DE102016209832A1 - Verfahren und Steuereinheit zum Überprüfen eines Dosiersystems für einen bei niedrigen Umgebungstemperaturen erstarrenden Zusatzstoff insbesondere zum Abgas eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Versorgungs- und Dosiereinheit eines in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor vorgesehenen Systems zur Beigabe gewisser Mengen eines bei niedrigen Umgebungstemperaturen gefrierenden oder erstarrenden Zusatzstoffes in ein Ansaugsystem oder in eine Brennkammer oder in ein Abgassystem des Verbrennungsmotors, insbesondere eines für eine Abgasnachbehandlung vorgesehenen Zusatzstoffes in Form einer wässrigen Harnstofflösung. Im Rahmen dieser Gutprüfroutine wird ein Dosierventil des Systems zur Beigabe des Zusatzstoffes angesteuert und auf Funktionsfähigkeit überprüft, ferner werden sämtliche elektrische Heizeinheiten aktiviert und auf Funktionsfähigkeit überprüft, wonach eine Fördereinheit für die Harnstofflösung für eine definierte Zeitspanne aktiviert und deren Funktionsfähigkeit durch Drucküberwachung in einer zu einem Dosierventil führenden Dosierleitung und Vergleich des gemessenen Drucks mit einem Druckaufbau-Sollwertebereich überprüft wird. Danach wird bei abgeschalteter Fördereinheit mittels Drucküberwachung während einer definierten Zeitspanne ein Leckagetest durchgeführt, innerhalb dessen praktisch kein Druckabbau erfolgen darf. Anschließend erfolgt ein Dosiermengentest. Sämtliche elektrischen und logischen Diagnosen, die für die Gutprüfung notwendig sind, werden von der elektronischen Steuereinheit ausgeführt und interpretiert. Das Fahrzeug muss für diese Gutprüfung nicht bewegt werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Versorgungs- und Dosiereinheit eines in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor vorgesehenen Systems zur Beigabe gewisser Mengen eines bei niedrigen Umgebungstemperaturen gefrierenden oder erstarrenden Zusatzstoffes in ein Ansaugsystem oder in eine Brennkammer oder in ein Abgassystem des Verbrennungsmotors, insbesondere eines für eine Abgasnachbehandlung vorgesehenen Zusatzstoffes in Form einer wässrigen Harnstofflösung. Die Versorgungs- und Dosiereinheit, auch Dosiersystem genannt, umfasst neben einem Vorratsbehälter für den Zusatzstoff üblicherweise eine Förder- und Rücksaugpumpe, eine zu einem Dosierventil, über das der Zusatzstoff in irgendein Medium eingespeist wird führende Dosierleitung, zumindest einen den Druck in der Dosierleitung messenden Sensor sowie zumindest eine Heizung für den im Vorratsbehälter befindlichen Zusatzstoff, da dieser bei niedrigeren Umgebungstempersturen erstarren, d.h. gefrieren kann, was die Funktion der Versorgungs- und Dosiereinheit außer Kraft setzen würde.
• Insbesondere handelt es sich bei dem besagten System um ein solches zur Beigabe eines für eine Abgasnachbehandlung vorgesehenen Zusatzstoffes zum Abgasstrom eines Verbrennungsmotors um das dem Fachmann bekannte SCR-System, welches zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas bei Dieselmotoren in Kraftfahrzeugen vorgesehen ist. Dieses System besteht bekanntlich aus einem SCR-Katalysator, zumindest zwei Stickoxid-Sensoren, einem Dosiermodul für eine Harnstofflösung und Temperatur-Sensoren. Die Umwandlung der Stickoxide des Dieselmotor-Abgasstromes im SCR-Katalysator wird mittels der Stickoxid-Sensoren von einem fahrzeuginternen elektronischen Steuergerät überwacht. Falls eine gesetzlich vorgeschriebene Umwandlungsrate bezüglich der Stickoxide im Abgasstrom nicht erreicht wird, so wird der Nutzer des Fahrzeugs durch dieses elektronische Steuergerät des SCR-Systems bspw. mittels einer Warnlampe aufgefordert, eine Werkstatt aufzusuchen, wo der Fehler, welcher das Nicht-Erreichen der gesetzlich vorgeschriebenen Umwandlungsrate verursacht, behoben wird und ein Fehlerspeicher dieses Steuergeräts nach Behebung des Fehlers und einem erfolgreichen abschließenden Systemtest (= sog. Gutprüfung) zurückgesetzt werden kann.
• Gleiches gilt, falls im besagten elektronischen Steuergerät, welches die Versorgungs- und Dosiereinheit des besagten SCR-Systems nicht nur geeignet ansteuert sondern auch wiederkehrend auf Funktionsfähigkeit überprüft, ein Fehler erkannt und ein sog. Fehlerspeichereintrag vorgenommen wird, wobei dieser Fehlerspeicher aufgrund gesetzlicher Vorschriften noch nicht einmal von einer zugelassenen Werkstatt ohne erfolgreiche vorstehend genannte Gutprüfung zurückgesetzt werden kann. Im Rahmen dieser Gutprüfung muss zwingend auch eine geringe Menge der Harnstofflösung (bzw. allgemein des besagten Zusatzstoffes) in die Abgasanlage des Verbrennungsmotors eindosiert werden. Hierfür muss (derzeit) das Kraftfahrzeug für mehr als 15 Minuten über eine Strecke von mehreren Kilometern auf der Straße gefahren werden, da andernfalls die erforderlichen Systemtemperaturen, bei denen überhaupt eine Zudosierung von Harnstofflösung erfolgt, nicht vorliegen. Dies ist nicht nur aufwändig, sondern stößt auch beim Besitzer des zur Fehlerbehebung in die Werkstatt abgegebenen Kraftfahrzeugs auf Unverständnis.
• Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1, in den Unteransprüchen ist eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete elektronische Steuereinheit angegeben, wobei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen sei, dass – obwohl sich die vorliegende Beschreibung praktisch nur auf ein SCR-System als System zur Beigabe eines für eine Abgasnachbehandlung erforderlichen Zusatzstoffes zum Abgasstrom eines Verbrennungsmotors bezieht – die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches SCR-System beschränkt ist. Vielmehr ist ein erfindungsgemäßes Verfahren für jedes Dosiersystem in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor geeignet, welches einen Zusatzstoff, welcher bei niedrigeren Temperaturen erstarren bzw. gefrieren kann – und welches folglich eine Heizung aufweist – entweder in das Ansaugsystem oder in eine Brennkammer oder in das Abgassystem des Verbrennungsmotors einspeist.
• Erfindungsgemäß wird nach Behebung eines Systemfehlers in einer hierfür autorisierten Werkstatt am stillstehenden Kraftfahrzeug vorzugsweise mittels eines werkstatteigenen Systemtesters (vorliegend allgemein als elektronische Steuereinheit bezeichnet) eine sog. Gutprüfroutine gestartet. Hierfür ist dieser Systemtester geeignet mit dem bereits genannten elektronischen System-Steuergerät des Kraftfahrzeugs verbunden und kann mit diesem für die Durchführung dieser Gutprüfroutine geeignet kommunizieren, so dass das Steuergerät des Kraftfahrzeugs die relevanten Komponenten des SCR-Systems geeignet ansteuert. Alternativ kann eine erfindungsgemäße Gutprüfroutine selbstverständlich auch im kraftfahrzeugeigenen elektronischen System-Steuergerät implementiert sein und mittels irgendeines Befehles nur seitens einer autorisierten Werkstatt gestartet werden.
• Im Rahmen der besagten Gutprüfroutine werden nacheinander die relevanten Aktuatoren der Versorgungs- und Dosiereinheit des SCR-Systems angesteuert und durch die elektronische Steuereinheit selbst unter Auswertung von vorliegenden Sensorsignalen diagnostiziert. So werden, wie im Folgenden noch näher erläutert wird, im SCR-System vorgesehene elektrische Heizsysteme aktiviert, woraufhin ein Trockentakten des in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors bzw. des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Dosierventils für die Harnstofflösung erfolgt. Daraufhin wird in der zum genannten Dosierventil führenden Dosierleitung mittels einer Fördereinheit für die Harnstofflösung ein mittels eines Drucksensors messbarer Fluiddruck aufgebaut, womit nicht nur die Funktion der Fördereinheit selbst, sondern auch die Druckdichtheit der Dosierleitung überprüft werden kann. Anschließend wird als wesentlicher Schritt eine geringe Menge von Harnstofflösung über das Dosierventil in die Abgasanlage des Kraftfahrzeugs abgegeben, was sich bei nur gelegentlicher Ausführung (nämlich nur im Rahmen einer Gutprüfroutine nach einer Systemreparatur) als unkritisch (für die Abgasanlage) herausgestellt hat. Sicherheitshalber kann hierbei der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs auch noch im Leerlauf betrieben werden, um die Harnstofflösung quasi wieder aus der Abgasanlage zu entfernen. Falls im Rahmen dieser Gutprüfroutine kein (weiterer) Fehler auftritt, so kann diese bereits fünf Minuten nach Start (und ohne dass das Kraftfahrzeug bewegt wurde) erfolgreich beendet sein, was nicht nur in Form eines geeigneten Gutprüf-Signals dem Werkstatt-Personal angezeigt wird, sondern zur Nachvollziehbarkeit und Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften einschließlich der gesamten durchgeführten Gutprüfroutine in einem elektronischen Speicher dokumentiert wird.
• Im Einzelnen werden im Rahmen dieser Gutprüfroutine elektrische Heizeinheiten des SCR-Systems bzw. von dessen Versorgungs- und Dosiereinheit, welche einerseits in einem Vorratsbehälter für Harnstofflösung, aus welchem die genannte Fördereinheit Harnstoff entnimmt und zum Dosierventil fördert, und andererseits in der zum Dosierventil führenden Dosierleitung vorgesehen sind, aktiviert und auf Funktionsfähigkeit überprüft. Hierzu werden die elektrischen Heizeinheiten über eine definierten Zeitspanne (z.B. 15 Sekunden) von der elektronischen Steuereinheit angesteuert, wobei die jeweiligen elektrischen Ströme/Widerstände/Spannungsabfälle ermittelt und mit einem Sollwertebereich abgeglichen werden. Benötigt werden solche Heizeinheiten bzw. zumindest eine Heizeinheit, weil die wässrige Harnstofflösung bei Umgebungstemperaturen unterhalb minus 10°C gefriert und dann bei solchen Minustemperaturen, welchen ein Kraftfahrzeug im Winter oftmals ausgesetzt sein kann, nicht mehr dem Abgasstrom des Fahrzeug-Verbrennungsmotors beigemengt werden könnte. Gleiches gilt selbstverständlich auch für andere Zusatzstoffe, so beispielsweise Wasser, welches bspw. der Ansaugluft des Verbrennungsmotors beigemengt werden soll.
• Bevorzugt kann – nun wieder auf ein SCR-System, welches besonders strengen (gesetzlichen) Vorschriften genügen muss, eingehend – bei oder nach Überprüfung der zumindest einen Heizeinheit ein Dosierventil, durch welches der Zusatzstoff bzw. die Harnstofflösung in ein Medium bzw. in den in einer Abgasanlage des Verbrennungsmotors geführten Abgasstrom eingespritzt wird, auf grundsätzliche Funktionsfähigkeit überprüft und dabei „trockengetaktet“ werden, d.h. es wird dieses Dosierventil über eine definierte Zeitspanne (von bspw. 15 Sekunden) von der elektronischen Steuereinheit wiederholt angesteuert, wobei der elektrische Stromfluss und/oder der elektrische Widerstand und/oder der elektrische Spannungsabfall ermittelt wird und mit einem Sollwertebereich abgeglichen wird.
• Weiterhin wird im Rahmen der Überprüfungsprozedur eine (üblicherweise im Vorratsbehälter vorgesehene) Fördereinheit für die Harnstofflösung (bzw. allgemein den Zusatzstoff) für eine definierte Zeitspanne aktiviert und deren Funktionsfähigkeit durch Drucküberwachung in einer von der Fördereinheit zum Dosierventil führenden Dosierleitung und Vergleich des gemessenen Drucks mit einem Sollwertebereich für den dann gewünschten Fluiddruck in der Dosierleitung überprüft. Ein Drucksensor für diese Drucküberwachung ist bspw. in der Fördereinheit integriert regelmäßig bereits vorgesehen, so dass dessen Messwert oder Signal der die Gutprüfroutine durchführenden elektronischen Steuereinheit vom elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergerät des SCR-Systems einfach übermittelt werden kann. Hierbei wird gleichzeitig die korrekte Funktion des Drucksensors überprüft.
• Vorteilhafterweise direkt anschließend an einen erfolgreichen Druckaufbau (in der Dosierleitung) bis hin zum genannten Druckaufbau-Sollwertebereich bei abgeschalteter Fördereinheit und geschlossenem Dosierventil mittels kontinuierlicher Drucküberwachung während einer definierten Zeitspanne ein Leckagetest durchgeführt, innerhalb dessen praktisch kein Druckabbau erfolgen darf, woraus auf ausreichende Dichtigkeit (insbesondere der Dosierleitung und des Dosierventils) geschlossen werden kann. Vorteilhafterweise direkt anschließend an diesen Leckagetest (und somit das bereits vorliegende Druckniveau nutzend) wird daraufhin für eine definierte Zeitspanne oder über die Dauer einer bestimmtem Dosiermenge das Dosierventil wiederholt geöffnet und es wird durch den Druck in der Dosierleitung geregelt die Fördereinheit wiederholt in Gang gesetzt, so dass eine gewisse Menge von Harnstofflösung (bspw. 10 Gramm) in die Kfz-Abgasanlage abgegeben wird. Ob die Sollmenge von abgegebener Harnstofflösung dabei tatsächlich erreicht wird, kann über einen Abgleich des nutzbaren Fördervolumens der Fördereinheit (ableitbar aus der Anzahl der Arbeitshübe oder Umdrehungen der Fördereinheit und bereinigt um eine bekannte interne Leckage) mit der Dosiermenge des Dosierventils, nämlich abhängig vom Druck in der Dosierleitung und der Öffnungszeit des Dosierventils, sowie dem Signal des Drucks in der Dosierleitung, dessen Verlauf mit einem vorgegebenen sog. Druckstufen-Sollwertebereich verglichen wird, überprüft werden.
• Wie im regulären Betrieb des SCR-Systems üblich wird abschließend die noch im Dosierventil und der Dosierleitung befindliche Harnstofflösung teilweise in den Vorratsbehälter zurück gesaugt. Eine (üblicherweise im Vorratsbehälter vorgesehene) Rückfördereinheit für die Harnstofflösung (bzw. allgemein den Zusatzstoff) wird dafür für eine definierte Zeitspanne aktiviert und deren Funktionsfähigkeit durch Drucküberwachung und Vergleich des gemessenen Drucks mit einem Sollwertebereich für den dann gewünschten Fluiddruck in der Dosierleitung überprüft. Während der Durchführung der vorstehend detailliert beschriebenen Verfahrensschritte erfolgt somit in einer elektronischen Steuereinheit, in welcher die Verfahrensschritte dieser sog. Gutprüfroutine implementiert sind und welche die jeweiligen Aktoren, nämlich die Fördereinheit und das Dosierventil sowie die Heizeinrichtung(en) geeignet ansteuert und Sensorsignale empfängt und auswertet sowie den zeitlichen Verlauf und die Werte elektrischer Größen geeignet auswertet, eine Überprüfung aller beteiligten elektrischen und elektronischen Bauteile und Kommunikationswege sowohl innerhalb der Steuereinheit als auch im bzw. zum Fahrzeug hin. Dabei sei noch darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte nicht obligatorisch ist; soweit sinnvoll kann auch eine andere Reihenfolge gewählt werden. Sind alle vorstehend genannten Testschritte erfolgreich durchgeführt und wurde dabei keine Abweichung vom Soll festgestellt, so gibt die elektronische Steuereinheit ein positives Gutprüf-Signal aus und es kann ein (selbsttätiges) Zurücksetzen des eingangs genannten Fehlerspeichers erfolgen. Sicherheitshalber wird die gesamte erfolgreich durchgeführte Gutprüfroutine auch noch in einer elektronischen Speichereinheit des fahrzeugeigenen SCR-Steuergeräts dokumentiert. Neben der gesteigerten Funktionsqualität ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften der Aufwand für die Durchführung der Gutprüfung signifikant reduziert und es muss das Fahrzeug hierfür nicht bewegt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Überprüfen einer Versorgungs- und Dosiereinheit eines in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor vorgesehenen Systems zur Beigabe gewisser Mengen eines bei niedrigen Umgebungstemperaturen gefrierenden oder erstarrenden Zusatzstoffes in ein Ansaugsystem oder in eine Brennkammer oder in ein Abgassystem des Verbrennungsmotors, insbesondere eines für eine Abgasnachbehandlung vorgesehenen Zusatzstoffes in Form einer wässrigen Harnstofflösung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens-Schritte: • in einer autorisierten Werkstatt wird eine in einer elektronischen Steuereinheit implementierte sog. Gutprüfroutine gestartet • im Rahmen dieser Gutprüfroutine wird oder werden eine oder mehrere elektrische Heizeinheiten des Systems zur Beigabe des Zusatzstoffes aktiviert und deren Funktionsfähigkeit überprüft • ein Dosierventil für den Zusatzstoff wird für eine definierte Zeitspanne angesteuert und dessen Funktionsfähigkeit elektrisch-elektronisch überprüft • eine Fördereinheit für den Zusatzstoff wird für eine definierte Zeitspanne aktiviert und deren Funktionsfähigkeit durch Drucküberwachung in einer von der Fördereinheit zu einem in einer Abgasanlage des Verbrennungsmotors vorgesehenen Dosierventil führenden Dosierleitung und Vergleich des gemessenen Drucks mit einem Druckaufbau-Sollwertebereich überprüft • nach erfolgreichem Druckaufbau bis zum genannten Druckaufbau-Sollwertebereich wird bei abgeschalteter Fördereinheit und geschlossenem Dosierventil mittels Drucküberwachung während einer definierten Zeitspanne ein Leckagetest durchgeführt, innerhalb dessen praktisch kein Druckabbau erfolgen darf • anschließend wird das Dosierventil wiederholt geöffnet und dessen Dosiermenge durch Abgleich des nutzbaren Fördervolumens der Fördereinheit mit dem gemessenen Druckverlauf in der Dosierleitung überprüft • abschließend wird eine Rückfördereinheit für den Zusatzstoff für eine definierte Zeitspanne aktiviert und deren Funktionsfähigkeit durch Drucküberwachung in der Dosierleitung überprüft. • bei Erfüllung aller vorstehend genannten Tests wird ein Gutprüf-Signal ausgegeben und die gesamte Gutprüfroutine elektronisch dokumentiert.
2. Elektronische Steuereinheit, in welcher die Verfahrensschritte der Gutprüfroutine implementiert sind.
3. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 2, welche eingerichtet ist, mit einem elektronischen Steuergerät des Kraftfahrzeugs zu kommunizieren, um an diesem eine Gutprüfroutine nach Anspruch 1 durchzuführen.