DE102010030860A1 - Method for operating reducing agent dosing system for selective catalytic reduction catalyst-converter in exhaust line of combustion engine of motor car, involves actuating metering valve for dosing certain dosage amount into exhaust line - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reduktionsmitteldosiersystems für einen SCR-Katalysator mit einem Reduktionsmitteltank, einer Förderpumpe, einer Druckleitung und wenigstens einem elektrisch ansteuerbaren Dosierventil.The present invention relates to a method for operating a Reduktionsmitteldosiersystems for an SCR catalyst with a reducing agent tank, a feed pump, a pressure line and at least one electrically controllable metering valve.
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 Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert 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 verwendet, die in Strömungsrichtung vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang über ein Dosierventil eingespritzt wird. Aus dieser Lösung bildet sich NH3, das als Reduktionsmittel wirkt. Zur Bevorratung der Harnstofflösung ist ein Reduktionsmitteltank erforderlich.Methods and apparatuses for operating an internal combustion engine, in particular in motor vehicles, are known, in the exhaust gas region of which 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 is used for this purpose, which is injected in the flow direction upstream of the SCR catalytic converter into the exhaust gas line via a metering valve. From this solution forms NH 3 , which acts as a reducing agent. To store the urea solution, a reducing agent tank is required.
Der Reduktionsmitteltank ist üblicherweise mit einer Saugleitung ausgestattet, um die Harnstofflösung aus dem Tank absaugen zu können. Zur Förderung der Harnstofflösung ist eine Förderpumpe vorgesehen, die die Lösung durch ein Leitungssystem zu dem Dosierventil fördert, sodass die Harnstofflösung über das Dosierventil, beispielsweise ein elektromagnetisches Einspritzventil, unter Druck in den Abgasstrang eingespritzt werden kann.The reducing agent tank is usually equipped with a suction line to suck the urea solution from the tank can. To promote the urea solution, a delivery pump is provided which conveys the solution through a line system to the metering valve, so that the urea solution can be injected via the metering valve, for example an electromagnetic injection valve, under pressure into the exhaust gas line.
Die Einspritzung der Harnstofflösung erfolgt bedarfsgerecht in Abhängigkeit von den bei der Verbrennung entstehenden Stickoxiden. Die erforderliche Menge wird beispielsweise in einem Steuergerät in Abhängigkeit von der Motordrehzahl oder anderen Betriebsgrößen ermittelt. Das Dosierventil wird üblicherweise entsprechend angesteuert. Hierbei bildet das Reduktionsmitteldosiersystem ein hydraulisches System, wobei für die Dosierung des Reduktionsmittels der Reduktionsmitteldruck maßgeblich ist. Üblicherweise wird mit Hilfe eines Drucksensors der Systemdruck erfasst und mittels der Förderpumpe ein vorgebbarer Systemdruck eingeregelt. Auf der Basis des eingeregelten Systemdrucks erfolgt die Ansteuerung des Dosierventils zur Eindosierung des erforderlichen Volumens in den Abgasstrang. Die Mengentoleranz des eindosierten Volumens wird in diesem Fall im Wesentlichen durch den Mengenfehler des Dosierventils und durch den Messfehler bzw. die Messtoleranz des Drucksensors bestimmt. Für eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Dosiersystems, insbesondere für eine Überprüfung der Dosierventile, wird eine Diagnose des Systems mit Hilfe des Drucksensors durchgeführt. Hierbei wird überprüft, ob der Systemdruck plausibel ist. Sobald der Drucksensor Abweichungen vorgebbaren Ausmaßes vom Systemdruck erfasst, wird darauf geschlossen, dass ein Fehler vorliegt.The injection of the urea solution takes place as needed as a function of the nitrogen oxides formed during combustion. The required amount is determined for example in a control unit in dependence on the engine speed or other operating variables. The metering valve is usually controlled accordingly. Here, the Reduktionsmitteldosiersystem forms a hydraulic system, wherein the reductant pressure is decisive for the dosage of the reducing agent. Usually, the system pressure is detected by means of a pressure sensor and adjusted by means of the feed pump a predeterminable system pressure. On the basis of the regulated system pressure, the metering valve is controlled to meter in the required volume into the exhaust gas line. The quantity tolerance of the metered volume is determined in this case essentially by the quantity error of the metering valve and by the measurement error or the measurement tolerance of the pressure sensor. For a check of the functionality of the dosing system, in particular for a check of the metering valves, a diagnosis of the system is performed by means of the pressure sensor. This checks whether the system pressure is plausible. As soon as the pressure sensor detects deviations of a certain amount from the system pressure, it is concluded that there is an error.
Im Zuge eines allgemeinen Bedürfnisses zur Reduzierung der Kosten ist es wünschenswert, auf den Drucksensor im Reduktionsmitteldosiersystem einschließlich der für den Drucksensor erforderlichen Heizung für den Winterbetrieb und einschließlich des Gehäuses für den Drucksensor zu verzichten. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Reduktionsmitteldosiersystem für einen SCR-Katalysator und ein Verfahren zum Betreiben desselben bereitzustellen, bei dem auf den Drucksensor verzichtet werden kann.In the course of a general need to reduce costs, it is desirable to dispense with the pressure sensor in the reductant dosing system, including the winter-mode heater required for the pressure sensor, and including the housing for the pressure sensor. The invention is therefore based on the object of providing a cost-effective Reduktionsmitteldosiersystem for an SCR catalyst and a method for operating the same, in which can be dispensed with the pressure sensor.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Reduktionsmitteldosiersystems 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 operating a reducing agent metering system as claimed in
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Kern der Erfindung ist es, dass bei einem Verfahren zum Betreiben eines Reduktionsmitteldosiersystems die Dosieransteuerung auf der Basis einer Massenstrombilanz erfolgt und dass eine Diagnose des Reduktionsmitteldosiersystems, insbesondere eine Diagnose der Dosierventile, über eine Auswertung des Pumpenstromverlaufs vorgenommen wird. Durch die erfindungsgemäße Umsetzung einer Massenbilanz-gesteuerten Dosieransteuerung ist der Drucksensor zur Mengendarstellung des einzudosierenden Volumens der Harnstofflösung in den Abgasstrang nicht mehr erforderlich, sodass durch diese Maßnahmen auf einen Drucksensor im Reduktionsmitteldosiersystem vollständig verzichtet werden kann. Da der üblicherweise eingesetzte Drucksensor inklusive des Gehäuses und der für den Winterbetrieb des Sensors erforderlichen Heizung erhebliche Kosten verursacht, kann durch den Verzicht auf den Drucksensor ein erheblicher Teil der Kosten für das Reduktionsmitteldosiersystem eingespart werden. Weiterhin ist der üblicherweise verwendete Drucksensor im Reduktionsmitteldosiersystem ein verhältnismäßig störanfälliges und empfindliches Bauteil. Durch den Verzicht auf den Drucksensor bei entsprechend betriebenem Reduktionsmitteldosiersystem wird somit eine Fehlerquelle im System vermieden, wodurch die Robustheit des Reduktionsmitteldosiersystems gegenüber herkömmlichen Systemen verbessert wird.The core of the invention is that in a method for operating a Reduktionsmitteldosiersystems Dosieransteuerung is based on a mass flow and that a diagnosis of the Reduktionsmitteldosiersystems, in particular a diagnosis of the metering valves, is carried out via an evaluation of the pump current profile. Due to the inventive implementation of a mass balance-controlled dosing control of the pressure sensor for quantity display of the volume of urea solution to be dosed into the exhaust line is no longer required, so that can be completely dispensed with by these measures to a pressure sensor in Reduktionsmitteldosiersystem. Since the commonly used pressure sensor, including the housing and the heating required for winter operation of the sensor causes considerable costs, can be saved by dispensing with the pressure sensor, a significant portion of the costs for the Reduktionsmitteldosiersystem. Furthermore, the pressure sensor commonly used in Reduktionsmitteldosiersystem is a relatively susceptible to interference and sensitive component. By dispensing with the pressure sensor with appropriately operated Reduktionsmitteldosiersystem thus a source of error in the system is avoided, whereby the robustness of the Reducing agent metering system over conventional systems is improved.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einer volumetrischen Förderpumpe, vergleichbar mit einer Hubkolbenpumpe, aus. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine üblicherweise in Reduktionsmitteldosiersystemen eingesetzte Hubmagnet-Membranpumpe handeln. Durch die Ansteuerung der Förderpumpe wird vorgegeben, welches Volumen von der Pumpe gefördert wird. Es ist also bekannt, welches Volumen in das System hineingegeben wird. Die Massenstrombilanz setzt sich aus der Fördermenge der Förderpumpe und der Dosiermenge der Dosiereinrichtung zusammen. Gegebenenfalls ist zusätzlich der Massenstrom einer Leckage zu berücksichtigen. Das oder die Dosierventile werden parallel so angesteuert, dass die über die Förderpumpe geförderte Menge in den Abgasstrang eindosiert wird. Aufgrund der Massenstrombilanz bzw. der Massenerhaltung stellt sich dahingehend ein Gleichgewicht ein, dass über das Dosierventil das gleiche Volumen in den Abgasstrang eindosiert wird, wie über die Förderpumpe gefördert wird. Wenn das Dosierventil eine Mengenabweichung oder eine Toleranz gegenüber der Sollmenge zeigt, wird der Systemdruck entsprechend ansteigen oder abfallen bis zu dem Punkt, bis die geförderte Menge der in den Abgasstrang eindosierten Menge entspricht. Da die geförderte Menge durch die volumetrischen Eigenschaften der Förderpumpe bekannt ist, ist somit die in den Abgasstrang eindosierte Menge exakt zu bestimmen bzw. exakt anzusteuern. Die eindosierte Menge wird damit von der Pumpe vorgegeben. Die Mengentoleranz ist im Prinzip von der Fördertoleranz der Pumpe abhängig. Die Dosierung erfolgt dabei in einem von der Fördertoleranz abhängigen Druckbereich im Bereich des Systemdrucks.The inventive method is based on a volumetric feed pump, comparable to a reciprocating pump from. This may be, for example, a solenoid diaphragm pump commonly used in reducing agent metering systems. By controlling the feed pump is given, which volume is funded by the pump. So it's known what volume is put into the system. The mass flow balance is composed of the delivery rate of the feed pump and the metered amount of the metering device. If necessary, the mass flow of a leak must also be taken into account. The metering valve (s) are controlled in parallel so that the amount delivered via the delivery pump is metered into the exhaust gas line. Due to the mass flow balance or the mass conservation, a balance is established in such a way that the same volume is metered into the exhaust gas line via the metering valve, as is conveyed via the feed pump. If the metering valve shows a quantity deviation or a tolerance to the target amount, the system pressure will rise or fall accordingly to the point until the delivered amount corresponds to the metered into the exhaust line amount. Since the delivered quantity is known by the volumetric properties of the feed pump, the amount metered into the exhaust gas line must therefore be precisely determined or precisely controlled. The metered quantity is thus specified by the pump. The quantity tolerance depends in principle on the delivery tolerance of the pump. The dosage is carried out in a dependent of the delivery tolerance pressure range in the range of the system pressure.
Die Dosieransteuerung auf der Basis der Massenstrombilanz wird begleitet von einer Überwachung des Systems durch Auswertung des Pumpenstromverlaufs. Anhand des Pumpenstromverlaufs kann der Systemdruck innerhalb gewisser Toleranzen bestimmt werden. Dies ist ausreichend, um zu überprüfen, ob ein Fehler im System, beispielsweise ein verstopftes Dosierventil, vorliegt. Sobald der Pumpenstromverlauf vorgebbare Schwellenwerte, die ein Über- oder Unterschreiten akzeptabler Druckwerte anzeigen, über- oder unterschreitet, wird auf einen Fehler im Reduktionsmitteldosiersystem geschlossen. In diesem Fall ist von einer nicht ordnungsgemäßen Dosierung auszugehen. Insgesamt kann somit auf einen Drucksensor vollständig verzichtet werden, da der Systemdruck für die Mengendarstellung nicht mehr relevant ist. Der Systemdruck wird ausschließlich für die Diagnose des Systems indirekt bestimmt, indem der Pumpenstromverlauf ausgewertet und daraus auf den Systemdruck geschlossen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann mit besonderem Vorteil eingesetzt werden, wenn die Fördermenge der Pumpe im Wesentlichen exakt ist und der Systemaufbau ohne Rücklauf und ohne wesentliche Leckage des Systems erfolgt.The metering control based on the mass flow balance is accompanied by a monitoring of the system by evaluating the pump flow path. Based on the pump flow, the system pressure can be determined within certain tolerances. This is sufficient to check if there is a fault in the system, for example a clogged metering valve. As soon as the pump current profile exceeds or falls below predefinable threshold values which indicate an overshoot or undershoot of acceptable pressure values, an error in the reducing agent metering system is inferred. In this case, improper dosage is assumed. Overall, it is thus possible to completely dispense with a pressure sensor, since the system pressure is no longer relevant for the quantity display. The system pressure is determined indirectly only for the diagnosis of the system by evaluating the pump flow profile and from this it is closed to the system pressure. The method according to the invention can then be used with particular advantage if the delivery rate of the pump is substantially exact and the system structure takes place without return and without substantial leakage of the system.
Für die Auswertung des Pumpenstroms kann beispielsweise die Zeitspanne zwischen dem Beginn der Bestromung und dem Anschlag des Hubmagneten ausgewertet werden, da diese Zeitspanne vom Druck im System abhängig ist. Auch andere Kriterien sind möglich.For the evaluation of the pump current, for example, the time interval between the beginning of the energization and the stop of the solenoid can be evaluated, since this period is dependent on the pressure in the system. Other criteria are possible.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Schließlich erfasst 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 Hilfe des Computerprogramms bzw. des Computerprogrammprodukts kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne Weiteres bei einem Reduktionsmitteldosiersystem für einen SCR-Katalysator eingesetzt werden, wobei in dem Reduktionsmitteldosiersystem auf einen Drucksensor verzichtet werden kann. Hierdurch können die Kosten für das Reduktionsmitteldosiersystem erheblich gesenkt werden, da der Einbau eines Drucksensors einschließlich seines Gehäuses und einer für den Betrieb des Drucksensors erforderlichen Heizung nicht mehr erforderlich ist.The invention further comprises a computer program that performs all the steps of the method according to the invention when it is executed on a computing device or a control device. Finally, the invention relates to 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 the aid of the computer program or the computer program product, the method according to the invention can readily be used in a reducing agent metering system for an SCR catalyst, wherein a pressure sensor can be dispensed with in the reducing agent metering system. As a result, the costs for the Reduktionsmitteldosiersystems can be significantly reduced, since the installation of a pressure sensor including its housing and a required for the operation of the pressure sensor heater is no longer 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 ZeichnungenBrief description of the drawings
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
Bei diesem Reduktionsmitteldosiersystem für den SCR-Katalysator wird erfindungsgemäß auf einen Drucksensor verzichtet. Dies wird durch ein Verfahren zum Betreiben des Reduktionsmitteldosiersystems ermöglicht, bei dem die Dosieransteuerung auf der Basis einer Massenbilanz erfolgt und eine Diagnose des Systems anhand einer Auswertung des Pumpenstromverlaufs durchgeführt wird. Durch diese Maßnahmen ist ein Drucksensor für eine bedarfsgerechte Dosierung der Reduktionsmittellösung nicht mehr erforderlich, sodass hierauf verzichtet werden kann. Voraussetzung für die Durchführung des Verfahrens ist die Verwendung einer volumetrischen Förderpumpe
Die Steuerung der Dosierung wird dabei insbesondere so umgesetzt, dass die Dosierwunschmenge (Soll-Menge), die von dem Stickoxidgehalt im Abgas abhängig ist und insbesondere anhand von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt wird, durch entsprechende Ansteuerung der Förderpumpe
Um einen möglichen Fehler im System zu erkennen, beispielsweise ein verstopftes Dosierventil
Zur Verdeutlichung der Zusammenhänge zwischen dem Pumpenstromverlauf, dem resultierenden Hub der Pumpe und dem im System messbaren Druck sind die zeitlichen Verläufe dieser Mess- und Betriebsgrößen in der
Es können verschiedene Parameter im Sinne der Erfindung herangezogen werden, die diesen Zeitraum zwischen Bestromungsbeginn und Ankeranschlag beeinflussen, beispielsweise die Batteriespannung oder die Spulentemperatur. Durch entsprechende Korrekturfunktionen können diese „Störparameter” korrigiert werden. Beispielsweise ist die Batteriespannung im Steuergerät bekannt, sodass die Batteriespannung entsprechend korrigiert werden kann. Auch beispielsweise die Spulentemperatur kann über eine Stromrücklesung berechnet werden, sodass dieser Parameter berücksichtigt werden kann.It can be used in the context of the invention, various parameters that affect this period between the start of energization and anchor stop, for example, the battery voltage or the coil temperature. Corresponding correction functions can be used to correct these "disturbance parameters". For example, the battery voltage in the control unit is known, so that the battery voltage can be corrected accordingly. Also, for example, the coil temperature can be calculated via a current feedback, so that this parameter can be taken into account.
Die Auswertung der Zeit vom Bestromungsbeginn bis zum Ankeranschlag stellt ein Beispiel für einen druckabhängigen Parameter der Hubmagnetpumpe dar, der erfindungsgemäß genutzt wird. Es sind auch andere druckabhängige Kriterien bei Hubmagnetpumpen oder anderen Pumpenarten möglich, um erfindungsgemäß zum Rückschluss auf den Druck im System eingesetzt werden zu können.The evaluation of the time from the start of energization to the armature stop represents an example of a pressure-dependent parameter of the solenoid drive, which is used according to the invention. Other pressure-dependent criteria are also possible with solenoid-operated pumps or other types of pumps in order to be able to be used according to the invention to draw conclusions about the pressure in the system.
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