-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung des Signals
eines in einem Reduktionsmittel-Tank, insbesondere in einem HWL-Tank
angeordneten Temperatursensors.
-
Gegenstand
der Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt
mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger
gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.
-
Stand der Technik
-
Die
Abgase von Brennkraftmaschinen, die mit einer Luftzahl Lambda =
1 betrieben werden, also Otto-Brennkraftmaschinen werden mit Hilfe
sogenannter Dreiwegekatalysatoren wirkungsvoll gereinigt. Dabei
werden insbesondere Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid
aus dem Abgas entfernt. Die Abgase von Brennkraftmaschinen, die mit
einem Luftüberschuss Lambda > 1 arbeiten, also beispielsweise Dieselbrennkraftmaschinen
oder Otto-Brennkraftmaschinen im Magerbetrieb, sind mit derartigen
Katalysatoren nur teilweise zu reinigen. Es werden hierbei lediglich
die Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid weitgehend abgebaut,
während aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts im Abgas Stickoxide
nicht merklich vermindert werden können.
-
Um
auch eine Reinigung von Stickoxiden in Abgasen derartiger Brennkraftmaschinen
zu ermöglichen, ist die sogenannte selektive katalytische
Reaktion bekannt (Selective Catalytic Reduction, SCR-Verfahren).
Als Reduktionsmittel wird hierbei häufig Ammoniak eingesetzt,
der beim SCR-Verfahren durch Harnstoff-Hydrolyse erzeugt wird. Der
in wässriger Lösung mitgeführte Harnstoff
dient als Ammoniakträger und wird mit Hilfe eines Dosiersystems von
einem Hydrolysekatalysator zu Ammoniak umgewandelt, der dann in
dem SCR-Katalysator Stickoxide reduziert. Die wässrige
Harnstofflösung, nachfolgend auch kurz als „Reduktionsmittel” bezeichnet, wird
in einem Tank, nachfolgend auch als HWL-Tank bezeichnet, gespeichert.
-
Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren eines entsprechenden
Reagenz- oder Reduktionsmittels zur Reinigung des Abgases von Brennkraftmaschinen
ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 021 372 A1 bekannt geworden.
-
Die
wässrige Harnstoff-Wasser-Lösung, die in dem HWL-Tank
gespeichert wird, gefriert dort ab einer Temperatur von –11°C.
In diesem Fall wird der Systemstart und damit die NOx-Reduktion
abhängig von der genauen Tanktemperatur entsprechend den von
den Umweltbehörden vorgegebenen maximalen Auftauzeigen
verzögert, um in dieser Zeit eine Minimalmenge HWL aufzutauen.
Um die Temperatur in dem HWL-Tank festzustellen, ist im HWL-Tank
ein Tanktemperatursensor verbaut. Dieser Tanktemperatursensor muss
als abgasrelevante Komponente nach den Vorschriften der On-Board-Diagnose
II (OBD II) überwacht werden. Die OBD II verlangt, dass
abgasrelevante Komponenten die folgenden Forderungen erfüllen:
- – SCR-Signal Range Check: kontinuierliche
elektrische Überwachung abgasrelevanter Komponenten;
- – rationality faults: Funktion zur Plausibilisierung, um
zu erkennen, ob sich der eingelesene Sensorwert in einem plausiblen
Bereich bewegt und ob er ein plausibles Verhalten aufweist;
- – Manipulationserkennung: eine einfache Manipulation
der abgasrelevanten Komponenten muss detektierbar sein.
-
Um
nun diese Funktionen bei einem Temperatursensor, der in einem HWL-Tank
verbaut ist, zu realisieren, das heißt um eine verlässliche
Plausibilisierung eines Temperatursensors vorzunehmen, muss beispielsweise
ein zweiter Temperatursensor vorgesehen sein, mit dessen Hilfe der
erste Temperatursensor überprüft wird. Die Verbauung
eines zweiten Temperatursensors ist jedoch sehr kostenaufwendig.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Plausibilisierung
des Signals eines in einem HWL-Tank angeordneten Temperatursensors
zu vermitteln, welches ohne einen zweiten Temperatursensor auskommt
und damit technisch einfach und kostengünstig zu realisieren
ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
-
Grundidee
der Erfindung ist es, den Tanklevelsensor, der bislang nur zur Bestimmung
des Tankfüllstandes verwendet wird, zur Überwachung
des Tanktemperatursensors heranzuziehen. Der Einsatz des Tanklevelsensors
zur Plausibilisierung des Tanktemperatursensorsignals erfordert
keine zusätzliche Hardware, beispielsweise keinen weiteren
redundanten Temperatursensor und keine zusätzliche Verschaltung
und so weiter. Der Tankfüllstand wird mittels eines in
gleicher Füllstandsposition wie der Temperatursensor angeordneten – ohnehin
vorhandenen – Tanklevelsensors erfasst, das Tanklevelsensorsignal
wird mit dem Temperatursensorsignal verglichen und dann, wenn vorgebbare
Tanklevelsensorsignalwerte mit vorgebbaren Temperatursensorsignalwerten
innerhalb vorgebbarer Grenzen korrelieren, wird auf einen funktionsfähigen
Temperatursensor und/oder auf einen funktionsfähigen Tanklevelsensor geschlossen.
Innerhalb vorgebbarer Grenzen bedeutet dabei beispielsweise im Falle
des Temperatur sensors innerhalb vorgebbarer Temperaturschranken,
in dem Falle des Tanklevelsensors bedeutet es innerhalb vorgebbarer
Füllstandsschranken. Korrelieren heißt im weitesten
Sinne „zusammenpassen” oder „miteinander
vereinbar sind” oder „plausibel aufeinander beziehbar
sind”. Der große Vorteil dieses Verfahrens ist
es, dass mit Hilfe der beiden in dem Tank angeordneten Sensoren
eine gegenseitige Plausibilisierung der Sensorsignale möglich
ist.
-
Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens
möglich.
-
So
sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens für
den Fall, dass die Tanktemperatursensorwerte Temperaturwerten unterhalb
des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels entsprechen, vor, dann auf
einen funktionsfähigen Tanktemperatursensor und/oder auch
einen funktionsfähigen Tanklevelsensor zu schließen,
wenn der Tanklevelsensor das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit
erkennt. Wenn nämlich die Temperaturwerte unterhalb des
Gefrierpunktes des Reduktionsmittels liegen und der Temperatursensor
einen Wert unterhalb des Gefrierpunktes des Reduktionsmittels erkennt,
kann der Tanklevelsensor keine Flüssigkeit erkennen, da
diese gefroren ist. Ein ordnungsgemäß funktionierender
Tanklevelsensor gibt in diesem Falle kein Füllstandssignal aus.
Im Ergebnis muss von einem funktionsfähigen Tanklevelsensor
und einem funktionsfähigen Tanktemperatursensor ausgegangen
werden.
-
Wenn
der Tanktemperatursensor Werte ausgibt, die Temperaturwerten entsprechen,
die oberhalb des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels liegen, findet
eine Plausibilisierung des Temperatursensors dadurch statt, dass
die Sensorsignale des Temperatursensors und des Tanklevelsensors
miteinander verglichen werden. Dies geschieht in diesem Fall dadurch,
dass geprüft wird, ob der Tanklevelsensor Werte ausgibt,
die auf das Vorhandensein von Flüssigkeit schließen
lassen. Wenn dies der Fall ist, kann davon ausgegangen werden, dass
sowohl der Tanktemperatursensor als auch der Tanklevelsensor ordnungsgemäß funktionie ren,
jedenfalls kann nicht ein Ausfall einer dieser beiden Sensoren erkannt
werden.
-
Wenn
jedoch die Tanklevelsignalwerte nicht innerhalb der vorgebbaren
Grenzen mit den Tanktemperatursignalwerten korrelieren, wenn also
beispielsweise kein Füllstand erkannt wird, obwohl die gemessene
Temperatur des Reduktionsmittels oberhalb des Gefrierpunkts des
Reduktionsmittels liegt, ist vorgesehen, in dem Tanksystem durch
Betätigen einer Pumpe einen Druck aufzubauen und abhängig davon,
ob ein Druckaufbau möglich ist oder nicht, Aussagen über
die Funktionsfähigkeit des Tanktemperatursensors und/oder
des Tanklevelsensors zu treffen. So ist beispielsweise vorteilhafterweise
vorgesehen, dass dann, wenn eine Plausibilisierung der von dem Tanklevelsensor
ausgegebenen Signalwerte und der von dem Temperatursensor ausgegebenen
Signalwerte nicht möglich ist, zu versuchen, einen Druck
in dem Druckleitungssystem einer solchen, an sich bekannten Dosiervorrichtung
aufzubauen. Wenn in diesem Falle einer der Sensoren ein Signal ausgibt,
das auf das Vorhandensein von Flüssigkeiten im Tank schließen
lässt, beispielsweise wenn der Temperatursensor ein Signal
für eine Temperatur größer als die Gefrierpunkttemperatur
des Reduktionsmittels ausgibt oder wenn der Tanklevelsensor ein
Signal für einen Flüssigkeitsstand ausgibt und
der jeweils andere Sensor ein Signal ausgibt, das darauf schließen
lässt, dass keine Flüssigkeit in dem Tank vorhanden
ist, beispielsweise wenn der Tanklevelsensor ein Signal ausgibt,
das auf einen leeren Tank schließen lässt bzw.
wenn der Temperatursensor ein Signal ausgibt, das auf eine Temperatur unterhalb
des Gefrierpunkts schließen lässt, also auf das
Vorhandensein von gefrorenem Reduktionsmittel, dann kann mit Hilfe
des Versuchs, Druck aufzubauen, ein eventuell vorhandener Fehler
auf folgende Weise erkannt und lokalisiert werden:
Ist ein
Druckaufbau möglich, was nur der Fall ist, wenn die Pumpe
Reduktionsmittel fördern kann, wenn also das Reduktionsmittel
in flüssiger Form vorliegt, so kann darauf geschlossen
werden, dass der Sensor, der das Nichtvorhandensein der Flüssigkeit erkennt,
defekt ist. Wenn jedoch ein Druckaufbau nicht möglich ist,
beispielsweise weil der Tank leer ist oder weil das Reduktionsmittel
gefroren ist, kann darauf geschlossen werden, dass der Sensor, der
Flüssigkeit erkennt, defekt ist. Es ist insoweit gewissermaßen
ein Ausschlussverfahren realisierbar.
-
Eine
weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht einen Offsettest vor.
In diesem Falle ist vorgesehen, dass dann, wenn der Temperatursensorwert
einem Wert entspricht, der unterhalb des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels
liegt, die Flüssigkeit in dem HWL-Tank zu beheizen und
den Temperatursensorwert mit dem Tanklevelsensorwert während
des Heizvorgangs zu vergleichen und zu dem Zeitpunkt, zu dem der
Tanklevelsensorwert einem Wert entspricht, der das Vorhandensein
von flüssigem Reduktionsmittel charakterisiert, den Temperatursensorwert
mit dem den Gefrierpunkt des Reduktionsmittels charakterisierenden
Temperaturwert zu vergleichen und bei Nichtübereinstimmung
einen Abgleich, also eine Kalibrierung des Temperatursensorwerts
vorzunehmen. Dieser Abgleich kann beispielsweise durch eine Offsetbildung
bewerkstelligt werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele
und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Zusammenhang mit der Zeichnung
und der nachfolgenden Beschreiben näher erläutert.
-
In
der Zeichnung zeigen:
-
1 schematisch
ein HWL-Tanksystem, bei dem das erfindungsgemäße
Verfahren zum Einsatz kommt;
-
2 ein
Ablaufdiagramm von erfindungsgemäßen Verfahrensabläufen
und
-
3 ein
Ablaufdiagramm einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Kalibrierung des Temperatursensors.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Ein
Beispiel eines Reduktionsmitteltanksystems, beispielsweise eines
HWL-Tanksystems ist schematisch in 1 dargestellt.
Ein Tank 100 ist mit einem Reduktionsmittel, beispielsweise
einer Harnstoffwasserlösung 110 gefüllt.
Der Tank 100 ist mit einer Pumpe 150 fluidisch
verbunden, die das Reduktionsmittel auf an sich bekannte Weise in
ein Druckleitungssystem befördert, das zu einem Dosierventil (nicht
dargestellt) führt. In dem Tank 100 sind ein Tanklevelsensor 120 und
ein Tanktemperatursensor 140 in etwa gleicher Füllstandsposition,
das heißt gleicher Füllstandshöhe angeordnet.
Die Signale dieser beiden Sensoren werden einem Steuergerät 200 zugeführt,
in dem die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte ablaufen.
Das Verfahren kann als Computerprogramm in dem Steuergerät 200 implementiert
sein. Der Quellcode kann auf einem Computerprogrammprodukt gespeichert
sein, den das Steuergerät 200 einlesen kann. Auf
diese Weise ist auch eine Nachrüstung an sich bestehender
Tanksysteme, welche einen Tanktemperatursensor 140 und
einen Tankfüllstands- oder Tanklevelsensor 120 aufweisen, möglich.
-
Ein
erfindungsgemäßes Verfahren wird nachfolgend in
Verbindung mit 2 beschrieben. In einem ersten
Schritt 210 wird geprüft, also beispielsweise
mit Hilfe des Tanktemperatursensors 140 gemessen, ob der
von dem Temperatursensor 140 erfasste Temperaturwert kleiner
ist als die Gefriertemperatur TG. Gleichzeitig wird mittels des
Tanklevelsensors 120 der Füllstand erfasst. Liegt
der der Füllstand nicht in flüssiger Phase vor,
was in Schritt 215 überprüft wird, in
dem F? die Prüfung des Vorhandenseins der flüssigen
Phase bedeutet, kann angenommen werden, dass beide Sensoren ordnungsgemäß arbeiten
(Schritt 217, TS o. k., LS o. k.). Liegt der Füllstand
jedoch innerhalb vorgebbarer Grenzen, das heißt, liegt
das Reduktionsmittel in flüssiger Phase vor, wird in Schritt 218 angenommen,
dass der Temperatursensor TS oder der Füllstandssensor
LS nicht ordnungsgemäß funktionieren („LS
n. o. k.?” „TS n. o. k.?”). Dies deshalb,
weil dann, wenn sich flüssiges Reduktionsmittel im Tank
befindet, die Temperatur des Reduktionsmittels nicht kleiner sein
kann als die Gefriertemperatur. Rein prinzipiell kann hier jedoch
auch der Fall vorliegen, dass der Füllstandssensor LS nicht
ordnungsgemäß funktioniert, dass also in Wirklichkeit
gar kein flüssiges Reduktionsmittel vorliegt. Um festzustellen,
welcher der beiden Sensoren nicht ord nungsgemäß funktioniert,
wird daher ein Druckaufbau in Schritt 230 vorgenommen. Durch
einen Druckaufbau kann übrigens auch das ordnungsgemäße
Funktionieren der beiden Sensoren, das in Schritt 217 festgestellt
wurde, verifiziert werden.
-
Druckaufbau
bedeutet dabei, dass die Pumpe 150 auf an sich bekannte
Weise das Reduktionsmittel über ein Druckleitungssystem
zu Dosierventil fördert einem (nicht dargestellt). Ein
Druckaufbau ist damit gleichzusetzen mit der Fähigkeit,
Flüssigkeit durch die Pumpe 150 zu fördern.
Dies wird in Schritt 240 geprüft, in dem P? die
Prüfung bedeutet, ob ein Druckaufbau möglich ist.
Wenn dies der Fall ist, kann darauf geschlossen werden, dass der
Sensor, der das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit erkennt,
defekt ist. Wenn beispielsweise in diesem Falle der Tankfüllstandssensor 120 einen
Füllstand erfasst und der Temperatursensor 140 einen
Wert erfasst, der unter der Gefriertemperatur liegt, muss darauf
geschlossen werden, dass der Temperatursensor 140 defekt
ist. Wenn dagegen der Temperatursensor 140 einen Wert erfasst,
der größer ist als die Gefriertemperatur und der
Füllstandssensor 120 keinen Füllstand
erfasst, muss davon ausgegangen werden, dass der Füllstandssensor
defekt ist. Dies wird in Unterprogramm 241 festgestellt
und gegebenenfalls eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.
-
Wenn
dagegen kein Druckaufbau möglich ist, wenn sich also kein
flüssiges Reduktionsmittel im Tank 100 befindet,
muss der Sensor, der das Vorhandensein von flüssigem Reduktionsmittel
erkennt, defekt sein. Wenn demgemäß kein Druckaufbau
möglich ist und der Temperatursensor 140 einen
Wert erfasst, der unterhalb der Gefriertemperatur liegt, der Füllstandssensor 120 jedoch
einen Wert ausgibt, der das Vorhandensein von flüssigem
Reduktionsmittel charakterisiert, so muss auf einen defekten Füllstandssensor 120 geschlossen
werden. Wenn umgekehrt der Füllstandssensor 120 einen
Wert erfasst, der auf das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit schließen
lässt und der Temperatursensor 140 einen Wert
erfasst, der größer ist als die Gefriertemperatur, so
muss auf einen Defekt des Temperatursensors 140 geschlossen
werden. Dies wird in Unter programm 242 festgestellt und
gegebenenfalls eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.
-
Es
ist durch den Druckaufbau gewissermaßen ein Auswahlverfahren
möglich, das eine Eingrenzung der Fehlerquelle gestattet.
-
Wenn
die Temperatur T dagegen größer ist als die Gefriertemperatur
TG, die Abfrage in Schritt 210 also mit nein zu beantworten
ist, wird wiederum geprüft (Schritt 220), ob flüssiges
Reduktionsmittel vorliegt. Wenn dies der Fall ist und entsprechend
von dem Füllstandsensor 120 ein Flüssigkeitslevel
erfasst wird, und wenn auch die mittels des Temperatursensors 140 gemessene
Temperatur innerhalb vorgebbarer Schranken einem Wert entspricht,
der größer ist als die Gefriertemperatur TG des
Reduktionsmittels, wird in Schritt 222 geschlossen, dass
der Tanktemperatursensor 140 und der Füllstandsensor 120 ordnungsgemäß funktionieren.
Dies insbesondere, wenn die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte 220, 222 durchgeführt
werden, nachdem das Reduktionsmittel in dem Tank durch Erwärmen
aufgetaut wurde.
-
Wenn
die Abfrage in Schritt 220 jedoch mit nein beantwortet
wird, wenn also kein flüssiges Reduktionsmittel erfasst
wird, obwohl die Temperatur größer ist als die
Gefriertemperatur TG des Reduktionsmittels, muss in Schritt 228 eine
Ausgabe erfolgen, dass der Temperatursensor 140 nicht ordnungsgemäß funktioniert
und/oder dass der Tanklevelsensor 120 nicht ordnungsgemäß funktioniert.
In diesem Falle erfolgt wiederum ein Druckaufbau (Schritt 250) und
es wird in Schritt 260 geprüft, ob ein Druckaufbau möglich
ist. Ist ein Druckaufbau möglich, muss der Sensor, der
das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit erkennt, defekt
sein, beispielsweise der Füllstandssensor 120,
sofern er keinen Füllstand erkennt oder der Temperatursensor 140,
weil er eine Temperatur ausgibt, die unterhalb der Gefriertemperatur
liegt. Dies wird in Unterprogramm 261 festgestellt und
gegebenenfalls eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben. Wenn
jedoch ein Druckaufbau nicht möglich ist, kann davon ausgegangen
werden, dass der Temperatursensor 140, der eine Temperatur
unterhalb der Gefriertemperatur erfasst, ordnungsgemäß funktioniert,
wohingegen der Füllstandssensor 120, der das Nichtvorhandensein
von Flüssigkeit erkennt, nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Dies wird in Unterprogramm 262 festgestellt und gegebenenfalls die
entsprechende Fehlermeldung ausgegeben. Es ist also auch in diesem
Fall eine Eingrenzung des Fehlers, also eine Ermittlung des defekten
Sensors durch dieses Auswahlverfahren möglich, wobei auch hier
zu bemerken ist, dass auch das ordnungsgemäße
Funktionieren der Sensoren (Schritt 222) auf entsprechende
Weise verifiziert werden kann.
-
Eine
weitere Ausgestaltung des Verfahrens erlaubt eine Offsetbestimmung
und damit die Kalibrierung des Temperatursensors 140. Dieses
Verfahren wird nachfolgend in Verbindung mit 3 erläutert.
Zunächst wird in Schritt 310 geprüft,
ob die Temperatur des Reduktionsmittels kleiner ist als dessen Gefriertemperatur
T < TG. Wenn dies
nicht der Fall ist, wird vor Schritt 310 zurückgesprungen.
Wenn dies jedoch der Fall ist, wenn also das Reduktionsmittel gefroren
ist, wird in Schritt 320 das Reduktionsmittel im Tank erwärmt
und in Schritt 330 mittels des Tanklevelsensors 120 geprüft,
ob flüssiges Reduktionsmittel vorliegt. Diese Schritte
werden so lange durchlaufen, bis der Punkt eintritt, dass das Reduktionsmittel
am Tanklevelsensor 120 in flüssiger Form vorliegt.
Hierzu wird immer dann, wenn dies nicht der Fall ist, vor Schritt 320 zurückgesprungen
und das Reduktionsmittel weiter erwärmt. Sobald allerdings das
Reduktionsmittel in flüssiger Form vorliegt, wird in Schritt 340 mit
Hilfe des Temperatursensors 140 geprüft, ob die
gemessene Temperatur T der Gefriertemperatur TG entspricht. Wenn
dies der Fall ist, wird in Schritt 342 ausgegeben, dass
der Temperatursensor 140 ordnungsgemäß funktioniert.
Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt in Schritt 350 ein
Abgleich des Temperatursensors 140 im Sinne einer Kalibrierung,
beispielsweise durch Offsetbildung.
-
Das
vorstehend beschriebene Verfahren kann – wie erwähnt – als
Computerprogramm ausgeführt sein und in dem Steuergerät 200 implementiert sein.
Es kann auf einem Computerprogrammprodukt gespeichert sein und insoweit
auch bei bestehenden Systemen nachgerüstet werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004021372
A1 [0005]