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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Reduktionsmittelpumpe eines NOx-Reduktionssystems einer Brennkraftmaschine.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
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Stand der Technik
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Die Verminderung der Stickoxidemissionen einer mit Luftüberschuss arbeitenden Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine kann mit Hilfe der sogenannten Selective Catalytic Reduction-Technologie (SCR) erfolgen. Dabei wird eine Reduktion von Stickoxiden zu Stickstoff und Wasserdampf vorgenommen, wobei als Reduktionsmittel entweder gasförmiges Ammoniak oder Ammoniak in wässriger Lösung oder Harnstoff in wässriger Lösung eingesetzt werden. Der Harnstoff dient dabei als Ammoniakträger. Mit Hilfe eines Dosiersystems vor einem Hydrolyse-Katalysator wird das Reduktionsmittel in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine eingespritzt. In dem Hydrolyse-Katalysator wird es mittels Hydrolyse zu Ammoniak umgewandelt, das dann wiederum in dem eigentlichen SCR-Katalysator, der auch als DENOX-Katalysator bezeichnet wird, die im Abgas vorhandenen Stickoxide reduziert. Die wesentlichen Komponenten eines derartigen NOx-Reduktionssystems sind ein Reduktionsmitteltank, eine Pumpe, ein Druckregler, ein Drucksensor und ein Dosierventil. Die Pumpe fördert das in dem Reduktionsmitteltank bevorratete Reduktionsmittel zu dem Dosierventil, mittels dessen das Reduktionsmittel in den Abgasstrom stromaufwärts des Hydrolyse-Katalysators eingespritzt wird. Dabei wird das Dosierventil über Signale einer Steuereinrichtung, beispielsweise des Steuergeräts der Brennkraftmaschine, angesteuert, um eine bestimmte, aktuell benötigte Menge an Reduktionsmittel zuzuführen. Es werden bevorzugt in wässriger Lösung vorliegende, Ammoniak freisetzende Substanzen, wie beispielsweise Harnstoff, verwendet, da diese Reduktionsmittel wesentlich einfacher zu bevorraten und zu handhaben sind, als beispielsweise gasförmiges Ammoniak. Darüber hinaus ist die Förder- und Dosierbarkeit dieser Lösung mit technisch wesentlich einfacheren Mitteln möglich als beispielsweise die Förderung und Dosierung von gasförmigen Substanzen. Ein Nachteil der wässrigen Lösung beispielsweise von Harnstoff ist, dass diese Reduktionsmittellösung einen Gefrierpunkt von -11°C aufweist. Aus diesem Grunde müssen Vorrichtungen zum Heizen des Reduktionsmittels in dem Reduktionsmitteltank vorgesehen sein.
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Bei derartigen Reduktionsmittelsystemen wird die Reduktionsmittelmenge durch eine Leitung vom Reduktionsmitteltank zum Dosierventil gefördert. Der Leitungsdruck wird mittels einer Ansteuerung der Pumpe auf einen konstanten Wert geregelt. Eine wesentliche Voraussetzung hierfür ist die ordnungsgemäße Funktion der Pumpe, die erforderlich ist, um einen vorgebbaren nominalen Druck in dem System stabil halten zu können.
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Die
DE 10 2008 034 212 A1 offenbart einen Reduktionsmittel-Tank zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage mit einem ersten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel, einem zweiten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel und einer Pumpe zum Umpumpen von Reduktionsmittel vom zweiten Behälter in den ersten Behälter wird erfindungsgemäß eine Diagnoseeinrichtung vorgesehen, mittels derer eine nicht ordnungsgemäße Funktion der Pumpe erkannt werden kann.
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Die
DE 10 2004 061 259 B4 offenbart Verfahren zur Auftauerkennung in einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysators zur Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei mittels der Dosiereinrichtung über ein Leitungssystem ein Reagenzmittel in den Abgasstrom eindosiert wird, und wobei die Dosiereinrichtung, insbesondere deren Leitungssystem, in wenigstens einer Auftauphase beheizt wird und im Anschluss an die wenigstens eine Auftauphase Plausibilisierungen durchgeführt werden, anhand derer indirekt festgestellt wird, ob die Dosiereinrichtung tatsächlich aufgetaut wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur erfolgt und dass mittels der Plausibilisierungen gemäß der folgenden Formel ein Ersatzwert für die Umgebungstemperatur T_Umgeb berechnet wird: Ersatzwert T_Umgeb = (T_PumpenmodulA + T_Tank·B + T_Dosiermodul·C )/(A + B + C), wobei A, B und C empirisch vorgebbare Gewichtungsfaktoren entsprechen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung der Funktion eines Pumpenmotors einer Reduktionsmittelpumpe zu vermitteln, welches auf einfache Weise realisierbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Prüfung der Funktion einer Reduktionsmittelpumpe eines NOx-Reduktionssystems einer Brennkraftmaschine dadurch gelöst, dass geprüft wird, ob die Pumpe innerhalb definierter Grenzen einen definierten Drehzahlwert in einem vorgebbaren Zeitintervall erreicht. Ist dies der Fall, wird von einem funktionsfähigen Pumpenmotor und damit funktionsfähigen Pumpe ausgegangen, ist dies nicht der Fall, wird von einem defekten Pumpenmotor ausgegangen. Das „Hochfahren“ der Pumpe auf einen definierten Drehzahlwert innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls wird auch als Aufwärmzyklus oder Warm Up Cycle (WUC) bezeichnet. Unter „definierten“ Grenzen bzw. „definiertem“ Drehzahlwert werden vorliegend Grenzen und Werte verstanden, die zuvor empirisch bestimmt wurden und insoweit definiert sind. Diese Werte sind in Elektronikeinheiten des Pumpenmotors integriert.
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Dieser Aufwärmzyklus ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil bei sehr kalten Temperaturen der Fall eintreten kann, dass die Pumpe nicht sofort die Solldrehzahl erreicht. Es ist deshalb eine Prüfung der Funktionsfähigkeit erforderlich, die vorteilhafterweise mit dem Aufwärmzyklus verbunden ist. Oder anders ausgedrückt, die Prüfung der Funktionsfähigkeit der Pumpe stellt gleichzeitig einen Aufwärmzyklus dar, bei dem die Pumpe mit einem fest definierten Signal (Dutycycle) angesteuert wird, der außerhalb des normalen Betriebsbereichs und Arbeitsbereichs der Pumpe liegt. Eine Abweichung von der vorgebbaren Solldrehzahl wird von einer Elektronik erkannt, die zur Ansteuerung des Pumpenmotors dient. Dabei kann bei einer Abweichung der Drehzahl von der Solldrehzahl um einen vorgebbaren Wert länger als eine vorgebbare Zeitspanne auf einen Defekt der Pumpe geschlossen werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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So sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, die Prüfung zu starten, wenn die verbleibende Auftauzeit der Reduktionsmittellösung in dem Reduktionsmitteltank einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet.
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Der Hintergrund für diese Verfahrensschritte liegt darin, dass bei kalten Temperaturen zunächst das hydraulische System, insbesondere das Reduktionsmittel in dem Reduktionsmitteltank, aufgetaut werden muss, bevor eine Freigabe für den Dosierbetrieb von der Steuerelektronik erteilt werden kann. Um die erforderlichen und durch Gesetze vorgegebenen Zeitintervalle für die Dosierbereitschaft nicht zu unterschreiten, genügt es nicht, die Pumpe und den Pumpenmotor erst nach der Dosierfreigabe aufzuwärmen. Daher muss mit einem Pumpenaufwärmen bereits begonnen werden, bevor der Heizvorgang abgeschlossen ist. Die Prüfung wird deshalb gestartet, wenn die verbleibende Auftauzeit der Reduktionsmittellösung in dem Reduktionsmitteltank einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet. Dazu wird die noch verbleibende Auftauzeit ermittelt und die Prüfung vor Ablauf der Auftauzeit gestartet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass der Schwellenwert durch eine maximale Prüfzeit der Prüfung der Funktionsfähigkeit des Pumpenmotors bestimmt wird.
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Das Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit muss vorteilhafterweise nur dann noch einmal neu gestartet werden, d.h. der Aufwärmzyklus muss erneut gestartet werden, wenn das NOx-Reduktionssystem nach einer vorgebbaren Zeit noch nicht in einen Dosiermodus gewechselt hat, wenn also noch keine Dosierfreigabe erfolgt ist. Auf diese Weise wird sehr vorteilhaft sichergestellt, dass die ruhende Pumpe sich nicht so weit abkühlt, dass beim erneuten Anlaufen eine unerwünschte Drehzahlabweichung detektiert wird. Die Pumpe wird nur im Dosierbetrieb dauerhaft angesteuert.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 schematisch ein NOx-Reduktionsmittelsystem einer Brennkraftmaschine und
- 2 den Auftauvorgang eines Reduktionsmittellösungstanks zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist schematisch ein NOx-Reduktionssystem eines Fahrzeugs dargestellt.
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In einer Abgasleitung 120 einer mit Luftüberschuss arbeitenden Brennkraftmaschine 110, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, ist ein Reduktionskatalysator (125) angeordnet. Es ist ein Motorsteuergerät 150 vorgesehen, welches beispielsweise (nicht gezeigte) Einspritzventile und dergleichen der Brennkraftmaschine 110 ansteuert. Dem Motorsteuergerät 150 werden den Betrieb der Brennkraftmaschine 110 charakterisierende Signale zugeführt. Das Motorsteuergerät 150 kommuniziert mit einem Dosiersteuergerät 160 des NOx-Reduktionssystems. Dieses umfasst einen Tank 170, der mit einer Harnstoffwasserlösung 171 befüllt ist. Der Füllstand wird beispielsweise über einen Füllstandssensor 180 ermittelt, dessen Ausgangssignal über eine Steuerleitung 181 dem Dosiersteuergerät 160 zugeführt wird. In dem Reduktionsmitteltank 170 ist ferner eine Heizung 185 angeordnet, die über eine Signalleitung 186 durch das Dosiermittelsteuergerät 160 ansteuerbar ist. In dem Tank 170 ist weiterhin ein Temperatursensor 190 angeordnet, dessen Ausgangssignal über eine Steuerleitung 191 ebenfalls dem Dosiersteuergerät 160 zugeführt wird. Die Reduktionsmittellösung 171, beispielsweise eine Harnstoffwasserlösung, wird über eine Pumpe 172 in eine Leitung 173 gefördert, die zu einem Dosierventil 126 führt, welches stromaufwärts des SCR-Katalysators 125 angeordnet ist. Mittels dieses Dosierventils 126 wird in bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine das Reduktionsmittel in die Abgasleitung 120 der Brennkraftmaschine 110 eingespritzt.
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Es ist zu erwähnen, dass der Katalysator 125 einen SCR-Katalysator, der auch als DENOX-Katalysator bezeichnet wird, und einen Hydrolyse-Katalysator umfasst. Ersterer dient dazu, das Reduktionsmittel mittels Hydrolyse zu Ammoniak umzuwandeln. Dieses Ammoniak wird dann in dem eigentlichen SCR-Katalysator dazu verwendet, um im Abgas vorhandene Stickoxide zu reduzieren. Die Pumpe 172 ist über eine Signalleitung 175 durch das Dosiersteuergerät 160 ansteuerbar. Dabei wird zur Ansteuerung des Pumpenmotors der Pumpe 172 eine intelligente Elektronik verwendet, die eine Abweichung von einer vorgebbaren Solldrehzahl erkennt. Wird eine solche Abweichung von vorgebbaren Grenzen, bei einem Pumpentyp beispielsweise +/-300 rpm für mehr als 5 Sekunden detektiert, wird sie über die Steuerleitung 175 quittiert. Nun ist es so, dass bei sehr niedrigen Temperaturen der Pumpenmotor nicht sofort die Solldrehzahl erreicht. Aus diesem Grunde sieht die Erfindung ein Verfahren zur Prüfung der Funktion des Pumpenmotors vor, das gleichzeitig auch eines Aufwärmzyklus (Warm Up Cycle - WUC) darstellt. Hierzu wird die Pumpe 172 durch das Dosiersteuergerät 160 angesteuert, bis eine definierte und zwar empirisch ermittelte Solldrehzahl erreicht ist. Dieser Aufwärmzyklus wird aktiviert, indem die Pumpe 172 mit einem fest definierten Signal (Dutycycle) angesteuert wird. Dieser Dutycycle liegt außerhalb des normalen Arbeitsbereichs der Pumpe 172. Durch diesen Warm Up Cycle wird verhindert, dass eine Drehzahlabweichung detektiert wird, wenn die Pumpe 172 bei einer sehr niedrigen Temperatur noch nicht die Solldrehzahl erreicht hat. Es werden insoweit fälschliche Fehlermeldungen und Einträge in einem Fehlerspeicher vermieden.
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Insbesondere bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts, der beispielsweise bei einer Harnstoffwasserlösung bei -11°C liegt, ist es erforderlich, zunächst das Reduktionsmittel in dem hydraulischen System aufzutauen, bevor eine Freigabe für den Dosierbetrieb erfolgt. Nun schreiben enge gesetzliche Bestimmungen vor, dass der Dosierbetrieb innerhalb vorgebbarer Zeitintervalle nach dem Start der Brennkraftmaschine erreicht sein muss. Um diese Startzeiten für den Dosierbetrieb zu erreichen, darf die Pumpe 172 nicht erst nach der Dosierfreigabe aufgewärmt und ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden. Es muss vielmehr mit dem Prüfen der Funktionsfähigkeit und dem damit verbundenen Aufwärmen der Pumpe 172 bereits begonnen werden, bevor der Heizvorgang abgeschlossen ist. Hierzu wird die verbleibende Auftauzeit ermittelt und vor Ablauf dieser Auftauzeit das Verfahren zur Prüfung der Funktion der Dosiermittelpumpe und damit das Aufwärmen der Pumpe 172 gestartet. Die Zeit wird dabei so gewählt, dass nach Ablauf der Tankheizzeit und der Dosierfreigabe die Leitung sofort befüllt werden kann.
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Liegt nach dem Ende des Tankheizvorgangs noch keine Dosierfreigabe vor, muss die Prüfung der Funktion der Pumpe 172 und das damit verbundene Aufwärmen der Pumpe 172 nach Ablauf einer vorgebbaren Zeit erneut gestartet werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich eine ruhende Pumpe 172 nicht so weit abkühlt, dass beim erneuten Anlaufen eine ungewünschte Drehzahlabweichung detektiert wird. Es ist hierbei zu bemerken, dass die Pumpe 172 nur während des Dosierbetriebs dauerhaft angesteuert wird.
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Das Verfahren wird nachfolgend in Verbindung mit 2 näher erläutert. In der 2 sind die verbleibende Heizzeit tH sowie Signale S zum Starten eines Aufwärmzyklus sowie zur Dosierfreigabe schematisch über der Zeit t dargestellt.
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Liegt die Temperatur des Reduktionsmittels, gemessen durch den Temperatursensor 190 unterhalb des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels, erfolgt zunächst ein Auftauen des Reduktionsmittels: „1st defrost cycle of the tank“. Ein solcher Auftauvorgang kann wiederholt werden, wie anhand der Kurve 220 gezeigt: „2nd defrost cycle of the tank“. Dies ist schematisch anhand einer Kurve 210 dargestellt, welche die noch verbleibende Heizzeit tH des Tanks repräsentiert und über die Zeit abnimmt und daher eine negative Steigung aufweist. Der Pumpenmotor der Pumpe 172 benötigt zum Beispiel maximal eine Minute, um innerhalb eines Aufwärmzyklus die Solldrehzahl zu erreichen. Daher muss der Aufwärmzyklus oder das Verfahren zur Prüfung der Funktion der Pumpe gestartet werden, wenn die noch verbleibende Tankauftauzeit des Heizzyklus (Heizzeit tH) etwa eine Minute beträgt. Dies ist anhand einer gestrichelten Kurve 215 in 2 dargestellt. Unterschreitet die Heizzeit 210 diesen Wert 215, wird ein Signal 240 ausgegeben, in 2 als Rechteckpuls dargestellt, mit dem das Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit und damit der Aufwärmzyklus (warming up cycle, WUC) gestartet wird. Dabei wird der Pumpenmotor gestartet und gewartet, bis eine definierte Solldrehzahl erreicht ist. Dieser wird hierzu mit einem definierten Signal (Dutycycle) angesteuert. Dieser Dutycycle liegt außerhalb des normalen Arbeitsbereichs der Pumpe 172. Es wird geprüft, ob die Pumpe 172 innerhalb eines vorgebbaren definierten Zeitintervalls einen definierten Drehzahlwert innerhalb vorgebbarer Schranken erreicht. Wenn dies der Fall ist, wird auf eine funktionsfähige Pumpe 172 geschlossen.
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Erreicht die Pumpe 172 die Drehzahl innerhalb des definierten Zeitintervalls nicht, wird kein dieses Ergebnis bestätigendes sogenanntes Quittiersignal gesendet, es wird vielmehr ein Fehlersignal oder TimeOut-Signal gesetzt.
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Diese Prüfung der Pumpe 172 und der damit verbundene Aufwärmvorgang wird nur dann erneut vorgenommen, wenn eine vorgebbare Zeit vergangen ist, ohne dass ein die Dosierbereitschaft charakterisierendes Signal von dem Dosiersteuergerät 160 ausgegeben wird, d.h. ohne dass ein Dosiervorgang gestartet wird, obgleich ein zweiter Auftauvorgang des Reduktionsmittels gestartet wird („2nd defrost cycle of the tank“). Die Dosierbereitschaft ist in 2 durch eine Kurve 260 dargestellt. Bis zu einer Zeit tD erfolgt keine Dosierung. Zum Zeitpunkt tD wird ein Signal von dem Dosiersteuergerät 160 ausgegeben, mit dem die Dosierfreigabe erteilt wird. Die Dosierfreigabe kann beispielsweise durch einen Zustandswechsel einer SCR-Ablaufsteuerung erkannt werden. Diese SCR-Ablaufsteuerung, das heißt die Steuerung der Betriebsbereitschaft des Dosiersystems erfolgt in dem Dosiersteuergerät 160. Dieses Signal ist durch ein Signal 262 in 2 dargestellt. Ein Aufwärmzyklus wird daher immer nur dann gestartet, wenn eine vorgebbare Zeit vergeht, ohne dass eine Dosierbereitschaft erfolgt.
