DE102007017459B4

DE102007017459B4 - Verfahren zur Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas eines Verbrennungsmotors und Steuergerät

Info

Publication number: DE102007017459B4
Application number: DE102007017459.6A
Authority: DE
Inventors: Horst KLEINKNECHT
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2027-04-04
Also published as: DE102007017459A1; FR2915767B1; FR2915767A1; US20090077949A1; US8250855B2

Abstract

Verfahren zur Dosierung von Reduktionsmittel (26) zum Abgas eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Ventil(24), das eine Magnetspule (46) und einen beweglichen Dichtkörper (40) zur Einstellung eines Durchflussquerschnitts aufweist, dessen Wert vom Strom durch die Magnetspule (46) abhängig ist, wobei das Ventil (24) mit einem Stromprofil (64) angesteuert wird, das zwei zeitlich aufeinander folgende Teilabschnitte (66, 68) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teilabschnitt (66) überprüft wird, ob das Ventil (24) eingefroren ist oder eine Einfriergefahr besteht, und dass eine im zweiten Teilabschnitt (68) mit dem elektrischen Strom (I) in die Magnetspule (46) eingespeiste elektrische Energie in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung eingestellt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren 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.
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.
Aus der DE 101 61 132 A1 ist eine Reduktionsmittel-Membranpumpe für ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors bekannt, die auch als Ausdehnungsgefäß zum Schutz eines Drucksensors bei einem Einfrieren des Reduktionsmittels dient.
Aus der DE 10 2007 051 811 A1 ist ein beheiztes Ventil für ein Brennstoffzellensystem bekannt, das zwei Spulen aufweist. In einem Aufwärmbetrieb wird der Strom nur einer der beiden Spulen zugeführt. In einem Normalbetrieb fließt der Strom durch beide Spulen.
Die selektive Reduktion von Stickoxiden (SCR = Selective Catalytic Reduction) beruht darauf, das 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.
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.
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.
Offenbarung der Erfindung
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.
Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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.
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.
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.
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.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:

1 das technische Umfeld der Erfindung;
2 mechanische und hydraulische Details des Reduktionsmitteldosierventils;
3 das Zusammenwirken mechanischer und elektrischer Merkmale des Reduktionsmitteldosierventils;
4 ein Stromprofil, mit dem das Reduktionsmitteldosierventil angesteuert wird;
5 ein elektrisches Ersatzschaltbild des Reduktionsmitteldosierventils;
6 einen Verlauf einer Stromstärke, in dem sich eine Ventilöffnung abbildet; und
7 eine Ausgestaltung, die auf einer Auswertung eines zeitlichen Verhaltens eines Reduktionsmitteldruckes basiert.

Ausführungsformen der Erfindung
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.
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.
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 NO_x-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.
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.
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.
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 I2 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.
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.
Die von der Gleichspannungsquelle 56 bereitgestellte Gleichspannung ist bevorzugt größer als eine Schwellenspannung, bei der ein nicht eingefrorenes Ventil 24 öffnet. Das Stromniveau I2 im zweiten Teilabschnitt 68 ergibt sich dagegen dadurch, dass der Schalter 54 bei noch nicht abgeklungenen Induktionsspannungen abwechselnd geschlossen (Stromanstieg) und geöffnet (Stromabfall) wird.
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 I2, 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.
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.
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.
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 erhöhten 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).
Die eingebrachte Energie wächst mit zunehmender Stromstärke des Ansteuerstroms I. Insofern stellt die Fläche zwischen den Stromniveaus I2 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.
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 ml 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 über 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Steigungen ml, 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 ml, 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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren zur Dosierung von Reduktionsmittel (26) zum Abgas eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Ventil(24), das eine Magnetspule (46) und einen beweglichen Dichtkörper (40) zur Einstellung eines Durchflussquerschnitts aufweist, dessen Wert vom Strom durch die Magnetspule (46) abhängig ist, wobei das Ventil (24) mit einem Stromprofil (64) angesteuert wird, das zwei zeitlich aufeinander folgende Teilabschnitte (66, 68) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teilabschnitt (66) überprüft wird, ob das Ventil (24) eingefroren ist oder eine Einfriergefahr besteht, und dass eine im zweiten Teilabschnitt (68) mit dem elektrischen Strom (I) in die Magnetspule (46) eingespeiste elektrische Energie in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der im ersten Teilabschnitt (66) erfolgenden Überprüfung das Verhalten wenigstens einer elektrischen Kenngröße (U, I) der Magnetspule (46) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Kenngrößen die Stromstärke des elektrischen Stroms (I) und die an der Magnetspule (46) anliegende Spannung (U) bestimmt wird, aus den bestimmten Werten der Stromstärke und der den Strom (I) treibenden Spannung (U) auf den Ohm'schen Widerstand (R) der Magnetspule (46) geschlossen wird, und bei niedrigem elektrischen Widerstand (R) mehr elektrische Energie eingespeist wird als bei hohem elektrischen Widerstand (R).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung des Verhaltens des elektrischen Stroms (I) ein Verlauf (77) der Stromstärke erfasst und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung des Verhaltens des elektrischen Stroms (I) überprüft wird, ob der Verlauf (77) 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 und dass die eingespeiste elektrische Energie auf einen kleineren Wert eingestellt wird, wenn der Verlauf die erste Steigung (m1) und die weitere Steigung (m3) aufweist, und auf einen größeren Wert eingestellt wird, wenn der Verlauf (77) nur eine Steigung (m1) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung des Verhaltens des elektrischen Stroms (I) überprüft wird, ob der Verlauf (77) einen Knickpunkt (84) aufweist, der für einen sich bewegenden Dichtkörper (40) charakteristisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der im ersten Teilabschnitt (66) erfolgenden Überprüfung überprüft wird, ob sich die Ansteuerung/Stromeinspeisung im zeitlichen Verlauf p(t) eines vor dem Ventil (24) erfassten Reduktionsmitteldruckes (p) abbildet und dass die eingespeiste elektrische Energie vergrößert wird, wenn dies nicht der Fall ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eingespeiste elektrische Energie dadurch vergrößert wird, dass die Dauer (dt2) des zweiten Teilabschnitts (68) vergrößert wird und/oder eine mittlere Stromstärke im zweiten Teilabschnitt (68) vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es so oft wiederholt wird, bis sich die Ansteuerung im Verlauf der Stromstärke oder im erfassten Reduktionsmitteldruck abbildet.
Steuergerät (14), das zum Steuern eines Ventils (24) eingerichtet ist, das zur Dosierung von Reduktionsmittel (26) zum Abgas eines Verbrennungsmotors (10) dient und eine Magnetspule (46) und einen beweglichen Dichtkörper (40) zur Einstellung eines Durchflussquerschnitts aufweist, dessen Wert vom Strom (I) durch die Magnetspule (46) abhängig ist, wobei das Steuergerät (14) dazu eingerichtet ist, das Ventil (24) mit einem Stromprofil (64) anzusteuern, das zwei zeitlich aufeinander folgende Teilabschnitte (66, 68) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) dazu eingerichtet ist, im ersten Teilabschnitt (66) zu überprüfen, ob das Ventil (24) eingefroren ist oder eine Einfriergefahr besteht, und die im zweiten Teilabschnitt (68) mit dem elektrischen Strom (I) in die Magnetspule (46) eingespeiste elektrische Energie in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung einzustellen..
Steuergerät (14) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, den Ablauf eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 9 zu steuern.