WO2013182617A1

WO2013182617A1 - Verfahren und vorrichtung zum überprüfen der hydraulischen dichtheit in einem abgasnachbehandlungssystem für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2013182617A1
Application number: PCT/EP2013/061623
Authority: WO
Inventors: Michael Nienhoff; Paul Rodatz
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2013-12-12
Also published as: DE102012209538B4; KR20150024356A; DE102012209538A1; US9625346B2; KR102089817B1; US20150153244A1; CN104603413A; CN104603413B

Abstract

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Überprüfen der Dichtigkeit von Hydraulikkomponenten in einer mit flüssigem Reduktionsmittel arbeitenden Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer, mittels eines Elektromotors angetriebenen Reduktionsmittelpumpe, die Reduktionsmittel von einem Reduktionsmittelvorratsbehälter über eine Reduktionsmittelleitung zu einem geschlossen gehaltenem Reduktionsmittelinjektor fördert. Die Reduktionsmittelpumpe wird für eine erste, vorbestimmte Zeitspanne (t2-tl) eingeschaltet, und während dieser ersten Zeitspanne wird der von dem Elektromotor aufgenommene elektrische Strom (I) erfasst. Nach Ablauf einer vorbestimmten Stillstandzeit (t4-t2) wird die Reduktionsmittelpumpe erneut für eine zweite, der ersten Zeitspanne (t2-tl) identischen Zeitspanne (t5-t4) eingeschaltet, und während dieser zweiten Zeitspanne (t5-t4) wird der von dem Elektromotor aufgenommene elektrische Strom (I) erfasst. Die während der beiden Zeitspannen (t2-tl, t5-t4) erfassten elektrischen Ströme (I) werden miteinander verglichen und die Hydraulikkomponenten stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe bezüglich ihrer Dichtheit auf der Basis des Ergebnisses des Vergleiches bewertet.

Description

Beschreibung

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ÜBERPRÜFEN DER HYDRAULISCHEN DICHTHEIT IN EINEM ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEM FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit von Hydraulikkomponenten in einem Abgasnachbehandlungssystem für ein Kraftfahrzeug.

Zur Reduktion von Schadstoffen, insbesondere zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von mit Luftüberschuss arbeitenden Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselbrennkraftma^¬ schinen haben sich verschiedene Verfahren etabliert, bei denen reduzierende Fluide (Gase oder Flüssigkeiten) in das Abgassystem der Brennkraftmaschine eingeleitet werden.

Zur Verminderung der Stickoxide hat sich besonders die

SCR-Technologie (Selektive Katalytische Reduktion) bewährt, bei der im Sauerstoffreichen Abgas enthaltene Stickoxide (NO_x) mit Hilfe von Ammoniak (NH3) oder einer entsprechenden zu Ammoniak umsetzbaren Vorläufersubstanz selektiv zu elementaren Stickstoff (N) und Wasser (H2O) reduziert werden. Bevorzugt wird hierbei auf wässrige Harnstofflösungen zurückgegriffen. Die Harnstofflösung wird mittels eines Hydrolysekatalysators oder direkt auf dem SCR-Katalysator zu Ammoniak und Kohlendioxid hydrolysiert . Dazu wird die Harnstofflösung mittels spezieller Dosiersysteme stromaufwärts des Hydrolysekatalysators oder des SCR-Katalysators in den Abgasstrom eingespritzt. Hierbei ist eine sichere Zuführung und exakte Dosierung des Reduktions- mittels zu gewährleisten.

Bei einer Unterdosierung des Reduktionsmittels, kann eine effiziente Stickoxidentfernung aus dem Abgas nicht erreicht werden. Eine Überdosierung von Reduktionsmittel andererseits kann eine unerwünschte Emission, beispielsweise von Ammoniak, einen so genannten Reduktionsmitteldurchbruch, zur Folge haben. Um eine maximale hohe Konvertierungsrate der Stickoxide zu erreichen, ist generell eine exakte und bedarfsgerechte Do^¬ sierung des verwendeten Reduktionsmittels notwendig, wobei möglichst ein Reduktionsmitteldurchbruch vermieden werden soll.

Bei flüssigen Reduktionsmitteln, wie den gebräuchlichen wässerigen Harnstofflösungen, kann die Dosierung mittels eines Dosierventils oder Injektors erfolgen. Die Ansteuerzeit und damit die Öffnungszeit des Injektors sind dabei maßgebend für die dem Abgasnachbehandlungssystem zugeführte Menge an Reduktionsmittel .

Bei modernen, luftlosen SCR-Systemen werden immer höhere Einspritzdrücke eingesetzt. Zur Erzeugung des entsprechenden Drucks ist der Injektor über eine Leitung mit einer Reduktionsmittelpumpe verbunden. Ein höherer Einspritzdruck hat den Vorteil, dass die Vernebelung feiner ist und daher das Ammoniak aus der meist wässrigen Reduktionsmittellösung leichter freigesetzt werden kann.

Durch die immer höheren Drücke nimmt auf der anderen Seite die Gefahr zu, dass eine Undichtigkeit am Injektor bzw. Leckagen im Leitungssystem zwischen Auslass der Reduktionsmittelpumpe und dem Injektor auftreten. Da die Reduktionsmittelpumpe in der Regel nahe an einem, das Reduktionsmittel bevorratenden Behälter oder in diesem Behälter angeordnet ist und der Injektor der Abgasnachbehandlungsanlage zugeordnet ist, ergeben sich lange Leitungswege zwischen Reduktionsmittelpumpe und Injektor von unter Umständen mehreren Metern Länge, so dass infolge Alterung, mechanischen Beanspruchungen durch die Verlegung üblicherweise entlang am Unterboden des Fahrzeuges die Gefahr von Leckagen in diesem, meist als KunststoffSchläuche ausgebildeten Lei^¬ tungszweig erhöht ist. Auch der Injektor ist infolge seiner exponierten Lage im Abgastrakt der Brennkraftmaschine erhöhten Belastungen ausgesetzt. Beispielsweise kann es vorkommen, dass die Düse des Injektors durch Verkokung nicht mehr vollständig schließt und somit eine korrekte Zumessung des Reduktionsmittels nicht mehr gewährleistet ist.

Da sich solche Undichtigkeiten unmittelbar auf die Schad- Stoffemissionen des Fahrzeuges auswirken, müssen diese Komponenten auf korrekte Funktion hin überprüft werden.

Aus der DE 10 2009 014 809 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen einer Eindüsvorrichtung zum Ein- bringen eines katalytisch oxidierbaren Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine an einer Stelle stromaufwärts eines Oxidationskatalysators und eines

Partikelfilters bekannt. Im Betriebszustand der Schubab^¬ schaltung der Brennkraftmaschine, bei dem die Kraftstoffein- spritzung der Brennkraftmaschine abgeschaltet und keine Re^¬ generation des Partikelfilters angefordert ist, wird die Ab^¬ gastemperatur stromabwärts des Oxidationskatalysators erfasst und gespeichert. Die geschlossen gehaltene Eindüsvorrichtung wird für eine vorgegebene Zeitspanne mit einem Druck beauf- schlagt, der bezogen auf den Druck während des Eindüsens des Reduktionsmittels bei geöffneter Eindüsvorrichtung höher liegt. Nach Ablauf der Zeitspanne wird die Abgastemperatur stromabwärts des Oxidationskatalysators erfasst und die beiden Abgastem^¬ peraturen miteinander verglichen. In Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches wird dann die Eindüsvorrichtung hinsichtlich ihrer Dichtigkeit bewertet. Die Eindüsvorrichtung wird als defekt eingestuft, wenn der Wert der Abgastemperatur nach der Druckerhöhung höher liegt als der Wert der Abgastemperatur vor der Druckerhöhung.

In der DE 102010 029852 AI ist ein Verfahren zum Diagnostizieren einer mittels eines Steuersignals steuerbaren Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors mittels einer selektiven katalytischen Re- duktion beschrieben. Um ein verbessertes Diagnostizieren zu ermöglichen, sind

- ein Fördern eines Volumenstroms eines für die selektive katalytische Reduktion erforderlichen Reduktionsmittels mittels einer Pumpvorrichtung zu einer der Pumpvorrichtung nachgeschalteten und dem Abgasstrom zugeordneten Dosiervorrichtung,

- ein Ändern oder definiertes Einstellen des Steuersignals der AbgasreinigungsVorrichtung,

- ein Ermitteln einer Reaktion eines Drucks des Volumenstroms zwischen der Pumpvorrichtung und der Dosiervorrichtung auf die Änderung des Steuersignals und

- ein Interpretieren der Reaktion zum Diagnostizieren der Abgasreinigungsvorrichtung vorgesehen .

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der auf einfache und kostengünstige Weise die Funktionstüchtigkeit von Hydraulikkomponenten in einem, eine elektrisch angetriebene Reduktionsmittelpumpe enthaltenden Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges überprüft werden können.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kor^¬ relation besteht zwischen dem elektrischen Strom, den ein die Reduktionsmittelpumpe antreibender Elektromotor aufnimmt und dem die Reduktionsmittelpumpe aufbauenden Druck.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum

Überprüfen der Funktionstüchtigkeit von Hydraulikkomponenten in einer mit flüssigem Reduktionsmittel arbeitenden Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer, mittels eines Elektromotors angetriebenen Reduktionsmittelpumpe, die Reduktionsmittel von einem Reduktionsmittelvorratsbehälter über eine Reduktionsmittelleitung zu einem geschlossen gehaltenem Reduktionsmittelinjektor fördert. Die Reduktionsmittelpumpe wird für eine erste, vorbestimmte Zeitspanne eingeschaltet und während dieser ersten Zeitspanne der von dem Elektromotor aufgenommene elektrische Strom erfasst. Nach Ablauf einer vorbestimmten Stillstandzeit wird die Reduktionsmittelpumpe erneut für eine zweite, der ersten Zeitspanne identischen Zeitspanne eingeschaltet und während dieser zweiten Zeitspanne der von dem Elektromotor aufgenommene elektrische Strom erfasst. Die während der beiden Zeitspannen erfassten elektrischen Ströme werden miteinander verglichen und die Hydraulikkomponenten stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe bezüglich ihrer Funk^¬ tionstüchtigkeit auf der Basis des Ergebnisses des Vergleiches bewertet . Mit dem angegebenen Überprüfungsverfahren kann sowohl die Funktionstüchtigkeit einer stromabwärts der Reduktionsmit^¬ telpumpe liegenden Reduktionsmittelleitung, als auch der Reduktionsmittelinjektor hinsichtlich der Dichtigkeit bewertet werden .

Durch Erfassen und Auswerten des elektrischen Stromes des die Reduktionsmittelpumpe antreibenden Elektromotors kann auf jegliche Verwendung von Sensoren, wie beispielsweise Druck- und Durchflusssensoren verzichtet werden. Durch die Einsparung von zusätzlichen Sensoren entfallen die Verbindungskabel, sowie deren Schnittstelle zu einem die Abgasnachbehandlungsanlage steuernden/regelnden Dosiersteuergerät .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die während der beiden Zeitspannen auftretenden Maximalwerte des elektrischen Stromes erfasst und miteinander verglichen. Dies trägt zu einer besonders einfachen Messwertermittlung bei.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die während der beiden Zeitspannen auftretenden Mittelwerte des elektrischen Stromes erfasst und miteinander verglichen. Dies trägt zu einer besonders sicheren Messwert^¬ ermittlung bei. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, auch im

Hinblick Schnelligkeit und geringer Rechenleistung lässt sich eine solche Diagnose durchführen, wenn aus den Maximalwerten des elektrischen Stromes bzw. aus den Mittelwerten des elektrischen Stromes jeweils ein Differenzwerte gebildet werden und auf eine Undichtigkeit zumindest einer der Hydraulikkomponenten stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe erkannt wird, wenn der jeweilige Differenzwert kleiner als ein vorgegebener Refe- renzwert ist.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen Fig.l ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer Brenn^¬ kraftmaschine mit einer SCR-Abgasnachbehandlungsanlage und zugehöriger Steuerungseinrichtung und

Fig. 2 ein Diagramm mit zeitlichen Verläufen von Parametern, die zur Überprüfung der SCR-Abgasnachbehandlungsanlage herangezogen werden.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine zumindest teilweise mit Luftüberschuss arbeitende Brennkraftmaschine 10 mit einer ihr zugeordneten Abgasnachbehandlungsanlage 11. Dabei sind nur diejenigen Komponenten dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist das Kraftstoffzuführsystem der Brennkraftmaschine 10 weggelassen. Über einen Ansaugtrakt 12 erhält die Brennkraftmaschine 10 die zur Verbrennung nötige Frischluft. Das bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches in Zylindern 13 der Brennkraftmaschine 10 entstehende Abgas strömt über eine Abgasleitung 14 zu der Abgasnachbehandlungsanlage 11 und von dieser über einen nicht dargestellten Schalldämpfer ins Freie. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 strömt das Abgas in der eingezeichneten Pfeilrichtung durch die Abgasleitung 14. ^

Zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 10 ist ein an sich bekanntes, elektronisches Motorsteuergerät (MSTG) 40 über eine hier nur schematisch dargestellte Daten - und Steuerleitung oder über ein elektrisches Bussystem 41 mit elektri- schen/elektronischen/elektromechanischen Komponenten der Brennkraftmaschine 10 verbunden. Über diese Daten - und

Steuerleitung bzw. über dieses Bussystem 41 werden beispielsweise Signale von Sensoren (Temperatursensoren für Ansaugluft, Ladeluft bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, Kühlmittel; Lastsensor, Drehzahlsensor, Abgassensoren usw . ) und Signale für Aktoren und Stellglieder (z.B. Einspritzventile, Stellglieder usw.) zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Motorsteuergerät 40 übertragen.

Die Abgasnachbehandlungsanlage 11 beinhaltet einen in der Abgasleitung 14 angeordneten, als Reduktionskatalysator dienenden SCR-Katalysator 15 (SCR = selective catalytic reduktion) , der beispielsweise mehrere in Reihe geschaltete Katalysator^¬ einheiten beinhaltet . Stromaufwärts des SCR-Katalysators 15 kann zusätzlich ein Oxidationskatalysator angeordnet sein (nicht dargestellt) . Dieser Oxidationskatalysator kann das NO zu NO_x oxidieren und damit ein Verhältnis von NO zu ΝΟχ herstellen, das besonders günstig für den Betrieb des SCR-Katalysators 15 zur selektiven katalytischen Reduktion ist.

Die Abgasnachbehandlungsanlage 11 weist ferner einen, eine verschließbare Einfüllöffnung aufweisenden Reduktionsmittel^¬ vorratsbehälter 16 auf, in dem ein zur Abgasnachbehandlung dienendes, flüssiges Reduktionsmittel 17 gespeichert ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Reduktionsmittel wässerige Harnstofflösung verwendet.

An oder in dem Reduktionsmittelvorratsbehälter 16 ist ein Pumpenmodul 18 angeordnet, in das ein Filter 19, eine elektrische Heizeinrichtung 20 und eine mittels eines Elektromotors 21 angetriebene Reduktionsmittelpumpe 22 integriert sind. Als Reduktionsmittelpumpe 22 eignen sich alle Arten von elektrisch angetriebenen Pumpen, welche im abgeschalteten Zustand eine Sperrwirkung entgegen der Förderrichtung des Reduktionsmittels aufweisen 17, so dass während des Stillstandes der Pumpe kein Rückfluss des Reduktionsmittels 17 in den Reduktionsmittel^¬ vorratsbehälter 16 und damit ein Druckabbau an der Pumpe selbst und in den an einem Pumpenauslass angeschlossenen Hydraulikkomponenten erfolgen kann. In bevorzugter Weise kann hierzu eine elektrisch angetriebene Kolbenpumpe mit Rückschlagventil eingesetzt werden. Die Reduktionsmittelpumpe 22 erzeugt den erforderlichen Re^¬ duktionsmitteldruck und ist mittels einer Reduktionsmittel^¬ leitung 23 mit einem als Dosiervorrichtung für das Reduktionsmittel 17 dienenden, mittels elektrischer Signale steuerbaren Reduktionsmitteinjektor 24, im Folgenden kurz als Injektor bezeichnet, verbunden. Der Injektor 24 ist dabei in der Abgasleitung 14 an einer Stelle stromaufwärts des SCR-Katalysators 15 angeordnet, um bei Bedarf Reduktionsmittel in die Abgasleitung 14 einzubringen. Als Injektor 24 kann vorzugsweise ein herkömmliches, elektrisch steuerbares Kraftstoffeinspritzventil eingesetzt werden, dessen konstruktive Ausgestaltung (reduktionsmittelresistentes Ma^¬ terial, Düsenöffnung) dem verwendeten Reduktionsmittel und den herrschenden Drücken (typische Werte liegen bei ca. 5-10 bar) angepasst ist.

Zur Erfassung der Temperatur des Abgases ist in der Abgasleitung

14 ebenfalls an einer Stelle stromaufwärts des SCR-Katalysators

15 ein Temperatursensor 25 vorgesehen. Ein NO_x-Sensor 26 zur Erfassung der NO_x-Konzentration im Abgas ist dem SCR-Katalysator

15 nachgeschaltet.

Zum Betreiben der Abgasnachbehandlungsanlage 11 ist ein elektronisches Dosiersteuergerät (DSTG) 50 vorgesehen, das als eigene Funktionseinheit ausgebildet ist und alle für die

Förderung, Steuerung und/oder Regelung und Dosierung des Reduktionsmittels 17 nötigen Funktionen übernimmt. Hierzu werden dem Dosiersteuergerät 50 neben den Signalen der bereits erwähnten Sensoren 25, 26 Signale von weiteren Sensoren zugeführt, die für den Betrieb der Abgasnachbehandlungsanlage 11 nötig sind. Insbesondere werden die Signale von dem Reduktionsmittelvorratsbehälter 16 zugeordneten Sensoren 28, 29 für den Füllstand bzw. der Temperatur des Reduktionsmittels 17 in dem Redukti^¬ onsmittelvorratsbehälter 16 zugeführt. Das Dosiersteuergerät 50 steuert auch eine im oder am Reduktionsmittelvorratsbehälter 16 angeordnete elektrische Heizeinrichtung 30, so dass auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt des Reduktionsmittels 17 eine zuverlässige Dosierung gewährleistet ist.

Das Dosiersteuergerät 50 ist zum gegenseitigen Datentransfer über eine Daten-und Steuerleitung oder einem elektrischen Bussystem 42 mit dem Motorsteuergerät 40 verbunden. Über das Bussystem 42 werden die zur Berechnung der zu dosierenden Menge an Reduktionsmittel 17 relevanten Betriebsparameter der

Brennkraftmaschine 10, wie z.B. Motordrehzahl, Luftmasse, Kraftstoffmasse, Regelweg einer Einspritzpumpe, Abgasmassen^¬ strom, Betriebstemperatur, Ladelufttemperatur, Spritzbeginn usw. dem Dosiersteuergerät 50 übergeben.

Solche Dosiersteuergeräte, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten, sind an sich bekannt, sodass im Folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung re- levanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird.

Das Dosiersteuergerät 50 weist eine Recheneinheit (Prozessor) 51 auf, die mit einem Programmspeicher 52 gekoppelt ist. Unter anderem ist in dem Programmspeicher 52 softwaremäßig eine bevorzugt kennfeidbasierte Funktion zum Berechnen der Menge an einzuspritzenden Reduktionsmittel 17 auf der Grundlage der dem Dosiersteuergerät 50 zugeführten Signale implementiert.

Außerdem ist in dem Programmspeicher 52 ein Steuerprogramm PI abgespeichert, welches ein Verfahren zum Überprüfen der

Funktionstüchtigkeit von Hydraulikkomponenten (Reduktions^¬ mittelleitung 23, Injektor 24) der Abgasnachbehandlungsanlage 11 ausführt, wie es anhand eines Diagnoseablaufes nach der Figur 2 noch näher erläutert wird.

Weiters ist die Recheneinheit 51 mit einem Wertespeicher (Datenspeicher) 53 gekoppelt, in dem u.a. Kennfelder, Parameterwerte und Referenzwerte gespeichert sind, die bei der Abarbeitung der oben erwähnten Programme benötigt werden und deren Bedeutung ebenfalls anhand der Beschreibung der Figur 2 noch näher erläutert wird.

Ferner ist die Recheneinheit 51 mit einem Fehlerspeicher 54 zur Speicherung und zum Auslesen von verschiedenen Diagnoseergebnissen, insbesondere von Diagnoseergebnissen von einem Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit von Hydraulikkomponenten der Abgasnachbehandlungsanlage 11 gekoppelt. Negative Diagnoseergebnisse können dem Fahrer des mit der Brennkraftmaschine 10 angetrieben Kraftfahrzeuges zusätzlich zu deren Speicherung in dem Fehlerspeicher 54 auch akustisch und/oder optisch übermittelt werden. Hierzu ist eine Fehlerausgabeeinheit 55 vorgesehen, welche mit dem Dosiersteuergerät 50 in Verbindung steht. Dem Fehlerspeicher 54 ist weiters ein Häufigkeitszähler 57 zugeordnet, der die Anzahl der auftretenden Fehlerereignisse aufsummiert.

Zur Druckregelung des Reduktionsmittels 17 innerhalb der Ab^¬ gasnachbehandlungsanlage 11 kann entweder das Signal eines Drucksensors verwendet werden oder es erfolgt eine Abschätzung des Druckes basierend auf einer Messung des elektrischen Stromes des die Reduktionsmittelpumpe 22 antreibenden Elektromotors 21 während eines Pumpenhubes . Der Druck des Reduktionsmittels 17 ist im wesentlichen eine Funktion des von dem Elektromotor 21 aufgenommenen elektrischen Stromes I, da dieser ein Maß für die Kraft darstellt, mit der z.B. bei einer Kolbenpumpe der Pum^¬ penkolben betätigt werden muss, um zusätzliches Reduktionsmittel 17 zu fördern.

Die Korrelation zwischen aufgenommenem elektrischen Strom I des Elektromotors 21 während eines Pumphubes und dem sich dabei einstellenden Druck p des Reduktionsmittels 17 wird zur

Funktionsüberprüfung von Hydraulikkomponenten stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe 22 herangezogen, wie es anhand der Be^¬ schreibung der Figur 2 erläutert wird.

Die Funktionsüberprüfung findet in einem Zeitfenster statt, in dem keine Dosierung des Reduktionsmittels 17 erfolgt, also der Injektor 24 geschlossen ist, z.B. während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine 10. Voraussetzung dieser Funktionsüber- prüfung ist, dass ein ordnungsgemäßer Betrieb der Reduktionsmittelpumpe 22 sichergestellt ist. Dies kann vorab mit bekannten Diagnoseroutinen festgestellt werden.

Das untere Diagramm der Figur 2 zeigt die Ein-und Ausschaltzeiten der Reduktionsmittelpumpe 22. Zu einem Zeitpunkt tl wird die Reduktionsmittelpumpe 22 eingeschaltet, der Elektromotor 21 also an Spannung gelegt und zu einem Zeitpunkt t2 wieder ausge^¬ schaltet. Die Zeitspanne t2-tl entspricht dabei einem Pumpenhub der Reduktionsmittelpumpe 22. Ein typischer zeitlicher Verlauf des dabei von dem Elektromotor 21 aufgenommenen elektrischen Stromes II ist im mittleren Diagramm der Figur 2 mit durchgezogener Linie dargestellt und mit dem Bezugszeichen 100 versehen. Der Maximalwert des elektrischen Stromes II wird von dem Dosiersteuergerät 50 erfasst und in dem Wertespeicher 53 nichtflüchtig abgespeichert.

Durch den Pumpenhub wird das Druckniveau des Reduktionsmittels 17 angehoben. Ein zeitlicher Verlauf des Druckes p ist in dem oberen Diagramm der Figur 2 mit durchgezogener Linie exemplarisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 300 versehen. Da während der Funktionsüberprüfung kein Reduktionsmittel 17 eingespritzt wird, sollte bei einem fehlerfreien System der Druck konstant bleiben, bis ein weiterer Pumpenhub erfolgt. Zu einem Zeitpunkt t4 wird die Reduktionsmittelpumpe 22 erneut eingeschaltet, der Elektromotor 21 also wieder an Spannung gelegt und zu einem Zeitpunkt t5 wieder ausgeschaltet. Die Zeitspanne t5-t4 entspricht dabei dem nächsten Pumpenhub der Redukti- onsmittelpumpe 22 und entspricht der Zeitspanne t2-tl. Der dabei von dem Elektromotor 21 aufgenommene elektrische Strom 12 sollte bei leckagefreien Hydraulikkomponenten stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe 21 signifikant höher liegen als beim Pumpenhub zuvor, da bereits ein gewisses Druckniveau aufgrund des ersten Pumpenhubes aufgebaut wurde.

Der Druck p des Reduktionsmittels 17 steigt ab dem Zeitpunkt t4 weiter an, um nach Erreichen des Zeitpunktes t5 auf einen konstanten Wert zu verharren.

Ein typischer zeitlicher Verlauf des von dem Elektromotor 21 aufgenommenen elektrischen Stromes 12 während des zweiten Pumpenhubes, also während der Zeitspanne t5-t4 bei leckagefreien System ist im rechten Teil des mittleren Diagrammes der Figur 2 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 200 versehen.

Der Maximalwert des elektrischen Stromes 12 während des zweiten Pumpenhubes wird ebenfalls von dem Dosiersteuergerät 50 erfasst und in dem Wertespeicher 53 nichtflüchtig abgespeichert.

Das Steuerprogramm PI in dem Programmspeicher 52 des

Dosiersteuergerätes 50 vergleicht die jeweils während des ersten und zweiten Pumpenhubes erfassten Maximalwerte für den elektrischen Strom II, 12 und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleiches werden die stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe 22 liegenden Hydraulikkomponenten 23, 24 hinsichtlich ihrer Funktionstüchtigkeit bewertet.

Eine Möglichkeit der Auswertung der beiden Maximalwerte des elektrischen Stromes II, 12 besteht darin, die Differenz der beiden Maximalwerte ΔΙ = 12-11 zu bilden und diesen Differenzwert ΔΙ mit einem im Wertespeicher 53 abgelegten Referenzwert I_SW1 zu vergleichen, der charakteristisch ist für ein fehlerfreies System. Dieser Referenzwert I_SW1 kann beispielsweise expe- rimentell ermittelt werden.

Liegt der Differenzwert ΔΙ unterhalb des Referenzwertes I_SW1, so liegt eine verringerte Stromaufnahme des Elektromotors 21 während des Pumpenhubes innerhalb der Zeitspanne t5-t4 vor und es wird auf einen gegenüber dem fehlerfreien Normalzustand geringeren Strömungswiderstand und damit zu niedrigen Druck des Reduktionsmittels 17 stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe 22 geschlossen und auf eine Undichtigkeit in stromabwärts der

Reduktionsmittelpumpe 22 liegenden Hydraulikkomponenten 23, 24 erkannt .

Das kann in einer Undichtigkeit der Reduktionsmittelleitung 23 begründet sein, wie es in der Figur 1 mittels einer Leckagestelle 56 angedeutet ist oder an einem zumindest teilweise gelockerten oder losen Verbindungsanschluss der Reduktionsmittelleitung 23 an den Injektor 24 oder an einer Leckage des Injektors 24 selbst liegen. Da die Düsenöffnung des Injektors 24 in der Regel in den Abgasstrom hineinragt, kann es unter Umständen zu Verschmutzungen und/oder Verkokungen der Düsenöffnung kommen, so dass der Injektor 24 nicht mehr vollständig geschlossen werden kann. Auch ein Auskristallisieren des Reduktionsmittels 17 kann dazu führen, dass am Injektor 24 eine bleibende Leckage auftritt.

In dem oberen Diagramm der Figur 2 ist mit strichlinierter Kurve 400 dargestellt, wie sich der Verlauf des Druckes p ändert, wenn in der Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pumphüben der Reduktionsmittelpumpe 22 zu einem Zeitpunkt t3 eine Leckage auftritt. Ab diesem Zeitpunkt t3 fällt der Druck ab und steigt wieder während des nachfolgenden Pumphubes, aber nicht auf den für ein fehlerfreies System zu erwartenden Wert. Da aufgrund der Leckage dem Kolben der Reduktionsmittelpumpe 22 ein geringere Kraft entgegenwirkt, nimmt der Elektromotor 21 der Redukti- onsmittelpumpe 22 einen geringeren Strom auf, wie es im rechten Teil des mittleren Diagrammes der Figur 2 exemplarisch ebenfalls mit strichlinierter Kurve 500 dargestellt ist.

Um die Diagnosesicherheit zu erhöhen, erfolgt nicht sofort bei einem einmaligen Unterschreiten des Referenzwertes I_SW1 ein Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 54 und ein Ansteuern der Fehlerausgabeeinheit 55, sondern das Unterschreiten des Re^¬ ferenzwertes I_SW wird einer statistischen Auswertung unter- zogen, beispielsweise einer sogenannten Fehlerentprellung beliebiger bekannter Art. Hierzu ist dem Fehlerspeicher ein Häufigkeitszähler 57 zugeordnet, der die Anzahl der auftretenden Fehlerereignisse aufsummiert und die Hydraulikkomponente 23,24 wird erst dann als undicht bewertet, wenn die Anzahl der Un^¬ terschreitungen eine vorgegebene maximale Häufigkeit über^¬ steigt .

In dem gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel sind das Dosiersteuergerät 50 der Abgasnachbehandlungsanlage 11 und das Motorsteuergerät 40 der Brennkraftmaschine 10 als getrennte Funktionseinheiten dargestellt, die mittels einer Steuer-und Datenleitung bzw. mittels eines Bussystems 42 miteinander kommunizieren. Diese Lösung mit dezentralen Steuergeräten 40, 50 ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet, bei denen die Abgasnachbehandlungsanlage 11 nachgerüstet wird.

Es ist aber auch möglich, die Funktionalität des

Dosiersteuergeräts 50 in das Motorsteuergerät 40 der Brenn- kraftmaschine 10 zu integrieren. In diesem Fall werden die

Signale der in der Abgasnachbehandlungsanlage 11 vorhandenen Sensoren 25, 26, 28, 29 unmittelbar dem Motorsteuergerät 40 zugeführt und dieses steuert direkt die Stellglieder wie die Reduktionsmittelpumpe 22 und den Injektor 24 an.

Begriffs- /Bezugs zeichenliste

10 Brennkraftmaschine

11 Abgasnachbehandlungsanlage

12 Ansaugtrakt

13 Zylinder

14 Abgasleitung

15 SCR-Katalysator

16 Reduktionsmittel orratsbehälter

17 Reduktionsmittel, wässerige Harnstofflösung

18 Pumpenmodul

19 Filter

20 elektrische Heizeinrichtung des Pumpenmoduls

21 elektrischer Antriebsmotor der Reduktionsmittelpumpe 22 Reduktionsmittelpumpe

23 Reduktionsmittelleitung

24 Reduktionsmittelinjektor, Injektor

25 Abgastemperatursensor

26 NO_x-Sensor

28 Füllstandssensor

29 Temperatursensor für das Reduktionsmittel

30 elektrische Heizeinrichtung des Reduktionsmittel^¬ vorratsbehälters

40 Motorsteuergerät, MSTG

41, 42 Daten-und Steuerleitung, Bussystem

50 Dosiersteuergerät, DSTG

51 Recheneinheit (Prozessor)

52 Programmspeicher

53 Wertespeicher (Datenspeicher)

54 Fehlerspeicher

55 Fehlerausgabeeinheit

56 Leckagestelle

57 Häufigkeitszähler 100 zeitlicher Stromverlauf während eines Pumphubes bei fehlerfreiem System

200 zeitlicher Stromverlauf während des nachfolgenden

Pumphubes bei fehlerfreiem System

300 zeitlicher Druckverlauf bei fehlerfreiem System

400 zeitlicher Druckverlauf bei undichtem System

500 zeitlicher Stromverlauf während des nachfolgenden

Pumphubes bei undichtem System t Zeit

tl-t5 Zeitpunkte

p Druck des Reduktionsmittel in der Abgasnachbehand^¬ lungsanlage

PI Steuerprogramm

I elektrischer Strom

II Maximalwert des elektrischen Stromes I bei einem ersten Pumphub der Reduktionsmittelpumpe

12 Maximalwert des elektrischen Stromes I bei einem nachfolgenden Pumphub der Reduktionsmittelpumpe

ΔΙ Differenz der Stromwerte bei zwei aufeinanderfol^¬ genden Pumphüben

I SW1, I SW2 Referenzwert für die Differenz der Stromwerte

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit von Hydraulikkomponenten (23,24) in einer mit flüssigem Redukti- onsmittel (17) arbeitenden Abgasnachbehandlungsanlage (11) einer Brennkraftmaschine (10) mit einer, mittels eines

Elektromotors (21) angetriebenen Reduktionsmittelpumpe (22), die Reduktionsmittel (17) von einem Reduktionsmittelvorrats^¬ behälter (16) über eine Reduktionsmittelleitung (23) zu einem geschlossen gehaltenem Reduktionsmittelinjektor (24) fördert, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Reduktionsmittelpumpe (22) für eine erste vorbestimmte Zeitspanne (t2-tl) eingeschaltet wird, b) während dieser ersten Zeitspanne (t2-tl) ) der von dem Elektromotor (21) aufgenommene elektrische Strom (I) erfasst wird, c) nach Ablauf einer vorbestimmten Stillstandzeit (t4-t2) der

Reduktionsmittelpumpe (22) diese erneut für eine zweite, der ersten Zeitspanne identischen Zeitspanne (t5-t4) eingeschaltet wird, d) während dieser zweiten Zeitspanne (t5-t4) der von dem

Elektromotor (21) aufgenommene elektrische Strom (I) erfasst wird, e) die während der beiden Zeitspannen (t2-tl, t5-t4) erfassten elektrischen Ströme (I) miteinander verglichen werden, f) die Hydraulikkomponenten (23,24) stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe (22) bezüglich ihrer Funktionstüchtigkeit auf der Basis des Ergebnisses des Vergleiches in Schritt e) bewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die j eweiligen Maximalwerte (II, 12) des elektrischen Stromes (I) erfasst und miteinander verglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass

- aus den Maximalwerten des elektrischen Stromes (12, II) ein Differenzwert (ΔΙ = 12-11) gebildet wird,

- auf eine Undichtigkeit zumindest einer der Hydraulikkompo^¬ nenten (23, 24) stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe (22) erkannt wird, wenn der Differenzwert (ΔΙ = 12-11) kleiner als ein vorgegebener Referenzwert (I SW1) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Mittelwerte des elektrischen Stromes (I) erfasst und miteinander verglichen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass

- aus den Mittelwerten des elektrischen Stromes (12, II) ein Differenzwert gebildet wird,

- auf eine Undichtigkeit zumindest einer der Hydraulikkompo^¬ nenten (23, 24) stromabwärts der Reduktionsmittelpumpe (22) erkannt wird, wenn der Differenzwert kleiner als ein vor^¬ gegebener Referenzwert (I SW2) ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwerte (I_SW1, ISW2) experimentell für eine leckagefreie Abgasnachbehandlungsanlage (11) ermittelt werden und in einem Wertespeicher (53) eines Dosiersteuergerätes (50) der Abgasnachbehandlungsanlage (11) abgelegt ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittelpumpe (22) eine Hubkolbenpumpe eingesetzt wird und die Zeitspannen (t2-tl, t5-t4) jeweils der Dauer eines einzelnen Pumpenhub entsprechen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Häufigkeitszähler (57) aktiviert wird, der die Anzahl der Unterschreitungen des Differenzwertes (ΔΙ) von dem Referenzwert (I_SW1, ISW2) zählt und die Hydraulikkomponente (23, 24) erst dann als undicht bewertet wird, wenn die Anzahl der Unterschreitungen eine vorgegebene maximale Häufigkeit über^¬ steigt .

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter Undichtigkeit einer Hydraulikkomponente (23, 24) ein Fehlereintrag in einen Fehlerspeicher (54) eines

Dosiersteuergerätes (50) der Abgasnachbehandlungsanlage (11) erfolgt und/oder eine optische und/oder akustische Warnmeldung an den Führer des mit der Brennkraftmaschine (10) angetriebenen Kraftfahrzeuges erfolgt.

10. Vorrichtung zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit von Hydraulikkomponenten (23,24) in einer mit flüssigem Reduktionsmittel (17) arbeitenden Abgasnachbehandlungsanlage (11) einer Brennkraftmaschine (10) mit einer, mittels eines

Elektromotors (21) angetriebenen Reduktionsmittelpumpe (22), die Reduktionsmittel (17) von einem Reduktionsmittelvorrats- behälter (16) über eine Reduktionsmittelleitung (23) zu einem geschlossen gehaltenem Reduktionsmittelinjektor (24) fördert, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.