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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Förder- und Dosiersystems für ein flüssiges Medium, insbesondere für die Reaktionsmittellösung eines SCR-Katalysators, in einem Kraftfahrzeug, bei dem ein teilweises oder vollständiges Rücksaugen von Medium aus dem Dosiersystem insbesondere nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
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Stand der Technik
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Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen (z.B. PKW, LKW oder Geländefahrzeuge) bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt. Als Reaktionsmittel werden NH3 oder NH3-abspaltende Reagenzien eingesetzt, die dem Abgas zugemischt werden. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang eingedüst wird.
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Die Reaktionsmittellösung wird üblicherweise in einem Vorratstank in dem Kraftfahrzeug vorgehalten. Zur Förderung und Dosierung der Harnstofflösung ist im Allgemeinen ein hydraulisches Dosiersystem vorgesehen, das eine Förderpumpe, eine hydraulische Versorgungsleitung (Druckleitung oder Druckleitungssystem), ein oder mehrere Dosierventile als Dosiereinheit sowie die erforderliche Sensorik und eine elektronische Steuereinrichtung umfasst. Die Förderpumpe fördert die Harnstofflösung aus dem Tank. Die Harnstofflösung wird in einem Systemdruckbereich in die Versorgungsleitung eingespeist. Zur bedarfsgerechten Dosierung wird die gewünschte und erforderliche Menge über das oder die Dosierventil(e) in den Abgasstrang eingesprüht.
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Bei tiefen Temperaturen gefriert die Reaktionsmittellösung. Beispielsweise liegt der Gefrierpunkt der oftmals verwendeten Lösung AdBlue® bei ca. –11°C. Es sind daher in der Regel eine oder mehrere Heizungen für das System vorgesehen, um auch bei tiefen Temperaturen das System in Dosierbereitschaft versetzen zu können.
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Vor allem im Hinblick auf Frostschäden durch Eisdruck in den Leitungen und Ventilen ist in der Regel eine teilweise oder vollständige Entleerung des Systems nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hierfür wird die Harnstofflösung aus der Dosiereinheit zurück in die Druckleitung bzw. in den Tank gesaugt, wodurch die Dosiereinheit und gegebenenfalls auch die Druckleitung oder das Druckleitungssystem entleert oder teilentleert werden. Zu diesem Zweck kann die Förderpumpe mit einer Umschalteinheit versehen sein, beispielsweise einem 4/2-Wegeventil. In anderen Systemen ist ein Rücklaufkanal mit Schaltventil oder ein separater Rückförderpfad mit einer Rückförderpumpe vorgesehen. Nach einer Entleerung oder Teilentleerung des Dosiersystems ist bei einem späteren Fahrzeugstart eine Wiederbefüllung des Systems erforderlich. Insgesamt erfordert die Entleerung des Systems also zunächst eine Aktuierung der Rückfördereinrichtung(en) und bei einem nachfolgenden Wiederstart des Fahrzeugs eine Aktuierung der Fördereinrichtung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Förder- und Dosiersystems, insbesondere für die Reaktionsmittellösung eines SCR-Katalysators, bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Förder- und Dosiersystems gelöst, wie es sich aus dem Anspruch 1 ergibt. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einem Förder- und Dosiersystem aus, bei dem ein flüssiges Medium beispielsweise aus einem Vorratsbehälter gefördert und über eine Dosiereinheit beispielsweise in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eindosiert wird. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein hydraulisches Förder- und Dosiersystem, beispielsweise um das Förder- und Dosiersystem für die Reaktionsmittellösung (Harnstofflösung) eines SCR-Katalysators. Das System umfasst einen Förderpfad mit wenigstens einer Förderpumpe sowie einen Rücklaufpfad oder einen Rückförderpfad zum Rücksaugen des Mediums aus der Dosiereinheit sowie gegebenenfalls auch aus der Versorgungsleitung oder dem kompletten druckseitigen Teil des Systems. Der Rücklaufpfad kann beispielsweise über eine Schalteinheit in der Förderpumpe oder über ein schaltbares Ventil in einer separaten Rücklaufleitung oder über eine separate Rückförderpumpe aktiviert werden. Um Schäden an den empfindlichen Bauteilen im System durch Eisdruck zu vermeiden, ist ein Rücksaugen oder eine Rückförderung des Mediums insbesondere nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs vorgesehen, um eine vollständige oder teilweise Entleerung des druckseitigen Teils des Dosiersystems zu erreichen. Erfindungsgemäß wird das Rücksaugen des Mediums über eine Verarbeitung von Informationen gesteuert, die Aussagen über eine Einfriergefährdung des flüssigen Mediums erlauben. Der besondere Vorteil hierbei ist, dass das Rücksaugen auf die Fälle beschränkt werden kann, in denen tatsächlich von einer Einfriergefährdung auszugehen ist. Weiterhin kann die Rücksaugmenge an den Einfriergefährdungsgrad angepasst werden. Wenn beispielsweise eine Bewertung ergibt, dass das Einfrierrisiko zwar klein, aber nicht ganz auszuschließen ist, kann die Rücksaugmenge etwas reduziert werden.
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Auf diese Weise kann die Anzahl der Entleerungs-/Teilentleerungsvorgänge und der nachfolgend erforderlichen Wiederbefüllungen bzw. die gesamte Rücksaugmenge auf ein Minimum reduziert werden. Es ist also nicht mehr erforderlich, nach jedem Abstellen des Kraftfahrzeugs den kompletten Rücksaugvorgang durchzuführen. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme kann das Lastprofil für das Förder- und Dosiersystem bzw. für die betroffenen Bauteile erheblich verbessert bzw. minimiert werden. Insbesondere werden der Verschleiß und die Alterung der Bauteile der Rückfördereinrichtung minimiert. Weiterhin wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch die Ausfallwahrscheinlichkeit der Rückfördereinrichtung minimiert, so dass insgesamt ein robusterer Betrieb möglich ist. Die Absenkung des gesamten Lastprofils kann bei der Auslegung der Komponenten berücksichtigt werden, so dass Kosten eingespart werden können. Weiterhin wird auch das Lastprofil der Fördereinrichtung minimiert, da die Anzahl der Wiederbefüllungen bzw. die gesamte Wiederbefüllmenge reduziert wird. Auch hier werden der Verschleiß und die Alterung der Bauteile minimiert und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Fördereinrichtung verringert, so dass insgesamt ein robusterer Betrieb möglich ist.
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Abhängig vom Fahrprofil kann bei herkömmlicher Betriebsweise eines Förder- und Dosiersystems der Fall eintreten, dass die rückgesaugte bzw. zur Wiederbefüllung benötige Menge der Reaktionsmittellösung über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs gesehen in der gleichen Größenordnung oder sogar deutlich über der Größenordnung der Dosiermenge liegt, die für die eigentliche Abgasnachbehandlung erforderlich ist. Im Hinblick auf eine Bauteilbelastung müssen bei herkömmlichen Systemen die Bauteile entsprechend ausgelegt werden. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Rücksaugmenge derart reduziert, dass insgesamt die Auslegung der Rückfördereinrichtung und der Fördereinrichtung entsprechend angepasst werden kann, wodurch Kosten gespart werden können.
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Weiterhin sind weniger Systemaktionen zur Vor- und Nachbereitung eines Fahrzyklus erforderlich, so dass in vielen Fällen eine schnellere Systembereitschaft erreicht werden kann und insgesamt das System robuster wird, da durch die verringerte Anzahl der ausgeführten Funktionen das Fehlerpotenzial sinkt. Schließlich werden die Schallemissionen, die mit einer Rückförderung und einer nachfolgenden Wiederbefüllung des Systems einhergehen, reduziert und auch der Energiebedarf wird gesenkt, da die Rückfördereinrichtung beim Abstellen des Kraftfahrzeugs und die Fördereinrichtung beim Wiederstart des Fahrzeugs nur in solchen Fällen angesteuert werden müssen, in denen tatsächlich von einer Einfriergefährdung des flüssigen Mediums auszugehen ist bzw. war.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Informationen, die für eine Steuerung der Rückförderung bzw. des Rücksaugens eingesetzt werden, Informationen über den Standort des Kraftfahrzeugs. Standortinformationen können beispielsweise über eine Satellitennavigation ermittelt werden. Hierbei nutzt das erfindungsgemäße Verfahren aus, dass immer mehr Fahrzeuge bereits über entsprechende Navigationssysteme verfügen, beispielsweise GPS oder Galileo. Oftmals sind geeignete mobile oder stationäre Navigationsgeräte in einem Kraftfahrzeug vorhanden. Weiterhin können die Informationen über eine entsprechende Schnittstelle im Kraftfahrzeug, beispielsweise mithilfe eines Smartphones oder Ähnlichem, übermittelt werden. Erfindungsgemäß werden die Standortinformationen genutzt, um hieraus auf eine gegebenenfalls vorhandene Einfriergefährdung zu schließen. Bei nicht einfriergefährdeten Standorten ist kein Rücksaugen erforderlich. In diesen Fällen kann auf ein Rücksaugen verzichtet oder die Rücksaugmenge reduziert werden. Wenn sich aus den Standortinformationen ergibt, dass eine Einfriergefährdung vorliegt, wird die Rücksaugeinrichtung (Rückfördereinrichtung) entsprechend angesteuert. Wenn eine gewisse Wahrscheinlichkeit für eine Einfriergefährdung vorliegt, kann die Rücksaugmenge gegebenenfalls angepasst oder verringert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Informationen, die erfindungsgemäß verarbeitet und genutzt werden, Wetter- und/oder Umgebungsdaten. Bei den Wetterdaten kann es sich um aktuelle und/oder prognostizierte Wetterdaten und auch um rückblickende Wetterdaten handeln. Wetterdaten, insbesondere in Kombination mit Standortdaten, sind in besonderer Weise dazu geeignet, Aussagen über die Einfrierwahrscheinlichkeit treffen und die Entleerung des Dosiersystems entsprechend steuern zu können. Bei den Wetterdaten spielen in erster Linie Temperaturdaten, insbesondere Umgebungstemperaturdaten, eine Rolle.
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Weiterhin können auch beispielsweise der Umgebungsdruck und/oder die Höhe über den Meeresspiegel berücksichtigt werden. Informationen zur Höhe über den Meeresspiegel können beispielsweise aus den Daten eines Umgebungsdrucksensors und/oder auch aus Daten zur Fahrzeugposition abgeleitet werden. In die Verarbeitung und Auswertung der Informationen können Wetter-Datenbankinformationen einfließen, beispielsweise mögliche jährliche Minimaltemperaturen, die jeweiligen längsten Zeitperioden mit Minimaltemperaturen für den jeweiligen Standort oder ähnliches.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Informationen über eine externe Infrastruktur bereitgestellt und an das Kraftfahrzeug, beispielsweise an ein entsprechendes Steuergerät des Kraftfahrzeugs, übermittelt. Vorzugsweise können die Informationen über einen Internetdienst bereitgestellt werden und über eine entsprechende Schnittstelle übertragen werden. Hierfür kann beispielsweise ein sogenannter IoT-Dienst (Internet of Things) in Anspruch genommen werden. Nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs kann dabei zunächst eine Registrierung bei dem Dienst und nachfolgend der Datenaustausch erfolgen. Auch eine Verarbeitung der Informationen kann über die externe Infrastruktur, beispielsweise einen Internetdienst, vorgenommen werden, so dass eine entsprechende Software nicht im Kraftfahrzeug vorgesehen werden muss. Durch das Nutzen einer externen Infrastruktur können über den gesamten Zeitraum des Abstellens des Kraftfahrzeugs Informationen über aktuelle oder prognostizierte Temperaturwerte genutzt werden, um im Bedarfsfall eine Entleerung oder Teilentleerung des Dosiersystems vorzunehmen. Während der Abstelldauer ist es also nicht erforderlich, dass eine Temperaturüberwachung über entsprechende Sensoren des Kraftfahrzeugs selbst erfolgt. Die Steuerung des Rücksaugens kann damit zeitlich aktuell an die tatsächlich gegebenen Bedingungen flexibel angepasst werden.
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Vorteilhafterweise werden die Informationen mit einer internen Bewertungsfunktion, also innerhalb des Kraftfahrzeugs vor Ort, beispielsweise in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs, und/oder mit einer externen Bewertungsfunktion analysiert. „Extern“ bedeutet hierbei außerhalb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch einen IoT-Dienst, der über einen Server vermittelt wird. In die Bewertung fließen zweckmäßigerweise weitere Informationen, vor allem Informationen zum Gefrierpunkt des verwendeten Reduktionsmittels und/oder vorgebbare Temperaturschwellen, bei denen ein Rücksaugen aktiviert werden soll, ein. Es können auch andere Informationen einfließen, insbesondere Informationen zur Fahrzeugposition bzw. zum Standort oder andere Daten je nach Applikation und Anwendungsfall. Bei der Verarbeitung der Informationen können weitere Parameter einfließen, die bei der Steuerung der Rückförderung berücksichtigt werden, beispielsweise die Einbaulage des Förder- und Dosiersystems, die Isolierung (Wärmedämmung) des Förder- und Dosiersystems, die Fahrzeugneigung, sofern verfügbar, oder die Zeitabstände zwischen den erfolgten Rücksaugvorgängen. Sowohl die Einbaulage als auch die Isolierung des Förder- und Dosiersystems beeinflussen die Abkühlung und Erwärmung. Ein geschützt verbautes und gut isoliertes System ist daher weniger einfriergefährdet als ein weniger gut isoliertes System.
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Vorzugsweise ist weiterhin eine flexible Sicherheitsreserve vorgesehen, das heißt dass im Zweifelsfall ein Rücksaugen vorgenommen wird, sofern ein Einfrieren nicht mit ausreichender Sicherheit auszuschließen ist. Insbesondere ist eine Verlässlichkeit der Wetterdaten zu berücksichtigen. Beispielsweise kann eine größere Sicherheitsreserve vorgesehen sein, wenn der Abstand der aktuellen Fahrzeugposition zu dem nächstgelegenen Standort, für den zuverlässige Wetterdaten bekannt und verfügbar sind, verhältnismäßig groß ist. In diesem Fall wären die Wetterdaten verhältnismäßig unsicher. Aus diesen Daten kann die Einfrierwahrscheinlichkeit für das verwendete Reduktionsmittel abgeschätzt werden, so dass das Rücksaugen bzw. die Entleerung oder Teilentleerung des Systems entsprechend angefordert oder die Rücksaugmenge für den Rücksaugvorgang entsprechend angepasst oder adaptiert werden kann.
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Weiterhin wird vorzugsweise die Verlässlichkeit der Konnektivität berücksichtigt, also die Qualität der Verbindung zu der externen Infrastruktur, beispielsweise die Internetverbindung. Wenn diese Konnektivität schlecht ist, kann es sinnvoll sein, wenn ein Rücksaugen sicherheitshalber vorgenommen wird. Ist beispielsweise eine Ermittlung der Fahrzeugposition nicht möglich, da keine Verbindung zur externen Infrastruktur aufgebaut werden kann, oder sind die vorliegenden Wetterdaten zu unsicher, kann ein Rücksaugen wie bei einer großen Einfrierwahrscheinlichkeit durchgeführt werden.
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Im Prinzip sind zwei grundsätzliche Varianten des Verfahrens möglich. Bei der ersten Variante wird in etwa zum Zeitpunkt des Abstellens des Kraftfahrzeugs darüber entschieden, ob und in welchem Maße zurückgesaugt wird. Hierbei werden zum Zeitpunkt des Abstellen die relevanten Informationen erfasst und ausgewertet. Das gegebenenfalls erforderliche Rücksaugen kann dann im Zuge von Nachlauffunktionen erfolgen. Anschließend erfolgt keine weitere Überwachung der Situation mehr. Diese Variante benötigt keine Eingriffe während der Abstellzeit des Kraftfahrzeugs, es sind also keine Aufwachfunktionen oder ähnliches erforderlich. Insbesondere für diese Variante ist es zweckmäßig, wenn bei der Bewertung rückblickende Wetterdaten berücksichtigt werden, z.B. Informationen über jährliche Minimaltemperaturen oder über Zeitperioden mit Minimaltemperaturen aus den vergangenen Jahren, beispielsweise aus den letzten 50 Jahren. Durch diese Maßnahme kann vor allem in Kombination mit Standortdaten die Einfrierwahrscheinlichkeit während der Abstelldauer des Kraftfahrzeugs mit geringer Fehlerwahrscheinlichkeit vorausgesagt werden, so dass die Entleerung oder Teilentleerung auf die Fälle beschränkt werden kann, bei denen tatsächlich von einem Einfrieren des Mediums zum aktuellen Zeitpunkt und/oder während des Verlaufs der voraussichtlichen Abstelldauer auszugehen ist. Bei der zweiten Variante wird das erfindungsgemäße Verfahren während der Abstelldauer des Kraftfahrzeugs fortgeführt, wobei die relevanten Informationen, insbesondere die Umgebungstemperatur bzw. die Wetterlage nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs, also während der Abstelldauer, laufend oder in vorgebbaren Zeitabständen überwacht und bewertet werden. Erst, wenn die Entwicklung der Wetterlage es erforderlich macht, wird zurückgesaugt. Wenn also zum Beispiel direkt nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs ein Rücksaugen nicht erforderlich war, kann das Rücksaugen im Laufe der Abstelldauer durch die Wetterentwicklung erforderlich werden. Dies wird erfindungsgemäß erkannt und mit Hilfe von entsprechenden Aufwachfunktionen kann das Rücksaugen auch während der Abstelldauer des Kraftfahrzeugs im Bedarfsfall erfolgen.
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In besonders bevorzugter Weise ist es vorgesehen, dass die Steuerung des Rücksaugens extern aktiviert werden kann, so dass eine Steuerung des Rücksaugens auch nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs möglich ist.
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Hierdurch kann ein Entleeren des Systems, das sich erst im Verlauf der gegebenenfalls längeren Abstelldauer des Kraftfahrzeugs durch die Wetterentwicklung als notwendig herausstellt, zeitlich aktuell durchgeführt werden. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens können sogenannte Wake-up-Funktionen (Aufwachfunktionen) oder ähnliches genutzt werden, die insbesondere im Steuergerät des Förder- und Dosiersystems verfügbar sind oder installiert werden. Mit solchen Funktionen können das oder die Steuergeräte im Kraftfahrzeug von außen aktiviert werden, so dass ein Rücksaugen auch bei einem abgestellten Kraftfahrzeug möglich ist. Das Rücksaugen kann dann über die externe Infrastruktur, beispielsweise über einen Internetdienst, initiiert werden. Viele Kraftfahrzeuge sind bereits mit vergleichbaren Funktionen für andere Zwecke ausgestattet, die beispielsweise eine Ansteuerung einer Heizung von außen erlauben.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm bzw. als Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass dieses Programm ohne Weiteres auch bei bestehenden Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, um so die Vorteile bei der bedarfsabhängigen Steuerung des Rücksaugens von Medium aus dem Dosiersystem nutzen zu können. Beispielsweise kann ein entsprechendes Computerprogramm auf dem Steuergerät oder der Steuereinrichtung des Förder- und Dosiersystems für die Reaktionsmittellösung des SCR-Katalysators aufgespielt werden. Insbesondere im Zusammenspiel mit einer Schnittstelle für eine externe Infrastruktur können relevante Informationen, die für eine Einfriergefährdung des Mediums eine Rolle spielen, beispielsweise über einen Internetdienst empfangen und/oder intern oder extern verarbeitet werden, so dass eine Entleerung oder Teilentleerung des Dosiersystems auf die Fälle beschränkt werden kann, in denen tatsächlich von einem Einfrieren des Mediums auszugehen ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile 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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 schematische Darstellung von Komponenten eines hydraulischen Förder- und Dosiersystems aus dem Stand der Technik, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein allgemeines Hydraulikschaltbild für ein Förder- und Dosiersystem, bei dem für eine Rückförderung des Mediums eine separate Rückförderpumpe vorgesehen ist. Das Förder- und Dosiersystem ist in diesem Beispiel für die Dosierung der Reaktionsmittellösung (Harnstofflösung) für einen SCR-Katalysator im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das Förder- und Dosiersystem umfasst einen Reaktionsmitteltank 10 zur Bevorratung des Reaktionsmittels. Zur Entnahme und Förderung des Reaktionsmittels ist eine Förderpumpe 11 mit einem Einlassventil 17 und einem Auslassventil 19 vorgesehen. Das Reaktionsmittel wird mittels der Pumpe 11 aus dem Tank 10 entnommen und in eine hydraulische Versorgungsleitung 12 eingespeist. Eine bedarfsabhängige Dosierung des Reaktionsmittels erfolgt über eine Ansteuerung des Dosierventils 13. Der erforderliche Systemdruck wird über die Pumpe 11 eingeregelt. Die bedarfsgerechte Zumessung des Reaktionsmittels erfolgt zweckmäßigerweise über eine periodische elektrische Ansteuerung des Dosierventils 13. Abhängig von der Mengenanforderung kann die Öffnungszeit des Dosierventils 13 innerhalb der Periode variiert werden. Das Reaktionsmittel wird dann in den Abgasstrang 14 eingesprüht und steht für die Katalyse im stromabwärts folgenden SCR-Katalysator (nicht gezeigt) zur Verfügung.
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Zur Vermeidung von Frostschäden insbesondere am Dosierventil 13 und/oder dem Leitungssystem 12 ist eine teilweise oder vollständige Entleerung insbesondere des druckseitigen Teils des Dosiersystems nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hierfür ist ein separater Rückförderpfad vorgesehen, der über den Rücklauf 15 in den Tank 10 mündet. Für die Rückförderung des Mediums ist eine separate Rückförderpumpe 16 mit einem Einlassventil 18 und einem Auslassventil 20 im Rückförderpfad angeordnet. Alternativ zu der Rückförderpumpe 16 kann ein schaltbares Ventil im Rücklauf vorgesehen oder die Förderpumpe kann mit einer Umschalteinheit ausgestattet sein.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Durchführung der Entleerung oder Teilentleerung des Dosiersystems erheblich verbessert werden, indem die Durchführung der Entleerung oder Teilentleerung auf die Fälle beschränkt wird, in denen tatsächlich von einer Einfriergefährdung auszugehen ist, oder indem die Rücksaugmenge entsprechend angepasst wird. Hierfür werden Informationen verarbeitet, die eine Aussage über eine Einfriergefährdung erlauben. Insbesondere können hierfür Informationen zum Standort des Kraftfahrzeugs und Informationen über aktuelle und/oder prognostizierte Wetter- und/oder Umgebungsdaten berücksichtigt werden. In die Verarbeitung dieser Informationen fließen vorteilhafterweise weiterhin Informationen zum Gefrierpunkt des aktuell verwendeten flüssigen Mediums und/oder Schwellenwertvorgaben zu einer bestimmten Temperatur, bei der zweckmäßigerweise ein Rücksaugen erfolgen sollte, ein. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme kann die Anzahl der tatsächlich durchgeführten Rücksaugvorgänge bzw. die gesamte Rücksaugmenge erheblich reduziert werden, wodurch unter anderem die Bauteilbelastung für das gesamte Förder- und Dosiersystem deutlich verringert wird.
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Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass entsprechende Informationen für das System verfügbar gemacht werden. Hierfür kann im Fahrzeug eine Schnittstelle zu einer externen Infrastruktur vorgesehen sein, um entsprechende Informationen (Wetterdaten, Informationen aus Wetter-Datenbanken, etc.) beispielsweise über das Internet, z.B. mittels eines Smartphones, empfangen zu können. Andererseits ist es auch möglich, dass Informationen, die beispielsweise über ein im Fahrzeug vorhandenes Navigationsgerät (z.B. GPS) verfügbar sind, verwendet werden. Über die Schnittstelle kann zunächst der Standort (Position) des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Optional können noch weitere Daten ermittelt werden, beispielsweise die Höhe über dem Meeresspiegel oder andere Daten, wie beispielsweise eine Fahrzeugneigung. Hierfür können prinzipiell Informationen berücksichtigt werden, die im Fahrzeug selbst verfügbar sind, beispielsweise durch entsprechende Sensoren, oder diese Informationen können aus externen Quellen stammen. Die Standortinformationen und gegebenenfalls weitere Fahrzeug-spezifischen Informationen, insbesondere der Gefrierpunkt des verwendeten Reduktionsmittels, werden genutzt, um eine Einfrierwahrscheinlichkeit zu ermitteln und daraus die Notwendigkeit abzuleiten, ob oder in welchem Maß eine Entleerung/Teilentleerung des Dosiersystems sinnvoll ist oder nicht.
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Nach oder während des Abstellens des Fahrzeugs kann zunächst eine Registrierung bei einem geeigneten Internetdienst (z.B. IoT-Dienst) erfolgen, wobei der Fahrzeug-Standort und gegebenenfalls weitere Daten übermittelt werden können. Die Daten zum Fahrzeug-Standort können beispielsweise aus einem im Kraftfahrzeug vorhandenen Satellitennavigationssystem stammen. Weitere wichtige Daten sind beispielsweise Angaben zum Gefrierpunkt des verwendeten Reduktionsmittels und/oder eine Schwelle für die Umgebungstemperatur, bei der das Rücksaugen aktiviert werden soll. Weiterhin können beispielsweise das Datum und die Uhrzeit und optional weitere Daten je nach Anwendungsfall oder Applikation, beispielsweise Daten zur Fahrzeugneigung, sofern vorhanden, übermittelt werden. Mit Hilfe von bereitgestellten Informationen, die für eine Einfriergefährdung relevant sind, kann anschließend das Einfrierrisiko für das Reaktionsmittel des Fahrzeugs mit einer entsprechenden Software im Kraftfahrzeug oder mit einer externen Funktion bewertet werden, so dass eine Entleerung oder Teilentleerung des Dosiersystems auf den Bedarfsfall beschränkt werden kann.
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Eine Überwachung beispielsweise der Umgebungstemperatur kann über den gesamten Zeitraum des Abstellens fortgeführt werden, so dass je nach Entwicklung der Umgebungstemperaturen die Entleerung oder Teilentleerung des Systems angesteuert werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Fahrzeug über Aufwachfunktionen oder Ähnliches verfügt, so dass das oder die entsprechenden Steuergeräte für den Rücksaugvorgang von außen angesteuert werden können.
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Bei der Bewertung der relevanten Informationen kann die Konnektivität zwischen dem Fahrzeug und dem externen Dienst berücksichtigt werden, beispielsweise in Form eines bestimmten Faktors. Wenn beispielsweise die Konnektivität nicht gut ist oder beispielsweise keine Verbindung zu der externen Infrastruktur möglich ist, wird sicherheitshalber ausreichend entleert oder teilentleert. Weiterhin kann die Entfernung des Kraftfahrzeug-Standortes von dem Standort, von dem die verwendeten Wetterdaten stammen, berücksichtigt werden. Dem liegt zugrunde, dass mit zunehmendem Abstand dieser Standorte die Zuverlässigkeit der Daten im Hinblick auf die Einfrierwahrscheinlichkeit am Fahrzeug-Standort abnimmt.
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Weiterhin kann die Fahrzeugneigung bei der Bewertung berücksichtigt werden, beispielsweise in Kombination mit der Einbausituation. Liegt z.B. in der Parkposition die Dosiereinrichtung deutlich über dem Tanksystem, ist die Wahrscheinlichkeit einer signifikanten Flutung beispielsweise nach einer Teilentleerung sehr gering und es kann deutlich weniger oder gar nicht rückgesaugt werden.
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Im Prinzip können für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausschließlich Informationen oder Daten verwendet werden, die im oder am Kraftfahrzeug selbst erfasst oder bereitgestellt werden, beispielsweise Daten eines Temperatursensors. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn weitere Daten, beispielsweise Daten eines Wetterdienstes, verarbeitet werden, die über die externe Infrastruktur bzw. die entsprechende Schnittstelle im Fahrzeug bereitgestellt werden. Aus welcher Quelle die jeweiligen Daten stammen und auf welche Weise und wo sie verarbeitet und bewertet werden, kann abhängig von der Implementierung des Verfahrens und je nach Anwendungsfall angepasst werden. Die Bewertung kann beispielsweise im Steuergerät des Fahrzeugs erfolgen. In anderen Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass die Bewertung von einem geeigneten IoT-Dienst erfolgt. Die Funktionalitäten können also zwischen dem Fahrzeug und der externen Infrastruktur, beispielsweise einem IoT-Dienst, aufgeteilt sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass das Verfahren auch nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs weitergeführt werden kann, also wenn die Steuergeräte im Kraftfahrzeug nicht aktiv sind. Nach dem Abstellen des Fahrzeugs kann die externe Infrastruktur, beispielsweise ein IoT-Dienst, die Überwachung und Bewertung der relevanten Kriterien (z.B. die Umgebungstemperatur) übernehmen. Der IoT-Dienst kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass er aus verfügbaren Wetterdaten und gegebenenfalls weiteren Informationen die aktuelle Umgebungstemperatur am Fahrzeug und die sich daraus ergebende aktuelle Einfrierwahrscheinlichkeit des Reduktionsmittels abschätzt. Bei der Bewertung der verschiedenen Informationen können auch Prognosen, Wettervorhersagen oder Ähnliches für einen zukünftigen Zeitraum mit einbezogen werden, um auch einen vorübergehenden Ausfall der Konnektivität zwischen Fahrzeug und Infrastruktur überbrücken zu können.
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Sobald die Auswertung der Bewertungsgrößen ein Überschreiten von einer applizierbare Schwelle für das Einfrierrisiko ergibt, kann über die externe Infrastruktur das entsprechende Steuergerät im Fahrzeug aktiviert werden, um eine Entleerung oder Teilentleerung des Dosiersystems zu initiieren. Es ist auch möglich, dass beim Erreichen einer entsprechenden Schwelle das Steuergerät im Kraftfahrzeug aktiviert wird und anhand einer im Steuergerät vorhandenen Bewertungsfunktion bewertet, ob aktuell ein Rücksaugen erforderlich ist und ausgeführt werden soll oder nicht. Dabei können weitere verfügbare Informationen oder Daten im Kraftfahrzeug berücksichtigt werden, wie beispielsweise der Zeitpunkt des letzten Rücksaugens im gleichen Abstellzyklus oder die letzte Rücksaugmenge im gleichen Abstellzyklus. Weiterhin kann auch die Einbaulage im Fahrzeug, der Neigungswinkel des abgestellten Fahrzeugs, die Verlässlichkeit von Wetterdaten, die Konnektivität, der vorausschauende Zeitraum und Anderes berücksichtigt werden. Fahrzeug-spezifische Daten können auch bereits bei der Applikation der entsprechenden Software berücksichtigt werden. In die Bewertungsfunktion kann weiterhin beispielsweise einfließen, wenn der Zeitraum seit dem letzten Rücksaugen sehr groß war und eine Flutung des Dosiersystems nicht ausgeschlossen werden kann. In diesem Fall kann sicherheitshalber noch ein weiteres Mal eine erforderliche Menge rückgesaugt werden. Wenn insgesamt die Beurteilung im Rahmen der Bewertungsfunktion ein Rücksaugen anfordert, wird ein ausreichendes Rücksaugen initialisiert und ausgeführt, so dass eine ausreichende Flüssigkeitsmenge aus dem druckseitigen Teil des Systems, insbesondere aus der Dosiereinrichtung und den Druckleitungen, in den Tank zurückgefördert wird. Zweckmäßigerweise werden die entsprechenden Daten zum Rückfördervorgang, beispielsweise Datum, Zeitpunkt usw., gespeichert, um bei einer nächsten Bewertung zur Verfügung zu stehen.
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Bei einem Wiederstart des Fahrzeugs muss das Dosiersystem wieder in die Dosierbereitschaft gebracht werden (Befüllen, Druckaufbau, Ventilation). Prinzipiell können dabei die Daten, die im Zusammenhang mit dem Rücksaugen oder den entsprechenden Bewertungsfunktionen im vergangenen Abstellzyklus gespeichert wurden, gelöscht werden. Falls der Systemstart aufgrund von Fehlern abgebrochen oder die Systembereitschaft nicht hergestellt bzw. angefordert wird, beispielsweise weil die notwendigen Katalysatortemperaturen nicht erreicht wurden, können die Daten aus der erfindungsgemäßen Bewertungsfunktion gegebenenfalls zum Teil weiter genutzt werden. Dies gilt insbesondere für die Fälle, bei denen sichergestellt werden kann, dass der abgebrochene Systemstart keine Änderung des Entlüftungszustandes verursacht hat.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin eine Lernfunktion oder Adaptierungsfunktion umfassen. Wenn beispielsweise von einer ganzjährigen warmen Region auszugehen ist, kann ein kompletter Verzicht auf das Rücksaugen im Steuergerät adaptiert werden.
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Eine Steuerung des Entleervorgangs kann beispielsweise durch eine Anpassung der Rücksaugmenge erfolgen. Wenn sich aus der abgeleiteten Einfrierwahrscheinlichkeit ergibt, dass von einem Einfrieren nicht auszugehen ist, kann beispielsweise die Rücksaugmenge auf null gesetzt werden.
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Bei manchen Fahrzeugen besteht aus anderen Gründen von Zeit zu Zeit oder fortlaufend eine Konnektivität des Fahrzeugs zu einer externen Infrastruktur. Beispielsweise ist es bei zu transportierenden Fahrzeugen in einigen Fällen üblich, dass laufend der Standort und die Umgebungsbedingungen aktualisiert werden, insbesondere im Hinblick auf einen Diebstahlschutz. Diese aus anderen Gründen hergestellte Konnektivität des Fahrzeugs kann für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden.
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Um einerseits die Kosten für das Förder- und Dosiersystem senken zu können und andererseits eine ausreichende Sicherheit im Hinblick auf das Einfrieren des Systems zu gewährleisten, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass Fahrzeuge in unterschiedlichen Varianten bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine Standard-Variante mit einem deutlich geringeren Lastprofil des Förder- und Dosiersystems hergestellt werden. Bei dieser Variante wird durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anzahl oder das Ausmaß der Rücksaugvorgänge nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs deutlich reduziert. Bei einer anderen Variante als Sonderausführung („Arctic-Paket“), die für kältere Zonen vorgesehen ist, wird das Förder- und Dosiersystem für eine stärkere Bauteilbelastung ausgelegt, da durch die tieferen Umgebungstemperaturen in deutlich mehr Fällen ein Rücksaugen von Medium erforderlich sein wird.
