRea vermindert um den Druckabfall dpReaCV am Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV liegt, klemmt das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV im zumindest teilweise geöffneten Zustand. Wenn der Reagenzmitteldruck pRea wenigstens näherungsweise dem Reagenzmittel-Quellendruck pQRea entspricht, klemmt das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV im geschlossenen Zustand. Wenn der Reagenzmitteldruck pRea wenigstens näherungsweise bis auf den Abgasdruck pabg abfällt, klemmt das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV im zumindest teilweise geöffneten Zustand. Wenn der Reagenzmitteldruck pRea oberhalb des Öffnungsdrucks dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV aber deutlich unterhalb des Reagenzmittel-Quellendrucks pQRea vermindert um den Druckabfall dpReaCV am Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV liegt, klemmt das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV im geschlossenen Zustand. Wenn der Reagenzmitteldruck pRea wenigstens näherungsweise dem Umgebungs-Luftdruck pU entspricht, ist im Reagenzmittelpfad 22 zwischen dem Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV und dem Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV ein Leck aufgetreten.
  • Zum fünften Zeitpunkt t5 werden sowohl das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV als auch das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV gleichzeitig geöffnet. Der Reagenzmitteldruck pRea muss knapp unterhalb des Reagenzmittel-Quellendrucks pQRea vermindert um den Druckabfall dpReaCV am Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV liegen. Dieser Zustand entspricht dem normalen Dosierbetrieb. Wenn der Reagenzmitteldruck pRea oberhalb des Abgasdrucks pabg und unterhalb des Öffnungsdrucks dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV liegt, klemmt das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV im geschlossenen Zustand. Wenn der Reagenzmitteldruck pRea wenigstens näherungsweise dem Reagenzmittel-Quellendruck pQRea entspricht, klemmt das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV und/oder oder das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV im geschlossenen Zustand.
  • Zum sechsten Zeitpunkt t6 wird das Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV geschlossen. Entweder nahezu gleichzeitig oder spätestens zum siebten Zeitpunkt t7 wird das Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV geschlossen. Nach dem sechsten Zeitpunkt t6 muss ein Druckabfall auftreten, der im Vergleicher 31 mit dem vorgegebenen Druckgradienten dpRealdt verglichen wird. Der Druckgradient dpRealdt kann beispielsweise als Differenzenquotient angenähert werden. Der Vergleich erfolgt zu einem vorgegebenen Zeitpunkt oder in einem vorgegebenen Zeitintervall innerhalb des zwischen dem sechsten und siebten Zeitpunkt t6, t7 liegenden Zeitintervalls.
  • Das zeitlich versetzte Schließen des Reagenzmittel-Dosierventils ReaDV gegenüber dem Schließen des Reagenzmittel-Sicherheitsventils ReaCV zum siebten Zeitpunkt t7 ist vorgesehen, damit das Volumen zwischen dem Reagenzmittel-Sicherheitsventil ReaCV und dem Reagenzmittel-Dosierventil ReaDV nicht vorzeitig zum sechsten Zeitpunkt t6 abgesperrt wird. Nach dem siebten Zeitpunkt t7 kann weiterhin überprüft werden, ob der Reagenzmitteldruck pRea knapp unterhalb des Öffnungsdrucks dpReaIV des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils ReaIV liegt. Bei einem zu schnellen Druckabfall klemmt das Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil ReaIV im zumindest teilweise geöffneten Zustand.
  • Sofern der Vergleicher 31 wenigstens eine Schwellenüberschreitung feststellt, wird das Fehlersignal F bereitgestellt, das in einen Fehlerspeicher hinterlegt werden und/oder zur Anzeige gebracht werden kann.
  • Eine Plausibilisierung des vom Reagenzmittel-Drucksensor 30 bereitgestellten Reagenzmitteldrucks pRea kann beispielsweise mit dem Reagenzmittel-Quellendruck pQRea, dem Abgasdruck pabg und/oder dem Umgebungs-Luftdruck pU erfolgen.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), in deren Abgasbereich (13) eine Abgasbehandlungsvorrichtung (15) angeordnet ist, bei dem Kraftstoff stromaufwärts vor der Abgasbehandlungsvorrichtung (15) in den Abgasbereich (13) eingebracht wird, bei dem in Strömungsrichtung des Kraftstoffs, der auf einen vorgegebenen Reagenzmittel-Quellendruck (pQRea) gebracht wird, zunächst ein Reagenzmittel-Sicherheitsventil (ReaCV), das zwischen einem vollständig geöffneten und einem vollständig geschlossenen Zustand schaltbar ist, dann ein kontinuierliches Reagenzmittel-Dosierventil (ReaDV) und danach ein Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventil (ReaIV) angeordnet sind, bei dem der Reagenzmitteldruck (pRea) im Reagenzmittelpfad (22) erfasst wird, der zwischen dem Reagenzmittel-Sicherheitsventil (ReaCV) und dem Reagenzmittel-Dosierventil (ReaDV) liegt, bei dem der in wenigstens einem vorgegebenen Zustand des Reagenzmittel-Sicherheitsventils (ReaCV) und/oder des Reagenzmittel-Dosierventils (ReaDV) erfasste Reagenzmitteldruck (pRea) mit wenigstens einem Schwellenwert (pU, pabg, dpReaIV, dpReaCV, pQRea, dpRealdt) verglichen und bei einer Schwellenüberschreitung ein Fehlersignal (F) bereitgestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob bei geschlossenem Reagenzmittel-Sicherheitsventil (ReaCV) und geschlossenem Reagenzmittel-Dosierventil (ReaDV) der Reagenzmitteldruck (pRea) oberhalb des Abgasdrucks (pabg) und unterhalb des Öffnungsdrucks (dpReaIV) des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils (ReaIV) liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob nach einem anschließenden Öffnen des Reagenzmittel-Sicherheitsventils (ReaCV) der Reagenzmitteldruck (pRea) wenigstens näherungsweise dem Reagenzmittel-Quellendruck (pQRea) entspricht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, ob nach einem anschließenden Schließen des Reagenzmittel-Sicherheitsventils (ReaCV) der Reagenzmitteldruck (pRea) weiterhin wenigstens näherungsweise dem Reagenzmittel-Quellendruck (pQRea) entspricht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob nach einem anschließenden Öffnen des Reagenzmittel-Dosierventils (ReaDV) der Reagenzmitteldruck (pRea) knapp unterhalb des Öffnungsdrucks (dpReaIV) des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils (ReaIV) liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob bei gleichzeitig geöffnetem Reagenzmittel-Sicherheitsventil (ReaCV) und Reagenzmittel-Dosierventil (ReaDV) der Reagenzmitteldruck (pRea) knapp unterhalb des Reagenzmittel-Quellendrucks (pQRea) vermindert um den Druckabfall (dpReaCV) am Reagenzmittel-Sicherheitsventil (ReaCV) liegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem anschließenden Schließen des Reagenzmittel-Sicherheitsventils (ReaCV) überprüft wird, ob ein Reagenzmittel-Druckabfall auftritt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob der aufgetretene Reagenzmittel-Druckabfall einen vorgegebenen Druckgradienten (dpRealdt) nicht überschreitet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob nach einem anschließenden Schließen des Reagenzmittel-Dosierventils (ReaDV) der Reagenzmitteldruck (pRea) oberhalb des Abgasdrucks (pabg) und unterhalb des Öffnungsdrucks (dpReaIV) des Reagenzmittel-Einbringungs-Rückschlagventils (ReaIV) liegt.
  10. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergerichtetes Steuergerät (20) vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (20) eine Diagnosesteuerung (33), eine Schwellenwert-Vorgabe (32) sowie einen Vergleicher (31) zum Vergleich des Reagenzmitteldrucks (pRea) mit wenigstens einem Schwellenwert (pU, pabg, dpReaIV, dpReaCV, pQRea, dpRea/dt) enthält.
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