DE102004061259B4

DE102004061259B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Auftauerkennung in einer Reagenzmitteldosiereinrichtung eines SCR-Katalysators insbesondere einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004061259B4
Application number: DE102004061259.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Gerlach; Martin Czasch; Karthikeyan Muthusamy
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: DE102004061259A1

Abstract

Verfahren zur Auftauerkennung in einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysators zur Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei mittels der Dosiereinrichtung über ein Leitungssystem ein Reagenzmittel in den Abgasstrom eindosiert wird, und wobei die Dosiereinrichtung, insbesondere deren Leitungssystem, in wenigstens einer Auftauphase beheizt wird und im Anschluss an die wenigstens eine Auftauphase Plausibilisierungen durchgeführt werden, anhand derer indirekt festgestellt wird, ob die Dosiereinrichtung tatsächlich aufgetaut wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur erfolgt und dass mittels der Plausibilisierungen gemäß der folgenden Formel ein Ersatzwert für die Umgebungstemperatur T_Umgeb berechnet wird:

Ersatzwert T_Umgeb = (T_Pumpenmodul·A + T_Tank·B + T_Dosiermodul·C )/(A + B + C),

wobei A, B und C empirisch vorgebbare Gewichtungsfaktoren entsprechen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft allgemein die Reduktion von Stickoxiden durch insbesondere in Brennkraftmaschinen eingesetzte SCR-Katalysatoren, wobei mittels einer Dosiereinrichtung ein Reagenzmittel in den Abgasstrom der Brennkraftmaschine eindosiert wird. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auftauerkennung in einer solchen Dosiereinrichtung.
Eine hier betroffene Dosiereinrichtung zur Dosierung eines genannten Reagenzmittels in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine geht bspw. aus der Offenlegungsschrift DE 103 16 184 A1 hervor, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte 1 eingehend beschrieben wird. Bei dieser Einrichtung wird insbesondere eine mit der Temperatur des Reagenzmittels korrelierende Temperatur erfaßt und die erfaßte Temperatur mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Bei einer Unterschreitung des Schwellenwertes wird ein Servicesignal ausgegeben, welches bspw. zum Austausch des Reagenzmittels auffordert. Der genannte Schwellenwert entspricht dort der Gefriertemperatur des Reagenzmittels. Damit kann ein Gefrieren des Reagenzmittels oder eine mögliche Vereisung eines das Reagenzmittel enthaltenden Bauteils der Brennkraftmaschine festgestellt werden.
Als Reagenzmittel zur Reduktion von Stickoxiden in einem SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine wird meist Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) verwendet. Eine Meßeinrichtung zur Ermittlung der Konzentration von HWL ist bspw. in der vorveröffentlichten Anmeldung DE 101 39 142 A1 beschrieben. Die Lösung wird dabei als Reagenzmittel in den Abgasstrom der Brennkraftmaschine eingebracht und aus dieser Lösung Ammoniak gewonnen, welcher in einer Regenerationsphase des SCR-Katalysators eine Reduktion von Stickoxiden bewirkt. Dabei wird die Konzentration der HWL ermittelt, wodurch wiederum eine präzise Dosierung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom ermöglicht wird. Zur indirekten Ermittlung der Konzentration der HWL wird der Dampfdruck einer solchen Lösung gemessen, welcher aufgrund des gasförmigen Ammoniaks und des Dampfdruck des Wassers gebildet wird. Der Ammoniak entsteht dabei durch Hydrolyse des vorliegenden Harnstoffs.
Da der Gefrierpunkt der HWL bei etwa –11 Grad Celsius liegt, kann ein Einfrieren der HWL im Fahrbetrieb eines eine hier betroffene Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeuges nicht ausgeschlossen werden. Der mit dem Einfrieren verbundene Dichtesprung belastet mechanisch die Bauteile, die mit der HWL gefüllt sind.
Da grundsätzlich alle Komponenten eines hier betroffenen Katalysatorsystems, welche HWL führen bzw. enthalten, unterhalb der genannten –11 Grad Celsius einfriergefährdet sind, sind die hier betroffenen Dosiereinrichtungen bekanntermaßen elektrisch beheizbar ausgeführt, um den Betrieb der Einrichtung auch unter ungünstigen Bedingungen (niedrige Umgebungstemperatur und/oder kalter Fahrtwind) zu ermöglichen. Zudem weisen sie ebenfalls in an sich bekannter Weise eine Temperatursensorik zur Erfassung der Temperatur der HWL auf, um die Abhängigkeit des Drucks von der Temperatur berücksichtigen zu können.
Allerdings sind in den Schlauchleitungen eines hier betroffenen Katalysatorsystems bzw. einer genannten Dosiereinrichtung herrschende Temperaturwerte der HWL nicht verfügbar, lediglich die in einem die HWL bevorratenden Tank, einem mit dem Tank verbundenen und zum Ansaugen der HWL vorgesehenen Pumpenmodul und in einem Dosiermodul zur dosierten Abgabe der HWL in den Abgasstrom vorliegenden Temperaturen. Hinzu kommt, daß die Geometrie der Schlauchleitungen, d. h. die Länge, Dicke und Verlegungsart, von System zu System insbesondere fahrzeugspezifisch variieren und daher keine systematische Vorhersage dieser Temperaturen möglich ist.
In der Offenlegungsschrift DE 199 33 798 A1 ist eine Reagenzmittel-Dosiervorrichtung beschrieben, welche ein Reagenzmittel stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert. Das Einfrieren des Reagenzmittels soll dadurch verhindert werden, dass auf einer Drucksensor-Membran eines im Reagenzmittel-Dosiersystem vorhandenen Drucksensors elektrische Heizwiderstände aufgebracht sind.
In der Offenlegungsschrift DE 199 47 197 A1 ist eine Reagenzmittel-Dosiervorrichtung beschrieben, welche ein Reagenzmittel stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert, bei welcher ein zusätzlicher Leitungspfad vorgesehen ist, der einen mit einem Tank des Reagenzmittels rückgekoppelten steuerbaren Entlüftungskreislauf bildet, sodass eine Entlüftung der Reagenzmittel-Dosiervorrichtung möglich ist.
In der Offenlegungsschrift DE 196 24 078 A1 ist ein Verfahren zur korrekten Außentemperaturerfassung bei einem Fahrzeug beschrieben. Das von einem Temperatursensor bereitgestellte Temperatursignal wird in Abhängigkeit von bekannten Fahrzeugbetriebs- und/oder Fahrzeug-Zustandsbedingungen korrigiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dosierung eines Reagenzmittels, bevorzugt einer genannten Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL), in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine anzugeben, welche insbesondere im Betrieb der Brennkraftmaschine unter den genannten relativ kühlen Außenbedingungen bspw. aufgrund des Fahrtwindes eines eine solche Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeuges dennoch möglichst zuverlässig arbeiten.
Diese Aufgabe wird bei einem hier betroffenen Verfahren und einer Vorrichtung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die genannte Auftauerkennung mittels einer geeigneten Heizstrategie mit druckbasierter Auftauerkennung zu bewerkstelligen.
Die Erfindung schlägt insbesondere vor, ein hier betroffenes Katalysatorsystem bzw. eine hier betroffene Dosiereinrichtung für ein genanntes Reagenzmittel bzw. deren Komponenten in möglichst kurzer Zeit auftauen, wobei im Anschluß an eine Auftauphase Plausibilisierungen durchgeführt werden, mittels derer indirekt festgestellt wird, ob das System tatsächlich vollständig aufgetaut wurde.
Die Erfindung ermöglicht dennoch eine zuverlässige Auftauerkennung in einer solchen Dosiereinrichtung, auch wenn an/in den das Reagenzmittel führenden Leitungen bzw. Schläuchen der Einrichtung keine Temperatursensoren zur Verfügung stehen.
Eine die Erfindung aufweisende Dosiereinrichtung der genannten Art zeichnet sich daher gegenüber dem Stand der Technik durch eine erhöhte Wintertauglichkeit und erhöhte Zuverlässigkeit bei besonderen Außenverhältnissen im Fahrbetrieb, wie bspw. einem relativ kalten Fahrtwind, aus.
Zeichnung
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen eingehend beschrieben, aus denen sich weitere Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben.
In der Zeichnung zeigen im einzelnen
1 eine erfindungsgemäße Dosiereinrichtung in einer schematischen Übersichtsdarstellung;
2a–c ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zustandsmaschine zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Heizungssteuerung bzw. Auftauerkennung;
3 eine schematische Übersichtsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung umfassend eine Heizsteuerung eines Tanks, eines Dosiermoduls und eines Pumpmoduls;
4 eine schematische Übersichtsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung; und
5 eine schematische Übersichtsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung.
Eine bevorzugt als Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung dienende Dosiereinrichtung zur Dosierung eines Reagenzmittels in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine geht bspw. aus der Offenlegungsschrift DE 103 16 184 A1 hervor, auf welche in dem vorliegenden Zusammenhang vollumfänglich Bezug genommen wird.
Aus der hier vorliegenden 1 ist eine der dort beschriebenen Dosiereinrichtung entsprechende erfindungsgemäße Dosiereinrichtung eines Katalysatorsystems zur Abgasreinigung einer hier nicht gezeigten Brennkraftmaschine zu ersehen. Die Zugabe eines Reagenzmittels 5 in den Abgasstrom 100 der Brennkraftmaschine erfolgt mittels eines Dosierventils 72. Das Reagenzmittel 5 stellt dort Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) dar, welche als Gemisch (Aerosol) in den Abgasstrom 100 eindosiert wird. Die HWL 5 wird in einem Tank 10 gespeichert, welcher eine Druckausgleichsleitung aufweist. An dem Tank ist eine Umgehungsleitung 15 angeordnet, welche mittels eines Heizelementes 17 beheizbar ist.
Über eine Förderleitung 20 wird die HWL 5 aus dem Tank 10 in ein Pumpenmodul 30 eingesaugt. Bei der Förderleitung 20 handelt es sich bevorzugt um eine oder mehrere Schlauchleitungen. Eine Schlauchleitung 40 dient dabei als Rückflußleitung. Die mittels des Pumpenmoduls 30 unter Überdruck gesetzte HWL 5 fließt über eine Druckleitung 60 zu einem Dosiermodul 70. In dem Dosiermodul 70 wird mittels eines Ventils 72, und zwar über eine Druckluftverbindung 95 und eine Druckzuführleitung 85, Luft beigemischt und das sich dabei ergebende Aerosol über eine Leitung 90 und ein Sprührohr 100 in ein (nicht gezeigtes) Abgasrohr der Brennkraftmaschine eindosiert.
An den Förderleitungen 15, 20, 40, 60 sind insbesondere Heizelemente 17, 25, 45, 65 angeordnet. Diese Heizelemente 25, 45, 65, 17 werden bevorzugt mittels einer nachfolgend im Detail beschriebenen Zustandsmaschine (,State-Machine') gesteuert.
Die Zustandsmaschine weist die folgenden Betriebsmodi bzw. Hauptzustände auf:
Zustand ,SO': Heizung aus
Zustand ,S0-1': Auftau-Modus
Zustand ,S0-2': Hydraulischer Test, ob Dosiereinrichtung aufgetaut
Zustand ,S1': Heizung an Normalbetrieb
Zustand ,S0-1':
Die Leitungen 15, 20, 40, 60 werden im Zustand ,S0-1' für eine vorgebbare Zeitdauer mit einer vorgebbaren elektrischen Leistung (PWM) geheizt, um diese aufzutauen.
Zustand ,S0-2':
Kontrollierter Druckaufbau/-abbau über verschiedene Leitungen mittels der Pumpen-/Ventilansteuerung 30, 50, 72. Prüft die einzelnen Abschnitte des HWL-Dosierpfades. Mittels hydraulischer Plausibilisierung wird geprüft, ob das System aufgetaut ist. Dies ersetzt eine Temperaturmessung.
Zustand ,S1':
Im Betriebsmodus ,S1' wird eine mittels der genannten Plausibilisierung geschätzte Temperatur zur Schlauchheizungsansteuerung verwendet.
Die genannten vier Hauptzustände bzw. Betriebsmodi der Dosiereinrichtung werden nachfolgend unter Hinweis auf die 2a–2c in größerem Detail beschrieben.
1. Auftaumodus (,S0-1'):
Mit den vorhandenen Temperatursensoren 12, 35, 75 im Tank 10, im Pumpenmodul 30 und im Dosiermodul 70 wird nach dem Start 105 der Routine zunächst grob festgestellt 107, ob das Leitungssystem der Dosiereinrichtung möglicherweise gefroren sein könnte. Liegt eine oder mehrere der Temperaturen T1 (HWL), T2 (PM) und T3 (DM) unterhalb eines jeweils vorgebbaren Schwellenwertes und ist die Dosiereinrichtung ansonsten fehlerfrei, wechselt die State-Machine in den durch eine gestrichelte Linie 108 eingegrenzten Zustand ,S0-1' (,Auftaumodus'). Andernfalls wird zum Start 105 zurückgesprungen.
Alle Komponenten der Dosiereinrichtung, einschließlich der Leitungen bzw. Schlauchverbindungen, werden dabei wie folgt beheizt. Die Schlauchheizungen werden für bestimmte für jede Schlauchleitung getrennt vorgebbare Zeiten mit einstellbarem Tastverhältnis eingeschaltet 109, da Temperatursensoren nicht vorhanden sind. Der Tank, das Pumpenmodul und das Dosiermodul werden über eine Kennlinie geheizt 111, wobei das Tastverhältnis eine Funktion der jeweiligen Sensortemperatur ist. Liegen die erfaßten bzw. gemeldeten Temperaturwerte 113 für den Tank, das Pumpenmodul und das Dosiermodul über separat vorgebbaren Werten 115, und sind alle Zeiten für die Schlauchheizungen abgelaufen, wird angenommen, daß die Dosiereinrichtung, insbesondere deren Förderleitungssystem aufgetaut ist. Alternativ kann das Aufheizen (z. B. im Falle eines bestimmten Sensors) durch einen ,General Timer' beendet werden. Der Auftaumodus 108 wird verlassen und zu dem durch eine gestrichelte Linie 116 eingegrenzten Zustand ,S0-2' (,Auftau-Erkennung') übergegangen.
2. Auftau-Erkennung (,S0-2') (sog. „Detection Mode”):
Es wird ein Förderleitungstest durchgeführt, bei dem in einem Unterzustand („Sub-State”) der Zustandsmaschine, dem sog. „Detection Mode 1”, die Förderleitung 20 vom Tank 10 zum Pumpenmodul 30 geprüft wird.
Zustand ,DM1.0':
Falls der Wert eines Schleifenzählers „Loop Counter 1”, der zählt, wie oft die Förderleitung getestet wurde, kleiner als ein vorgebbarer Wert ist 117 und ein Timer noch nicht läuft, startet 119 das Pumpenmodul 30 mit max. Drehzahl bei geschlossenem Dosierventil 72 und Rücklaufventil 50. Gleichzeitig wird der genannte Timer gestartet 121.
Zustandsübergang ,DM1'→'DM2':
Überschreitet der HWL-Druck in der Förderleitung 20 einen vorgebbaren Wert 123, während der genannte Timer noch läuft, wird das Pumpenmodul 30 abgeschaltet und der Timer angehalten. Dies entspricht dem fehlerfreien Fall, da der erwartete HWL-Druckanstieg nur bei aufgetautem Leitungssystem der Dosiereinrichtung auftreten würde. Die State-Machine geht unter diesen Bedingungen in einen durch eine gestrichelte Linie 144 abgegrenzten nächsten Sub-state ,DM2' über.
Zustandsübergang ,DM1'→'HS0-1':
Liegt der HWL-Druck nach dem Ablaufen des Timers 125 noch unterhalb eines vorgebbaren Wertes und ist der Schleifenzähler „Loop Counter_1” noch unterhalb eines vorgebbaren Wertes Loop Counter_1_max 133, wird der Timer angehalten 139, das Pumpenmodul abgeschaltet 141 und der Schleifenzähler Loop Counter_1 um den Wert 1 erhöht 143. Die State-Machine geht dann in den (hier nicht gezeigten) vorbeschriebenen Zustand ,HS0-1' („Auftaumodus”) 108 über und es beginnt ein neuer wie vorbeschriebener Auftauzyklus, da angenommen werden muß, daß die Förderleitung 20 noch gefroren ist.
Zustandsübergang ,DM1'→'S3':
Bleibt der HWL-Druck unter einer vorgebbaren Schwelle, obwohl der genannte Timer noch nicht abgelaufen ist 125, und hat, im Gegensatz zum vorgenannten Übergang ,DM1'→'HS0-1', der Loop Counter_1 einen vorgebbaren Schwellenwert unterschritten 127, so wird zum Unterzustand ,S3' („Fehler”-Zustand in der Main State-Machine) verzweigt. Dabei wird das Pumpenmodul abgeschaltet 131 und es wird ein „Förderleitungsfehler” gemeldet 129, da der Förderleitungstest trotz n-maligen Wiederholens/Auftauens fehlgeschlagen ist.
Zustand ,DM2' („Druckleitungs-Test”):
Im Sub-State ,DM2' 144 wird überprüft, ob die Förderleitung 20 aufgetaut ist. Dazu wird das Dosierventil 72 geöffnet 145. Bei aufgetauter Förderleitung 20 muß der im vorherigen Schritt aufgebaute HWL-Druck abfallen.
Zustand ,DM2.0':
Falls der genannte Timer noch nicht läuft, wird er gestartet 151. Gleichzeitig wird das Dosierventil 72 des Dosiermoduls auf einen vorgebbaren Wert geöffnet 153.
Zustandsübergang ,DM2'→'DM3' („Fehlerfrei-Fall”):
Ist der HWL-Druck unter einen vorgebbaren Wert gefallen 155, während der Timer noch läuft 157, wird dieser angehalten 159 und das Dosierventil 72 geschlossen 161. Der Druckabfall weist darauf hin, daß die Druckleitung durchlässig, d. h. aufgetaut ist. Die State-Machine verzweigt von hier aus in den durch eine gestrichelte Linie 176 abgegrenzten Sub-State ,DM3'.
Zustandsübergang ,DM2'→'HS0-1' („Auftaumodus”):
Ist der genannte Timer abgelaufen, ohne daß der HWL-Druck abgefallen ist (d. h. der HWL-Druck ist größer als ein vorgebbarer Wert) und ist der Zähler Loop Counter_2 kleiner als ein vorgebbarer Wert 163, wird der Timer angehalten 165, das Dosierventil 72 geschlossen 167 und der Loop Counter_2 um den Wert 1 erhöht 169. Da der Druckabfall in diesem Fall nicht wie erwartet eintritt, muß angenommen werden, daß die Druckleitung nicht aufgetaut ist. Die State-Machine verzweigt dann in den Zustand ,HS0-1' („Auftaumodus”) 108 und es beginnt ein neuer Versuch, das Leitungssystem der Dosiereinrichtung aufzutauen.
Zustandsübergang ,DM2'→'S3' („Fehlerfall”):
Ist der genannte Timer abgelaufen, ohne daß der HWL-Druck abgefallen ist (d. h. der HWL-Druck ist größer als ein vorgebbarer Wert 1) und ist der Zähler Loop Counter_2 größer als der jeweils vorgegebene Wert 163, wird der Timer angehalten 173, das Dosierventil 72 geschlossen 175 und ein Förderleitungsfehler (,Pressure line error') gemeldet 171.
Zustand ,DM3' („Rückflußleitungstest”, erneuter Druckaufbau):
Wenn der genannte Timer nicht läuft, wird er gestartet 177. Gleichzeitig wird das Pumpenmodul mit voller Leistung eingeschaltet 179.
Zustandsübergang ,DM3'→'DM4':
Nach Ablauf 181 des genannten Timers und wenn der HWL-Druck einen vorgebbaren Wert überschritten hat 183, wird der Timer angehalten 185 und das Pumpenmodul abgeschaltet 188.
Zustand ,DM4':
Im Sub-State ,DM4' wird überprüft, ob die Rückflußleitung vom Pumpenmodul zum Tank offen, d. h. aufgetaut ist. Dazu wird der im Zustand ,DM3' aufgebaute HWL-Überdruck über die Rückflußleitung in den Tank ausgeglichen.
Zustand ,DM4.0':
Wenn der genannte Timer noch nicht läuft und der Wert des Schleifenzählers „Loop Counter_3” für die Rückflußleitung unter einem vorgebbaren Wert liegt 187, wird der Timer gestartet 195 und das Rückflußventil („Vent valve”) auf den jeweils vorgegebenen Wert geöffnet 197. Danach wird ein Druckabfall erwartet.
Zustandsübergang ,DM4'→'HS1 ON' („Fehlerfrei-Fall”):
Ist der HWL-Druck innerhalb der Zeit des Timers 199 unter einen vorgebbaren Wert gefallen 201, wird dieser angehalten 211 und das Rücklaufventil wieder geschlossen 213. Da nun sämtliche Leitungsabschnitte aufgetaut sind, gilt das Leitungssystem der Dosiereinrichtung als aufgetaut und dosierfähig. Die State-Machine verläßt 217 den „Detection mode” und verzweigt von hier aus in den Sub-State ,HS1 ON', der im Wechsel mit dem Sub-State ,HS0' („OFF MODE”) die Heizungen im Normalbetrieb regelt 215.
Zustandsübergang ,DM4'→'HS0-1' („Auftaumodus”):
Ist der Timer abgelaufen 199 und der HWL-Druck immer noch größer als ein vorgebbarer Wert 201, ohne daß der Schleifenzähler Loop Counter_3 einen Maximalwert überschritten hat (d. h. der Loop Counter_3 ist kleiner als der jeweils vorgegebene Wert Loop Counter_3_max) 203, hat offenbar kein Druckabbau stattgefunden, da die Rückflußleitung höchstwahrscheinlich blockiert ist. Daher wird der Loop Counter_3 um den Wert 1 erhöht 205, das Rückflußventil wieder geschlossen 207 und der Timer angehalten 209. Die State-Machine wechselt dabei wieder in den Sub-State ,HS0-1' („Auftaumodus') 108, in dem erneut versucht wird, die Leitungen (einschließlich der Rückflußleitung) aufzutauen.
Batterieschutz-Funktion:
Die Sub-States ‚HS0-1' („Auftaumodus”) 108 und ,HS0-2' („Auftau-Erkennung”) werden verlassen, falls die Motordrehzahl der jeweils vorliegenden Brennkraftmaschine oder die Batteriespannung unter einem vorgebbaren Wert liegen. Dabei werden alle Heizelemente abgeschaltet und das Rückflußventil geschlossen. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Batterie im Betrieb unzulässig stark entladen wird, hauptsächlich bedingt durch das elektrische Heizen.
3. Normalbetrieb:
Im Normalbetrieb wechselt die State-Machine zwischen den Zuständen HSO („OFF MODE”) und HS1 (ON = Normal Mode), und zwar abhängig von folgenden Bedingungen:
Zustandsübergang ,HS0'→'HS1':
Die Temperaturen im Tank, im Pumpenmodul und im Dosiermodul müssen alle höher als jeweils vorgebbare Werte liegen (denn sonst liegt der beschriebene Auftaumodus vor). Liegen einer oder mehrere der o. g. Temperaturen unterhalb einer vorgebbaren Schwelle oder ist die Umgebungstemperatur niedriger als eine vorgebbare Schwelle, wobei die Motordrehzahl und die Batteriespannung größer als ein vorgebbarer Wert sein müssen, so wird der Zustand ,HS1' aktiviert und alle Heizelemente aktiviert.
Zustandsübergang ,HS1'→'HS0':
Umgekehrt werden die Heizelemente abgeschaltet, wenn alle drei Temperaturen, und zwar diejenige im Tank, im Pumpenmodul und im Dosiermodul oberhalb eines vorgebbaren Wertes liegen und die Umgebungstemperatur ebenfalls oberhalb eines vorgebbaren Wertes liegt. Die Heizelemente werden im übrigen auch abgeschaltet, wenn die Motordrehzahl kleiner als ein Schwellenwert, oder die Batteriespannung unterhalb eines Schwellenwertes, oder sogar beide Größen unterhalb der jeweiligen Schwellenwerte liegen.
Ansteuerung der Heizendstufen auf der Basis einer geschätzten Umgebungstemperatur:
Die Heizelemente für den Tank, das Pumpenmodul und das Dosiermodul werden im Normalbetrieb temperaturgeregelt betrieben, da entsprechende Temperatursensoren vorhanden sind.
Die Schlauchheizungen, für die keine Temperatursensoren vorhanden sind, werden im Auftaumodus zeitgesteuert betrieben. Während der entsprechende Timer für das Auftauen läuft, werden diese Heizelemente konstant mit einem vorgebbaren Tastverhältnis angesteuert. Damit können unterschiedliche Leitungslängen, Leitungsdicken und/oder die jeweilige Anbausituation berücksichtigt werden.
Sowohl nach Ablaufen der jeweiligen Timer als auch im Normalbetrieb wird die Heizung über eine Kennlinie angesteuert. Das Tastverhältnis, mit dem die Heizung dabei angesteuert wird, richtet sich nach der Umgebungstemperatur. Je nach Konfiguration des Dosiersystems steht die Meßgröße Umgebungstemperatur in der Dosiereinrichtung zur Verfügung oder nicht. Als Ersatzwert (über das jeweilige Steuerprogramm umschaltbar) für eine nicht vorhandene Umgebungstemperatur wird aus den im Tank, im Pumpenmodul und im Dosiermodul gemessenen Temperaturen ein Ersatzwert ermittelt.
Die einzelnen Temperaturwerte werden dabei unterschiedlich gewichtet. Damit kann auch einem unterschiedlichen Temperaturverhalten Rechnung getragen werden.
Die 3 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung. Die Darstellung zeigt insbesondere eine bevorzugte Struktur einer Schaltung oder eines bspw. in einem Steuergerät realisierbaren Steuerprogrammes (bspw. Computerprogrammes) zur Steuerung eines Tankheizers, eines Dosiermodulheizers und eines Pumpenheizers.
Es ist anzumerken, daß die entsprechenden Heizkomponenten in diesem und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen zusätzlich mit Temperatursensoren ausgestattet sind, wodurch das vorbeschriebene Heizen mittels der nachfolgend beschriebenen Kennlinie 400 erst ermöglicht wird.
Als Eingangsgröße der vorliegenden Struktur dient die mittels eines der genannten Temperatursensoren tatsächlich erfaßte Temperatur 405. Die erfaßte Temperatur 405 wird mittels eines Kennlinienfeldes 400, in dem mit der Heizleistung korrelierende Werte des Tastverhältnisses als Funktion der jeweiligen Sensortemperatur aufgetragen sind, in ein Tastverhältnis 410 umgewandelt. Alternativ besteht die Möglichkeit, per Umschaltung mittels eines Schalters 415 auch zeitgesteuert mit einem fest vorgegebenen bspw. vorab empirisch zu ermittelnden Tastverhältnis 420 zu heizen. Die Zeitsteuerung erfolgt dabei über einen in der 3 gestrichelt angedeuteten Zeitgeber. Der Schalter 415 befindet sich dabei in der vorliegend gezeigten Schalterstellung 425. Unter der Annahme, daß der Schalter 415 sich in der anderen Schaltstellung befindet, wird der genannte nunmehr am Ausgang des Schalters 415 anliegende Wert 430 des Tastverhältnisses einer Heizendstufe 435 zugeführt, mittels welcher die jeweilige Heizung angesteuert wird.
Die 4 zeigt nun die Struktur einer Schaltung oder Programmroutine zur Ansteuerung von Schlauchheizern gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung. Als Schlauchheizer kommen dabei solche für eine Rücklaufleitung, eine Förderleitung, eine Druckleitung oder eine Druckausgleichsleitung in Betracht.
Mittels eines Vorgabemoduls 530 wird zunächst die volle (100-prozentige) Auftauleistung aktiviert. Der entsprechende Wert des Tastverhältnisses 525 wird einem ersten Schalter 515 zugeführt, welcher von einem ebenfalls durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Zeitgeber gesteuert bzw. getriggert wird. So lange der Zeitgeber ansteuernd wirkt, befindet sich der erste Schalter 515 in der zur vorliegenden Darstellung umgekehrten Schaltstellung, wodurch der Wert des Tastverhältnisses 525 ,durchgeschleust' 535 und einem zweiten Schalter 540 zugeführt wird. Befindet sich der zweite Schalter 540 jedoch ebenfalls in der entgegengesetzten Schaltstellung, wird auch der Wert 535 durchgeschleust 555 und wiederum schließlich einer Heizendstufe 560 zugeführt, wodurch diese eine 100%-ige Heizleistung generiert. Auch der zweite Schalter 540 wird im übrigen mittels eines durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Zeitgebers getriggert, worauf nachfolgend noch genauer eingegangen wird.
Nach Ablauf des Zeitgebers des ersten Schalters 515 geht der Schalter 515 in die vorliegend gezeigte Schalterstellung über, in der das Tastverhältnis zur Ansteuerung der Heizendstufe 560 über ein Kennliniefeld 500 gesteuert wird. In dem Kennlinienfeld 500 sind wiederum Werte des Tastverhältnisses als Funktion der Temperatur aufgetragen. Ähnlich der 3 dient als Eingangsgröße des Kennlinienfeldes 500 die aktuell gemessene Temperatur 505 und als Ausgangsgröße 510 der dieser Temperatur entsprechende Wert des Tastverhältnisses. Ebenfalls wir in der 3 erfolgt die Ansteuerung der Heizendstufe 560 nach Ablauf des Zeitgebers des zweiten Schalters 540 zeitgesteuert mit einem fest vorgegebenen bspw. vorab empirisch zu ermittelnden Tastverhältnis 550.
Schließlich zeigt die 5 eine schematische Übersichtsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung. Die Dosiereinrichtung umfaßt hierbei einen Schalter 600, mittels dessen wahlweise, und zwar je nach Schaltstellung 615 des Schalters 600, entweder die Umgebungstemperatur 605 mit einem passenden Sensors gelesen wird oder, falls ein solcher Sensor nicht verfügbar ist, gemäß der folgenden Formel ein Ersatzwert 610 für die Umgebungstemperatur T_Umgeb berechnet und ausgegeben 625 wird. Bei dieser Schätzrechnung wird bevorzugt über mehrere (bspw. über drei) Temperaturwerte gemittelt. Der Schalter 600 wird wiederum bevorzugt durch einen gestrichelt angedeuteten Zeitgeber gesteuert.
Eine bevorzugte Formel zur Berechnung des Ersatzwertes 610 lautet: EWT_UG = (T_PM·A + T_Tk·B + T_DM·C)/(A + B + C) mit ,EW T_UG' = Ersatzwert der Umgebungstemperatur, ,T_PM' = Temperatur des Pumpenmoduls, ,T_DM' = Temperatur des Dosiermoduls und ,T_Tk' = Temperatur im die HWL bevorratenden Tank, wobei A, B und C empirisch vorgebbaren Gewichtungsfaktoren entsprechen.

Claims

Verfahren zur Auftauerkennung in einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysators zur Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei mittels der Dosiereinrichtung über ein Leitungssystem ein Reagenzmittel in den Abgasstrom eindosiert wird, und wobei die Dosiereinrichtung, insbesondere deren Leitungssystem, in wenigstens einer Auftauphase beheizt wird und im Anschluss an die wenigstens eine Auftauphase Plausibilisierungen durchgeführt werden, anhand derer indirekt festgestellt wird, ob die Dosiereinrichtung tatsächlich aufgetaut wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur erfolgt und dass mittels der Plausibilisierungen gemäß der folgenden Formel ein Ersatzwert für die Umgebungstemperatur T_Umgeb berechnet wird: Ersatzwert T_Umgeb = (T_Pumpenmodul·A + T_Tank·B + T_Dosiermodul·C )/(A + B + C), wobei A, B und C empirisch vorgebbare Gewichtungsfaktoren entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung, insbesondere deren Leitungssystem, Heizelemente (17, 25, 45, 65) aufweist, welche von einer Zustandsmaschine gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsmaschine wenigstens die folgenden Zustände aufweist: Zustand ,SO': Heizelemente aus; Zustand ,S0-1': Auftau-Modus; Zustand ,S0-2': Hydraulischer Test, ob Dosiereinrichtung aufgetaut; Zustand ‚S1': Heizelemente an Normalbetrieb.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Dosiereinrichtung, insbesondere an deren Leitungssystem, ein kontrollierter Druckaufbau/-abbau durchgeführt wird und mittels hydraulischer Plausibilisierung geprüft wird, ob die Dosiereinrichtung, insbesondere deren Leitungssystem aufgetaut ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb der Heizelemente (Betriebsmodus ,S1') eine mittels der genannten Plausibilisierung geschätzte Temperatur zur Steuerung der Heizelemente (17, 25, 45, 65) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (17, 25, 45, 65) verschiedener Komponenten der Dosiereinrichtung und/oder verschiedener Leitungen des Leitungssystems der Dosiereinrichtung getrennt und mit vorgebbaren Zeiten und mit vorgebbarem Tastverhältnis eingeschaltet werden (109), wobei das Tastverhältnis eine Funktion der Sensortemperatur eines an dem Leitungssystem angeordneten Temperatursensors ist, und wobei angenommen wird, dass die Dosiereinrichtung, insbesondere deren Leitungssystem, aufgetaut ist, falls die sich ergebenden Temperaturen der verschiedenen Komponenten und/oder Leitungen über vorgebbaren Werten liegen (113, 115).
Verfahren nach Anspruch 6 zur Verwendung in einer einen Tank, ein Pumpenmodul und ein Dosiermodul aufweisenden Dosiereinrichtung eines genannten SCR-Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank, das Pumpenmodul und das Dosiermodul getrennte Heizelemente aufweisen, welche über eine Kennlinie Heizleistung als Funktion der Temperatur betrieben werden.
Vorrichtung zur Auftauerkennung in einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysators zur Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei eine Dosiereinrichtung Dosiermittel zur Eindosierung eines Reagenzmittels über ein Leitungssystem in den Abgasstrom aufweist, mit Heizelementen (17, 25, 45, 65) zur kontrollierten Beheizung der Dosiereinrichtung und/oder deren Leitungssystem, gekennzeichnet durch Rechenmittel zur Durchführung einer Beheizung und einer Plausibilisierung, anhand derer indirekt festgestellt wird, ob die Dosiereinrichtung tatsächlich aufgetaut wurde, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Zustandsmaschine zur Steuerung der Heizelemente (17, 25, 45, 65).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsmaschine wenigstens die folgenden Zustände aufweist: Zustand ,SO': Heizelemente aus; Zustand ,S0-1': Auftau-Modus; Zustand ,S0-2': Hydraulischer Test, ob Dosiereinrichtung aufgetaut; Zustand ,S1': Heizelemente an Normalbetrieb.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung eines kontrollierten Druckaufbaus/-abbaus an der Dosiereinrichtung, insbesondere an deren Leitungssystem, und zur Durchführung einer hydraulischer Plausibilisierung, um festzustellen, ob die Dosiereinrichtung, insbesondere deren Leitungssystem, aufgetaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (17, 25, 45, 65) verschiedener Komponenten der Dosiereinrichtung und/oder verschiedener Leitungen des Leitungssystems der Dosiereinrichtung getrennt und mit vorgebbaren Zeiten und mit vorgebbarem Tastverhältnis einschaltbar sind.