DE102014213358A1

DE102014213358A1 - Diagnoseverfahren für ein SCR-System in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014213358A1
Application number: DE102014213358.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bruhn; Christian Jaeckel; Frank Kraeft; Martin Lauterbach
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 Diagnoseverfahren für ein SCR-System (Selective Catalytic Reduction) in einem Fahrzeug, wobei das SCR-System einen Injektor zum Einspritzen eines Betriebsmittels, vorzugsweise eine auf Harnstoff basierende Flüssigkeit, in den Abgasstrang des Fahrzeugs, eine Pumpe zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor, und einen Drucksensor zwischen der Pumpe und dem Injektor umfasst, wobei bei Durchführung der Diagnose Messwerte am Drucksensor erhoben werden und basierend auf den Messwerten eine Injektorleckage des Injektors ermittelt wird, wobei nur eine ermittelte Injektorleckage als richtig erachtet wird, wenn die zugehörigen Messwerte währen eines definierten, von der Pumpe erzeugten Pumpendrucks erhoben wurden, und wobei bei dem definierten Pumpendruck eine pumpeninterne Leckagemenge höchsten 100 μl/min (Mikroliter pro Minute), vorzugsweise höchstens 50 μl/min, besonders vorzugsweise höchstens 1 μl/min, 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 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 Injektorleckage 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. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass die verwendeten Injektoren eine Feinleckage aufweisen können. Insbesondere bei geringen Volumenströmen der Pumpe, beeinflusst die pumpeninterne Leckage die Ermittlung der Injektorleckage.
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 des Betriebsmittels in den Abgasstrang des Fahrzeugs, vorzugsweise vor einem entsprechenden Katalysator. Ferner umfasst das SCR-System eine Pumpe zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor und einen Drucksensor in der Leitung zwischen der Pumpe und dem Injektor. Bei der Durchführung der Diagnose werden Messwerte am Drucksensor erhoben. Basierend auf diesen Messwerten kann eine Injektorleckage des Injektors ermittelt werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Pumpe einen definierten Druck liefert und über den Injektor eine entsprechende Menge mit dem entsprechenden Druck abgegeben wird. Bei einem entsprechend niedrigen Druck am Drucksensor kann somit auf eine Injektorleckage geschlossen werden.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass nur eine ermittelte Injektorleckage als richtig erachtet wird, wenn die zugehörigen Messwerte am Drucksensor während eines definierten, von der Pumpe erzeugten Pumpendrucks erhoben wurden. Bei dem definierten Pumpendruck beträgt die pumpeninterne Leckagemenge höchstens 100 μl/min (Mikroliter pro Minute). Insbesondere beträgt bei dem definierten Pumpendruck die pumpeninterne Leckagemenge höchstens 50 μl/min, besonders vorzugsweise höchstens 1 μl/min.
Bei den hier definierten geringen pumpeninternen Leckagemengen kann davon ausgegangen werden, dass die pumpeninterne Leckage die Messung am Drucksensor nur geringfügig beeinflusst. Insbesondere für die gesetzliche Vorgabe von einer maximalen 50%-Abweichung der Dosiermenge spielt diese geringe pumpeninterne Leckagemenge bei der Messung am Drucksensor und somit bei der Bestimmung der Injektorleckage keine entscheidende Rolle mehr. Basierend auf der als richtig erachteten Injektorleckage, ermittelt nach dem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren, können entsprechende Funktionsmeldungen zum Zustand des SCR-Systems ausgegeben werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der definierte Pumpendruck höchstens 6 bar, vorzugsweise höchstens 5 bar, besonders vorzugsweise höchstens 4 bar, beträgt. In Versuchen wurde ermittelt, dass bei diesen Pumpendrücken im SCR-System die pumpeninterne Leckagemenge höchstens 100 μl/min beträgt und somit bei diesen Pumpendrücken ein vernachlässigbarer Einfluss auf die Druckmessungen durch die pumpeninterne Leckage erfolgt.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das SCR-System einen Druckspeicher umfasst. Der Druckspeicher ist zwischen der Pumpe und dem Injektor fluidleitend angeschossen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der definierte Pumpendruck unter dem Arbeitsdruck des Druckspeichers liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass während der Überprüfung der Injektorleckage der Druckspeicher noch nicht arbeitet und somit die Messung nicht beeinflusst.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Pumpendruck durch Verändern der Pumpendrehzahl eingestellt wird. Dies ist insbesondere bei einer nicht volumetrisch fördernden Pumpe der Fall.
Des Weiteren wird bevorzugt berücksichtigt, dass in SCR-Systemen Pumpen mit einer Grundumwälzmenge verwendet werden. Dabei führt ein Rücklauf von der Druckseite der Pumpe zu einem Tank oder zur Saugseite der Pumpe. In diesem Rücklauf wird im Rahmen der Erfindung ein Ventil angeordnet. Dieses Ventil ist so ausgebildet, dass es erst öffnet, wenn der Pumpendruck über den definierten Pumpendruck steigt. Hierzu wird bspw. ein Kugel-Federventil verwendet. Somit kann das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren auch bei Pumpen mit Grundumwälzmenge verwendet werden. Durch das Ventil wird vorerst die Grundumwälzmenge unterdrückt und die Pumpe liefert den definierten Druck in der Leitung zwischen Pumpe und Injektor. Dieser Druck kann mittels des Drucksensors gemessen werden.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Betriebsverfahren für ein SCR-System in einem Fahrzeug, wobei das SCR-System einen Injektor zum Einspritzen des Betriebsmittels in den Abgasstrang, eine Pumpe zum Fördern des Betriebsmittels und einen Drucksensor zwischen der Pumpe und dem Injektor umfasst. Im Rahmen des Betriebssystems sind zumindest folgende Schritte vorgesehen: (i) Betreiben der Pumpe bis zu einem definierten Pumpendruck, wobei bei dem definierten Pumpendruck eine pumpeninterne Leckagemenge höchstens 100 μl/min, vorzugsweise höchstens 50 μl/min, besonders vorzugsweise höchstens 1 μl/min, beträgt, (ii) Durchführen einer Diagnose, wobei Messwerte am Drucksensor erhoben werden und basierend auf den Messwerten eine Injektorleckage des Injektors ermittelt wird, und (iii) Erhöhen des Pumpendrucks über den definierten Pumpendruck nach Durchführen der Diagnose.
Im Rahmen des Betriebsverfahrens wird also nach Überprüfung der Injektorleckage der Systemdruck von bspw. 7 bar, angefahren.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren.
Die Erfindung umfasst ferner das beschriebene SCR-System in einem Fahrzeug mit einer Diagnose-/Steuereinheit. Die Diagnose-/Steuereinheit ist zur Durchführung des Diagnoseverfahrens und/oder zur Durchführung des Betriebsverfahrens ausgebildet. Die Diagnose-/Steuereinheit ist eine Recheneinheit, die als eigenständiges Steuergerät vorliegen kann oder in einem weiteren Steuergerät des Fahrzeugs integriert ist.
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 2 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 des Abgasstranges 6. Der Injektor 5 dient zum Einspritzen des Betriebsmittels in den Abgasstrang 6.
Zwischen der Pumpe 3 und dem Injektor 5 ist ein Drucksensor 4 angeordnet. Über den Drucksensor 4 kann der Druck des Betriebsmittels zwischen der Pumpe 3 und dem Injektor 5 gemessen werden.
Die Darstellung in 1 zeigt des Weiteren einen Rücklauf von der Druckseite der Pumpe 3 in den Tank 2. Dieser Rücklauf kann verwendet werden, wenn das SCR-System 1 mit einer Grundumwälzmenge arbeitet. Im Rahmen der Erfindung wird in diesem Rücklauf ein Ventil 9 angeordnet. Dieses Ventil 9 öffnet den Rücklauf erst, wenn der Druck über den definierten Druck ansteigt. Bei niedrigen Drücken in der Leitung zwischen Pumpe 3 und Injektor 5 ist das Ventil 9 und somit der Rücklauf geschlossen.
1 zeigt ferner eine Diagnose-/Steuereinheit 8. Diese Diagnose-/Steuereinheit 8 ist zur Datenübermittlung mit der Pumpe 3 und dem Drucksensor 4 verbunden.
Das schematisch gezeigte SCR-System 1 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens ausgebildet. Zur Überprüfung der Leckage des Injektors 5 wird die Pumpe 3 mit einem relativ niedrigen Druck betrieben. Der Druck ist so definiert, dass dabei die pumpeninterne Leckage unter 100 μl/min liegt. Während der Diagnose und diesem niedrigen Pumpendruck erfolgt eine Druckmessung am Drucksensor 4. Aufgrund der gemessenen Daten kann auf eine entsprechende Injektorleckage geschlossen werden. Um auch bei einem System mit Grundumwälzmenge den Pumpendruck auf dem gewünschten Niveau zu halten, ist der Rücklauf mit dem Ventil 9 vorgesehen.
Mittels der Diagnose-/Steuereinheit 8 wird die Pumpe 3 entsprechend angesteuert, um während der Überprüfung der Injektorleckage den gewünschten niedrigen Druck zu liefern. Der Drucksensor 4 liefert währenddessen die entsprechenden Messwerte an die Diagnose-/Steuereinheit 8.
Bezugszeichenliste

1: SCR-System
2: Tank
3: Pumpe
4: Drucksensor
5: Injektor
6: Abgasstrang
7: Katalysator
8: Diagnose-/Steuereinheit
9: Ventil

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, eine Pumpe (3) zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor (5), und einen Drucksensor (4) zwischen der Pumpe (3) und dem Injektor (5) umfasst, – wobei bei Durchführung der Diagnose Messwerte am Drucksensor (4) erhoben werden und basierend auf den Messwerten eine Injektorleckage des Injektors (5) ermittelt wird, – wobei nur eine ermittelte Injektorleckage als richtig erachtet wird, wenn die zugehörigen Messwerte währen eines definierten, von der Pumpe (3) erzeugten Pumpendrucks erhoben wurden, und – wobei bei dem definierten Pumpendruck eine pumpeninterne Leckagemenge höchsten 100 μl/min (Mikroliter pro Minute), vorzugsweise höchstens 50 μl/min, besonders vorzugsweise höchstens 1 μl/min, beträgt.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Pumpendruck höchstens 6 bar, vorzugsweise höchstens 5 bar, besonders vorzugsweise höchstens 4 bar, beträgt.
Diagnoseverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwischen der Pumpe (3) und dem Injektor (5) angeschlossenen Druckspeicher, wobei der definierte Pumpendruck unter dem Arbeitsdruck des Druckspeichers liegt.
Diagnoseverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpendruck durch Verändern der Pumpendrehzahl eingestellt wird.
Diagnoseverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (3) mit einer Grundumwälzmenge verwendet wird, wobei ein Rücklauf von der Druckseite der Pumpe (3) zu einem Tank (2) oder zur Saugseite der Pumpe (3) führt, wobei in dem Rücklauf ein Ventil (9) angeordnet ist, und wobei das Ventil (9) erst öffnet, wenn der Pumpendruck über den definierten Pumpendruck steigt.
Betriebsverfahren für ein SCR-System (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, eine Pumpe (3) zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor (5), und einen Drucksensor (4) zwischen der Pumpe (3) und dem Injektor (5) umfasst, wobei das Betriebsverfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: – Betreiben der Pumpe (3) bis zu einem definierten Pumpendruck, wobei bei dem definierten Pumpendruck eine pumpeninterne Leckagemenge höchsten 100 μl/min (Mikroliter pro Minute), vorzugsweise höchstens 50 μl/min, besonders vorzugsweise höchstens 1 μl/min, beträgt, – Durchführung einer Diagnose, wobei Messwerte am Drucksensor (4) erhoben werden und basierend auf den Messwerten eine Injektorleckage des Injektors ermittelt wird, und – Erhöhen des Pumpendrucks über den definierten Pumpendruck nach Durchführung der Diagnose.
SCR-System (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 (3) zum Fördern des Betriebsmittels zum Injektor (5), einen Drucksensor (4) zwischen der Pumpe (3) und dem Injektor (5), und – eine Diagnose-/Steuereinheit (8), die zur Durchführung des Diagnoseverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder des Betriebsverfahrens nach Anspruch 6 ausgebildet ist.