DE102018218959A1

DE102018218959A1 - Verfahren zum Verhindern eines Klemmens eines elektromagnetisch betätigten Dosierventils

Info

Publication number: DE102018218959A1
Application number: DE102018218959.5A
Authority: DE
Inventors: Hannes Merk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2020-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Verhindern eines Klemmens eines elektromagnetisch betätigten Dosierventils in einem Dosiersystem zur Eindosierung einer Harnstoff-Wasser-Lösung für einen SCR-Katalysator in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten: Rücksaugen (102) der Harnstoff-Wasser-Lösung aus dem Dosierventil nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine; und Ansteuern (106) des Dosierventils für eine vorgegebene erste Zeitdauer, so dass sich eine Dosierventilnadel des Dosierventils mindestens einmal öffnet und schließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern eines Klemmens eines elektromagnetisch betätigten Dosierventils, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium sowie ein elektronisches Steuergerät.
Stand der Technik
Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik sind SCR-Katalysatorsysteme (SCR = Selective Catalytic Reduction) zur Stickoxidreduzierung mittels Eindosierung einer Harnstoffwasserlösung (HWL) bekannt.
Die Eindosierungen der HWL über das Dosiermodul erfolgen über eine sich bewegende Ventilnadel. Diese Ventilnadel wird permanent überwacht, um sicherzustellen, dass das Dosiermodul funktional ist.
AdBlue^® (AUS32), das in DNOX-Systemen als Harnstoffwasserlösung (HWL) zur Entstickung von Verbrennungsmotorabgasen verwendet wird, kristallisiert bei ca. -11°C. Um Frostschäden an System und Komponenten zu vermeiden, wird die Harnstoffwasserlösung beim Abstellen des Motors in einen Deduktionsmitteltank zurückgesaugt. Das Rücksaugen der Harnstoffwasserlösung gelingt insbesondere aus dem Einspritzventils des Dosiermoduls nur teilweise. Eine kleine Restmenge verbleibt stets im Einspritzventil. Stand der Technik ist, das System sofort nach Abstellen des Motors zurückzusaugen.
In einem SCR-Katalysatorsystem des Stands der Technik wird mit einem elektromagnetisch betätigten Nadelventil die Harnstoffwasserlösung ins Abgas eindosiert. 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). Bei einer klemmenden DNOX-Dosierventilnadel wird hauptsächlich davon ausgegangen, dass nach Motorabstellen und einem Entleerungs-/Rücksaugvorgang im Dosierventil eine Restmenge an Harnstoff-Wasser-Lösung zwischen Ventilnadel und Führungsspalt bzw. am Ventilhub zurückbleibt. Durch den hohen Wärmeeintrag über die Abgasanlage im Abstellzustand können sich diese flüssigen Restmengen zu festen Harnstoff-Kristallen umwandeln, deren Ausbildung innerhalb des Einspritzventils zu einem Klemmen der Ventilnadel führen kann, so dass es bei der nächsten Wiederinbetriebnahme durch Ausbleiben der Einspritzung auffällig werden kann.
Öffnet sich das Dosierventil, so zeigt dessen Stromverlauf einen charakteristischen Knick, der durch die Gegeninduktion der bewegten Ventilnadel entsteht. Dieser Stromknick wird vom Steuergerät abgetastet und durch eine Berechnung in einen numerischen Wert umgesetzt. Dieser Wert kann zur Fehlererkennung an dem Dosierventil genutzt werden. Dabei gilt, dass das Ventil bei einem hohen Wert geschaltet hat und ein niedriger Wert darauf hinweist, dass das Ventil nicht geschaltet hat und somit blockiert ist. Die Ausprägung des Stromknicks wird allerdings von etlichen Faktoren beeinflusst. Einer davon ist der Grad der magnetischen Sättigung im Öffnungszeitpunkt. Dieser wiederum hängt davon ab, bei welchem Stromniveau, d. h. bei welcher Magnetkraft, sich die Nadel in Bewegung setzt. Die Nadel wird durch eine Feder und durch die hydraulische Druckkraft der Harnstoffwasserlösung in ihrem Sitz gehalten. Diese Kraft muss von dem Elektromagneten überwunden werden. Bei derzeitigen Anwendungen dieser Fehlerdiagnose kann es beispielsweise bei einer sehr kalten Spule zu Schaltvorgängen kommen, die im Stromverlauf nicht oder für eine Auswertung nicht ausreichend abgebildet werden. Der daraus berechnete Wert ist dann niedrig, obwohl das Dosierventil geschaltet hat. Dadurch steigt das Risiko, dass fälschlicherweise ein blockiertes Ventil diagnostiziert wird. Solche Fehldiagnosen sind besonders bei kalten Spulen in Kombination mit einer hohen Batteriespannung, sowie hohen Feder und/oder Druckkräften wahrscheinlich.
Gemäß dem Stand der Technik wird das Dosierventil zum Zweck einer Überwachung im druck- und flüssigkeitslosen Zustand angesteuert, um die Ventilnadelbewegung noch vor dem Druckaufbau zu diagnostizieren. Hierfür wird anhand des rückgelesenen Dosierventilstromverlaufs eine wechselnde Induktivität bei Erreichen des mechanischen Ventilanschlags erwartet. Der bei diesem Vorgang ermittelte Einspritzbeginn BIP (engl.: Begin of Injection Period) und die damit verbundene BIP-Ausprägung wird herangezogen, um zu ermitteln, ob durch die Ventilnadelbewegung eine ausreichende BIP-Qualität erreicht wurde und damit funktional ist oder ob andererseits ein Ventilnadelklemmen vorliegt.
Wenn die BIP-Ausprägung nicht ausreichend ist, startet das DNOX-System das Ventilspulenheizen, um zu erreichen, dass sich die Harnstoff-Kristalle im Ventil wieder in einen flüssigen Zustand zurückwandeln, so dass die Ventilnadel wieder bewegt werden kann. Die Ventilspule wird für diesen Ventilheizvorgang elektrisch bestromt, um eine Spulentemperatur von ca. 110°C zu erreichen. Während der Dauer des Ventilheizens, welche z.B. 240 s dauert, wird das Ventil zur Prüfung ständig angesteuert, um festzustellen, ob die BIP-Ausprägung ausreichend ist und das Ventilnadelheizen erfolgreich war.
Die bisher implementierte Ventilnadellöseroutine durch Spulenheizen führt nicht unter allen Umständen zum Erfolg. Eine Erhöhung des Wärmeeintrags allein, welcher durch die Temperatur und die Dauer der Bestromung bestimmt ist, führt nicht immer zu einer wesentlichen Verbesserung, zumal eine zeitliche Begrenzung der Heizzeit aufgrund gesetzlicher Systemüberwachungsanforderungen einzuhalten ist. Wenn sich die Ventilnadel nach Ablauf der Heizzeit nicht lösen bzw. bewegen lässt, wird ein Fehlerspeichereintrag im Steuergerät abgelegt. Dieser Fehlerspeichereintrag verhindert für die Dauer des gesamten Fahrzyklus einen weiteren Druckaufbau und damit die HWL-Dosierung sowie die NOx-Reduktion.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren dient dem Verhindern eines Klemmens eines elektromagnetisch betätigten Dosierventils in einem Dosiersystem zur Eindosierung einer Harnstoff-Wasser-Lösung für einen SCR-Katalysator in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine. Hierbei wird das Verfahren im sogenannten Steuergerätenachlauf nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine durchgeführt.
Ein erster Schritt des Verfahrens weist ein Rücksaugen der Harnstoff-Wasser-Lösung aus dem Dosierventil nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine auf.
Ein zweiter Schritt des Verfahrens weist ein Ansteuern des Dosierventils für eine vorgegebene erste Zeitdauer auf, so dass sich eine Dosierventilnadel des Dosierventils mehrfach öffnet und schließt.
Dadurch, dass das Dosiermodul so angesteuert wird, dass sich die Dosierventilnadel des Dosierventils mindestens einmal öffnet und schließt, wird vorteilhafterweise erreicht, dass sich Harnstoff-Kristalle im Dosiermodul, welche sich nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine gebildet haben, gebrochen werden.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass bereits im Anschluss an das Abstellen der Brennkraftmaschine, d.h. im Steuergerätenachlauf, getestet wird, ob die Dosierventilnadel durch Harnstoff -Kristalle blockiert, insbesondere verklemmt oder verklebt, ist, und falls dies der Fall ist, die Harnstoff -Kristalle gebrochen werden. Somit stellt dieses Verfahren eine Prophylaxe gegen die Bildung von Harnstoff -Kristallen in der Dosierventilnadel dar. Es wird somit das Problem der Bildung der Harnstoff -Kristalle bereits im Entstehen gelöst und nicht erst beim erneuten Start der Brennkraftmaschine, wenn die Bildung der Harnstoff-Kristalle bereits mehrere Stunden zurückliegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Rücksaugen für eine vorgegebene zweite Zeitdauer gewartet, bevor das Dosierventil angesteuert wird. Durch dieses Merkmal wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Zeitpunkt, zu dem die Harnstoff-Kristalle durch die Nadelbewegung gebrochen werden, optimal eingestellt werden kann. Durch Einstellen der zweiten Zeitdauer kann ein Zeitraum gewählt werden, in dem die Harnstoff-Kristalle, welche sich während des oben genannten Wartens gebildet haben, eine Größe haben, welche in einem vorgegebenen Größenbereich liegt. Falls die Größe der Kristalle zu klein ist, so hat das Brechen der Kristalle eine kleine Wirkung und nach dem Brechen der Kristalle können sich weitere Kristalle bilden, zum Beispiel wenn noch weitere Abwärme von der Brennkraftmaschine zu erwarten ist. Falls die Größe der Kristalle zu groß ist, so besteht einerseits die Gefahr, dass die Dosierventilnadel beschädigt wird und andererseits, dass die Dosierventilnadel nicht in der Lage ist, diese Kristalle zu brechen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird anhand eines nach Beginn des Ansteuerns des Dosierventils gemessenen Stromverlaufs des Dosierventils eine Bewertungszahl einer BIP-Ausprägung ermittelt. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass eine Funktionalität des Dosierventils bewertet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird, falls die Bewertungszahl der BIP-Ausprägung in einem als gut bewerteten Bereich liegt, die zweite Zeitdauer erhöht. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Anzahl der Ansteuerung verkleinert wird. Hierdurch wird wiederum vorteilhafterweise erreicht, dass die Lebensdauer des Dosiermoduls verlängert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird, falls die Bewertungszahl der BIP-Ausprägung in einem als mittelmäßig bewerteten Bereich liegt, die zweite Zeitdauer angepasst. Das Anpassen ist bevorzugt ein Verkürzen. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Anzahl der Ansteuerung verkleinert wird. Hierdurch wird wiederum vorteilhafterweise erreicht, dass die Lebensdauer des Dosiermoduls verlängert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt, falls die Bewertungszahl der BIP-Ausprägung in einem als schlecht bewerteten Bereich liegt, ein Temperatureintrag in das Dosierventil. Der Temperatureintrag in das Dosierventil bewirkt ein Lösen des Klemmens des Dosierventils, indem die Harnstoff-Kristalle thermisch zersetzt werden. Bevorzugt wird der Temperatureintrag durch ein elektrisches Bestromen einer Ventilspule des Dosierventils erreicht, das sogenannte Spulenheizen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Temperatureintrag in das Dosierventil das Dosierventil erneut angesteuert und anhand eines erneut gemessenen Stromverlaufs des Dosierventils die Bewertungszahl der BIP-Ausprägung erneut ermittelt. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass durch Bewertung der Bewertungszahl entschieden werden kann, ob der Temperatureintrag in das Dosierventil ein Klemmen des Dosierventils verhindert hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird, falls die erneut ermittelte Bewertungszahl der BIP-Ausprägung in einem vorgegebenen Bereich liegt, die zweite Zeitdauer angepasst. In diesem vorgegebenen Bereich wird die erneut ermittelte Bewertungszahl als in Ordnung angesehen. In dem Bereich wird ebenso angenommen, dass die Dosierventilnadel nicht klemmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird, falls die erneut ermittelte Bewertungszahl nicht in dem vorgegebenen Bereich liegt und somit angenommen wird, dass die Dosierventilnadel klemmt, in dem Steuergerät ein Fehler angezeigt.
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 Verhindern eines Klemmens eines elektromagnetisch betätigten Dosierventils 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 gezeigte Verfahren 100 zum Verhindern eines Klemmens eines elektromagnetisch betätigten Dosierventils in einem Dosiersystem zur Eindosierung einer Harnstoff-Wasser-Lösung für einen SCR-Katalysator in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine startet in Schritt 102 mit einem Rücksaugen der Harnstoff-Wasser-Lösung aus dem Dosierventil nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine.
Im darauffolgenden Schritt 104 wird für eine vorgegebene zweite Zeitdauer gewartet. Bevorzugt liegt die zweite Zeitdauer zwischen 0 und 10 min.
Im nächsten Schritt 106 wird das Dosierventil für eine vorgegebene erste Zeitdauer so angesteuert, dass sich eine Dosierventilnadel des Dosierventils einige Male öffnet und schließt. Wird die das Dosiernadelventil 1- bis 10-mal angesteuert.
Im nächsten Schritt 108 wird anhand eines Stromverlaufs des Dosierventils, welcher während des Öffnen und Schließens der Dosierventilnadel gemessen wurde, eine Bewertungszahl einer BIP-Ausprägung ermittelt.
Im darauffolgenden Schritt 110 wird abgefragt, ob der ermittelte Wert der Bewertungszahl in einem Bereich liegt, welche als gut bewertet wird, welcher als mittelmäßig bewertet wird oder in einem Bereich liegt, welche als schlecht bewertet wird.
Falls die Bewertungszahl in einem als gut bewerteten Bereich liegt, so fährt das Verfahren mit Schritt 112 fort. Falls die Bewertungszahl in einem als mittelmäßig bewerteten Bereich liegt, so fährt das Verfahren mit Schritt 114 fort. Falls die Bewertungszahl in einem als schlecht bewerteten Bereich liegt, so fährt das Verfahren mit Schritt 116 fort. Für den Dosiermodultyp DM3.6 bedeutet ein Wert kleiner als 88 eine schlechte Qualitätszahl.
In Schritt 112 wird eine Wartezeit des Schritts 104 erhöht. In Schritt 114 wird die Wartezeit des Schritts 104 angepasst.
In Schritt 116 wird ein Ventilheizen aktiviert, um Harnstoff-Kristalle, welche ein Öffnen oder Schließen der Dosierventilnadel verhindern, zu schmelzen.
Sowohl nach Schritt 112 als auch nach Schritt 114 fährt das Verfahren mit Schritt 104 fort. Das Verfahren läuft solange das Steuergerät noch läuft.
Nach Schritt 116 für das Verfahren mit Schritt 118 fort, in dem der Steuergerät Nachlauf verlängert wird.
In Schritt 120 wird das Dosierventil angesteuert und analog zu Schritt 108 abermals die Bewertungszahl der BIP-Ausprägung ermittelt und abgefragt. Falls die erneut ermittelte Bewertungszahl in einem Bereich liegt, in dem davon ausgegangen werden kann, dass kein Klemmen des Dosierventils vorliegt, so fährt das Verfahren mit Schritt 114 fort.
Falls die erneut ermittelte Bewertungszahl in einem Bereich liegt, in dem davon ausgegangen werden kann, dass weiterhin ein Klemmen des Dosierventils vorliegt, so fährt das Verfahren mit Schritt 122 fort, in welchem dem Steuergerät ein Fehler angezeigt wird, wonach das Klemmen des Dosierventils nicht erfolgreich entfernt werden konnte. Nach Schritt 122 wird das Verfahren beendet.

Claims

Verfahren (100) zum Verhindern eines Klemmens eines elektromagnetisch betätigten Dosierventils in einem Dosiersystem zur Eindosierung einer Harnstoff-Wasser-Lösung für einen SCR-Katalysator in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten: Rücksaugen (102) der Harnstoff-Wasser-Lösung aus dem Dosierventil nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine; und Ansteuern (106) des Dosierventils für eine vorgegebene erste Zeitdauer, so dass sich eine Dosierventilnadel des Dosierventils mehrmals öffnet und schließt.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Rücksaugen für eine vorgegebene zweite Zeitdauer gewartet wird (104), bevor das Dosierventil angesteuert wird (106).
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines nach Beginn des Ansteuerns (106) des Dosierventils gemessenen Stromverlaufs des Dosierventils eine Bewertungszahl einer BIP-Ausprägung ermittelt wird (108).
Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Bewertungszahl der BIP-Ausprägung in einem als gut bewerteten Bereich liegt, die zweite Zeitdauer erhöht wird (112).
Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Bewertungszahl der BIP-Ausprägung in einem als mittelmäßig bewerteten Bereich liegt, die zweite Zeitdauer angepasst wird (114).
Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Bewertungszahl der BIP-Ausprägung in einem als schlecht bewerteten Bereich liegt, ein Temperatureintrag in das Dosierventil erfolgt (116).
Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, nach dem Temperatureintrag in das Dosierventil das Dosierventil erneut angesteuert und anhand eines erneut gemessenen Stromverlaufs des Dosierventils die Bewertungszahl der BIP-Ausprägung erneut ermittelt wird (120).
Verfahren (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die erneut ermittelte Bewertungszahl der BIP-Ausprägung in einem vorgegebenen Bereich liegt, die zweite Zeitdauer angepasst wird (120, 114).
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorangegangenen Anspruch gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.