-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Reagenzmittel-Dosiereinrichtung,
die insbesondere vorgesehen ist, ein Reagenzmittel in den Abgasbereich
einer Brennkraftmaschine zu dosieren, und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
-
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sind auch ein Steuergerätprogramm
sowie ein Steuergerät-Programmprodukt.
-
Stand der Technik
-
In
der
DE 10 2004
056 412 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben,
bei denen ein unter Druck stehendes Reagenzmittel in das Abgas einer
Brennkraftmaschine stromaufwärts vor eine Abgasreinigungsvorrichtung
eingesprüht wird, die einen Katalysator und/oder ein Partikelfilter
enthält. Die Dosiervorrichtung zum Dosieren des Reagenzmittels
enthält ein Sicherheitsventil, ein kontinuierlich verstellbares
Dosierventil, ein Reagenzmittel-Einspritzventil sowie einen Drucksensor,
der im Reagenzmittelpfad zwischen dem Dosierventil und dem Reagenzmittel-Einspritzventil
liegt. Der Drucksensor ermöglicht eine Überwachung
des Reagenzmitteldrucks anhand eines Vergleichs mit wenigstens einem
Schwellenwert. Durch eine speziell festgelegte Ansteuerung sowohl
des Sicherheitsventils als auch des Dosierventils können
unterschiedliche Betriebssituationen vorgegeben werden, die zu unterschiedlichen
Reagenzmitteldrucken führen. Die Schwellenwerte werden
in Abhängigkeit von der ausgewählten Betriebssituation
vorgegeben. Bei einem aufgetretenen Fehler in der Dosiervorrichtung,
der sich in einer Abweichung des Reagenzmitteldrucks von einem erwarteten Druck
widerspiegelt, muss mit einer nicht ausreichenden Konvertierungsrate
der Abgasreinigungsvorrichtung oder mit einem Durchbruch des Reagenzmittels
gerechnet werden. Bei einer Abweichung des Reagenzmitteldrucks vom
erwarteten Druck wird deshalb ein Fehlersignal bereitgestellt, das
den Betreiber der Brennkraftmaschine auffordert, die Dosiervorrichtung
zu überprüfen.
-
In
der
DE 101 59 849
A1 sind ebenfalls ein Verfahren und eine 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 NO
2-Anteil
im Abgas wirkt.
-
Das
Reagenzmittel Kraftstoff, das heißt insbesondere Kohlenwasserstoffe,
kann allgemein zur exothermen Reaktion vorgesehen sein, die beispielsweise
mit einer katalytisch wirksamen Fläche unterstützt
sein kann. Die entstehende Wärmeenergie kann zur Beheizung
des Abgases oder unmittelbar zur Beheizung einer Komponente einer
Abgasreinigungsvorrichtung herangezogen werden.
-
Die
DE 10 2007 025 621
A1 (nicht vorveröffentlicht) beschreibt ein Diagnoseverfahren
für eine Reagenzmittel-Dosiervorrichtung, die ein kontinuierlich öffnendes
Dosierventil und ein Reagenzmittel-Einspritzventil enthält,
bei dem der Reagenzmitteldruck im Reagenzmittelpfad zwischen dem
Dosierventil und dem Reagenzmittel-Einspritzventil erfasst wird.
Der Reagenzmitteldruck wird nach einem Schließen des Dosierventils
auf das Auftreten eines Druckanstiegs überwacht. Wenn der
Druckanstieg nicht detektiert wird, liegt ein Fehler vor, der zur
Anzeige gebracht werden kann. Das bekannte Diagnoseverfahren ermöglicht
das Erkennen eines im Reagenzmittelpfad aufgetretenen Lecks sowie
das Erkennen eines Klemmens des Reagenzmittel-Einspritzventils im
geöffneten Zustand.
-
Der
Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
einer Reagenzmittel-Dosiereinrichtung, die insbesondere zum Dosieren
eines Reagenzmittels in den Abgasbereich einer Brennkraftmaschine
vorgesehen ist, und eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens anzugeben, die eine präzise Dosierung des Reagenzmittels mit
kostengünstigeren Mitteln ermöglichen.
-
Die
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen
angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Betreiben
einer Reagenzmittel-Dosiereinrichtung geht von einer Reagenzmittel-Dosiereinrichtung aus,
die ein mit einem Dosiersignal angesteuertes Dosierventil und ein
Einspritzventil enthält, wobei der Reagenzmitteldruck-Istwert
im Reagenzmittelpfad zwischen dem Dosierventil und dem Einspritzventil erfasst
wird und wobei ein Dosierraten-Sollwert vorgegeben wird. Das erfindungsgemäße
Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Beeinflussung des
Dosiersignals anhand eines Maßes für den erfassten
Reagenzmitteldruck-Istwert und anhand eines hinterlegten Zusammenhangs
zwischen dem Maß für den erfassten Reagenzmitteldruck-Istwert und
einem Dosierraten-Istwert vorgenommen wird.
-
Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise weist den Vorteil
auf, dass die Reagenzmittel-Dosiereinrichtung mit lediglich einem
Drucksensor, der ohnehin zur Durchführung von Diagnoseaufgaben
vorhanden sein kann, betrieben werden kann. Eine Erfassung eines
Reagenzmitteldruck-Istwerts innerhalb der Reagenzmittel-Dosiereinrichtung
stromaufwärts vor dem Dosierventil kann damit entfallen.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann dadurch
kostengünstig realisiert werden.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
-
Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass als Maß für den
Reagenzmitteldruck-Istwert ein zeitlicher Mittelwert des Reagenzmitteldruck-Istwerts
ermittelt wird und dass die Beeinflussung des Dosiersignals aufgrund
des Mittelwerts erfolgt.
-
Eine
andere Ausgestaltung sieht vor, dass das Dosiersignal als impulsbreitenmoduliertes
Signal realisiert wird und dass die Ermittlung des zeitlichen Mittelwerts
des Reagenzmitteldruck-Istwerts nur während der Einschaltdauer
des impulsbreitenmodulierten Signals erfolgt. Berücksichtigt
wird bei der Mittelwertbildung demnach nur die Zeitdauer, während der
eine Dosierung stattfindet. Mit dieser Maßnahme wird der
Einfluss von Störsignalen, die während der Impulspausen
des impulsbreitenmodulierten Signals den Reagenzmitteldruck-Istwert
möglicherweise überlagern, wirkungsvoll unterdrückt.
-
Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Beeinflussung des Dosiersignals
auf Druckgrößen abgestellt ist. Der Dosierraten-Sollwert
wird dann anhand des hinterlegten Zusammenhangs zwischen dem Maß für
den Reagenzmitteldruck-Istwert und dem Dosierraten-Istwert in einen
mittleren Reagenzmitteldruck-Sollwert umgerechnet. Alternativ kann
vorgesehen sein, dass die Beeinflussung des Dosiersignals aufgrund
von Dosierraten-Größen erfolgt. In diesem Fall
wird das ermittelte Maß für den Reagenzmitteldruck-Istwert
anhand des hinterlegten Zusammenhangs zwischen dem Maß für
den Reagenzmitteldruck-Istwert und dem Dosierraten-Istwert in einen
Dosierraten-Sollwert umgerechnet.
-
Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass die Beeinflussung des Dosiersignals
im Rahmen sowohl einer Vorsteuerung als auch einer Regelung des
Dosiersignals vorgesehen sind und dass die Regelstellgröße des
Reglers der Vorsteuergröße der Vorsteuerung überlagert
wird.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens sieht zunächst eine hardwaremäßig
realisiertes Tiefpassfilter zur Mittelwertbildung des Reagenzmitteldruck-Istwerts
vor. Das Tiefpassfilter mittelt zumindest solche Druckschwingungen,
die durch das Einspritzventil entstehen können, welches
im einfachsten Fall als federverspanntes Ventil realisiert ist,
das einen bestimmten Öffnungsdruck aufweist, wobei die
Druckschwingungen durch eine schnelle Folge von Öffnungsvorgängen
entstehen. Die Mittelwertbildung durch das Tiefpassfilter ermöglicht
den Einsatz von preiswerten nachgeschalteten Bauteilen, welche dann
eine vergleichsweise nur geringe Abtastrate für elektrische Eingangssignale
bereitstellen müssen, die beispielsweise bei 1 ms liegt.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens betrifft weiterhin ein speziell hergerichtetes Steuergerät,
welches Mittel zur Durchführung des Verfahrens enthält.
-
Das
Steuergerät enthält insbesondere eine softwaremäßig
realisierte Mittelwert-Ermittlung zur Ermittlung des Mittelwerts
des Reagenzmitteldruck-Istwerts als Maß für den
Reagenzmitteldruck-Istwert sowie einen funktionalen Zusammenhang
zwischen dem Maß für den Reagenzmitteldruck-Istwert
und dem entsprechenden Dosierraten-Istwert.
-
Das
Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen
elektrischen Speicher, in welchem die Verfahrensschritte als Steuergerätprogramm
abgelegt sind.
-
Das
erfindungsgemäße Steuergerätprogramm
sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen
Diagnoseverfahrens ausgeführt werden, wenn es in einem
Steuergerät abläuft.
-
Das
erfindungsgemäße Steuergerät-Programmprodukt
mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten
Programmcode führt das erfindungsgemäße
Diagnoseverfahren aus, wenn das Programm in einem Steuergerät
abläuft.
-
Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
-
Kurzbeschreibung der Figur
-
Die
Figur zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes
Verfahren zum Betreiben einer Reagenzmittel-Dosiereinrichtung abläuft.
-
Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
Die
Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Abgasbereich 11 ein
Reagenzmittel-Einspritzventil IV und stromabwärts
nach dem Reagenzmittel-Einspritzventil IV eine Abgasreinigungsvorrichtung 12 angeordnet
sind. Das Reagenzmittel-Einspritzventil IV ist über
einen Reagenzmittelpfad 13, an welchem ein Druckssensor 14 angeordnet
ist, mit einem Dosierventil DV verbunden.
-
Der
Drucksensor 14 stellt einer in einem Steuergerät 15 vorgesehenen
Mittelwert-Ermittlung 16 sowie einem Tiefpassfilter 17 den
im Reagenzmittelpfad 13 auftretende Reagenzmitteldruck-Istwert
p zur Verfügung. Das Tiefpassfilter 17 stellt
einen Reagenzmitteldruck-Mittelwert p_M1 bereit. Die Mittelwert-Ermittlung 16 stellt
einen Reagenzmitteldruck-Mittelwert p_M2 bereit. Der Reagenzdruck-Mittelwert
p_M1 oder der Reagenzmittel-Mittelwert p_M2 werden als Maß p_M
in einem ersten Summierer 18 von einem Reagenzmitteldruck-Sollwert
p_Sol subtrahiert.
-
Der
Reagenzmitteldruck-Sollwert p_Sol beziehungsweise zumindest ein
Maß für den Reagenzmitteldruck-Sollwert p_Sol
stellt ein funktionaler Zusammenhang 19 anhand einer hinterlegten
Kennlinie zwischen einem Dosierraten-Istwert Rea/dt und einem dem
Maß p_M für den Reagenzmittel-Istdruck p in Abhängigkeit
von einem vorgegebenen Dosierraten-Sollwert Rea/dt_Sol bereit.
-
Die
vom ersten Summierer 18 bereitgestellte Differenz D wird
einem Regler 20 zur Verfügung gestellt, der eine
Regelstellgröße s_R einem zweiten Summierer 21 zur
Verfügung stellt, der die Regelstellgröße
s_R zu einer Vorsteuergröße s_V addiert, welche
eine Vorsteuerung 21 in Abhängigkeit vom Reagenzmitteldruck-Sollwert
p_Sol ermittelt.
-
Der
zweite Summierer 21 stellt ein Dosiersignal s_DV bereit,
das sowohl dem Dosierventil DV als auch der Mittelwert-Ermittlung 17 zur
Verfügung gestellt wird. Das Dosiersignal s_DV ist als
impulsbreitenmoduliertes Signal 23 realisiert, das in periodischer
Folge Einschaltdauern 24 und Ausschaltdauern 25 aufweist.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
Das
Abgas der Brennkraftmaschine 10 enthält unerwünschte
Bestandteile wie beispielsweise Stickoxide und Partikel. Die Abgasreinigungsvorrichtung 12 hat die
Aufgabe, die unerwünschten Bestandteile soweit wie möglich
zu vermindern. Die Abgasreinigungsvorrichtung 12 enthält
beispielsweise wenigstens einen Katalysator, beispielsweise einen
Oxidationskatalysator und/oder einen NOx-Speicherkatalysator und/oder
einen SCR-Katalysator sowie gegebenenfalls ein Partikelfilter.
-
Die
Abgasreinigungsvorrichtung 12 kann eine Mindesttemperatur
benötigen, die zur Erfüllung der Abgas-Reinigungsfunktion 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 zumindest eines Bestandteils der Abgasreinigungsvorrichtung 12 durchführen
zu können. Beispielsweise benötigt ein Partikelfilter
zum Starten des Partikelabbrands eine Starttemperatur, die zwischen
450–650°C liegen kann. Ein NOx-Speicherkatalysator
benötigt eine erhöhte Temperatur während
der Regeneration. Insbesondere zur Regeneration von einer Schwefelvergiftung
werden stark erhöhte Temperaturen bis 800°C benötigt.
-
Zur
Temperaturerhöhung des Abgases kann das Reagenzmittel in
den Abgasbereich 11 eingebracht werden, das auf einer katalytisch
wirkenden Oberfläche exotherm mit dem im Abgas enthaltenen Sauerstoff
reagiert. Das Reagenzmittel kann auch eingebracht werden, um eine
chemische Reaktion im Abgasbereich 11 zu ermöglichen.
-
Bei
dem Reagenzmittel handelt es sich beispielsweise um Kraftstoff,
sodass ein separates Mitführen eines Reagenzmittels, beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug, entfallen kann.
-
Die
Dosierrate, mit welcher das Reagenzmittel in den Abgasbereich 11 dosiert
werden soll, wird vom Dosierraten-Sollwert Rea/dt_Sol festgelegt,
der beispielsweise in Abhängigkeit von der erforderlichen Temperaturerhöhung
der Abgasreinigungsvorrichtung 12 ermittelt wird. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Beeinflussung
des Dosiersignals s_DV auf der Grundlage von Druckgrößen
vorgenommen werden soll. Daher wird der Dosierraten-Sollwert Rea/dt_Sol
im funktionalen Zusammenhang 19, der den Zusammenhang zwischen
dem Maß p_M für den Reagenzmitteldruck-Istwert
p und dem Dosierraten-Istwert Rea/dt in Form einer Kennlinie hinterlegt
enthält, in den Reagenzmitteldruck-Sollwert p_Sol umgerechnet,
der dem ersten Summierer 18 und der Vorsteuerung 22 zur
Verfügung gestellt wird.
-
Die
Vorsteuerung 22 ermittelt aus dem Reagenzmitteldruck-Sollwert
p_Sol die Vorsteuergröße s_V, die über
den zweiten Summierer 21 geführt wird und die
Grundlage des Dosiersignals s_DV bildet. Sofern nur ein gesteuerter
Betrieb vorgesehen sein soll, kann der Summierer 21 entfallen,
sodass die Vorsteuergröße s_V mit dem Dosiersignal
s_DV identisch wird.
-
Vorzugsweise
ist jedoch der Regler 20 vorgesehen, um eine hohe Genauigkeit
der Dosierung sicherzustellen. Dem Regler 20, vorzugweise
ein PI-Regler wird die vom ersten Summierer 18 ermittelte
Differenz D zwischen dem Reagenzmitteldruck-Sollwert p_Sol und dem
Maß p_M für den erfassten Reagenzmittel-Istdruck
p als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt.
Bei dem Maß p_M für den erfassten Reagenzmitteldruck-Istwert
p kann es sich um den Reagenzmitteldruck-Mittelwert p_M1 oder um
den Reagenzmitteldruck-Mittelwert p_M2 handeln. Der Regler 20 stellt
die Regelstellgröße s_R zur Verfügung,
die dem zweiten Summierer 21 zugeführt wird, der
die Regelstellgröße s_R zur Vorsteuergröße s_V
addiert.
-
Das
Dosiersignal s_DV ist vorzugsweise ein impulsbreitenmoduliertes
Signal 23, welches das Dosierventil DV in schneller Folge
schaltet. Die minimale Impulsdauer 24 beträgt
beispielsweise 100 ms, während die Impulspause 25 im
Sekundenbereich liegen kann. Während des Dosierbetriebs
kann im Reagenzmittelpfad 13 eine Druckschwingung auftreten,
die vom Reagenzmittel-Einspritzventil IV verursacht ist,
das gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung als
federgespanntes Ventil mit einem bestimmten Öffnungsdruck
realisiert ist. Die Frequenz der Druckschwingung kann im Kilohertz-Bereich,
beispielsweise bei 1 kHz liegen.
-
Unter
der Voraussetzung, dass die Komponenten des Steuergeräts 15 keine
relevante Begrenzung bei der Abtastung des den Reagenzmitteldruck-Istwert
p widerspiegelnden von Drucksensor 14 bereitgestellten
Signals aufweisen, ist gegebenenfalls nur die vorzugsweise softwaremäßig
realisierte Mittelwert-Ermittlung 16 vorgesehen, welche den
Reagenzmitteldruck-Mittelwert p_M2 als ein Maß für
den Reagenzmitteldruck-Istwert p bereitstellt. Gemäß einer
Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Mittelwertbildung nur während
der Einschaltdauer 24 des impulsbreitenmodulierten Signals durchgeführt
wird. Dadurch können gegebenenfalls auftretende Störsignale
während der Impulspause 25 des impulsbreitenmo dulierten
Signals 23 vollständig unterdrückt werden.
Deshalb wird der Mittelwert-Ermittlung 16 das Dosiersignal
s_DV zur Verfügung gestellt.
-
Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das hardwaremäßig
realisierte Tiefpassfilter 17 vorgesehen, welches unabhängig
von den weiteren Komponenten des Steuergeräts 15 ist. Es
handelt sich deshalb vorzugsweise um eine separate Baugruppe. Das
Tiefpassfilter 17 stellt den Reagenzmitteldruck-Mittelwert
p_M1 bereit. Das Tiefpassfilter 17 ist derart realisiert,
dass die Impulsdauer 24 des impulsbreitenmodulierten Signals 23 das
Tiefpassfilter 16 im Wesentlichen passieren kann, dass jedoch
die hochfrequenten Druckschwingungen unterdrückt werden.
Das separate Tiefpassfilter 16 ermöglicht die
Verwendung von weiteren elektronischen Bauteilen, die nur eine vergleichsweise
geringe Abtastrate von beispielsweise 1 ms bereitstellen, wodurch
jedoch das Steuergerät 15 vergleichsweise preiswert
realisiert werden kann. Gegebenenfalls wird dem Tiefpassfilter 17 das
impulsbreitenmodulierte Dosiersignal s_DV zur Verfügung
gestellt, damit die Mittelwertbildung auf die Einschaltdauer 24 des impulsbreitenmodulierten
Signals 23 fixiert werden kann.
-
Gemäß einer
in der Figur nicht gezeigten Ausgestaltung kann vorgesehen sein,
dass der vom Tiefpassfilter 17 bereitgestellte Reagenzmitteldruck-Mittelwert
p_M1 der Mittelwert-Ermittlung 16 zur Verfügung
gestellt wird, die zusätzlich vorgesehen ist, um eine gezieltere
Signalfilterung zu erreichen als mit dem vergleichsweise einfach,
beispielsweise als R-C-Kombination realisierbaren Tiefpassfilter 17.
-
Anstelle
der gemäß dem Ausführungsbeispiel gezeigten
Realisierung des Verfahrens auf der Grundlage von Druckgrößen
p_M, p_M1, p_M2, p_Sol ist gleichermaßen eine Realisierung
auf der Grundlage von Dosierraten-Größen möglich.
In diesem Fall wird der Dosierraten-Sollwert Rea/dt_Sol unmittelbar
dem ersten Summierer 18 zur Verfügung gestellt
und das Maß p_M für den Reagenzmitteldruck-Istwert
p anhand des funktionalen Zusammenhangs 19 in einen Dosierraten-Istwert
umgerechnet.
-
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 102004056412
A1 [0003]
- - DE 10159849 A1 [0004]
- - DE 102007025621 A1 [0006]