DE102014213344A1

DE102014213344A1 - Diagnoseverfahren für SCR-System in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014213344A1
Application number: DE102014213344.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bruhn
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2016-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für ein SCR-Systems (Selective Catalytic Reduction) in einem Fahrzeug, wobei das SCR-System einen Injektor zum Einspritzen eines Betriebsmittels, vorzugsweise auf Harnstoff basierende Flüssigkeit, in den Abgasstrang des Fahrzeugs, und eine Pumpe zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor, umfasst, wobei zur Durchführung der Diagnose Daten am SCR-System erhoben werden und basierend auf den Daten eine eingespritzte Dosiermenge ermittelt wird, wobei nur ermittelte Dosiermengen als richtig erachtet werden, wenn die zugehörigen Daten währen eines definierten, von der Pumpe erzeugten Volumenstroms erhoben wurden, und wobei der definierte Volumenstrom zumindest das 5-fache, vorzugsweise zumindest das 10-fache, besonders vorzugsweise zumindest das 15-fache, einer pumpeninternen Leckagemenge der Pumpe beträgt.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für ein SCR-System in einem Fahrzeug. Bei dem SCR-System (Selective Catalytic Reduction) wird ein Betriebsmittel, insbesondere auf Harnstoff basierende Flüssigkeit, vor einem Katalysator in den Abgasstrang eines Fahrzeugs eingespritzt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Betriebsverfahren für das SCR-System sowie das SCR-System in einem Fahrzeug.
Der Stand der Technik kennt übliche SCR-Systeme in Kraftfahrzeugen. Diese Systeme umfassen einen Tank mit einer auf Harnstoff basierenden Flüssigkeit. Aus diesem Tank wird über eine Pumpe und einen Injektor die Flüssigkeit in den Abgasstrang des Fahrzeugs eingespritzt. Mittels der Flüssigkeit im Abgasstrang bzw. Katalysator wird durch eine selektive katalytische Reduktion der Ausstoß von Stickoxiden reduziert. Über entsprechende Diagnoseverfahren bzw. Diagnose-/Steuereinheiten wird im Fahrzeug üblicherweise die Funktionsfähigkeit des SCR-Systems überwacht. Entsprechende gesetzliche Vorgaben fordern dabei eine maximale Dosiermengenabweichung von 50%.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Diagnoseverfahren für ein SCR-System in einem Fahrzeug anzugeben, das eine sichere Überwachung des SCR-Systems und insbesondere der eingespritzten Dosiermenge ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Betriebsverfahren für das SCR-System und ein SCR-System im Fahrzeug anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Im Rahmen der Erfindung wird berücksichtigt, dass die Pumpen des SCR-Systems eine pumpeninterne Leckage aufweisen können. Aufgrund dieser pumpeninternen Leckage kann die tatsächlich eingespritzte Dosiermenge des Betriebsmittels (auf Harnstoff basierende Flüssigkeit) nicht in allen Betriebszuständen exakt ermittelt werden. Insbesondere bei geringen Volumenströmen beeinflusst die pumpeninterne Leckage die Ermittlung der Dosiermenge erheblich.
So wird ein erfindungsgemäßes Diagnoseverfahren für ein SCR-System (Selective Catalytic Reduction) in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das SCR-System umfasst zumindest einen Injektor zum Einspritzen eines Betriebsmittels. Das Betriebsmittel ist insbesondere eine auf Harnstoff basierende Flüssigkeit. Der Injektor spritzt das Betriebsmittel in den Abgasstrang des Fahrzeugs, vorzugsweise vor einem entsprechenden Katalysator ein. Des Weiteren umfasst das SCR-System eine Pumpe zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor. Zur Durchführung der Diagnose werden Daten am SCR-System erhoben und basierend auf den Daten wird eine eingespritzte Dosiermenge ermittelt. Bevorzugt werden als „Daten” die Drehzahl der Pumpe ermittelt. Basierend auf der Drehzahl und der Pumpenbauart kann die eingespritzte Dosiermenge ermittelt werden. Diese ermittelte eingespritzte Dosiermenge muss nicht der tatsächlich eingespritzten Dosiermenge exakt entsprechen, da es bspw. aufgrund der pumpeninternen Leckage zu Abweichungen kommen kann.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass nur diejenigen ermittelten Dosiermengen als richtig erachtet werden, deren zugehörigen Daten (z. B. Drehzahl der Pumpe) während eines definierten, von der Pumpe erzeugten Volumenstroms erhoben wurden. Dieser definierte Volumenstrom beträgt zumindest das 5-fache der pumpeninternen Leckagemenge. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der definierte Volumenstrom zumindest das 10-fache, besonders vorzugsweise zumindest das 15-fache, der pumpeninternen Leckagemenge beträgt.
Sobald der Volumenstrom ein vielfaches der pumpeninternen Leckagemenge beträgt, ist die Abweichung zwischen der tatsächlich eingespritzten Dosiermenge und der ermittelten Dosiermenge im Rahmen des Diagnoseverfahren nicht mehr relevant. Insbesondere für die gesetzliche Vorgabe von einer maximalen 50%-Abweichung der Dosiermenge spielt die pumpeninterne Leckage bei diesen hohen Volumenströmen keine entscheidende Rolle mehr. Basierend auf den als richtig erachteten Dosiermengen kann das Diagnoseverfahren entsprechende Funktionsmeldungen zum Zustand des SCR-System ausgeben.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die pumpeninterne Leckagemenge im Fahrzeug bestimmt wird und bei der Ermittlung der Dosiermenge berücksichtigt wird. Beispielsweise direkt nach dem Druckaufbau, insbesondere bei einer Katalysatortemperatur von ca. 80°C, wird bei „Null-Dosierung” die aktuelle Leckage der Pumpe bestimmt. Diese bestimmte pumpeninterne Leckagemenge wird insbesondere bei der Ermittlung der eingespritzten Dosiermenge mit berücksichtigt. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die pumpeninterne Leckagemenge als fester Wert in einem Speicher einer Diagnose-/Steuereinheit des Fahrzeugs hinterlegt ist. Diese „Diagnose-/Steuereinheit” kann ein separates Steuergerät sein oder in ein weiteres Steuergerät des Fahrzeugs integriert sein.
Der definierte Volumenstrom, ab dem die ermittelten Dosiermengen als korrekt erachtet werden, liegt vorteilhafterweise bei zumindest 500 μl/min (Mikroliter pro Minute). Insbesondere liegt der Volumenstrom bei zumindest 600 μl/min, besonders vorzugsweise bei zumindest 700 μl/min.
Vorzugsweise liegt die pumpeninterne Leckagemenge zwischen 1 μl/min und 100 μl/min. Insbesondere bei Werten ab 10 μl/min sollte die pumpeninterne Leckagemenge berücksichtigt werden und das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren angewandt werden.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Betriebsverfahren für das SCR-System in einem Fahrzeug. Das SCR-System umfasst dabei einen Injektor zum Einspritzen des Betriebsmittels in den Abgasstrang des Fahrzeugs und die Pumpe zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor. Im Rahmen des Betriebsverfahrens ist vorgesehen, dass die Einspritzung des Betriebsmittels erst dann erfolgt, wenn die benötigte Dosiermenge soweit ansteigt, dass sie von einem definierten, von der Pumpe erzeugten Volumenstrom erzeugt werden kann. Es wird also abgewartet, bis die erforderliche Dosiermenge einen gewissen Grenzwert überschreitet. Dies erfolgt insbesondere in bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs, bei denen sicher gestellt ist, dass mit dem Einspritzen des Betriebsmittels abgewartet werden kann. Der definierte Volumenstrom beträgt zumindest das 5-fache, vorzugsweise zumindest das 10-fache, besonders vorzugsweise zumindest das 15-fache, der pumpeninternen Leckagemenge.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren.
Ein typischer Betriebszustand, bei dem eine Einspritzung eines Betriebsmittels erfolgt, ist, wenn sich der Katalysator auf ca. 180°C erwärmt hat. Bei diesem Betriebszustand ist üblicherweise auch eine relativ große Dosiermenge nötig, sodass mit entsprechend großem Volumenstrom eingespritzt werden kann. In solch einem Betriebszustand ist die pumpeninterne Leckage zu vernachlässigen und es kann ohne Probleme sowohl ein Einspritzen als auch ein gleichzeitiges Durchführen des Diagnoseverfahrens erfolgen.
Die Erfindung umfasst ferner das beschriebene SCR-System in einem Fahrzeug mit einer Diagnose-/Steuereinheit, die zur Durchführung des beschriebenen Diagnoseverfahrens und Betriebsverfahrens ausgebildet ist. Wesentlicher Bestandteil der Diagnose-/Steuereinheit ist eine Recheneinheit, die als eigenständiges Steuergerät vorliegen kann oder in einem weiteren Steuergerät des Fahrzeugs integriert ist.
Insbesondere ist mittels der Diagnose-/Steuereinheit die Drehzahl der Pumpe bestimmbar, sodass basierend auf diesen Daten die eingespritzte Dosiermenge ermittelt werden kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur. Es zeigt:
1 eine rein schematische Ansicht eines SCR-Systems in einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel.
1 zeigt in rein schematischer Ansicht ein SCR-System 1 wie es in einem Fahrzeug integriert werden kann. Das SCR-System 1 umfasst einen Tank 2 gefüllt mit entsprechendem Betriebsmittel. Das Betriebsmittel ist insbesondere eine auf Harnstoff basierende Flüssigkeit. Vom Tank 2 führt eine Leitung zu einer Pumpe 3. Mittels der Pumpe 3 ist eine volumetrische Förderung des Betriebsmittels aus dem Tank zu einem Injektor 5 möglich.
Der Injektor 5 sitzt an einem Abgasstrang 6 des Fahrzeugs. Insbesondere befindet sich der Injektor 5 kurz vor einem Katalysator 7 im Abgasstrang 6. Der Injektor 5 dient zum Einspritzen des Betriebsmittels in den Abgasstrang 6.
Zwischen Pumpe 3 und dem Injektor 5 ist vorteilhafterweise ein Drucksensor 4 angeordnet. Über den Drucksensor 4 kann der Druck des Betriebsmittels zwischen der Pumpe 3 und dem Injektor 5 gemessen werden.
Die schematische Darstellung in 1 zeigt des Weiteren eine Diagnose-/Steuereinheit 8. Diese Diagnose-/Steuereinheit 8 ist zur Datenübermittlung mit der Pumpe 3 verbunden. Vorzugsweise gibt es auch eine datenleitende Verbindung zwischen der Diagnose-/Steuereinheit 8 und dem Drucksensor 4.
Das schematisch gezeigte SCR-System 1 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens ausgebildet. Anhand der ermittelten Drehzahl an der volumetrisch fördernden Pumpe 3 kann die eingespritzte Dosiermenge ermittelt werden. Entsprechend wird auch durch Ansteuerung der Pumpe 3 und Veränderung der Drehzahl der Pumpe 3 die eingespritzte Dosiermenge variiert.
Die so ermittelte Dosiermenge ist jedoch in Abhängigkeit der pumpeninternen Leckage fehlerhaft. Im Rahmen der Erfindung werden nur diejenigen ermittelten Dosiermengen als richtig erachtet, die ermittelt werden, während die Pumpe 3 einen definierten hohen Volumenstrom erzeugt. Dieser Volumenstrom ist in Abhängigkeit der pumpeninternen Leckagemenge definiert. Sobald die Pumpe 3 zumindest das 5-fache der Leckagemenge fördert, kann davon ausgegangen werden, dass die Leckagemenge die ermittelte Dosiermenge nicht mehr relevant beeinflusst.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass mit dem Einspritzen des Betriebsmittels solange gewartet wird, bis die erforderliche Dosiermenge einen gewissen Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert wird derart festgelegt, sodass bei dem Grenzwert ein ausreichender großer Volumenstrom der Pumpe 3 erforderlich ist. So kann bei Einspritzen ab diesem Grenzwert auch gleichzeitig das Diagnoseverfahren laufen.
Bezugszeichenliste

1: SCR-System
2: Tank
3: Pumpe
4: Drucksensor
5: Injektor
6: Abgasstrang
7: Katalysator
8: Diagnoseeinheit

Claims

Diagnoseverfahren für ein SCR-Systems (1) (Selective Catalytic Reduction) in einem Fahrzeug, • wobei das SCR-System (1) einen Injektor (5) zum Einspritzen eines Betriebsmittels, vorzugsweise auf Harnstoff basierende Flüssigkeit, in den Abgasstrang (6) des Fahrzeugs, und eine Pumpe (3) zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor (5), umfasst, • wobei zur Durchführung der Diagnose Daten am SCR-System (1) erhoben werden und basierend auf den Daten eine eingespritzte Dosiermenge ermittelt wird, • wobei nur ermittelte Dosiermengen als richtig erachtet werden, wenn die zugehörigen Daten währen eines definierten, von der Pumpe (3) erzeugten Volumenstroms erhoben wurden, und • wobei der definierte Volumenstrom zumindest das 5-fache, vorzugsweise zumindest das 10-fache, besonders vorzugsweise zumindest das 15-fache, einer pumpeninternen Leckagemenge der Pumpe (3) beträgt.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Daten die Drehzahl der Pumpe erhoben wird und aus der Drehzahl die eingespritzte Dosiermenge ermittelt wird.
Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Volumenstrom zumindest 500 μl/min (Mikroliter pro Minute), vorzugsweise zumindest 600 μl/min, besonders vorzugsweise zumindest 700 μl/min, beträgt.
Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pumpeninterne Leckagemenge zwischen 1 μl/min und 100 μl/min liegt.
Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pumpeninterne Leckagemenge im Fahrzeug bestimmt wird und bei der Ermittlung der Dosiermenge berücksichtig wird, und/oder wobei die pumpeninterne Leckagemenge als fester Wert in einer Diagnoseeinheit (8) des Fahrzeugs hinterlegt ist.
Betriebsverfahren für ein SCR-Systems (1) (Selective Catalytic Reduction) in einem Fahrzeug, • wobei das SCR-System (1) einen Injektor (5) zum Einspritzen eines Betriebsmittels, vorzugsweise auf Harnstoff basierende Flüssigkeit, in den Abgasstrang (6) des Fahrzeugs, und eine Pumpe (3) zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor (5), umfasst, • wobei die Einspritzung des Betriebsmittels, zumindest in bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs, erst erfolgt, wenn die benötigte Dosiermenge soweit ansteigt, dass sie von einem definierten, von der Pumpe (3) erzeugten Volumenstrom erzeugt werden kann, und • wobei der definierte Volumenstrom zumindest das 5-fache, vorzugsweise zumindest das 10-fache, besonders vorzugsweise zumindest das 15-fache, einer pumpeninternen Leckagemenge der Pumpe (3) beträgt.
SCR-System (1) (Selective Catalytic Reduction) für ein Fahrzeug, umfassend • einen Injektor (5) zum Einspritzen eines Betriebsmittels, vorzugsweise auf Harnstoff basierende Flüssigkeit, in den Abgasstrang (6) des Fahrzeugs, eine Pumpe zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor (5), und • eine Diagnose-/Steuereinheit, die zur Durchführung des Diagnoseverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder des Betriebsverfahren nach Anspruch 6 ausgebildet ist.