DE102009027226A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reichweitenberechnung eines ein SCR-Abgasreinigungssystem aufweisenden Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reichweitenberechnung eines ein SCR-Abgasreinigungssystem aufweisenden Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Durchführung einer Reichweitenberechnung eines ein zu katalytischen Reduktion (SCR) mittels eines Reagenziums insbesondere von Stickoxid dienendes Abgasreinigungssystem aufweisenden Kraftfahrzeugs ist insbesondere vorgesehen, dass die Reichweitenbereichnung auf der Grundlage der Vorrastmenge an dem Reagenzium in dem Kraftfahrzeug und der Menge des Verbrauchs an Reagenzium erfolgt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur NOx-Minderung in sauerstoffreichen Abgasen einer Brennkraftmaschine mittels selektiver katalytischer Reduktion.
  • Ein an sich bekanntes Verfahren zur NOx-Minderung in sauerstoffreichen Abgasen ist die selektive katalytische Reduktion (SCR) mittels NH3 bzw. NH3-abspaltenden Reagenzien. Als Lieferant für das dabei benötigte Ammoniak (NH3) dient dabei meist in flüssiger Form vorliegender Harnstoff, der als Harnstoff-Wasserlösung (HWL) auch unter dem Begriff ”AdBlue” bekannt ist. Der Wirkungsgrad eines entsprechenden SCR-Katalysators ist von der Temperatur, von der Raumgeschwindigkeit der Abgase im jeweiligen Messraum und ganz entscheidend vom aktuellen NH3-Füllstand des Katalysators abhängig.
  • Diese sogenannten DNOX-Systeme kommen sowohl bei selbstzündenden als auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen zum Einsatz.
  • Die genannte HWL wird in einem bei der jeweiligen Brennkraftmaschine (BKM) eigens vorgesehenen Behälter bevorratet, wobei dessen HWL-Inhalt aufgrund des stetigen Verbrauchs an HWL im Betrieb der BKM nur für eine begrenzte Betriebszeit der Brennkraftmaschine ausreicht.
  • Sowohl internationale als auch nationale Abgasbestimmungen schreiben eine Onboard-Diagnose (OBD) vor, wobei im Falle von vollständig aufgebrauchtem HWL dieses Ereignis im Steuergerät des Kraftfahrzeugs als Fehlermeldung protokolliert und für einen Zeitraum von 400 Tagen (oder 9600 Betriebsstunden) zwischengespeichert wird, um somit bspw. bei einer späteren Abgasuntersuchung abrufbar zu sein.
  • Darüber hinaus deutet ein zu hoher Verbrauch an HWL auf eine Fehlfunktion des DNOX-Systems hin, welche insbesondere ein Austreten von NH3 in die Atmosphäre verursachen kann. Wird hingegen zu wenig HWL verbraucht, besteht die Möglichkeit, dass NOx-Emissionen in die Atmosphäre gelangen können. Beide Grenzfälle sind daher unerwünscht.
  • Nicht nur in Anbetracht dieser Bestimmungen ist es daher wünschenswert, in einer eingangs genannten Brennkraftmaschine den Verbrauch an HWL sicherer handhaben bzw. besser kontrollieren zu können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ähnlich wie bei der beim Kraftstoffverbrauch an sich bekannten Reichweitenberechnung auf der Grundlage des Ist-Zustandes an Kraftstoff, auf der Grundlage der aktuell vorliegenden Menge an dem für die katalytische Reduktion (SCR) benötigten Reagenzium, also insbesondere der vorliegenden Menge an dem eingangs genannten HWL, eine Reichweitenberechnung für das jeweilige Kraftfahrzeug durchzuführen, wobei der (aktuelle) Ist-Verbrauch an HWL pro Zeiteinheit, ein ermittelter Durchschnittsverbrauch über eine vorgegebene Fahrstrecke oder eine ähnlicher Verbrauchswert zugrunde gelegt werden kann. Die so ermittelte HWL-Reichweite wird insbesondere dem jeweiligen Fahrzeugführer angezeigt, bspw. anhand einer im Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Anzeige, wobei der Fahrer – ähnlich wie beim Kraftstoffverbrauch – dann selbst entscheiden kann, wann er HWL nachzufüllen hat.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird, basierend auf dem Ist-Verbrauch an HWL und der (aktuell) bevorrateten Ist-Menge an HWL, die Reichweite des vorliegenden Kraftfahrzeugs bis zum vollständigen Aufbrauchen des bevorrateten HWL ermittelt. Die Reichweite kann dabei in der Einheit Kilometer pro kg HWL (bzw. Adblue) angegeben werden.
  • Diese Reichweitenanzeige kann entweder fortwährend im Fahrbetrieb erfolgen oder aber auf Anfrage seitens des Fahrers hin. Dabei kann – wiederum ähnlich wie bei der Kraftstoffanzeige – eine ”Reservemenge” (bzw. In Form eines „Reservetanks”) an HWL festgelegt werden, bei deren Erreichen oder Überschreiten bspw. eine Kontroll- bzw. Warnanzeige aktiviert wird.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass die genannten OBD-Bestimmungen sicherer eingehalten werden können und insbesondere vermieden werden kann, dass eine eingangs genannte Unterversorgung an HWL stattfindet und somit eine entsprechende Fehlermeldung abgespeichert wird.
  • Die Erfindung ermöglicht zudem eine Qualitätsprüfung am bevorrateten HWL, da der typische (Norm-)Verbrauch an HWL bei der katalytischen Reduktion für eine gegebene Brennkraftmaschine bzw. für einen zugrunde liegenden Fahrzeugtyp voraussagbar bzw. berechenbar ist und aus einer Abweichung von dem Normverbrauch daher mittelbar auf die Qualität der vorliegenden HWL geschlossen werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, eingehender beschrieben, woraus sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben. Die 1 zeigt ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die 2 die erfindungsgemäße Berechnung der HWL-basierten momentanen Reichweite eines die Erfindung aufweisenden Kraftfahrzeugs anhand eines Ablaufdiagramms, die 3 die erfindungsgemäße Berechnung der HWL-basierten Gesamtreichweite eines die Erfindung aufweisenden Kraftfahrzeugs im vorhergehenden Fahrzyklus, ebenfalls anhand eines Ablaufdiagramms, und die 4a und 4b zeigen zwei Berechnungsbeispiele einer Trendrechnung auf der Grundlage von HWL-Verbrauchswerten in voraus gegangenen Fahrzyklen.
  • Das in der 1 gezeigte Blockschaltbild umfasst einen Vorratsbehälter 100 zur Bevorratung von HWL (bzw. AdBlue). Der Behälter 100 ist mit einer ersten Steuereinheit 105 zur Dosierung von HWL verbunden. Die erste Steuereinheit 105 umfasst eine Steuerelektronik 110 sowie einen zugehörigen EEPROM 112, mittels derer das nachfolgend noch im Detail beschriebene erfindungsgemäße Ver fahren zur Ermittlung der HWL-Reichweite realisiert wird, und zwar bevorzugt in Form eines im EEPROM 112 abgelegten Steuercodes.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die erste Steuereinheit 105 ferner ein Pumpen-Steuermodul 115, mittels dessen insbesondere ein Dosierventil 120 für die Zudosierung von HWL angesteuert wird. Das Dosierventil 120 ist an einem Abgasrohr 123 der Brennkraftmaschine angeordnet.
  • Die genannte Steuerelektronik 110 steht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über einen in der Kraftfahrzeugtechnik an sich bekannten Daten-Bus, dem sogenannten „CAN-Bus”, sowohl mit einer zweiten Steuereinheit 130, mittels der das Armaturenbrett des Fahrzeugs betrieben wird, als auch mit einer dritten Steuereinheit 135, welche die Brennkraftmaschine ansteuert, in Daten leitender Verbindung. Die zweite Steuereinheit 130 steht ferner mit Anzeigeeinheiten 140 des Armaturenbretts in Verbindung und steuert deren jeweilige Anzeigen, so z. B. die nachfolgend beschriebene Anzeige für die maximale Reichweite des Fahrzeugs bei der aktuell im Vorratsbehälter 100 vorliegenden Menge an HWL und/oder den aktuellen Verbrauch oder Durchschnittsverbrauch an HWL.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass die dabei zugrunde liegenden Prinzipien auch in dem Fachmann geläufigen alternativen Ausgestaltungen realisiert werden können.
  • Der momentane Verbrauch an HWL wird über einen empirisch vorgegeben Zeitraum von bspw. wenigen Minuten ermittelt. Dieser Zeitraum kann allerdings auch wesentlich länger sein, da abrupte Änderungen der Dosiermenge an HWL erfahrungsgemäß nicht auftreten. Zudem sollte der Zeitraum so gewählt sein, dass die dem Fahrer angezeigte Verbrauchsmenge (Momentan- oder Durchschnittsverbrauch) leicht verständliche Werte ergibt wie bspw. Verbrauchswerte in der Einheit Liter pro h.
  • Anhand des in der 2 gezeigten Ablaufdiagramms soll nun verdeutlicht werden, wie die auf der Grundlage des Momentanverbrauchs an HWL zu ermittelnde Reichweite gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgen kann.
  • In Schritt 200 wird zunächst die Messdauer (P) festgelegt, und zwar bspw. auf 2 Minuten. In Schritt 205 wird abgefragt, ob die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, um sicherzustellen, dass sich das Fahrzeug tatsächlich im Fahrbetrieb befindet. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird wieder an den Anfang der Routine zurück gesprungen.
  • Ist die Bedingung 205 erfüllt, werden in Schritt 210 ein Zeitgeber gestartet (Dauer T1) sowie über den genannten CAN-Bus aus der Steuereinheit 130 des Armaturenbretts die insgesamt gefahrenen Kilometer des Fahrzeugs (KmPstart) zum Zeitpunkt des Beginns der Messung P ausgelesen. Zusätzlich wird in Schritt 210 aus der genannten HWL-Dosiereinheit 105–120 (DCU) der Gesamtwert an verbrauchtem HWL (UqPstart) zu Beginn der Messung ausgelesen.
  • In Schritt 215 wird nun fortlaufend geprüft, ob die Zeitdauer T1 in dem Zeitgeber abgelaufen bzw. erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, wird der Schritt 215 mittels einer vorgebbaren Verzögerung solange wiederholt, bis die Bedingung erfüllt ist und zu Schritt 220 übergegangen.
  • In Schritt 220 wird zunächst der Zeitgeber gestoppt und die gefahrenen Gesamtkilometer (KmPend) am Ende des Messzeitraums über den CAN-Bus aus der Steuereinheit 130 des Armaturenbretts ausgelesen. Zusätzlich wird wiederum aus der HWL-Dosiereinheit 105–120 (DCU) die Gesamtmenge an verbrauchtem HWL (UqPend) am Ende der Messung ausgelesen.
  • Basierend auf den genannten ausgelesenen Werten wird in Schritt 225 der momentane Durchschnittsverbrauch an HWL gemäß der Formel (KmPend – KmPstart)/(UqPend – UqPstart)berechnet. Dieser Momentanwert wird in Schritt 230 über den CAN-Bus an die Steuereinheit 130 des Armaturenbretts übermittelt und die Prozedur mit Schritt 235 beendet, um bei Schritt 205 erneut zu beginnen und, wie beschrieben, einen neuen Momentanwert zu ermitteln.
  • Es versteht sich, dass sich aus dem so ermittelten momentanen Verbrauch an HWL, bei Kenntnis der Menge an bevorratetem HWL, auch die Reichweite des Fahrzeugs berechnen lässt, bei der die Restmenge an HWL vollständig aufgebraucht ist. Diese Reichweite kann dann zusätzlich an die Steuereinheit 130 übermittelt werden und ggf. am Armaturenbrett (fortwährend oder auf Abruf seitens des Fahrzeugführers) angezeigt werden.
  • Es ist anzumerken, dass die Reichweite insbesondere von der zur Reduktion von NOx unterhalb des gesetzlich vorgeschriebenen Wertes benötigten Menge an HWL abhängt, d. h. insbesondere von vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, der HWL-Qualität sowie der Effizienz des DNOX-Systems bei der katalytischen Umwandlung von NOx.
  • Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Berechnung der HWL-basierten Gesamtreichweite eines Kraftfahrzeugs in einem vorausgegangenen Fahrzyklus.
  • In Schritt 300 wird das DNOX-System zunächst initialisiert, wobei die Initialisierung gemäß der gestrichelten Linie 315 die Schritte 305 und 310 umfasst. In Schritt 305 wird entsprechend dem Verfahren gemäß 2 abgefragt, ob die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, um sicherzustellen, dass sich das Fahrzeug tatsächlich im Fahrbetrieb befindet. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird auch hier an den Anfang der Routine zurück gesprungen.
  • Ist die Bedingung 305 erfüllt, werden in Schritt 310 über den CAN-Bus aus der Steuereinheit 130 des Armaturenbretts die am Anfang des Fahrzyklus' insgesamt gefahrenen Kilometer des Fahrzeugs (KmDCstart) ausgelesen und aus der HWL-Dosiereinheit 105–120 (DCU) der Gesamtwert an verbrauchtem HWL (UqDCstart) ausgelesen.
  • Nach der Initialisierung 315 erfolgt während des „After-run” (= Nachlauf) 325 die Schrittfolge 320. Dieser Nachlauf wird im Fahrzeug durch Ausschalten der Zündung gestartet. Im Nachlauf wird der Dosiervorgang gestoppt und das Harnstoff-Dosiersystem geleert. Die Betriebsdaten und eventuelle Fehlerinformationen werden in einen nichtflüchtigen Speicher, z. B. den genannten EEPROM 112, geschrieben.
  • In Schritt 330 wird geprüft, ob die „After-run”-Sequenz gestartet bzw. getriggert wurde, und zwar solange, bis diese Bedingung erfüllt ist. Ist die Bedingung erfüllt, werden in Schritt 335 die am Ende des Fahrzyklus' gefahrenen Gesamtkilometer (KmDCend) über den CAN-Bus aus der Steuereinheit 130 des Armaturenbretts sowie aus der HWL-Dosiereinheit 105–120 (DCU) am Ende des Fahrzyklus' verbrauchte Gesamtmenge an HWL (UqDCend) ausgelesen.
  • Basierend auf den genannten ausgelesenen Werten wird in Schritt 340 der sich während des vorausgehenden Fahrzyklus' ergebende Verbrauch HWL_DC gemäß der Formel HWL_DC = (KmDCend – KmDCstart)/(UqDCend – UqDCstart)berechnet. Der Wert HWL_DC wird in Schritt 345 in den genannten EEPROM 112 gespeichert und ein entsprechender Indexwert aktualisiert, welcher angibt, wo dieser aktuelle Wert HWL_DC im EEPROM 112 abgelegt ist.
  • Die 4a und 4b zeigen zwei Berechnungsbeispiele einer Trendrechnung bezüglich des HW-Verbrauchs in jeweils vorausgegangenen Fahrzyklen.
  • So zeigt die 4a eine Trendrechnung für einen solchen vorausgegangenen Fahrzyklus, wobei in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der – wie nachfolgend beschrieben – ermittelte HWL-Verbrauch als „Anzeige Fahrzyklus-HWL-Verbrauch”, z. B. über das Armaturenbrett des Fahrzeugs, dem Fahrer angezeigt wird. In Schritt 400 fordert in diesem Ausführungsbeispiel ein externes Diagnosegerät zunächst den HWL-Verbrauch an. In Schritt 405 wird aus dem EEPROM ein Indexwert ausgelesen, welcher den im letzten Fahrzyklus berechneten HWL-Verbrauch repräsentiert. In Schritt 410 wird der betreffende HWL-Verbrauchswert eingelesen und der so eingelesene Wert des HWL-Verbrauchs in Schritt 415 über den CAN-Bus an das externe Diagnosegerät übermittelt.
  • In der 4b ist ein Ausführungsbeispiel einer z. B. an dem Armaturenbrett ausgegebenen „Trendanzeige HWL-Verbrauch” dargestellt. In Schritt 450 fordert wiederum ein externes Diagnosegerät einen Trendwert des HWL-Verbrauchs an. In Schritt 455 wird wiederum ein im EEPROM abgelegter Indexwert für den im letzten Fahrzyklus berechneten HWL-Verbrauch eingelesen und im nachfol genden Schritt 460 daraus ein Indexwert für den HWL-Verbrauch des ältesten Fahrzyklus berechnet. Danach werden in Schritt 465 alle gespeicherten HWL-Verbrauchswerte eingelesen und in Schritt 470 diese HWL-Verbrauchswerte, bevorzugt in Form eines einzelnen Datenblocks, über den CAN-Bus an das externe Diagnosegerät übermittelt.
  • Das vorbeschriebene Verfahren kann, wie bereits erwähnt, auch zu Zwecken einer Funktions- bzw. Plausibilitäts- oder Qualitätsprüfung angewendet werden, wobei geprüft wird, ob der bei einem vorangegangenen Fahrzyklus ermittelte HWL-Durchschnittsverbrauch innerhalb eines empirisch vorgegebenen MIN/MAX-Bereichs liegt oder nicht. Liegt der Durchschnittswert innerhalb dieses Bereichs, wird angenommen, dass das DNOx-System einwandfrei arbeitet und die HWL-Stoffqualität ausreichend ist. Liegt der Wert allerdings außerhalb dieses Bereichs, wird von einer Fehlfunktion des DNOX-Systems bzw. von einer Minderqualität der HWL ausgegangen und eine entsprechende Warnung an den Fahrzeugführer ausgegeben.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Durchführung einer Reichweitenberechnung eines ein zur katalytischen Reduktion (SCR) mittels eines Reagenziums insbesondere von Stickoxid dienendes Abgasreinigungssystem aufweisenden Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Reichweitenberechnung auf der Grundlage der Vorratsmenge an dem Reagenzium in dem Kraftfahrzeug und der Verbrauchsmenge an dem Reagenzium erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der momentane Verbrauch an Reagenzium pro Zeiteinheit und die momentane Vorratsmenge bei der Reichweitenberechnung zugrunde gelegt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über eine vorgegebene Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs ein Durchschnittsverbrauch an Reagenzium ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Reichweite dem Fahrzeugführer angezeigt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestreichweite eine Warnmeldung ausgegeben wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reichweite und/oder die Mindestreichweite und/oder das Unterschreiten der Mindestreichweite an einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs ausgegeben wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Menge an bevorratetem Reagenzium eine Reservemenge, insbesondere in Form eines Reservetanks, festgelegt wird und bei Erreichen oder Unterschreiten dieser Reservemenge eine Warnmeldung an den Fahrzeugführer ausgegeben wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe der genannten Größen fortwährend im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erfolgt oder auf Anfrage seitens des Fahrzeugführers erfolgt.
  9. Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch Rechen- und/oder Steuermittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Anzeigevorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Anzeige des momentanen Verbrauchs, des Durchschnittverbrauchs und/oder der momentanen Reichweite oder der durchschnittlichen Reichweite des Kraftfahrzeugs.
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