DE102018212987A1 - Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems eines SCR-Katalysatorsystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Betreiben eines Dosiersystems eines SCR-Katalysatorsystems. Hierin wird nach einem Abschalten einer Brennkraftmaschine, deren Abgas durch das SCR-Katalysatorsystem selektiv katalytisch reduziert wird, eine in einem Dosiermodul vorhandene HWL nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine von einer Förderpumpe des Dosiersystems rückgesaugt (110). Das Rücksaugen wird in Abhängigkeit von mindestens zwei Parametern durchgeführt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems eines SCR-Katalysatorsystems, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium sowie ein elektronisches Steuergerät.
  • 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) als Reduktionsmittel benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Daher werden NH3 bzw. NH3-abspaltende Reagenzien als Additiv eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang mithilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Die wässrige Harnstofflösung kann alternativ als Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) bezeichnet werden. Eine solche Harnstofflösung ist kommerziell unter der Bezeichnung AdBlue® erhältlich. Zur Bevorratung der Harnstofflösung als Reduktionsmittel ist ein Reduktionsmitteltank vorgesehen.
  • Es ist erforderlich, das Additiv möglichst gleichmäßig verteilt und insbesondere mit einem möglichst hohen Verdampfungsgrad in das Abgas einzudosieren, da die Katalysatoren empfindlich gegenüber dem Auftreffen von noch flüssigem Additiv sind und bei zu geringem Verdampfungsgrad des eindosierten Additivs Schädigungen des Katalysators zu befürchten sind. Als Dosierelemente werden Dosier- oder Einspritzventile verwendet, welche das flüssige Additiv über eine Düsenanordnung unter Druck in die Abgasanlage einspritzen. Das Dosierventil ist im Betrieb immer mit flüssigem Additiv beaufschlagt. Da das Additiv in der Regel eine wässrige Lösung sein wird und sein Volumen beim Gefrieren ausdehnt, ist es ist wichtig, dass die Dosiervorrichtung und insbesondere das Dosierventil bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts des Additivs gegenüber Bersten und anderen Beschädigungen geschützt wird. Beispielsweise liegt der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung AdBlue® (AUS32) bei - 11,5°C und damit im Bereich von Temperaturen, wie sie im Winter praktisch regelmäßig erreicht werden. AdBlue® kristallisiert bei unter -11°C und sollte bei hohen Temperaturen nicht über einen längeren Zeitraum über 30°C gelagert werden, um eine Haltbarkeit von zwölf Monaten nicht zu gefährden. Ebenso sollte man es keiner direkten Sonneneinstrahlung aussetzen.
  • Um Frostschäden an System und Komponenten zu vermeiden, wird das AdBlue® beim Abstellen des Motors in den AdBlue®-Tank zurückgesaugt. Das Rücksaugen des AdBlue® gelingt insbesondere aus dem Einspritzventils des Dosiermoduls nur teilweise. Eine kleine Restmenge verbleibt stets im Einspritzventil. Gemäß dem Stand der Technik wird das System sofort nach Abstellen des Motors zurückgesaugt. Da das Dosiermodul auf der Abgasanlage montiert ist, wird es durch die in der Abgasanlage gespeicherte Wärme aufgeheizt. Die dem Dosiermodul zugeführte Abwärme ist umso höher, je größer der Motorlastzustand in der vorangegangenen Fahrt war (Heißabsteller). Die Abgaswärme bewirkt ein Verdampfen des wässrigen Anteils des AdBlue®, so dass die im AdBlue® enthaltenen Salze kristallisieren können. Diese Ausbildung von Salzkristallen innerhalb des Einspritzventils kann zu einem Klemmen der Ventilnadel führen, so dass es bei der nächsten Wiederinbetriebnahme durch Ausbleiben der Einspritzung auffällig werden kann. Der Effekt des Ventilklemmens kann vermieden werden, wenn das Ventil auch nach dem Heißabstellen mit AdBlue® gefüllt ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Verfahren dient dem Betreiben eines Dosiersystems eines SCR-Katalysatorsystems. Das Verfahren dient insbesondere dem Rücksaugen einer in einem Dosiermodul vorhandenen HWL in Abhängigkeit von mindestens einem externen Parameter. Hierbei bezieht sich der Begriff extern auf die Brennkraftmaschine. Somit ist ein externer Parameter ein Parameter, welcher von Gegebenheiten außerhalb der Brennkraftmaschine abhängt.
  • Gemäß dem Verfahren wird nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine, deren Abgas durch das SCR-Katalysatorsystems selektiv katalytisch reduziert wird, die in dem Dosiermodul vorhandene HWL nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine von einer Förderpumpe des Dosiersystems rückgesaugt. Hierbei wird das Rücksaugen in Abhängigkeit von mindestens einem, bevorzugt mindestens zwei, und noch weiter bevorzugt drei, Parametern durchgeführt. Die Parameter sind externe Parameter.
  • Die vorgegebene Zeitdauer nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine, welche auch vorgegebene Abstellzeit genannt wird, kann vorzugsweise eine parametrierbare Abstellzeit sein.
  • Unter dem Begriff Parametrieren wird das Festlegen eines Wertes oder mehrerer Werten eines oder mehrerer Parametern verstanden.
  • Das Verfahren, insbesondere das Rücksaugen der HWL nach einer vorgegebenen Zeitdauer, d.h. die Rücksaugstrategie, erreicht vorteilhafterweise, dass zum einen bei einem Heißabsteller die im AdBlue® enthaltenen Salze nicht kristallisieren können und zum anderen bei einem Langzeitabsteller, z.B. einer Erntemaschine, verhindert einen unzulässig langen Verbleib der HWL im System.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird für jeden Zeitpunkt nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine eine Durchführung des Rücksaugens durch eine binärwertige Funktion beschrieben, welche als Variable die drei Parameter aufweist. Unter einer binärwertige Funktion wird vorliegend eine Funktion verstanden, welche lediglich zwei Werte als Funktionswerte annehmen kann. Diese Werte können zum Beispiel 0 und 1 sein. Falls die Funktion den Wert 1 annimmt, so wird das Rücksaugen durchgeführt, falls die Funktion den Wert 0 annimmt, so wird das Rücksaugen nicht durchgeführt. Dies kann z.B. durch ein dreidimensionales Kennfeld (3D-Kennfeld) realisiert werden.
  • Dieses Merkmal hat den Vorteil, dass durch die oben genannte binärwertige Funktion in äußerst einfacher Art und Weise festgelegt werden kann, unter welchen Umständen das Rücksaugen durchgeführt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die drei Parameter eine Motortemperatur, eine Temperatur der HWL und eine Umgebungstemperatur. Alternativ oder zusätzlich zur Motortemperatur kann eine Temperatur im Abgasstrang, insbesondere vor dem Katalysator verwendet werden.
  • Die Motortemperatur, kann hierbei z.B. aus der Kühlwassertemperatur oder aus der Öltemperatur ermittelt werden. Die genannten Parameter, insbesondere die Temperatur der HWL, sind entscheidend dafür, ob die HWL herauskristallisiert oder nicht. Somit ist die Verwendung der binärwertige Funktion mit diesen drei Parametern äußerst vorteilhaft, um festzulegen, wann die HWL aus dem Dosiersystem rückgesaugt werden soll.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die binärwertige Funktion durch ein zweidimensionales Kennfeld (Motortemperatur/Lufttemperatur) und eine eindimensionale Kennlinie (HWL-Temperatur) realisiert.
  • Die durch das oben genannte 3D Kennfeld realisierte Funktion kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch eine Hintereinanderausführung des 2D-Kennfelds und der Kennlinie erreicht werden. Durch dieses Merkmal wird vorteilhafterweise erreicht, dass der schwierige Umgang mit den oben genannten 3D-Kennfeldern vermieden wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Rücksaugen durchgeführt, falls eine Temperatur der HWL von oben einen vorgegebenen Temperaturwert erreicht. Hierbei bedeutet der Begriff „von oben“, dass sich der Temperaturwert von größeren Temperaturwerten kommend dem vorgegebenen Temperaturwert annähert. Der vorgegebene Temperaturwert ist bevorzugt parametrierbar. Die temperaturabhängige Steuerung der Rücksaugstrategie verhindert vorteilhafterweise ein Einfrieren des Systems. Das vorliegende Merkmal kann als eine Art Randbedingung für die oben genannten drei Parameter angesehen werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der vorgegebenen Temperaturwert größer als -11,5 °C. Das vorliegende Merkmal erreicht vorteilhafterweise, dass die HWL nicht einfrieren kann, da die verwendete HWL, die wässrige Harnstofflösung AdBlue® (AUS32), bei -11,5°C gefriert. Da die Temperatur der HWL im Tank von einem Temperatursensor gemessen wird, welcher eine Sensortoleranz von 2 bis 3 °C aufweist, kann das vorliegende Merkmal äquivalent zur Tatsache, dass der von dem Temperatursensor gemessene Temperaturwert einen Wert größer als -11,5°C plus der Sensortoleranz (2-3 °C) aufweist. Somit ist es bevorzugt, dass der von dem Temperatursensor gemessene Temperaturwert größer als -9,5°C, oder noch weiter bevorzugt größer als -8,5 °C, ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren beendet, falls für einen aktuellen Aufenthaltsort der Brennkraftmaschine oder einen aktuellen Aufenthaltsort der Brennkraftmaschine mit einer Wahrscheinlichkeit, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, die Umgebungstemperatur nicht unter - 11,5°C fällt. Die dafür benötigten Klimainformationen oder Temperaturdaten können in dem zur Brennkraftmaschine zugehörigen Kraftfahrzeug, z.B. in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs oder einem Bordcomputer gespeichert sein. Alternativ oder zusätzlich können die benötigten Temperaturdaten über einen Internetanschluss oder einen Cloud-Speicher, mit dem der Bordcomputer oder das Steuergerät des Fahrzeugs verbunden ist, bezogen werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann anstatt der Beendigung des Verfahrens die Außentemperatur überwacht werden und falls die Wahrscheinlichkeit, dass die Umgebungstemperatur unter -11,5°C fällt, höher als ein anderer vorgegebener Wert ist, wird das Verfahren wieder durchgeführt werden. Diese Entscheidung kann auch nur anhand des Kalenders bzw. historischer Temperaturdaten an einem bestimmten Ort gefällt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren beendet, falls für den aktuellen Aufenthaltsort der Brennkraftmaschine mit einer Wahrscheinlichkeit, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, keine Temperatur unter -11,5°C auftritt. Falls ein bestimmter Ort, welcher bevorzugt mithilfe eines GPS-Sensors bestimmt wird, ganzjährig keine Temperaturen unterhalb von -11,5 °C aufweist, so kann die Entscheidung des Verfahrens lediglich anhand des Aufenthaltsorts gefällt werden. Falls der Ort jedoch Temperaturen unterhalb von -11,5° aufweist, so muss zur Entscheidungsfindung noch das Datum bzw. die Tageszeit herangezogen werden. Das Datum bzw. die Tageszeit kann mithilfe eines Kalendersystems des Bordcomputers bestimmt werden.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem elektronischen Steuergerät oder Rechengerät abläuft. Dies ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, ein Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems eines SCR-Katalysatorsystems durchzuführen.
  • Figurenliste
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • Das in 1 abgebildete Verfahren 100 beginnt in Schritt 101 mit einer Abfrage, ob eine Brennkraftmaschine, deren Abgas durch das SCR-Katalysatorsystem selektiv katalytisch reduziert wird, abgeschaltet wurde. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 101 zurück. Hierbei steht der Haken für eine Bejahung der Abfrage und ein Kreuz für eine Verneinung der Abfrage. Falls die Brennkraftmaschine abgeschaltet wurde, so fährt das Verfahren mit Schritt 102 fort, in dem eine Motortemperatur der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
  • Im darauf folgenden Schritt 103 wird eine Temperatur der HWL ermittelt. Im nächsten Schritt 104 wird eine Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine bzw. des dazugehörigen Kraftfahrzeugs ermittelt.
  • Im darauf folgenden Schritt 105 wird abgefragt, ob die Temperatur der HWL von oben die Temperatur von -11,5 °C erreicht hat.
  • Falls dieser der Fall ist, so fährt das Verfahren mit Schritt 110 fort, welcher unten näher erläutert wird. Falls dies nicht der Fall ist, so fährt das Verfahren mit Schritt 106 fort, in dem abgefragt wird, ob für einen aktuellen Aufenthaltsort der Brennkraftmaschine oder einen aktuellen Aufenthaltsort der Brennkraftmaschine und eine aktuelle Jahreszeit mit einer Wahrscheinlichkeit höher als 90% keine Temperatur unter -11,5°C auftritt.
  • Falls dies der Fall ist, so fährt das Verfahren mit Schritt 107 fort, falls dies nicht der Fall ist, so fährt das Verfahren mit Schritt 120 fort.
  • In Schritt 107 wird abgefragt, ob für den aktuellen Aufenthaltsort der Brennkraftmaschine und die aktuelle Jahreszeit mit einer Wahrscheinlichkeit größer als 10% eine Temperatur unter -11,5°C auftritt. Falls dies nicht der Fall ist, so kehrt das Verfahren zu Schritt 107 zurück. Falls dies jedoch der Fall ist, so kehrt das Verfahren zu Schritt 101 zurück. Als Alternative zu Schritt 107 kann das Verfahren beendet werden.
  • In Schritt 120 wird eine binärwertige Funktion ermittelt, welche als Variablen die Motortemperatur, die Temperatur der HWL und die Umgebungstemperatur aufweist.
  • Im darauf folgenden Schritt 121 wird abgefragt, ob die in Schritt 120 ermittelte binärwertige Funktion den Wert 1 oder den Wert 0 aufweist. Falls der Wert der binärwertige Funktion 1 ist, so fährt das Fahren mit Schritt 110 fort, falls der Wert der binärwertige Funktion 0 ist, so fährt das Verfahren mit Schritt 101 fort.
  • In Schritt 110 wird eine in einem Dosiermodul vorhandene HWL von einer Förderpumpe des Dosiersystems rückgesaugt, wodurch das Verfahren beendet ist.

Claims (12)

  1. Verfahren (100) zum Betreiben eines Dosiersystems eines SCR-Katalysatorsystems, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Abschalten einer Brennkraftmaschine, deren Abgas durch das SCR-Katalysatorsystem selektiv katalytisch reduziert wird, eine in einem Dosiermodul vorhandene HWL nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine von einer Förderpumpe des Dosiersystems rückgesaugt (110) wird, wobei das Rücksaugen (110) in Abhängigkeit von mindestens zwei Parametern durchgeführt wird.
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücksaugen (110) in Abhängigkeit von drei Parametern durchgeführt wird.
  3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zeitpunkt nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine eine Durchführung des Rücksaugens (110) durch eine binärwertige Funktion beschrieben wird (120), welche als Variablen die mindestens zwei Parameter aufweist.
  4. Verfahren (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Parameter eine Motortemperatur, eine Temperatur der HWL und eine Umgebungstemperatur sind.
  5. Verfahren (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die binärwertige Funktion durch ein zweidimensionales Kennfeld und eine eindimensionale Kennlinie realisiert wird.
  6. Verfahren (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls eine Temperatur der HWL von oben einen vorgegebenen Temperaturwert erreicht (105), das Rücksaugen durchgeführt (110) wird.
  7. Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebenen Temperaturwert größer als -11,5 °C ist.
  8. Verfahren (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren beendet wird, falls für einen aktuellen Aufenthaltsort der Brennkraftmaschine und eine aktuelle Jahreszeit mit einer Wahrscheinlichkeit, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, keine Temperatur unter -11,5°C auftritt.
  9. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren beendet wird, falls für einen aktuellen Aufenthaltsort der Brennkraftmaschine mit einer Wahrscheinlichkeit, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, keine Temperatur unter -11,5°C auftritt.
  10. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
  11. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorangegangenen Anspruch gespeichert ist.
  12. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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