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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Diagnose einer Abgasbehandlungsvorrichtung und von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2004 018 221 A1 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. Ein Defekt wenigstens eines der Drucksensoren kann zur einer verminderten Konvertierung des SCR-Katalysators führen mit der Folge, dass ungereinigtes Abgas in die Umgebung gelangen kann.
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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 den zum Umgebungsluftdruck addierten Öffnungsdruck des Rückschlagventils. Ein Fehlersignal wird bereitgestellt, wenn die Bedienung nicht erfüllt ist.
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In der
DE 101 59 849 A1 sind ein weiterer 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 Kraftstoff vorgesehen, der als Reduktionsmittel insbesondere für den NO2-Anteil im Abgas wirkt.
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In der
DE 10 2004 061 247 A1 (nicht vorveröffentlicht) sind ebenfalls ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, bei denen ein Unterdruck stehendes Reagenzmittel in das Abgas einer Brennkraftmaschine vor einer Abgasbehandlungsvorrichtung eingesprüht wird. Als Reagenzmittel ist Kraftstoff vorgesehen, der an einer katalytisch wirkenden Oberfläche mit dem im Abgas vorhandenen Restsauerstoff exotherm reagiert und dadurch die Abgasbehandlungsvorrichtung beheizt. Das Reagenzmittel wird auf einen vorgegebenen Quellendruck gebracht. In Strömungsrichtung des Reagenzmittels sind zunächst ein schaltbares Sicherheitsventil, dann ein kontinuierliches Dosierventil und danach ein Rückschlagventil angeordnet. Erfasst wird der Reagenzmitteldruck im Reagenzmittelpfad, der zwischen dem Sicherheitsventil und dem Dosierventil liegt. Der erfasste Reagenzmitteldruck wird in wenigstens einen vorgegebenen Zustand des Sicherheitsventils und/oder des Dosierventils mit wenigstens einem Schwellenwert verglichen. Bei einer Schwellenüberschreitung wird ein Fehlersignal bereitgestellt. Das Sicherheitsventil und/oder das Dosierventil werden in Bezug auf die Strömung des Reagenzmittels im Reagenzmittelpfad in langen Zeitabständen geschaltet, sodass statische Druckverhältnisse betrachtet werden können, die nur bei einem Überschreiten des Öffnungsdrucks des Rückschlagventils und bei einem gegebenenfalls auftretenden Fehler eine dynamische Änderung aufweisen.
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In der Offenlegungsschrift
JP 2002-213231 A ist eine Diagnose einer Kraftstoff-Dosiervorrichtung beschrieben, welche eine Serienschaltung von einem Sicherheitsventil und einem Dosierventil enthält. Zur Durchführung der Diagnose werden zunächst beide Ventile geschlossen. Danach wird das stromabwärts nach dem Sicherheitsventil angeordnete Dosierventil bei weiterhin geschlossenem Sicherheitsventil für eine kurze Zeit geöffnet. Bewertet wird der zwischen dem Sicherheitsventil und dem Dosierventil vorliegende Druck des als Reagenzmittel vorgesehenen Kraftstoffs. Falls der Druck höher als ein Schwellenwert liegt, muss von einem verstopften Dosierventil ausgegangen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diagnose einer Abgasbehandlungsvorrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die eine hohe Diagnose-Zuverlässigkeit gewährleisten.
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Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise, das insbesondere zur Diagnose einer Abgasbehandlungsvorrichtung geeignet ist, sieht vor, dass der Druck eines Reagenzmittels zwischen einem ersten und zweiten Ventil und/oder zwischen dem zweiten Ventil und einem Einspritzventil gemessen wird und das Druck-Messsignal der Diagnose zugrunde gelegt wird, dass das erste und zweite Ventil in einem Wechselzyklus abwechselnd geöffnet werden, wobei die Öffnungszeit und/oder die Periodendauer zumindest eines der beiden Ventile derart festgelegt wird, dass ein Diagnose-Volumenstrom kleiner ist als ein Dosier-Volumenstrom.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht insbesondere eine Diagnose einer Leckage, die beispielsweise zwischen dem ersten und zweiten Ventil und/oder zwischen dem zweiten Ventil und dem Einspritzventil auftreten kann.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise sorgt für einen fein dosierten Diagnose-Volumenstrom in den Bauteilen, sodass dynamische Vorgänge vermieden werden, die ansonsten während der Vorgabe eines Dosier-Volumenstroms auftreten können und das Diagnoseergebnis verfälschen würden. Dynamische Vorgänge sind beispielsweise strömungsabhängige Druckverluste an Bauteilen wie beispielsweise Leitungen und Ventilen und insbesondere Schwingungen des Reagenzmittels in den Leitungen.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht insbesondere eine Diagnose in einem Druckbereich, der zwischen dem Umgebungs-Luftdruck und dem Bereich des Öffnungsdrucks des Einspritzventils liegt. Durch die Begrenzung des Diagnose-Volumenstroms auf einen Wert unterhalb des Dosier-Volumenstroms kommt es, sofern der Druck im Bereich des Öffnungsdrucks des Einspritzventils liegt, nur zu einer vergleichsweise kurzen Öffnung des Einspritzventils, welches rasch wieder schließt, da der begrenzte Diagnose-Volumenstrom zur Aufrechterhaltung der Strömung im Einspritzventil nicht ausreicht. Dadurch können insbesondere sehr kleine Leckagen detektiert werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Öffnungszeit und/oder die Periodendauer derart festgelegt werden, dass die während eines Wechselzyklus maximal auftretende Druckänderung kleiner ist als der Öffnungsdruck des Einspritzventils. Die maximale Druckänderung tritt bei einem entleerten Volumen zwischen jeweils zwei Ventilen auf. Der ohnehin auf den Diagnose-Volumenstrom begrenzte Reagenzmittel-Volumenstrom kann damit weiterhin hinsichtlich seiner Auswirkungen auf eine Druckänderung durch den Reagenzmittel-Volumenstrom festgelegt werden. Dadurch werden die Einflüsse auf das Messergebnis durch dynamische Strömungsvorgänge weiterhin vermindert.
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Eine vergleichbare Ausgestaltung sieht vor, dass die Öffnungszeit und/oder die Periodendauer derart festgelegt werden, dass eine maximale Druckänderung/Zeit nicht überschritten wird. Durch die gegebenenfalls vorgesehene weitere Begrenzung des ohnehin auf den Diagnose-Volumenstrom begrenzten Reagenzmittel-Volumenstroms werden gegebenenfalls auftretende dynamische Vorgänge weiter vermindert.
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Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass das dem Reagenzmittel zwischen dem ersten und zweiten Ventil zur Verfügung gestellte erste Volumen kleiner ist als das dem Reagenzmittel zwischen dem zweiten Ventil und dem Einspritzventil zur Verfügung gestellte zweite Volumen. Mit dieser Maßnahme wird ein weiterer Bereich erhalten, in welchem die Öffnungszeit und/oder die Periodendauer für die Öffnungsvorgänge des ersten und zweiten Ventils festgelegt werden können, dadurch, dass der Diagnose-Volumenstrom bereits durch das vergleichsweise kleinere erste Volumen begrenzt ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Druck-Messsignal mit einem Schwellenwert verglichen wird, der kleiner ist als der Öffnungsdruck des Einspritzventils. Durch diese Festlegung des Schwellenwerts wird insbesondere eine Leckage detektierbar.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Vergleicher ein erfasstes Druck-Messsignal mit einem Schwellenwert und/oder Toleranzband vergleicht, wobei der Vergleich erst nach Ablaufeiner Verzögerungszeit und/oder einer vorgegebenen Anzahl von Wechselzyklen vorgenommen wird, damit Einschwingvorgänge zu Beginn der Diagnose das Diagnoseergebnis nicht verfälschen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose einer Abgasbehandlungsvorrichtung sieht ein speziell hergerichtetes Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens vor. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist als Programmablauf in einem Speicher des Steuergeräts hinterlegt.
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Das Steuergerät enthält insbesondere eine Diagnosesteuerung, eine Schwellenwert-Vorgabe sowie einen Vergleicher, der das Druck-Messsignal mit wenigstens einem Schwellenwert vergleicht.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das erste Ventil der Abgasbehandlungsvorrichtung ein Sicherheitsventil und das zweite Ventil ein Dosierventil ist.
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Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass das Einspritzventil der Abgasbehandlungsvorrichtung ein Rückschlagventil mit einem vorgegebenen Öffnungsdruck ist.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn es auf einem Computer abläuft.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm auf einem Computer oder in einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Zeichnung
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1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft, 2a zeigt ein erstes Druck-Messsignal, 2b und 2c zeigen Ventil-Ansteuersignale in Abhängigkeit von der Zeit, 3a zeigt ein zweites Druck-Messsignal und 3b und 3c zeigen wieder die bereits in 2b und 2c gezeigten Ventil-Ansteuersignale.
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1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 11 eine Ansaugluft-Erfassung 12 und in deren Abgasbereich 13 ein Einspritzventil HCIV und stromabwärts nach dem Einspritzventil HCIV eine Abgasbehandlungsvorrichtung 14 angeordnet sind.
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Die Abgasbehandlungsvorrichtung 14 enthält einen Katalysator 15 sowie ein Partikelfilter 16.
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Die Ansaugluft-Erfassung 12 gibt an ein Steuergerät 20 ein Luftsignal ms_L und die Brennkraftmaschine 10 eine Drehzahl n ab. Das Steuergerät 20 stellt einer Kraftstoff-Zumessvorrichtung 21 ein Kraftstoffsignal m_K zur Verfügung.
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In einem Reagenzmittelpfad 30 sind eine Pumpe 31 sowie eine Dosier- und Sicherheitsvorrichtung MSU angeordnet. Die Dosier- und Sicherheitsvorrichtung MSU enthält ein erstes Ventil FCV sowie ein zweites Ventil DDV.
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Zwischen dem ersten und zweiten Ventil FCV, DDV ist ein erster Drucksensor 32 angeordnet, welcher den Reagenzmitteldruck an einem zwischen dem ersten und zweiten Ventil FCV, DDV auftretenden ersten Volumen Vol1 misst und als erstes Druck-Messsignal p1_HC einem Vergleicher 33 zur Verfügung stellt.
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Zwischen dem zweiten Ventil DDV und dem Einspritzventil HCIV ist ein zweiter Drucksensor 34 angeordnet, welcher den Reagenzmitteldruck an einem zwischen dem zweiten Ventil DDV und dem Einspritzventil HCIV auftretenden zweiten Volumen Volt misst und als zweites Druck-Messsignal p2_HC dem Vergleicher 33 zur Verfügung stellt.
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Im in den beiden Volumina Vol1, Vol2 tritt ein Dosier-Volumenstrom ms_HC_N und ein Diagnose-Volumenstrom ms_HC_D auf. Stromabwärts nach der Pumpe 31 tritt ein Quellendruck PQ_HC auf.
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Eine Reagenzmittel-Dosiersteuerung 35 stellt dem ersten Ventil FCV ein erstes Ventil-Ansteuersignal s_FCV und dem zweiten Ventil DDV ein zweites Ventil-Ansteuersignal s_DDV sowie der Pumpe 31 ein Pumpen-Ansteuersignal 37 zur Verfügung. Der Reagenzmittel-Dosiersteuerung 35 wird ein Dosiersignal 38 zur Verfügung gestellt.
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Eine Diagnose-Steuerung 39 stellt sowohl dem Vergleicher 33 als auch der Reagenzmittel-Dosiersteuerung 35 ein Diagnosesignal 40 zur Verfügung.
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Der Vergleicher 33 vergleicht das erste und/oder zweite Druck-Messsignal p1_HC, p2_HC mit einem Schwellenwert SW, den eine Schwellenwert-Vorgabe 41 bereitstellt.
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Der Vergleicher 33 stellt in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein Fehlersignal F zur Verfügung.
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2a zeigt das erste Druck-Messsignal p1_HC in Abhängigkeit von der Zeit t. Das erste Druck-Messsignal p1_HC liegt zwischen einem Minimaldruck p_min und dem Quellendruck PQ_HC. Eingetragen ist ein Öffnungsdruck PF_HCIV des Einspritzventils HCIV. Das erste Druck-Messsignal p1_HC ist in der Einheit kPa angegeben. Eingetragen sind die Werte 50 kPa und 600 kPa. Der untere Wert des ersten Ventil-Ansteuersignals s_FCV steigt, ausgehend vom Minimaldruck p_min, von der 10. Sekunde bis zur 18. Sekunde auf den Öffnungsdruck PF_HCIV an und fällt in der 19. Sekunde wieder auf den Minimaldruck p_min ab.
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2b zeigt das erste Ventil-Ansteuersignal s_FCV in Abhängigkeit von der Zeit t. Das erste Ventil FCV wird innerhalb einer Periodendauer ti_P jeweils eine erste Öffnungszeit ti_D_FCV geöffnet. Die Periodendauer ti_P ist mit 1 Sekunde eingetragen.
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2c zeigt das zweite Ventil-Ansteuersignal s_DDV in Abhängigkeit von der Zeit t. Das zweite Ventil DDV wird innerhalb der Periodendauer ti_P jeweils eine zweite Öffnungszeit ti_D_DDV geöffnet.
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3a zeigt das zweite Druck-Messsignal p2_HC in Abhängigkeit von der Zeit. Das zweite Druck-Messsignal p2_HC liegt zwischen dem Minimaldruck p_min und dem Öffnungsdruck PF_HCIV des Einspritzventils HCIV. Eingetragen ist zusätzlich der Quellendruck PQ_HC. Das zweite Druck-Messsignal P2_HC ist ebenfalls in der Einheit kPa angegeben. Eingetragen sind wieder die Werte 50 kPa und 600 kPa. Der untere Wert des zweiten Ventil-Ansteuersignals p2_HC steigt, ausgehend vom Minimaldruck p_min, von der 10. Sekunde bis zur 18. Sekunde auf den Öffnungsdruck PF_HCIV an und fällt in der 18,5. Sekunde auf den Minimaldruck p_min ab.
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Die 3b und 3c stimmen mit den 2b und 2c überein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
Das Steuergerät 20 legt das Kraftstoffsignal m_K beispielsweise in Abhängigkeit vom Luftsignal ms_L und/oder in Abhängigkeit von der Drehzahl n und/oder in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Drehmoment-Sollwert, welchen die Brennkraftmaschine 10 bereitstellen soll, fest. Das Kraftstoffsignal m_K legt beispielsweise eine Kraftstoff-Einspritzdauer und/oder einen Kraftstoff-Einspritzdruck in der Kraftstoff-Zumessvorrichtung 21 fest.
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Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 enthält unerwünschte Bestandteile wie beispielsweise Stickoxide und/oder Partikel. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 14 vermindert die unerwünschten Bestandteile zu weit wie möglich.
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Die Abgasbehandlungsvorrichtung 14 enthält beispielsweise den Katalysator 14, bei dem es sich um einen Oxidations-Katalysator und/oder einen Speicherkatalysator, beispielsweise einen NOx-Speicherkatalysator und/oder einen 3-Wege-Katalysator und/oder einen SCR-Katalysator handeln kann. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 14 kann zusätzlich oder alternativ das Partikelfilter 16 enthalten.
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Die Abgasbehandlungsvorrichtung 14 kann eine Mindesttemperatur benötigen, die zur Erfüllung der Abgas-Reinigungsfunktion oder zur Durchführung einer Regeneration 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 eines Speicherkatalysators und/oder eines Partikelfilters durchführen zu können. Beispielsweise benötigt ein Partikelfilter zum Starten des Partikel-Abbrands eine Starttemperatur, die in Abhängigkeit von der Konditionierung der Partikel zwischen 450°C–650°C liegen kann. Ein Speicherkatalysator benötigt beispielsweise zur Regeneration von einer Schwefelvergiftung eine stark erhöhte Temperatur bis 800°C.
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Zur Temperaturerhöhung des Abgases wird ein Reagenzmittel in den Abgasbereich 13 eingebracht, das beispielsweise auf einer katalytisch wirkenden Oberfläche exotherm reagiert. Das Reagenzmittel kann weiterhin in einem Katalysator 15 benötigt werden. Beispielsweise benötigt ein NOx-Speicherkatalysator ein sauerstoffarmes Abgas zur Durchführung der Regeneration.
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Das Einspritzventil HCIV ist stromaufwärts vor der Abgasbehandlungsvorrichtung 14 angeordnet und bringt das Reagenzmittel in den Abgasbereich 13 ein. Das Einspritzventil HCIV ist vorzugsweise als Rückschlagventil realisiert. In jedem Fall weist das Einspritzventil HCIV einen Öffnungsdruck PF_HCIV auf, der insbesondere bei einer Realisierung als Rückschlagventil auf einen definierten Wert festgelegt werden kann.
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Bei dem Reagenzmittel handelt es sich beispielsweise um Kraftstoff, sodass ein separates Mitführen eines Reagenzmittels in einem Kraftfahrzeug entfallen kann. Aufgrund der leichten Entzündbarkeit von Kraftstoff und insbesondere von Kraftstoffdampf sind erhöhte Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.
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Das Reagenzmittel wird von der Pumpe 31 auf den vorgegebenen Quellendruck PQ_HC gebracht, der beispielsweise bei 600 kPa liegt. Die separat gezeigte Pumpe 31 kann entfallen, wenn Kraftstoff als Reagenzmittel eingesetzt wird. In diesem Fall kann der Kraftstoff aus einem Niederdruck-Kraftstoffkreis der Brennkraftmaschine 10 entnommen werden, der eine beispielsweise in einem Kraftstofftank angeordnete Kraftstoffpumpe enthält.
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Der Reagenzmittelpfad 30 enthält deshalb das erste Ventil FCV, welches beispielsweise als Sicherheitsventil ausgebildet ist, das vom ersten Ventil-Ansteuersignal s_FCV vorzugsweise entweder vollständig geöffnet oder geschlossen wird.
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Die Durchflussrate des Reagenzmittels kann mit dem stromabwärts angeordneten zweiten Ventil DDV, welches als Dosierventil realisiert ist, eingestellt werden. Vorzugsweise wird das zweite Ventil DDV kontinuierlich verstellt, wobei vorzugsweise ein getakteter Betrieb vorgesehen wird, bei welchem das zweite Ventil DDV vom zweiten Ventil-Ansteuersignal s_DDV in schneller zeitliche Folge geöffnet und geschlossen wird.
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Aufgrund der im Abgasbereich 13 möglichen hohen Temperaturen kann es erforderlich sein, das erste und zweite Ventil FCV, DDV vom Abgasbereich 13 getrennt anzuordnen und die Einbringung des Reagenzmittels mit dem Einspritzventil HCIV durchzuführen, welches kostengünstig mit einer hohen Temperaturbeständigkeit hergestellt werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind das erste Ventil FCV und das zweite Ventil DDV in der Dosier- und Sicherheitsvorrichtung MSU angeordnet.
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Zwischen dem ersten Ventil FCV und dem zweiten Ventil DDV steht dem Reagenzmittel das erste Volumen Vol1 zur Verfügung, an welchem der erste Drucksensor 32 angeordnet ist, welcher das erste Druck-Messsignal p1_HC bereitstellt.
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Zwischen dem zweiten Ventil DDV und dem Einspritzventil HCIV steht dem Reagenzmittel das zweite Volumen Vol2 zur Verfügung, an welchem der zweite Drucksensor 34 angeordnet ist, welcher das zweite Druck-Messsignal p2_HC bereitstellt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann auf der Bewertung des ersten Druck-Messsignals p1_HC und/oder des zweiten Druck-Messsignals p2_HC beruhen.
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Mit der Diagnose kann eine Leckage im ersten Volumen Vol1 und/oder dem zweiten Volumen Vol2 detektiert werden. Die Diagnose ist prinzipiell – wie aus dem Stand der Technik entnehmbar – statisch durchführbar, wobei beide Ventile FCV, DDV oder zumindest eines der beiden Ventile FCV, DDV entweder statisch geöffnet oder geschlossen ist. Der Begriff „statisch” bedeutet, dass dynamische Vorgänge während der Strömung des Reagenzmittels nicht beachtet werden und davon ausgegangen wird, dass die dynamischen Vorgänge keinen Einfluss auf das Diagnoseergebnis haben. Anhand von Versuchen wurde erkannt, dass dynamische Vorgänge im Reagenzmittelpfad 30 einen Einfluss auf das Diagnoseergebnis haben können.
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Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, das erste und zweite Ventil FCV, DDV während der Diagnose in einem Wechselzyklus abwechselnd zu öffnen.
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Während des normalen Dosierbetriebs legt die Reagenzmittel-Dosiersteuerung 35 bei vorliegendem Dosiersignal 38 das erste und zweite Ventil-Ansteuersignal s_FCV, s_DDV derart fest, dass das erste Ventil FCV vollständig geöffnet und das zweite Ventil DDV in Abhängigkeit von der vorgegebenen Dosiermenge auf einen bestimmten Öffnungsquerschnitt bzw. eine bestimmte Dosier-Taktfrequenz eingestellt wird. Dadurch wird der Dosier-Volumenstrom ms_HC_N festgelegt.
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Die Diagnosesteuerung 39 startet die Diagnose mit dem Diagnosesignal 40, das sowohl den Vergleicher 33 aktiviert als auch die Reagenzmittel-Dosiersteuerung 35 zur Abgabe der in den 2b, 2c und 3b, 3c gezeigten Ventil-Ansteuersignale s_FCV, s_DDV veranlasst. Ziel der Vorgehensweise ist, den Reagenzmittel-Volumenstrom gegenüber dem während der normalen Dosierung des Reagenzmittels auftretenden Dosier-Volumenstrom ms_HC_N auf den Diagnose-Volumenstrom ms_HC_D zu vermindern. Mit dieser Maßnahme kann der Einfluss der dynamischen Vorgänge auf das Diagnoseergebnis gezielt vermindert werden.
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Der verminderte Diagnose-Volumenstrom ms_HC_D führt zunächst dazu, dass dynamische Druckabfälle an den einzelnen Bauteilen im Reagenzmittelpfad 30 vermindert werden, sodass das erste und/oder zweite Druck-Messsignal p1_HC, p2_HC den im ersten und/oder zweiten Volumen Vol1, Vol2 herrschenden guasistationären Reagenzmitteldruck erfassen können. Insbesondere wird mit der Vorgabe des Diagnose-Volumenstroms ms_HC_D eine Schwingung des Reagenzmittels insbesondere im zweiten Volumen Vol2 wirksam unterdrückt, welche insbesondere beobachtet werden kann, wenn das Einspritzventil HCIV als Rückschlagventil mit einem gezielt vorgegebenen Öffnungsdruck PF_HCIV ausgestaltet ist.
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Durch die Vorgabe des gegenüber dem Dosier-Volumenstrom ms_HC_N verminderten Diagnose-Volumenstroms ms_HC_D kann erreicht werden, dass das zweite Volumen Vol2 entweder langsam aufgepumpt wird, bis der Reagenzmitteldruck den Öffnungsdruck PF_HCIV des Einspritzventils HCIV erreicht oder dass der Reagenzmitteldruck im Bereich des Öffnungsdrucks PF_HCIV verharrt. Das Einspritzventil HCIV wird beim Erreichen des Öffnungsdrucks PF_HCIV zwar öffnen, aber aufgrund des begrenzten Diagnose-Volumenstroms ms_HC_D nur eine geringe Reagenzmittelmenge durchströmen lassen bis das Einspritzventil HCIV wieder schließt.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist es deshalb möglich, den Reagenzmitteldruck im zweiten Volumen Vol2 gezielt im Bereich des Öffnungsdrucks PF_HCIV des Einspritzventils HCIV zu halten, ohne dass eine nennenswerte Dosierung des Reagenzmittels stattfindet. Dadurch kann anhand einer Bewertung des ersten und/oder zweiten Druck-Messsignals p1_HC, p2_HC im Vergleicher 33 eine zuverlässige Diagnose hinsichtlich einer Leckage im ersten und/oder zweiten Volumen Vol1, Vol2 durchgeführt werden.
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2a zeigt einen möglichen zeitlichen Verlauf des ersten Reagenzmittel-Messsignals p1_HC. In der 10. Sekunde wird davon ausgegangen, dass das zweite Volumen Vol2 entleert ist. Mit dem Öffnen des ersten Ventils FCV für die erste Öffnungszeit ti_D_FCV, wobei gleichzeitig das zweite Ventil DDV geschlossen ist, wird das erste Volumen Vol1 gefüllt. In diesem Zustand erfasst der erste Drucksensor 32 den Quellendruck PQ_HC. Anschließend wird das erste Ventil FCV geschlossen und das zweite Ventil DDV geöffnet. In Abhängigkeit von der zweiten Öffnungszeit ti_D_DDV kann ein Teil des im ersten Volumen Vol1 enthaltenen Reagenzmittels in das zweite Volumen Vol2 strömen oder es findet ein vollständiger Ausgleich bei einer längeren zweiten Öffnungszeit ti_D_DDV statt. Dementsprechend zeigt das erste Druck-Messsignal p1_HC einen Druckanstieg.
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In Abhängigkeit einerseits von den Volumen-Verhältnissen und andererseits von den Taktzeiten des ersten und zweiten Ventils FCV, DDV, beispielsweise von der Öffnungszeit ti_D_DDV, kann bereits im ersten Wechselzyklus vorgesehen sein, dass der Druck bis n den Bereich des Öffnungsdrucks PF_HCIV des Einspritzventils HCIV ansteigt. Wesentlich ist die Begrenzung des Diagnose-Volumenstroms ms_HC_D auf einen niedrigeren Wert gegenüber dem Dosier-Volumenstrom ms_HC_N.
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Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Diagnose ausgehend vom Minimaldruck p_min gestartet wird, kann von jedem Druck ausgehend die Diagnose gestartet werden. Sofern der Druck oberhalb des Öffnungsdrucks PF_HCIV liegt, wird durch das Öffnen des Einspritzventils HCIV der Reagenzmitteldruck bis in den Bereich des Öffnungsdrucks PF_HCIV vermindert.
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Bei dem in 2a gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass das erste Druck-Messsignal p1_HC bis zur 17. oder 18. Sekunde auf den Öffnungsdruck PF_HCIV ansteigt. Wenn der der Reagenzmitteldruck im Bereich des Öffnungsdrucks PF_HCIV liegt, kann das Einspritzventil HCIV kurzzeitig öffnen, sodass der Reagenzmitteldruck sich im Bereich des Öffnungsdrucks PF_HCIV stabilisiert, sofern im ersten und/oder zweiten Volumen Vol1, Vol2 keine Leckage vorliegt. Wenn dies aber der Fall ist, findet ein Druckabfall statt.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass im Bereich zwischen der 18. und 19. Sekunde eine Leckage im zweiten Volumen Vol2 aufgetreten ist, wobei weiterhin angenommen wird, dass die Leckage zu einem vollständigen Drückfall bis auf den Minimaldruck p_min führt, wobei der Minimaldruck p_min im allgemeinen dem Umgebungs-Luftdruck entspricht. Der Druckabfall kann vom ersten Drucksensor 32 erst erfasst werden, wenn das zweite Ventil DDV geöffnet wird. Sofern die Leckage im ersten Volumen Vol1 auftritt, erfasst der erste Drucksensor 32 den Druckabfall sofort. Aufgrund des innerhalb eines Wechselzyklus nur begrenzt zur Verfügung gestellten Reagenzmittels in den Volumina Vol1, Vol2 ermöglicht die erfindungsgemäße Vorgehensweise die Detektion vergleichsweise kleiner Leckagen. Insbesondere wird das erste Druck-Messsignal p1_HC nicht von Störsignalen aufgrund von Schwingungen des Reagenzmittels im Reagenzmittelpfad 30 verfälscht.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Volumen Vol1 kleiner ist als das zweite Volumen Vol2. Dadurch eröffnet sich für die erste Öffnungszeit ti_D_FCV und/oder die zweite Öffnungszeit ti_D_DDV des ersten und/oder zweiten Ventils FCV, DDV ein größerer Spielraum. Insbesondere die zweite Öffnungszeit ti_D_DDV des zweiten Ventils DDV kann derart lang gewählt werden, dass ein vollständiger Ausgleich des Reagenzmittels in beiden Volumina Vol1, Vol2 stattfinden kann. Mit dieser Maßnahme können allein bereits durch die gezielte Vorgabe der beiden Volumina Vol1, Vol2 die dynamischen Verhältnisse beeinflusst werden.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste und/oder zweite Öffnungszeit ti_D_FCV, ti_D_DDV des ersten und/oder zweiten Ventils FCV, DDV auf einen Wert festgelegt ist, bei dem der Druckanstieg/Zeit auf einen Maximalwert begrenzt ist. Der maximale Druckanstieg kann auftreten, wenn das zweite Volumen Vol2 zu Beginn der Diagnose vollständig entleert ist. Die Begrenzung des Druckgradienten auf einen Maximalwert trägt ebenfalls dazu bei, die Auswirkungen der dynamischen Verhältnisse auf das Diagnoseergebnis zu vermindern.
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Aus den in den 2b, 2c gezeigten Ventil-Ansteuersignalen s_FCV, s_DDV kann entnommen werden, dass sich die Öffnungszeiten ti_D_FCV, ti_D_DDV der beiden Ventile FCV, DDV nicht überlappen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass der Wechselzyklus innerhalb einer Periodendauer ti_P stattfindet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel 1 Sekunde beträgt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Periodendauer ti_P auf einen Wert von höchstens 1 Sekunde festgelegt und kann bis auf 20 Millisekunden verringert werden. Entsprechend sind die Öffnungszeiten ti_D_FCV, ti_D_DDV anzupassen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird von Öffnungszeiten ti_D_FCV, ti_D_DDV von kleiner oder höchstens gleich 0,5 Sekunden ausgegangen, wobei eine Verminderung bis auf 10 Millisekunden vorgesehen sein kann.
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In 3a ist der zeitliche Verlauf des zweiten Druck-Messsignals p2_HC bei der gleichen Ausgangsituation gezeigt, wie sie der 2a zugrunde gelegen hat. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Diagnose bei einem entleerten zweiten Volumen Vol2 beginnt, bei welchem der Minimaldruck p_min auftritt. Aufgrund der Abtrennung des ersten Volumens Vol1 vom zweiten Volumen Vol2 während der Befüllung des ersten Volumens Vol1, erfasst der zweite Drucksensor 34 den Quellendruck PQ_HC nicht mehr. Stattdessen steigt mit jedem Öffnen des zweiten Ventils DDV der Reagenzmitteldruck stufenweise bis auf Bereich des Öffnungsdrucks PF_HCIV an, der beispielsweise mit der 18. Sekunde erreicht sein soll. Wie bereits erwähnt, kann die Diagnose ausgehend von jedem Druck gestartet werden.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass in der 18,5. Sekunde eine Leckage aufgetreten ist, wobei weiterhin unterstellt wird, dass die Leckage eine Größe aufweist, die zu einem Druckabfall bis auf den Minimaldruck p_min führt. Ein derartiger Druckabfall kann vom zweiten Drucksensor 34 zu jedem Zeitpunkt detektiert werden, sofern die Leckage im zweiten Volumen Vol2 auftritt. Sofern eine Leckage im ersten Volumen Vol1 auftritt, kann der zweite Drucksensor 34 den Druckabfall erst mit dem Öffnen des zweiten Ventils DDV detektieren.
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Der Vergleicher 33 vergleicht das erste und/oder zweite Druck-Messsignal p1_HC, p2_HC mit dem Schwellenwert SW, welcher von der Schwellenwert-Vorgabe 41 bereitgestellt wird. Anstelle eines einzigen Wertes kann als Schwellenwert SW ein Toleranzband vorgegeben werden. Der Schwellenwert SW wird auf einen Wert oder einen Bereich festgelegt, der unterhalb des Öffnungsdrucks PF_HCIV des Einspritzventils HCIV liegt.
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Zu berücksichtigen ist ein eventuell vorgesehenes Befüllen des zweiten Volumens Vol2, ausgehend vom entleerten Zustand, wie in den Ausführungsbeispielen gezeigt, bzw. durch gleichzeitig kurzes Öffnen des ersten und zweiten Ventils FCV, DDV. Der zweite Vergleicher 33 darf bei dieser Ausgangssituation den Vergleich erst nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Wechselzyklen durchführen, um eine Fehldiagnose auszuschließen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel darf der Vergleicher das erste und/oder zweite Druck-Messsignal p1_HC, p2_HC ab etwa der 17. Sekunde mit dem Schwellenwert SW vergleichen. Abhängig von den Volumenverhältnissen kann die oben beschriebene kurzzeitige Öffnung des ersten und zweiten Ventils FCV, DDV die Zeit bis zum ersten Vergleich mit dem Schwellenwert SW deutlich verkürzen. Sofern danach eine Unterschreitung des Schwellenwerts SW oder eines Toleranzbandes festgestellt wird, stellt der Vergleicher 33 das Fehlersignal F bereit, welches beispielsweise in einen Fehlerspeicher hinterlegt oder zur Anzeige gebracht werden kann.
