DE102016223260A1 - Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Steuergerät-Programm sowie Steuergerät-Programmprodukt - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Steuergerät-Programm sowie Steuergerät-Programmprodukt Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems (12), bei welchem wenigstens ein Dosierventil (14) ein Reagenzmittel stromaufwärts vor wenigstens einen SCR-Katalysator (16) dosiert, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, bei dem das in einem Tank (28) gelagerte Reagenzmittel mittels eines Heizers (30) beheizt wird, und bei welchem eine Kavität (44) im Bereich des Heizers (30) anhand der Bewertung einer charakteristischen Größe eines Maßes für den Heizstrom (32) detektiert wird. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer detektierten Kavität (44) ein Hinweissignal (52) bereitgestellt wird. Das Hinweissignal (52) wird vorzugsweise einem Display (54) zur Verfügung gestellt, auf welchem eine Textnachricht eingeblendet werden kann, welche einen Betreiber der Brennkraftmaschine (10) zum Nachtanken von Reagenzmittel aufgefordert, sodass eine ausreichende Menge an flüssigem Reagenzmittel (38) zur Verfügung steht, um die erforderliche Dosierrate aufrecht erhalten zu können.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reagenzmittel-Dosiersystem, bei welchem zumindest ein Dosierventil ein Reagenzmittel stromaufwärts vor wenigstens einen SCR-Katalysator dosiert, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät-Programm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Steuergerät abläuft.
  • Schließlich betrifft die Erfindung ein Steuergerät-Programmprodukt mit Programmcode, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
  • Stand der Technik
  • Um die immer strengeren Absatzgesetzgebungen (Euro 6, Tier 2 Bin 5 und weiterführende Emissionsvorschriften) zu erfüllen, ist es notwendig, Stickstoffoxide bzw. Stickoxide (NOx) im Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, zu verringern. Hierzu ist bekannt, im Abgasbereich von Brennkraftmaschinen einen SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) anzuordnen, der im Abgas enthaltene Stickoxide in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert.
  • Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Bei Ablauf der Reduktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Daher werden NH3 bzw. NH3-abspaltende Reagenzmittel in den Abgaskanal eindosiert. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung (HWL = Harnstoffwasserlösung) als Vorstufe eines Reagenzmittels verwendet, die vor den SCR-Katalysator in den Abgaskanal eingespritzt wird. Aus dieser Lösung bildet sich Ammoniak, das als Reduktionsmittel wirkt. Eine 32,5%ige wässrige Harnstofflösung ist unter dem Markennamen AdBlue® kommerziell erhältlich. Um in einem SCR-Katalysatorsystem hohe Umsatzraten der zu reduzierenden Stickoxide zu erzielen, muss der SCR-Katalysator so betrieben werden, dass er ständig bis zu einem gewissen Niveau mit dem Reduktionsmittel Ammoniak befüllt ist. Die DE 10 2004 031 624 A1 beschreibt beispielsweise, wie eine solche Prozessführung für ein SCR-Katalysatorsystem auf Basis des Ammoniakfüllstandes aufgebaut werden kann.
  • Die beschriebene Harnstoff-Wasser-Lösung gefriert unterhalb einer Temperatur von ungefähr -11 °C. Bei tiefen Temperaturen muss daher ein Einfrieren der Harnstoff-Wasser-Lösung während des Betriebs der Reagenzmittel-Dosiervorrichtung verhindert werden. In der Offenlegungsschrift DE 10 2009 001 736 A1 ist ein Reagenzmittel-Dosiersystem beschrieben, bei welchem zu Beheizen des in einem Tank gelagerten Reagenzmittels wenigstens ein Heizer vorgesehen ist. auf. Zur einfachen Temperaturregelung ist der Heizer mit einem Heizelement realisiert, welches eine PTC-Charakteristik aufweist. Zur Erkennung von Kavitäten im Bereich des Heizers bei gefrorenem Reagenzmittel wird eine den Heizstrom charakterisierende Größe erfasst. Bei einer auftretenden Kavität erhöht sich die Temperatur des Heizelements aufgrund des zunehmenden Wegfalls der thermischen Kopplung mit dem Reagenzmittel sehr schnell, sodass eine entsprechende schnelle Abregelung des Heizstroms erfolgt. Anhand einer Bewertung einer charakteristischen Größe des Heizstroms, von einer Vergleichsgröße, die einen Zustand ohne Kavitäten repräsentiert, wird auf das Vorhandensein von Kavitäten geschlossen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Reagenzmittel-Dosiervorrichtung, welcher in jedem Betriebszustand eine ausreichende Menge von Reagenzmittel für die Dosierung zur Verfügung steht, auch bei einer beginnenden Kavitätsbildung bei gefrorenem Reagenzmittel, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, bei welchem wenigstens ein Dosierventil ein Reagenzmittel stromaufwärts vor wenigstens einen SCR-Katalysator dosiert, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, bei dem das in einem Tank gelagerte Reagenzmittel mittels eines Heizers beheizt wird und bei welchem eine Kavität im Bereich des Heizers anhand der Bewertung einer charakteristischen Größe zumindest eines Maßes für den Heizstrom detektiert wird, zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer detektierten Kavität ein Hinweissignal bereitgestellt wird.
  • Das Hinweissignal weist auf das Vorhandensein einer Kavität hin und kann beispielsweise einen Hinweis und/oder eine Warnung veranlassen.
  • Das Hinweissignal wird vorzugsweise auf einem Display ausgegeben, welches einen Betreiber der Brennkraftmaschine zum Nachtanken von Reagenzmittel aufgefordert. Durch das Nachtanken wird sichergestellt, dass eine ausreichende Menge an flüssigem Reagenzmittel zur Verfügung steht, sodass eine vorgegebene Dosierrate aufrechterhalten werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht ein Steuergerät vor, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens speziell hergerichtet ist.
  • Das erfindungsgemäße Steuergerät-Programm kann alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen, wenn es auf einem Steuergerät abläuft.
  • Hierzu kann das erfindungsgemäße Steuergerät-Programmprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • Die Figur zeigt ein Reagenzmittel-Dosiersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Abgasbereich ein Reagenzmittel-Dosiersystem 12 zur Reinigung des Abgases der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen ist. Das Reagenzmittel-Dosiersystem 12 enthält wenigstens ein Dosierventil 14, welches ein Reagenzmittel stromaufwärts vor wenigstens einen SCR-Katalysator 16 dosiert.
  • Bei dem Reagenzmittel soll es sich um die eingangs erwähnte Harnstoff-Wasser-Lösung handeln, die eine Vorstufe des eigentlichen Reagenzmittels Ammoniak darstellt, welches im SCR-Katalysator 16 zur Konvertierung von NOx-Komponenten des Abgases der Brennkraftmaschine 10 benötigt wird.
  • Das Dosierventil 14 wird von einem Dosiersignal 18 angesteuert, welches ein Steuergerät 20 bereitstellt. Das Dosiersignal 18, welches die Dosierrate des Reagenzmittels festlegt, wird in einer Dosiersignal-Ermittlung 22 in Abhängigkeit beispielsweise von der Last 24 der Brennkraftmaschine 10 und/oder von einem NOx-Signal 26 festgelegt, welches wenigstens ein im Abgaskanal der Brennkraftmaschine 10 angeordneter NOx-Sensor bereitstellt. Alternativ oder zusätzlich können weitere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 und/oder Kenngrößen des Abgases und/oder des SCR-Katalysators 16 berücksichtigt werden.
  • Das Reagenzmittel wird in einem Tank 28 gelagert. Bei einer Harnstoff-Wasser-Lösung muss mit einem Einfrieren unterhalb von ungefähr - 11 °C gerechnet werden. Um das Einfrieren zu verhindern oder ein bereits gefrorenes Reagenzmittel im Tank 28 aufzutauen, ist ein Heizer 30 vorgesehen, der vorzugsweise als PTC-Element realisiert ist, welches im eingangs beschriebenen Stand der Technik gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 2009 001 736 A1 beschrieben ist. Das PTC-Element 30 wird während des Heizbetriebs von einem Heizstrom 32 durchflossen. Der Heizstrom 32 kann von einer Heizsignal-Festlegung 34 beispielsweise in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur 36 festgelegt werden. Aufgrund der selbstregelnden Eigenschaften des PTC-Elements 30 kann es ausreichen, das PTC-Element an eine konstante Spannung während des Heizbetriebs zu schalten, da sich der Strom in Abhängigkeit von der Temperatur des PTC-Elements 30 regelt.
  • In der Figur ist ein Zustand des Reagenzmittels im Tank 28 gezeigt, bei welchem das Reagenzmittel teilweise als flüssiges Reagenzmittel 38 und teilweise als gefrorenes Reagenzmittel 40 vorliegt. Der Heizer 30 ist vorteilhafterweise im Bereich einer Ansaugvorrichtung 42 des Reagenzmittels angeordnet. Bei dem in der Figur dargestellten Zustand wird davon ausgegangen, dass im Bereich der Ansaugvorrichtung 42 das flüssige Reagenzmittel 38 vorliegt, sodass eine vorgegebene Dosierrate aufrechterhalten werden kann. Von einem kritischen Zustand wird ausgegangen, falls im Bereich des Heizers 30 bereits eine Kavität 44 ausgebildet ist, welche zur Folge haben kann, dass das gefrorene Reagenzmittel 40 nicht mehr schnell genug aufgetaut werden kann, um die geforderte Dosierrate einhalten zu können.
  • Die Erkennung einer gegebenenfalls auftretenden Kavität 44 im Bereich des Heizers 30 kann anhand einer charakteristischen Größe des Heizstroms 32 erkannt werden. Hierzu wird der von einem nicht näher gezeigten Stromsensor, der beispielsweise als resistiver Sensor oder als induktiver Sensor realisiert sein kann, erfasste Heizstrom 32 von einer Messwert-Aufbereitung 46 aufbereitet und als Messsignal 48 einer Signalbewertung 50 zur Verfügung gestellt. Als charakteristische Größe des Messsignals 48, welches ein Maß für den Heizstrom 32 widerspiegelt, kann beispielsweise das Strommaximum erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Maß für den Widerstand des Heizers 30 erfasst werden. Die Erkennung einer gegebenenfalls vorliegenden Kavität 44 anhand einer charakteristischen Größe des Heizstroms 32 ist in dem eingangs beschriebenen Stand der Technik gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 2009 001 736 A1 detailliert beschrieben, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Nachdem eine gegebenenfalls vorhandene Kavität 44 in der Signalbewertung 50 erkannt wurde, stellt die Signalbewertung 50 ein Hinweissignal 52 bereit. Das Hinweissignal 52 kann dazu herangezogen werden, nur auf das Auftreten einer Kavität 44 hinzuweisen oder vorzugsweise als Grundlage eines Warnhinweises verwendet werden.
  • Vorzugsweise wird das Hinweissignal 52 einem Display 54 zur Verfügung gestellt, auf welchem beispielsweise eine entsprechende Textnachricht dargestellt werden kann. Vorzugsweise fordert eine solche Textnachricht einen Betreiber der Brennkraftmaschine 10 zum Nachtanken von Reagenzmittel auf. Bei einem zeitnahen Nachtanken des Reagenzmittels wird sichergestellt, dass eine ausreichende Menge an flüssigem Reagenzmittel 38 zur Verfügung steht, um die erforderliche Dosierrate aufrecht erhalten zu können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004031624 A1 [0005]
    • DE 102009001736 A1 [0006, 0018, 0020]

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems (12), bei welchem wenigstens ein Dosierventil (14) ein Reagenzmittel stromaufwärts vor wenigstens einen SCR-Katalysator (16) dosiert, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, bei dem das in einem Tank (28) gelagerte Reagenzmittel mittels eines Heizers (30) beheizt wird, bei welchem eine Kavität (44) im Bereich des Heizers (30) anhand der Bewertung einer charakteristischen Größe eines Maßes für den Heizstrom (32) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer detektierten Kavität (44) ein Hinweissignal (52) bereitgestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinweissignal (52) als Textnachricht auf einem Display (54) wiedergegeben wird.
  3. Vorrichtung zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems (12), dadurch gekennzeichnet, dass ein speziell hergerichtetes Steuergerät (20) zur Durchführung der Verfahrensschritte nach Anspruch 1 oder 2 vorgesehen ist.
  4. Steuergerät-Programm, das alle Schritte Verfahrensschritte nach Anspruch 1 oder 2 ausführt, wenn es auf einem Steuergerät (20) abläuft.
  5. Steuergerät-Programmprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung der Verfahrensschritte nach Anspruch 1 oder 2, wenn das Programm auf einem Steuergerät (20) ausgeführt wird.
DE102016223260.6A 2016-11-24 2016-11-24 Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Steuergerät-Programm sowie Steuergerät-Programmprodukt Withdrawn DE102016223260A1 (de)

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