DE102014211010A1

DE102014211010A1 - Verfahren zur Kalibrierung eines HWL-Qualitätssensors

Info

Publication number: DE102014211010A1
Application number: DE102014211010.6A
Authority: DE
Inventors: Jan Michl Hofmann; Reinold Weinmann; Sven Poettker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines HWL-Qualitätssensors, der in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. In dem Verfahren erfolgt die Kalibrierung bei einer Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines HWL-Qualitätssensors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, das dieses Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Stand der Technik
Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik sind SCR-Katalysatorsysteme (SCR = Selective Catalytic Reduction) zur Stickoxidreduzierung mittels Eindosierung einer Harnstoffwasserlösung (HWL) bekannt. Die künftige Gesetzgebung zum Emissionsschutz erfordert eine Überwachung der Qualität der verwendeten HWL mittels eines HWL-Qualitätssensors, um insbesondere eine mögliche Fehlbetankung durch den Fahrzeugführer zu erkennen. Die gesetzliche Anforderungen an die Genauigkeit dieser Qualitätsüberwachung entsprechen einer Messgenauigkeit des Sensors von +/–1% Massenanteil an Harnstoff in der HWL.
Ein bekannter Ansatz zur genannten Qualitätsüberwachung sind Ultraschall-Sensoren, mittels derer die Schalllaufzeit über eine vorgegebene Strecke erfasst wird und aus der erfassten Laufzeit der Harnstoffgehalt der HWL abgeleitet wird. Diese Sensoren werden meist bei der Fertigung mit einer geeigneten HWL kalibriert. Bedingt durch die hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit ist bei den verfügbaren Sensoren ein Kalibrieren erforderlich, das die Umrechnungsvorschrift bzw. ein Kennfeld so beeinflusst, dass aus dem Messwert korrekt der HWL Konzentrationswert abgeleitet wird.
Es ist anzumerken, dass die genannte erforderliche Messgenauigkeit, unter den gegebenen Randbedingungen im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, mit anderen preisgünstigeren Sensoren nicht erreicht werden kann.
Es ist ferner Herauszuheben, dass eine Fehlbetankung mit HWL über einen entsprechenden Sensoralarm nicht nur zu einer Warnung oder Abschaltung des SCR-Katalysatorsystems, sondern zur automatischen Stilllegung des Kraftfahrzeugs führen kann. Daher sollte ein Fehlalarm, der die gleichen Folgen hat, unter allen Umständen vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde eine Kalibrierung eines HWL-Qualitätssensors, der in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, bei einer Erstinbetriebnahme dieses Kraftfahrzeugs durchzuführen. Der HWL-Qualitätssensor kann insbesondere in einem HWL-Tank des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
Ein Kalibrieren bei der Erstinbetriebnahme hat die Vorteile, dass das System hier ohne weiteren Zusatzaufwand messfähig ist und im Anschluss an die Kalibrierung keine weiteren Produktionsschritte durchgeführt werden müssen, die die Kalibrierung wieder beeinträchtigen könnten. Ein zusätzlicher, mit erheblichen Kosten verbundener Kalibrierungsschritt ist dadurch nicht mehr erforderlich.
Zweckmäßiger Weise erfolgt nach jeder Inbetriebnahme des Fahrzeugs eine Überprüfung, ob eine Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs vorliegt. Im Falle der Erkennung einer Erstinbetriebnahme wird ein Messwert des HWL-Qualitätsensors erfasst. Im Anschluss daran erfolgt eine Anpassung einer Umrechnungsvorschrift für diesen Messwert in eine HWL-Konzentration. Diese Umrechnungsvorschrift wird dann permanent in einem elektronischen Steuergerät des Kraftfahrzeugs abgespeichert. Dadurch ist eine Verwendung dieser Umrechnungsvorschrift auch bei nachfolgenden Inbetriebnahmen des Kraftfahrzeugs möglich.
Auch vorteilhaft ist es einen HWL-Tank des Kraftfahrzeugs vor der Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs mit einer Harnstoff-Wasser-Lösung einer vorgegebenen Konzentration zu befüllen, welche bei der Anpassung der Umrechnungsvorschrift berücksichtigt wird, da die Eigenschaften und Qualität der verwendeten Lösung durch Qualitätssicherungsmaßnahmen gegenüber dem HWL-Zulieferer gesichert ist, wodurch die Umrechnungsvorschrift besser angepasst werden kann und dadurch die Kalibrierung des Sensors verfeinert werden kann.
Alternativ wird bevorzugt, den HWL-Tank vor der Erstinbetriebnahme des Fahrzeugs mit einer HWL zu füllen deren Konzentration gemessen wird und diese gemessene Konzentration bei der Anpassung der Umrechnungsvorschrift zu berücksichtigen. Auf diese Weise wird die Konzentration der Harnstoff-Wasser-Lösung sehr genau und unabhängig von Herstellungsschwankungen bestimmt, wodurch eine noch genauere Kalibrierung des HWL-Qualitätssensors erreicht wird.
Die Anpassung der Umrechnungsvorschrift erfolgt insbesondere nur dann, wenn der vom HWL-Qualitätssensor erfasste Messwert in einem vorgegebenen Wertebereich liegt. Liegt die ermittelte HWL-Konzentration außerhalb dieses Wertebereichs wird die Kalibrierung des Sensors nicht zugelassen. In einem solchen Fall kann in Betracht gezogen werden, den Sensor und die eingesetzte HWL auf ihre spezifischen Eigenschaften zu überprüfen um eventuelle Fehlerketten im späteren Betrieb zu vermeiden.
Der Wertebereich wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass er einer Konzentration der HWL im Bereich von 25 Gew.-% bis 40 Gew.-% entspricht. Dadurch können mögliche Fehlkalibrierungen infolge eines fehlerhaften Qualitätssensors oder starken Qualitätsschwankungen der HWL verhindert werden. Bei einem Verlassen des Wertebereichs können die möglichen Fehlerquellen überprüft und die Fehlerursachen ermittelt und weiterverfolgt werden.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren in einem elektronischen Steuergerät zu implementieren. Hierzu führt es jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder elektronischen Steuergerät abläuft. Das erfindungsgemäße maschinenlesbare Speichermedium speichert das erfindungsgemäße Computerprogramm. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um einen HWL-Qualitätssensor mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu kalibrieren.
Die Erfindung kann insbesondere in Verbindung mit Ottomotoren oder Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, die mit einem SCR-Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet sind, welches einen oben genannten Qualitätssensor zur Überwachung der HWL-Konzentration aufweist, zur Anwendung kommen. Es versteht sich allerdings, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei entsprechenden Brennkraftmaschinen außerhalb der Fahrzeugtechnik, z.B. im Bereich der Schiffstechnik oder im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik, mit den hierin beschriebenen Vorteilen angewendet werden kann.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt schematisch eine Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems mit einem hier betroffenen HWL-Qualitätssensor gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
Ausführungsform der Erfindung
In der 1 ist eine Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorensystems zur Eindosierung von Harnstoffwasserlösung (HWL) in den Abgasstrang einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine 11 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Das SCR-Katalysatorsystem dient in an sich bekannter Weise zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas der Brennkraftmaschine 11 mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR). Für die Reduktion wird das Reduktionsmittel HWL über ein Dosierventil 13 in den Abgasstrang 10 stromaufwärts des SCR-Katalysators 12 eingespritzt. Das Dosierventil kann auch ein oder mehrere Dosiermodule umfassen, welche z.B. jeweils mehrere Einspritzventile umfassen.
Die HWL 22 wird in einem HWL-Tank 14 bevorratet. Zur Entnahme der HWL 22 ist eine Saugleitung 15 vorgesehen, wobei die HWL 22 über eine Förderpumpe 16 aus dem HWL-Tank 14 gefördert wird. Die HWL 22 wird präzise und bedarfsabhängig in den Abgasstrang 10 eingespritzt. Hierfür ist der Druck der HWL 22 in der Druckleitung 17 maßgeblich, welcher daher auf einen vorgebbaren Solldruck geregelt wird. Zur Erfassung des Drucks in der Druckleitung 17 ist ein Drucksensor 18 vorgesehen, der die erfassten Drucksignale an ein Steuergerät 19 weiterleitet, so dass die Förderpumpe 16 über eine Signalgebung des Steuergeräts 19 den vorgebbaren Solldruck einregeln kann.
Die Ansteuerung des Dosierventils 13 erfolgt ebenfalls über eine Signalgebung des Steuergeräts 19. Das Dosierventil 13 wird mit einer sogenannten Öffnungsfrequenz angesteuert, die für verschiedene Dosiermengen identisch ist, sich aber bei den verschiedenen Dosiermengen in einer unterschiedlich langen Öffnung des Ventils auswirkt. Die Öffnungsfrequenz liegt beispielsweise bei 1 Hz.
In dem HWL-Tank 14 ist ein in die HWL 22 eintauchender HWL-Qualitätssensor 20 angeordnet, mittels dessen der Harnstoffgehalt der HWL 22 gemessen wird. Die Messung kann sich in bekannter Weise, z.B. durch Laufzeitmessung eines Schallsignals, erfolgen. Allerdings kommt es auf die dabei eingesetzte Messtechnik im Rahmen der Erfindung nicht an. Das vom Qualitätssensor 20 erfasste bzw. generierte Signal wird über einen Signalpfad 21 dem Steuergerät 19 zur Weiterverarbeitung zugeführt.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren wird bevorzugt in dem in 1 gezeigten Steuergerät 19 ausgeführt. Da es jedoch auf den Ort der Ausführung des Verfahrens nicht ankommt, kann das Verfahren auch in einem separaten Steuergerät oder einem Motorsteuergerät zur Steuerung der Brennkraftmaschine 11 ausgeführt werden.
2 zeigt eine Routine zur Kalibrierung des Qualitätssensors. Nach der Inbetriebnahme des Fahrzeugs in Schritt 31 wird in Schritt 32 zunächst geprüft, ob eine Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs vorliegt. Ist dies nicht der Fall, wird findet ein Übergang in den Normalbetrieb 36 des Kraftfahrzeugs statt. Wird jedoch eine Erstinbetriebnahme erkannt, werden in Schritt 33 die Messwerte des HWL-Qualitätssensors 20 erfasst. Auf Grundlage der Messwerte aus Schritt 33 und der bereits im Voraus aus den Herstellerangaben bekannten HWL-Konzentration wird in Schritt 34 eine Umrechnungsvorschrift für die Umrechnung der Messwerte in die entsprechende HWL-Konzentration aufgestellt. Bei dem vorliegenden Verfahren wird zum Beispiel eine auf dem Markt unter dem Handelsnahmen „AdBlue^®“ erhältliche Harnstoff-Wasser-Lösung verwendet, deren Konzentration bei circa 32,5 +/– 0,7 % liegt. Die Umrechnungsvorschrift wird in Schritt 35 permanent im Steuergerät 19 abgespeichert. Die Kalibrierung des Sensors ist dadurch abgeschlossen. Im nachfolgenden Schritt 36, dem Normalbetrieb findet diese gespeicherte Kalibrierung Anwendung.
Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umrechnungvorschrift in Schritt 34 auf Grundlage der Messwerte aus Schritt 33 und der bereits im Voraus aus den Herstellerangaben bekannten HWL-Konzentration aufgestellt. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, die verwendete HWL-Konzentration vor Einfüllen der HWL 22 in den HWL-Tank 24 mittels eines geeigneten Prüfverfahrens zu ermitteln, anstatt auf die Herstellerangaben zurückzugreifen.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines HWL-Qualtiätssensors (20), der in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung bei einer Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Inbetriebnahme (31) des Kraftfahrzeugs eine Überprüfung (32) erfolgt, ob eine Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs vorliegt, wobei bei Erkennung einer Erstinbetriebnahme ein Messwert des HWL-Qualitätssensors (20) erfasst (33) wird, eine Anpassung (34) einer Umrechnungsvorschrift für einen Messwert des HWL-Qualitätssensors (20) in eine HWL-Konzentration erfolgt und die angepasste Umrechnungsvorschrift permanent in einem elektronischen Steuergerät (19) des Kraftfahrzeugs abgespeichert (35) wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein HWL-Tank (14) des Kraftfahrzeugs vor der Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs mit einer Harnstoff-Wasser-Lösung (22) einer vorgegebenen Konzentration befüllt wird, deren Konzentration bei der Anpassung (34) der Umrechnungsvorschrift berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein HWL-Tank (14) des Kraftfahrzeugs vor der Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs mit einer Harnstoff-Wasser-Lösung (22) befüllt wird, die Konzentration der Harnstoff-Wasser-Lösung (22) gemessen wird und diese gemessene Konzentration bei der Anpassung (34) der Umrechnungsvorschrift berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung (34) der Umrechnungsvorschrift nur dann erfolgt, wenn ein Messwert des HWL-Qualitätsensors (20) erfasst (33) wird, der in einem vorgegebenen Wertebereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich einer Konzentration der Harnstoff-Wasser-Lösung (22) im Bereich von 25 Gew.-% bis 40 Gew.-% entspricht.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (19), welches eingerichtet ist, um einen HWL-Qualitätssensor (20), der in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, mittels eines Verfahrens nach einem der Anspruch 1 bis 6 zu kalibrieren.