-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, welches ein Reagenzmittel in den 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. Daher kann es vorgesehen sein, nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine bzw. nach dem Abschalten des Reagenzmittel-Dosiersystems die Harnstoff-Wasser-Lösung aus dem Reagenzmittel-Dosiersystem, insbesondere aus dem Dosierventil, in den Tank zurückzusaugen. Damit wird erreicht, dass das Reagenzmittel-Dosiersystem bei Temperaturen von -11°C oder darunter gefrieren kann, ohne dass Schädigungen durch die Volumenausdehnung der gefrierenden Harnstoff-Wasser-Lösung zu befürchten sind.
-
In der Offenlegungsschrift
DE 10 2010 031 651 A1 ist ein Reagenzmittel-Dosiersystem beschrieben, bei welchem stromaufwärts vor dem Dosierventil ein elektrisch ansteuerbares Absperrventil angeordnet ist. Nach dem Abschalten des Reagenzmittel-Dosiersystems wird das Reagenzmittel aus dem Leitungssystem, insbesondere aus dem Dosierventil beispielsweise durch Abpumpen mittels einer Pumpe in umgekehrter Richtung abgesaugt. Durch das zusätzliche Absperrventil vor dem Dosierventil wird verhindert, dass im endgültig abgeschalteten Zustand des Reagenzmittel-Dosiersystems nach dem Zurücksaugen das Reagenzmittel bzw. die Vorstufe des Reagenzmittels wieder in Richtung des Dosierventils fließt. Durch dieses Verhindern eines erneuten Flusses des Reagenzmittels zum Dosierventil wird wirkungsvoll eine Beschädigung des Dosierventils durch Eisdruck verhindert.
-
In der Offenlegungsschrift
DE 103 42 003 A1 ist ein Reagenzmittel-Dosiersystem beschrieben, das eine Harnstoff-Wasser-Lösung als Vorstufe eines Reagenzmittels in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert. Das bekannte Reagenzmittel-Dosiersystem enthält ein in einem Dosierventil angeordnetes Heizelement zum Erwärmen des Reagenzmittels im Dosierventil. In Verbindung mit einer dem Dosierventil zugeordneten katalytisch wirksamen Fläche wird eine von der Abgastemperatur unabhängige Aufbereitung der Harnstoff-Wasser-Lösung zum Gewinnen des Reagenzmittels Ammoniak ermöglicht. Das speziell hergerichtete Dosierventil ermöglicht eine Thermolyse und Hydrolyse, welche die Harnstoff-Wasser-Lösung in Ammoniak umsetzen. Das bekannte Reagenzmittel-Dosiersystem steigert die Effektivität der Abgasreinigung insbesondere im Bereich niedriger Abgastemperaturen, die beispielsweise nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, im Warmlauf oder bei Stadtverkehrszyklen von Personenkraftwagen vorliegen können. Auf diese Weise können bereits bei Abgastemperaturen ab etwa 130 bis 150°C im SCR-Katalysator Stickoxide reduziert werden.
-
Das speziell hergerichtete Dosierventil mit dem Heizelement wird als sogenannter Flash-Verdampfer betrieben. Die nach dem Abschalten des Reagenzmittel-Dosiersystems noch unter dem Betriebsdruck gehaltene Harnstoff-Wasser-Lösung, deren Temperatur beispielsweise aufgrund der Eigenerwärmung oder aufgrund der Erwärmung mittels des Heizelements bei beispielsweise mindestens 120°C, in jedem Fall jedoch mindestens bei der Siedetemperatur der Harnstoff-Wasser-Lösung bei Normalbedingungen liegt, beginnt bei einem Druckabfall stark zu sieden. Der Druckabfall wird durch ein Öffnen eines Rückflusspfads für die Harnstoff-Wasser-Lösung zurück in einen Tank veranlasst. Mit dem Sieden ist eine erhebliche Volumenvergrößerung verbunden, welche die Harnstoff-Wasser-Lösung in den Rückflusspfad drückt. Nach einer vorgegebenen kurzen Zeit wird der Rückflusspfad geschlossen und die verdampfte Harnstoff-Wasser-Lösung kondensiert. Ein hierbei auftretender Unterdruck gegenüber dem Umgebungsluftdruck kann dadurch beseitigt werden, dass das Dosierventil zum Belüfteten des entleerten Bereichs des Reagenzmittel-Dosiersystems zumindest kurzzeitig geöffnet wird.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 10 2009 005 012 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, welches eine Harnstoff-Wasser-Lösung als Reagenzmittel in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert. Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens soll während des Dosierbetriebs ein Sieden des Reagenzmittels im Dosierventil verhindert werden. Vorgesehen ist die Ermittlung wenigstens eines Parameters, welcher in Abhängigkeit von der Dosierung des Reagenzmittels veränderbar ist. Dieser Parameter wird auch zum Feststellen eines Siedens des Reagenzmittels herangezogen. Als Parameter ist der Druck des Reagenzmittels vorgesehen. Das Sieden des Reagenzmittels wird durch eine Bewertung des Drucksignals erkannt, bei welcher das Drucksignal auf das Auftreten von Signalschwingungen und durch Ermittlung von Druckgradienten bewertet wird.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 10 2013 114 840 A1 beschreibt ein Reagenzmittel-Dosiersystem, welches eine Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert. Das beschriebene Verfahren soll die Blockierung des Reagenzmittel-Dosierventils aufgrund von Kristallisation der Harnstoff-Wasser-Lösung bei hohen Temperaturen im Dosierventil vermeiden. Vorgesehen ist eine Erfassung der Temperatur des Reagenzmittels. Zur Vermeidung der Kristallisation des Reagenzmittels im Dosierventil ist zunächst eine Zurücksaugen des Reagenzmittel-Dosiersystems aus dem Dosierventil mittels eines erzeugten Unterdrucks vorgesehen. Daran schließt sich ein Druckausgleichsschritt an, in welchem der Druck im Reagenzmittel-Dosiersystem wieder ausgeglichen wird. Gleichzeitig wird das Dosierventil geöffnet, wobei während der Öffnungszeit Reagenzmittel dosiert wird.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine einfache Entleerung eines Reagenzmittel-Dosiersystems nach dem Abschalten des Reagenzmittel-Dosiersystems ermöglichen.
-
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 nach dem Beenden des Dosierbetriebs zumindest ein vorgegebener Bereich des Reagenzmittel-Dosiersystems vom Reagenzmittel entleert wird. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem Beenden des Dosierbetriebs das Reagenzmittel auf einem vorgegebenen Druck, beispielsweise dem Betriebsdruck, gehalten wird, der oberhalb des Umgebungsluftdrucks liegt, dass zumindest ein Maß für die Temperatur des Reagenzmittels in einem in Bezug auf die Strömungsrichtung des Reagenzmittels während des Dosierens am Ende des Bereichs angeordneten Dosierventils ermittelt wird, dass ein Vergleich des erfassten Maßes für die Temperatur mit einem Temperatur-Schwellenwert vorgenommen wird, der mindestens bei der Siedetemperatur des Reagenzmittels bei Umgebungsluftdruck liegt, dass dann, wenn das Maß für die Temperatur einen Temperatur-Schwellenwert überschreitet, ein Rückflusspfad zum Entleeren des Reagenzmittel-Dosiersystems, beispielsweise zurück in einen Tank, geöffnet wird, und das dann wenn das Maß für die Temperatur unterhalb des Temperatur-Schwellenwerts liegt, eine Beheizung des Reagenzmittels vorgenommen wird.
-
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise nutzt die Tatsache aus, dass das unter einem Überdruck stehende Reagenzmittel, welches ohne den Überdruck bereits sieden würde, bei einer Druckentlastung sofort zu sieden beginnt. Aufgrund der Volumenerhöhung des verdampfenden Reagenzmittels wird das Reagenzmittel über den geöffneten Rücklaufpfad beispielsweise in einen Tank zurückgedrückt. Dadurch wird der vorgegebene Bereich des Reagenzmittel-Dosiersystems entleert. Die Beheizung des Reagenzmittels, die erforderlichenfalls vorgesehen ist, falls der Temperatur-Schwellenwert nicht überschritten ist, ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in jedem Betriebszustand des Reagenzmittel-Dosiersystems.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind jeweils Gegenstände von abhängigen Verfahrensansprüchen.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Rückflusspfad, beispielsweise nach einem vorgegebenen Zeitintervall, wieder geschlossen wird. Mit dieser Maßnahme wird ein Zurückströmen des Reagenzmittels in das Reagenzmittel-Dosiersystem wirkungsvoll unterdrückt.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass nach dem Entleeren des Reagenzmittel-Dosiersystems das Dosierventil zumindest kurzzeitig geöffnet wird. Durch das Öffnen des Dosierventils wird der im Reagenzmittel-Dosiersystem gegebenenfalls entstandene Unterdruck nach dem Kondensieren des Reagenzmittels beseitigt. Der Unterdruck bezieht sich hierbei auf den Umgebungsluftdruck.
-
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.
-
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass das Dosierventil wenigstens ein Heizelement enthält, welches aktiviert werden kann, falls die Temperatur des Reagenzmittels unterhalb des Temperatur-Schwellenwerts liegt.
-
Eine andere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht ein Rückflusspfad-Ventil vor, welches den Rücklaufpfad öffnet bzw. schließt.
-
Das erfindungsgemäße Steuergerät der-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
- 1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft und
- 2a - 2e zeigen Signalverläufe in Abhängigkeit von der Zeit.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 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 in 2e gezeigten Druck p1 im Bereich von beispielsweise 3-9 bar gebracht, 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.
-
Rein prinzipiell kann das Reagenzmittel-Dosiersystem 10 nach jedem Abschalten in einem vorgegebenen Bereich 30 vom Reagenzmittel 14 entleert werden. Sofern das Reagenzmittel 14 bei tiefen Temperaturen gefrieren kann, ist zumindest bei einem erwarteten Unterschreiten oder bei einem festgestellten Unterschreiten eines Temperatur-Schwellenwerts die Entleerung zumindest des vorgegebenen Bereichs 30 erforderlich, um Schäden an Komponenten 22, 24 des Reagenzmittel-Dosiersystems 10 zu vermeiden, die nicht eisdruckfest sind. Besonders gefährdet ist beispielsweise das Dosierventil 24, das in Strömungsrichtung des Reagenzmittels 14 während des Dosierbetriebs betrachtet, am Ende des Bereichs 30 angeordnet sein soll.
-
Das Entleeren des Reagenzmittel-Dosiersystems 10 soll im Nachlauf des Steuergeräts 26 erfolgen, bei dem das Steuergerät 26 nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine 18 und nach einem Beenden des Dosierbetriebs zur Durchführung von weiteren Aufgaben noch mit Strom versorgt werden soll. Ein Abschaltsignal 40, das in 1a gezeigt ist, soll zu einem ersten Zeitpunkt t1 auftreten. Zum ersten Zeitpunkt t1 soll unter einem Abschalten des Reagenzmittel-Dosiersystems 10 nur die Beendigung des Dosierbetriebs des Reagenzmittels 14 verstanden werden.
-
Das Abschaltsignal 40 wird einer Temperatur-Steuerung 42 zur Verfügung gestellt, der weiterhin ein Maß 44 für die Temperatur des Reagenzmittels 14 im Dosierventil 24 sowie ein Temperatur-Schwellenwert 46 zur Verfügung gestellt werden. Die Temperatur-Steuerung 42 stellt ein Heizsignal 48 sowie ein erstes Freigabesignal 50 zur Verfügung.
-
Das Maß 44 für die Temperatur des Reagenzmittels 14 im Bereich des Dosierventils 24 wird beispielsweise von einem dem Dosierventil 24 zugeordneten Temperatursensor 60 als Temperatursignal zur Verfügung gestellt. Vorzugsweise wird das Maß 44 für die Temperatur im Bereich des Dosierventils 24 aus dem elektrischen Widerstand einer Magnetspule des als Magnetventil realisierten Dosierventils 24 berechnet, sodass der separate Temperatursensor 60 nicht erforderlich ist.
-
Das Heizsignal 48, das wenigstens einem dem Dosierventil 24 zugeordneten Heizelement 62 zur Verfügung gestellt wird, stellt die Temperatur-Steuerung 42 dann bereit, wenn das Maß 44 für die Temperatur des Reagenzmittels 14 im Bereich des Dosierventils 24 unterhalb des Temperatur-Schwellenwerts 46 liegt. Der Temperatur-Schwellenwert 46 ist auf einen Wert festzulegen, bei welchem das Reagenzmittel 14 bei dem in 2e gezeigten Umgebungsluftdruck p3 zumindest zum Sieden beginnt bzw. bereits siedet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass eine Beheizung erforderlich ist und dass der Temperatur-Schwellenwert 46 zu einem zweiten Zeitpunkt t2 überschritten wird.
-
Zum zweiten Zeitpunkt t2 nimmt die Temperatur-Steuerung 42 das Heizsignal 48 zurück und stellt gleichzeitig das erste Freigabesignal 50 bereit. Das erste Freigabesignal 50 wird einer Rücklaufpfad-Steuerung 70 zur Verfügung gestellt, die ein in 2c gezeigtes Ansteuersignal 72 für ein in einem Rücklaufpfad 74 des Reagenzmittel-Dosiersystems 10 enthaltenes Ventil 76 bereitstellt. Der Rücklaufpfad 74 führt von einer Stelle im Reagenzmittel-Dosiersystem 10, an welcher der Betriebsdruck p1 auftritt, zurück zum Tank 12. Das Öffnen des Ventils 72 zum zweiten Zeitpunkt t2 führt zu einem Druckabfall im Bereich 30 des Reagenzmittel-Dosiersystems 10. Ein Absinken des Drucks im Reagenzmittel-Dosiersystem 10 führt bei der jetzt vorliegenden Temperatur des Reagenzmittels 14 im Bereich des Dosierventils 24 sofort zu einem Sieden des Reagenzmittels 14. Die mit dem Sieden verbundene hohe Volumenerhöhung drückt das Reagenzmittel 14 aus dem Bereich 30 heraus zurück in den Tank 14.
-
Sofern das Dosierventil 24 zum ersten Zeitpunkt t1 nicht geschlossen war, wird zum ersten Zeitpunkt t1 das Dosierventil 24 mittels des in 2b gezeigten Dosiersignals 28 geschlossen, welches eine Dosierventil-Steuerung 80 in Abhängigkeit von einer Dosieranforderung 82 und in Abhängigkeit von einem zweiten Freigabesignal 84 bereitstellt.
-
Das Ventil 76 bleibt bis zu einem dritten Zeitpunkt t3 geöffnet, wobei zwischen dem zweiten und dritten Zeitpunkt t2, t3 ein vorgegebenes Zeitintervall t1 liegen soll. Das Zeitintervall ti, dessen Dauer vorzugsweise experimentell ermittelt wird, ist derart zu bemessen, dass die Expansion des Reagenzmittels 14 aufgrund des Siedens weitgehend abgeschlossen werden kann. Zum dritten Zeitpunkt t3 nimmt die Rücklaufpfad-Steuerung 70 das Ansteuersignal 72 zurück und das Ventil 76 wird geschlossen.
-
Spätestens ab dem dritten Zeitpunkt t3 muss mit einer Kondensation des Reagenzmittels 14 im Bereich 30 des Reagenzmittel-Dosiersystems 10 gerechnet werden, wobei in dem von der Umgebung abgeschlossenen Reagenzmittel-Dosiersystem 10 ein Unterdruck p2 auftreten kann.
-
Das Auftreten des Unterdrucks p2 kann verhindert werden oder ein bereits aufgetretener Unterdruck p2 kann durch ein zumindest kurzzeitiges Öffnen des Dosierventils 24 zum dritten Zeitpunkt t3 oder kurz nach dem dritten Zeitpunkt t3 beseitigt werden. Zeitgleich oder eine vorgegebene Verzögerungszeit tv nach dem dritten Zeitpunkt t3 stellt hierzu die Rücklaufpfad-Steuerung 70 das zweite Freigabesignal 84 bereit, welches die Dosierventil-Steuerung 80 zum Öffnen des Dosierventils 24 veranlasst. Dadurch bleibt der Druck im Reagenzmittel-Dosiersystem 10 auf dem Umgebungsluftdruck p3 oder fällt auf den Umgebungsluftdruck p3 zurück.
-
Das Abschaltsignal 40 wird zu einem vierten Zeitpunkt t4 zurückgenommen. Spätestens zum vierten Zeitpunkt t4 wird auch das Dosierventil 24 geschlossen, um das Reagenzmittel-Dosiersystem 10 vor eindringendem Schmutz zu schützen. Zum vierten Zeitpunkt t4 wird demnach das Reagenzmittel-Dosiersystem 10 endgültig abgeschaltet.
