DE102010029852A1

DE102010029852A1 - Diagnostizieren einer Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010029852A1
Application number: DE102010029852A
Authority: DE
Inventors: Thomas Baumeister
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Diagnostizieren einer mittels eines Steuersignals steuerbaren Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors mittels einer selektiven katalytischen Reduktion.
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.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Diagnostizieren einer mittels eines Steuersignals steuerbaren Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors mittels einer selektiven katalytischen Reduktion.
Verfahren zum Diagnostizieren einer Abgasreinigungsvorrichtung sind bekannt. Mittels einer selektiven katalytischen Reduktion können Abgasströme eines mager verbrennenden Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Ottomotors und/oder eines Dieselmotors gereinigt werden. Um trotz des mageren Gemisches eine Abgasreinigung gewährleisten zu können, wird stromaufwärts eine Abgasreinigungskomponente, beispielsweise einem Katalysator, ein Reduktionsmittel dem Abgasstrom zugegeben. Bei dem Reduktionsmittel kann es sich um Ammoniak oder um eine Vorstufe von Ammoniak, beispielsweise Harnstoff, beispielsweise in Form einer wässrigen Harnstofflösung, handeln. Um eine Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung zu überwachen, insbesondere während eines Betriebs, beispielsweise im Rahmen einer sogenannte On-Board-Diagnose (OBD) zu gewährleisten, können Signale von Messgliedern, beispielsweise von Sauerstoffsensoren der Abgasreinigungsvorrichtung und/oder Drucksensoren ausgewertet werden. Die DE 10 2008 047 860 B3 betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Reduktionsmittelinjektors eines SCR-Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine. Die Dichtheitsprüfung wird bei einem geschlossenen Reduktionsmittelinjektor durch Erhöhung des Reduktionsmitteldrucks gestartet, wobei ein NO_x-Signal eines NO_x-Sensors erfasst und ausgewertet wird. Die DE 10 2008 034 223 A1 betrifft einen Reduktionsmitteltank zum Bereitstellen von Reduktionsmittel an einer Abgasanlage mit einem ersten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel, einem zweiten Behälter zum Speichern von Reduktionsmittel, einer Leitung zum Umströmen von Reduktionsmittel vom zweiten Behälter in den ersten Behälter und einem Absperrventil zum wahlweisen fluiddichten Verschließen der Leitung. Es ist eine Diagnosevorrichtung vorgesehen, mittels derer eine nicht ordnungsgemäße Funktion des Absperrventils erkannt werden kann. Mittels Füllmengenmesseinrichtungen werden Füllstände der Behälter gemessen. Die DE 10 2008 052 227 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Reduktionsmitteleinspritzanlage mit einer Pumpe, einem Einspritzventil und einem sich stromaufwärts des Einspritzventils in der Reduktionsmitteleinspritzanlage befindlichen Drucksensor. Das Verfahren umfasst unter Motorstartbedingungen ein Deaktivieren der Pumpe und Öffnen des Einspritzventils. Es wird eine Degradation des Sensors angezeigt, falls die Sensorausgabe während des Betriebs mit deaktivierter Pumpe und geöffnetem Einspritzventil von dem Abgasdruck abweicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Diagnostizieren einer mittels eines Steuersignals steuerbaren Abgasreinigungsvorrichtung zu ermöglichen, insbesondere ein Diagnostizieren einer Funktion einer Dosiervorrichtung, einer der Dosiervorrichtung vorgeschalteten Pumpvorrichtung und/oder einer der Pumpvorrichtung vorgeschalteten Zuleitung zu ermöglichen.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Diagnostizieren einer mittels eines Steuersignals steuerbaren Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors mittels einer selektiven katalytischen Reduktion nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhaft können unterschiedliche Änderungen des Steuersignals erwartete unterschiedliche Reaktionen des Drucks des Volumenstroms zwischen der Pumpvorrichtung und der Dosiervorrichtung hervorrufen. Vorteilhaft können Rückschlüsse auf eine Funktion der Pumpvorrichtung, der Dosiervorrichtung und/oder einer Zuleitung zu der Pumpvorrichtung gezogen werden, falls die Reaktion von der erwarteten Reaktion abweicht.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln eines zeitlichen Messverlaufs des Drucks mittels einer Druckmessvorrichtung zum Ermitteln der Reaktion vorgesehen. Vorteilhaft kann die Reaktion über der Zeit beobachtet beziehungsweise ermittelt werden, so dass vorteilhaft bei bekanntem Systemverhalten der Rückschluss auf die Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung gezogen werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ändern einer Förderrate der Pumpvorrichtung mittels des Änderns des Steuersignals vorgesehen. Unter der Voraussetzung einer korrekt funktionierenden Dosiervorrichtung bewirkt ein Erhöhen der Förderrate ein Ansteigen des Drucks und ein Erniedrigen der Förderrate ein Absinken des Drucks. Für den Fall, dass die Dosiervorrichtung eine Leckage aufweist, bis zum Extremfall unerwünschterweise ständig geöffnet ist, bleibt der erwartete Druckanstieg aus oder fällt zumindest schwächer aus, wobei vorteilhaft auf eine Fehlfunktion der Dosiervorrichtung geschlossen werden kann. Im entgegengesetzten Fall, falls die Dosiervorrichtung nicht öffnet, führt das Erhöhen der Förderrate zu einem übermäßigen Druckanstieg. In einem weiteren Fall, der ebenfalls zu einem unerwartet niedrigen Druckanstieg führt, kann die Pumpvorrichtung eine Leckage aufweisen. Ein weiterer Fehler, der einen Druckanstieg verhindert, könnte eine verstopfte, abgequetschte und/oder abgerissene Zuleitung zur Pumpvorrichtung darstellen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ändern einer Dosierrate der Dosiervorrichtung mittels des Änderns des Steuersignals vorgesehen. Vorteilhaft können die Förderrate und/oder die Dosierrate verändert werden, wobei beispielsweise bei einer konstanten Förderrate ein Verringern der Dosierrate zu einem Druckanstieg und ein Erhöhen der Dosierrate zu einer Verringerung des Drucks führt. Im allgemeinsten Fall kann unter dem Volumenstrom auch ein Volumenstrom von 0 verstanden werden, wobei auch die Dosierrate und die Förderrate zwischen 0 und einem beliebigen Wert geändert werden können. So ist es beispielsweise möglich, die Dosierrate und die Förderrate jeweils auf 0 zu stellen und dabei die Reaktion des Drucks zu beobachten. Falls dabei der Druck in einem gewissen Maß abfällt, kann auf eine unerwünscht hohe System-Leckage der Pumpvorrichtung und/oder der Dosiervorrichtung geschlossen werden. Für den Fall, dass die Dosierrate auf 0 gesetzt wird und sich ein unerwünscht niedriger Druck trotz einer erhöhten Förderrate einstellt, kann beispielsweise besonders gut darauf geschlossen werden, dass entweder die Pumpvorrichtung und/oder die Zuleitung defekt sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln einer Simulationsförderrate der Pumpvorrichtung in Abhängigkeit des Steuersignals und eines Pumpübertragungsverhaltens der Pumpvorrichtung und ein Ermitteln einer Simulationsdosierrate der Dosiervorrichtung in Abhängigkeit des Steuersignals und eines Dosierübertragungsverhaltens der Dosiervorrichtung und ein Ermitteln eines Simulationsverlaufs des Drucks in Abhängigkeit der Simulationsförderrate, der Simulationsdosierrate und eines Leitungsübertragungsverhaltens einer zwischen die Pumpvorrichtung und die Dosiervorrichtung geschalteten Leitungsanordnung vorgesehen. Bei dem Steuersignal kann es sich um ein beliebiges Signal zum Ansteuern der Pumpvorrichtung, der Dosiervorrichtung und weiterer Komponenten der Abgasreinigungsvorrichtung handeln. Insofern kann es sich bei dem Steuersignal um eine Mehrgrößengröße, die aus einzelnen Größen zusammengesetzt ist, handeln. Vorteilhaft kann in Kenntnis der Übertragungsverhalten der Pumpvorrichtung und der Dosiervorrichtung eine simulierte Bilanz des Volumenstrom und in Kenntnis des Leitungsübertragungsverhaltens der simulierte Simulationsverlauf des Drucks ermittelt werden. Vorteilhaft kann der Simulationsverlauf des Drucks mit dem zeitlichen Messverlauf des Drucks verglichen werden, wobei auftretende Abweichungen zum Diagnostizieren der Abgasreinigungsvorrichtung interpretiert werden können. Vorteilhaft kann dies zusammen mit der Änderung des Steuersignals gezielte Rückschlüsse und Eingrenzungen einzelner Fehlerquellen ermöglichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Abschalten der Pumpvorrichtung und gleichzeitiges Verschließen der Dosiereinrichtung mittels des Steuersignals vorgesehen. Vorteilhaft kann so ermittelt werden, ob die Pumpvorrichtung und/oder die Dosiervorrichtung eine unerwünscht hohe Leckage aufweisen. Gegebenenfalls können unter Berücksichtigung von Bauteilstreuungen ein oder mehrere Schwellwerte definiert werden, wobei, falls diese erfüllt sind, die Abgasreinigungsvorrichtung angezeigt werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein volumenstromgleiches Ansteuern der Pumpvorrichtung und der Dosiervorrichtung mittels des Steuersignals vorgesehen, wobei die Simulationsdosierrate und die Simulationsförderrate gleiche Werte aufweisen. Die Pumpvorrichtung und die Dosiervorrichtung werden also theoretisch volumenstromgleich angesteuert. Vorteilhaft kann die Reaktion des Drucks beziehungsweise des zeitlichen Verlaufs des Drucks beobachtet werden, wobei ein zu hoher oder zu niedriger Druck beispielsweise eine unerwünscht hohe Drift und/oder Leckage der Pumpvorrichtung und/oder der Dosiervorrichtung anzeigen kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln eines Gradienten des Drucks vorgesehen. Vorteilhaft kann es genügen, lediglich den Gradient des Drucks zu ermitteln, wobei beispielsweise im Falle des volumenstromgleichen Ansteuerns bereits ein positiver Gradient oder ein negativer Gradient des Drucks eine Aussage über die Funktionsfähigkeit der Abgasreinigungsvorrichtung ermöglicht. Gegebenenfalls kann für den Gradient des Drucks ein Schwellwert festgelegt werden, wobei, falls dieser erfüllt ist, die Abgasreinigungsvorrichtung angezeigt werden kann. Vorteilhaft spielt bei dieser Auswertung das Übertragungsverhalten der Leitung keine Rolle, wobei dennoch ermittelt werden kann, ob eine Leckage und/oder eine Verstopfung und/oder ein Leitungsabriss vorliegt.
Die Aufgabe ist außerdem bei einer Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens nach Anspruch 9 gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
Die Aufgabe ist außerdem bei einem Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Erfindung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die einzige 1 zeigt ein schematisches Funktionsschaltbild einer Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt eine Abgasreinigungsvorrichtung 1, die mittels eines Steuersignals 3 einer Steuervorrichtung 5 steuerbar und/oder regelbar ist. Die Steuervorrichtung 5 kann als separates Steuergerät oder als Teil einer Motorsteuerung beziehungsweise eines Motorsteuergeräts ausgelegt sein.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 dient zum Reinigen eines Abgasstroms 7 eines lediglich mittels des Bezugszeichens 9 angedeuteten Verbrennungsmotors eines nur teilweise dargestellten Kraftfahrzeugs 11. Eine Strömungsrichtung des Abgasstroms 7, ausgehend von dem Verbrennungsmotor 9 ist mittels eines ersten Pfeils 27 symbolisiert.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 weist eine Pumpvorrichtung 13 auf, mittels der ein Volumenstrom 15 eines Reduktionsmittels 17 zu einer Dosiervorrichtung 19 förderbar ist. Mittels der Dosiervorrichtung 19 wird das Reduktionsmittel 17 in den Volumenstrom 15 eindosiert. Eine Flussrichtung des Volumenstroms ist mittels eines zweiten Pfeils 29 symbolisiert.
Zwischen der Pumpvorrichtung 13 und der Dosiervorrichtung 19 ist eine Leitungsanordnung 20 geschaltet. Mittels der Leitungsanordnung 20 kann der Volumenstrom 15 des Reduktionsmittels 17 von der Pumpvorrichtung 13 zu der Dosiervorrichtung 19 geleitet werden. Die Leitungsanordnung 20 weist eine Druckmessvorrichtung 21 auf. Mittels der Druckmessvorrichtung 21 kann ein Druck 23 des in der Leitungsanordnung 20 geführten Volumenstroms 15 gemessen werden. Die Messung kann beispielsweise zum Ermitteln eines zeitlichen Messverlaufs 24 des Drucks 23 verwendet werden, wobei eine entsprechende Auswertung mittels der Steuervorrichtung 5 oder einer zusätzlichen Diagnoseeinheit, die mit der Steuervorrichtung 5 in Verbindung steht, erfolgen kann.
Der Abgasstrom 7 wird in einer nur teilweise dargestellten Abgasanlage des Kraftfahrzeugs 11 geführt, wobei die Abgasanlage stromabwärts der Dosiervorrichtung 19 zumindest eine Abgasreinigungskomponente 25 der Abgasreinigungsvorrichtung 1, beispielsweise einen Katalysator, aufweist.
Vorteilhaft kann das Steuersignal 3 mittels der Steuervorrichtung 5 geändert und/oder definiert eingestellt werden, wobei eine Reaktion des Drucks 23 und/oder des Messverlaufs 24 des Drucks 23 ermittelbar und zum Diagnostizieren der Abgasreinigungsvorrichtung 1 interpretierbar ist. Dabei ist es möglich, mittels bekannten Übertragungsverhalten der Pumpvorrichtung 13 und/oder der Dosiervorrichtung 19 in Abhängigkeit des Steuersignals 3 jeweils simulierte Simulationsförderraten beziehungsweise Dosierraten zu ermitteln, wobei vorteilhaft ein Simulationsverlauf des Drucks ermittelbar und mit dem Messverlauf 24 des Drucks 23 zum Diagnostizieren der Abgasreinigungsvorrichtung 1 vergleichbar ist. Der Druck der Pumpvorrichtung 13 wird mittels des Steuersignals 3 so angesteuert, dass der Druck 23 in der Leitungsanordnung 20 steigt und beim Eindosieren des Reduktionsmittels 17 der Druck 23 in der Leitungsanordnung 20 zwischen der Pumpvorrichtung 13 und der Dosiervorrichtung 19 wieder fällt. Vorteilhaft kann, unter der Voraussetzung eines bekannten mathematischen Zusammenhangs, zwischen dem Steuersignal 3 und einem Anstieg des Drucks 23, insbesondere in Kenntnis der Übertragungsverhalten der Pumpvorrichtung 13 und der Dosiervorrichtung 19, eine Bestimmung einer tatsächlich eindosierten Menge des Reduktionsmittels 17 in den Abgasstrom 7 erfolgen. Vorteilhaft kann dadurch ein Nachweis erbracht werden, dass das Reduktionsmittel 17 die Dosiervorrichtung 19 verlässt.
Ferner kann, unter der Voraussetzung eines bekannten mathematischen Zusammenhangs zwischen einem Druckabfall des Drucks 23 und dem Steuersignal 3 zur Ansteuerung der Dosiervorrichtung 19 ein direkter Mengenabgleich zwischen der Dosiervorrichtung 19 und der Pumpvorrichtung 13 erfolgen, so dass gegebenenfalls eine Leckagediagnose einer Dosierleitung der Leitungsanordnung 20 möglich ist. Vorteilhaft spielt eine Ausdehnung der Dosierleitung beziehungsweise der Leitungsanordnung 20 dabei eine untergeordnete Rolle, da der Druck 23 in der Dosierleitung der Leitungsanordnung 20 mit dem Ansteuern der Pumpvorrichtung 13 und eine damit eingebrachte Menge im Verhältnis einer Dosierventilansteuerung und damit einer Mengenentnahme und dem Druckverlauf im Verhältnis gesetzt sind. Dabei kann der zeitliche Verlauf, insbesondere der zeitliche Messverlauf 24 des Drucks 23 sägezahnförmig sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008047860 B3 [0002]
DE 102008034223 A1 [0002]
DE 102008052227 [0002]

Claims

Verfahren zum Diagnostizieren einer mittels eines Steuersignals (3) steuerbaren Abgasreinigungsvorrichtung (1) zum Reinigen eines Abgasstroms (7) eines Verbrennungsmotors (9) mittels einer selektiven katalytischen Reduktion, mit: – Fördern eines Volumenstroms (15) eines für die selektive katalytische Reduktion erforderlichen Reduktionsmittels (17) mittels einer Pumpvorrichtung (13) zu einer der Pumpvorrichtung (13) nachgeschalteten und dem Abgasstrom (7) zugeordneten Dosiervorrichtung (19), – Ändern oder definiertes Einstellen des Steuersignals (3) der Abgasreinigungsvorrichtung (1), – Ermitteln einer Reaktion eines Drucks (23) des Volumenstroms (15) zwischen der Pumpvorrichtung (13) und der Dosiervorrichtung (19) auf die Änderung des Steuersignals (3), – Interpretieren der Reaktion zum Diagnostizieren der Abgasreinigungsvorrichtung (1).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit: – Ermitteln eines zeitlichen Messverlaufs (24) des Drucks (23) mittels einer Druckmessvorrichtung (21) zum Ermitteln der Reaktion.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ändern einer Förderrate der Pumpvorrichtung (13) mittels des Änderns des Steuersignals (3).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ändern einer Dosierrate der Dosiervorrichtung (19) mittels des Änderns des Steuersignals (3)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ermitteln einer Simulationsförderrate der Pumpvorrichtung (13) in Abhängigkeit des Steuersignals (3) und eines Pumpübertragungsverhaltens der Pumpvorrichtung (13), – Ermitteln einer Simulationsdosierrate der Dosiervorrichtung (19) in Abhängigkeit des Steuersignals (3) und eines Dosierübertragungsverhaltens der Dosiervorrichtung (19), – Ermitteln eines Simulationsverlaufs des Drucks (23) in Abhängigkeit der Simulationsförderrate, der Simulationsdosierrate und eines Leitungsübertragungsverhaltens einer zwischen die Pumpvorrichtung (13) und die Dosiervorrichtung (19) geschalteten Leitungsanordnung (20).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Abschalten der Pumpvorrichtung (13) und gleichzeitiges Verschließen der Dosiervorrichtung (19) mittels des Steuersignals (3).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – volumengleiches Ansteuern der Pumpvorrichtung (13) und der Dosiervorrichtung (19) mittels des Steuersignals (3), wobei die Simulationsdosierrate und die Simulationsförderrate gleiche Werte aufweisen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit: – Ermitteln eines Gradienten des Drucks (23) und/oder des zeitlichen Messverlaufs (24) des Drucks (23).
Abgasreinigungsvorrichtung (1), insbesondere eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mittels eines Steuersignals (3) einer Steuervorrichtung (5) steuerbar ist, wobei mittels der Abgasreinigungsvorrichtung (1) ein Abgasstrom (7) eines Verbrennungsmotors (9) mittels einer selektiven katalytischen Reduktion reinigbar ist, mit: – einer Pumpvorrichtung (13), mittels der ein Volumenstrom (15) eines für die selektive katalytische Reduktion erforderlichen Reduktionsmittels (17) zu einer der Pumpvorrichtung (13) nachgeschalteten und dem Abgasstrom (7) zugeordneten Dosiervorrichtung (19) förderbar ist, – einer Druckmessvorrichtung (21), mittels der eine Reaktion eines Drucks (23) des Volumenstroms (15) zwischen der Pumpvorrichtung (13) und der Dosiervorrichtung (19) auf eine Änderung des Steuersignals (3) ermittelbar ist, wobei die Reaktion zum Diagnostizieren der Abgasreinigungsvorrichtung (1) interpretierbar ist.
Kraftfahrzeug (11) mit einer Abgasreinigungsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch.