DE102015211164A1

DE102015211164A1 - Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Computer-Programm und Computer-Programmprodukt

Info

Publication number: DE102015211164A1
Application number: DE102015211164.4A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dueck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems (10), welches ein Reagenzmittel (14) in einen Abgaskanal (16) einer Brennkraftmaschine (18) stromabwärts nach einem SCR-Katalysator (20) dosiert, bei welchem die Temperatur eines in einem Tank (12) gelagerten Reagenzmittels (14) mittels wenigstens eines ersten Temperatursensors (46) gemessen wird und bei dem eine Beheizung des Tanks (12) mittels wenigstens eines im Tank (12) angeordneten Heizelements (40) vorgenommen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Temperatur des Heizelements (40) von einem direkt und unmittelbar am Heizelement (40) angeordneten zweiten Temperatursensor (50) gemessen wird und dass die beiden von den Temperatursensoren (46, 50) bereitgestellten Temperatursignale (44, 52) gegeneinander plausibilisiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, welches ein Reagenzmittel in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät, mit dessen Hilfe das Reagenzmittel-Dosiersystem betrieben wird, sowie ein Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
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 der Brennkraftmaschine eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reagenzmittels dosiert. Das Reagenzmittel kann Ammoniak sein, welches beispielsweise aus einer Vorstufe in Form einer Harnstoff-Wasser-Lösung im Abgaskanal durch Hydrolyse gewonnen wird.
Ein solches Reagenzmittel-Dosiersystem ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 196 07 073 A1 bekannt. Die Harnstoff-Wasser-Lösung wird dabei durch eine Leitung von einem Tank zu einem Dosierventil gefördert und in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert, wobei die Dosierrate mittels des Dosierventils festgelegt wird.
In aktuellen Reagenzmittel-Dosiersystemen, wie diese unter der Bezeichnung DENOXTRONIC der Anmelderin bekannt sind, saugt eine Pumpe die Harnstoff-Wasser-Lösung 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 des Reagenzmittels auf möglichst maximale NOx-Reduzierung abgestimmt.
Die üblicherweise verwendete, in DIN-Normen definierte Harnstoff-Wasser-Lösung hat die Eigenschaft, bei ungefähr –11°C zu gefrieren. Die mit dem Gefrieren einhergehende Volumenausdehnung der Harnstoff-Wasser-Lösung kann zu Schädigungen an den Leitungen und weiteren Komponenten wie beispielsweise Pumpe oder Dosierventil führen. Darüber hinaus steht eine gefrorene Harnstoff-Wasser-Lösung nicht zur Dosierung zur Verfügung. Es ist daher erforderlich, ein Heizelement im Tank zur Beheizung der Harnstoff-Wasser-Lösung vorzusehen.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2010 038 361 A1 ist eine Heizvorrichtung eines Tanks beschrieben, in welchem eine Harnstoff-Wasser-Lösung gelagert ist. Zur Beheizung des Tankes bei tiefen Temperaturen unterhalb von –11 °C ist wenigstens ein PTC-Element vorgesehen. Zur Erfassung der Temperatur der Harnstoff-Wasser-Lösung ist vorgesehen, in zeitlichen Abständen das PTC-Element als Temperatursensor zu nutzen. Hierzu wird der Widerstand des PTC-Elements anhand einer Erfassung sowohl der am PTC-Element anliegenden Betriebsspannung als auch des durch das PTC-Element fließenden Stroms berechnet. Aufgrund des bekannten Zusammenhangs zwischen dem Widerstand des PTC-Elements und dessen Temperatur kann die Temperatur der das PTC-Element umgebenden Harnstoff-Wasser-Lösung wenigstens näherungsweise ermittelt werden.
Eine Plausibilisierung von Ausgangssignalen von Temperatursensoren, die im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, ist in der Offenlegungsschrift DE 10 2009 001 349 A1 beschrieben. Die Plausibilisierung der Ausgangssignale beruht auf der Berücksichtigung von Wärmemengen, die mit dem Abgasstrom transportiert werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche ein zuverlässiges Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems ermöglichen, das ein Reagenzmittel bzw. eine Vorstufe des Reagenzmittels stromaufwärts vor einen in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten SCR-Katalysator dosiert.
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Verfahrensanspruch sowie im nebengeordneten Vorrichtungsanspruch angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, welches ein Reagenzmittel in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert, bei welchem die Temperatur eines in einem Tank gelagerten Reagenzmittels mittels wenigstens eines ersten Temperatursensors gemessen wird und bei dem eine Beheizung des Tanks mittels wenigstens eines im Tank angeordneten Heizelements möglich ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Temperatur des Heizelements von einem direkt und unmittelbar am Heizelement angeordneten zweiten Temperatursensor gemessen wird und dass die beiden von den Temperatursensoren bereitgestellten Temperatursignale gegeneinander plausibilisiert werden.
Bei unplausiblen Temperatursignalen kann von einem Fehler im Reagenzmittel-Dosiersystem, wie beispielsweise von einem Defekt wenigstens eines Temperatursensors ausgegangen werden. Insbesondere kann bei unplausiblen Temperatursignalen auch ein Defekt des Heizelements festgestellt werden. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Vorgehensweise, die eine Diagnose der Temperatursensoren bzw. des Heizelements beinhalten kann, erhöht sich die Betriebssicherheit des Reagenzmittel-Dosiersystems. Darüber hinaus können gesetzliche Anforderungen erfüllt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind jeweils Gegenstände von abhängigen Verfahrensansprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht ein speziell hergerichtetes Steuergerät vor, welches in der Lage ist, die einzelnen Verfahrensschritte durchzuführen und die erforderlichen Aktionen zu veranlassen.
Das erfindungsgemäße Steuergeräte-Programm sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn es auf einem Steuergerät abläuft.
Das erfindungsgemäße Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus der Beschreibung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Zeichnung
Die Figur zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft.
Detaillierte Beschreibung
Die Figur zeigt ein Reagenzmittel-Dosiersystem 10, welches ein in einem Tank 12 gelagertes Reagenzmittel 14 in einen Abgaskanal 16 einer Brennkraftmaschine 18 stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator 20 dosiert. Bei dem Reagenzmittel 14 handelt es sich vorzugsweise um eine Harnstoff-Wasser-Lösung, die eine Vorstufe des im SCR-Katalysator 20 benötigten Reagenzmittels Ammoniak darstellt. Im Folgenden wird nur der Begriff Reagenzmittel 14 verwendet.
Das Reagenzmittel 14 wird von einer Pumpe 22 auf einen vorgegebenen Druck gebracht, der beispielsweise zwischen 3 bar und 9 bar liegen kann, der dem Betriebsdruck des Reagenzmittel-Dosiersystems 10 entspricht. Die Dosierrate des Reagenzmittels 14 wird mit einem Dosierventil 24 festgelegt, das von einem Steuergerät 26 mit einem Dosiersignal 28 angesteuert wird.
Das Steuergerät 26 stellt weiterhin ein Pumpen-Ansteuersignal 30 für die Pumpe 22 bereit. Das Reagenzmittel 14 kann in Abhängigkeit von seiner Beschaffenheit einfrieren. Wenn es sich bei dem Reagenzmittel 14 um eine Harnstoff-Wasser-Lösung handelt, friert das Reagenzmittel 14 unterhalb einer Temperatur von ungefähr –11 °C ein.
Damit die Betriebsbereitschaft des Reagenzmittel-Dosiersystems 10 auch unterhalb der Gefriertemperatur des Reagenzmittels 14 gegeben ist, wird der Tank 12 bzw. das Reagenzmittel 14 bedarfsweise von einem im Tank 12 angeordneten Heizelement 40 beheizt. Ein dem Heizelement 40 zugeführtes Heizsignal 42 stellt das Steuergerät 26 beispielsweise in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur bereit, die von einem nicht näher gezeigten Temperatursensor gemessen wird.
Das Steuergerät 26 kann das Heizsignal 42 alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit von einem ersten Temperatursignal 44 festlegen, welches ein erster Temperatursensor 46 bereitstellt, der im Tank 12 vorzugsweise derart angeordnet ist, dass er wenigstens näherungsweise vollständig vom Reagenzmittel 14 umspült wird.
Sofern bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 18 die Temperatur des Reagenzmittels 14 unterhalb eines Temperatur-Schwellenwerts, beispielsweise unterhalb von –11 °C liegt, stellt das Steuergerät 26 das Heizsignal 42 bereit, damit die Betriebsbereitschaft des Reagenzmittel-Dosiersystems 10 gewährleistet ist. Sofern beim Start der Brennkraftmaschine 18 das Reagenzmittel 14 bereits teilweise oder vollständig eingefroren ist, wird mit dem Heizelement 40 das Reagenzmittel 14 zumindest im Bereich der Ansaugstelle der Pumpe 20 möglichst schnell aufgetaut.
Zur Durchführung einer Diagnose des Heizelements 40 und/oder zur Durchführung einer Temperaturregelung ist ein zweiter Temperatursensor 50 vorgesehen, der dem Steuergerät 26 ein zweites Temperatursignal 52 zur Verfügung stellt. Der zweite Temperatursensor 50 ist direkt und unmittelbar am Heizelement 40 angeordnet, sodass das zweite Temperatursignal 52 ein vergleichsweise genaues Maß für die Temperatur des Heizelements 40 widerspiegelt, die für die Diagnose des Heizelements 40 und/oder zur Regelung der Temperatur des Heizelements 40 im Steuergerät 26 verwendet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Reagenzmittel-Dosiersystems 10 sieht eine Plausibilisierung der von den Temperatursensoren 46, 50 bereitgestellten Temperatursignalen 44, 52 vor. Bei unplausiblen Temperatursignalen 44, 52 muss von einem Fehler im Reagenzmittel-Dosiersystem 10, beispielsweise einem Defekt wenigstens eines der Temperatursensoren 46, 50 ausgegangen werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Plausibilisierung, welche eine Diagnose der Temperatursensoren 46, 50 und/oder eine zusätzliche oder alternative Diagnose des Heizelements 40 ermöglicht, beruht auf einem Vergleich der beiden Temperatursignale 44, 52. Wenn eine signifikante Abweichung zwischen den beiden Temperatursignalen 44, 52 festgestellt wird, kann von einem Fehler zumindest eines Temperatursensors 46, 50 bzw. des Heizelements 40 ausgegangen werden.
Zur Durchführung dieser Diagnose ist im Steuergerät 26 ein Subtrahierer 60 vorgesehen, der die Differenz 62 zwischen dem ersten und dem zweiten Temperatursignal 44, 52 bildet. Die Differenz 62 wird einem ersten Komparator 64 zugeleitet, welcher die Differenz 62 mit einem Temperaturdifferenz-Schwellenwert 66 vergleicht und der in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein Fehlersignal 68 bereitstellt. Der Differenztemperatur-Schwellenwert 66 liegt in einem Bereich von beispielsweise 10° bis 30 °C. Der Differenztemperatur-Schwellenwert 66 wird vorzugsweise auf einen Wert von wenigstens näherungsweise 15 °C festgelegt. Bei der Festlegung des Differenztemperatur-Schwellenwerts 66 muss berücksichtigt werden, dass die Temperatur des Reagenzmittels 14 im Tank 12 ortsabhängig unterschiedlich sein kann. Die Temperaturunterschiede können aufgrund einer sich ändernden Umgebungstemperatur auftreten, wobei in den Außenbereichen des Tanks 12 schneller eine Angleichung an die Umgebungstemperatur stattfindet als in dem Innenbereich des Tanks 12. Weiterhin kann ein ortsabhängiger Temperaturunterschied dadurch auftreten, dass eine Rückförderung von nicht dosiertem Reagenzmittel 14 vorgesehen ist, wobei das zurückgeförderte Reagenzmittel 14 im allgemeinen eine höhere Temperatur aufweist als das im Tank 12 gelagertes Reagenzmittel 14. Insbesondere treten höhere Temperaturdifferenzen auf, wenn ein Teil des Reagenzmittels 14 gefroren ist, während ein anderer Teil noch nicht gefroren oder bereits aufgetaut ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist deshalb vorgesehen, dass die Diagnose gezielt nach einer Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 18, also bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 18 durchgeführt wird. Ein derartiger Kaltstart kann beispielsweise anhand der Motortemperatur erkannt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel soll ein Kaltstart der Brennkraftmaschine 18 anhand der Temperatur des Reagenzmittels 14 festgestellt werden. Hierzu wird das erste und/oder das zweite Temperatursignal 44, 52 in einem zweiten Komparator 70 mit einem Kaltstarttemperatur-Schwellenwert 72 verglichen. Der Kaltstarttemperatur-Schwellenwert kann bei beispielsweise 30 °C liegen. Sofern wenigstens ein Temperatursignal 44, 52 einer Temperatur von weniger als dem Kaltstarttemperatur-Schwellenwert 72 entspricht, stellt der zweite Komparator 70 ein Freigabesignal 74 bereit, welches dem Subtrahierer 60 zugeführt wird. Die Differenz 62 wird nur dann bereitgestellt, wenn das Freigabesignal 74 vorliegt. Alternativ kann das Freigabesignal 74 auch dem ersten Komparator 64 zugeführt werden, der dann das gegebenenfalls ermittelte Fehlersignal 68 nur dann bereitstellt, wenn das Freigabesignal 74 vorliegt.
Eine bevorzugte Möglichkeit, einen Kaltstart der Brennkraftmaschine 18 zu erkennen, beruht auf einer Erfassung der Brennkraftmaschinen-Abstellzeit. Falls die Brennkraftmaschine 18 länger als eine definierte Zeitspanne abgeschaltet ist, wird ein Kaltstart erkannt.
Zusätzlich kann geprüft werden, ob die wenigstens eine Temperatur, beispielsweise die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 18, eine Temperatur eines Katalysators, die Umgebungstemperatur usw. unterhalb von Temperatur-Schwellenwerten liegen.
Insbesondere kann vorgesehen eine Überprüfung vorgesehen sein, ob sämtliche erfasste Temperaturen innerhalb eines vorgegebenen Temperaturfensters liegen, sodass davon ausgegangen werden kann, dass die Temperaturen im gesamten System homogen sind und demnach ein Kaltstart der Brennkraftmaschine 18 vorliegt.
Bei einem aufgetretenen Fehlersignal 68 kann ein Betreiber der Brennkraftmaschine 18 optisch und/oder akustisch auf einen eventuell aufgetretenen Defekt wenigstens eines Temperatursensor 46, 50 hingewiesen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Fehlersignal 68 in einen Fehlerspeicher hinterlegt werden, der im Rahmen eines Service ausgelesen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19607073 A1 [0004]
DE 102010038361 A1 [0007]
DE 102009001349 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems (10), welches ein Reagenzmittel (14) in einen Abgaskanal (16) einer Brennkraftmaschine (18) stromabwärts nach einem SCR-Katalysator (20) dosiert, bei welchem die Temperatur eines in einem Tank (12) gelagerten Reagenzmittels (14) mittels wenigstens eines ersten Temperatursensors (46) gemessen wird und bei dem eine Beheizung des Tanks (12) mittels wenigstens eines im Tank (12) angeordneten Heizelements (40) vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Heizelements (40) von einem direkt und unmittelbar am Heizelement (40) angeordneten zweiten Temperatursensor (50) gemessen wird und dass die beiden von den Temperatursensoren (46, 50) bereitgestellten Temperatursignale (44, 52) gegeneinander plausibilisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierung auf einer Bewertung der Differenz (62) der von den beiden Temperatursensoren (46, 50) bereitgestellten Temperatursignalen (44, 52) beruht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturdifferenz-Schwellenwert (66) vorgegeben wird und dass dann, wenn die Differenz (62) zwischen den beiden Temperatursignalen (44, 52) den Temperaturdifferenz-Schwellenwert (66) überschreitet, ein Fehlersignal (68) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturdifferenz-Schwellenwert (66) größer oder gleich 10 °C ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierung nur durchgeführt wird, wenn ein Kaltstart der Brennkraftmaschine (18) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kaltstart dann vorliegt, wenn die vom ersten Temperatursensor (46) oder die vom zweiten Temperatursensor (50) gemessene Temperatur unterhalb eines Kaltstarttemperatur-Schwellenwerts (72) liegt.
Vorrichtung zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein speziell hergerichtetes Steuergerät (26) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Steuergerät-Programm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt, wenn es auf einem Steuergerät (26) abläuft.
Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm auf einem Steuergerät (26) ausgeführt wird.