DE102009045881A1 - Method for monitoring the function of a metering valve in a metering device of an SCR catalyst system - Google Patents

Method for monitoring the function of a metering valve in a metering device of an SCR catalyst system Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Dosierventils (13) in einer Dosiereinrichtung, insbesondere in einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems bereitgestellt. Hierbei umfasst die Dosiereinrichtung eine Förderpumpe (16), deren Aktivität auf einen vorgebbaren Reduktionsmitteldruck eingeregelt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wert, insbesondere ein Korrelationswert ermittelt wird, der den Zusammenhang zwischen Ansteuersignalen (22) des Dosierventils (13) und Aktivitätssignalen (21) der Förderpumpe (16) repräsentiert. Anhand des wenigstens einen Wertes wird die Funktion des Dosierventils (13) überprüft.A method is provided for monitoring the function of a metering valve (13) in a metering device, in particular in a metering device of an SCR catalyst system. Here, the metering device comprises a feed pump (16) whose activity is adjusted to a predefinable reducing agent pressure. The method is characterized in that at least one value, in particular a correlation value is determined which represents the relationship between activation signals (22) of the metering valve (13) and activity signals (21) of the delivery pump (16). On the basis of the at least one value, the function of the metering valve (13) is checked.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Dosierventils in einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems.The present invention relates to a method for monitoring the function of a metering valve in a metering device of an SCR catalyst system.

Stand der TechnikState of the art

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittel zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich vermindert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Als Reaktionsmittel bzw. Reduktionsmittel werden daher NH3 bzw. NH3-abspaltende Reagenzien eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung (Harnstoff-Wasserlösung) verwendet, die vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang mit Hilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Aus dieser Lösung bildet sich NH3, das als Reduktionsmittel wirkt. Zur Bevorratung der Harnstofflösung ist ein Reduktionsmitteltank bzw. ein Harnstoffwasserlösungstank vorgesehen.Methods and apparatuses for operating an internal combustion engine, in particular in motor vehicles, are known in whose exhaust gas area an SCR catalytic converter (selective catalytic reduction) is arranged, which reduces the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas of the internal combustion engine to nitrogen in the presence of a reducing agent. As a result, the proportion of nitrogen oxides in the exhaust gas can be significantly reduced. For the course of the reaction ammonia (NH 3 ) is required, which is admixed to the exhaust gas. As reactants or reducing agents therefore NH 3 or NH 3- splitting reagents are used. As a rule, an aqueous urea solution (urea-water solution) is used for this, which is injected into the exhaust gas line before the SCR catalyst with the aid of a metering device. From this solution forms NH 3 , which acts as a reducing agent. To store the urea solution, a reducing agent tank or a urea water solution tank is provided.

Der Reduktionsmitteltank ist üblicherweise mit einer Saugleitung ausgestattet, um die Harnstoffwasserlösung aus dem Tank absaugen zu können. Zur Förderung der Harnstoffwasserlösung ist eine Pumpe vorgesehen, die die Lösung durch ein Leitungssystem der Dosiereinrichtung fördert, sodass die Harnstoffwasserlösung über ein Dosierventil, beispielsweise ein elektromagnetisches Einspritzventil, unter Druck in den Abgasstrang eingespritzt werden kann.The reducing agent tank is usually equipped with a suction line in order to be able to extract the urea water solution from the tank. To promote the urea water solution, a pump is provided which conveys the solution through a line system of the metering device so that the urea water solution can be injected via a metering valve, for example an electromagnetic injection valve, under pressure into the exhaust gas line.

Die Reduktionsmitteldosiereinrichtung des SCR-Katalysatorsystems funktioniert als hydraulisches System. Maßgeblich für die Dosierung des Reduktionsmittels ist der Reduktionsmitteldruck, der auf einen vorgebbaren Solldruck geregelt wird. So bewirkt beispielsweise das Öffnen des Dosierventils Druckschwankungen bzw. Druckänderungen in dem Leitungssystem, die durch eine Änderung der Drehzahl des Förderpumpenmotors ausgeglichen werden.The reductant dosing means of the SCR catalyst system functions as a hydraulic system. Decisive for the dosage of the reducing agent is the reducing agent pressure, which is regulated to a predefinable target pressure. For example, the opening of the metering valve causes pressure fluctuations or pressure changes in the line system, which are compensated by a change in the speed of the feed pump motor.

Um eine optimale Abgasnachbehandlung zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass das Reduktionsmittel bedarfsabhängig sehr genau und präzise eingespritzt wird. Es erfolgt daher eine geregelte Ansteuerung des Dosierventils. Maßgeblich für die ordnungsgemäße Abgasnachbehandlung ist die Funktion des Dosierventils. Es ist daher bekannt, die Funktion des Dosierventils zu diagnostizieren bzw. zu überprüfen. Beispielsweise beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 013 293 A1 ein Verfahren zur Diagnose des Dosierventils, bei dem der Druck im Reagenzmitteldosiersystem beobachtet wird und anhand eines Vergleichs mit Schwellenwerten überprüft wird, ob das Dosierventil beispielsweise offen oder geschlossen klemmt. Nachteilig hierbei ist, dass das Verfahren zu Diagnosezwecken einen Eingriff in den Dosiervorgang erfordert.In order to enable optimal exhaust aftertreatment, it is necessary that the reducing agent is injected very precisely and precisely as needed. There is therefore a controlled control of the metering valve. Decisive for the proper exhaust aftertreatment is the function of the dosing valve. It is therefore known to diagnose or check the function of the metering valve. For example, the German Offenlegungsschrift describes DE 10 2006 013 293 A1 a method for diagnosing the metering valve, in which the pressure in the reagent metering system is monitored and a comparison with threshold values is used to check whether the metering valve is stuck open or closed, for example. The disadvantage here is that the method requires an intervention in the dosing process for diagnostic purposes.

Die vorliegende Erfindung stellt sich demgegenüber die Aufgabe, das Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Dosierventils in einer Dosiereinrichtung zu vereinfachen und zu verbessern bzw. ein alternatives Verfahren zur Plausibilisierung eines Dosierventils bereitzustellen.The present invention has the object of simplifying and improving the method for monitoring the function of a metering valve in a metering device or to provide an alternative method for checking the plausibility of a metering valve.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Dosierventils gelöst, wie es Gegenstand des Anspruchs 1 ist. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a method for monitoring the function of a metering valve, as it is the subject of claim 1. Preferred embodiments of this method emerge from the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einer Dosiereinrichtung, insbesondere einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems aus, das zur Dosierung des Reduktionsmittels in den Abgasstrang ein Dosierventil und weiter eine Förderpumpe aufweist, wobei die Aktivität der Pumpe in Abhängigkeit von einem im Leitungssystem vorhandenen Reduktionsmitteldruck auf einen vorgebbaren, insbesondere konstanten Druck eingeregelt wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass wenigstens ein Wert, insbesondere ein Korrelationswert, der den Zusammenhang zwischen Ansteuersignalen des Dosierventils und Aktivitätssignalen der Förderpumpe bzw. Aktivitätssignalen des Pumpenmotors repräsentiert, ermittelt wird. Anhand dieses wenigstens einen Wertes wird die Funktion des Dosierventils überprüft. Diesem Verfahren liegt zugrunde, dass die Ansteuerung des Dosierventils, insbesondere die Öffnung des Dosierventils, im Leitungssystem der Dosiereinrichtung Druckschwankungen, in diesem Fall beispielsweise eine Druckabsenkung, bewirkt, die beispielsweise durch eine Drehzahländerung des Pumpenmotors in der Weise ausgeglichen wird, dass ein vorgebbarer, insbesondere ein voreingestellter konstanter Druck eingeregelt wird. Aus diesem Zusammenhang lässt sich erfindungsgemäß schließen, ob die Ansteuerung des Dosierventils tatsächlich zu einer Änderung des Öffnungszustandes des Dosierventils geführt hat. Dieser Zusammenhang lässt sich anhand wenigstens eines Korrelationswertes zwischen den Ansteuersignalen des Dosierventils und den Aktivitätssignalen der Förderpumpe erfassen, sodass erfindungsgemäß anhand des Korrelationswertes die Funktion des Dosierventils überwacht werden kann. Wird der zu erwartende Zusammenhang zwischen den Aktivitätssignalen der Förderpumpe, beispielsweise der Pumpenmotorgeschwindigkeit, und der Ansteuerung des Dosierventils festgestellt, ist davon auszugehen, dass das Dosierventil ordnungsgemäß funktioniert. Kann der erwartete Zusammenhang nicht festgestellt werden, ist davon auszugehen, dass das Dosierventil nicht ordnungsgemäß funktioniert, also trotz Ansteuerung nicht wie angesteuert öffnet oder schließt, und beispielsweise geschlossen oder offen klemmt. In diesem Fall kann beispielsweise im Rahmen einer On-Board-Diagnostik (OBD) ein Fehlersignal ausgegeben werden.The inventive method is based on a metering device, in particular a metering device of an SCR catalyst system, which has a metering valve and further a feed pump for metering the reducing agent into the exhaust line, the activity of the pump being dependent on a reducing agent pressure present in the line system to a predefinable, in particular constant pressure is regulated. According to the invention, it is provided that at least one value, in particular a correlation value, which represents the relationship between activation signals of the metering valve and activity signals of the delivery pump or activity signals of the pump motor, is determined. On the basis of this at least one value, the function of the metering valve is checked. This method is based on the fact that the control of the metering valve, in particular the opening of the metering, in the line system of the metering pressure fluctuations, in this case, for example, a pressure reduction, causes, for example, is compensated by a speed change of the pump motor in such a way that a predefinable, in particular a preset constant pressure is adjusted. From this context, it can be concluded according to the invention whether the actuation of the metering valve has actually led to a change in the opening state of the metering valve. This relationship can be detected on the basis of at least one correlation value between the control signals of the metering valve and the activity signals of the feed pump, so that according to the invention the correlation value, the function of the metering valve can be monitored. If the expected relationship between the activity signals of the feed pump, for example, the pump motor speed, and the control of the metering valve is detected, it is assumed that the metering valve is working properly. If the expected relationship can not be determined, it can be assumed that the metering valve is not working properly, so despite activation, it does not open or close as directed and, for example, it closes or jams open. In this case, for example, an error signal can be output in the context of an on-board diagnostic (OBD).

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, eine zuverlässige Aussage über die Funktion des Dosierventils zu erhalten, und zwar unabhängig von der Stärke der Ansteuerung des Dosierventils und unabhängig von der Änderung der Ansteuerung des Dosierventils. Bei dem aus der DE 10 2006 013 293 A1 bekannten Verfahren ist es zur Plausibilisierung des Dosierventils hingegen erforderlich, die Ansteuerdauer des Dosierventils um einen erheblichen Wert zu ändern, damit zuverlässig eine Plausiblisierung durchgeführt werden kann.The inventive method makes it possible to obtain a reliable statement about the function of the metering valve, regardless of the strength of the control of the metering valve and regardless of the change in the control of the metering valve. In the from the DE 10 2006 013 293 A1 On the other hand, in order to check the plausibility of the metering valve, it is necessary to change the actuation time of the metering valve by a considerable amount, so that plausibility can be reliably carried out.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Ermittlung des wenigstens einen Wertes bzw. des wenigstens einen Korrelationswertes Ansteuersignale des Dosierventils während eines Dosiervorgangs herangezogen. Während des Dosiervorgangs, also während der Öffnung des Dosierventils, kommt die Korrelation bzw. der Zusammenhang zwischen der Aktivität des Dosierventils und der erfindungsgemäß berücksichtigten Regelung der Förderpumpe in Abhängigkeit von den Druckschwankungen, die durch das Öffnen des Dosierventils zustande kommen, besonders deutlich zum Tragen. So ist es möglich, dass eine fehlerhafte Funktion des Dosierventils feststellbar ist, wenn das Dosierventil trotz Ansteuerung nicht wie angesteuert öffnet oder schließt, beispielsweise machen bei einem offen oder geschlossen klemmenden Dosierventil die hierdurch entstehenden Druckschwankungen im Leitungssystem eine Regelung des Förderpumpenmotors erforderlich, die nicht mit der Ansteuerung des Dosierventils korreliert, sodass auch in diesem Fall aus den Korrelationswerten auf die nicht ordnungsgemäße Funktion des Dosierventils geschlossen werden kann.In a preferred embodiment of the method according to the invention, control signals of the metering valve during a metering operation are used to determine the at least one value or the at least one correlation value. During the metering process, ie during the opening of the metering valve, the correlation or the relationship between the activity of the metering valve and the inventively taken into account control of the feed pump in response to the pressure fluctuations, which come about by opening the metering valve, particularly evident. Thus, it is possible that a malfunctioning function of the metering valve can be determined if the metering valve does not open or close as controlled despite activation, for example, make the resulting pressure fluctuations in the piping system control of the feed pump motor with an open or closed clamping metering, not with the control of the metering valve correlates, so that in this case from the correlation values on the improper operation of the metering valve can be closed.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Aktivitätssignale des Pumpenmotors während eines Dosiervorgangs zur Ermittlung des wenigstens einen Wertes herangezogen werden. Dies kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu der Berücksichtigung der Ansteuersignale des Dosierventils während eines Dosiervorgangs zur Ermittlung des wenigstens einen Wertes erfolgen.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the activity signals of the pump motor during a metering operation can be used to determine the at least one value. This can be done, for example, alternatively or in addition to the consideration of the control signals of the metering valve during a dosing to determine the at least one value.

Vorzugsweise wird der Wert für den Zusammenhang zwischen den Ansteuersignalen des Dosierventils und den Aktivitätssignalen der Förderpumpe anhand folgender Funktionen ermittelt:

Figure 00040001
wobei

r:
Korrelationswert,
x:
Signal_Förderpumpe,
x:
Mittelwert Signal_Förderpumpe,
sx:
Varianz Signal_Förderpumpe,
y:
Signal_Doslerventil,
y:
Mittelwert Signal Dosierventil,
sy:
Varianz Signal_Dosierventil
sind.Preferably, the value for the relationship between the control signals of the metering valve and the activity signals of the feed pump is determined by the following functions:
Figure 00040001
in which
r:
Correlation value,
x:
Signal_Förderpumpe,
x :
Mean signal_pump,
s x :
Variance signal_pump,
y:
Signal_Doslerventil,
y :
Mean signal dosing valve,
s y :
Variance signal dosing valve
are.

Hierbei gilt: –1 ≤ r ≤ 1. Ist der Wert r in der Nähe von 1 oder –1, liegt eine starke positive bzw. negative Korrelation vor. Liegt der Wert in der Nähe von 0, sind die Signale schwach korreliert. In diesem Fall ist davon auszugehen, dass der erwartete Zusammenhang nicht gegeben ist, bzw. dass die Funktion des Dosierventils mangelhaft ist. Für die rechnerische Ermittlung des Korrelationswertes r bzw. des Korrelationskoeffizienten werden beispielsweise die pulsweitenmodulierten Signale des Pumpenmotors und des Dosierventils, die beispielsweise im Steuergerät der Brennkraftmaschine als Duty-Cycle (Tastverhältnis) abrufbar sind, herangezogen.Here: -1 ≤ r ≤ 1. If the value r is close to 1 or -1, there is a strong positive or negative correlation. If the value is close to 0, the signals are weakly correlated. In this case, it can be assumed that the expected relationship is not present, or that the function of the metering valve is deficient. For the computational determination of the correlation value r or of the correlation coefficient, the pulse-width-modulated signals of the pump motor and of the metering valve, for example, which can be called up in the control unit of the internal combustion engine as a duty cycle (duty cycle), are used.

Vorzugsweise wird der erfindungsgemäß ermittelte Korrelationswert mit einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen. Bei einem Unterschreiten des Schwellenwertes wird darauf geschlossen, dass das Dosierventil defekt ist. Ein beispielhafter Schwellenwert liegt im Bereich von circa 0,6 bis circa 0,8. Der jeweils zu wählende Wertebereich für einen Schwellenwert ist insbesondere von der Steifheit des jeweiligen hydraulischen Systems abhängig und kann vorzugsweise empirisch bestimmt und/oder kalibriert werden.Preferably, the correlation value determined according to the invention is compared with a predefinable threshold value. If the threshold value is undershot, it is concluded that the metering valve is defective. An exemplary threshold is in the range of about 0.6 to about 0.8. The respective value range to be selected for a threshold value depends in particular on the stiffness of the respective hydraulic system and can preferably be determined empirically and / or calibrated.

Mit besonderem Vorteil werden ferner Korrelationswerte zu verschiedenen Zeitpunkten bzw. in verschiedenen Zeitfenstern ermittelt, beispielsweise in verschiedenen Zeitfenstern, in denen das Dosierventil im aktuellen Betrieb oder auch zu Diagnosezwecken angesteuert wird. Aus einem hieraus gebildeten Mittelwert der Korrelationswerte kann in besonders zuverlässiger und aussagekräftiger Weise auf die ordnungsgemäße oder mangelhafte Funktion des Dosierventils geschlossen werden.With particular advantage, correlation values are also determined at different times or in different time windows, for example in different time windows in which the dosing valve is actuated in current operation or also for diagnostic purposes. From a mean value of the correlation values formed therefrom, it is possible to conclude, in a particularly reliable and meaningful manner, the proper or defective functioning of the metering valve.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Korrelationswert rekursiv berechnet. Hierdurch können größere Datenmengen vermieden werden. Dies kann beispielsweise für einen Microcontroller eines Steuergeräts einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug vorteilhaft sein.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the correlation value is calculated recursively. As a result, larger amounts of data can be avoided. This may be advantageous, for example, for a microcontroller of a control unit of an internal combustion engine in a motor vehicle.

Mit Vorteil kann es vorgesehen sein, dass vor der Ausgabe einer Fehlermeldung zunächst abgewartet wird, ob der Fehler häufiger oder über eine längere Zeit auftritt. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäß ermittelte Korrelationswert wiederholt unterhalb eines Schwellenwertes liegen muss, bevor eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben wird, sodass falsche Fehlermeldungen vermieden werden.Advantageously, it may be provided that, before issuing an error message, it is firstly to be seen whether the error occurs more frequently or over a longer period of time. For example, it may be provided that the correlation value determined according to the invention must repeatedly be below a threshold value before a corresponding error message is output, so that incorrect error messages are avoided.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des beschriebenen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Mit einem solchen Computerprogramm lässt sich in sehr vorteilhafter Weise das Dosierventil einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems überwachen. Der besondere Vorteil des Computerprogramms ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren ohne Weiteres bei bestehenden Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, ohne das weitere Komponenten in das SCR-Katalysatorsystem eingebaut werden müssten. Es ist lediglich eine Anpassung der Auswertesoftware durch Aufspielen des auf dem Computerprogrammprodukt gespeicherten Computerprogramms beispielsweise im Steuergerät der Brennkraftmaschine erforderlich.The invention further includes a computer program that performs all the steps of the described method when it runs on a computing device or a controller. Finally, the invention comprises a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method described, when the program is executed on a computing device or a control device. With such a computer program, the metering valve of a metering device of an SCR catalyst system can be monitored in a very advantageous manner. The particular advantage of the computer program is that the method according to the invention can be used without problems in existing motor vehicles without the need to install further components in the SCR catalyst system. It is merely an adaptation of the evaluation software by Aufspielen the stored on the computer program product computer program, for example, in the control unit of the internal combustion engine required.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In this case, the individual features can be implemented individually or in combination with each other.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 eine schematische Darstellung der Komponenten der Dosiereinrichtung. eines SCR-Katalysatorsystems (Stand der Technik) und 1 a schematic representation of the components of the metering device. an SCR catalyst system (prior art) and

2 zeitlicher Verlauf der Signale eines Förderpumpenmotors und eines Dosierventils als Duty-Cycle (Tastverhältnis). 2 Time course of the signals of a feed pump motor and a metering valve as a duty cycle (duty cycle).

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

1 zeigt in schematischer Weise die bekannten Komponenten einer Dosiereinrichtung in einem SCR-Katalysatorsystem. Im Abgasstrang 10 einer Brennkraftmaschine 11 ist ein SCR-Katalysator 12 angeordnet, der durch eine selektive katalytische Reduktion (SCR) selektiv Stickoxide im Abgas reduziert. Für diese Reaktion wird Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel eingesetzt. Da Ammoniak eine toxische Substanz ist, wird diese Substanz aus der ungiftigen Trägersubstanz Harnstoff gewonnen, der als flüssige Harnstoffwasserlösung über die Dosiereinrichtung 13 in den Abgasstrang 10 stromaufwärts des SCR-Katalysators 12 eingespritzt wird. Die wässrige Harnstofflösung wird in einem Reduktionsmitteltank 14 bevorratet. Zur Entnahme der Harnstoffwasserlösung ist eine Saugleitung 15 vorgesehen. Das Reduktionsmittel wird über eine Förderpumpe 16 aus dem Reduktionsmitteltank 14 gefördert und unter Druck in der Druckleitung 17 zum Dosierventil 13 geleitet. Die Harnstoffwasserlösung wird präzise und bedarfsgerecht in den Abgasstrang 10 eingespritzt. Hierfür ist der Druck des Reduktionsmittels in der Druckleitung 17 maßgeblich. Dieser Reduktionsmitteldruck wird auf einen vorgebbaren Solldruck geregelt. Hierfür ist ein Drucksensor 18 vorgesehen, der die erfassten Drucksignale an ein Steuergerät 19, beispielsweise ein Motorsteuergerät oder ein gegebenenfalls zusätzlich vorhandenes Steuergerät für das SCR-System, weiterleitet, sodass die Förderpumpe 16 über eine Signalgebung des Steuergeräts 19 den vorgebbaren Solldruck einregeln kann. Die Ansteuerung des Dosierventils 13 erfolgt ebenfalls über eine Signalgebung des Steuergeräts 19. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Zusammenhang zwischen der Öffnung des Dosierventils 13 und dadurch verursachte Druckschwankungen in der Druckleitung 17 im Zusammenhang mit der Regelung der Förderpumpe 16, mit deren Aktivität ein vorgebbarer Solldruck des Reduktionsmittels eingestellt wird, genutzt wird, um die Funktion des Dosierventils 13 zu überwachen. Hierfür wird ein Wert, insbesondere ein Korrelationswert ermittelt, der den Zusammenhang zwischen Ansteuersignalen des Dosierventils 13 und Aktivitatssignalen der Förderpumpe 16 repräsentiert. Mit Hilfe dieses Wertes wird die Funktion des Dosierventils 13 überprüft. Dieses Verfahren wird anhand der in 2 gezeigten Signale des Pumpenmotors und des Dosierventils näher erläutert. 1 schematically shows the known components of a metering device in an SCR catalyst system. In the exhaust system 10 an internal combustion engine 11 is an SCR catalyst 12 arranged, which selectively reduces nitrogen oxides in the exhaust gas by a selective catalytic reduction (SCR). For this reaction, ammonia (NH 3 ) is used as a reducing agent. Since ammonia is a toxic substance, this substance is obtained from the non-toxic carrier substance urea, which acts as a liquid urea water solution via the metering device 13 in the exhaust system 10 upstream of the SCR catalyst 12 is injected. The aqueous urea solution is placed in a reducing agent tank 14 stored. To remove the urea water solution is a suction line 15 intended. The reducing agent is via a feed pump 16 from the reducing agent tank 14 conveyed and under pressure in the pressure line 17 to the metering valve 13 directed. The urea water solution is precisely and needs-based in the exhaust system 10 injected. This is the pressure of the reducing agent in the pressure line 17 prevail. This reducing agent pressure is regulated to a predefinable desired pressure. This is a pressure sensor 18 provided, the detected pressure signals to a control unit 19 , For example, an engine control unit or an optionally additionally existing control unit for the SCR system, forwards, so that the feed pump 16 via a signaling of the control unit 19 can adjust the predetermined target pressure. The activation of the metering valve 13 also takes place via a signaling of the control unit 19 , According to the invention, it is provided that the relationship between the opening of the metering valve 13 and thereby caused pressure fluctuations in the pressure line 17 in connection with the regulation of the feed pump 16 , with the activity of which a prescribable target pressure of the reducing agent is adjusted, is used to control the function of the metering valve 13 to monitor. For this purpose, a value, in particular a correlation value, which determines the relationship between activation signals of the metering valve 13 and activity signals of the feed pump 16 represents. With the help of this value, the function of the metering valve 13 checked. This procedure is based on the in 2 shown signals of the pump motor and the metering valve explained in more detail.

2 zeigt die pulsweitenmodulierten Signale des Pumpenmotors PmpMotSig 21 im oberen Bereich und die pulsweitenmodulierten Signale des Dosierventils DosVtlSig 22 im unteren Bereich über die Zeit bei ordnungsgemäß funktionierendem Dosierventil 13. Der Pumpenmotor 16 wird beispielsweise mittels eines PI-Reglers auf einen voreingestellten konstanten Druck eingeregelt. Durch das Öffnen des Ventils 13 ergeben sich Druckschwankungen im Reduktionsmittel, die der Pumpenmotor 16 durch eine Änderung der Drehzahl ausgleicht. Dieser Zusammenhang bzw. diese Korrelation zwischen den Ansteuersignalen 22 des Dosierventils 13 und den Aktivitatssignalen 21 des Pumpenmotors 16 wird erfindungsgemäß genutzt, um die Funktion des Dosierventils 13 zu überwachen. Ist dieser zu erwartende Zusammenhang gegeben, wird darauf geschlossen, dass das Dosierventil 13 ordnungsgemäß funktioniert. Ist dieser Zusammenhang nicht gegeben, ist davon auszugehen, dass ein Defekt des Dosierventils 13 vorliegt, sodass eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben werden kann. 2 shows the pulse width modulated signals of the pump motor PmpMotSig 21 in the upper area and the pulse width modulated signals of the dosing valve DosVtlSig 22 in the lower area over time with properly functioning metering valve 13 , The pump motor 16 is adjusted to a preset constant pressure, for example, by means of a PI controller. By opening the valve 13 arise pressure fluctuations in the reducing agent, the pump motor 16 compensated by a change in the speed. This relationship or this correlation between the drive signals 22 of the metering valve 13 and the activity signals 21 the pump motor 16 is used according to the invention to the function of the metering valve 13 to monitor. If this expected relationship is given, it is concluded that the metering valve 13 works properly. If this relationship does not exist, it can be assumed that a defect of the metering valve 13 is present, so that a corresponding error message can be issued.

Die Ansteuersignale 22 des Dosierventils und die Aktivitätssignale 21 des Förderpumpenmotors, die im Steuergerät 19 abgerufen werden können, werden zur rechnerischen Ermittlung wenigstens eines Korrelationswertes herangezogen. Mit Vorteil kann diese Ermittlung rekursiv erfolgen. Hierbei werden Signale des Pumpenmotors 16 und Signale des Dosierventils 13 berücksichtigt, die im Wesentlichen zeitgleich bzw. in dem gleichen Zeitfenster auftreten.The drive signals 22 of the metering valve and the activity signals 21 of the feed pump motor, in the control unit 19 can be retrieved, are used for the computational determination of at least one correlation value. Advantageously, this determination can be made recursively. This will be signals from the pump motor 16 and signals of the metering valve 13 taken into account, which occur substantially at the same time or in the same time window.

Die in der 2 dargestellten Signale sind als Tastverhältnis (Duty-Cycle) der pulsweitenmodulierten Signale des Pumpenmotors 21 und des Dosierventils 22 dargestellt. Deutlich zu erkennen ist der Zusammenhang zwischen der Änderung der Dosiermenge, die proportional zum Tastverhältnis 22 ist, und der Änderung der Pumpendrehzahl, die proportional zum Tastverhältnis 21 des Pumpenmotors ist. Erfindungsgemäß wird dieser Zusammenhang als Korrelationswert erfasst, der anhand von Vergleichswerten bzw. Schwellenwerten dahingehend beurteilt wird, ob die zu erwartende Korrelation gegeben ist oder nicht. Vorzugsweise werden für die Ermittlung des Korrelationswertes Daten berücksichtigt, die während eines Dosiervorgangs erfasst werden. In dem in 2 gezeigten Beispiel sind dies beispielweise die Zeitfenster (a), (b) und (c).The in the 2 The signals shown are as duty cycle (duty cycle) of the pulse width modulated signals of the pump motor 21 and the metering valve 22 shown. Clearly visible is the relationship between the change in the dosage, which is proportional to the duty cycle 22 is, and the change in pump speed proportional to the duty cycle 21 the pump motor is. According to the invention, this relationship is detected as a correlation value, which is assessed on the basis of comparison values or threshold values in terms of whether the expected correlation is given or not. Preferably, the determination of the correlation value takes into account data that is acquired during a dosing process. In the in 2 For example, these are the time slots (a), (b) and (c).

Die rechnerische Ermittlung des Korrelationsfaktors wird bevorzugt anhand folgender Funktionen vorgenommen:

Figure 00090001
The mathematical determination of the correlation factor is preferably carried out using the following functions:
Figure 00090001

Hierbei wird die Kovarianz sxy anhand der Formel.

Figure 00090002
berechnet. Hierbei sind

r:
Korrelationswert,
x:
Signal_Förderpumpe,
x:
Mittelwert Signal_Förderpumpe,
sx:
Varianz Signal_Förderpumpe,
y:
Signal_Dosierventil,
y:
Mittelwert Signal_Dosierventil,
sy:
Varianz Signal_Dosierventil.
Here, the covariance s xy is calculated using the formula.
Figure 00090002
calculated. Here are
r:
Correlation value,
x:
Signal_Förderpumpe,
x :
Mean signal_pump,
s x :
Variance signal_pump,
y:
Signal_Dosierventil,
y :
Mean signal dosing valve,
s y :
Variance signal dosing valve.

Dabei gilt –1 ≤ r ≤ 1.In this case, -1 ≦ r ≦ 1.

Mit den oben genannten Funktionen ergibt sich für das in 2 gezeigte Beispiel der Signale des Pumpenmotors und des Dosierventils folgende Korrelationsfaktoren für die zeitlichen Bereiche (a), (b) und (c).

  • (a) 62 s bis 264 s: Korrelationsfaktor r1 = 0,805
  • (b) 499 s bis 699 s: Korrelationsfaktor r2 = 0,813
  • (c) 1124 s bis 1249 s: Korrelationsfaktor r3 = 0,820.
With the above functions arises for the in 2 shown example of the signals of the pump motor and the metering valve following correlation factors for the time ranges (a), (b) and (c).
  • (a) 62 s to 264 s: correlation factor r 1 = 0.805
  • (b) 499 s to 699 s: correlation factor r 2 = 0.813
  • (c) 1124 s to 1249 s: correlation factor r 3 = 0.820.

Diese beispielhaften Werte zeigen die gute Korrelation der beiden Größen PmpMotSig und DosVtlSig. Die Korrelation ist in den verschiedenen Zeitfenstern etwa gleich.These exemplary values show the good correlation between the two quantities PmpMotSig and DosVtlSig. The correlation is about the same in the different time windows.

Mit besonderem Vorteil wird für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Schwellenwert festgelegt, der insbesondere von der Steifheit des hydraulischen Systems abhängig ist und beispielsweise im Bereich von circa 0,6 bis circa 0,8 liegen kann. Befindet sich der errechnete Korrelationsfaktor unterhalb dieses Schwellenwertes ist davon auszugehen, dass keine ausreichende Korrelation gegeben ist und ein Defekt des Dosierventils 13 vorliegt.With particular advantage, a threshold is set for carrying out the method according to the invention, which is dependent in particular on the stiffness of the hydraulic system and may for example be in the range of about 0.6 to about 0.8. If the calculated correlation factor is below this threshold, it can be assumed that there is no sufficient correlation and a defect of the metering valve 13 is present.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise folgendermaßen durchgeführt werden:
Zunächst wird geprüft, ob das Dosierventil 13 aktiviert ist. Während eines oder mehrerer Dosiervorgänge werden Korrelationswerte anhand der oben beschriebenen Funktion ermittelt, wobei die pulsweitenmodulierten Signale PmpMotSig und DosVtlSig herangezogen werden. Alternativ können die Werte rekursiv nach aus der Fachliteratur bekannten statistischen Methoden berechnet werden, um größere Datenmengen zu vermeiden. Bei der Auswertung der Daten sollte berücksichtigt werden, dass es in Folge einer zu geringen Abtastfrequenz zu unerwünschten Alias-Effekten kommen kann. Daher sollten die Signale des Pumpenmotors und des Dosierventils in den gleichen Zeitintervallen ausgewertet werden. Die Korrelationswerte können für mehrere Zeitbereiche bzw. Zeitfenster berechnet werden. Vorzugsweise werden hierbei die Bereiche verworfen, in denen der Duty-Cycle bzw. das Tastverhältnis des Dosierventils etwa 0% ist. Weiterhin können die Werte um den Ein- und Auszeitschaltpunkt des Dosierventils verworfen werden. Falls die berechneten ri-Werte in einem zu definierenden Intervall, in dem verlässliche und auswertbare Daten zu erwarten sind, liegen (Korr_min_C ≤ ri ≤ Korr_max_C, i = 1, 2, ...) werden die Werte akzeptiert und der Mittelwert r_Mittel = 1/i·(r1 + r2 + ... ri) gebildet. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die zurückliegenden n Werte des Pumpenmotortastverhältnisses und des Dosierventiltastverhältnisses betrachtet werden. Befindet sich unter den Dosierventiltastverhältnissen mindestens ein solcher Messpunkt, an dem das Dosierventil nicht angesteuert worden ist, das heißt DosVtlSig = 0, werden die n Werte nicht betrachtet. Ansonsten wird der Korrelationskoeffizient r_Alt der zwei Signale berechnet. Dieser Vorgang kann in jedem Steuergerätezyklus durchgeführt werden.The process according to the invention can be carried out, for example, as follows:
First, it checks if the metering valve 13 is activated. During one or more dosing operations, correlation values are determined using the function described above using the pulse width modulated signals PmpMotSig and DosVtlSig. Alternatively, the values can be calculated recursively according to statistical methods known from the specialist literature, in order to avoid larger amounts of data. When evaluating the data, it should be taken into account that unwanted aliasing effects can occur as a result of too low a sampling frequency. Therefore, the pump motor and metering valve signals should be evaluated at the same time intervals. The correlation values can be calculated for several time ranges or time windows. Preferably, the areas are discarded in which the duty cycle or the duty ratio of the metering valve is about 0%. Furthermore, the values can be discarded by the on and off switching point of the metering valve. If the calculated r i values are to be defined in an interval to be defined in which reliable and evaluable data are to be expected (Korr_min_C ≦ r i ≦ Korr_max_C, i = 1, 2,...), The values are accepted and the mean value r_Mittel = 1 / i * (r 1 + r 2 + ... r i ). Alternatively or in addition, the past n values of the pump motor duty ratio and the metering valve duty ratio may be considered. If at least one such measuring point at which the metering valve has not been actuated, ie DosVtlSig = 0, is below the metering valve duty ratios, the n values are not considered. Otherwise, the correlation coefficient r_Alt of the two signals is calculated. This process can be performed in each ECU cycle.

Der Wert r_Mittel wird mit einem Schwellenwert r_Plaus_C verglichen. Der Schwellenwert wird vorzugsweise experimentell bestimmt und liegt beispielsweise zwischen 0,6 und 0,8. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann r_Alt mit einem Schwellenwert verglichen werden, sobald ein r_Alt ermittelt worden ist.The value r_Mittel is compared with a threshold r_Plaus_C. The threshold is preferably determined experimentally and is for example between 0.6 and 0.8. Additionally or alternatively, r_Alt may be compared to a threshold once a r_Alt has been determined.

Falls der ermittelte Korrelationswert r_Mittel > r_Plaus_C ist, ist das Dosierventil in Ordnung. Falls r_Mittel ≤ r_Plaus_C ist, kann ein Fehlersignal ausgegeben werden. Mit besonderem Vorteil kann der Schwellenwert r_Plaus_C ein Kalibrationswert sein, der bei Bedarf oder in regelmäßigen Abständen überprüft und angepasst wird. Alternativ oder zusätzlich zur Mittelwertbildung r_Mittel und Vergleich dieses Wertes mit dem Schwellenwert kann der Wert r_Alt betrachtet und mit dem Schwellenwert verglichen werden.If the determined correlation value r_Mittel> r_Plaus_C, the metering valve is in order. If r_Mittel ≤ r_Plaus_C, an error signal can be output. With particular advantage, the threshold value r_Plaus_C can be a calibration value that is checked and adjusted as needed or at regular intervals. As an alternative or in addition to the averaging r_Mittel and comparison of this value with the threshold, the value r_Alt can be considered and compared with the threshold value.

Um falsche Fehlermeldungen zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, eine Entprellung vorzunehmen, das heißt, es wird erst nach mehreren Messungen, die auf einen Defekt schließen lassen, ein Plausibilisierungsfehler gemeldet bzw. angezeigt.In order to avoid false error messages, it may be provided to undertake debouncing, that is, a plausibility error is reported or displayed only after several measurements that indicate a defect.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass keine großen Änderungen in der Dosiermengenanforderung erforderlich sind. Das Verfahren kann ohne weiteren Eingriff in die Dosiervorgänge während des laufenden Betriebs durchgeführt werden, wobei die Daten bzw. Signale des Dosierventils und des Förderpumpenmotors kontinuierlich oder zu diskreten Zeitintervallen erfasst und erfindungsgemäß ausgewertet werden.The inventive method has the advantage that no major changes in the Dosiermengenanforderung are required. The method can be carried out without further intervention in the metering operations during operation, wherein the data or signals of the metering valve and the feed pump motor are detected continuously or at discrete time intervals and evaluated according to the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006013293 A1 [0005, 0009] DE 102006013293 A1 [0005, 0009]

Claims (9)

Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Dosierventils (13) in einer Dosiereinrichtung, insbesondere in einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems, wobei die Dosiereinrichtung eine Förderpumpe (16) aufweist, deren Aktivität auf einen vorgebbaren Reduktionsmitteldruck eingeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wert, insbesondere ein Korrelationswert, der den Zusammenhang zwischen Ansteuersignalen (22) des Dosierventils (13) und Aktivitätssignalen (21) der Förderpumpe (16) repräsentiert, ermittelt wird und anhand des wenigstens einen Wertes die Funktion des Dosierventils (13) überprüft wird.Method for monitoring the function of a metering valve ( 13 ) in a metering device, in particular in a metering device of an SCR catalyst system, wherein the metering device is a delivery pump ( 16 ), whose activity is adjusted to a predefinable reducing agent pressure, characterized in that at least one value, in particular a correlation value, determines the relationship between activation signals ( 22 ) of the metering valve ( 13 ) and activity signals ( 21 ) of the feed pump ( 16 ), is determined, and based on the at least one value, the function of the metering valve ( 13 ) is checked. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuersignale (22) des Dosierventils (13) während eines Dosiervorgangs zur Ermittlung des wenigstens einen Wertes herangezogen werden.Method according to Claim 1, characterized in that the drive signals ( 22 ) of the metering valve ( 13 ) are used during a metering process to determine the at least one value. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivitätssignale (21) der Förderpumpe (16) während eines Dosiervorgangs zur Ermittlung des wenigstens einen Wertes herangezogen werden.Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the activity signals ( 21 ) of the feed pump ( 16 ) are used during a metering process to determine the at least one value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Korrelationswert anhand folgender Funktionen ermittelt wird:
Figure 00120001
und
Figure 00130001
wobei r: Korrelationswert, x: Signal_Förderpumpe, x : Mittelwert Signal_Förderpumpe, sx: Varianz Signal_Förderpumpe, y: Signal_Dosierventil, y : Mittelwert Signal_Dosierventil, sy: Varianz Signal_Dosierventil sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one correlation value is determined by means of the following functions:
Figure 00120001
and
Figure 00130001
where r: correlation value, x: signal delivery pump, x : Mean signal_feed pump, s x : variance signal_feed pump, y: signal_dosing valve, y : Mean signal_dosing valve, s y : variance signal_dosing valve. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Korrelationswert mit einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen wird und bei einem Unterschreiten des Schwellenwertes darauf geschlossen wird, dass das Dosierventil (13) defekt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined correlation value is compared with a predefinable threshold value and it is concluded when the threshold falls below the threshold value that the metering valve ( 13 ) is defective. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Korrelationswerte zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt und ein Mittelwert der Korrelationswerte gebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that correlation values are determined at different times and an average value of the correlation values is formed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Korrelationswert rekursiv ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one correlation value is determined recursively. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät (19) abläuft.A computer program executing all the steps of a method according to one of claims 1 to 7, when it is stored on a computing device or a control device ( 19 ) expires. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät (19) ausgeführt wird.Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out a method according to one of claims 1 to 7, when the program is stored on a computing device or a control device ( 19 ) is performed.
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