DE102009045989A1

DE102009045989A1 - Verfahren zur Überwachung eines Heizsystems für einen Reduktionsmitteltank und eine Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems

Info

Publication number: DE102009045989A1
Application number: DE102009045989A
Authority: DE
Inventors: Buelent Barcin; Andreas Hammer; Simon Latzel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-04-28
Also published as: CN102052131A; FR2951777B1; FR2951777A1; CN102052131B

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines Heizsystems für einen Reduktionsmitteltank und eine Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems mit wenigstens einer Tankheizung, wenigstens einer Druckleitungsheizung und wenigstens einer Fördermodulheizung bereitgestellt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsparameter und Sensorwerte des SCR-Katalysatorsystems erfasst und verarbeitet und innerhalb vorgebbarer Toleranzen (4, 5) mit Referenzwerten (1) verglichen und hieraus auf fehlerhaftes Verhalten des Heizsystems geschlossen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Heizsystems für einen Reduktionsmitteltank und eine Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems mit wenigstens einer Tankheizung, wenigstens einer Druckleitungsheizung und wenigstens einer Fördermodulheizung.
Stand der Technik
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 Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Dadurch 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 werden daher NH₃ beziehungsweise NH₃-abspaltende Reagenzien eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung (Harnstoffwasserlösung) verwendet, die vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang mithilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Aus dieser Lösung bildet sich NH₃, das als Reduktionsmittel wirkt. Zur Bevorratung der Harnstoffwasserlösung ist ein Reduktionsmitteltank beziehungsweise ein Harnstoffwasserlösungstank vorgesehen.
Zur Förderung der Harnstoffwasserlösung aus dem Reduktionsmitteltank ist in der Regel eine Pumpe als Bestandteil eines Fördermoduls vorgesehen, die die Lösung durch ein Leitungssystem befördert, so dass die Harnstoffwasserlösung über eine Druckleitung und ein Dosierventil, beispielsweise ein elektromagnetisches Einspritzventil, unter Druck in den Abgasstrang eingespritzt werden kann.
Die üblicherweise verwendete, normierte Harnstoffwasserlösung hat die Eigenschaft, bei circa –11°C zu gefrieren. Um eine ordnungsgemäße Abgasnachbehandlung auch bei tiefen Außentemperaturen gewährleisten zu können, ist es erforderlich, zumindest den Reduktionsmitteltank zu beheizen. Hierfür ist in der Regel ein Heizsystem vorgesehen, das aus einer Tankheizung, einer Druckleitungsheizung und einer Fördermodulheizung sowie Temperatursensoren und der dazugehörigen Heizungssteuerung besteht. Die Heizelemente des Heizsystems umfassen üblicherweise Elemente mit ohmschem Charakter und sogenannte PTC-Elemente. PTC-Elemente sind Kaltleiter-Elemente, die stromleitende Materialien umfassen, die bei tieferen Temperaturen den Strom besser leiten als bei hohen Temperaturen. Der elektrische Widerstand vergrößert sich mit steigender Temperatur, so dass mit steigender Temperatur die erzeugte Wärmeleistung sinkt und eine „Selbstregelung” des Heizelements erfolgt. Somit wird eine starke Überhitzung oder Dauerbestromung vermieden. Ein Reduktionsmitteltankheizer kann beispielsweise aus zwei parallel geschalteten PTC-Elementen aufgebaut sein, die zwischen zwei in Reihe geschalteten ohmschen Heizelementen angeordnet sind.
Die einzelnen Elemente des Heizsystems, insbesondere auch die PTC-Heizelemente, sind mechanischen und elektrischen Belastungen ausgesetzt. Die Beschädigung eines Bauteils führt zur Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit oder sogar zum kompletten Ausfall des Systems. Speziell bei der Beschädigung eines PTC-Elements findet eine zu hohe oder zu geringe Bestromung der Heizung statt. Da ein funktionierendes Heizsystem eine Voraussetzung für eine ordnungsgemäße Abgasnachbehandlung ist, ist es erforderlich, die Funktionsfähigkeit des Heizsystems zu überwachen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 34 561 A1 schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsprüfung einer elektrischen Heizeinrichtung mit einem PTC-Heizelement vor, bei dem nach dem Einschalten der Heizeinrichtung die Stärke des durch das PTC-Heizelement fließenden Heizstromes während einer bestimmten Zeitspanne erfasst wird. Es wird dabei festgestellt, ob während der Zeitspanne die Stärke des Heizstroms einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet oder zumindest erreicht, so dass gegebenenfalls ein Defekt signalisiert werden kann. Allerdings liefert dieses Verfahren keine befriedigende Lösung, wenn mehr als ein Heizelement, insbesondere ein Heizelementverbund oder ein komplexes Heizsystem überprüft werden soll, da insbesondere bei parallel geschalteten PTC-Heizelementen keine eindeutige Aussage über Art und Lokalisation der Störung getroffen werden kann. Zudem unterliegt der Stromfluss in der Heizeinrichtung nicht unerheblichen Schwankungen, so dass es bei diesem Verfahren leicht zu falschen Aussagen kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Überwachung eines Heizsystems für einen Reduktionsmitteltank und eine Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems zu verbessern, um zuverlässig sicherstellen zu können, dass für eine ordnungsgemäße Abgasnachbehandlung bei tiefen Außentemperaturen ausreichend flüssige Reduktionsmittellösung vorhanden ist. Auftretende Fehler sollen hierbei zuverlässig erkannt, lokalisiert und entsprechend signalisiert beziehungsweise verarbeitet werden können.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung eines Heizsystems für einen Reduktionsmitteltank und eine Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Zur Überwachung eines Heizsystems für einen Reduktionsmitteltank und eine Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems mit wenigstens einer Tankheizung, wenigstens einer Druckleitungsheizung und wenigstens einer Fördermodulheizung sieht die Erfindung ein Verfahren vor. Bei diesem Verfahren werden Betriebsparameter und Sensorwerte des SCR-Katalysatorsystems erfasst und verarbeitet, diese Werte werden mit Referenzwerten innerhalb vorgebbarer Toleranzen verglichen und hieraus wird gegebenenfalls auf fehlerhaftes Verhalten des Heizsystems geschlossen. Das Verfahren erlaubt eine Überwachung des komplexen Heizsystems des Reduktionsmitteltanks und der Dosiereinrichtung des SCR-Katalysatorsystems, bei der verschiedene Fehler, die im Heizsystem auftreten können, erfasst werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den jeweiligen Fehler zu lokalisieren und eine Fehlermeldung auszugeben, sodass der Schaden behoben werden kann. Durch die Lokalisation des Fehlers ist es möglich, gegebenenfalls nur ein Teilsystem abzuschalten, um weitere Folgeschäden zu vermeiden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens untergliedert sich das Verfahren in Subroutinen bzw. es werden Verfahrensschritte in einzelnen Modulen zusammengefasst, insbesondere in wenigstens zwei und vorzugsweise mehreren Modulen. Die Hauptüberwachung und die Freigabe einzelner Heizkreise werden vorzugsweise von einem übergeordneten Modul UHC_Mon ausgeführt. Für die verschiedenen Heizkreise beziehungsweise Einzelheizungen sind vorzugsweise separate, untergeordnete Module UHC_MonCx vorgesehen. Die Gliederung des erfindungsgemäßen Verfahrens in mehrere Module erlaubt eine gezielte Überwachung der verschiedenen Komponenten oder Bauteilverbünde des Heizsystems und damit eine Fehlerlokalisation. Die Untergliederung in einzelne Module erlaubt darüber hinaus eine gezielte Freigabe einzelner Komponenten des Heizsystems, so dass beispielsweise bei einem Fehler in einem Teilsystem dieses Teilsystem gezielt abgeschaltet werden kann.
Mit besonderem Vorteil sind vier Module vorgesehen. Bei diesen vier Modulen handelt es sich insbesondere um das übergeordnete Modul UHC_Mon zur Hauptüberwachung und Freigabe einzelner Heizkreise. Weiterhin sind als untergeordnete Module ein Modul UHC_MonC1 zur Überwachung eines ersten Tankheizkreises, ein Modul UHC_MonC2 zur Überwachung der Druckleitungsheizung und der Fördermodulheizung, die in einem Heizkreis zusammengefasst sind, und ein Modul UHC_MonC3 zur Überwachung eines zweiten Tankheizkreises vorgesehen.
Vorzugsweise sind die untergeordneten Module, insbesondere die Module UHC_MonC1, UHC_MonC2 und/oder UHC_MonC3 zur Erkennung von Kurzschlüssen und/oder Leitungsunterbrechungen in dem Heizsystem vorgesehen. Hierbei beruht die Erkennung von Kurzschlüssen und/oder Leitungsunterbrechungen vorzugsweise auf der Erkennung der PTC-Charakteristik einzelner Heizungselemente. Wie eingangs erwähnt, weisen die in elektrischen Heizungsbauteilen verwendeten PTC-Elemente eine charakteristische Stromverlaufskurve in Abhängigkeit von der Temperatur auf. Der Stromfluss steigt bei einer Heizeinrichtung mit einem oder mehreren PTC-Elementen nach dem Einschalten kontinuierlich an. Zugleich steigt die Temperatur durch die Heizwirkung der Heizeinrichtung. Dies bewirkt im Kristallinneren des PTC-Elements durch die Eigenerwärmung eine Vergrößerung des elektrischen Widerstandes, so dass nach Erreichen einer maximalen Stromspitze der Strom wieder abgeregelt wird. Diese charakteristische Stromverlaufskurve von PTC-Elementen wird erfindungsgemäß genutzt, um Kurzschlüsse und/oder Leitungsunterbrechungen in dem Heizsystem zu erkennen. Erfindungsgemäß werden Sensorwerte, die den durch die jeweiligen Heizelemente fließenden Gesamtstrom beziehungsweise den Stromspiegel repräsentieren, erfasst und mit Referenzwerten verglichen, die bei einer ordnungsgemäß funktionierenden Heizeinrichtung zu erwarten wären. Hierbei wird vorzugsweise die an die jeweilige Heizeinrichtung angelegte Spannung berücksichtigt, da sie einen erheblichen Einfluss auf den Gesamtstrom und damit die maximal mögliche Heizleistung ausüben kann. Vorzugsweise wird daher auch die Batteriespannung mit einbezogen. Die Referenzwerte repräsentieren Werte, die bei einer ordnungsgemäßen Funktion des Heizelements zu erwarten sind. Bei einer Abweichung der erfassten Sensorwerte von den Referenzwerten kann daher auf einen Fehler geschlossen und vorzugsweise ein entsprechendes Fehlersignal ausgegeben werden.
Für den Vergleich von Messwert und Referenzwert kann beispielsweise die maximale Stromspitze des Gesamtstroms der jeweiligen Einheit herangezogen werden. Die Verwendung der maximalen Stromspitze als Messwert ist besonders geeignet, da dieser Wert besonders einfach und fehlerfrei zu ermitteln ist. Hierfür kann beispielsweise nach dem Einschaltzeitpunkt des Heizkreises der fließende Gesamtstrom kontinuierlich ausgelesen werden. Der gelesene Wert wird immer mit dem nächsten gelesenen Wert verglichen. Wenn der aktuelle Wert größer als der Vorgängerwert ist, wird der alte Wert überschrieben. Dieses Vorgehen wird so lange wiederholt, bis die maximale Stromspitze erreicht ist. Die Stromspitze ist dann erreicht, wenn der Vorgängerwert größer als der aktuell gemessene Wert ist. Die so detektierte maximale Stromspitze wird für einen Vergleich mit einem Referenzwert herangezogen.
In anderen Ausführungsformen können als Referenzwerte Stromverläufe über die Zeit und/oder über die Temperatur mit geeigneten Toleranzbändern hinterlegt sein, die den zu erwartenden charakteristischen Stromverlauf widerspiegeln.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das übergeordnete Modul UHC_Mon wenigstens einen der folgenden Eingangsparameter:

– Anforderung der Heizkreise,
– Stromfluss in den untergeordneten Modulen UHC_MonCx und
– vorzugsweise die Tanktemperatur.

Die Aufgabe dieses Moduls besteht darin, die einzelnen angeforderten Heizkreise freizuschalten, sofern kein Fehler vorliegt, und den benötigten Gesamtstrom zu berechnen. Darüber hinaus kann überprüft werden, ob die Tanktemperatur zu hoch ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das untergeordnete Modul UHC_MonC1, das zur Überwachung des ersten Tankheizkreises vorgesehen ist, wenigstens einen der folgenden Eingangsparameter:

– Batteriespannung,
– Zeitdauer seit der letzten Motorabschaltung,
– Tanktemperatur,
– Freigabe seitens der SCR-Überwachung,
– Status der Heizeransteuerung,
– bisheriger Freigabestatus des Moduls UHC_MonC1,
– gemessener Strom des ersten Tankheizkreises und/oder
– Status der ersten Tankheizung-Endstufe.

Mit diesen Parametern, die in Form entsprechender Sensorwerte und Betriebsparameter erfasst und verarbeitet werden, lassen sich Kurzschluss- und Leerlauffehler im Vergleich mit der charakteristischen Leistungskurve eines ordnungsgemäß funktionierenden Systems erkennen. Zur Ermittlung der charakteristischen Leistungskurve beziehungsweise geeigneter Referenzwerte werden vorzugsweise Toleranzkurven aus Batteriespannung, Strom, Referenzkurve und Toleranzfaktoren berechnet.
Durch Erfassung und Auswertung der verschiedenen Parameter in der beschriebenen Weise sind folgende Ausgabeparameter des Moduls UHC_MonC1 möglich:

– größte aufgetretene elektrische Leistung an der Heizung,
– Angabe, dass eine Maximalleistung aufgetreten ist und/oder
– Annahme eines Warmstarts.

Für den Vergleich der Sensorwerte mit den Referenzwerten wird vorzugsweise der gemessene Maximalwert (max power) mit den modellierten Maximalwerten (min/max threshold) verglichen. Liegt der tatsächliche Wert über der Obergrenze, wird ein PTC-Kurzschluss erkannt. Weiterhin kann ein Kurzschluss erkannt werden, wenn ein Strom bei ausgeschalteter Heizung fließt. Die modellierten Maximalwerte beziehungsweise modellierten Stromverläufe, die beispielsweise aus der Starttemperatur und der Heizzeit gebildet werden, werden also mit dem tatsächlichen Ist-Stromsignal verglichen und bei einer Abweichung außerhalb vorgebbarer Toleranzen auf einen Fehler geschlossen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das untergeordnete Modul UHC_MonC2, das zur Überwachung der Druckleitungs- und der Fördermodulheizung, die in einem Heizkreis (Druckleitungsheizkreis) zusammengefasst sind, vorgesehen ist, wenigstens einen der folgenden Eingangsparameter:

– Batteriespannung,
– Zeitdauer seit der letzten Motorabschaltung,
– Umgebungstemperatur,
– Tanktemperatur,
– Freigabe seitens der SCR-Überwachung,
– Status der Heizeransteuerung,
– bisheriger Freigabestatus des Moduls UHC_MonC2,
– gemessener Strom des Druckleitungsheizkreises und/oder
– Status der Druckleitungsheizungs-Endstufe.

Die Eingangsparameter des Moduls UHC_MonC2 sind also den Eingangsparametern des Moduls UHC_MonC1 ähnlich, mit den Ausnahmen, dass zusätzlich die Umgebungstemperatur erfasst wird und statt des Freigabestatus des Moduls UHC_MonC1, des gemessenen Stroms des ersten Tankheizkreises und des Status der ersten Tankheizungs-Endstufe der bisherige Freigabestatus des Moduls UHC_MonC2, der gemessene Strom des Druckleitungsheizkreises und der Status der Druckleitungsheizungs-Endstufe erfasst werden.
Vergleichbares gilt für die Eingangsparameter des Moduls UHC_MonC3, das zur Überwachung des zweiten Tankheizkreises vorgesehen ist. Hier wird vorzugsweise wenigstens einer der folgenden Eingangsparameter erfasst:

– Batteriespannung,
– Zeitdauer seit der letzten Motorabschaltung,
– Tanktemperatur,
– Freigabe seitens der SCR-Überwachung,
– Status der Heizeransteuerung,
– bisheriger Freigabestatus des Moduls UHC_MonC3,
– gemessener Strom des zweiten Tankheizkreises und/oder
– Status der zweiten Tankheizungs-Endstufe.

Vorzugsweise lassen sich bei allen drei beschriebenen untergeordneten Modulen in der oben erläuterten Weise Kurzschlüsse und/oder Leitungsunterbrechungen in den verschiedenen Komponenten des Heizsystems erkennen und lokalisieren, so dass entsprechende Fehlermeldungen ausgegeben beziehungsweise verarbeitet werden können. Weiterhin lässt sich mit den beschriebenen Eingangsparametern erfassen, ob ein Warmstart anzunehmen ist.
Die Module des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung der einzelnen Heizkreise beziehungsweise der einzelnen Heizungen sind nicht auf die beschriebenen Module beschränkt. Die Ausgestaltung der einzelnen Module und insbesondere deren Eingangs- und Ausgangsparameter können an die jeweiligen Ausgestaltungen der einzelnen Komponenten des jeweils zu überwachenden Heizsystems angepasst werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass wenigstens eines der Module, insbesondere wenigstens eines oder alle untergeordneten Module, zur Erzwingung eines Test-Modus bei nicht betriebenem Heizsystem oder Heizkreis vorgesehen sind. Hierbei kann das Verhalten des Moduls getestet werden, auch wenn das Modul zu dem jeweiligen Zeitpunkt nicht angefordert wird. So können die einzelnen Module in dem Test-Modus betrieben werden, wenn das Heizsystem beziehungsweise die einzelnen Heizkreise beispielsweise längere Zeit nicht in Betrieb waren und ausreichend Leistung verfügbar ist, um das Heizszenario zu Testzwecken zu durchlaufen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das. Verfahren als Schaltungsanordnung oder als Computerprogramm realisiert, das alle Schritte des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Ein solches Computerprogramm oder eine Schaltungsanordnung kann beispielsweise in das Steuergerät einer Brennkraftmaschine, das auch zur Heizungssteuerung vorgesehen ist, implementiert sein. Die Realisierung als Computerprogramm hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren in dieser Form auch bei bereits bestehenden Fahrzeugen implementiert werden kann, ohne dass weitere Hardwarekomponenten installiert werden müssen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Beschreibung der Zeichnungen. Hierbei können die verschiedenen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1 Darstellung der Heizzeit-/Leistungskurve für ein PTC-Heizelement mit der Darstellung verschiedener Fehlerfälle;
2 schematische Darstellung eines übergeordneten Moduls als Bestandteil einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3–5 schematische Darstellungen von untergeordneten Modulen als Bestandteile einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren erfasst Betriebsparameter und Sensorwerte des SCR-Katalysatorsystems und schließt anhand eines Vergleichs dieser Werte beziehungsweise Daten mit Referenzwerten darauf, ob ein fehlerhaftes Verhalten des Heizsystems gegeben ist oder nicht. Die Erfindung macht sich hierbei zunutze, dass verschiedene Heizelemente des Heizsystems ein sogenanntes PTC-Verhalten zeigen. Ein charakteristisches und typisches PTC-Verhalten eines PTC-Heizelements ist in der 1 illustriert. Dargestellt ist eine Heizzeit/Leistungskurve für ein PTC-Element. Der charakteristische Verlauf eines normal funktionierenden PTC-Elements ist mit 1 bezeichnet. Die Leistungskurve 1 liegt innerhalb des Leistungsbandes 3 des SCR-Systems. Nach dem Einschalten steigt der Stromfluss kontinuierlich an. Nach Erreichen eines Maximums 2 sinkt die Leistung wieder ab. Diese Kurve kommt dadurch zu Stande, dass im Inneren des PTC-Elements als Kaltleiter durch die Eigenerwärmung des Heizwiderstands eine Vergrößerung des elektrischen Widerstandes eintritt, sodass nach Erreichen der maximalen Stromspitze der Strom wieder abgeregelt wird. Dieser charakteristische Verlauf 1 wird genutzt, um aus Abweichungen von diesem Leistungsverlauf innerhalb vorgebbarer Toleranzbereiche auf Störungen im Heizsystem schließen zu können. Anhand verschiedener Betriebsparameter und Faktoren, insbesondere unter Berücksichtigung der Batteriespannung, des Stroms, von Referenzkurven und Toleranzfaktoren werden obere und untere Toleranzkurven 4 und 5 berechnet. Die Toleranzkurven 4 und 5 definieren ein Toleranzband. Sofern sich die gemessene Leistungskurve nicht innerhalb dieses Toleranzbandes bewegt, ist davon auszugehen, dass ein Fehler vorliegt. Zum Vergleich des oder der Ist-Werte(s) mit den Referenzwerten kann beispielsweise die maximale Stromspitze 2 herangezogen werden. Liegt die gemessene maximale Stromspitze oberhalb der Maximalschwelle 6 oder unterhalb der Minimalschwelle 7, liegt ein Fehler vor.
In 1 sind verschiedene mögliche Fehlerfälle dargestellt. Ist vor dem Start beziehungsweise dem Einschalten des PTC-Elements beziehungsweise des Heizkreises ein Stromfluss bzw. eine Leistung 8 feststellbar, liegt ein externer Kurzschluss vor (external short circuit error). Steigt beim Einschalten des PTC-Elements die Leistung sprunghaft über die Maximalschwelle 6 an, wie es in dem Verlauf 9 angedeutet ist, liegt ein Kurzschluss am PTC-Element vor (PTC short circuit error). Ist auch nach dem Einschalten des PTC-Elements keine Leistung messbar, wie mit dem Verlauf 10 angedeutet, liegt ein Leerlauf am PTC-Element vor, das heißt, die elektrische Verbindung zum PTC-Element ist unterbrochen (PTC open circuit error).
Die im folgenden erläuterten beispielhaften Module für ein erfindungsgemäßes Verfahren beschreiben ein übergeordnetes Modul UHC_Mon sowie drei untergeordnete Module, die zur Überwachung einzelner Heizkreise vorgesehen sind, und zwar ein Modul zur Überwachung eines ersten Tankheizkreises (Modul UHC_MonC1), ein Modul zur Überwachung eines zweiten Tankheizkreises (UHC_MonC3) und ein Modul zur Überwachung von Heizungen für die Druckleitung und das Fördermodul (UHC_MonC2), die in einem Heizkreis zusammengefasst sind.
2 illustriert die Eingangs- und Ausgangsparameter des übergeordneten Moduls UHC_Mon. Das schematisch dargestellte übergeordnete Modul 20 hat die Aufgabe, einzelne angeforderte Heizkreise freizuschalten (UHC_stMonC1, UHC_stMonC2, UHC_stMonC3), falls kein Fehler anliegt, und den benötigten Gesamtstrom (UHC_iToT) zu berechnen. Weiterhin wird überprüft, ob die Tanktemperatur zu hoch ist. Es wird eine Überhitzung des Tanks erkannt, falls die gemessene Tanktemperatur über einer vorgebbaren Schwelle liegt. Als Eingangsparameter werden die folgenden Werte herangezogen:

– Tanktemperatur (SCRCtl_tUTnk),
– Anforderung der Heizkreise (UHC_stCReq),
– Stromfluss in den untergeordneten Modulen (UHtrPL_iSensDia, UHtrTnk2_iSensDia, UHtrTnk1_iSensDia). Hierbei bezeichnet PL die Heizungen der Druckleitung und des Fördermoduls, Tnk1 und Tnk2 bezeichnen zwei Tankheizkreise.

3 zeigt die Eingangs- und Ausgangsparameter des untergeordneten Moduls 30 (UHC_MonC1), das zur Überwachung des ersten Tankheizkreises vorgesehen ist. Die Eingangsparameter lauten:

– Batteriespannung (BattU_u),
– Zeitdauer seit der letzten Motorabschaltung (EngDa_tiEngOff),
– Tanktemperatur (SCRCtl_tUTnk),
– Freigabe seitens der SCR-Überwachung (SCRMon_stUHC),
– Status der Heizeransteuerung (UHC_stCtl),
– bisheriger Freigabestatus des Moduls UHC_MonC1 (UHC_stMonC1),
– gemessener Strom des ersten Tankheizkreises (UHtrTnk1_iSensDia),
– Status der ersten Tankheizungs-Endstufe (UHtrTnk1_stPs).

Die Ausgangssignale bzw. -parameter sind:

– größte aufgetretene elektrische Leistung an der Heizung (UHC_pwrTnkMaxVal)
– Angabe, dass eine Maximalleistung aufgetreten ist (UHC_stTnkPwrMaxEnd),
– Annahme eines Warmstarts (UHC_stTnkWrmStrt).

Dieses Modul sowie die anderen untergeordneten Module haben die Aufgabe, Kurzschlüsse und Leitungsunterbrechungen anhand der PTC-Charakteristik in den Heizkreisen, also beispielsweise in den Tankheizungen, der Druckleitungsheizung und der Fördermodulheizung zu erkennen. Außerdem können die untergeordneten Module einen Test-Modus erzwingen, bei dem das Verhalten des Moduls getestet wird, während es nicht angefordert wird. In dem Test-Modus wird das Heizszenario zu Testzwecken durchlaufen, wenn beispielsweise das Heizungssystem längere Zeit nicht in Betrieb ist und ausreichend Leistung für das Durchlaufen des Test-Modus verfügbar ist.
Für den Vergleich der gemessenen Werte mit den Referenzwerten wird vorzugsweise der gemessene Maximalwert mit den modellierten Werten, insbesondere mit dem modellierten Maximalwert 6 und dem modellierten Minimalwert 7 verglichen. Liegt der tatsächliche Wert über der Obergrenze 6, wird ein PTC-Kurzschluss erkannt. Liegt er unterhalb des Minimalwertes 7, wird ein Leerlauf erkannt. In einer anderen Messung kann überprüft werden, ob ein Strom bei ausgeschalteter Heizung fließt, wie es im Verlauf 8 in 1 gezeigt ist, sodass auf einen möglichen externen Kurzschluss geschlossen werden kann.
4 zeigt die Eingangs- und Ausgangsparameter des untergeordneten Moduls 40 (UHC_MonC2), das zur Überwachung der Druckleitungsheizung und der Fördermodulheizung, die in einem Heizkreis zusammengefasst sind, vorgesehen ist. Die einzelnen Funktionen sind analog zu den Parametern des Moduls UHC_MonC1. Hierbei sind die Eingangsparameter folgende:

– Batteriespannung (BattU_u),
– Zeitdauer seit der letzten Motorabschaltung (EngDa_tiEngOff),
– Umgebungstemperatur (EnvT_t),
– Tanktemperatur (SCRCtl_tUTnk),
– Freigabe seitens der SCR-Überwachung (SCRMon_stUHC),
– Status der Heizeransteuerung (UHC_stCtl),
– bisheriger Freigabestatus des Moduls UHC_MonC2 (UHC_stMonC2),
– gemessener Strom des Druckleitungsheizkreises (UHtrPL_iSensDia),
– Status der Druckleitungsheizungs-Endstufe (UHtrPL_stPs).

Neben der in diesem Modul feststellbaren Kurzschluss- und Leerlauffehler in der oben beschriebenen Weise kann die Annahme eines Warmstarts, (UHC_stPLWrmStrt) ausgegeben werden.
Das in 5 gezeigte untergeordnete Modul 50 (UHC_MonC3), das zur Überwachung des zweiten Tankheizkreises vorgesehen ist, umfasst die Eingangsparameter:

– Batteriespannung (BattU_u),
– Zeitdauer seit der letzten Motorabschaltung (EngDa_tiEngOff),
– Tanktemperatur (SCRCtl_tUTnk),
– Freigabe seitens der SCR-Überwachung (SCRMon_stUHC),
– Status der Heizeransteuerung (UHC_stCtl),
– bisheriger Freigabestatus des Moduls UHC_MonC3 (UHC_stMonC3),
– gemessener Strom des zweiten Tankheizkreises (UHtrTnk2_iSensDia),
– Status der zweiten Tankheizungs-Endstufe (UHtrTnk2_stPs).

Ausgegeben wird die Annahme eines Warmstarts UHC_stTnkWrmStrt. Die Maximalwertberechnung der Leistungskurve sowie die Modellierung der Referenzwerte und deren Toleranzbänder erfolgt bei den Modulen UHC_MonC1, C2 und C3 in vergleichbarer Weise.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10234561 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Heizsystems für einen Reduktionsmitteltank und eine Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems mit wenigstens einer Tankheizung, wenigstens einer Druckleitungsheizung und wenigstens einer Fördermodulheizung, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsparameter und Sensorwerte des SCR-Katalysatorsystems erfasst und verarbeitet, innerhalb vorgebbarer Toleranzen (4, 5) mit Referenzwerten (1) verglichen und hieraus auf fehlerhaftes Verhalten des Heizsystems geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Subroutinen wenigstens ein übergeordnetes Modul UHC_Mon (20) zur Hauptüberwachung und Freigabe einzelner Heizkreise und wenigstens ein untergeordnetes Modul UHC_MonCx (30, 40, 50) zur Überwachung einzelner Heizkreise umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untergeordneten Module ein Modul UHC_MonC1 (30) zur Überwachung eines ersten Tankheizkreises, ein Modul UHC_MonC2 (40) zur Überwachung der Druckleitungsheizung und der Fördermodulheizung und/oder ein Modul UHC_MonC3 (50) zur Überwachung eines zweiten Tankheizkreises sind.
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der untergeordneten Module (30, 40, 50) zur Erkennung von Kurzschlüssen und/oder Leitungsunterbrechungen in dem Heizsystem vorgesehen ist, wobei die Erkennung auf der PTC-Charakteristik (1) von Heizungselementen beruht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul UHC_Mon (20) zur Hauptüberwachung und Freigabe einzelner Heizkreise wenigstens einen der folgenden Eingangsparameter umfasst: – Anforderung der Heizkreise, – Stromfluss in den Modulen UHC_MonCx und – vorzugsweise die Tanktemperatur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul UHC_MonC1 (30) zur Überwachung des ersten Tankheizkreises wenigstens einen der folgenden Eingangsparameter umfasst: – Batteriespannung, – Zeitdauer seit der letzten Motorabschaltung, – Tanktemperatur, – Freigabe seitens der SCR-Überwachung, – Status der Heizeransteuerung, – bisheriger Freigabestatus des Moduls UHC_MonC1, – gemessener Strom des ersten Tankheizkreises und/oder – Status der ersten Tankheizungs-Endstufe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul UHC_MonC2 (40) zur Überwachung der Druckleitungs- und der Fördermodulheizung wenigstens einen der folgenden Eingangsparameter umfasst: – Batteriespannung, – Zeitdauer seit der letzten Motorabschaltung, – Umgebungstemperatur, – Tanktemperatur, – Freigabe seitens der SCR-Überwachung, – Status der Heizeransteuerung, – bisheriger Freigabestatus des Moduls UHC_MonC2, – gemessener Strom des Druckleitungsheizkreises und/oder – Status der Druckleitungsheizungs-Endstufe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul UHC_MonC3 (50) zur Überwachung des zweiten Tankheizkreises wenigstens einen der folgenden Eingangsparameter umfasst: – Batteriespannung, – Zeitdauer seit der letzten Motorabschaltung, – Tanktemperatur, – Freigabe seitens der SCR-Überwachung, – Status der Heizeransteuerung, – bisheriger Freigabestatus des Moduls UHC_MonC3, – gemessener Strom des zweiten Tankheizkreises und/oder – Status der zweiten Tankheizungs-Endstufe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der untergeordneten Module UHC_MonCx (30, 40, 50) zur Erzwingung eines Test-Modus bei nicht betriebenem Heizsystem vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Schaltungsanordnung realisiert ist.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt, wenn es auf einem Rechenprogramm oder einem Steuergerät abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.