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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahrsen nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs
10. Elektromagnetisch steuerbare Reduktionsmitteldosierventile weisen
eine Magnetspule auf, deren Magnetfeld bei einem ausreichend großen
Spulenstrom eine Düsennadel von einem Dichtsitz abhebt
und so das Reduktionsmitteldosierventil öffnet.
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Dabei
dient ein erster Teilabschnitt eines Stromprofils dazu, das Reduktionsmitteldosierventil schnell
zu öffnen und ein zweiter Teilabschnitt dient dazu, das
bereits geöffnete Ventil mit einer geringeren mittleren
Stromstärke offen zu halten, um so einen Durchfluss von
Reduktionsmittel zu steuern. Ein solches Verfahren sowie ein solches
Steuergerät ist für eine Verwendung in Kraftfahrzeugen
wie Personenkraftwagen und Lastkraftwagen aus der Veröffentlichung Dieselmotor-Management,
4. Auflage, Friedrich Vieweg und Sohn Verlag, ISBN 3-528-23873-9,
dort Seite 338, bekannt.
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Die
selektive Reduktion von Stickoxiden (SCR = selective catalytic reduction)
beruht darauf, dass ausgewählte Reduktionsmittel Stickoxide
(NOx) auch in Gegenwart von Sauerstoff reduzieren. Selektiv bedeutet
hierbei, dass die Oxidation des Reduktionsmittels bevorzugt (selektiv)
mit dem Sauerstoff der Stickoxide und nicht mit dem im Abgas wesentlich
reichlicher vorhandenen molekularen Sauerstoff erfolgt. Ammoniak
(NH3) hat sich hierbei als Reduktionsmittel
mit der höchsten Selektivität bewährt.
Im Kraftfahrzeug wird Ammoniak nicht in reiner Form mitgeführt,
sondern aus einer mitgeführten Harnstoff-Wasser-Lösung
zum Abgas dosiert. Harnstoff (NH2)2CO weist eine sehr gute Löslichkeit
in Wasser auf und kann daher einfach zum Abgas dosiert werden. Wenn
in dieser Anmeldung von einem Reduktionsmittel die Rede ist, soll
dieser Begriff auch Vorprodukte, Trägersubstanzen und -medien
wie Wasser bezeichnen, in denen eine Trägersubstanz oder
das Reduktionsmittel in gelöster Form enthalten ist. Daher
wird auch die Harnstoff-Wasser-Lösung im Folgenden als
zu dosierendes Reduktionsmittel bezeichnet.
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Eine
unter dem Handelsnamen AdBlue bekannte Harnstoff-Wasser-Lösung
mit einer Massenkonzentration von 32,5% Harnstoff besitzt einen
Gefrierpunkt bei –11°C. Dort bildet sich ein Eutektikum, wodurch
ein Entmischen der Lösung im Fall des Einfrierens ausgeschlossen
wird.
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Auch
wenn eine unerwünschte Entmischung bei dieser Zusammensetzung
nicht auftritt, muss ein Einfrieren des Reduktionsmitteldosierventils
und anderer Komponenten des Systems, zum Beispiel ein Einfrieren
von Leitungen, nach Möglichkeit verhindert werden. Bei
eingefrorenem System könnte das Reduktionsmittel nicht
mehr dosiert werden, was erhöhte Stickoxidemissionen des
Kraftfahrzeuges zur Folge hätte. Wenn das System unter
ungünstigen Umweltbedingungen dennoch einfrieren sollte,
muss es im Betrieb des Kraftfahrzeugs wieder aufgetaut werden können.
Dies gilt insbesondere für das in der Regel aus diversen
Metallen und Kunststoffen bestehende Reduktionsmitteldosierventil.
Das Reduktionsmitteldosierventil ist unmittelbar am Abgasstrang
angeordnet. Daher besteht die Gefahr, dass es bei heißer
Abgasanlage und heißem Abgas überhitzt wird. Um
eine solche thermische Schädigung zu vermeiden, ist das
Reduktionsmitteldosierventil in der Regel mit einem Kühlkörper
versehen, der eine Ableitung großer Wärmemengen
an die Umgebung erlaubt. Im umgekehrten Fall niedriger Temperaturen
erhöht dieser Kühlkörper das Risiko eines
Einfrierens des Reduktionsmitteldosierventils und erschwert das
Auftauen eines eingefrorenen Reduktionsmitteldosierventils.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein
Einfrieren eines Reduktionsmitteldosierventils zu verhindern und/oder
ein Auftauen eines solchen Reduktionsmitteldosierventils mit möglichst
einfachen Mitteln und möglichst geringen Kosten sowie möglichst
hoher Betriebssicherheit zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
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Dadurch,
dass im ersten Teilabschnitt überprüft wird, ob
das Ventil eingefroren ist oder eine Einfriergefahr besteht und
eine im zweiten Teilabschnitt mit dem elektrischen Strom in die
Magnetspule eingespeiste elektrische Energie in Abhängigkeit
vom Ergebnis der Überprüfung eingestellt wird,
kann bei drohender Einfriergefahr oder eingefrorenem Ventil bedarfsgerecht
elektrische Energie in die Magnetspule eingespeist und teilweise über
den Ohm'schen Widerstand der Magnetspule in Joule'sche Wärme umgewandelt
werden, die das Ventil von innen her aufheizt.
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Durch
diese Mehrfachnutzung der Magnetspule des elektromagnetisch steuerbaren
Reduktionsmitteldosierventils zur Steuerung des Durchflussquerschnitts
und als Heizwicklung kann auf eine separate Heizvorrichtung für
das Ventil verzichtet werden. Als Folge vereinfacht sich der Aufbau
des Ventils. Ferner verringert sich sein Platzbedarf und seine Herstellungskosten,
während sich seine Betriebssicherheit gleichzeitig erhöht.
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Die
im ersten Teilabschnitt erfolgende Überprüfung
erlaubt eine Unterscheidung von Betriebszuständen ohne
Einfriergefahr von solchen mit Einfriergefahr. Dadurch kann eine
Heizwirkung in Betriebszuständen ohne Einfriergefahr auch
minimiert werden, was die Gefahr einer Überhitzung bei
heißem Abgassystem und Abgas verringert.
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Ein
besonderer Vorteil liegt auch darin, dass die Heizwirkung durch
Modifikation von Stromprofilen erfolgt, wie sie für eine
Durchflusssteuerung ohnehin erzeugt werden. Durch die Beschränkung
auf solche Stromprofile wird die Gefahr einer unbeabsichtigten Dosierung
von Reduktionsmittel minimiert. Eine unbeabsichtigte Dosierung könnte
zum Beispiel auftreten, wenn ein Stromfluss durch die Magnetspule ohne
Absicht einer Öffnung des Ventils erzeugt wird, da jeder
Spulenstrom eine elektromagnetische Kraftwirkung auf den beweglichen
Dichtkörper des Ventils erzeugt. Als Folge einer solchen
Kraftwirkung könnte die wirksame Schließkraft
(Resultierende aus elektromagnetischer Kraftwirkung und mechanisch
erzeugter Rückstellkraft) soweit reduziert werden, dass Schwingungen
und Erschütterungen, die im Fahrbetrieb auftreten, zu einer
unbeabsichtigten Öffnung des Ventils führen. Der
damit verbundene Reduktionsmittelverlust verkürzt dann
die Zeit bis zum nächsten Nachfüllen von Reduktionsmittel,
was unerwünscht ist. Außerdem kann die unbeabsichtigte Öffnung
dazu führen, dass Reduktionsmittel nicht mit Stickoxiden
reagiert, sondern unter Freisetzung von Ammoniak in die Umgebung
gelangt, was zu Geruchsbelästigungen führen könnte.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen,
der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 das
technische Umfeld der Erfindung;
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2 mechanische
und hydraulische Details des Reduktionsmitteldosierventils;
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3 das
Zusammenwirken mechanischer und elektrischer Merkmale des Reduktionsmitteldosierventils;
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4 ein
Stromprofil, mit dem das Reduktionsmitteldosierventil angesteuert
wird;
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5 ein
elektrisches Ersatzschaltbild des Reduktionsmitteldosierventils;
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6 einen
Verlauf einer Stromstärke, in dem sich eine Ventilöffnung
abbildet; und
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7 eine
Ausgestaltung, die auf einer Auswertung eines zeitlichen Verhaltens
eines Reduktionsmitteldruckes basiert.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Steuergerät 14.
Bei dem Steuergerät 14 handelt es sich bevorzugt
um das Steuergerät, das den Verbrennungsmotor 10 steuert
und dazu Signale von einer Sensorik 16 über Betriebsparameter
des Verbrennungsmotors 10 empfängt und zu Stellgrößen für
Stellglieder 18 des Verbrennungsmotors 10 verarbeitet.
Die Signale der Sensorik 16 erlauben dem Steuergerät 14 typischerweise
eine Bestimmung der vom Verbrennungsmotor 10 angesaugten
Luftmasse, der Drehwinkelposition einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10,
einer Temperatur des Verbrennungsmotors 10 etc. Aus diesen
Signalen bildet das Steuergerät 14 typischerweise
Stellgrößen zur Dosierung von Kraftstoff in Brennräume
des Verbrennungsmotors 10, zur Einstellung eines Ladedrucks eines
Abgasturboladers, einer Abgasrückführrate etc.
Alternativ handelt es sich bei dem Steuergerät 14 um
ein separates Steuergerät, das mit dem Steuergerät
des Verbrennungsmotors 10 über ein Bussystem kommuniziert.
In jedem Fall ist das Steuergerät 14 dazu eingerichtet,
insbesondere dazu programmiert, dass erfindungsgemäße
Verfahren und/oder eine seiner im Folgenden vorgestellten Ausgestaltungen
durchzuführen, das heißt jeweils den Ablauf des Verfahrens
zu steuern und die dazu notwendigen Auswertungen durchzuführen.
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Das
Abgassystem 12 weist einen Oxidationskatalysator 20 und
einen SCR-Katalysator 22 auf. Zwischen dem Oxidationskatalysator 20 und
dem SCR-Katalysator 22 ist ein Ventil 24 angeordnet, über das
Reduktionsmittel 26 aus einem Vorratsbehälter 28 zum
Abgas dosiert wird. Das Ventil 24 wird elektromagnetisch
betätigt und dazu von dem Steuergerät 14 mit
einem Steuerstrom I, der eine Magnetspule des Ventils 24 durchströmt,
angesteuert. Dabei erfolgt die Versorgung des Ventils 24 mit
Reduktionsmittel 26 über eine Zuleitung 30,
die von einer Pumpe 32 mit dem Reduktionsmittel 26 gespeist
wird. Die Pumpe 32 ist bevorzugt als steuerbare Saug- und Druckpumpe
ausgeführt, die im Druckbetrieb den zur Dosierung von Reduktionsmittel 26 in
das Abgassystem 12 notwendigen Einspritzdruck erzeugt und
die im Saugbetrieb ein Entleeren der Zuleitung 30 von Reduktionsmittel 26 erlaubt.
Dazu wird die Pumpe 32 ebenfalls vom Steuergerät 14 gesteuert.
Eine solche Entleerung erfolgt zum Beispiel zwischen zwei Fahrzyklen,
beziehungsweise am Ende eines Fahrzyklus, um ein zwischenzeitliches
Einfrieren des Reduktionsmittels 26 in der meist als Schlauchleitung
ausgeführten Zuleitung 30 und im Ventil 24 zu
vermeiden. Um ein Einfrieren des Reduktionsmittels 26 zu
vermeiden, ist die Zuleitung 30 ferner mit einer Schlauchheizung 34 ausgestattet,
die ebenfalls vom Steuergerät 14 gesteuert wird.
Alternativ oder ergänzend ist eine weitere Heizung im Vorratsbehälter 28 angeordnet, die
auch vom Steuergerät 14 gesteuert wird. Ein Drucksensor 36 erfasst
einen von der Pumpe 32 vor dem Ventil 24 erzeugten
Reduktionsmitteldruck. Die gestrichelten Linie 37 repräsentiert
den Fahrzeug-Unterboden. Die unterhalb der Linie 37 angeordneten
Komponenten, also insbesondere die Zuleitung 30 und das
Ventil 24, sind direkt der Außentemperatur und
dem Fahrtwind ausgesetzt und können daher einfrieren.
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Die 1 zeigt
damit insbesondere das technische Umfeld, in dem die Erfindung verwendet wird.
Dabei versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die in der 1 dargestellte
Konfiguration aus Verbrennungsmotor 10 mit einem Abgassystem 12 und
den dargestellten Sensoren 16, 36 und Stellgliedern 18, 24, 34 beschränkt
ist. So können alternative Ausgestaltungen verschiedene
Sensoren aufweisen, die Betriebsparameter des Abgassystems 12 erfassen
und entsprechende Messwerte an das Steuergerät 14 liefern.
Bei solchen Sensoren handelt es sich in einer Ausgestaltung um Temperatursensoren und/oder
Sensoren zur Erfassung der NOx-Konzentration
im Abgas vor und/oder hinter dem SCR-Katalysator 22 und/oder
um einen Sensor, der eine Ammoniak-Konzentration im Abgas hinter
dem SCR-Katalysator 22 erfasst und so die Feststellung
einer Überdosierung von Reduktionsmittel 26 erlaubt.
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Die 2 zeigt
mechanische und hydraulische Details des Ventils 24. Das
Ventil 24 weist einen Ventilkörper 38 auf,
der fest mit dem Abgassystem 12 verbunden ist. In dem Ventilkörper 38 ist
ein Dichtkörper 40, beispielsweise eine Düsennadel,
axial beweglich angeordnet, der durch Schließkräfte
auf einen Ventilsitz 42 gepresst wird, durch Öffnungskräfte vom
Ventilsitz 42 abgehoben wird und dabei einen Durchflussquerschnitt 44 freigibt, über
den Reduktionsmittel 26 in das Abgassystem 12 dosiert
wird.
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Die 3 zeigt
das Zusammenwirken mechanischer und elektrischer Merkmale des Ventils 24. Das
Ventil 24 weist eine Magnetspule 46 mit einem Eisenkern 48 auf.
Der bewegliche Dichtkörper 40 wird von einer Feder 50 vom
Eisenkern 48 weg auf den Ventilsitz 42 gepresst,
so dass sich zwischen dem Eisenkern 48 und dem beweglichen
Dichtkörper 40 ein Luftspalt 52 ergibt.
Die Magnetspule 46 ist über einen Schalter 54 an
eine elektrische Energiequelle 56 angeschlossen, die eine
Spannung U bereitstellt. Der Schalter 54 bildet zudem mit
der elektrischen Energiequelle 56 eine Endstufe, die in
das Steuergerät 14 integriert ist. Der Schalter 54 der
Endstufe wird von einem Steuerblock 58 angesteuert, der die
Bildung von Ansteuersignalen, insbesondere Stromprofilen für
die Magnetspule 46, repräsentiert. Die Ansteuerung
erfolgt insbesondere abhängig vom Signal eines Spannungsmessers 60,
der eine Spannung U über der Magnetspule 46 erfasst,
und in Abhängigkeit vom Signal eines Strommessers 62,
der die Stromstärke eines Spulenstroms oder Steuerstroms
I erfasst. Bei geschlossenem Schalter 54 wird die Magnetspule 46 mit
dem Strom I gespeist und erzeugt dadurch eine elektromagnetische Öffnungskraft,
die den beweglichen Dichtkörper 40 in den Luftspalt 52 zieht
und damit von seinem Ventilsitz 42 abhebt.
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Die 4 zeigt
eine Ausgestaltung eines Stromprofils 64, mit dem das Ventil 24 angesteuert wird
und dass zwei zeitlich aufeinander folgende Teilabschnitte 66 und 68 aufweist.
Dabei markiert die horizontale gestrichelte Linie ein Stromniveau 70,
das zum Öffnen und Offenhalten des Ventils 24 erforderlich
ist. Im ersten Teilabschnitt 66 der Länge dt1
wird der Strom I durch die Magnetspule 46 des Ventils 24 auf
einen ersten, vergleichsweise hohen Wert I1 eingestellt, um das
Ventil 24 schnell zu öffnen. Im Anschluss an den
ersten Teilabschnitt 66 wird im zweiten Teilabschnitt 68 der
Länge dt2 ein niedrigerer Strom I2 eingestellt. Der niedrigere
Strom 12 verläuft jedoch noch oberhalb der gestrichelten
Linie, die ein Haltestromniveau 70 markiert. Im Ergebnis
wird das Ventil 24 mit dem Stromprofil 64 über
die Summe dt3 der Zeiten dt1 und dt2 geöffnet und offengehalten. Wenn
eine Einfriergefahr besteht oder das Ventil 24 aufgetaut
werden soll, wird die mit dem elektrischen Strom I in die Magnetspule 46 eingespeiste
elektrische Energie vergrößert. Dies kann durch
Verlängern des zweiten Teilabschnitts 68 und/oder
durch Erhöhen der Stromstärke I2 im zweiten Teilabschnitt 68 auf
den Wert I3 erfolgen.
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5 zeigt
ein elektrisches Ersatzschaltbild des Ventils 24 zusammen
mit der Endstufe des Steuergeräts 14. Im Ersatzschaltbild
des Ventils 24 ist die Magnetspule 46 als Reihenschaltung
aus einer reinen Induktivität 72 und einem Ohm'schen
Widerstand 74 dargestellt. Jeweils ein Anschluss einer Gleichspannungsquelle
als elektrischer Energiequelle 56 und der Magnetspule 46 des
Ventils 24 ist an ein Bezugspotenzial 76, beispielsweise
eine Steuergerätemasse, angeschlossen. Über den
Schalter 54 werden die jeweils komplementären
Anschlüsse der Magnetspule 46 und der als Energiequelle 56 dienenden Gleichspannungsquelle
miteinander verbunden oder voneinander getrennt. Das Stromprofil 64 aus
der 4 wird durch die Struktur mit dem Ersatzschaltbild
der 5 durch eine entsprechende Steuerung des Schalters 54 erzeugt.
Das Stromniveau I1, das sich im ersten Teilabschnitt 66 einstellt,
ergibt sich zum Beispiel dadurch, dass der Schalter 54 solange geschlossen
wird, bis die Induktionsspannung der Induktivität 72 nach
einem Schließen des Schalters 54 so weit abgeklungen
ist, dass sich über der Magnetspule 46 die volle
oder nahezu volle Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 56 einstellt.
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Die
von der Gleichspannungsquelle 56 bereitgestellte Gleichspannung
ist bevorzugt größer als eine Schwellenspannung,
bei der ein nicht eingefrorenes Ventil 24 öffnet.
Das Stromniveau 12 im zweiten Teilabschnitt 68 ergibt
sich dagegen dadurch, dass der Schalter 54 bei noch nicht
abgeklungenen Induktionsspannungen abwechselnd geschlossen (Stromanstieg)
und geöffnet (Stromabfall) wird.
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Mit
jedem Stromfluss durch die Magnetspule 46 des Ventils 24 ist
wegen des Ohm'schen Widerstandes 74 eine Freisetzung Joule'scher
Wärme verbunden. Wenn das Ventil 24 mit dem Stromprofil 64 angesteuert
wird, um Reduktionsmittel zu dosieren, kann die Freisetzung von
Wärme störend sein. Dies gilt insbesondere dann,
wenn die Dosierung bei heißem Abgassystem 12 und
heißem Abgas erfolgt, weil dann die Gefahr einer thermischen
Beschädigung des Ventils 24, beispielsweise durch Überhitzen
der Magnetspule 46, besteht. Die Verringerung der Stromstärke
vom Wert I1 auf den Wert 12, der immer noch zum Offenhalten
des Ventils 24 ausreicht, verringert in diesem Fall die
Wärme, die durch den Strom I durch den Ohm'schen Widerstand 74 der
Magnetspule 46 freigesetzt wird.
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Bei
niedriger Temperatur des Abgassystems 12 und/oder des Abgases
des Verbrennungsmotors 10 wird die Freisetzung Joule'scher
Wärme im Ohm'schen Widerstand 74 für
eine erwünschte Aufheizung des Ventils 24 verwendet.
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Für
eine Steuerung der Einspeisung elektrischer Energie in die Magnetspule 46 wird
im ersten Teilabschnitt 66 des Stromprofils 64 überprüft,
ob das Ventil 24 eingefroren ist oder eine Einfriergefahr
besteht. In einer Ausgestaltung wird dazu mit dem Spannungsmesser 60 aus
der 3 die Spannung U über der Magnetspule 46 und
mit dem Strommesser 62 die Stromstärke I als elektrische
Kenngröße der Magnetspule 46 erfasst
und im Steuerblock 58 ausgewertet. Aus diesen Kenngrößen
I, U wird nach dem Ohm'schen Gesetz der elektrische Widerstand R
= U/I und daraus die mit dem Widerstand R variierende Temperatur
T = T(R) bestimmt.
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Anschließend
wird die so bestimmte Temperatur T(R) mit einem vorbestimmten Schwellenwert T_S
verglichen, der Temperaturbereiche mit und ohne Einfriergefahr voneinander
trennt. Wenn T(R) größer ist als der Schwellenwert
T_S, wird das Ventil 24 ohne spezielle Heizmaßnahmen
mit dem Stromprofil 64 und dem Haltestrom I2 aus der 4 betrieben.
Ist die Temperatur T(R) dagegen kleiner als der Schwellenwert T_S,
erfolgt ein Betrieb des Ventils 24 mit einem erhähten
Stromniveau I3 im zweiten Teilabschnitt 68. Im Ergebnis
wird eine im zweiten Teilabschnitt 68 mit dem elektrischen
Strom I in die Magnetspule 46 eingespeiste Energie in Abhängigkeit
davon, ob das Ventil 24 eingefroren ist oder eine Einfriergefahr
besteht, eingestellt. Dabei wird bei niedrigem elektrischen Widerstand
(niedriger Temperatur) mehr elektrische Energie eingespeist als
bei hohem elektrischen Widerstand (hoher Temperatur).
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Die
eingebrachte Energie wächst mit zunehmender Stromstärke
des Ansteuerstroms I. Insofern stellt die Fläche zwischen
den Stromniveaus 12 und I3 in der 4 ein Maß für
die zusätzlich aufgewendete elektrische Energie dar, die
in der Magnetspule 46 in Joule'sche Heizwärme
umgewandelt wird. Allgemein gilt, dass man durch Erhöhung
des Effektivwertes (Root Mean Square-Wertes) des Spulenstroms eine
Erwärmung auslösen kann, während man
durch eine Verringerung des Effektivwerts den Wert der Spulentemperatur
absenken kann. In einer Ausgestaltung wird dies dazu benutzt, die
Spulentemperatur auf einen vorbestimmten Soll-Wert zu regeln, der
im Temperaturbereich ohne Einfriergefahr liegt und bei dem keine
Gefahr einer Überhitzung der Spule besteht. In einer weiteren
Ausgestaltung wird dabei ein minimaler Spulenstrom als untere Schranke
für den Spulenstrom vorgegeben, die so bestimmt ist, dass
das Ventil 24 bei dem minimalen Wert des Spulenstroms noch
offen bleibt.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass für die Auswertung
des Verhaltens des elektrischen Stroms I ein Verlauf der Steigung
der Stromstärke erfasst und ausgewertet wird. 6 zeigt
qualitativ einen solchen Verlauf 77, in dem sich eine Bewegung des
beweglichen Dichtkörpers 40 abbildet. Bei geschlossenem
Ventil 24 steigt der Strom I zunächst ab einem
Zeitpunkt t0 mit einer ersten Steigung m1 an. Zum Zeitpunkt t1 hebt
der Dichtkörper 40 von seinem Ventilsitz 42 ab
und bewegt sich zu einem Anschlag, den er zu einem Zeitpunkt t2
erreicht. Die Kurve 78 zeigt den Weg s des Dichtkörpers 40 aber
der Zeit in schematischer Form, wobei das untere Niveau 80 die Position
bei geschlossenem Ventil 24 als erstem Durchflussquerschnitt
und das obere Niveau 82 die Position des Dichtkörpers 40 bei
komplett offenem Ventil 24 als zweitem Durchflussquerschnitt
repräsentiert. Wie man sieht, bildet sich die Bewegung
des Dichtkörpers 40 zwischen den Zeitpunkten t1
und t2 in einer flacheren Steigung m2 des Stromverlaufs 77 ab,
die zwischen einer größeren Anfangssteigung m1 und
einer größeren weiteren Steigung m3 liegt. Die Werte
der Steigungen m1 und m3 sind unterschiedlich, weil sie bei unterschiedlichen
Positionen des Dichtkörpers 40 und dabei unterschiedlichen
Ausdehnungen des Luftspalts 52 auftreten.
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Entsprechend
sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass für die
Auswertung des Verhaltens des elektrischen Stroms I überprüft
wird, ob der Verlauf der Steigung eine erste Steigung m1 aufweist,
die sich bei einem ersten Durchflussquerschnitt einstellt, und eine
weitere Steigung m3 aufweist, die sich bei einem zweiten Durchflussquerschnitt
einstellt.
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Wenn
sich in dem Verlauf nur die erste Steigung m1 abbildet, zeigt dies
eine fehlende Bewegung des Dichtkörpers 40 an,
was für ein eingefrorenes Ventil 24 charakteristisch
ist. Entsprechend wird in diesem Fall die eingespeiste Energie bei
weiteren Ansteuerungen im zweiten Teilabschnitt 68 auf
einen größeren Wert eingestellt, um das eingefrorene
Ventil 24 aufzutauen. Dies kann durch Verlängern
des zweiten Teilabschnitts 68 und/oder durch Erhöhen
des Stromniveaus vom Wert I2 auf den Wert I3 im zweiten Teilabschnitt 68 der 4 erfolgen.
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Dagegen
wird die eingespeiste elektrische Energie bei weiteren Ansteuerungen
auf einen kleineren Wert eingestellt, wenn der Verlauf des Stromes die
erste Steigung m1 und die weitere Steigung m3 aufweist. Das Auftreten
der ersten Steigung m1 und der weiteren Steigung m3 nach weiteren,
wiederholten Ansteuerungen, zeigt nämlich an, dass sich
der zunächst blockierte Dichtkörper 40 gelöst.
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Eine
alternative Ausgestaltung sieht vor, dass für die Auswertung
des Verhaltens des elektrischen Stroms I überprüft
wird, ob der Verlauf 77 der Steigung einen Knickpunkt 84 aufweist,
der für einen sich bewegenden Dichtkörper 40 charakteristisch
ist.
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Auch
hier gilt, dass die Heizwirkung vergrößert wird,
wenn sich kein Knick 84 zeigt, weil dies ein eingefrorenes
Ventil 24 anzeigt. Weist der Verlauf 77 dagegen
einen Knickpunkt 84 auf, erfolgt ein Betrieb des Ventils 24 mit
einer nicht vergrößerten Heizwirkung.
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Die
Steigungen m1, m2 und m3 ergeben sich dadurch, dass die Positionsänderung
des Dichtkörpers 40 eine Veränderung
der Geometrie des Luftspalts 52 in der 3 und
damit eine Veränderung der Korrelation von Magnetfeld und
Spulenstrom I bewirkt. Zur Zeit t0 in der 6 ist das
Ventil 24 geschlossen und der Luftspalt 52 vorhanden.
Befindet sich der Dichtkörper 40 dagegen zu einem
späteren Zeitpunkt t2 an einem Anschlag, der den maximalen
Durchflussquerschnitt definiert, ist der Luftspalt 52 nicht
mehr vorhanden oder kleiner, was zu der geänderten Steigung
m3 im Stromverlauf 77 führt. Das Auftreten der
Steigungen m1, m3 zeigt daher an, dass sich der Dichtkörper 40 bewegt
hat. Zeigt sich nur eine Steigung m1 oder m3, wird auf einen blockierten
Dichtkörper 40 geschlossen.
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In
diesem Fall wird das Ventil 24 bevorzugt mit einer verlängerten
Ansteuerzeit (verlängertem zweitem Teilabschnitt 68)
angesteuert. Dabei wird die Ansteuerung wiederholt, bis sich eine
Bewegung des Dichtkörpers 40 im Stromverlauf 77 abbildet.
Die mehrmalige Ansteuerung ist nötig, weil sich die mechanische
Bewegung nur im ersten Moment der Ansteuerung im Stromverlauf abbildet.
In diesem Zeitraum erwärmt sich das Ventil 24 über
den Eintrag elektrischer Energie und die Magnetspule 46.
Wichtig ist, dass während der Ansteuerung eine Bestimmung der
Temperatur, zum Beispiel über den inneren Widerstand R
der Magnetspule 46 erfolgt, um eine Überhitzung
der Magnetspule 46 bei noch nicht vollständig
aufgetautem Ventil 24 zu vermeiden. Durch diese Ausgestaltung
kann erkannt werden, ob sich der Dichtkörper 40 unter
dem Einfluss der Ansteuerung mit einem Stromprofil bewegt. Es kann
aber nicht festgestellt werden, ob das Reduktionsmittel 26 außerhalb
des Ventils 24, zum Beispiel in der Zuleitung 30,
noch gefroren ist.
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7 veranschaulicht
eine weitere Ausgestaltung, die auf einer Auswertung eines zeitlichen Verlaufs
eines Druckes p des Reduktionsmittels 26 in der Zuleitung 30 bei
einer Ansteuerung des Ventils 24 basiert. Der Druck p wird
in einer Ausgestaltung mit dem Drucksensor 36 aus der 1 erfasst.
Zum Dosieren des Reduktionsmittels 26 wird in einer Ausgestaltung
ein Druck p von circa 5 bar in der Zuleitung 30 vor dem
Ventil 24 durch die Pumpe 32 erzeugt. Wenn das
Ventil 24 als Folge einer Ansteuerung mit dem Stromprofil 92 öffnet,
bildet sich das Öffnen durch einen Schwingungsvorgang 94 im
Druckverlauf p(t) ab. Dies gilt jedoch nur dann, wenn das Reduktionsmittel 26 auch
außerhalb des Ventils 24 flüssig ist.
Diese Ausgestaltung erlaubt daher eine noch vollständigere
Prüfung als die Auswertung des Stromverlaufs, mit der sich
lediglich die Beweglichkeit des Dichtkörpers 40 im
Ventil 24 feststellen lässt.
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Wird
das Ventil dagegen mit einem Stromprofil 86 angesteuert
und bildet sich diese Ansteuerung nicht in einem vorübergehenden
Druckeinbruch bei der Ansteuerung ab, erfolgen wiederholt weitere Ansteuerungen 88, 90,
bei denen die zweiten Teilabschnitte des Stromprofils jeweils verlängert
sind (gestrichelt dargestellt), um die Magnetspule 46 und
das im Ventil 24 eingefrorene Reduktionsmittel zu erwärmen.
Die Verlängerung einzelner Stromprofile 86, 88, 90 darf
auch nicht zu groß sein, da sich zeitlich langsame Öffnungsvorgänge
nicht im Druckverlauf abbilden. Die Druckänderung bildet
sich nämlich nur dann in auswertbarer Form ab, wenn der
kurzzeitige Druckverlust bei einer Ansteuerung vergleichsweise schlagartig
erfolgt. Man wiederholt daher die Ansteuerungsversuche mit zeitlich
getrennten Stromprofilen 86, 88, 90, 92 in
kurzen Abständen so oft, bis sich im zeitlichen Zusammenhang
mit einer Ansteuerung 92 ein Druckeinbruch 94 einstellt.
Dann ist das Ventil 24 offen und es kann wieder normal,
das heißt ohne erhöhten Energieeintrag die Magnetspule 46,
weiter betrieben werden.
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Diese
Ausgestaltung kann sowohl beim Druckaufbau (Befüllen der
Zuleitung 30), bei befüllter Zuleitung 30 oder
auch beim Druckabbau (Entleeren der Zuleitung 30) durchgeführt
werden. Wichtig ist auch hier, dass im Zeitraum der Ansteuerung
eine Überprüfung der Temperatur des Ventils erfolgt,
um eine Überhitzung der Magnetspule 46 zu vermeiden. Mit
der Ausgestaltung der Druckauswertung lässt sich erkennen,
ob das Reduktionsmitteldosiersystem eingefroren oder frei ist. Probleme
können dann auftreten, wenn bei einer Ansteuerung kein
Druckabfall erkannt wird und der fehlende Druckabfall durch ein Leck
im System bedingt ist. Es ist daher von Vorteil, die Überprüfung
des Druckverlaufs mit einer Dichtheitsprüfung des Reduktionsmitteldosiersystems
zu kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Dieselmotor-Management,
4. Auflage, Friedrich Vieweg und Sohn Verlag, ISBN 3-528-23873-9, dort
Seite 338 [0002]