DE102018212404B3

DE102018212404B3 - Control device for a metering pump of a catalyst device for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine, corresponding catalyst system and method for operating such a control device

Info

Publication number: DE102018212404B3
Application number: DE102018212404.3A
Authority: DE
Inventors: Haithem Hannachi
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2038-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (2) für eine Dosierpumpe (6) einer Katalysatorvorrichtung (11) zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (12), ein Katalysatorsystem (10) sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Steuervorrichtung (2). Die Steuervorrichtung (2) umfasst ein Steuergerät (3) mit einem Eingang zum Anlegen eines Ansteuersignals, eine erste Verstärkervorrichtung (31) zum Verstärken des Ansteuersignals mit einem Ausgang, an dem das verstärkte Ansteuersignal bereitstellbar ist, eine Umwandlungsvorrichtung (4), die mit dem Ausgang des Steuergeräts (2) gekoppelt ist sowie eine zweite Verstärkervorrichtung (5) mit mindestens einem Halbleiter-Leistungsschalter (51), wobei die zweite Verstärkervorrichtung (5) einen Anschluss zum Koppeln mit einem Bordnetz (7) eines Kraftfahrzeugs (1) aufweist. Die Umwandlungsvorrichtung (4) ist dazu ausgelegt, einen Spannungspegel des verstärkten Ansteuerungssignals in einen Spannungspegel umzuwandeln, der ausgelegt ist, den mindestens einen Halbleiter-Leistungsschalter (51) anzusteuern, wobei ein Ausgang des Halbleiter-Leistungsschalters (51) mit einem Ausgang der Steuervorrichtung (2) zum Ansteuern der Dosierpumpe (6) gekoppelt ist.

The invention relates to a control device (2) for a metering pump (6) of a catalyst device (11) for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (12), a catalyst system (10) and a method for operating such a control device (2). The control device (2) comprises a control device (3) with an input for applying a drive signal, a first amplifier device (31) for amplifying the drive signal with an output at which the amplified drive signal can be provided, a conversion device (4) which is connected to the The output of the control device (2) is coupled and a second amplifier device (5) with at least one semiconductor power switch (51), the second amplifier device (5) having a connection for coupling to an electrical system (7) of a motor vehicle (1). The conversion device (4) is designed to convert a voltage level of the amplified drive signal into a voltage level which is designed to drive the at least one semiconductor power switch (51), an output of the semiconductor power switch (51) having an output of the control device ( 2) is coupled to control the metering pump (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Dosierpumpe einer Katalysatorvorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, die ein Steuergerät mit einem Eingang zum Anlegen eines Ansteuersignals, das zumindest mit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors korreliert ist, sowie eine erste Verstärkervorrichtung zum Verstärken des Ansteuersignals mit einem Ausgang, an dem das verstärkte Ansteuersignal bereitstellbar ist, umfasst. Die Erfindung betrifft zudem ein Katalysatorsystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs umfassend eine derartige Steuervorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Steuervorrichtung.The invention relates to a control device for a metering pump of a catalyst device for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine, a control device with an input for applying a control signal that is correlated at least with a speed of the internal combustion engine, and a first amplifier device for amplifying the control signal with an output at which the amplified control signal can be provided. The invention also relates to a catalytic converter system for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine of a motor vehicle comprising such a control device and a method for operating such a control device.

Heutzutage müssen Kraftfahrzeuge häufig eine regionale Abgasnorm erfüllen, die Grenzwerte für Luftschadstoffe im vom Kraftahrzeug ausgestoßenen Abgasgemisch festlegen. In der Europäischen Union werden im Rahmen der sogenannten Euro-Norm beispielsweise Grenzwerte für Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffoxide und Kohlenwasserstoffe in den Abgasen von Kraftfahrzeugen festgelegt. Die festgelegten Grenzwerte unterscheiden sich hierbei je nach Art des Motors des Kraftfahrzeugs, das heißt, je nachdem ob es sich um einen Otto- oder Dieselmotor handelt, und Kraftfahrzeugtyp, wie beispielsweise Pkw, Lkw, Motorräder oder Mopeds.Nowadays, motor vehicles often have to meet a regional emissions standard that sets limits for air pollutants in the exhaust gas mixture emitted by the motor vehicle. In the European Union, for example, limit values for carbon monoxide, nitrogen oxides and hydrocarbons in the exhaust gases of motor vehicles are set within the so-called Euro standard. The specified limit values differ depending on the type of motor of the motor vehicle, that is, depending on whether it is a gasoline or diesel engine, and the type of motor vehicle, such as, for example, cars, trucks, motorcycles or mopeds.

Die von Kraftfahrzeugen zu erfüllenden Abgasnormen werden jedoch immer stärker verschärft. Zum Erreichen der verschärften Abgasgrenzwerte werden daher häufig Katalysatorsysteme in Kraftfahrzeugen verbaut. Hierzu eignet sich besonders ein sogenannter SCR-Katalysator, der auf selektiver katalytischer Reduktion (englisch selective catalytic reduction, SCR) basiert. In derartigen Katalysatoren findet eine selektive chemische Reaktion statt, die bevorzugt Stickoxide produziert, wobei unerwünschte Nebenreaktionen, wie die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid, weitgehend unterdrückt werden. Für die Reaktion wird eine Reaktionsflüssigkeit, typischerweise Ammoniak oder Harnstoff, in den Abgasstrang des entsprechenden Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs eingelassen. Dies erfolgt üblicherweise mittels einer Dosierpumpe mit einem Gleichstrommotor, wie sie beispielsweise in der US 2014/0271282 A1 gezeigt ist. Beispiele für eine Steuerung eines Gleichstrommotors finden sich in der US 2010/0148733 A1 sowie in der US 2008/0303580 A1 .However, the exhaust gas standards to be met by motor vehicles are becoming ever stricter. To achieve the tightened exhaust gas limit values, catalytic converter systems are therefore often installed in motor vehicles. A so-called SCR catalytic converter, which is based on selective catalytic reduction (SCR), is particularly suitable for this purpose. A selective chemical reaction takes place in such catalysts, which preferably produces nitrogen oxides, undesirable side reactions, such as the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide, being largely suppressed. For the reaction, a reaction liquid, typically ammonia or urea, is let into the exhaust line of the corresponding internal combustion engine of the motor vehicle. This is usually done by means of a metering pump with a DC motor, such as that in the US 2014/0271282 A1 is shown. Examples of a control of a DC motor can be found in the US 2010/0148733 A1 as well as in the US 2008/0303580 A1 ,

In der DE 10 2012 204 402 A1 wird ein elektronisches Schaltungsmodul zur Steuerung einer Hochmagnetmembranpumpe, die insbesondere für einen SCR-Katalysator ausgelegt ist, beschrieben. Dieses Schaltungsmodul umfasst unter anderem zwei Dioden sowie einen High-Side-Schalter und einen Low-Side-Schalter. Beim Betreiben der Hochmagnetmembranpumpe mit dem elektronischen Schaltungsmodul erfolgen ein Einschalten des High-Side-Schalters, ein getaktetes Ansteuern des Low-Side-Schalters und ein Ausschalten des High-Side-Schalters für jeweils einen Zeitraum, welcher nach Abschalten des Low-Side-Schalters beginnt und von einem erneuten Einschalten des Low-Side-Schalters endet. Mit diesem Verfahren wird es möglich, dass ein schneller Abbau des Pumpenstroms erreicht wird, wenn der Low-Side-Schalter abgeschaltet ist.In the DE 10 2012 204 402 A1 describes an electronic circuit module for controlling a high magnetic diaphragm pump, which is designed in particular for an SCR catalytic converter. This circuit module includes two diodes and a high-side switch and a low-side switch. When the high magnetic diaphragm pump is operated with the electronic circuit module, the high-side switch is switched on, the low-side switch is controlled and the high-side switch is switched off for a period of time after the low-side switch has been switched off begins and ends when the low-side switch is switched on again. With this method, it is possible for the pump current to be reduced rapidly when the low-side switch is switched off.

In der DE 10 2015 213 817 A1 wird ein Verfahren zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit eines elektrisch ansteuerbaren Druckregelventils in einem Hochdruckkreis eines Einspritzsystems eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Hierbei wird das Abklingen eines Druckregelventilstroms nach einer elektrischen Abschaltung des Druckregelventils durch Veränderung der Stromführung über einen leistungshungrigen Verbraucher, beispielsweise eine Z-Diode, beschleunigt. Hierdurch wird die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Sicherheitsabschaltung des Einspritzsystems optimiert, indem das Verhalten des Druckregelventils in Bezug auf sein Druckbegrenzungsverhalten verbessert wird.In the DE 10 2015 213 817 A1 describes a method for increasing the reaction speed of an electrically controllable pressure control valve in a high pressure circuit of an injection system of a motor vehicle. The decay of a pressure control valve current after an electrical shutdown of the pressure control valve is accelerated by changing the current flow through a power-hungry consumer, for example a Z-diode. As a result, the reaction speed in the safety shutdown of the injection system is optimized by improving the behavior of the pressure control valve in relation to its pressure limiting behavior.

Um verschärfte Abgasgrenzwerte erfüllen zu können, muss in einem SCR-Katalysator beispielsweise eine größere Menge der Reaktionsflüssigkeit zur Abgasnachbehandlung eingespritzt werden. Hierzu wird häufig eine zweite und/oder eine größere SCR-Eindüsungspumpe, das heißt eine größere Dosierpumpe, verwendet. Um diese zweite und/oder größere Dosierpumpe betreiben zu können, wird jedoch eine größere Stromstärke benötigt, als es bisher der Fall war.In order to be able to meet stricter exhaust gas limit values, a larger amount of the reaction liquid for exhaust gas aftertreatment, for example, must be injected into an SCR catalytic converter. A second and / or a larger SCR injection pump, that is to say a larger metering pump, is often used for this purpose. In order to be able to operate this second and / or larger metering pump, however, a larger current intensity is required than was previously the case.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher besonders kostengünstig mit einem Katalysatorsystem die geforderte Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors erreicht werden kann.It is the object of the invention to provide a solution by means of which the required exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine can be achieved particularly inexpensively with a catalyst system.

Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Steuervorrichtung für eine Dosierpumpe einer Katalysatorvorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, ein Katalysatorsystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Steuervorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.This object is achieved by a generic control device for a metering pump of a catalyst device for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine, a catalyst system for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine of a motor vehicle and a method for operating such a control device according to the independent patent claims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die geforderte Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem Katalysatorsystem besonders kostengünstig erreicht werden kann, wenn die Steuervorrichtung des Katalysatorsystems auf der Weiterentwicklung bereits vorhandener Komponenten basiert und kein Einbau eines zusätzlichen Steuergeräts oder Veränderungen von Vernetzungen, wie beispielsweise von CAN-Vernetzungen im Kraftfahrzeug, nötig sind, damit das Katalysatorsystem dazu ausgelegt ist, ein Ansteuersignal mit einer vorbestimmten Stromstärke zum Betreiben einer Katalysatorvorrichtung des Katalysatorsystems bereitzustellen.The invention is based on the knowledge that the required exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with a catalytic converter system can be achieved in a particularly cost-effective manner if the control device of the catalytic converter system is based on the further development of already existing components and no additional installation Control devices or changes in networks, such as CAN networks in the motor vehicle, are necessary so that the catalyst system is designed to provide a control signal with a predetermined current intensity for operating a catalyst device of the catalyst system.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für eine Dosierpumpe einer Katalysatorvorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors umfasst ein Steuergerät mit einem Eingang zum Anlegen eines Ansteuersignals, das zumindest mit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors korreliert ist, sowie eine erste Verstärkervorrichtung zum Verstärken des Ansteuersignals mit einem Ausgang, an dem das verstärkte Ansteuersignal bereitstellbar ist. Die Steuervorrichtung umfasst weiterhin eine Umwandlungsvorrichtung, die mit dem Ausgang des Steuergeräts gekoppelt ist, sowie eine zweite Verstärkervorrichtung mit mindestens einem Halbleiter-Leistungsschalter, wobei die zweite Verstärkerschaltung einen Anschluss zum Koppeln mit einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs aufweist. Die Umwandlungsvorrichtung ist dazu ausgelegt, einen Spannungspegel des verstärkten Ansteuersignals in einen Spannungspegel umzuwandeln, der ausgelegt ist, den wenigstens einen Halbleiter-Leistungsschalter anzuschalten, wobei ein Ausgang des Halbleiter-Leistungsschalters mit einem Ausgang der Steuervorrichtung zum Ansteuern der Dosierpumpe gekoppelt ist.The control device according to the invention for a metering pump of a catalyst device for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine comprises a control device with an input for applying a control signal, which is correlated at least with a speed of the internal combustion engine, and a first amplifier device for amplifying the control signal with an output at which the amplified control signal is available. The control device further comprises a conversion device, which is coupled to the output of the control device, and a second amplifier device with at least one semiconductor power switch, the second amplifier circuit having a connection for coupling to an electrical system of a motor vehicle. The conversion device is designed to convert a voltage level of the amplified drive signal into a voltage level that is designed to switch on the at least one semiconductor power switch, wherein an output of the semiconductor power switch is coupled to an output of the control device for driving the metering pump.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung umfasst somit vier Komponenten, und zwar ein Steuergerät, eine erste Verstärkervorrichtung, eine Umwandlungsvorrichtung und eine zweite Verstärkervorrichtung. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgelegt, das Einspritzen einer Flüssigkeit zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mittels der Einspritzdüse einer Dosierpumpe, wie beispielsweise einer Hochmagnetmembranpumpe eines zur selektiven katalytischen Reduktion ausgelegten Katalysators, eines sogenannten SCR-Katalysators (englisch selective catalytic reduction, SCR), anzusteuern.The control device according to the invention thus comprises four components, namely a control device, a first amplifier device, a conversion device and a second amplifier device. The control device is designed to control the injection of a liquid for exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine of a motor vehicle by means of the injection nozzle of a metering pump, such as, for example, a high-magnet membrane pump of a catalytic converter designed for selective catalytic reduction, a so-called SCR catalytic converter (English: selective catalytic reduction, SCR).

Das Steuergerät der Steuervorrichtung ist dazu ausgelegt, dass es in Abhängigkeit von einer Ansteuerung des Verbrennungsmotors die Dosierpumpe ansteuert. Hierfür stellt das Steuergerät ein entsprechendes Ansteuersignal bereit, das jedoch zunächst von der Verstärkervorrichtung in ein Signal mit größerer Spannung umgewandelt wird. Bei herkömmlichen Katalysatorvorrichtungen wird dieses verstärkte Ansteuersignal direkt an der Dosierpumpe angelegt und die Dosierpumpe entsprechend angesteuert. Um die aktuellen beziehungsweise zukünftigen Abgasnormen für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen erfüllen zu können, reicht dieses bereitstellbare verstärkte Ansteuersignal jedoch nicht aus. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung umfasst deswegen zudem die Umwandlungsvorrichtung sowie die zweite Verstärkervorrichtung. Mithilfe der Umwandlungsvorrichtung wird zunächst das verstärkte bereitstellbare Ansteuersignal derart reduziert, dass ein Zwischensignal mit einem niedrigeren Spannungspegel erzeugt wird. Mit diesem Zwischensignal wird daraufhin der zumindest eine Halbleiter-Leistungsschalter der zweiten Verstärkervorrichtung angesteuert. Der angesteuerte Halbleiter-Leistungsschalter ist dazu ausgelegt, die Stromstärke des Zwischensignals zu erhöhen, damit die Dosierpumpe derart betrieben werden kann, dass die gewünschte Abgasnachbehandlung realisierbar ist. Typischerweise erfolgt hierbei eine Erhöhung der Stromstärke des Ansteuersignals, das letztendlich am Ausgang der Steuervorrichtung hinter dem Halbleiter-Leistungsschalter bereitgestellt wird, von zwei Ampere auf drei Ampere.The control device of the control device is designed such that it controls the metering pump as a function of activation of the internal combustion engine. For this purpose, the control device provides a corresponding control signal, which, however, is first converted by the amplifier device into a signal with a higher voltage. In conventional catalyst devices, this amplified control signal is applied directly to the metering pump and the metering pump is controlled accordingly. In order to be able to meet the current or future exhaust gas standards for internal combustion engines of motor vehicles, however, this amplified control signal that can be provided is not sufficient. The control device according to the invention therefore also includes the conversion device and the second amplifier device. With the aid of the conversion device, the amplified drive signal that can be provided is first reduced in such a way that an intermediate signal with a lower voltage level is generated. The intermediate signal is then used to drive the at least one semiconductor power switch of the second amplifier device. The controlled semiconductor power switch is designed to increase the current strength of the intermediate signal so that the metering pump can be operated in such a way that the desired exhaust gas aftertreatment can be implemented. Typically, the current strength of the drive signal, which is ultimately provided at the output of the control device behind the semiconductor power switch, is increased from two amperes to three amperes.

Bei dem zumindest einen Halbleiter-Leistungsschalter der zweiten Verstärkervorrichtung handelt es sich um einen Schutzschalter, der für das Schalten von hohem Strom ausgelegt ist und aus Halbleitermaterialien besteht, beispielsweise einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Dieser MOSFET kann zum Beispiel mit seinem Drain-Anschluss (D) mit einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs gekoppelt werden. Der Halbleiter-Leistungsschalter kann somit zusätzlich mit Energie aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs versorgt werden. Die Steuerelektrode des MOSFETs, das heißt der Gate-Anschluss (G), ist typischerweise mit der Umwandlungsvorrichtung gekoppelt und die Quelle des MOSFETs, der Source-Anschluss (S), mit dem Ausgang der Steuervorrichtung. Mit der Steuervorrichtung ist es somit möglich, dass ohne den kostenintensiven Einbau eines zusätzlichen Steuergeräts oder Veränderungen der Vernetzung, wie beispielsweise der CAN-Vernetzung im Kraftfahrzeug, das Ausgangssignal der Steuervorrichtung bereitgestellt wird, mit dem ein Ansteuern der Dosierpumpe derart möglich ist, dass die gewünschte und gesetzlich geforderte Nachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs somit besonders kostengünstig erzielt wird.The at least one semiconductor power switch of the second amplifier device is a circuit breaker which is designed for switching high currents and consists of semiconductor materials, for example a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). This MOSFET can be coupled, for example, with its drain connection (D) to an electrical system of a motor vehicle. The semiconductor circuit breaker can thus also be supplied with energy from the vehicle electrical system. The control electrode of the MOSFET, that is to say the gate connection (G), is typically coupled to the conversion device and the source of the MOSFET, the source connection (S), to the output of the control device. With the control device, it is thus possible, without the cost-intensive installation of an additional control device or changes in the networking, such as for example the CAN networking in the motor vehicle, to provide the output signal of the control device with which the metering pump can be controlled in such a way that the desired one and legally required aftertreatment of the exhaust gas of the internal combustion engine of a motor vehicle is thus achieved particularly cost-effectively.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die zweite Verstärkervorrichtung zwischen dem Ausgang des mindestens einen Halbleiter-Leistungsschalters und dem Ausgang der Steuervorrichtung einen leistungshungrigen Verbraucher umfasst. Die zweite Verstärkervorrichtung umfasst beispielsweise als leistungshungrigen Verbraucher eine Schnelllöschdiode oder ein RC-Glied, das einen entsprechend gewählten Widerstand und Kondensator umfasst. Der leistungshungrige Verbraucher ist dazu ausgelegt, einen bei einem Ansteuern der Dosierpumpe mit der Steuervorrichtung auftretenden Ruhestrom zu reduzieren. Dieser Ruhestrom tritt auf, da die Dosierpumpe unter anderem eine Spule umfasst. Aufgrund der Induktivität dieser Spule ist ein plötzliches Abschalten des Spulenstroms nicht möglich, sondern es wird nach jedem Ansteuerimpuls des Ansteuersignals an die Dosierpumpe ein gewisser Reststrom beobachtet. Für eine optimale Ansteuerung der Dosierpumpe wird jedoch eine vollständig entladene Spule benötigt, da es sonst zu Störungen der Ansteuerung der Katalysatorvorrichtung, beispielsweise zu einem Einspritzen der Flüssigkeit zu Zeitpunkten, an denen dies nicht erfolgen soll, wodurch ein Verbrauch an der Flüssigkeit erhöhte wir, sowie möglicherweise zu Softwareproblemen innerhalb der Motorsteuerung, beispielsweise kommt. Mithilfe des leistungshungrigen Verbrauchers kann bei entsprechender Dimensionierung des leistungshungrigen Verbrauchers dieser Reststrom besonders schnell abgebaut werden, sodass die gewünschte Ansteuerung der Dosierpumpe, das heißt eine Ansteuerung mit einer vorgegebenen Menge und einer vorgegebenen Einspritzhäufigkeit der Flüssigkeit, realisierbar ist, mit der letztendlich die erforderlich Abgasnachbehandlung möglich ist.According to the invention, it is provided that the second amplifier device comprises a power-hungry consumer between the output of the at least one semiconductor power switch and the output of the control device. As a power-hungry consumer, the second amplifier device comprises, for example, a quick-extinguishing diode or an RC element, which comprises a correspondingly selected resistor and capacitor. The power-hungry consumer is designed to reduce a quiescent current that occurs when the metering pump is actuated by the control device. This quiescent current occurs there the metering pump includes a coil, among other things. Due to the inductance of this coil, a sudden switch-off of the coil current is not possible, but a certain residual current is observed after each control pulse of the control signal to the metering pump. For optimal control of the metering pump, however, a completely discharged coil is required, since otherwise there would be disturbances in the control of the catalyst device, for example injecting the liquid at times when this should not take place, which increased the consumption of the liquid, as well software problems within the engine control, for example. With the help of the power-hungry consumer, with appropriate dimensioning of the power-hungry consumer, this residual current can be reduced particularly quickly, so that the desired activation of the metering pump, i.e. activation with a predetermined quantity and a predetermined frequency of injection of the liquid, can be realized, with which the required exhaust gas aftertreatment is ultimately possible is.

Es ist dabei vorgesehen, dass der leistungshungrige Verbraucher als mindestens eine Schnelllöschdiode ausgelegt ist, die seriell in Sperrrichtung zwischen dem Ausgang der Steuervorrichtung und Masse gekoppelt ist.It is provided that the power-hungry consumer is designed as at least one quick-extinguishing diode, which is coupled in series in the blocking direction between the output of the control device and ground.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der leistungshungrige Verbraucher als mindestens eine Z-Diode ausgelegt ist. Eine Z-Diode ist eine Diode, die dazu ausgelegt ist, dauerhaft in Sperrrichtung im Bereich einer Durchbruchspannung betrieben zu werden. Die Durchbruchspannung, die auch Z-Spannung genannt wird, liegt bei Z-Dioden typischerweise im Bereich von 1,8 bis 300 Volt. Sobald diese Durchbruchspannung erreicht ist, ist die Z-Diode nicht mehr in Sperrrichtung sperrend, sondern es wird ein Ansteigen des Stroms um mehrere Größenordnungen innerhalb von Spannungserhöhungen von wenigen 100 Millivolt beobachtet. Der Strom, der durch die Z-Diode bei Spannungen oberhalb der Durchbruchspannung abfließt, verringert sich wieder, wenn die Spannung verringert wird. Mit einer entsprechend dimensionierten Z-Diode ist es somit möglich, dass der beim Ansteuern der Dosierpumpe mit der Steuervorrichtung auftretende Reststrom relativ schnell abgebaut wird, sodass die Dosierpumpe besonders zeitnah nach einem ersten Einspritzen der Flüssigkeit mit der Einspritzdüse erneut ansteuerbar ist.In a particularly preferred embodiment, it is provided that the power-hungry consumer is designed as at least one Zener diode. A Zener diode is a diode that is designed to be operated permanently in the reverse direction in the range of a breakdown voltage. The breakdown voltage, which is also called the Z voltage, is typically in the range from 1.8 to 300 volts in the case of Z diodes. As soon as this breakdown voltage is reached, the Zener diode is no longer blocking in the reverse direction, but an increase in the current by several orders of magnitude is observed within voltage increases of a few 100 millivolts. The current that flows through the Zener diode at voltages above the breakdown voltage decreases again when the voltage is reduced. With an appropriately dimensioned Z-diode, it is thus possible for the residual current occurring when the metering pump to be controlled by the control device to be reduced relatively quickly, so that the metering pump can be controlled again in a particularly timely manner after the first injection of the liquid with the injection nozzle.

Alternativ zu einer einzelnen Schnelllöschdiode können in der zweiten Verstärkervorrichtung auch mehrere Schnelllöschdioden als leistungshungriger Verbraucher vorhanden sein. Hierfür können beispielsweise mehrere parallel geschaltete Schnelllöschdioden verwendet werden, die jeweils seriell mit dem Ausgang der Steuervorrichtung gekoppelt und in Sperrrichtung zur Masse geschaltet sind. Je nachdem, ob mehrere Dosierpumpen oder lediglich eine größere Dosierpumpe verwendet wird, können somit entsprechend dimensionierte leistungshungrige Verbraucher in die zweite Verstärkervorrichtung integriert werden.As an alternative to a single quick-extinguishing diode, a plurality of quick-extinguishing diodes can also be present in the second amplifier device as a power-hungry consumer. For this purpose, for example, a plurality of quick-extinguishing diodes connected in parallel can be used, each of which is serially coupled to the output of the control device and connected to ground in the reverse direction. Depending on whether several dosing pumps or only a larger dosing pump is used, correspondingly dimensioned, power-hungry consumers can be integrated into the second amplifier device.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in der zweiten Verstärkervorrichtung zwischen dem mindestens einen Halbleiter-Leistungsschalter und dem leistungshungrigen Verbraucher eine Schutzdiode geschaltet ist, wobei die Schutzdiode derart angeordnet ist, dass eine Anode der Schutzdiode mit dem mindestens einen Halbleiter-Leistungsschalter und eine Kathode der Schutzdiode mit dem Ausgang der Steuervorrichtung verbunden ist. Die zweite Verstärkervorrichtung umfasst somit zusätzlich eine Halbleiterdiode, das heißt eine sogenannte Schutzdiode, die zum Schutz vor Überspannung und unerlaubten Spannungen verwendbar ist. Mit der oben beschriebenen Anordnung der Schutzdiode ist es möglich, den mindestens einen Halbleiter-Leistungsschalter, bei dem es sich beispielsweise um einen MOSFET handelt, vor Überspannungen, die beim Betreiben der Dosierpumpe auftreten können, zu schützen. Zusätzlich zu dem Selbstschutz des MOSFETs durch die in der Regel in ihn integrierte Bond-Diode wird der MOSFET also zusätzlich vor in der Steuervorrichtung auftretenden erhöhten Spannungen geschützt, um letztendlich zu erreichen, dass die Steuervorrichtung zum Ansteuern der Dosierpumpe der Katalysatorvorrichtung robust und zuverlässig funktionsfähig ist.In a further embodiment it is provided that in the second amplifier device a protective diode is connected between the at least one semiconductor power switch and the power-hungry consumer, the protective diode being arranged such that an anode of the protective diode with the at least one semiconductor power switch and a Cathode of the protective diode is connected to the output of the control device. The second amplifier device thus additionally comprises a semiconductor diode, that is to say a so-called protective diode, which can be used to protect against overvoltage and unauthorized voltages. With the arrangement of the protective diode described above, it is possible to protect the at least one semiconductor power switch, which is, for example, a MOSFET, from overvoltages that can occur when the metering pump is operated. In addition to the self-protection of the MOSFET by the bond diode that is usually integrated in it, the MOSFET is also additionally protected against increased voltages occurring in the control device in order to ultimately achieve that the control device for controlling the metering pump of the catalyst device is robust and reliably functional ,

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite Verstärkervorrichtung eine Stromrücklesevorrichtung aufweist, die mit dem wenigstens einen Halbleiter-Leistungsschalter gekoppelt ist und einen Ausgang aufweist, der mit dem Steuergerät koppelbar ist, und dazu ausgelegt ist, ein am mindestens einen Halbleiter-Leistungsschalter beim Ansteuern der Dosierpumpe mit der Steuervorrichtung auftretendes Stromsignal auszulesen und an das Steuergerät zu übermitteln. Die Steuervorrichtung umfasst somit zusätzlich ein Diagnosesystem, mit dem kontrolliert werden kann, ob die Abgasnachbehandlung mit der Dosierpumpe der Katalysatorvorrichtung wie es vorgesehen ist, um die gewünschte Abgasnachbehandlung zu erreichen, erfolgt. Die Stromrücklesevorrichtung ist in der elektrischen Schaltung der Steuervorrichtung beispielsweise zwischen dem Gate-Anschluss des mindestens einen als Halbleiter-Leistungsschalter in die zweite Verstärkervorrichtung integrierten MOSFET und dem Ausgang der Umwandlungsvorrichtung angeordnet. Ein Ausgang der Stromrücklesevorrichtung ist zudem mit dem Steuergerät koppelbar, sodass über diese Verbindung ein von der Stromrücklesevorrichtung erfasstes Stromsignal für das Steuergerät bereitstellbar ist. Die Stromrücklesevorrichtung stellt somit die Daten bereit, die nötig sind, damit überprüft wird, ob das Ansteuersignal des Steuergeräts sowie die Ansteuerung des Verbrennungsmotors derart erfolgen, dass die gewünschte Abgasnachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors realisierbar ist.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the second amplifier device has a current read-back device which is coupled to the at least one semiconductor power switch and has an output which can be coupled to the control unit and is designed to connect one at least one Semiconductor circuit breaker when controlling the metering pump with the control device to read out the current signal and transmit it to the control unit. The control device thus additionally comprises a diagnostic system with which it can be checked whether the exhaust gas aftertreatment is carried out with the metering pump of the catalyst device as is provided in order to achieve the desired exhaust gas aftertreatment. The current readback device is arranged in the electrical circuit of the control device, for example, between the gate connection of the at least one MOSFET integrated as a semiconductor power switch in the second amplifier device and the output of the conversion device. An output of the current reading device can also be coupled to the control unit, so that a connection detected by the current reading device is connected via this connection Current signal can be provided for the control unit. The current read-back device thus provides the data that are necessary to check whether the control signal of the control device and the control of the internal combustion engine are such that the desired exhaust gas aftertreatment of the exhaust gas of the internal combustion engine can be implemented.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Umwandlungsvorrichtung einen Spannungsteiler sowie einen elektrischen Schalter mit einer Steuerelektrode, einer Arbeitselektrode und einer Bezugselektrode umfasst, wobei der Spannungsteiler mit dem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung gekoppelt ist, ein Anschluss zum Koppeln mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs aufweist und an einem Abgriffpunkt mit der Steuerelektrode gekoppelt ist und die Bezugselektrode mit dem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung und die Arbeitselektrode mit dem mindestens einen Halbleiter-Leistungsschalter gekoppelt ist. Die Umwandlungsvorrichtung kann zudem einen Widerstand aufweisen, der hinter der Arbeitselektrode, jedoch vor einem Ausgang der Umwandlungsvorrichtung mit dem Bordnetz gekoppelt ist. Dieser Widerstand ist also parallel zum Spannungsteiler angeordnet. Mit der Umwandlungsvorrichtung ist es möglich, dass das von der ersten Verstärkervorrichtung bereitgestellte verstärkte Ansteuersignal hinsichtlich seines Spannungspegels derart umgewandelt wird, dass es einen niedrigeren Spannungspegel aufweist, mit dem der mindestens eine Halbleiter-Leistungsschalter ansteuerbar ist. Die durch die erste Verstärkervorrichtung erreichte Verstärkung des Ansteuersignals wird daher im Grunde durch die Umwandlungsvorrichtung rückgängig gemacht, damit letztendlich mithilfe des Halbleiter-Leistungsschalter, der nicht für hohe Spannungspegel ausgelegt ist, ein Signal mit erhöhter Stromstärke zum Ansteuern der Dosierpumpe bereitstellbar ist.A further embodiment of the invention provides that the conversion device comprises a voltage divider and an electrical switch with a control electrode, a working electrode and a reference electrode, the voltage divider being coupled to the output of the first amplifier device and having a connection for coupling to the vehicle electrical system and is coupled at a tap point to the control electrode and the reference electrode is coupled to the output of the first amplifier device and the working electrode is coupled to the at least one semiconductor power switch. The conversion device can also have a resistor which is coupled to the electrical system behind the working electrode, but before an output of the conversion device. This resistor is therefore arranged in parallel to the voltage divider. With the conversion device, it is possible for the amplified drive signal provided by the first amplifier device to be converted with respect to its voltage level in such a way that it has a lower voltage level with which the at least one semiconductor power switch can be driven. The amplification of the drive signal achieved by the first amplifier device is therefore basically canceled by the conversion device, so that ultimately a signal with increased current strength for driving the metering pump can be provided using the semiconductor power switch, which is not designed for high voltage levels.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Steuergerät die erste Verstärkervorrichtung, die Umwandlungsvorrichtung und die zweite Verstärkervorrichtung umfasst. Dies kann konstruktionstechnisch besonders vorteilhaft sein, da kein zum Steuergerät zusätzliches Bauteil in das Kraftfahrzeug integriert werden muss. Dies ist zum einen besonders platzsparend und zum anderen werden beispielsweise dadurch, dass keine Verbindungskabel zwischen den einzelnen Komponenten der Steuervorrichtung freiliegend im Kraftfahrzeug angeordnet sind, mögliche Schwachstellen innerhalb der Steuervorrichtung reduziert.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control device comprises the first amplifier device, the conversion device and the second amplifier device. This can be particularly advantageous in terms of design, since no component that is additional to the control device has to be integrated into the motor vehicle. On the one hand, this is particularly space-saving and, on the other hand, possible weak points within the control device are reduced, for example, by the fact that no connecting cables between the individual components of the control device are arranged exposed in the motor vehicle.

Die Erfindung betrifft zudem ein Katalysatorsystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, das eine Steuervorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, sowie eine Katalysatorvorrichtung mit einer Dosierpumpe umfasst. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausgestaltung und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Katalysatorsystem.The invention also relates to a catalytic converter system for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine of a motor vehicle, which comprises a control device as described above and a catalytic converter device with a metering pump. The preferred embodiment presented in connection with the control device according to the invention and its advantages apply accordingly, if applicable, for the catalyst system according to the invention.

Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung für eine Dosierpumpe einer Katalysatorvorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors vorgesehen, mit dem die oben beschriebene Steuervorrichtung betrieben werden kann. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausgestaltungen und deren Vorteile gelten daher entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Steuervorrichtung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Anlegen des Ansteuersignals, das zumindest mit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors korreliert ist, an einen Eingang des Steuergeräts, Verstärken des Ansteuersignals mittels der ersten Verstärkervorrichtung, Bereitstellen des verstärkten Ansteuersignals am Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung und Umwandeln des Spannungspegels des verstärkten Ansteuersignals mittels der Umwandlungsvorrichtung in einen Spannungspegel, der ausgelegt ist, den mindestens einen Halbleiter-Leistungsschalter anzusteuern, sodass mit diesem letztendlich die Dosierpumpe derart angesteuert wird, dass eine vorgegebene Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird. Hierfür wird das am Ausgang der Steuervorrichtung anliegende Signal zum Ansteuern der Dosierpumpe verwendet. Außerdem umfasst die zweite Verstärkervorrichtung zwischen dem Ausgang des mindestens einen Halbleiter-Leistungsschalters und dem Ausgang der Steuervorrichtung einen leistungshungrigen Verbraucher. Der leistungshungrige Verbraucher ist als mindestens eine Schnelllöschdiode ausgebildet, die seriell in Sperrrichtung zwischen dem Ausgang der Steuervorrichtung und Masse gekoppelt ist.According to the invention, a method for operating a control device for a metering pump of a catalyst device for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine is also provided, with which the control device described above can be operated. The preferred embodiments presented in connection with the control device according to the invention and their advantages therefore apply accordingly, insofar as applicable, to the method according to the invention for operating the control device. The method comprises the following steps: applying the drive signal, which is correlated at least with a rotational speed of the internal combustion engine, to an input of the control device, amplifying the drive signal by means of the first amplifier device, providing the amplified drive signal at the output of the first amplifier device, and converting the voltage level of the amplified device Control signal by means of the conversion device into a voltage level, which is designed to control the at least one semiconductor circuit breaker, so that the metering pump is ultimately actuated with it in such a way that a predetermined exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine of the motor vehicle is made possible. For this purpose, the signal present at the output of the control device is used to control the metering pump. In addition, the second amplifier device comprises a power-hungry consumer between the output of the at least one semiconductor power switch and the output of the control device. The power-hungry consumer is designed as at least one quick-extinguishing diode which is coupled in series in the blocking direction between the output of the control device and ground.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as have already been described in connection with the further developments of the control device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Katalysatorsystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors,
2 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung für eine Dosierpumpe einer Katalysatorvorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, und
3 in schematischer Darstellung einen Signalflussgraphen für ein Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung für eine Dosierpumpe einer Katalysatorvorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors.

An exemplary embodiment of the invention is described below. This shows:

1 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with a catalyst system for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine,
2 a schematic representation of a control device for a metering pump of a catalyst device for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine of a motor vehicle, and
3 a schematic representation of a signal flow graph for a method for operating a control device for a metering pump of a catalyst device for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also further develop the invention independently of one another and are therefore also to be regarded individually or in another combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, elements with the same function are each provided with the same reference symbols.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Katalysatorsystem 10 zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 12 des Kraftfahrzeugs 1 skizziert. Dieses Katalysatorsystem 10 umfasst eine Steuervorrichtung 2 sowie eine Katalysatorvorrichtung 11 mit einer Dosierpumpe 6. Mithilfe der Dosierpumpe 6, die von der Steuervorrichtung 2 mit einem Ansteuersignal, das zumindest mit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 korreliert ist, angesteuert wird, wird durch Einspritzen einer Flüssigkeit wie Ammoniak oder Harnstoff in ein Abgasgemisch des Verbrennungsmotors 12 (nicht in 1 dargestellt) eine gewünschte Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 12 erreicht. Bei der Katalysatorvorrichtung 11 handelt es sich bevorzugt um eine Katalysatorvorrichtung, die auf selektiver katalytischer Reduktion (englisch selective catalytic reduction, SCR) basiert. Mit dieser Technik kann die Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von Verbrennungsmotoren 12, wie beispielsweise einem Dieselmotor oder einem Ottomotor, erreicht werden.In 1 is a motor vehicle 1 with a catalyst system 10 for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine 12 of the motor vehicle 1 outlined. This catalyst system 10 comprises a control device 2 and a catalyst device 11 with a dosing pump 6 , Using the dosing pump 6 by the control device 2 with a control signal that is at least at a speed of the internal combustion engine 12 is correlated, is controlled by injecting a liquid such as ammonia or urea into an exhaust gas mixture of the internal combustion engine 12 (not in 1 a desired exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine 12 reached. In the catalyst device 11 it is preferably a catalyst device which is based on selective catalytic reduction (SCR). With this technology, the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases from internal combustion engines 12 , such as a diesel engine or a gasoline engine.

In 2 ist die Steuervorrichtung 2 detailliert skizziert. Diese umfasst vier Komponenten, und zwar ein Steuergerät 3, eine erste Verstärkervorrichtung 31, die hier beispielsweise in das Steuergerät 3 integriert ist, eine Umwandlungsvorrichtung 4 sowie eine zweite Verstärkervorrichtung 5. Mit dem Signal am Ausgang der Steuervorrichtung 2, der hier als Steuervorrichtungsausgang 21 bezeichnet wird, wird letztendlich die Dosierpumpe 6, die Bestandteil der Katalysatorvorrichtung 11 ist, angesteuert.In 2 is the control device 2 outlined in detail. This comprises four components, namely a control unit 3 , a first amplifier device 31 that here, for example, in the control unit 3 is integrated, a conversion device 4 and a second amplifier device 5 , With the signal at the output of the control device 2 which here as a control device output 21 is ultimately called the dosing pump 6 that are part of the catalyst device 11 is driven.

Das Steuergerät 3 weist einen Eingang, der hier als Steuergeräteingang 32 bezeichnet wird, auf, an dem ein Ansteuersignal, das zumindest mit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 korreliert ist, angelegt werden kann. Die erste Verstärkervorrichtung 31 weist zudem einen hier als Verstärkervorrichtungsausgang 33 bezeichneten Ausgang auf, an dem das verstärkte Ansteuersignal des Steuergeräts 3 bereitstellbar ist. Mit dem Verstärkervorrichtungsausgang 33 ist das Steuergerät 3 mit der Umwandlungsvorrichtung 4 elektrisch gekoppelt, die dazu ausgelegt, einen Spannungspegel des verstärkten Ansteuersignals in ein Signal mit einem vorbestimmten niedrigeren Spannungspegel umzuwandeln. Die Umwandlungsvorrichtung 4 ist an einem Ausgang mit der zweiten Verstärkervorrichtung 5 elektrisch gekoppelt. Die zweite Verstärkervorrichtung 5 umfasst einen Halbleiter-Leistungsschalter 51, der als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgebildet ist und über einen Anschluss, der hier als Bordnetzanschluss 52 bezeichnet wird, mit einem Bordnetz 7 des Kraftfahrzeugs 1 koppelbar ist. An einem als Leistungsschalterausgang 53 bezeichneten Ausgang des MOSFETs sind eine Schutzdiode 56 sowie ein leistungshungriger Verbraucher 54, bei dem es sich beispielsweise um eine Schnelllöschdiode wie eine Z-Diode, handelt, gekoppelt. Dieser leistungshungrige Verbraucher 54 ist seriell in Sperrrichtung zwischen dem Steuervorrichtungsausgang 21 und Masse 55 gekoppelt. Die Schutzdiode 56 ist derart angeordnet, dass eine Anode der Schutzdiode 56 mit dem Halbleiter-Leistungsschalter 51 und eine Kathode der Schutzdiode 56 mit dem Steuervorrichtungsausgang 21 verbunden ist.The control unit 3 has an input, here as a control unit input 32 is referred to, on which a control signal, at least with a speed of the internal combustion engine 12 is correlated, can be created. The first amplifier device 31 also has one here as an amplifier device output 33 designated output on which the amplified control signal of the control unit 3 is available. With the amplifier device output 33 is the control unit 3 with the conversion device 4 electrically coupled, which is configured to convert a voltage level of the amplified drive signal into a signal with a predetermined lower voltage level. The conversion device 4 is at an output with the second amplifier device 5 electrically coupled. The second amplifier device 5 includes a semiconductor circuit breaker 51 , which is designed as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) and via a connection, which here as an electrical system connection 52 is referred to with an electrical system 7 of the motor vehicle 1 can be coupled. On one as a circuit breaker output 53 designated output of the MOSFET are a protective diode 56 as well as a performance-hungry consumer 54 , which is, for example, a fast-erase diode such as a Z diode. This power hungry consumer 54 is reverse serial between the controller output 21 and mass 55 coupled. The protection diode 56 is arranged such that an anode of the protective diode 56 with the semiconductor circuit breaker 51 and a cathode of the protection diode 56 with the control device output 21 connected is.

Das von der Umwandlungsvorrichtung 4 umgewandelte Ansteuerungssignal wird derart gewählt, dass es dazu ausgelegt ist, den Halbleiter-Leistungsschalter 51 anzusteuern. Der Spannungspegel des zuvor von der ersten Verstärkervorrichtung 31 bereitgestellten Ansteuerungssignals wird daher in einen Spannungspegel umzuwandeln, für den der Halbleiter-Leistungsschalter 51 ausgelegt ist. Mithilfe des Halbleiter-Leistungsschalters 51, der mit dem Bordnetz 7 elektrisch koppelbar ist, wird daraufhin eine Stromstärke des Ansteuersignals von typischerweise zwei Ampere auf drei Ampere erhöht, wodurch am Steuervorrichtungsausgang 21 ein Ansteuersignal bereitgestellt wird, das dazu ausgelegt ist, die Dosierpumpe 6 derart anzusteuern, dass eine von einer Abgasnorm gewünschte Nachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors 12 realisierbar ist.That from the conversion device 4 converted drive signal is selected such that it is designed to the semiconductor power switch 51 head for. The voltage level of that previously from the first amplifier device 31 The drive signal provided is therefore converted into a voltage level for which the semiconductor power switch 51 is designed. Using the semiconductor circuit breaker 51 who with the electrical system 7 is electrically connectable, a current strength of the control signal is then increased from typically two amperes to three amperes, as a result of which the control device output 21 a control signal is provided, which is designed to the metering pump 6 to be controlled in such a way that an aftertreatment of the exhaust gas of the internal combustion engine desired by an exhaust gas standard 12 is feasible.

Der leistungshungrige Verbraucher 54 dient dazu, dass ein bei einem Ansteuern der Dosierpumpe 6 mit der Steuervorrichtung 2 auftretender Reststrom reduziert wird. Dieser Reststrom entsteht dadurch, dass die Dosierpumpe 6 zumindest eine Spule aufweist, die aufgrund ihrer Spuleneigenschaften, das heißt aufgrund von auftretender Induktivität, eine zeitliche Verzögerung zwischen Strom- und Spannungsabbau aufweist. Während eines eingeschalteten Zustands der Dosierpumpe 6 dient der leistungshungrige Verbraucher 54, der gegen Masse 55 geschaltet ist, zum Schutz der Spule in der Dosierpumpe 6 vor Überspannungen. Sobald jedoch kein Strom fließt, da aktuell die Dosierpumpe 6 nicht angesteuert wird, kann mit dem leistungshungrigen Verbraucher 54 der Reststrom in der Spule der Dosierpumpe 6 abgebaut werden, sodass die Dosierpumpe 6 möglichst schnell wieder für einen erneuten Einspritzvorgang der Flüssigkeit zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 12 angesteuert werden kann. Alternativ zu dem skizzierten leistungshungrigen Verbraucher 54 können auch mehrere solcher leistungshungrigen Verbraucher, die besonders vorteilhaft als Z-Dioden ausgebildet sind, parallel geschaltet sein, wobei diese parallel geschalteten leistungshungrigen Verbraucher 54 jeweils seriell in Sperrrichtung zwischen dem Steuervorrichtungsausgang 21 und der Masse 55 gekoppelt sind. Die Schutzdiode 56 dient einem Schutz des Halbleiter-Leistungsschalters 51 vor Überspannungen, die womöglich beim Betreiben der Dosierpumpe 6 mit der Steuervorrichtung 2 auftreten können.The power-hungry consumer 54 is used to activate the dosing pump 6 with the control device 2 occurring residual current is reduced. This residual flow arises from the fact that the metering pump 6 has at least one coil which, owing to its coil properties, that is to say due to inductance, has a time delay between current and voltage reduction. While the metering pump is switched on 6 serves the performance-hungry consumer 54 against mass 55 is switched to protect the coil in the metering pump 6 from surges. However, as soon as no current flows, since the dosing pump is currently 6 can not be controlled with the power-hungry consumer 54 the residual current in the coil of the metering pump 6 be dismantled so that the metering pump 6 as quickly as possible for a new injection process of the liquid for exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine 12 can be controlled. As an alternative to the performance-hungry consumer outlined 54 Several such power-hungry consumers, which are particularly advantageously designed as Zener diodes, can also be connected in parallel, these power-hungry consumers connected in parallel 54 each serially in the reverse direction between the control device output 21 and the crowd 55 are coupled. The protection diode 56 serves to protect the semiconductor circuit breaker 51 from overvoltages that may occur when operating the metering pump 6 with the control device 2 may occur.

Die zweite Verstärkervorrichtung 5 weist zudem eine Stromrücklesevorrichtung 57 auf, die mit dem Eingang des Halbleiter-Leistungsschalters 51 gekoppelt ist und einen Ausgang aufweist, einen sogenannten Stromrücklesevorrichtungsausgang 58, der mit dem Steuergerät 3 koppelbar ist. Die Stromrücklesevorrichtung 57 ist dazu ausgelegt, ein am Halbleiter-Leistungsschalter 51 bei einem Ansteuern der Dosierpumpe 6 mit der Steuervorrichtung 2 auftretendes Stromsignal auszulesen und an das Steuergerät 3 zu übermitteln. Mit der Stromrücklesevorrichtung 57 ist somit ein Diagnosesystem zur Kontrolle der Abgasnachbehandlung mit der Dosierpumpe 6 basierend auf Ansteuerbefehlen des Steuergeräts 3 beziehungsweise der gesamten Steuervorrichtung 2 möglich.The second amplifier device 5 also has a current readback device 57 on that with the input of the semiconductor circuit breaker 51 is coupled and has an output, a so-called current readout device output 58 that with the control unit 3 can be coupled. The current readback device 57 is designed to be on the semiconductor circuit breaker 51 when the dosing pump is activated 6 with the control device 2 read out occurring current signal and to the control unit 3 to transmit. With the current reading device 57 is therefore a diagnostic system for controlling exhaust gas aftertreatment with the metering pump 6 based on control commands from the control unit 3 or the entire control device 2 possible.

Die Umwandlungsvorrichtung 4 umfasst beispielsweise einen Spannungsteiler 41, einen Abgriffpunkt 42, einen elektrischen Schalter 43 mit einer Steuerelektrode 44, einer Bezugselektrode 45 und einer Arbeitselektrode 46 sowie einen Widerstand 47. Der Spannungsteiler 41 ist hierbei mit dem Verstärkervorrichtungsausgang 33 gekoppelt. Die Umwandlungsvorrichtung 4 verfügt zudem über einen Anschluss zum Koppeln mit dem Bordnetz 7 des Kraftfahrzeugs 1. Der Abgriffpunkt 42 ist mit der Steuerelektrode 44 gekoppelt. Die Bezugselektrode 45 ist ebenfalls mit dem Verstärkervorrichtungsausgang 33 gekoppelt und die Arbeitselektrode 46 mit dem Halbleiter-Leistungsschalter 51 beziehungsweise mit der Stromrücklesevorrichtung 57. Hinter der Arbeitselektrode 46 ist zudem der Widerstand 47 angeordnet, der mit dem Bordnetz 7 gekoppelt ist. Diese exemplarisch beschriebene Umwandlungsvorrichtung 4 dient letztendlich der Regelung des Spannungspegels des Ansteuersignals, damit dieses mithilfe des Halbleiter-Leistungsschalters 51 in ein Ansteuerungssignal mit gewünschter Stromstärke umgewandelt werden kann, damit letztendlich die Dosierpumpe 6 derart ansteuerbar ist, dass die vorgegebene Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 12 möglich ist.The conversion device 4 includes, for example, a voltage divider 41 , a tap point 42 , an electrical switch 43 with a control electrode 44 , a reference electrode 45 and a working electrode 46 as well as a resistance 47 , The voltage divider 41 is here with the amplifier device output 33 coupled. The conversion device 4 also has a connection for coupling to the vehicle electrical system 7 of the motor vehicle 1 , The tap point 42 is with the control electrode 44 coupled. The reference electrode 45 is also with the amplifier device output 33 coupled and the working electrode 46 with the semiconductor circuit breaker 51 or with the current reading device 57 , Behind the working electrode 46 is also the resistance 47 arranged that with the electrical system 7 is coupled. This conversion device described as an example 4 ultimately serves to regulate the voltage level of the control signal, so that this is achieved using the semiconductor circuit breaker 51 can be converted into a control signal with the desired amperage, ultimately the dosing pump 6 can be controlled such that the predetermined exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine 12 is possible.

Die Umwandlungsvorrichtung 4 sowie die zweite Verstärkervorrichtung 5 können alternativ ebenfalls wie die erste Verstärkervorrichtung 31 in das Steuergerät 3 integriert sein, wodurch ein einziges Bauteil ausreicht, die Dosierpumpe 6 wie gewünscht anzusteuern.The conversion device 4 and the second amplifier device 5 can alternatively also like the first amplifier device 31 into the control unit 3 be integrated, making a single component sufficient, the metering pump 6 to control as desired.

In 3 sind die Verfahrensschritte des Verfahrens zum Betreiben der Steuervorrichtung 2 für die Dosierpumpe 6 der Katalysatorvorrichtung 11 des Kraftfahrzeugs 1 zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 12 skizziert. Hierbei erfolgt in einem Schritt S1 ein Anlegen des Ansteuersignals, das zumindest mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 korreliert ist, an den Eingang des Steuergeräts 3, das heißt an den Steuergeräteingang 32. Daraufhin erfolgt ein Verstärken des Ansteuersignals mittels der ersten Verstärkervorrichtung 31 in einem Schritt S2 sowie in einem Schritt S3 das Bereitstellen des verstärkten Ansteuersignals am Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung 31, dem Verstärkervorrichtungsausgang 33. In einem vierten Schritt S4 wird mit der Umwandlungsvorrichtung 4 der Spannungspegel des verstärkten Ansteuersignals in einen Spannungspegel umgewandelt, der ausgelegt ist, den Halbleiter-Leistungsschalter 51 der zweiten Verstärkervorrichtung 5 anzusteuern, wodurch letztendlich am Ausgang der Steuervorrichtung 2, am Steuervorrichtungsausgang 21, ein Ansteuersignal vorliegt, mit dem die Dosierpumpe 6 derart angesteuert wird, dass die vorgegebene Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 12 erreicht wird.In 3 are the procedural steps of the method for operating the control device 2 for the dosing pump 6 the catalyst device 11 of the motor vehicle 1 for exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine 12 outlined. This takes place in one step S1 an application of the control signal, at least with the speed of the internal combustion engine 12 is correlated to the input of the control unit 3 , that is to the control unit input 32 , The drive signal is then amplified by means of the first amplifier device 31 in one step S2 as well as in one step S3 the provision of the amplified drive signal at the output of the first amplifier device 31 , the amplifier device output 33 , In a fourth step S4 is using the conversion device 4 the voltage level of the amplified drive signal is converted into a voltage level that is designed to be the semiconductor power switch 51 the second amplifier device 5 to control, which ultimately at the output of the control device 2 , at the control device output 21 , a control signal is present with which the metering pump 6 is controlled such that the predetermined exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine 12 is achieved.

Anstelle von einem Halbleiter-Leistungsschalter 51, der von der zweiten Verstärkervorrichtung 5 umfasst wird, ist es auch möglich, dass mehrere Halbleiter-Leistungsschalter 51, beispielsweise mehrere MOSFETs, in die zweite Verstärkervorrichtung 5 integriert sind.Instead of a semiconductor circuit breaker 51 by the second amplifier device 5 is included, it is also possible that multiple semiconductor circuit breakers 51 , for example several MOSFETs, in the second amplifier device 5 are integrated.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie mit der Steuervorrichtung 2 ein Ansteuersignal bereitgestellt werden kann, mit dem die Dosierpumpe 6 der Katalysatorvorrichtung 11 zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 12 besonders kostengünstig ansteuerbar ist. Dieses Ansteuersignal weist den Spannungspegel und die Stromstärke auf, die nötig sind, um die Dosierpumpe 6 derart anzusteuern, dass auch verschärfte Abgasgrenzwertvorgaben, die beispielsweise von der Europäischen Union erhoben werden, erfüllbar sind, wenn als Katalysatorvorrichtung 11 ein SCR-Katalysator verwendet wird. Die Steuervorrichtung 2 umfasst hierfür neben dem Steuergerät 3 und der ersten Verstärkervorrichtung 31 eine Umwandlungsvorrichtung 4 zur Anpassung des Spannungspegels sowie eine zweite Verstärkervorrichtung 5 mit einem Halbleiter-Leistungsschalter 51 zum Bereitstellen eines Ausgangssignals mit gewünschter Stromstärke. Durch das Integrieren eines leistungshungrigen Verbrauchers 54 sowie der Schutzdiode 56 in die zweite Verstärkervorrichtung 5 ist die Steuervorrichtung 2 zudem dazu ausgelegt, einen in der Dosierpumpe 6 auftretenden Reststrom zu reduzieren sowie den Halbleiter-Leistungsschalter 51 vor hohen Spannungen, sogenannten Überspannungen, zu schützen.Overall, the examples show how with the control device 2 a control signal can be provided with which the metering pump 6 the catalyst device 11 for exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine 12 can be controlled particularly cost-effectively. This control signal has the voltage level and the current intensity, which are necessary to the dosing pump 6 to be controlled in such a way that even stricter exhaust gas limit values, for example imposed by the European Union, can be met if as a catalytic converter device 11 an SCR catalyst is used. The control device 2 includes in addition to the control unit 3 and the first amplifier device 31 a conversion device 4 to adjust the voltage level and a second amplifier device 5 with a semiconductor circuit breaker 51 to provide an output signal with the desired current. By integrating a power-hungry consumer 54 and the protective diode 56 into the second amplifier device 5 is the control device 2 also designed to have one in the dosing pump 6 reduce residual current and the semiconductor circuit breaker 51 to protect against high voltages, so-called overvoltages.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kraftfahrzeugmotor vehicle
22: Steuervorrichtungcontrol device
33: Steuergerätcontrol unit
44: Umwandlungsvorrichtungconversion device
55: zweite Verstärkervorrichtungsecond amplifier device
66: Dosierpumpemetering
77: Bordnetzboard network
1010: Katalysatorsystemcatalyst system
1111: Katalysatorvorrichtungcatalyst device
1212: Verbrennungsmotorinternal combustion engine
2121: SteuervorrichtungsausgangController output
3131: erste Verstärkervorrichtungfirst amplifier device
3232: SteuergeräteingangController input
3333: VerstärkervorrichtungsausgangAmplifier device output
4141: Spannungsteilervoltage divider
4242: Abgriffpunkttap point
4343: elektrischer Schalterelectrical switch
4444: Steuerelektrodecontrol electrode
4545: Bezugselektrodereference electrode
4646: Arbeitselektrodeworking electrode
4747: Widerstandresistance
5151: Halbleiter-LeistungsschalterSemiconductor power switch
5252: BordnetzanschlussBoard power connector
5353: LeistungsschalterausgangPower switch output
5454: leistungshungriger Verbraucherperformance hungry consumer
5555: MasseDimensions
5656: Schutzdiodeprotection diode
5757: StromrücklesevorrichtungCurrent readback device
5858: StromrücklesevorrichtungsausgangCurrent readback device output
S1 bis S4S1 to S4: Schrittesteps

Claims

Control device (2) for a metering pump (6) of a catalyst device (11) for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (12), comprising: - a control unit (3) with an input for applying a control signal which correlates at least with a speed of the internal combustion engine (12) is; - A first amplifier device (31) for amplifying the drive signal with an output at which the amplified drive signal can be provided; characterized in that the control device (2) further comprises: - a conversion device (4) coupled to the output of the control device (3); - A second amplifier device (5) with at least one semiconductor power switch (51), the second amplifier device (5) having a connection for coupling to an electrical system (7) of a motor vehicle (1) and between the output of the at least one semiconductor power switch (51) and the output of the control device (2) comprises a power-hungry consumer (54), the power-hungry consumer (54) being designed as at least one quick-extinguishing diode which is connected serially in the blocking direction between the output of the control device (2) and ground (55) is coupled; wherein the conversion device (4) is designed to convert a voltage level of the amplified drive signal into a voltage level which is designed to drive the at least one semiconductor power switch (51), an output of the semiconductor power switch (51) having an output of the control device (2) for controlling the metering pump (6) is coupled.

Control device (2) after Claim 1 , characterized in that the power-hungry consumer (54) is designed as at least one Zener diode.

Control device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that a protective diode (56) is connected in the second amplifier device (5) between the at least one semiconductor power switch (51) and the power-hungry consumer (54), the protective diode ( 56) is arranged such that an anode of the protective diode (56) is coupled to the semiconductor power switch (51) and a cathode of the protective diode (56) is coupled to the output of the control device (2).

Control device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the second amplifier device (5) has a current readback device (57) which is coupled to the at least one semiconductor power switch (51) and has an output which can be coupled to the control device (3) and is designed to connect one at least one Semiconductor circuit breaker (51) when the dosing pump (6) is actuated with the control device (2) to read out and transmit it to the control unit (3).

Control device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the conversion device (4) comprises a voltage divider (41) and an electrical switch (43) with a control electrode (44), a reference electrode (45) and a working electrode (46) , wherein the voltage divider (41) is coupled to the output of the first amplifier device (31), has a connection for coupling to the electrical system (7) of the motor vehicle (1) and is coupled to the control electrode (44) at a tap point (42) and the reference electrode (45) is coupled to the output of the first amplifier device (31) and the working electrode (46) is coupled to the at least one semiconductor power switch (51).

Control device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (3) comprises the first amplifier device (31), the conversion device (4) and the second amplifier device (5).

Catalyst system (10) for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (12) of a motor vehicle (1), comprising a control device (2) according to one of the preceding claims and a catalyst device (11) with a metering pump (6).

Method for operating a control device (2) for a metering pump (6) of a catalyst device (11) for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (12), the control device (2) having a control device (3) and a first booster device (31), comprising the following steps : - Applying a control signal, which is correlated at least with a speed of the internal combustion engine (12), to an input of the control device (2) (S1); - amplifying the drive signal by means of the first amplifier device (31) (S2); - Providing the amplified drive signal at an output of the first amplifier device (31) (S3); characterized by : converting a voltage level of the amplified drive signal by means of a conversion device (4) coupled to the output of the control device (3) into a voltage level which is designed to have at least one semiconductor power switch (51) of a second amplifier device (5) of the control device ( 2) to be controlled, the second amplifier device (5) being supplied with energy via a connection for coupling to an electrical system (7) of a motor vehicle (1), for controlling the metering pump (6) an output of the semiconductor circuit breaker (51) with a Output of the control device (2) is coupled and between the output of the at least one semiconductor power switch (51) and the output of the control device (2) comprises a power-hungry consumer (54), the power-hungry consumer (54) being designed as at least one quick-extinguishing diode , which are connected in the reverse direction between the output of the control device ( 2) and ground (55) is coupled (S4).