DE102016221731A1

DE102016221731A1 - Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems

Info

Publication number: DE102016221731A1
Application number: DE102016221731.3A
Authority: DE
Inventors: Edna Boos; Alexander Bahler; Marc Chaineux
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2018-05-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems für ein flüssiges Medium in einem Kraftfahrzeug, wobei eine Energiezufuhr an das flüssige Medium nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs über die Verarbeitung von Informationen (7, 8, 9) gesteuert wird, die Aussagen über eine Einfriergefährdung des flüssigen Mediums erlauben. Die Energiezufuhr wird je nach der jeweiligen Einfriergefährdung gesteuert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems für ein flüssiges Medium in einem Kraftfahrzeug. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt der erfindungsgemäßen Verfahren ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Stand der Technik
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH₃) benötigt. Als Reaktionsmittel werden NH₃-abspaltende Reagenzien eingesetzt, die dem Abgas zugemischt werden. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang eingedüst wird.
Die Reaktionsmittellösung wird üblicherweise in einem Reduktionsmitteltank in dem Kraftfahrzeug vorgehalten. Zur Förderung und Dosierung der Harnstofflösung ist im Allgemeinen ein hydraulisches Dosiersystem vorgesehen, das eine Förderpumpe, eine Druckleitung, ein Dosiermodul, mit wenigstens einem Dosierventil, sowie die erforderliche Sensorik und eine elektronische Steuereinrichtung umfasst. Die Förderpumpe fördert die Harnstofflösung aus dem Reduktionsmitteltank über die Druckleitung in das Dosiermodul. Zur bedarfsgerechten Dosierung wird die gewünschte und erforderliche Masse und/oder Volumen der Reduktionsmittellösung über das oder die Dosierventil(e) in den Abgasstrang eindosiert.
Bei tiefen Temperaturen gefriert die Reaktionsmittellösung. Beispielsweise liegt der Gefrierpunkt der oftmals verwendeten Lösung AdBlue^®bei ca. -11°C. Es sind daher Maßnahmen und/oder Bauteile für das System vorgesehen, um auch bei tiefen Temperaturen das System in Dosierbereitschaft versetzen zu können.
Die DE 10 2014 202 038 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines SCR-Systems in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft das Verfahren ein Rücksaugen oder Rückfördern des Mediums, wenn das Kraftfahrzeug abgestellt ist. Durch die Entleerung des druckseitigen Teils des Dosiersystems werden Schäden an den empfindlichen Bauteilen durch Eisdruck vermieden. Hierbei ist hervorzuheben, dass das Rücksaugen des Mediums über eine Verarbeitung von Informationen gesteuert wird, die Aussagen über eine Einfriergefährdung des flüssigen Mediums erlauben. Als Informationen werden dabei Standortdaten sowie Wetter- und/oder Umgebungsdaten angegeben. Genauer werden bei den Wetterdaten insbesondere Umgebungstemperaturdaten zur Steuerung herangezogen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems für ein flüssiges Medium, insbesondere für eine Reduktionsmittellösung eines SCR-Katalysators in einem Kraftfahrzeug. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Energiezufuhr an das flüssige Medium nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs über die Verarbeitung von Informationen gesteuert wird, die Aussagen über eine Einfriergefährdung des flüssigen Mediums erlauben.
Insbesondere kann die Energiezufuhr zum einen in Form von elektrischer Energie erfolgen, bevorzugt, indem ein Dosierventil beheizt wird. Das Beheizen des Dosierventils kann mittels einer eigens dafür ausgestalteten Heizung oder über eine geeignete Ansteuerung einer Magnetspule des Dosierventils, die sich infolgedessen erhitzt, erfolgen. Zum anderen kann die Energiezufuhr in Form von mechanischer Energie erfolgen. Hierbei ist bevorzugt, dass eine Ventilnadel des Dosierventils bewegt wird. Durch Reibung wird bei der Bewegung mechanische Energie in Wärmeenergie umgewandelt, die dann an das flüssige Medium abgegeben wird.
Gemäß einem Aspekt können die Informationen, die für eine Steuerung der Energiezufuhr eingesetzt werden, Informationen über den Standort des Kraftfahrzeugs umfassen. Vorzugsweise können Standortinformationen über eine Satellitennavigation, wie beispielsweise GPS oder Galileo, ermittelt werden. Die Standortinformationen können genutzt werden, um hieraus auf eine gegebenenfalls vorhandene Einfriergefährdung zu schließen. Bei nicht einfriergefährdeten Standorten ist keine Energiezufuhr an das flüssige Medium erforderlich. Wenn sich aus den Standortinformationen hingegen ergibt, dass eine Einfriergefährdung vorliegt, wird die Energiezufuhr entsprechend angesteuert. Wenn eine gewisse Wahrscheinlichkeit für eine Einfriergefährdung vorliegt, kann eine Energiemenge die dem flüssigen Medium zugeführt wird, gegebenenfalls angepasst oder verringert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt können die Informationen, die für eine Steuerung der Energiezufuhr eingesetzt werden, Wetter- und/oder Umgebungsdaten umfassen. Bei den Wetterdaten kann es sich um aktuelle und/oder prognostizierte Wetterdaten handeln. Wetterdaten, insbesondere in Kombination mit Standortdaten, sind in besonderer Weise dazu geeignet, Aussagen über die Einfrierwahrscheinlichkeit zu treffen. Bei den Wetterdaten spielen in erster Linie Temperaturdaten, insbesondere Umgebungstemperaturdaten, eine Rolle. Die Wetter- und/oder Umgebungsdaten können durch Funkübertragung, beispielsweise mittels einer Internetverbindung, übertragen werden.
Weiterhin können auch beispielsweise der Umgebungsdruck und/oder die Höhe über dem Meeresspiegel berücksichtigt werden. Informationen zur Höhe über dem Meeresspiegel können beispielsweise aus den Daten eines Umgebungsdrucksensors und/oder auch aus Daten zur Fahrzeugposition abgeleitet werden. In die Verarbeitung und Auswertung der Informationen können Wetter-Datenbankinformationen einfließen, beispielsweise mögliche jährliche Minimaltemperaturen, die jeweiligen längsten Zeitperioden mit Minimaltemperaturen für den jeweiligen Standort oder ähnliches.
Vorzugsweise erfolgt die Energiezufuhr auch dann, wenn die Informationen zu keinem eindeutigen Ergebnis über die Einfriergefährdung führen, d. h. wenn im Zweifelsfall ein Einfrieren nicht mit ausreichender Sicherheit auszuschließen ist. Dadurch kann eine fehlerhafte Einfriergefährdung aufgrund von mangelnder Verbindungsqualität und/oder ungenau prognostizierter Wetterdaten ausgeglichen werden.
Im Prinzip sind zwei Varianten des Verfahrens möglich. Bei der ersten Variante wird in etwa zum Zeitpunkt des Abstellens des Kraftfahrzeugs darüber entschieden, ob und in welchem Maße Energie zugeführt wird. Hierbei werden zum Zeitpunkt des Abstellens die relevanten Informationen erfasst und ausgewertet. Die gegebenenfalls erforderliche Energiezufuhr kann dann im Zuge von Nachlauffunktionen erfolgen. Anschließend erfolgt keine weitere Überwachung der Situation mehr.
Gemäß eines Aspekts der Erfindung ist eine zweite Variante vorgesehen, bei der das Verfahren während einer Abstelldauer des Kraftfahrzeugs fortgeführt wird. Vorzugsweise wird eine Aufwachfunktion eines Steuergeräts des Systems verwendet, um die Steuerung der Energiezufuhr während der Abstelldauer abzurufen, wenn die Einfriergefährdung ermittelt wurde. Infolgedessen wird auf jede Einfriergefährdung gezielt reagiert, indem zum Zeitpunkt, der Ermittlung der Einfriergefährdung darüber entschieden wird, ob und in welchem Maße Energie zugeführt wird.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um die Überwachung eines Förder- und Dosiersystems zu steuern. Vorzugsweise umfasst das Steuergerät eine Aufwachfunktion, über welche die Steuerung der Energiezufuhr durch das Steuergerät während der Abstelldauer abgerufen wird, wenn die Einfriergefährdung ermittelt wurde.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt schematisch ein Förder- und Dosiersystems für einen SCR-Katalysator, welches mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
Ein Förder- und Dosiersystem eines SCR-Katalysatorsystems (nicht dargestellt) für ein Kraftfahrzeug ist in 1 gezeigt. Es umfasst ein Fördermodul 1, welches eine Förderpumpe 11 aufweist, die eingerichtet ist Reduktionsmittel aus einem Reduktionsmitteltank 2 über eine Druckleitung 3 in ein Dosiermodul 4 zu fördern, wo das Reduktionsmittel dann in einen nicht dargestellten Abgasstrang eindosiert wird. Zusätzlich umfasst das Dosiermodul 4 ein Dosierventil 41 mit einer Ventilnadel 42, das geöffnet oder geschlossen sein kann und eine Masse und/oder ein Volumen des einzudosierenden Reduktionsmittels regelt und zumindest eine Heizung 43, die das Dosiermodul 4 und das darin befindliche Reduktionsmittel erhitzt. Darüber hinaus umfasst das Förder- und Dosiersystem eine Rückförderleitung 5 durch die Reduktionsmittel aus dem Fördermodul 1 zurück in den Reduktionsmitteltank 2 geführt wird.
Beim Abstellen des Fahrzeugs wird Reduktionsmittel aus dem Fördermodul 1 über die Rückförderleitung 5 in den Reduktionsmitteltank 2 gefördert. Indes bleibt Reduktionsmittel in der Druckleitung 3 und im Dosiermodul 4 zurück, die gefrieren kann, wenn die Außentemperatur zu niedrig ist.
Ein elektronisches Steuergerät 6 ist ausgebildet, um zum einen Informationen von einem Satellitennavigationssystem 7, zum zweiten Wetter- und/oder Umgebungsdaten 8 und zum dritten Daten eines Umgebungsdrucksensors 9, über die ein Umgebungsdruck und/oder eine Höhe über dem Meeresspiegel ermittelt werden kann, zu erhalten und diese zu verarbeiten. Die Informationen des Satellitennavigationssystems 7 umfassen eine Standortbestimmung des Kraftfahrzeugs. Heutzutage verfügen Kraftfahrzeuge üblicherweise über ein Navigationssystem wie z.B. GPS oder Galileo, die geeignet sind, die Informationen vom Satellitennavigationssystem 7, insbesondere die Standortbestimmung, zum Kraftfahrzeug zu übertragen. Die Übertragung der Wetter- und/oder Umgebungsdaten erfolgt über eine Funkverbindung, wobei eine Internetverbindung besonders geeignet ist.
Des Weiteren ist das elektronische Steuergerät 6 mit dem Fördermodul 1, einschließlich der Förderpumpe 11, sowie mit dem Dosierventil 41 und der Heizung 43 des Dosiermoduls 4 verbunden und kann diese auf Grundlage wenigstens der Informationen von dem Satellitennavigationssystem 7, der Wetter und/oder Umgebungsdaten 8 und der Daten eines Umgebungsdrucksensors 9 einzeln oder in Kombination steuern.
Sobald das Kraftfahrzeug abgestellt ist, läuft das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung des Förder- und Dosiersystems ab. Zu Beginn wird eine Aufwachfunktion 61 des elektronischen Steuergeräts 6 aktiviert. Wenn die Einfriergefährdung des Reduktionsmittels auf Grundlage der oben genannten Informationen ermittelt wurde, aktiviert die Aufwachfunktion 61 das elektronische Steuergerät 6, welches dann eine Energiezufuhr an das Reduktionsmittel steuert. Wird keine Einfriergefährdung ermittelt, wird auf eine Energiezufuhr verzichtet.
In einer ersten Ausführungsform des Verfahrens steuert das elektronische Steuergerät 6 die Heizung 43 auf eine Weise, sodass diese genügend Wärmeenergie an das im Dosiermodul 4 befindliche Reduktionsmittel abgibt, damit dieses nicht einfriert, wenn auf Grundlage der oben genannten Informationen eine Einfriergefährdung vorliegt. Dabei wird die benötigte Wärmeenergie über die oben genannten Informationen ermittelt.
In einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens steuert das elektronische Steuergerät 6 eine Bewegung der Ventilnadel 42, wenn auf Grundlage der oben genannten Informationen eine Einfriergefährdung vorliegt. Durch Reibung wird mechanische Energie der Bewegung der Ventilnadel 42 in Wärmeenergie umgewandelt, die dann an das im Dosiermodul 4 befindliche Reduktionsmittel abgegeben wird. Über die oben genannten Informationen wird die benötigte Wärmeenergie ermittelt und dementsprechend eine Dauer, eine Frequenz sowie eine Amplitude der periodischen Bewegung der Ventilnadel 42 geregelt.
Die Überwachung des Förder- und Dosiersystems wird über den gesamten Abstellzyklus fortgesetzt. Ist aktuell keine Einfriergefährdung mehr gegeben, kann die Energiezufuhr wieder eingestellt werden und die Aufwachfunktion erneut aktiviert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014202038 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Förder- und Dosiersystems für ein flüssiges Medium in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiezufuhr an das flüssige Medium nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs über die Verarbeitung von Informationen (7, 8, 9) gesteuert wird, die Aussagen über eine Einfriergefährdung des flüssigen Mediums erlauben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr in Form von elektrischer Energie erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr durch Heizen eines Dosierventils erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr in Form von mechanischer Energie erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr durch Bewegung einer Ventilnadel (42) eines Dosierventils (41) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen eine Standortbestimmung des Kraftfahrzeugs umfassen, wobei der Standort über eine Satellitennavigation (7) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen Wetter- und/oder Umgebungsdaten (8) umfassen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während einer Abstelldauer des Kraftfahrzeugs fortgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Energiezufuhr über eine Aufwachfunktion (61) eines elektrischen Steuergeräts (6) des Förder- und Dosiersystems aktiviert wird.
Elektronisches Steuergerät (6), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 das Förder- und Dosiersystem zu betreiben.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.