DE102012213525A1

DE102012213525A1 - Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems

Info

Publication number: DE102012213525A1
Application number: DE201210213525
Authority: DE
Inventors: Frank Gottwald; Maximilian Staudacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-02-06

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems, insbesondere eines Förder- und Dosiersystems für einen SCR-Katalysator, bereitgestellt. Das Förder- und Dosiersystem ist zur Förderung eines flüssigen Mediums aus einem Tank (110) und zur Dosierung des Mediums über eine Druckleitung (116) und ein erstes Dosiermodul (119) vorgesehen. Das Förder- und Dosiersystem umfasst ein Fördermodul, wobei das Fördermodul einen Förderpfad mit einer Förderpumpe (111) und einen Rückförderpfad vorzugsweise mit einer Rückförderpumpe (122) aufweist. Bevorzugterweise ist ein internes weiteres Dosiermodul 123 vorgesehen. Das Überwachungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Überwachung der Funktion des ersten Dosiermoduls (119) eine Vergleichsmessung mit einer internen Referenz durchgeführt wird, wobei als interne Referenz die Rückförderpumpe (122) oder das gegebenenfalls vorhandene interne weitere Dosiermodul (123) eingesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems, insbesondere eines Förder- und Dosiersystems für einen SCR-Katalysator, das zur Förderung eines flüssigen Mediums aus einem Tank und zur Dosierung des Mediums über eine Druckleitung und ein erstes Dosiermodul vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Förder- und Dosiersystem sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind.
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 und Wasser reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH₃) als Reduktionsmittel benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Für die Bereitstellung von Ammoniak wird üblicherweise eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang mithilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Die Einspritzung der Harnstofflösung in den Abgasstrang sollte bedarfsgerecht und sehr präzise erfolgen.
Die Harnstofflösung wird üblicherweise in einem Harnstofflösungstank in dem Kraftfahrzeug vorgehalten. Zur Förderung der Harnstofflösung ist im Allgemeinen ein Förder- und Dosiersystem vorgesehen, das eine Fördereinheit, insbesondere eine Förderpumpe, eine Druckleitung, eine Dosiereinheit, die erforderliche Sensorik sowie eine elektronische Steuereinheit umfasst.
Die Förderpumpe fördert das Medium über einen Vorfilter aus dem Tank. Das Medium wird verdichtet und über ein Druckventil in einem Systemdruckbereich in die Druckleitung eingespeist. Über ein Dosiermodul, das ein oder unter Umständen mehrere Ventile (Injektoren) umfasst, wird das Medium in den Abgasstrang eingespeist. In der Regel ist stromabwärts der Förderpumpe eine Abzweigung für eine Rücklaufleitung in den Tank vorgesehen. Die Rücklaufleitung kann mit einer Drossel und einem Rückschlagventil ausgestattet sein. Parallel hierzu kann eine Rückförderpumpe vorgesehen sein, die beispielsweise ein Rücksaugen des Mediums aus dem frostempfindlichen Dosiermodul bewerkstelligen kann.
Die in den Abgasstrang eindosierte Menge des Reduktionsmittels ist eine kritische Größe für die optimale Abgasnachbehandlung im SCR-Katalysator. Um die optimale Abgasnachbehandlung sicherstellen zu können, sollte daher die tatsächliche Dosiermenge mit einer theoretisch kalkulierten Menge innerhalb vorgebbarer Toleranzen übereinstimmen. Da es immer wieder zu Ungenauigkeiten und Problemen bei den empfindlichen Dosierventilen kommen kann, sollte eine Überwachung der Funktion des Dosiermoduls erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung der Funktion des Dosiermoduls und damit eine Überwachung der tatsächlichen Dosiermenge bereitzustellen, das sehr zuverlässige Aussagen über gegebenenfalls vorhandene Dosiermengenabweichungen, also Abweichungen zwischen der Soll- und der Ist-Dosiermenge, erlaubt, und das zugleich mit wenig Aufwand einsetzbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems gelöst, wie es sich aus dem Anspruch 1 ergibt. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sowie ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Förder- und Dosiersystem und ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Computerprogramm und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems vorgesehen. Insbesondere kann es zur Überwachung des Förder- und Dosiersystems für einen SCR-Katalysator eingesetzt werden. Das Förder- und Dosiersystem selbst ist zur Förderung eines flüssigen Mediums aus einem Tank und zur Dosierung des Mediums über eine Druckleitung und ein erstes Dosiermodul vorgesehen, das beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung als flüssiges Medium in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine stromaufwärts eines SCR-Katalysators einspritzt. Das Förder- und Dosiersystem umfasst ein Fördermodul, welches einen Förderpfad mit einer Förderpumpe und einen Rückförderpfad aufweist, der vorzugsweise mit einer Rückförderpumpe ausgestattet ist. Gegebenenfalls ist neben dem eigentlichen Dosiermodul ein weiteres internes Dosiermodul vorgesehen, das in dem Fördermodul eingebaut sein kann oder dem Fördermodul zugeordnet ist und das die Funktion eines Normals (Referenz) übernehmen kann. Erfindungsgemäß wird zur Überwachung der Funktion des ersten Dosiermoduls eine Vergleichsmessung mit einer internen Referenz durchgeführt, wobei entweder die Rückförderpumpe oder das gegebenenfalls vorhandene interne weitere Dosiermodul als Referenz eingesetzt werden können.
Dieses Verfahren erlaubt in sehr vorteilhafter Weise eine Überwachung der Funktion des ersten Dosiermoduls, sodass sichergestellt werden kann, dass das Dosiermodul tatsächlich die korrekte Menge des flüssigen Mediums (Soll-Dosiermenge) dosiert. Beispielsweise kann somit sichergestellt werden, dass bei einem SCR-Katalysatorsystem die erforderliche und errechnete Menge einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgasstrang eingespritzt wird, um so eine optimale Abgasnachbehandlung sicherzustellen. Da es sich bei dem SCR-Katalysatorsystem um eine emissionsrelevante Komponente im Kraftfahrzeug handelt, sind sehr strenge Anforderungen an die Funktion dieses Systems zu stellen. Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist in der Lage, Dosiermengenabweichungen bei der Dosierung des Reaktionsmittels in den Abgasstrang festzustellen, sodass gegebenenfalls Schritte zur Behebung von Fehlern eingeleitet werden können. Hierbei wird eine Überprüfung der tatsächlichen dosierten Menge anhand des Einsatzes von Durchflussmengen-Messeinrichtungen vorgenommen, wobei als Durchflussmengen-Messeinrichtungen bzw. als Referenzen die Rückförderpumpe oder das gegebenenfalls vorhandene interne weitere Dosiermodul verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Vergleichsmessung die Pumpendrehzahl der Förderpumpe bei einer definierten Dosiermenge oder Fördermenge konstant gehalten. Es wird also die Referenz, also die Rückförderpumpe oder gegebenenfalls das interne weitere Dosiermodul, definiert angesteuert und die Pumpendrehzahl konstant gehalten. Der sich einstellende Systemdruck wird beobachtet und im Vergleich mit dem Systemdruck beim regulären Dosierbetrieb ausgewertet. Bei einer Veränderung des sich einstellenden Systemdrucks gegenüber dem Systemdruck beim regulären Dosierbetrieb als Ausgangspunkt kann darauf geschlossen werden, dass Dosiermengenabweichungen beim Dosiermodul gegenüber der Soll-Dosiermenge aufgetreten sind. Beispielsweise kann so festgestellt werden, ob eine teilweise oder vollständige Blockierung des oder der Ventile im Dosiermodul, beispielsweise eine Verstopfung der Löcher in der Spritzlochscheibe eines Ventils, vorliegt. Sofern dies feststellbar ist, kann gegebenenfalls eine Reinigung oder ein Austausch des ersten Dosiermoduls oder einzelner Injektoren eingeleitet werden.
In einer ersten prinzipiellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Vergleichsmessung separat vom Dosierbetrieb des ersten Dosiermoduls. Wenn kein internes weiteres Dosiermodul im gesamten System vorgesehen ist, kann bei dieser Ausführungsform die Rückförderpumpe als Referenz eingesetzt werden. Die Rückförderpumpe wird hierfür zeitlich getrennt von dem ersten Dosiermodul mit der gleichen Soll-Fördermenge wie vorab das Dosiermodul, also mit der gleichen Soll-Dosiermenge, angesteuert. Diese Ansteuerung mit der gleichen Soll-Dosiermenge bzw. Soll-Fördermenge erfolgt bei der gleichen Motordrehzahl der Förderpumpe, die sich vorab bei der Soll-Dosiermenge im Betrieb des ersten Dosiermoduls bei gegebenem Systemdruck eingestellt hatte. Bei konstanter Motordrehzahl der Förderpumpe in der Vergleichsmessung stellt sich ein bestimmter Systemdruck ein, der ausgewertet wird. Das erste Dosiermodul wird also zunächst im regulären Dosierbetrieb mit einer bestimmten Soll-Dosiermenge angesteuert. Bei einem vorgegebenen Systemdruck, beispielsweise 9 bar, stellt sich eine bestimmte Drehzahl des Förderpumpenmotors ein, beispielsweise 1000 upm. Wenn in einem sich anschließendem Testbetrieb die Rückförderpumpe derart angesteuert wird, dass die gleiche Menge gefördert wird und die gleiche Motordrehzahl der Förderpumpe, beispielsweise 1000 upm, beibehalten wird, stellt sich ein Systemdruck ein. Wenn dieser Systemdruck von dem Systemdruck des regulären Dosierbetriebs, also 9 bar, abweicht, ist davon auszugehen, dass die Förderpumpe ein anderes Volumen fördert und dass damit die Durchflussmenge durch das erste Dosiermodul und durch die Rückförderpumpe nicht übereinstimmt. Aus dieser Durchflussmengenabweichung kann auf eine fehlerhafte Funktion des Dosiermoduls geschlossen werden. Wenn beispielsweise der Systemdruck bei der Testmessung bzw. Vergleichsmessung abfällt, ist davon auszugehen, dass bei der Testmessung ein größeres Volumen gefördert wird und dass damit der Durchfluss durch das Dosiermodul geringer als vorgesehen war. In diesem Fall liegt eine teilweise oder vollständige Blockierung des Dosiermoduls vor.
Voraussetzung für die Durchführung dieses Verfahrens ist, dass die Fördermenge der Rückförderpumpe durch entsprechende Ansteuerung exakt vorgegeben werden kann und zuverlässig von der Rückförderpumpe ausgeführt wird. Insbesondere wenn diese Voraussetzungen der Genauigkeit der Rückförderpumpe nicht gegeben sind, kann in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zusätzlich vorgesehenes internes Dosiermodul als Referenz eingesetzt werden. Vorzugsweise umfasst dieses interne Dosiermodul einen gleichen Injektor oder die gleichen Injektoren wie das erste Dosiermodul, um beide Dosiermodule exakt miteinander vergleichen zu können. Das interne Dosiermodul befindet sich in einer geschützten Umgebung, sodass davon auszugehen ist, dass dieses interne Dosiermodul weniger Störungen als das erste Dosiermodul ausgesetzt ist und korrekt funktioniert. Entsprechend wie die Rückförderpumpe in der eben beschriebenen Ausgestaltung des Verfahrens wird in dieser Ausgestaltung des Verfahrens das interne Dosiermodul mit der gleichen Dosiermenge bei gleicher Motordrehzahl der Förderpumpe getrennt von dem ersten Dosiermodul angesteuert. Bei Unterschieden des sich einstellenden Systemdrucks in diesem Testbetrieb gegenüber dem regulären Dosierbetrieb des ersten Dosiermoduls kann auf eine Durchflussmengenabweichung beim ersten Dosiermodul geschlossen werden.
In einer zweiten prinzipiellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Vergleichsmessung parallel zum Dosierbetrieb des ersten Dosiermoduls durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch kein weiterer Eingriff in den eigentlichen Dosierbetrieb erfolgen muss. Die Vergleichsmessung kann je nach Bedarf ohne weitere Auswirkungen beispielsweise auf die Abgasnachbehandlung erfolgen.
Zur Durchführung dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während des Dosierbetriebs des ersten Dosiermoduls das interne Dosiermodul derart angesteuert, dass die Summe der Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls und der Dosiermenge Q_DMint des internen Dosiermoduls konstant bleibt. Es wird also eine Summe von Q_DM + Q_DMint vorgegeben. Wenn beispielsweise die angeforderte Dosiermenge Q_DM gemäß der Dosierstrategie des Systems geringer wird, steigt die Soll-Dosiermenge Q_DMint um den komplementären Betrag. Q_DMint ist also die komplementäre Dosiermenge im Hinblick auf die sich verändernde Dosiermenge Q_DM bei Erhaltung der konstanten Summe. Dies erfolgt bei konstanter Motordrehzahl der Förderpumpe, wobei sich diese Motordrehzahl bei vorgegebenem Systemdruck eingestellt hatte. Es wird beobachtet, ob bei einer Veränderung der Soll-Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls und bei konstanter Summe der Dosiermengen Q_DM + Q_DMint eine Veränderung des sich einstellenden Systemdrucks auftritt. Wenn eine solche Veränderung des Systemdrucks feststellbar ist, kann auf eine Durchflussmengenabweichung am ersten Dosiermodul im regulären Dosierbetrieb geschlossen werden. Wenn also beispielsweise im regulären Dosierbetrieb das Dosiermodul 5 kg/h als Soll-Dosiermenge dosieren soll, wird bei einer vorgegebenen Summe von beispielsweise 6 kg/h das interne Dosiermodul mit 1 kg/h angesteuert. Bei einem im regulären Dosierbetrieb vorgegebenen Systemdruck von beispielsweise 9 bar stellt sich die Motordrehzahl der Förderpumpe beispielsweise auf 1000 upm ein. Im weiteren Verlauf ändert sich die Dosierstrategie, sodass das erste Dosiermodul beispielsweise 1 kg/h dosieren soll. Bei der vorgegebenen Summe von 6 kg/h wird das interne Dosiermodul mit der komplementären Menge, also mit 5 kg/h angesteuert. In diesem Betriebsmodus (Testmodus) wird die Pumpendrehzahl konstant bei 1000 upm gehalten. Wenn beispielsweise im vorangegangenen Dosierbetrieb die Durchflussmenge beim ersten Dosiermodul durch eine Blockierung beispielsweise auf 1 kg/h verringert war, hatte sich die Förderpumpe insgesamt auf 2 kg eingestellt. Sie muss im jetzt veränderten Modus bei der Soll-Dosiermenge von 1 kg/h für das erste Dosiermodul und insgesamt 6 kg/h mit 1000 upm wesentlich mehr Volumen fördern. Bei konstanter Förderpumpendrehzahl fällt daher der Systemdruck deutlich ab. Aus diesem erfassbaren Druckabfall im System lässt sich schließen, dass die Durchflussmenge am ersten Dosiermodul beim regulären Dosierbetrieb verringert war und dass eine teilweise oder vollständige Blockierung des ersten Dosiermoduls vorliegt.
Prinzipiell ist es möglich, dass bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens statt des Dosiermoduls die Rückförderpumpe derart angesteuert wird, dass die Summe der Dosiermenge Q_DM am eigentlichen Dosiermodul und der Fördermenge Q_RSP der Rückförderpumpe konstant bleibt und bei sich verändernder Soll-Dosiermenge am Dosiermodul nach komplementärer Anpassung der Fördermenge Q_RSP der Rückförderpumpe der sich einstellende Systemdruck bei gleichbleibender Pumpendrehzahl der Förderpumpe beobachtet wird. Bei einer Veränderung des sich einstellenden Systemdrucks kann auf eine Durchflussmengenabweichung am Dosiermodul geschlossen werden. Allerdings ist in der Praxis die Rückförderpumpe in der Regel relativ ungenau, das heißt, das Hubvolumen der Rückförderpumpe ist mit einer relativ großen Toleranz behaftet und es besteht eine verhältnismäßig große Mengenungenauigkeit. Dies würde dazu führen, dass die Verwendung der Rückförderpumpe als Alternative zum internen Dosiermodul zu unbefriedigenden Ergebnissen führen würde. In solchen Fällen jedoch, in denen eine verhältnismäßig genaue Rückförderpumpe verwendet wird, kann die Rückförderpumpe für diese Ausgestaltung des Verfahrens mit Vorteil eingesetzt werden, da dann auf ein zusätzliches internes Dosiermodul verzichtet werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Durchführung der Überwachung bei maximaler Soll-Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls begonnen wird und dass bei einer feststellbaren Verringerung des sich einstellenden Systemdrucks nach Reduzierung der Soll-Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls bei konstanter Summe Q_DM + Q_DMint (oder Q_DM + Q_RSP) und beibehaltener Motordrehzahl der Förderpumpe auf eine teilweise oder vollständige Blockierung des ersten Dosiermoduls geschlossen werden kann.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Förder- und Dosiersystem mit einem Fördermodul zur Förderung eines flüssigen Mediums aus einem Tank und einem Dosiermodul zur Dosierung des Mediums, wobei das Fördermodul einen Förderpfad mit wenigstens einer Förderpumpe und einen Rückförderpfad aufweist. Im oder am Fördermodul ist erfindungsgemäß parallel zum Rückförderpfad oder im Rückförderpfad ein internes weiteres Dosiermodul vorgesehen. Vorzugsweise kann es sich bei diesem Förder- und Dosiersystem um ein Förder- und Dosiersystem für einen SCR-Katalysator handeln. Es sind aber auch andere Förder- und Dosiersysteme von der Erfindung umfasst, sofern sie parallel zum Rückförderpfad ein internes weiteres Dosiermodul aufweisen. Bezüglich weiterer Merkmale dieses erfindungsgemäßen Förder- und Dosiersystems wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogramm, das die beschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft, sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mittels eines solchen Computerprogramms bzw. Computerprogrammprodukts kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne Weiteres auch bei bestehenden Kraftfahrzeugen oder anderen Vorrichtungen eingesetzt werden, ohne dass weitere Anpassungen erforderlich wären. Beispielsweise kann das Computerprogramm in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs aufgespielt werden, um so die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere die zuverlässige Überwachung der Funktion des eigentlichen Dosiermoduls nutzen zu können. Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren kann damit ohne Weiteres in die Ablaufsteuerung eines entsprechenden Förder- und Dosiersystems eingebaut werden. In besonders zuverlässiger Weise kann die Überwachung vorgenommen werden, wenn ein internes Dosiermodul als zusätzliche Komponente im Förder- und Dosiersystem vorgesehen ist. Auch für ein solches System kann das erfindungsgemäße Verfahren mit besonderem Vorteil in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts implementiert sein.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Förder- und Dosiersystems, bei dem das erfindungsgemäße Durchflussmengen-Überwachungsverfahren einsetzbar ist und
2 ein weiteres Blockschaltbild eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens einsetzbaren Förder- und Dosiersystems.
Das in 1 gezeigte Blockschaltbild eines Förder- und Dosiersystems ist insbesondere als Förder- und Dosiersystem für einen SCR-Katalysator vorgesehen, bei dem stromaufwärts des Katalysators eine flüssige Harnstoffwasserlösung in den Abgasstrang eingespritzt wird, um die Reduktion von Stickoxiden im Katalysator zu ermöglichen. Die Harnstoffwasserlösung ist in einem Tank 10 bevorratet. Die Lösung wird von der Förderpumpe 11 über einen Vorfilter 12 durch eine Saugleitung 13 angesaugt. Die Förderpumpeneinrichtung umfasst ein Druckventil 14, sodass die Harnstoffwasserlösung verdichtet und zum Hauptfilter 15 transportiert werden kann. Auf der Reinseite des Filters 15 sind Anschlüsse für die Druckleitung 16 und die Rücklaufleitung 17 vorgesehen. Der Druckleitung 16 ist ein Drucksensor 18 zugeordnet. Im regulären Betrieb wird das Förder- und Dosiersystem auf einen vorgebbaren Systemdruck eingeregelt. Das Medium wird unter Druck über das Dosiermodul 19 in den Abgasstrang (nicht gezeigt) eingespritzt. Das Dosiermodul 19 kann ein oder mehrere Dosierventile bzw. Injektoren aufweisen. In der Rücklaufleitung 17 bzw. im Rückkopplungszweig ist eine Drossel 20 mit Rückschlagventil 21 sowie parallel hierzu eine Rücksaugpumpe 22 vorgesehen. Die Rücksaugpumpe kann beispielsweise als Hubmagnet-Membranpumpe ausgeführt sein. Die Rücksaugpumpe 22 ist insbesondere dafür vorgesehen, ein Rücksaugen des Mediums aus dem Dosiermodul 19 und gegebenenfalls der Druckleitung 16 zu ermöglichen, um nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs bei niedrigen Temperaturen Frostschäden an dem empfindlichen Dosiermodul oder anderen Bauteilen durch Eisdruck zu vermeiden.
Im Normalbetrieb eines SCR-Katalysatorsystems pumpt die Hauptpumpe bzw. Förderpumpe 11 beispielsweise bei einem Nominaldruck von 9 bar einen konstanten Volumenanteil Q_R kontinuierlich durch die Rücklaufdrossel 20 zurück zum Tank 10. Die vom System angeforderte Dosiermenge Q_DM, die für die Stickoxidreduktion im Katalysator (nicht gezeigt) erforderlich ist, wird über das Dosiermodul 19 der Abgasanlage (nicht gezeigt) zugeführt.
Für eine optimale Abgasnachbehandlung ist eine präzise und bedarfsgerechte Dosierung des Reaktionsmittels erforderlich. Dies setzt eine einwandfreie Funktion der oder des Dosierventils/Dosierventile im Dosiermodul 19 voraus. Falls beispielsweise eine Verstopfung oder eine Blockierung eines Dosierventils vorliegt, gelangt nicht die erforderliche Menge des flüssigen Mediums in den Abgasstrang und die Abgasnachbehandlung kann dadurch stark beeinträchtigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Überwachung der tatsächlich dosierten Menge, wobei Vergleichsmessungen mit einer internen Referenz durchgeführt werden. Als interne Referenz kann beispielsweise die Rückförderpumpe 22 eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert im Wesentlichen darauf, dass sich bei einer konstanten Einspritzmenge Q_DM (zusätzlich zur Rücklaufmenge Q_R) eine konstante Motordrehzahl der Förderpumpe 11 ergibt, um den vorgegebenen Systemdruck, beispielsweise 9 bar, aufrechterhalten zu können. Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Vergleichsmessung wird diese sich einstellende Motordrehzahl erfasst und in einer ersten Ausführungsform des Verfahrens für eine separat vom Dosierbetrieb durchgeführte Vergleichsmessung eingesetzt. In diesem Testmodus wird die Rücksaugpumpe 22 bei geschlossenem Dosiermodul 19 (Q_DM = 0) derart angesteuert, dass die gleiche Soll-Menge, die vorab von dem Dosiermodul 19 hätte dosiert werden sollen, von der Rückförderpumpe 22 als Rückfördervolumen Q_RSP (zusätzlich zur Rücklaufmenge Q_R) in die Rücklaufleitung gefördert wird. Das Fördervolumen Q_RSP der Rückförderpumpe 22 ist bei entsprechendem Druck und definierter Öffnungszeit bekannt. Bei konstanter Motordrehzahl der Förderpumpe 11 im Testmodus sollte sich bei vorangegangener korrekter Dosiermenge Q_DM am Dosiermodul 19 der Systemdruck nicht ändern, da jeweils das gleiche Volumen gefördert wird. Sofern jedoch beispielsweise durch das Dosiermodul 19 ein verringertes Volumen gegenüber der Soll-Dosiermenge gefördert wurde, beispielsweise durch ein blockiertes oder verstopftes Ventil, hat sich die Pumpendrehzahl der Förderpumpe 11 nicht auf die Soll-Dosiermenge sondern auf die tatsächlich verringerte Dosiermenge eingestellt, sodass sich der Systemdruck verringert, wenn die Förderpumpe 11 bei der Vergleichsmessung nun ein größeres Volumen zu fördern hat. Bei einer Abweichung des sich einstellenden Systemdrucks im Testmodus im Vergleich mit dem regulären Dosierbetrieb ist also von einer Durchflussmengenabweichung am Dosiermodul 19 auszugehen. Wenn sich der Systemdruck während der Vergleichsmessung verringert, ist von einer verringerten tatsächlichen Dosiermenge am Dosiermodul 19 auszugehen. Wenn sich der Systemdruck erhöht, ist von einer im Vergleich mit der Soll-Dosiermenge zu großen tatsächlichen Dosiermenge am Dosiermodul 19 oder beispielsweise einer Leckage auszugehen.
Mit anderen Worten überprüft das erfindungsgemäße Verfahren im Zuge einer Vergleichsmessung, ob sich die Verhältnisse im System ändern, wenn statt des eigentlichen Dosiermoduls 19 ein anderer Aktor im System, insbesondere in dieser Ausgestaltung die Rücksaugpumpe 22, mit der gleichen Sollmenge angesteuert wird. Da davon auszugehen ist, dass beispielsweise die Rücksaugpumpe 22 unter anderem auch aufgrund ihrer geschützten Lage innerhalb des Fördermoduls korrekt und zuverlässig funktioniert, ist bei einer Änderung der Verhältnisse im System bei dieser Vergleichsmessung davon auszugehen, dass das Dosiermodul 19 in diesem Fall nicht korrekt funktioniert.
In einer weiteren Ausgestaltung dieser prinzipiellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Vergleichsmessung zeitlich getrennt von dem eigentlichen Dosierbetrieb am Dosiermodul 19 erfolgt, wird als Referenz ein internes Dosiermodul eingesetzt. 2 zeigt die Komponenten eines Förder- und Dosiersystems als Blockschaltbild, das zur Durchführung dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, wobei die Erfindung auch diese Anordnung als solche als erfindungsgemäß beansprucht.
Vergleichbar mit der vorherigen Ausgestaltung ist ein Tank 110, eine Saugleitung 113, ein Vorfilter 112, eine Förderpumpe 111, ein Druckventil 114, ein Hauptfilter 115, eine Druckleitung 116, ein Drucksensor 118 und ein Dosiermodul 119 vorgesehen. Stromabwärts des Hauptfilters 115 zweigt ein Rückkopplungszweig 117 ab, wobei neben einer Rücklaufleitung mit Drossel 120 und Rückschlagventil 121 und einer Rückförderpumpe 122 ein internes Dosiermodul 123 vorgesehen ist. Dieses Dosiermodul 123 ist vorzugsweise baugleich wie das eigentliche Dosiermodul 119 ausgeführt. Es kann innerhalb des Fördermoduls angeordnet oder diesem zugeordnet sein.
Das interne Dosiermodul 123 kann vergleichbar mit der bereits beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens als Alternative zur Rückförderpumpe zeitlich getrennt von dem eigentlichen Dosierbetrieb über das Dosiermodul 119 mit der gleichen Soll-Dosiermenge wie das Dosiermodul 119 angesteuert werden. Die Überwachung wird so durchgeführt, dass zunächst im eigentlichen Dosierbetrieb das Dosiermodul 119 mit einer Soll-Dosiermenge Q_DM angesteuert wird. Bei vorgegebenem Systemdruck, beispielsweise 9 bar, stellt sich eine bestimmte Motordrehzahl der Förderpumpe 111 ein. Im nachfolgenden Testbetrieb wird das interne Dosiermodul mit der entsprechenden Soll-Dosiermenge Q_DMint angesteuert, wobei das Dosiermodul 119 geschlossen ist (Q_DM = 0). Die Motordrehzahl der Förderpumpe 111 wird beibehalten und es wird beobachtet, ob sich der sich einstellende Systemdruck verändert. Wenn sich der Systemdruck auf einen niedrigeren Wert einstellt, ist davon auszugehen, dass das Dosiermodul 119 im vorangegangenen Dosierbetrieb weniger als die angeforderte Soll-Dosiermenge dosiert hatte, beispielsweise weil ein Ventil blockiert oder verstopft war. Wenn sich der Systemdruck im Testbetrieb auf einen höheren Wert einstellt, ist davon auszugehen, dass am Dosiermodul 119 eine zu große Menge tatsächlich dosiert wurde.
Bei dieser Vergleichsmessung wird das interne Dosiermodul oder der interne Injektor als „Normal“ verwendet. Durch die geschützte Lage des internen Dosiermoduls 123 ist von einer intakten Referenz auszugehen, sodass auf diese Weise die Funktion des eigentlichen Dosiermoduls 119 überprüft werden kann. Wenn bei der Testmessung sich der Systemdruck nicht ändert, kann auf eine korrekt eindosierte Menge geschlossen werden, das heißt Q_DM = Q_DMint. Verringert sich der Systemdruck beim Testbetrieb des internen Dosiermoduls 123, könnte beispielsweise ein Loch des Injektors im Dosiermodul 119 blockiert sein, es ist also von einer Durchflussmengenabweichung auszugehen (Q_DM < Q_DMint).
Der Einsatz eines internen Dosiermoduls 123 in oder am Fördermodul, welches insbesondere den gleichen Injektor oder die gleichen Injektoren wie das erste Dosiermodul 119 enthält, führt zu einer besonders vorteilhaften Vergleichbarkeit der Durchflussmengen. Allerdings ist bei dieser Ausgestaltung des Überwachungsverfahrens zusätzliche Hardware erforderlich. Dies ist in der vorab beschriebenen Ausführungsform bei Einsatz der Rückförderpumpe 22 als interne Referenz nicht erforderlich.
In einer weiteren prinzipiellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens wird die Vergleichsmessung parallel zum Dosierbetrieb des ersten Dosiermoduls 119 ausgeführt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der eigentliche Dosierbetrieb über das Dosiermodul 119 nicht beeinträchtigt wird. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ebenfalls das interne Dosiermodul 123 als Referenz eingesetzt. Während des Dosierbetriebs des ersten bzw. eigentlichen Dosiermoduls 119 wird das interne Dosiermodul 123 derart angesteuert, dass die Summe der Dosiermenge Q_DM am ersten Dosiermodul 119 und der Dosiermenge Q_DMint am internen Dosiermodul 123 auf einen vorgebbaren Wert konstant eingestellt wird. Bei dem vorgegebenen Systemdruck stellt sich eine bestimmte Motordrehzahl der Förderpumpe 111 ein. Wenn es jetzt im weiteren Verlauf der Dosierstrategie beispielsweise zu einer Verringerung der Dosiermenge Q_DM am Dosiermodul 119 kommt, erhöht sich die Dosiermenge Q_DMint am internen Dosiermodul 123 um die komplementäre Menge, sodass die Summe Q_DM + Q_DMint konstant bleibt. Es wird nun die Motordrehzahl der Förderpumpe 111, die sich vorab eingestellt hatte, konstant gehalten. Der sich nunmehr einstellende Systemdruck wird beobachtet und bei einer Veränderung des Systemdrucks wird auf eine Durchflussmengenabweichung am ersten Dosiermodul 119 geschlossen, also auf eine Abweichung der Soll-Dosiermenge von der Ist-Dosiermenge.
Während des Testverfahrens bleibt also die Gesamtfördermenge der Förderpumpe 111 konstant, wobei sich die Gesamtfördermenge aus Q_DM, Q_DMint und auch Q_R als Rücklaufmenge über die Drossel 120 und das Rückschlagventil 121 zusammensetzt. Wenn in der Folge der Dosierstrategie sich die Dosiermenge Q_DM ändert, wird Q_DMint entsprechend angepasst, damit die Summe gleich bleibt. Bei konstant gehaltener Motordrehzahl der Förderpumpe 111 wird die sich einstellende Veränderung im System beobachtet, insbesondere der Systemdruck. Wenn beispielsweise der Systemdruck abfällt, ist auf eine verringerte Ist-Dosiermenge am Dosiermodul 119 im Vergleich mit der Soll-Dosiermenge zu schließen.
Das Überwachungsverfahren kann beispielsweise während der Phase der maximalen Eindosierung in den Abgasstrang gestartet werden. Der Überprüfungs-Algorithmus führt dann dazu, dass das interne Dosiermodul 123 so angesteuert wird, dass die Summe der Dosiermengen Q_DM und Q_DMint ein konstantes Volumen ergibt. Die Motordrehzahl wird konstant gehalten, und die Dosiermengen der beiden Dosiermodule 119 und 123 sollten in der Summe weiterhin das konstante Dosiervolumen aufweisen. Wird die externe Dosiermenge am Dosiermodul 119 durch die Dosierstrategie reduziert und die interne Dosiermenge am internen Dosiermodul 122 entsprechend dem Algorithmus erhöht, wird sich bei einer Blockierung am Dosiermodul 119, also bei einer externen Durchflussmengenreduktion, der Systemdruck abhängig von dieser Blockierung verringern. In entsprechender Weise kann die Rückförderpumpe alternativ zu einem internen Dosiermodul eingesetzt werden, sofern eine ausreichende Mengengenauigkeit der Rückförderpumpe sichergestellt ist.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems, insbesondere eines Förder- und Dosiersystems für einen SCR-Katalysator, das zur Förderung eines flüssigen Mediums aus einem Tank (10; 110) und zur Dosierung des Mediums über eine Druckleitung (16; 116) und ein erstes Dosiermodul (19; 119) vorgesehen ist, wobei das Förder- und Dosiersystem ein Fördermodul umfasst und das Fördermodul einen Förderpfad mit einer Förderpumpe (11; 111) und einen Rückförderpfad vorzugsweise mit einer Rückförderpumpe (22; 122) aufweist, wobei gegebenenfalls ein internes weiteres Dosiermodul (123) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Funktion des ersten Dosiermoduls (19; 119) eine Vergleichsmessung mit einer internen Referenz durchgeführt wird, wobei die Rückförderpumpe (22; 122) oder das gegebenenfalls vorhandene interne weitere Dosiermodul (123) als Referenz eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vergleichsmessung die Pumpendrehzahl der Förderpumpe (11; 111) bei definierter Förder- oder Dosiermenge der Referenz konstant gehalten wird und ein sich einstellender Systemdruck beobachtet und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsmessung separat vom Dosierbetrieb des ersten Dosiermoduls (19; 119) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Überwachung das erste Dosiermodul (19) und die Rückförderpumpe (22) zeitlich getrennt voneinander mit gleicher Soll-Dosiermenge und Soll-Fördermenge bei gleicher Motordrehzahl der Förderpumpe (11) angesteuert werden und bei Unterschieden des sich einstellenden Systemdrucks bei der Vergleichsmessung auf Durchflussmengenabweichungen beim ersten Dosiermodul (19) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Überwachung das erste Dosiermodul (119) und das interne Dosiermodul (123) zeitlich getrennt voneinander mit gleichen Soll-Dosiermengen bei gleicher Motordrehzahl der Förderpumpe (111) angesteuert werden und bei Unterschieden des sich einstellenden Systemdrucks bei der Vergleichsmessung auf Durchflussmengenabweichungen beim ersten Dosiermodul (119) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsmessung parallel zum Dosierbetrieb des ersten Dosiermoduls (119) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Überwachung das interne Dosiermodul (123) während des Dosierbetriebs des ersten Dosiermoduls (119) so angesteuert wird, dass die Summe der Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls (119) und der Dosiermenge Q_DMint des internen Dosiermoduls (123) konstant bleibt, wobei bei konstanter Motordrehzahl der Förderpumpe (111) beobachtet wird, ob bei einer Veränderung der Soll-Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls (119) und bei konstanter Summe der Dosiermengen Q_DM + Q_DMint eine Veränderung des sich einstellenden Systemdrucks auftritt und bei einer Veränderung des Systemdrucks auf eine Durchflussmengenabweichung beim ersten Dosiermodul (119) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Überwachung die Rückförderpumpe (22; 122) während des Dosierbetriebs des ersten Dosiermoduls (19; 119) so angesteuert wird, dass die Summe der Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls (19; 119) und der Fördermenge Q_RSP der Rückförderpumpe (22; 122) konstant bleibt, wobei bei konstanter Motordrehzahl der Förderpumpe (11; 111) beobachtet wird, ob bei einer Veränderung der Soll-Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls (19; 119) und bei konstanter Summe der Dosiermengen Q_DM + Q_RSP eine Veränderung des sich einstellenden Systemdrucks auftritt und bei einer Veränderung des Systemdrucks auf eine Durchflussmengenabweichung beim ersten Dosiermodul (19; 119) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung der Überwachung bei maximaler Soll-Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls (19; 119) begonnen wird und bei einer feststellbaren Verringerung des sich einstellenden Systemdrucks nach Reduzierung der Soll-Dosiermenge Q_DM des ersten Dosiermoduls (19; 119) auf eine teilweise oder vollständige Blockierung des ersten Dosiermoduls (19; 119) geschlossen wird.
Förder- und Dosiersystems, insbesondere Förder- und Dosiersystems für einen SCR-Katalysator, mit einem Fördermodul zur Förderung eines flüssigen Mediums aus einem Tank (110) und einem Dosiermodul (119) zur Dosierung des Mediums, wobei das Fördermodul einen Förderpfad mit wenigstens einer Förderpumpe (111) und einen Rückförderpfad aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im oder parallel zum Rückförderpfad ein internes weiteres Dosiermodul (123) vorgesehen ist.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
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.