DE102013226796A1

DE102013226796A1 - Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors in einem SCR-Abgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102013226796A1
Application number: DE102013226796.7A
Authority: DE
Inventors: Paul Rodatz; Michael Nienhoff; Ingo Koops; Tino Arlt
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-21
Also published as: US20160356193A1; US10301997B2; WO2015091630A1; DE102013226796B4; CN105612322B; KR101758582B1; CN105612322A; KR20160058932A

Abstract

Das Abgasnachbehandlungssystem weist zumindest einen Reduktionskatalysator, einen Reduktionsmittelvorratsbehälter, eine Reduktionsmittelpumpe, eine Dosiervorrichtung, eine Zuführleitung zu der Dosiervorrichtung und eine elektrische Heizeinrichtung zum Beheizen zumindest eines Teils des Reduktionsmittels auf. Der Temperatursensor ist an einer Stelle im Abgasnachbehandlungssystem angeordnet, welche in Strömungsrichtung des Reduktionsmittels stromabwärts der Heizeinrichtung (26) liegt. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: a) in einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, bei dem aufgrund der vorherrschenden Temperaturen kein Beheizen des Reduktionsmittels erforderlich ist, wird die Heizeinrichtung zum Zwecke der Überprüfung des Temperatursensors eingeschaltet, b) es wird überprüft, ob sich das Signal des Temperatursensors ausgehend von einer Starttemperatur (TO) beim Einschalten der Heizeinrichtung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne (Δt2) um einen vorgegebenen Erwartungswert (ΔT) verändert, c) der Temperatursensor wird vorläufig als fehlerfrei erkannt, wenn der Erwartungswert (ΔT) innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne (Δt2) erreicht wird, d) die Heizeinrichtung wird abgeschaltet, e) es wird überprüft, ob das Signal des Temperatursensors ausgehend von dem Erwartungswert (ΔT) innerhalb einer Zeitspanne (Δt3) wieder die Starttemperatur (TO) erreicht, f) der Temperatursensor wird als fehlerfrei bestätigt, falls der Startwert (TO) innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne (Δt3) erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors in einem SCR-Abgasnachbehandlungssystem einer Verbrennungskraftmaschine.
Zur Reduktion von Schadstoffen, insbesondere zur Reduktion von Stickoxiden, haben sich verschiedene Verfahren etabliert, bei denen reduzierende Fluide (Gase oder Flüssigkeiten) in das Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine eingeleitet werden.
Zur Verminderung der Stickoxide hat sich besonders die SCR-Technologie (selektive katalytische Reduktion) bewährt, bei der im sauerstoffreichen Abgas enthaltene Stickoxide (NO_x) mit Hilfe von Ammoniak oder einer entsprechenden zu Ammoniak umsetzbaren Vorläufersubstanz selektiv zu Stickstoff und Wasser reduziert werden. Bevorzugt wird hierbei auf wässrige Harnstofflösungen zurückgegriffen. Die Harnstofflösung wird mittels Hydrolysekatalysatoren oder direkt auf dem SCR-Katalysator zu Ammoniak und Kohlendioxid hydrolysiert. Dazu wird die Harnstofflösung in einem oder mehreren Tanks mitgeführt und mit einer Fördereinrichtung zu einem Dosiersystem geführt, das die Harnstofflösung vor dem Hydrolysekatalysator oder dem SCR-Katalysator in den Abgasstrom einbringt.
Besonders bewährt hat sich als Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung mit einem Harnstoffgehalt von 31,8–33,2 Gewichtsprozenten, welche unter der Marke „AdBlue” vertrieben wird. Wie bei anderen Reduktionsmittellösungen besteht auch bei dieser Harnstofflösung das Problem, dass sie einen relativ niedrigen Gefrierpunkt (–11,5°C) aufweist und gefrorenes Reduktionsmittel nicht mehr zum Katalysator gefördert werden kann. Dies hat insbesondere im Winter einen Ausfall des Abgasnachbehandlungssystems zur Folge, wodurch es zu einem unzulässig hohen Ausstoß an schädlichen Abgaskomponenten kommen kann. Außerdem vergrößert sich das Volumen der wässrigen Harnstofflösung beim Einfrieren um ca. 10%. Dadurch können Schäden an den einzelnen Komponenten des SCR-Abgasnachbehandlungssystems auftreten.
Die EG Verordnung Nr. 692/2008 schreibt vor, dass für Fahrzeuge, die ein Reagens für ihr Abgasnachbehandlungssystem benötigen, dieses System auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen seine Emissionsminderungsfunktion erfüllen muss. Dies umfasst auch Maßnahmen gegen das vollständige Einfrieren des Reagens bei einer Parkdauer von bis zu 7 Tagen bei –15°C und 50%iger Tankfüllung. Ist das Reagens gefroren, muss sichergestellt sein, dass es innerhalb von 20 Minuten, nachdem das Fahrzeug bei einer im Reagensbehälter gemessenen Temperatur von –15°C angelassen wurde, zur Verwendung bereitsteht, damit das Emissionsminderungssystem ordnungsgemäß arbeiten kann.
Für die Betriebsaufnahme und die einwandfreie Funktion eines solchen Abgasnachbehandlungssystems ist es daher notwendig, insbesondere den Tank mit Heizsystemen auszustatten, welche die gefrorene Flüssigkeit im Tank abschmelzen und in einen flüssigen, das heißt fließfähigen Aggregatzustand überführen.
Aus dem Stand der Technik sind Systeme bekannt, die Flüssigkeitstanks in Kraftfahrzeugen mit Heizfolien oder Heizmatten zu ummanteln, um die im Tank gefrorene Flüssigkeit aufzutauen. Außen an der Tankwand angeordnete Heizfolien oder Heizmatten weisen aber nur schlechte Wirkungsgrade auf, weil ein Großteil der erzeugten Wärme nicht zum Abschmelzen der gefrorenen Flüssigkeit in den Tank geleitet, sondern als Verlustleistung in die Tankumgebung abgegeben wird. Daher ist entweder eine Erhöhung der Heiztemperatur und/oder der Einschaltzeit der Heizung erforderlich, um den Tank oder zumindest den Teil des Tanks, aus dem das Reduktionsmittel entnommen wird, so zu heizen, dass das Reduktionsmittel ausreichend schnell aufgetaut wird und/oder aufgetaut und damit in fließfähigem Aggregatzustand bleibt ( EP 1 767 417 A1 , DE 10 2007 005 004 A1 ).
Außerdem ist es aus dem Stand der Technik bekannt, neben dem Tank auch zumindest einen Teil der Reduktionsmittelleitungen, die Reduktionsmittelpumpe, das Reduktionsmittelfilter und/oder den Reduktionsmittelinjektor zu beheizen ( DE 10 2008 061 471 A1 , WO 2006/90182 A1 , EP 2 133 527 A1 ).
Um eingefrorenes Reduktionsmittel wieder auftauen zu können oder um ein Einfrieren des Reduktionsmittels zu verzögern oder zu verhindern, wird die Heizung der genannten Komponenten des SCR-Abgasnachbehandlungssystems in der Regel nur eingeschaltet, wenn ein in diesem System verbauter Temperatursensor einen Temperaturwert nahe oder unterhalb des Gefrierpunktes des Reduktionsmittels anzeigt.
Da das Signal eines solchen Temperatursensors als Kriterium für das Aktivieren der Heizeinrichtung herangezogen wird und somit einen Einfluss auf das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine hat, muss der Temperatursensor hinsichtlich seiner Funktionsfähigkeit diagnostiziert werden.
Bisher wurde der Temperatursensor auf unplausible Werte, d. h. zu niedrige oder zu hohe Temperaturwerte, bzw. physikalisch nicht mögliche Temperaturwerte überprüft. Alternativ oder zusätzlich kann eine Plausibilisierung mit den Werten anderer Temperatursensoren, beispielsweise den Werten eines Kühlmitteltemperatur- oder den Werten eines Umgebungstemperatursensors stattfinden. Mit der ersten Methode können nur Werte außerhalb des zulässigen Temperaturbereiches als fehlerhaft erkannt werden. Bei der zweiten Methode müssen ebenfalls große Abweichungen toleriert werden, da aufgrund der geringen Temperaturdynamik im SCR-Abgasnachbehandlungssystem auch im fehlerfreien Zustand große Differenzen zu den Werten der als Vergleich herangezogenen, anderen Temperatursensoren möglich sind.
Insbesondere wenn der Reduktionsmitteltank mittels einer thermischen Isolierung geschützt ist, um den Wärmeverlust gering zu halten, bedeutet dies, dass die Temperaturschwankungen relativ gering und sehr träge sind. Damit ist es aber schwierig, den Temperatursensor zu diagnostizieren, da die Signaländerung sehr gering ist. Insbesondere kann ein sogenannter ”hängender Temperatursensor” nur schwierig ermittelt werden. Unter einem ”hängenden Temperatursensor” wird in diesem Zusammenhang ein Temperatursensor verstanden, dessen Signal (Messwert) sich über eine längere Zeitspanne hinweg nicht oder nur sehr geringfügig ändert bzw. eine nur geringe Dynamik hinsichtlich seines ausgegebenen Messwertes zeigt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches und verbessertes Verfahren zum Diagnostizieren eines Temperatursensors in einem SCR-Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine anzugeben.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Überprüfen des Signals eines Temperatursensors in einem Abgasnachbehandlungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei das Abgasnachbehandlungssystem zumindest einen Reduktionskatalysator, einen Reduktionsmittelvorratsbehälter zum Speichern von flüssigem Reduktionsmittel, eine Reduktionsmittelpumpe, eine Dosiervorrichtung zum Einbringen des Reduktionsmittels in eine Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine, eine Zuführleitung zum Zuführen der Reduktionsmittelflüssigkeit von der Reduktionsmittelpumpe zu der Dosiervorrichtung und eine elektrische Heizeinrichtung zum Beheizen zumindest eines Teils des Reduktionsmittels aufweist. Der Temperatursensor ist an einer Stelle im Abgasnachbehandlungssystem angeordnet, welche in Strömungsrichtung des Reduktionsmittels stromabwärts der Heizeinrichtung liegt. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: a) in einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, bei dem aufgrund der vorherrschenden Temperaturen kein Beheizen des Reduktionsmittels erforderlich ist, wird die Heizeinrichtung zum Zwecke der Überprüfung des Temperatursensors eingeschaltet, b) es wird überprüft, ob sich das Signal des Temperatursensors ausgehend von einer Starttemperatur beim Einschalten der Heizeinrichtung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne um einen vorgegebenen Erwartungswert verändert, c) der Temperatursensor wird vorläufig als fehlerfrei erkannt, wenn der Erwartungswert innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne erreicht wird, d) die Heizeinrichtung wird abgeschaltet, e) es wird überprüft, ob das Signal des Temperatursensors ausgehend von dem Erwartungswert innerhalb einer Zeitspanne wieder die Starttemperatur erreicht, f) der Temperatursensor wird als fehlerfrei bestätigt, falls der Startwert innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne erreicht wird.
Durch das aktive Einschalten der Heizeinrichtung außerhalb des bei niedrigen Temperaturen notwendigen Heizfensters zum Verhindern des Einfrierens oder zum Auftauen bereits gefrorenem Reduktionsmittel kann der Temperatursensor unabhängig von den äußeren Randbedingungen diagnostiziert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, auf einfache Weise ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Komponenten, wie z. B. anderweitig verbaute Temperatursensoren den im Abgasnachbehandlungssystem angeordneten Temperatursensor sicher zu überprüfen.
Desweiteren hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass es annähernd unabhängig vom Füllstand des Reduktionsmittelvorratsbehälters und von der Starttemperatur bei der Diagnose ist, solange diese nur oberhalb der Gefriertemperatur des Reduktionsmittels liegt.
Falls das Abgasnachbehandlungssystem eine Rückführleitung für das Reduktionsmittel hin zum Reduktionsmittelvorratsbehälter aufweist, kann mit Hilfe der Reduktionsmittelpumpe die Fördermenge dermaßen reguliert werden, dass der Temperaturanstieg durch das aktive Diagnoseheizen und die die dazugehörige Zeitdauer optimal aufeinander abgestimmt sind.
Um eine mögliche Fehlbeurteilung des Temperatursensors auszuschließen, wird nicht nur die Veränderung des Temperatursignals aufgrund des Diagnoseheizens überprüft, sondern auch die Veränderung des Temperatursignals nach dem Abschalten der Heizeinrichtung. Durch Auswerten des Gradienten, mit dem der Temperaturabfall nach dem Abschalten der Heizeinrichtung erfolgt, kann zwischen einem fehlerbehafteten Temperatursensor und einer defekten Heizeinrichtung unterschieden werden.
Um die Diagnosesicherheit weiter zu erhöhen, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Überprüfung nur gestartet, wenn das Signal des Temperatursensors über eine vorbestimmte Zeitdauer konstant oder annähernd konstant ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die vom Temperatursensor erfasste Temperaturänderung ausschließlich von der eingeschalteten Heizeinrichtung herrührt und somit Fremdeinflüsse nahezu ausgeschlossen sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich im Zusammenhang mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Blockdarstellung einer Brennkraftmaschine mit zugehörigem SCR-Abgasnachbehandlungssystem, bei dem das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren eingesetzt wird und
2 ein Diagramm mit verschiedenen Temperaturverläufen zur Verdeutlichung des Diagnoseverfahrens.
In 1 ist in Form eines Blockschaltbildes sehr vereinfacht eine zumindest zeitweise mit Luftüberschuss betriebene Verbrennungskraftmaschine mit einem ihr zugeordneten Abgasnachbehandlungssystem gezeigt. Dabei sind nur diejenigen Teile dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist auf die Darstellung des Kraftstoffkreislaufes verzichtet worden. In diesem Ausführungsbeispiel ist als Verbrennungskraftmaschine eine Dieselbrennkraftmaschine gezeigt und als Reduktionsmittel zum Nachbehandeln des Abgases wird wässrige Harnstofflösung verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch bei anderen Typen von Brennkraftmaschinen anwendbar, die zumindest teilweise mit Luftüberschuss betrieben werden.
Der Verbrennungskraftmaschine 1 wird über eine Ansaugleitung 2 die zur Verbrennung notwendige Luft zugeführt. Eine Einspritzanlage, die beispielsweise als Hochdruckspeichereinspritzanlage (Common Rail) mit Einspritzventilen ausgebildet sein kann, die Kraftstoff KST direkt in die Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 1 einspritzen, ist mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 strömt über eine Abgasleitung 4 zu einem Abgasnachbehandlungssystem 5 und von diesem über einen nicht dargestellten Schalldämpfer ins Freie.
Zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine 1 ist eine an sich bekannte elektronische Steuerungseinrichtung 6, auch als Motorsteuerung oder electronic control unit, ECU) bezeichnet, über eine hier nur schematisch dargestelltes Bussystem 7, welches Daten – und Steuerleitungen beinhaltet, mit der Verbrennungskraftmaschine 1 verbunden. Über dieses Bussystem 7 werden u. a. Signale von Sensoren wie beispielsweise Lastsensor, Geschwindigkeitssensor und Temperatursensoren für Ansaugluft, Ladeluft und Kühlmittel, sowie Signale für Aktoren (z. B. Einspritzventile, Stellglieder) zwischen der Verbrennungskraftmaschine 1 und der Steuerungseinrichtung 6 übertragen.
Das Abgasnachbehandlungssystem 5 weist einen Reduktionskata-lysator (SCR-Katalysator) 8 auf, der mehrere in Reihe geschaltete, nicht näher bezeichnete Katalysatoreinheiten beinhaltet. Stromabwärts und/oder stromaufwärts des Reduktionskatalysators 8 kann zusätzlich je ein Oxidationskatalysator angeordnet sein (nicht dargestellt).
Ferner ist ein Dosiersteuergerät 9 (DCU, dosing control unit), ein Reduktionsmittelvorratsbehälter 10, eine elektrisch ansteuerbare Reduktionsmittelpumpe 11 und eine Dosiervorrichtung 15, zum Einbringen von flüssigem Reduktionsmittel 19 stromaufwärts des Reduktionskatalysators 8 in die Abgasleitung 4 vorgesehen.
Das Reduktionsmittel 19, vorzugsweise wässrige Harnstofflösung ist in dem Reduktionsmittelvorratsbehälter 10 gespeichert und wird bei Bedarf der Dosiervorrichtung 15 zugeführt. Hierzu ist die Reduktionsmittelpumpe 11 saugseitig mit einer Entnahmeleitung 20 verbunden, welche in den Reduktionsmittelvorratsbehälter 10 ragt und druckseitig mit einer Zuführleitung 16 mit der Dosiervorrichtung 15 verbunden.
An oder in dem Reduktionsmittelvorratsbehälter 10 ist ein Sensor 13 zum Erfassen des Füllstandes des Reduktionsmittels 19 in dem Reduktionsmittelvorratsbehälter 10 vorgesehen. Das Signal dieses Sensors 13 wird dem Dosiersteuergerät 9 zugeführt.
Der Reduktionsmittelbehälter 10 weist eine elektrische Heizeinrichtung 12 auf. Diese Heizeinrichtung 12 kann beispielsweise in Form einer Heizmatte, Heizfolie, Heizplatte, Heizstab, Heizwendel oder Heizschlange ausgeführt sein und dient zum Abschmelzen von gefrorenem Reduktionsmittel 19 innerhalb des Reduktionsmittelvorratsbehälters 10.
Außerdem weist auch zumindest ein Teil der Zuführleitung 16 eine elektrische Heizeinrichtung 26 auf. Diese kann beispielsweise eine Heizwendel oder einen beheizten Schlauchabschnitt umfassen. Damit kann sichergestellt werden, dass Reduktionsmittel 19, welches sich nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 1 und deaktivierter Reduktionsmittelpumpe 11 noch in der Zuführleitung 16 befindet, nicht einfriert bzw. nach dem Wiederstart schnell aufgetaut werden kann. Dies ist insbesondere für Systeme wichtig, bei denen beim Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 1 kein Leersaugen dieses Leitungszweiges erfolgt, weil beispielsweise eine Reduktionsmittelpumpe 11 verwendet wird, die keine Drehrichtungsumkehr erlaubt.
In der Zuführleitung 16 ist ferner ein Drucksensor 27 zur Erfassung des Reduktionsmitteldruckes und ein Temperatursensor 18 zur Erfassung der Temperatur T des Reduktionsmittels 19 vorgesehen. Der Temperatursensor 18 ist dabei stromabwärts zumindest eines Teilstückes der Heizeinrichtung 26 angeordnet, so dass bei Aktivieren der Heizeinrichtung 26 das Temperaturverhalten des Reduktionsmittels 19 als Antwort auf diese Aktivierung untersucht werden kann. Die Signale dieser beiden Sensoren 18, 27 werden dem Dosiersteuergerät 9 zugeführt.
Das Dosiersteuergerät 9 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 28, die mit einem Programmspeicher 29 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 30 gekoppelt ist. In dem Programmspeicher 29 und dem Wertespeicher 30 sind Programme bzw. Werte gespeichert, die für den Betrieb des SCR-Abgasnachbehandlungssystem 5 nötig sind.
Das Dosiersteuergerät 9 ist zum gegenseitigen Datentransfer über ein elektrisches Bussystem 17 mit der Steuerungseinrichtung 6 verbunden. Über das Bussystem 17 werden die zur Berechnung der zu dosierenden Menge an Reduktionsmittel 19 relevanten Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 1, wie z. B. Drehzahl, angesaugte Luftmasse, eingespritzte Kraftstoffmasse, Regelweg einer Einspritzpumpe, Abgasmassenstrom, Betriebstemperatur, Ladelufttemperatur, Spritzbeginn usw. dem Dosiersteuergerät 9 übergeben.
Ausgehend von diesen Parametern, dem Druck in der Zuführleitung 16 und Messwerten für die Abgastemperatur und dem NO_x-Gehalt berechnet das Dosiersteuergerät 9 in bekannter Weise die einzuspritzende Menge an Reduktionsmittel 19 und gibt ein entsprechendes elektrisches Signal an die Dosiervorrichtung 15 ab. Durch die Einspritzung in die Abgasleitung 4 wird die wässrige Harnstofflösung hydrolysiert und durchmischt. In den Katalysatoreinheiten des Reduktionskatalysators 8 erfolgt die katalytische Reduktion des NO_x im Abgas zu N₂ und H₂O.
Das Dosiersteuergerät 9 steuert und/oder regelt auch die elektrische Heizeinrichtung 12 im Reduktionsmittelvorratsbehälter 10 und die elektrische Heizeinrichtung 26 in oder an der Zuführleitung 16. Desweiteren ist in dem Programmspeicher 29 des Dosiersteuergeräts 9 softwaremäßig eine kennfeldbasierte Funktion zur Überprüfung des Temperatursensors 18 implementiert, wie sie anhand der 2 noch näher erläutert wird.
Die Dosiervorrichtung 15 zum Einbringen des Reduktionsmittels 19 in die Abgasleitung 4 kann in vorteilhafter Weise als ein übliches, bezüglich der Materialauswahl leicht modifiziertes, mittels eines Solenoiden angetriebenes Niederdruck-Benzineinspritzventil realisiert sein, das z. B. in einer mit einer Wandung der Abgasleitung 4 fest verbundenen Ventilaufnahmevorrichtung lösbar befestigt ist.
In einer einfacheren Ausgestaltung der Dosiervorrichtung 15 kann eine Düse vorgesehen sein und die Zumessung des Reduktionsmittels 19 erfolgt dabei allein durch Ansteuern der Reduktionsmittelpumpe 11 durch entsprechende Signale des Dosiersteuergerätes 9.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Steuerungseinrichtung 6 und das Dosiersteuergerät 9 als eigenständige Komponenten dargestellt und beschrieben. Dies hat den Vorteil, dass das SCR-Abgasnachbehandlungssystem 5 auch in bestehende Fahrzeugkonzepte nachgerüstet werden kann. Es ist aber auch möglich, die Funktionalität des Dosiersteuergeräts 9 in die Steuerungseinrichtung 6 der Verbrennungskraftmaschine 1 zu integrieren, wodurch sich eine kompakte und kostengünstige Lösung für das Abgasnachbehandlungssystem 5 ergibt.
Desweiteren kann in dem Abgasnachbehandlungssystem 5 ein weiterer, die Qualität des Reduktionsmittels erfassender Sensor vorgesehen sein (nicht gezeigt). Auch dieses Signal wird dem Dosiersteuergerät 9 zugeführt und bei der Berechnung der einzuspritzenden Menge an Reduktionsmittel 19 berücksichtigt.
Anhand der Diagramme in 2 wird das Verfahren zum Überprüfen des Temperatursensors 18 näher erläutert.
Das Verfahren wird nur dann gestartet, wenn gewisse Freigabebedingungen erfüllt sind. Es muss ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 vorliegen, der kein aktives Beheizen von Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 5 erforderlich macht. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Außentemperatur, genauer gesagt die Umgebungstemperatur des mit diesem Abgasnachbehandlungssystem 5 ausgestatteten Kraftfahrzeuges oberhalb der Gefriertemperatur TG des Reduktionsmittels 19 liegt. Als weiteres Kriterium für die Freigabe der Diagnose kann die Stabilität des Signals des Temperatursensors 18 herangezogen werden. Erst wenn das Temperatursignal über eine längere Zeitdauer zumindest annähernd konstant ist und keine Änderung dieses Signals absehbar ist, wird die Heizeinrichtung 26 zum Zwecke der Überprüfung des Temperatursensors 18 aktiviert.
In dem oberen Teil der 2 ist das elektrische Ansteuersignal der Heizeinrichtung 26 dargestellt, wobei der hohe Pegel 1 repräsentativ ist für eine eingeschaltete Heizeinrichtung 26 und der niedrige Pegel 0 repräsentativ ist für eine ausgeschaltete Heizeinrichtung 26.
In dem unteren Teil der 2 sind verschiedene Signalverläufe dargestellt, wobei auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Temperatur aufgetragen sind. Mit dem Bezugszeichen TG ist dabei die Gefriertemperatur des Reduktionsmittels 19 gekennzeichnet. Im Falle einer handelsüblichen wässerigen Harnstofflösung (eutektische 32,5% Lösung) liegt dieser Wert bei –11,5°C.
Die Überprüfung des Temperatursensors 18 beginnt zu einem Zeitpunkt t0, bei dem beide Bedingungen zur Freigabe der Überprüfung erfüllt sind. Zum Einen liegt die Temperatur T deutlich höher als die Gefriertemperatur TG des Reduktionsmittels 18, wodurch zum ordnungsgemäßen Funktionieren des Abgasnachbehandlungssystems 5 keine Beheizung des Reduktionsmittels 18 nötig ist und zum Andern ist das Signal des Temperatursensors 18 für eine hinreichend lange Zeitspanne Δt1 vor diesem Zeitpunkt t0 annähernd konstant. Die Heizeinrichtung 26 wird demzufolge zu dem Zeitpunkt t0 eingeschaltet.
Da der Temperatursensor 18 an einem Teilstück der Zuleitung 16 stromabwärts der Heizeinrichtung 26 angeordnet ist, wird nach dem Einschalten der Heizeinrichtung 26 zum Zeitpunkt t0 bei ordnungsgemäß funktionierendem Temperatursensor 18 ein Temperaturanstieg erwartet. Durch die Aktivierung der Heizeinrichtung 26 erwärmt sich das Medium Reduktionsmittel 19 und der Wärmeeintrag resultiert in einer positiven Temperaturänderung, welche vom Temperatursensor 18 gemessen werden kann.
Es wird deshalb überprüft, wie lange es dauert, bis sich das Signal des Temperatursensors ausgehend von einer Starttemperatur TO zum Zeitpunkt t0 um einen vorgegebenen Erwartungswert ΔT in Richtung höherer Temperatur verändert. Ein typischer Verlauf des Temperatursignals eines fehlerfreien Temperatursensors 18 ist in der unteren Hälfte des Diagrammes in 2 mit einer durchgezogenen Linie L1 eingezeichnet. Der Signalverlauf L1 ist durch einen schnellen Anstieg gekennzeichnet, so dass der Erwartungswert ΔT innerhalb einer Zeitspanne Δt2 erreicht wird. Bei einem fehlerfreien Temperatursensor 18 fällt nach dem Ausschalten der Heizeinrichtung 26 zum Zeitpunkt t1 das Temperatursignal L1 innerhalb der Zeitspanne Δt3 wieder schnell ab.
Wird der Erwartungswert ΔT innerhalb der Zeitspanne Δt2 nicht erreicht, sondern erst nach einer längeren Zeitspanne Δt4 zu einem späteren Zeitpunkt t2, was sich in einem geringen Anstieg des Sensorsignals (Linien L2, L3) widerspiegelt, so kann dies an einem nicht ordnungsgemäß arbeitenden Temperatursensor 18 liegen oder auch die Folge einer zu geringen Heizleistung der Heizeinrichtung 26 sein. Um den zuletzt genannten Fall ausschließen zu können, wird auch der Verlauf des Temperatursignals nach Abschalten der Heizeinrichtung 26 überprüft.
Erfolgt nach dem Abschalten der Heizeinrichtung 26 zum Zeitpunkt t2 der Temperaturabfall schneller als der Temperaturanstieg, so wird auf einen Defekt der Heizeinrichtung 26, insbesondere auf eine zu schwache Heizleistung der Heizeinrichtung 26 geschlossen. Ein solcher Verlauf des Temperatursignals ist in dem unteren Teil des Diagrammes in Figur mit unterbrochener Linie L2 eingezeichnet. Das Temperatursignal erreicht zu einem Zeitpunkt t3 bereits wieder annähernd den Ausgangswert, das heißt die Starttemperatur TO. Ist hingegen der Temperaturabfall nach Abschalten der Heizeinrichtung ebenfalls langsam, (Linie L3) so wird auf einen fehlerhaften Temperatursensor 18 geschlossen. Das Temperatursignal erreicht erst zu einem späteren Zeitpunkt t4 wieder annähernd den Ausgangswert, also die Starttemperatur TO.
Wird der Erwartungswert ΔT auch nicht innerhalb der längeren Zeitspanne Δt4 erreicht, so wird auf einen ”hängenden” Temperatursensor 18 geschlossen. Unter einem ”hängenden Temperatursensor wird in diesem Zusammenhang ein Festklemmen der Messwerte verstanden, so dass das Signal des Temperatursensors keine oder nur eine unwesentliche Dynamik aufweist.
Der Erwartungswert ΔT ist abhängig von der maximalen Heizleistung der Heizeinrichtung 26 in einem Kennfeld in dem Datenspeicher 30 abgelegt.
Bei erkannten Fehlern des Temperatursensors 18 oder der Heizeinrichtung 26 erfolgt ein Eintrag in einen Fehlerspeicher innerhalb des Dosiersteuergerätes 9 oder innerhalb der Steuerungseinrichtung 6 der Verbrennungskraftmaschine 1. Zusätzlich kann bei Auftreten eines Fehlers eine entsprechende Signalisierung mittels einer Fehleranzeigevorrichtung an den Fahrzeugführer des mit der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde an einem Beispiel erläutert, bei dem die Heizdauer überwacht wird, bis sich ein gewünschter Temperaturanstieg einstellt und der Temperatursensor als defekt eingestuft, wenn die Heizdauer zu lang ist. Alternativ ist es auch möglich, den Temperaturanstieg bei einer fest vorgegebenen Heizdauer zu überwachen und auszuwerten. In diesem Fall wird der Temperatursensor als defekt eingestuft, wenn der Temperaturanstieg innerhalb dieser Zeitdauer zu gering ist, also unterhalb eines vorgegebenen Erwartungswerts bleibt.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Ansaugleitung
3: Einspritzanlage
4: Abgasleitung
5: Abgasnachbehandlungssystem
6: Steuerungseinrichtung, Motorsteuergerät, (ECU, electronic control unit)
7: Bussystem, Daten – und Steuerleitung
8: Reduktionskatalysator, SCR-Katalysator
9: Dosiersteuergerät, DCU (dosing control unit)
10: Reduktionsmittelvorratsbehälter
11: elektrische Reduktionsmittelpumpe
12: elektrische Heizeinrichtung des Reduktionsmittelvorratsbehälters
13: Füllstandssensor
15: Dosiervorrichtung, Einspritzventil
16: Zuführleitung
18: Temperatursensor
19: Reduktionsmittel
20: Entnahmeleitung
26: elektrische Heizeinrichtung
27: Drucksensor
28: Recheneinheit, Prozessor
29: Programmspeicher
30: Datenspeicher (Wertespeicher)
KST: Kraftstoff
T: Temperatur
TG: Gefriertemperatur des Reduktionsmittels
TO: Starttemperatur Diagnose
t: Zeit
t0: Zeitpunkt Start der Diagnose, Heizeinrichtung „EIN”
t1, t2: Zeitpunkt Heizeinrichtung „AUS”
t3, t4: Zeitpunkt
Δt1: Zeitspanne vor Beginn der Diagnose
Δt2, Δt3, Δt3: Zeitspanne
ΔT: Erwartungswert
L1: Signalverlauf fehlerfreier Temperatursensor
L2: Signalverlauf defekte Heizeinrichtung
L3, L4: Signalverlauf defekter Temperatursensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1767417 A1 [0007]
DE 102007005004 A1 [0007]
DE 102008061471 A1 [0008]
WO 2006/90182 A1 [0008]
EP 2133527 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Überprüfen des Signals eines Temperatursensors (18) in einem Abgasnachbehandlungssystem (5) für eine Verbrennungskraftmaschine (1), wobei das Abgasnachbehandlungssystem (5) zumindest einen Reduktionskatalysator (8), einen Reduktionsmittelvorratsbehälter (10) zum Speichern von flüssigem Reduktionsmittel (19), eine Reduktionsmittelpumpe (11), eine Dosiervorrichtung (15) zum Einbringen des Reduktionsmittels (19) in eine Abgasleitung (4) der Verbrennungskraftmaschine (1), eine Zuführleitung (16) zum Zuführen der Reduktionsmittelflüssigkeit (4) von der Reduktionsmittelpumpe (11) zu der Dosiervorrichtung (15) und eine elektrische Heizeinrichtung (26) zum Beheizen zumindest eines Teils des Reduktionsmittels (19) aufweist, wobei der Temperatursensor (18) an einer Stelle im Abgasnachbehandlungssystem (5) angeordnet ist, welche in Strömungsrichtung des Reduktionsmittels (19) stromabwärts der Heizeinrichtung (26) liegt, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) in einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (1), bei dem aufgrund der vorherrschenden Temperaturen kein Beheizen des Reduktionsmittels (19) erforderlich ist, wird die Heizeinrichtung (26) zum Zwecke der Überprüfung des Temperatursensors (18) eingeschaltet, b) es wird überprüft, ob sich das Signal des Temperatursensors (18) ausgehend von einer Starttemperatur (TO) beim Einschalten der Heizeinrichtung (26) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne (Δt2) um einen vorgegebenen Erwartungswert (ΔT) verändert, c) der Temperatursensor (18) wird vorläufig als fehlerfrei erkannt, wenn der Erwartungswert (ΔT) innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne (Δt2) erreicht wird, d) die Heizeinrichtung (26) wird abgeschaltet, e) es wird überprüft, ob das Signal des Temperatursensors (18) ausgehend von dem Erwartungswert (ΔT) innerhalb einer Zeitspanne (Δt3) wieder die Starttemperatur (TO) erreicht, f) der Temperatursensor (18) wird als fehlerfrei bestätigt, falls der Startwert (TO) innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne (Δt3) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen fehlerhaften Temperatursensor (18) erkannt wird, wenn der Erwartungswert (ΔT) nicht innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne (Δt2), sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne (Δt3) erreicht wird und nach Abschalten der Heizeinrichtung (26) der Temperaturabfall schneller erfolgt als der Temperaturanstieg.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine unzureichende Heizleistung der Heizeinrichtung (26) erkannt wird, wenn der Erwartungswert (ΔT) nicht innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne (Δt2), sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne (Δt3) erreicht wird und nach Abschalten der Heizeinrichtung (26) der Temperaturabfall mit einem Gradienten erfolgt, der im wesentlichen dem Gradienten des Temperaturanstieges entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen fehlerhaften Temperatursensor (18) bezüglich fehlender oder unzureichender Dynamik erkannt wird, wenn der Erwartungswert (ΔT) nicht innerhalb der Zeitspanne (Δt3) erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung eingeleitet wird, wenn das Signal des Temperatursensors (19) über eine vorbestimmte Zeitdauer (Δt1) zumindest annähernd konstant ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwartungswert (ΔT) abhängig von einer maximalen Heizleistung der Heizeinrichtung (26) gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwartungswert (ΔT) in einem Kennfeld eines Datenspeichers (30) einer das Abgasnachbehandlungssystem (5) steuernden und regelnden Dosiersteuergerätes (9) abgelegt ist.