DE102012202668A1 - Method for detecting error at metering valve of selective catalytic reduction catalyst system used in e.g. diesel engine, involves detecting blockage of metering valve when pressure difference is below threshold value - Google Patents

Method for detecting error at metering valve of selective catalytic reduction catalyst system used in e.g. diesel engine, involves detecting blockage of metering valve when pressure difference is below threshold value Download PDF

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Abstract

The method involves continuously monitoring (11) pressure in a hydraulic system of a selective catalytic reduction catalyst system. The difference (15) between maximum pressure (122) and minimum pressure (132) is calculated in preset measurement interval. The pressure difference is compared (17) with threshold value (16). The blockage of a metering valve is detected when the pressure difference is below the threshold value. An independent claim is included for a computer program stored in computer program product for detecting error at metering valve of selective catalytic reduction catalyst system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung an einem Dosierventil eines SCR-Katalysatorsystems. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt und in einem Rechengerät abläuft. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät ausgeführt wird.The invention relates to a method for error detection on a metering valve of an SCR catalyst system. Furthermore, the present invention relates to a computer program that executes all the steps of the method according to the invention and runs in a computing device. Finally, the present invention relates to a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention when the program is executed on a computing device.

Stand der TechnikState of the art

Um die immer strengeren Abgasgesetzgebungen zu erfüllen, ist es notwendig, Stickstoffdioxide im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, zu verringern. Hierzu ist es bekannt, im Abgasbereich von Brennkraftmaschinen einen SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) anzuordnen, der dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltene Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxid im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Als Reduktionsmittel werden daher NH3 bzw. NH3-abspaltende Reagenzien eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung (Harnstoffwasserlösung) verwendet, die vor dem SCR-Katalysator im Abgasstrang eingespritzt wird. Aus dieser Lösung bildet sich Ammoniak, das als Reduktionsmittel wirkt. Eine 32,5 %ige wässrige Harnstofflösung ist unter dem Markennamen AdBlue® kommerziell erhältlich. In order to meet the increasingly stringent exhaust gas legislation, it is necessary to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas of internal combustion engines, especially diesel engines. For this purpose, it is known to arrange an SCR catalytic converter (selective catalytic reduction) in the exhaust region of internal combustion engines, which reduces the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas of the internal combustion engine in the presence of a reducing agent to nitrogen. As a result, the proportion of nitrogen oxide 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 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 in the exhaust gas line upstream of the SCR catalytic converter. From this solution forms ammonia, which acts as a reducing agent. A 32.5% aqueous urea solution is commercially available under the trade name AdBlue ®.

In einem SCR-Katalysatorsystem wird mit einem elektromagnetisch betätigten Nadelventil die Harnstoffwasserlösung ins Abgas eindosiert. Dieses Dosierventil wird dazu von einem Steuergerät entsprechend bestromt. Öffnet sich das Ventil, so zeigt dessen Stromverlauf einen charakteristischen Knick, der durch die Gegeninduktion der bewegten Ventilnadel entsteht. Dieser Stromknick wird vom Steuergerät abgetastet und durch eine Berechnung in einen numerischen Wert umgesetzt. Dieser Wert kann zur Fehlererkennung an dem Dosierventil genutzt werden. Dabei gilt, dass das Ventil bei einem hohen Wert geschaltet hat und ein niedriger Wert darauf hinweist, dass das Ventil nicht geschaltet hat und somit blockiert ist. Die Ausprägung des Stromknicks wird allerdings von etlichen Faktoren beeinflusst. Einer davon ist der Grad der magnetischen Sättigung im Öffnungszeitpunkt. Dieser wiederum hängt davon ab, bei welchem Stromniveau, d. h. bei welcher Magnetkraft, sich die Nadel in Bewegung setzt. Die Nadel wird durch eine Feder und durch die hydraulische Druckkraft der Harnstoffwasserlösung in ihrem Sitz gehalten. Diese Kraft muss von dem Elektromagneten überwunden werden. Bei derzeitigen Anwendungen dieser Fehlerdiagnose kann es beispielsweise bei einer sehr kalten Spule zu Schaltvorgängen kommen, die im Stromverlauf nicht oder für eine Auswertung nicht ausreichend abgebildet werden. Der daraus berechnete Wert ist dann niedrig, obwohl das Dosierventil geschaltet hat. Dadurch steigt das Risiko, dass fälschlicherweise ein blockiertes Ventil diagnostiziert wird. Solche Fehldiagnosen sind besonders bei kalten Spulen in Kombination mit einer hohen Batteriespannung, sowie hohen Federund/oder Druckkräften wahrscheinlich. In an SCR catalyst system, the urea water solution is metered into the exhaust gas with an electromagnetically actuated needle valve. This metering valve is energized accordingly by a control unit. If the valve opens, its current flow shows a characteristic kink, which results from the mutual induction of the moving valve needle. This current kink is sampled by the control unit and converted into a numerical value by a calculation. This value can be used to detect faults on the dosing valve. In this case, the valve has switched to a high value and a low value indicates that the valve has not switched and is thus blocked. However, the severity of the current kink is influenced by a number of factors. One of these is the degree of magnetic saturation at the time of opening. This in turn depends on the current level, ie. H. at which magnetic force, the needle sets in motion. The needle is held in place by a spring and by the hydraulic pressure force of the urea water solution. This force must be overcome by the electromagnet. In current applications of this fault diagnosis, for example, in the case of a very cold coil, switching operations may occur which are not sufficiently reflected in the course of the current or are not sufficiently displayed for an evaluation. The calculated value is then low, although the metering valve has switched. This increases the risk of incorrectly diagnosing a blocked valve. Such misdiagnoses are likely, especially with cold coils in combination with a high battery voltage, as well as high spring and / or pressure forces.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fehlererkennung an einem Dosierventil eines SCR-Katalysatorsystems umfasst das kontinuierliche Überwachen des Drucks in einem hydraulischen System des SCR-Katalysatorsystems. Die Differenz zwischen einem maximalen Druck und einem minimalen Druck in einem vorgegebenen Messintervall wird berechnet und die Druckdifferenz mit einem Schwellenwert verglichen. Auf eine Blockierung des Dosierventils wird erkannt, wenn die Druckdifferenz unterhalb des Schwellenwertes liegt. Unter dem hydraulischen System des SCR-Katalysatorsystems wird erfindungsgemäß jenes System verstanden, welches zwischen einer druckerzeugenden Vorrichtung, wie beispielsweise einer Pumpe zum Fördern von Harnstoffwasserlösung aus einem Reduktionsmitteltank und dem Dosierventil des SCR-Katalysatorsystems liegt. Dieses kann einen oder mehrere Druckspeicher, wie beispielsweise Filter oder Leitungen umfassen. Die Ermittlung des Drucks in dem hydraulischen System kann mittels eines in diesem System standardmäßig verbauten Drucksensors erfolgen.The inventive method for fault detection on a metering valve of an SCR catalyst system comprises continuously monitoring the pressure in a hydraulic system of the SCR catalyst system. The difference between a maximum pressure and a minimum pressure in a predetermined measurement interval is calculated and the pressure difference compared to a threshold value. Blocking of the metering valve is detected when the pressure difference is below the threshold value. According to the invention, the hydraulic system of the SCR catalyst system is understood to mean that system which lies between a pressure-generating device, such as a pump for conveying urea water solution from a reducing agent tank, and the metering valve of the SCR catalyst system. This may include one or more pressure accumulators, such as filters or conduits. The determination of the pressure in the hydraulic system can be carried out by means of a standard built-in pressure sensor in this system.

Bevorzugt wird nur auf eine Blockierung des Dosierventils erkannt, wenn eine Ansteuerung des Dosierventils im Messintervall einen festgelegten Minimalwert überschreitet. Hierdurch wird sichergestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren nur bei ausreichender Ansteuerung auf eine Blockierung des Dosierventils schließt, sodass Fehldiagnosen vermieden werden. Die Ansteuerung kann erfindungsgemäß beispielsweise durch ein Tastverhältnis (duty cycle) abgebildet werden. Preferably, it is only recognized that the metering valve is blocked if a triggering of the metering valve in the measuring interval exceeds a specified minimum value. In this way, it is ensured that the method according to the invention only closes upon blocking of the metering valve if there is sufficient control so that misdiagnosis is avoided. The control can be imaged according to the invention, for example, by a duty cycle (duty cycle).

Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass nur auf eine Blockierung des Dosierventils erkannt wird, wenn eine zusätzliche Überwachungsfunktion einen Fehler des Dosierventils meldet, d.h. wenn eine Kombination aus zwei Überwachungsfunktionen einen Fehler des Dosierventils meldet. Bei der zusätzlichen Überwachungsfunktion kann es sich um eine Überwachungsfunktion gemäß dem Stand der Technik handeln, welche die Funktion des Dosierventils aufgrund seines Stromverlaufs diagnostiziert. Hierbei wird die Robustheit der Fehlererkennung am Dosierventil durch Kombination eines bekannten Verfahrens mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteigert. Furthermore, it is inventively preferred that is detected only on a blockage of the metering valve when an additional monitoring function reports an error of the metering valve, ie when a combination of two monitoring functions reports an error of the metering valve. The additional monitoring function may be a monitoring function according to the prior art, which diagnoses the function of the metering valve on the basis of its current profile. In this case, the robustness of the error detection on the metering valve is increased by combining a known method with the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Computerprogramm führt alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn es auf einem Rechengerät abläuft. Da das erfindungsgemäße Verfahren auf der Auswertung eines vorhandenen Sensorsignals basiert und zu seiner Durchführung kein zusätzlicher Sensor erforderlich ist, kann es durch das erfindungsgemäße Computerprogramm in einem vorhandenen SCR-Katalysatorsystem implementiert werden, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu dient das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer eines Steuergeräts ausführt wird. The computer program according to the invention performs all steps of the method according to the invention when it runs on a computing device. Since the method according to the invention is based on the evaluation of an existing sensor signal and no additional sensor is required for its implementation, it can be implemented by the computer program according to the invention in an existing SCR catalyst system, without having to make any structural changes thereto. For this purpose, the inventive computer program product program code, which is stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention, when the program is executed on a computer of a control unit.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic representation of a method according to an embodiment of the invention.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 11 wird der Systemdruck p im hydraulischen System des SCR-Katalysatorsystems ständig mittels eines Drucksensors eingelesen. Der eingelesene Systemdruck p wird kontinuierlich mit einem im Steuergerät des SCR-Katalysatorsystems gespeicherten Minimaldruck pmin und einem Maximaldruck pmax verglichen. Wenn bei einem Vergleich 121 festgestellt wird, dass der eingelesene Systemdruck p kleiner als der gespeicherte Minimaldruck pmin ist, so wird der aktuelle Systemdruck p als neuer Minimaldruck pmin eingespeichert 122. Wenn im Vergleich 131 festgestellt wird, dass der eingelesene Systemdruck p größer ist als der eingespeicherte Maximaldruck pmax, so wird der Systemdruck p als neuer Maximaldruck pmax eingespeichert 132. Nach jedem Vergleich 121, 131 wird in einem Verfahrensschritt 14 geprüft, ob das Ende eines Messintervalls erreicht wurde, dessen zeitliche Länge in dem Verfahren vorgegeben ist. Sofern dieses Ende noch nicht erreicht wurde, wird die kontinuierliche Überwachung 11 des Systemdrucks p fortgesetzt. Andernfalls wird aus dem Minimaldruck pmin und dem Maximaldruck pmax durch eine Differenzbildung 15 eine Druckdifferenz Δp = pmax – pmin gebildet. Diese Druckdifferenz Δp wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert 16 für die minimal zulässige Druckdifferenz Δpmin verglichen, und in einem Vergleichsschritt 17 auf die Möglichkeit eines Fehlers erkannt, wenn die Druckdifferenz Δp den Schwellenwert Δpmin unterschreitet. Eine niedrige Druckschwankung Δp innerhalb des Messintervalls weist somit erfindungsgemäß auf ein möglicherweise blockiertes Dosierventil hin. 1 shows a schematic flow diagram of an embodiment of the method according to the invention. In step 11 the system pressure p in the hydraulic system of the SCR catalyst system is constantly read by means of a pressure sensor. The read system pressure p is continuously compared with a stored in the control unit of the SCR catalyst system minimum pressure p min and a maximum pressure p max . If in a comparison 121 If it is determined that the read-in system pressure p is smaller than the stored minimum pressure p min , the current system pressure p is stored as a new minimum pressure p min 122 , When compared 131 If it is determined that the read-in system pressure p is greater than the stored maximum pressure p max , the system pressure p is stored as the new maximum pressure p max 132 , After every comparison 121 . 131 is in a process step 14 Checked whether the end of a measurement interval has been reached, the length of time in which the method is predetermined. Unless this end has been reached, continuous monitoring will take place 11 the system pressure p continues. Otherwise, from the minimum pressure p min and the maximum pressure p max by a difference 15 a pressure difference Δp = p max - formed p min . This pressure difference Δp is given a predetermined threshold value 16 for the minimum allowable pressure difference Δp min , and in a comparison step 17 detected on the possibility of an error when the pressure difference Ap falls below the threshold value Δp min . A low pressure fluctuation Δp within the measuring interval thus indicates, according to the invention, a possibly blocked metering valve.

Weiterhin wird die Ansteuerung des Dosierventils des SCR-Katalysatorsystems als Tastverhältnis (duty cycle) rDyc in einem Überwachungsschritt 21 erfasst. Dieses Tastverhältnis rDyc wird in Schritt 22 mit einem Minimalwert rDycmin verglichen, welcher in einem Steuergerät des SCR-Katalysatorsystems als vorgegebener Wert 23 hinterlegt ist. Furthermore, the control of the metering valve of the SCR catalyst system as a duty cycle rDyc in a monitoring step 21 detected. This duty cycle rDyc will be in step 22 compared with a minimum value rDyc min , which in a control unit of the SCR catalyst system as a predetermined value 23 is deposited.

Wenn dieser Vergleich 22 ergibt, dass die Ansteuerung des Dosierventils für die Überwachung geeignet ist, wird ein Zähler 24 um eins erhöht, andernfalls bleibt dieser unverändert. Für eine robuste Diagnose muss während eines Messintervalls bei einer Mindestanzahl 25 an Ansteuerungen der Minimalwert rDycmin überschritten sein. Wenn ein Vergleich 26 des Zählers 24, ergibt, dass dieser mindestens dem Minimalwert entspricht, und wenn in dem Vergleichsschritt 17 auf die Möglichkeit eines Fehlers erkannt wurde, wird in einem weiteren Verfahrensschritt 3 ein Fehlervermerk erzeugt.If this comparison 22 shows that the control of the metering valve is suitable for monitoring, is a counter 24 increased by one, otherwise it remains unchanged. For a robust diagnosis must be made during a measurement interval at a minimum number 25 be exceeded at activations of the minimum value rDyc min . If a comparison 26 of the meter 24 , indicates that it is at least equal to the minimum value, and if in the comparison step 17 on the possibility of an error was detected, in a further process step 3 generates an error note.

Weiterhin wird in einer herkömmlichen Dosierventilüberwachung 4 der Stromverlauf des Dosierventils auf einen Stromknick abgetastet und durch eine Berechnung in einen numerischen Wert umgesetzt. Wenn dieser numerische Wert einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet, wird ein Fehlervermerk erzeugt.Furthermore, in a conventional metering valve monitoring 4 the current profile of the metering valve is scanned for a current kink and converted by a calculation in a numerical value. If this numerical value falls below a predetermined minimum value, an error note is generated.

Sofern in beiden Verfahrensschritten 3, 4 jeweils ein Fehlervermerk erzeugt wurde, wird aufgrund eines Vergleiches 5 der Fehlervermerke, eine Fehlermeldung 51 erzeugt. Sofern bei dem Vergleich 5 der Fehlervermerke festgestellt wird, dass auch nur einer der Schritte 3, 4 keinen Fehlervermerk erzeugt hat, so wird eine Ausgabe 52 erzeugt, gemäß der das Dosierventil einwandfrei arbeitet. Nachdem eine der beiden Statusmeldungen 51, 52 erzeugt wurde, schließt das erfindungsgemäße Verfahren den Messzyklus mit einem Reset 6 ab. Bei diesem Reset werden der Minimaldruck pmin, der Maximaldruck pmax und der Zähler für Einspritzungen, bei denen eine Diagnose sicher möglich ist, zurückgesetzt. Anschließend wird die kontinuierliche Überwachung 11 des Systemdrucks fortgesetzt. If in both process steps 3 . 4 an error note was generated, is due to a comparison 5 the error notices, an error message 51 generated. Unless in the comparison 5 the error notes is found to be just one of the steps 3 . 4 has not generated an error note, then becomes an output 52 generated according to the metering valve works properly. After one of the two status messages 51 . 52 has been generated, the inventive method closes the measuring cycle with a reset 6 from. With this reset, the minimum pressure p min , the maximum pressure p max and the counter for injections for which a diagnosis is reliably possible are reset. Subsequently, the continuous monitoring 11 the system pressure continues.

Das erfindungsgemäße Verfahren erhöht die Robustheit der Fehlererkennung aus der herkömmlichen Fehlerüberwachung 3 durch zusätzliche Auswertung eines ohnehin vorhandenen Sensorsignals, nämlich dem Signal des Systemdruckes p, sodass es ohne bauliche Veränderungen an dem SCR-Katalysatorsystem vornehmen zu müssen, in dieses implementiert werden kann. Es ist ohne aufwendige Berechnungsmethoden durchführbar und kann so auch in einem Motorsteuergerät mit erhöhter Rechnerlast eingesetzt werden. The inventive method increases the robustness of error detection from the conventional error monitoring 3 by additional evaluation of an already existing sensor signal, namely the signal of the system pressure p, so that it must be implemented without structural changes to the SCR catalyst system, can be implemented in this. It can be carried out without complicated calculation methods and can thus also be used in an engine control unit with increased computer load.

Claims (5)

Verfahren zur Fehlererkennung an einem Dosierventil eines SCR-Katalysatorsystems, umfassend – kontinuierliches Überwachen (11) des Drucks in einem hydraulischen System des SCR-Katalysatorsystems, – Berechnen der Differenz (15) zwischen einem maximalen Druck (122) und einem minimalen Druck (132) in einem vorgegebenen Messintervall, – Vergleichen der Druckdifferenz (15) mit einem Schwellenwert (16), – Erkennen auf eine Blockierung des Dosierventils, wenn die Druckdifferenz (15) unterhalb des Schwellenwertes (16) liegt.Method for error detection on a metering valve of an SCR catalyst system, comprising - continuous monitoring ( 11 ) of the pressure in a hydraulic system of the SCR catalyst system, - calculating the difference ( 15 ) between a maximum pressure ( 122 ) and a minimum pressure ( 132 ) in a predetermined measuring interval, - comparing the pressure difference ( 15 ) with a threshold ( 16 ), - Recognizing a blocking of the metering valve when the pressure difference ( 15 ) below the threshold ( 16 ) lies. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur auf eine Blockierung des Dosierventils erkannt wird, wenn eine Ansteuerung (21) des Dosierventils im Messintervall einen festgesetzten Minimalwert (23) für eine festgesetzte Minimalzahl (24) von Ansteuerungen überschreitet.A method according to claim 1, characterized in that is detected only on a blockage of the metering valve when a control ( 21 ) of the metering valve in the measuring interval a set minimum value ( 23 ) for a set minimum number ( 24 ) of controls. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur auf eine Blockierung des Dosierventils erkannt wird, wenn eine Kombination aus zwei Überwachungsfunktionen einen Fehler des Dosierventils meldet.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that only a blockage of the metering valve is detected when a combination of two monitoring functions reports an error of the metering valve. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft.Computer program that performs all the steps of a method according to one of claims 1 to 3 when it runs on a computing device. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to one of claims 1 to 3, when the program is executed on a computer or control unit.
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