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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, welches beispielsweise ein Reagenzmittel in den Abgasbereich einer Brennkraftmaschine dosiert, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergeräteprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Steuergerät abläuft.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Steuergeräte-Programmprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Datenträger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Stand der Technik
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Zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine kann eine selektive katalytische Reduktion (Selective Catalytic Reduction SCR) mit dem Ziel einer NOx-Verminderung im Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reagenzmittels dosiert. Das Reagenzmittel kann beispielsweise Ammoniak sein, welches beispielsweise aus einer Vorstufe in Form einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) im Abgaskanal durch Hydrolyse gewonnen wird.
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Eine entsprechende Dosiervorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 196 07 073 A1 bekannt. Die HWL wird dabei durch eine Leitung von einem Tank zu einem Dosierventil gefördert und in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator eindosiert, um die Stickoxidkonzentration zu verringern.
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In aktuellen Dosiersystemen, wie diese unter der Bezeichnung DENOXTRONIC der Anmelderin bekannt sind, saugt eine Pumpe die HWL aus einem Reagenzmitteltank und verdichtet diese auf den für eine Zerstäubung erforderlichen Systemdruck von beispielsweise 3 bis 9 bar. Unter Berücksichtigung von beispielsweise aktueller Brennkraftmaschinendaten und Katalysatordaten wird die Dosierrate der HWL auf möglichst maximale NOx-Reduzierung abgestimmt.
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Das „California Air Resources Board“ (CARB) fordert die Erkennung einer Dosiermengen-Abweichung im Katalysatorsystem, die zum Überschreiten einer definierten Stickoxidemissionsgrenze des Abgassystems einer Brennkraftmaschine führen kann. Es muss daher eine Erkennung zwischen angeforderter und tatsächlich dosierter Dosiermasse oder Dosiermenge des Reagenzmittels erfolgen.
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Bei Reagenzmittel-Dosiersystemen ist eine solche Dosiermengen-Diagnose unter dem Begriff „Consumption Deviation Monitoring“ (CDM) bekannt und ermöglicht die Erkennung von Abweichungen der Förderleistung der das Reagenzmittel fördernden Pumpe, die Erkennung einer Leckage des Leitungssystems oder die Erkennung einer Fehlfunktion eines Reagenzmittel-Dosierventils oder eines Reagenzmittel-Einspritzventils.
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So ist aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 200 917 A1 ein Verfahren zum Erkennen einer Verstopfung einer oder mehrerer Spritzöffnungen eines Einspritzventils eines Reagenzmittel-Dosiersystems bekannt geworden, welches das Schließen eines Dosierventils, das Ermitteln eines ersten Druckverlaufs im hydraulischen System in einem Fördermodul und das Ermitteln der Steifigkeit des Reagenzmittel-Dosiersystems aus dem ersten Druckverlauf umfasst. Anschließend wird das Einspritzventil geöffnet, ein zweiter Druckverlauf im hydraulischen System ermittelt und eine Verstopfung einer oder mehrerer Spritzöffnungen des Einspritzventils aus der Steifigkeit und dem zweiten Druckverlauf bestimmt.
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Der Betriebsdruck des Reagenzmittels wird von der Pumpe vorzugsweise auf einen vorgegebenen Betriebsdruck geregelt. Bei Öffnung- bzw. Schließvorgängen des Dosierventils können aufgrund der endlichen Steifigkeit des hydraulischen Systems des Reagenzmittel-Dosiersystems kurzzeitige Druck-Erhöhungen bzw. kurzzeitige Druck-Einbrüche auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems anzugeben, das eine hohe Dosiergenauigkeit erreicht.
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Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Verfahrensanspruch angegebenen Merkmale gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, welches ein Reagenzmittel in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert, geht davon aus, dass das Reagenzmittel von einer Pumpe auf einen Betriebsdruck gebracht wird, welche von einem Pumpensignal angesteuert wird, und dass die Dosierrate mittels eines Dosierventils festgelegt wird, welches von einem Dosiersignal angesteuert wird, das als impulsbreitenmoduliertes Signal realisiert ist. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass eine zeitliche Abstimmung zwischen dem impulsbreitenmodulierten Dosiersignal und dem Pumpensignal vorgenommen wird, wobei das impulsbreitenmodulierte Dosiersignal gegenüber dem Pumpensignal um eine Verzögerungszeit verzögert wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise werden Druckschwankungen, die nach dem Öffnen bzw. Schließen des Dosierventils kurzzeitig auftreten können, dadurch minimiert, dass aufgrund der Verzögerung der Impulse des impulsbreitenmodulierten Dosiersignals gegenüber dem Pumpensignal der Betriebsdruck des Reagenzmittel rechtzeitig erhöht bzw. abgesenkt werden kann. Die Vermeidung von größeren Druckschwankungen erhöht die Dosiergenauigkeit des Reagenzmittel-Dosiersystems.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind jeweils Gegenstände von abhängigen Verfahrensansprüchen.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist sowohl eine Einschalt-Verzögerungszeit vor Beginn der Impulse des impulsbreitenmodulierten Dosiersignals als auch vor dem Ende der Impulsdauer des impulsbreitenmodulierten Dosiersignals vorgesehen. Mit dieser Maßnahme werden sowohl Druckeinbrüche während des Öffnens des Dosierventils als auch Druckspitzen nach dem Schließen des Dosierventils minimiert.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Verzögerungszeit fest vorgegeben ist, wobei sowohl die Einschalt-Verzögerungszeit als auch die Abschalt-Verzögerungszeit fest vorgegeben sein können. Die feste Verzögerungszeit ermöglicht eine einfache Applikation.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Einschalt- und Abschalt-Verzögerungszeit von der Impulsdauer der Impulse des impulsbreitenmodulierten Dosiersignals abhängen. Die variable Abschalt-Verzögerungszeit ermöglicht eine noch genauere Anpassung der Pumpenleistung gegen Ende des Öffnungsvorgangs des Dosierventils.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben des Reagenzmittel-Dosiersystems sieht ein speziell hergerichtetes Steuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm führt sämtliche Schritte des beschriebenen Verfahrens aus, wenn es auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcode führt sämtliche Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Reagenzmittel-Dosiersystems und
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2 zeigt Signalverläufe in Abhängigkeit von der Zeit, die innerhalb des Reagenzmittel-Dosiersystems auftreten.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein Reagenzmittel-Dosiersystem 10, welches ein in einem Tank 12 gelagertes Reagenzmittel 14 in den Abgaskanal 16 einer Brennkraftmaschine 18 stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator 20 dosiert.
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Das Reagenzmittel 14 wird von einer Pumpe 22 in Abhängigkeit von einem Pumpensignal 24 auf einen variablen oder fest vorgegebenen Reagenzmitteldruck gebracht, der von einem Drucksensor 26 erfasst und als Drucksignal p einem Steuergerät 28 zur Verfügung gestellt wird.
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Die Dosierrate des Reagenzmittels 14 wird mittels eines Dosierventils 30 in Abhängigkeit von einem Dosiersignal 32 eingestellt.
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Eine in dem Steuergerät 28 vorhandene Dosiersignal-Festlegung 34 ermittelt das Dosiersignal 32 in Abhängigkeit von zumindest einem Eingangssignal 36, welches zumindest eine Kenngröße der Brennkraftmaschine 18 und/oder zumindest eine Kenngröße des SCR-Katalysators 20 und/oder wenigstens eine Kenngröße des im Abgaskanal 16 vorhandenen Abgases widerspiegelt.
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Das Reagenzmittel 14 wird in den Abgaskanal 16 stromaufwärts vor den SCR-Katalysator 20 gesprüht. Das Reagenzmittel 14 wird im SCR-Katalysator 20 insbesondere zur Konvertierung von NOx-Komponenten des Abgases benötigt. Als Reagenzmittel 14 bzw. als Vorstufe eines Reagenzmittels ist beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung vorgesehen, aus welcher durch Elektrolyse im warmen Abgas Ammoniak abgespalten wird, welches im SCR-Katalysator 20 als Reduktionsmittel wirkt.
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Eine im Steuergerät 28 vorhandene Pumpensignal-Festlegung 38 stellt das Pumpensignal 24 bereit. Die Pumpensignal Festlegung 38 regelt den Betriebsdruck p des Reagenzmittels 14 auf einen vorgegebenen Sollwert, der beispielsweise zwischen 3 bar und 9 bar liegen kann.
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2 zeigt das Pumpensignal 24 und das Dosiersignal 32 in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Dosiersignal-Festlegung 34 ermittelt in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Eingangssignal 36 ein unverzögertes Dosiersignal 40, welches nach Durchlaufen einer Verzögerungszeit-Festlegung 42 als Dosiersignal 32 vorliegt.
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Das unverzögerte Dosiersignal 40 bzw. das Dosiersignal 32 ist ein impulsbreitenmoduliertes Signal, das in Abhängigkeit von der einzustellenden Dosierrate eine vorgegebene Impulsdauer 52 und/oder eine vorgegebene Periodendauer 54, 56 aufweist, wobei eine kurze Periodendauer 54 und eine lange Periodendauer 56 beispielhaft eingetragen sind.
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Im oberen Teilbild von 2 ist angedeutet, dass die Impulse 52 des impulsbreitenmodulierten Dosiersignals 32 ihrerseits aus einem überlagerten impulsbreitenmodulierten Signal gebildet werden. Während die Impulsdauern 52 im Millisekunden-Bereich bis beispielsweise 100 Millisekunden liegen, betragen die Periodendauern zwischen beispielsweise 250 Millisekunden und einer Sekunde. Das im oberen Teilbild von 2 in den Impulsen 50 angedeutete überlagerte impulsbreitenmodulierte Signal, welches die Einstellung der Dosierrate in einem erheblich erweiterten Umfang ermöglicht, liegt hinsichtlich der Impulsdauern und/oder der Periodendauer im Millisekundenbereich.
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Das unverzögerte Dosiersignal 40 gelangt nach Durchlaufen eines Tiefpassfilters 58 zur Pumpensignal-Festlegung 38, die vorzugsweise einen Druckregler enthält, dem als Eingangssignal der Betriebsdruck p des Reagenzmittel 14 und ein nicht näher gezeigter Betriebsdruck-Sollwert zur Verfügung gestellt werden. Das Pumpensignal 24 ist dem unteren Teilbild von 2 gezeigt. Das Pumpensignal 24 legt die Leistung bzw. die Fördermenge und indirekt den Betriebsdruck p fest. Die Pumpe 22 wird vorzugsweise kontinuierlich angesteuert, wobei zur Ansteuerung ein nicht näher gezeigtes impulsbreitenmoduliertes Signal vorgesehen sein kann. Im zweiten Teilbild von 2 ist anstelle des gegebenenfalls vorgesehenen impulsbreitenmodulierten Pumpensignals 24 der zeitliche Mittelwert über die Impulsdauer 52 dargestellt.
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Ein Öffnungsvorgang des Dosierventils 30 wird mittels eines unverzögerten Dosiersignals 40 bzw. mit dem Dosiersignal 32 eingeleitet, wobei das Dosierventil 30 während der Impulsdauer 52 geöffnet bleiben soll. Nach Ablauf der Impulsdauer 52 wird das Dosierventil 30 wieder geschlossen. Während der Öffnungs- und Schließvorgänge des Dosierventils 30 können Druckschwankungen des Betriebsdrucks p auftreten. Beim Öffnen muss mit einem kleinen Druckabfall gerechnet werden, während beim Schließen des Dosierventils 30 eine Druckspitze auftreten kann.
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Erfindungsgemäß ist eine Abstimmung des Pumpensignals 24 mit dem Dosiersignal 32 vorgesehen. Hierbei gibt die Verzögerungszeit-Festlegung 42 eine Verzögerungszeit 60, 62 vor, um welche das Dosiersignal 32 gegenüber dem unverzögerten Dosiersignal 40 verzögert wird. Als Verzögerungszeit 60, 62 kann eine Einschalt-Verzögerungszeit 60 und/oder eine Abschalt-Verzögerungszeit 62 vorgegeben werden. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, dass die Pumpe 22 vor dem Wirksamwerden des Dosiersignals 32 eine entsprechende Information erhält, damit die Pumpe 22 bereits vorab auf eine bevorstehende Öffnung des Dosierventils 30 und/oder auf eine bevorstehende Schließung des Dosierventils 30 reagieren kann. Die Reaktion erfolgt beispielsweise durch eine Anhebung bzw. anschließende Absenkung der Drehzahl eines Antriebsmotors der Pumpe 22 oder durch eine Erhöhung oder Absenkung der Anzahl von Pumpenhüben pro Zeiteinheit einer Hubkolbenpumpe, die im unteren Teilbild von 2 durch die Impulse symbolisch eingetragen ist.
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Die Verzögerung 42 ist derart festzulegen, dass der Betriebsdruck p beim Öffnen des Dosierventils 30 und/oder beim Schließen des Dosierventils 30 jeweils möglichst konstant bleibt. Die Verzögerungszeit 60, 62 wird vorzugsweise im Rahmen einer Applikation experimentell ermittelt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung, die besonders einfach applizierbarer ist, kann eine konstante Verzögerungszeit 60, 62 vorgesehen sein. Hierbei können sowohl die Einschalt-Verzögerungszeit 60 als auch die Abschalt-Verzögerungszeit 62 entweder gleich oder verschieden sein, wobei aber beide Verzögerungszeiten 60, 62 konstant sind.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Abschalt-Verzögerungszeit 62 von der Impulsdauer 52 der Impulse 50 des impulsbreitenmodulierten Dosiersignals 32 abhängt. Zu diesem Zweck stellt die Zeitverzögerung-Festlegung 42 der Pumpensignal-Festlegung 38 ein Informationssignal 64 zur Verfügung, welches die Pumpensignal-Festlegung 38 zur variablen Vorgabe der Abschalt-Verzögerungszeit 62 heranzieht.
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Die Tiefpassfilterung 58 ist vorgesehen, falls während der Impulse 50 des unverzögerten Dosiersignals 40 das überlagerte impulsbreitenmodulierte Signal vorgesehen ist, sodass die Pumpensignal-Festlegung 38 auf diese vergleichsweise hochfrequenten Signalanteile nicht reagiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19607073 A1 [0005]
- DE 102012200917 A1 [0009]
