DE102006033027B4

DE102006033027B4 - Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysators

Info

Publication number: DE102006033027B4
Application number: DE102006033027.7A
Authority: DE
Inventors: Damian Dyrbusch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2026-07-18
Also published as: DE102006033027A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysators zur Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei mittels einer Fördereinrichtung (110) über eine Druckleitung (141) ein Reagenzmittel in den Abgasstrom eindosiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der in der Druckleitung (141) vorhandenen Menge des Reagenzmittels die Füll- und/oder Entleerrate der Druckleitung (141) aus Betriebsgrößen der Fördereinrichtung (110) bestimmt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysators nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
Um insbesondere künftige gesetzliche Vorgaben bezüglich der Stickoxidemission von Kraftfahrzeugen zu erfüllen, müssen Abgase einer Abgasbehandlung unterzogen werden. Zur Verringerung von Stickoxidemissionen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, aber auch von Benzinmotoren, wird unter anderem das sogenannte Slective-Catalytic-Reduction(SCR)-Verfahren eingesetzt. Hierbei wird dem Abgasstrang eine definierte Menge des Reduktionsmittels Harnstoff bzw. eine Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) zugegeben. Für den stöchiometrischen Umsatz des aus Harnstoff im Abgasstrang generierten Ammoniak mit den im Abgas vorhandenen Stickoxiden, wird die HWL dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine zudosiert. Dabei wird in einer ersten Reaktionsstufe, insbesondere im Abgasstrang der in der HWL enthaltene Harnstoff mit Wasser zu Ammoniak und Kohlendioxid hydrolisiert. In einer zweiten Reaktionsstufe reduziert das Ammoniak die im Abgasstrang enthaltenen Stickoxide zu Stickstoff, wobei als Nebenprodukt Wasser erzeugt wird.
Das Reagenzmittel wird dabei von einer auch als Fördermodul bezeichneten Fördereinrichtung, gesteuert von einer Steuereinrichtung, insbesondere dem Steuergerät der Brennkraftmaschine, über eine Druckleitung dem im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten Dosierventil zugeführt und in einem fein zerstäubten Spray-Strahl im Bereich eines SCR-Katalysators einspritzt. Das Leitungssystem umfasst dabei in Kraftfahrzeugen Leitungslängen von mehreren Metern, beispielsweise bei einem Mittelklassefahrzeug 4 bis 5 m.
Der Gefrierpunkt des Reagenzmittels liegt bei etwa –11°C. Bei Unterschreiten dieser Temperatur muss daher sichergestellt sein, dass das Leitungssystem zwischen der Pumpe, die Teil der Fördereinrichtung ist, und dem Dosierventil so weit entleert wird, dass kein Reduktionsmittel nach dem Abschalten des Systems in den hydraulischen Komponenten gefrieren kann, um so Schäden an dem Fördermodul, den Leitungen und/oder dem Dosierventil zu vermeiden.
Aus der DE 101 39 142 A1 ist eine Abgasbehandlungseinheit bekannt geworden, bei der der Füllstand in dem Tank mittels eines Füllstandssensors erfasst wird. Dieser lässt jedoch keine Rückschlüsse über das im Leitungssystem vorhandene Reagenzmittel zu.
Die DE 198 19 579 C1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für eine mit einem SCR-Katalysator ausgestattete Brennkraftmaschine. Hier wird das Reduktionsmittel in einen Druckspeicher gefördert, die zur Abgasnachbehandlung aktuell benötigte Menge an Reduktionsmittel wird durch Öffnen einer Dosiereinrichtung aus dem Druckspeicher entnommen und eine Pumpe wird derart angesteuert, dass nur die durch die Dosierung verbrauchte Menge an Reduktionsmittel gefördert wird. Aussagen über eine in dem Leitungssystem vorhandene Menge an Reduktionsmittel können nicht getroffen werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass es eine präzise Erfassung der Menge des sich im Leitungssystem, insbesondere in der Druckleitung, befindlichen Reagenzmittels durch Bestimmung der Füll- und/oder Entleerrate der Drukleitung aus Betriebsgrößen einer Fördereinrichtung der Dosiereinrichtung ermöglicht.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
So wird die Füll- und/oder Entleerrate bevorzugt aus dem Ansteuersignal eines Dosierventils der Fördereinrichtung und dem Ansteuersignal einer Förderpumpe der Fördereinrichtung bestimmt. Es versteht sich hierbei, dass weitere Betriebsgrößen, welche das Volumen einer Reagenzmittel-Fördereinrichtung sowie das Leitungssystem, insbesondere die Druckleitung, charakterisieren und wenigstens eine das Reagenzmittel selbst charakterisierende Größe bei der Bestimmung berücksichtigt werden. Diese Größen sind jedoch nicht veränderlich, sondern unveränderliche, die Fördereinrichtung und das Leitungssystem, insbesondere die Druckleitung, sowie das Reagenzmittel charakterisierende Größen. Das in der Druckleitung vorhandene Reagenzmittel wird damit ausschließlich aus dem variablen Ansteuersignal des Dosierventils sowie dem variablen Ansteuersignal der Förderpumpe bestimmt. Auf diese Weise können Durchflusssensoren oder andere Einrichtungen zur Erfassung des Flusses in der Druckleitung entfallen. Da das Ansteuersignal der Förderpumpe und des Dosierventils der Fördereinrichtung jeweils die Leistung der Pumpe und des Dosierventils charakterisieren, ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auf besonders vorteilhafte Weise bei einem Ausfall oder einer Leistungsschwankung der Pumpe und/oder des Dosierventils sofort zu reagieren und die Füll-/Entleerrate sehr genau zu erfassen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Abhängigkeit der Füll-/Entleerrate von dem Ansteuersignal der Förderpumpe und dem Ansteuersignal des Dosierventils der Fördereinrichtung in einem Kennfeld gespeichert sind.
Die in der Druckleitung vorhandene Menge des Reagenzmittels wird bevorzugt durch einen Integrator ermittelt, der das Zeitintegral der Förder-/Entleerrate bildet.
Dieser Integrator wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform beim Eintritt in den Zustand Befüllen/Entleeren initialisiert. Auf diese Weise wird die der Druckleitung zu- oder abgeführte Menge des Reagenzmittels bei jedem Befüll-/Entleervorgang erfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch eine Dosiereinrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt;
2 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens und
3 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine Dosiereinrichtung, dargestellt in 1, weist eine auch als Fördermodul bezeichnete Fördereinrichtung 110 auf, die von einem Steuergerät 120 ansteuerbar ist. Die Fördereinrichtung 110 fördert aus einem Tank 130 ein Reagenzmittel, beispielsweise HWL (Harnstoff-Wasser-Lösung) über eine Saugleitung 132. Das Reagenzmittel wird durch ein Dosierventil 112, beispielsweise ein 4/2-Wegeventil einer Förderpumpe 114 zugeführt und unter einem vorgebbaren Druck, der durch einen Druckregler 116 einstellbar ist, einer Druckleitung 141 zugeführt, um sie auf an sich bekannte Weise durch ein Dosierventil 140 in den (nicht dargestellten) Abgastrakt einer Brennkraftmaschine im Bereich eines SCR-Katalysators einzuspritzen. Die Einspritzung erfolgt dabei durch Versprühen in feinsten Tröpfchen (Spray). Überschüssiges Reagenzmittel wird durch den Druckregler 116 über eine Rückleitung 138 wieder dem Tank 130 zugeführt. Wie 1 zu entnehmen ist, sind durch das Steuergerät 120 sowohl das Dosierventil 112 durch ein Ansteuersignal 221 und die Förderpumpe 114 durch ein Ansteuersignal 222 abhängig von einem den Druck in der Druckleitung 141 charakterisierenden Signal 142, welches durch einen Drucksensor 117 erfasst und dem Steuergerät 120 zugeführt wird, ansteuerbar.
In der Saugleitung 132 ist ferner ein Filter 111 vorgesehen. Die Einspritzung in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine erfolgt wie in der DE 101 39 142 A1 , dort insbesondere Absätze [0038] bis [0056], beschrieben, auf die vorliegend vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Zur Bestimmung des in der Druckleitung 141 vorhandenen Reagenzmittels kann nun die Füllrate und/oder die Entleerrate auf nachfolgend beschriebene Weise erfasst werden.
In 2a ist schematisch der Ablauf des Verfahrens zur Bestimmung der Füllrate beschrieben. Einer Recheneinheit 210 des Steuergeräts 120 wird das Ansteuersignal 221 des Dosierventils 112 sowie das Ansteuersignal 222 der Förderpumpe 114 zugeführt. Diese Ansteuersignale sind beispielsweise bevorzugt pulsweitenmodulierte Signale. Die Recheneinheit 210 ermittelt sodann die Füllrate 212, das heißt die Füllmenge pro Zeit. Diese wird – wie in 2b schematisch dargestellt – in einen Füllstand des Reagenzmittels in der Druckleitung 141 umgerechnet. Hierzu wird der Recheneinrichtung 210 neben dem Ansteuersignal 221 des Dosierventils 112 sowie dem Ansteuersignal 222 der Förderpumpe 114 auch die Dichte des Reagenzmittels 231, der Leitungsdurchmesser 232, die Leitungslänge 233 sowie das gesamte Volumen 234 der Fördereinrichtung 110 zugeführt und diese in entsprechenden Rechenschritten 251 bis 254 in die Füllrate 212 umgerechnet.
Beim Eintritt in den Zustand Befüllen wird hierzu ein Integrator 260 mit dem letzten gültigen Füllstatus initialisiert. Der Integrator bildet ein Zeitintegral über einen vorgebbaren Zeitraum. Der Integratorwert entspricht dem aktuellen Füllstand nach dem Befüllen der Druckleitung 141. Auf diese Weise wird der aktuelle Füllstatus in der Druckleitung ermittelt.
Sofern ein Entleeren der Druckleitung 141 stattfindet, wird ein Entleerfaktor 235 zusätzlich berücksichtigt, wie es schematisch in 3 dargestellt ist. In diesem Fall sind weitere Rechenschritte 255, 256 erforderlich, die zu einem Signal 213, welches die Entleerrate charakterisiert, führen. Diese Entleerrate wird wiederum in dem Integrator 260 nach anfänglicher Initialisierung des Integrators 260 über die Zeit integriert und auf diese Weise der Abfluss des Reagenzmittels aus der Druckleitung 141 bestimmt.
Zu erwähnen ist an dieser Stelle noch, dass das Ansteuersignal 221 des Dosierventils mittels eines Kennfelds 223 oder durch entsprechende Rechenoperationen in einen Öffnungsquerschnitt oder dergleichen umgerechnet wird. In entsprechender Weise wird aus einer Förderkennlinie 224 und aus dem Ansteuersignal 222 der Förderpumpe 114 eine Fördermenge pro Zeit ermittelt. Diese Fördermenge wird auf an sich bekannte Weise durch die Dichte des Mediums korrigiert. Aus der Länge und dem Innendurchmesser der Druckleitung wird ihr Volumen bestimmt. Die Fördermenge wird durch das Volumen der Druckleitung und der gesamten Fördereinheit 110 dividiert, mit dem Faktor 100 multipliziert und mit einem Korrekturfaktor, der sich aus dem sogenannten dutycycle des Dosierventils 112 und der das Dosierventil kennzeichnenden Kennlinie 223 errechnet, multipliziert.
Der so ermittelte Füllstand in der Druckleitung 141 wird in ein im Steuergerät 120 vorgesehenes EEPROM geschrieben und steht so beispielsweise bei einem Not-Aus als abgespeicherter Wert bei einem Neustart zur Verfügung.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysators zur Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei mittels einer Fördereinrichtung (110) über eine Druckleitung (141) ein Reagenzmittel in den Abgasstrom eindosiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der in der Druckleitung (141) vorhandenen Menge des Reagenzmittels die Füll- und/oder Entleerrate der Druckleitung (141) aus Betriebsgrößen der Fördereinrichtung (110) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füll- und/oder Entleerrate aus dem Ansteuersignal (221) eines Dosierventils (112) der Fördereinrichtung (110) sowie aus dem Ansteuersignal (222) einer Förderpumpe (114) der Fördereinrichtung (110) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Füll-/Entleerrate von dem Ansteuersignal (221) des Dosierventils (112) der Fördereinrichtung (110) sowie von dem Ansteuersignal (222) der Förderpumpe (114) der Fördereinrichtung (110) in wenigstens einem Kennfeld (223) gespeichert ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Integrator (260) das Zeitintegral der Förder-/Entleerrate gebildet wird und hieraus auf die Menge des in der Druckleitung (141) vorhandenen Reagenzmittels geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator (260) bei Eintritt in den Zustand Befüllen/Entleeren durch den aktuellen Füllstand initialisiert wird.