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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung des Signals eines in einem Reduktionsmittel-Tank, insbesondere in einem HWL-Tank angeordneten Temperatursensors.
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Gegenstand der Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Die Abgase von Brennkraftmaschinen, die mit einer Luftzahl Lambda = 1 betrieben werden, also Otto-Brennkraftmaschinen werden mit Hilfe sogenannter Dreiwegekatalysatoren wirkungsvoll gereinigt. Dabei werden insbesondere Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid aus dem Abgas entfernt. Die Abgase von Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuss Lambda > 1 arbeiten, also beispielsweise Dieselbrennkraftmaschinen oder Otto-Brennkraftmaschinen im Magerbetrieb, sind mit derartigen Katalysatoren nur teilweise zu reinigen. Es werden hierbei lediglich die Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid weitgehend abgebaut, während aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts im Abgas Stickoxide nicht merklich vermindert werden können.
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Um auch eine Reinigung von Stickoxiden in Abgasen derartiger Brennkraftmaschinen zu ermöglichen, ist die sogenannte selektive katalytische Reaktion bekannt (Selective Catalytic Reduction, SCR-Verfahren). Als Reduktionsmittel wird hierbei häufig Ammoniak eingesetzt, der beim SCR-Verfahren durch Harnstoff-Hydrolyse erzeugt wird. Der in wässriger Lösung mitgeführte Harnstoff dient als Ammoniakträger und wird mit Hilfe eines Dosiersystems von einem Hydrolysekatalysator zu Ammoniak umgewandelt, der dann in dem SCR-Katalysator Stickoxide reduziert. Die wässrige Harnstofflösung, nachfolgend auch kurz als „Reduktionsmittel” bezeichnet, wird in einem Tank, nachfolgend auch als HWL-Tank bezeichnet, gespeichert.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren eines entsprechenden Reagenz- oder Reduktionsmittels zur Reinigung des Abgases von Brennkraftmaschinen ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 021 372 A1 bekannt geworden.
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Die wässrige Harnstoff-Wasser-Lösung, die in dem HWL-Tank gespeichert wird, gefriert dort ab einer Temperatur von –11°C. In diesem Fall wird der Systemstart und damit die NOx-Reduktion abhängig von der genauen Tanktemperatur entsprechend den von den Umweltbehörden vorgegebenen maximalen Auftauzeigen verzögert, um in dieser Zeit eine Minimalmenge HWL aufzutauen. Um die Temperatur in dem HWL-Tank festzustellen, ist im HWL-Tank ein Tanktemperatursensor verbaut. Dieser Tanktemperatursensor muss als abgasrelevante Komponente nach den Vorschriften der On-Board-Diagnose II (OBD II) überwacht werden. Die OBD II verlangt, dass abgasrelevante Komponenten die folgenden Forderungen erfüllen:
- – SCR-Signal Range Check: kontinuierliche elektrische Überwachung abgasrelevanter Komponenten;
- – rationality faults: Funktion zur Plausibilisierung, um zu erkennen, ob sich der eingelesene Sensorwert in einem plausiblen Bereich bewegt und ob er ein plausibles Verhalten aufweist;
- – Manipulationserkennung: eine einfache Manipulation der abgasrelevanten Komponenten muss detektierbar sein.
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Um nun diese Funktionen bei einem Temperatursensor, der in einem HWL-Tank verbaut ist, zu realisieren, das heißt um eine verlässliche Plausibilisierung eines Temperatursensors vorzunehmen, muss beispielsweise ein zweiter Temperatursensor vorgesehen sein, mit dessen Hilfe der erste Temperatursensor überprüft wird. Die Verbauung eines zweiten Temperatursensors ist jedoch sehr kostenaufwendig.
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Das
US-Patent 6 063 350 A beschreibt eine Reagenzmittel-Dosiervorrichtung, bei welcher das Reagenzmittel in einem Tank gespeichert ist. In dem Reagenzmitteltank sind sowohl ein Tankpegelsensor als auch ein Temperatursensor angeordnet. Das gesamte System wird mittels einer Diagnose überwacht. Die Diagnose sieht eine Überprüfung vor, ob sich sowohl der von dem Tankpegelsensor als auch der von dem Temperatursensor bereitgestellte Messwert innerhalb vorgegebener Grenzen ändern. Eine Korrelation der beiden erfassten Messwerte ist nicht vorgesehen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 101 12 139 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Sensoren, die in einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, wobei die Überwachung exemplarisch an Temperatursensoren erläutert ist. Nach einem Abkühlen der Brennkraftmaschine und des Abgasnachbehandlungssystems auf Umgebungstemperatur wird ein von einem ersten Temperatursensor erfasster Messwert mit einem von einem weiteren Temperatursensor bereitgestellten Messwert verglichen, wobei der weitere Temperatursensor an einer anderen Position in dem Abgasnachbehandlungssystem positioniert ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Plausibilisierung des Signals eines in einem HWL-Tank angeordneten Temperatursensors zu vermitteln, welches ohne einen zweiten Temperatursensor auskommt und damit technisch einfach und kostengünstig zu realisieren ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Grundidee der Erfindung ist es, den Tanklevelsensor, der bislang nur zur Bestimmung des Tankfüllstandes verwendet wird, zur Überwachung des Tanktemperatursensors heranzuziehen. Der Einsatz des Tanklevelsensors zur Plausibilisierung des Tanktemperatursensorsignals erfordert keine zusätzliche Hardware, beispielsweise keinen weiteren redundanten Temperatursensor und keine zusätzliche Verschaltung und so weiter. Der Tankfüllstand wird mittels eines in gleicher Füllstandsposition wie der Temperatursensor angeordneten – ohnehin vorhandenen – Tanklevelsensors erfasst, das Tanklevelsensorsignal wird mit dem Temperatursensorsignal verglichen und dann, wenn vorgebbare Tanklevelsensorsignalwerte mit vorgebbaren Temperatursensorsignalwerten innerhalb vorgebbarer Grenzen korrelieren, wird auf einen funktionsfähigen Temperatursensor und/oder auf einen funktionsfähigen Tanklevelsensor geschlossen. Innerhalb vorgebbarer Grenzen bedeutet dabei beispielsweise im Falle des Temperatursensors innerhalb vorgebbarer Temperaturschranken, in dem Falle des Tanklevelsensors bedeutet es innerhalb vorgebbarer Füllstandsschranken. Korrelieren heißt im weitesten Sinne „zusammenpassen” oder „miteinander vereinbar sind” oder „plausibel aufeinander beziehbar sind”. Der große Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass mit Hilfe der beiden in dem Tank angeordneten Sensoren eine gegenseitige Plausibilisierung der Sensorsignale möglich ist.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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So sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens für den Fall, dass die Tanktemperatursensorwerte Temperaturwerten unterhalb des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels entsprechen, vor, dann auf einen funktionsfähigen Tanktemperatursensor und/oder auch einen funktionsfähigen Tanklevelsensor zu schließen, wenn der Tanklevelsensor das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit erkennt. Wenn nämlich die Temperaturwerte unterhalb des Gefrierpunktes des Reduktionsmittels liegen und der Temperatursensor einen Wert unterhalb des Gefrierpunktes des Reduktionsmittels erkennt, kann der Tanklevelsensor keine Flüssigkeit erkennen, da diese gefroren ist. Ein ordnungsgemäß funktionierender Tanklevelsensor gibt in diesem Falle kein Füllstandssignal aus. Im Ergebnis muss von einem funktionsfähigen Tanklevelsensor und einem funktionsfähigen Tanktemperatursensor ausgegangen werden.
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Wenn der Tanktemperatursensor Werte ausgibt, die Temperaturwerten entsprechen, die oberhalb des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels liegen, findet eine Plausibilisierung des Temperatursensors dadurch statt, dass die Sensorsignale des Temperatursensors und des Tanklevelsensors miteinander verglichen werden. Dies geschieht in diesem Fall dadurch, dass geprüft wird, ob der Tanklevelsensor Werte ausgibt, die auf das Vorhandensein von Flüssigkeit schließen lassen. Wenn dies der Fall ist, kann davon ausgegangen werden, dass sowohl der Tanktemperatursensor als auch der Tanklevelsensor ordnungsgemäß funktionieren, jedenfalls kann nicht ein Ausfall einer dieser beiden Sensoren erkannt werden.
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Wenn jedoch die Tanklevelsignalwerte nicht innerhalb der vorgebbaren Grenzen mit den Tanktemperatursignalwerten korrelieren, wenn also beispielsweise kein Füllstand erkannt wird, obwohl die gemessene Temperatur des Reduktionsmittels oberhalb des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels liegt, ist vorgesehen, in dem Tanksystem durch Betätigen einer Pumpe einen Druck aufzubauen und abhängig davon, ob ein Druckaufbau möglich ist oder nicht, Aussagen über die Funktionsfähigkeit des Tanktemperatursensors und/oder des Tanklevelsensors zu treffen. So ist beispielsweise vorteilhafterweise vorgesehen, dass dann, wenn eine Plausibilisierung der von dem Tanklevelsensor ausgegebenen Signalwerte und der von dem Temperatursensor ausgegebenen Signalwerte nicht möglich ist, zu versuchen, einen Druck in dem Druckleitungssystem einer solchen, an sich bekannten Dosiervorrichtung aufzubauen. Wenn in diesem Falle einer der Sensoren ein Signal ausgibt, das auf das Vorhandensein von Flüssigkeiten im Tank schließen lässt, beispielsweise wenn der Temperatursensor ein Signal für eine Temperatur größer als die Gefrierpunkttemperatur des Reduktionsmittels ausgibt oder wenn der Tanklevelsensor ein Signal für einen Flüssigkeitsstand ausgibt und der jeweils andere Sensor ein Signal ausgibt, das darauf schließen lässt, dass keine Flüssigkeit in dem Tank vorhanden ist, beispielsweise wenn der Tanklevelsensor ein Signal ausgibt, das auf einen leeren Tank schließen lässt bzw. wenn der Temperatursensor ein Signal ausgibt, das auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts schließen lässt, also auf das Vorhandensein von gefrorenem Reduktionsmittel, dann kann mit Hilfe des Versuchs, Druck aufzubauen, ein eventuell vorhandener Fehler auf folgende Weise erkannt und lokalisiert werden:
Ist ein Druckaufbau möglich, was nur der Fall ist, wenn die Pumpe Reduktionsmittel fördern kann, wenn also das Reduktionsmittel in flüssiger Form vorliegt, so kann darauf geschlossen werden, dass der Sensor, der das Nichtvorhandensein der Flüssigkeit erkennt, defekt ist. Wenn jedoch ein Druckaufbau nicht möglich ist, beispielsweise weil der Tank leer ist oder weil das Reduktionsmittel gefroren ist, kann darauf geschlossen werden, dass der Sensor, der Flüssigkeit erkennt, defekt ist. Es ist insoweit gewissermaßen ein Ausschlussverfahren realisierbar.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht einen Offsettest vor. In diesem Falle ist vorgesehen, dass dann, wenn der Temperatursensorwert einem Wert entspricht, der unterhalb des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels liegt, die Flüssigkeit in dem HWL-Tank zu beheizen und den Temperatursensorwert mit dem Tanklevelsensorwert während des Heizvorgangs zu vergleichen und zu dem Zeitpunkt, zu dem der Tanklevelsensorwert einem Wert entspricht, der das Vorhandensein von flüssigem Reduktionsmittel charakterisiert, den Temperatursensorwert mit dem den Gefrierpunkt des Reduktionsmittels charakterisierenden Temperaturwert zu vergleichen und bei Nichtübereinstimmung einen Abgleich, also eine Kalibrierung des Temperatursensorwerts vorzunehmen. Dieser Abgleich kann beispielsweise durch eine Offsetbildung bewerkstelligt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Zusammenhang mit der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreiben näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch ein HWL-Tanksystem, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt;
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2 ein Ablaufdiagramm von erfindungsgemäßen Verfahrensabläufen und
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3 ein Ablaufdiagramm einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung des Temperatursensors.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Ein Beispiel eines Reduktionsmitteltanksystems, beispielsweise eines HWL-Tanksystems ist schematisch in 1 dargestellt. Ein Tank 100 ist mit einem Reduktionsmittel, beispielsweise einer Harnstoffwasserlösung 110 gefüllt. Der Tank 100 ist mit einer Pumpe 150 fluidisch verbunden, die das Reduktionsmittel auf an sich bekannte Weise in ein Druckleitungssystem befördert, das zu einem Dosierventil (nicht dargestellt) führt. In dem Tank 100 sind ein Tanklevelsensor 120 und ein Tanktemperatursensor 140 in etwa gleicher Füllstandsposition, das heißt gleicher Füllstandshöhe angeordnet. Die Signale dieser beiden Sensoren werden einem Steuergerät 200 zugeführt, in dem die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte ablaufen. Das Verfahren kann als Computerprogramm in dem Steuergerät 200 implementiert sein. Der Quellcode kann auf einem Computerprogrammprodukt gespeichert sein, den das Steuergerät 200 einlesen kann. Auf diese Weise ist auch eine Nachrüstung an sich bestehender Tanksysteme, welche einen Tanktemperatursensor 140 und einen Tankfüllstands- oder Tanklevelsensor 120 aufweisen, möglich.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird nachfolgend in Verbindung mit 2 beschrieben. In einem ersten Schritt 210 wird geprüft, also beispielsweise mit Hilfe des Tanktemperatursensors 140 gemessen, ob der von dem Temperatursensor 140 erfasste Temperaturwert kleiner ist als die Gefriertemperatur TG. Gleichzeitig wird mittels des Tanklevelsensors 120 der Füllstand erfasst. Liegt der der Füllstand nicht in flüssiger Phase vor, was in Schritt 215 überprüft wird, in dem F? die Prüfung des Vorhandenseins der flüssigen Phase bedeutet, kann angenommen werden, dass beide Sensoren ordnungsgemäß arbeiten (Schritt 217, TS o. k., LS o. k.). Liegt der Füllstand jedoch innerhalb vorgebbarer Grenzen, das heißt, liegt das Reduktionsmittel in flüssiger Phase vor, wird in Schritt 218 angenommen, dass der Temperatursensor TS oder der Füllstandssensor LS nicht ordnungsgemäß funktionieren („LS n. o. k.?” „TS n. o. k.?”). Dies deshalb, weil dann, wenn sich flüssiges Reduktionsmittel im Tank befindet, die Temperatur des Reduktionsmittels nicht kleiner sein kann als die Gefriertemperatur. Rein prinzipiell kann hier jedoch auch der Fall vorliegen, dass der Füllstandssensor LS nicht ordnungsgemäß funktioniert, dass also in Wirklichkeit gar kein flüssiges Reduktionsmittel vorliegt. Um festzustellen, welcher der beiden Sensoren nicht ordnungsgemäß funktioniert, wird daher ein Druckaufbau in Schritt 230 vorgenommen. Durch einen Druckaufbau kann übrigens auch das ordnungsgemäße Funktionieren der beiden Sensoren, das in Schritt 217 festgestellt wurde, verifiziert werden.
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Druckaufbau bedeutet dabei, dass die Pumpe 150 auf an sich bekannte Weise das Reduktionsmittel über ein Druckleitungssystem zu Dosierventil fördert einem (nicht dargestellt). Ein Druckaufbau ist damit gleichzusetzen mit der Fähigkeit, Flüssigkeit durch die Pumpe 150 zu fördern. Dies wird in Schritt 240 geprüft, in dem P? die Prüfung bedeutet, ob ein Druckaufbau möglich ist. Wenn dies der Fall ist, kann darauf geschlossen werden, dass der Sensor, der das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit erkennt, defekt ist. Wenn beispielsweise in diesem Falle der Tankfüllstandssensor 120 einen Füllstand erfasst und der Temperatursensor 140 einen Wert erfasst, der unter der Gefriertemperatur liegt, muss darauf geschlossen werden, dass der Temperatursensor 140 defekt ist. Wenn dagegen der Temperatursensor 140 einen Wert erfasst, der größer ist als die Gefriertemperatur und der Füllstandssensor 120 keinen Füllstand erfasst, muss davon ausgegangen werden, dass der Füllstandssensor defekt ist. Dies wird in Unterprogramm 241 festgestellt und gegebenenfalls eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.
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Wenn dagegen kein Druckaufbau möglich ist, wenn sich also kein flüssiges Reduktionsmittel im Tank 100 befindet, muss der Sensor, der das Vorhandensein von flüssigem Reduktionsmittel erkennt, defekt sein. Wenn demgemäß kein Druckaufbau möglich ist und der Temperatursensor 140 einen Wert erfasst, der unterhalb der Gefriertemperatur liegt, der Füllstandssensor 120 jedoch einen Wert ausgibt, der das Vorhandensein von flüssigem Reduktionsmittel charakterisiert, so muss auf einen defekten Füllstandssensor 120 geschlossen werden. Wenn umgekehrt der Füllstandssensor 120 einen Wert erfasst, der auf das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit schließen lässt und der Temperatursensor 140 einen Wert erfasst, der größer ist als die Gefriertemperatur, so muss auf einen Defekt des Temperatursensors 140 geschlossen werden. Dies wird in Unterprogramm 242 festgestellt und gegebenenfalls eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.
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Es ist durch den Druckaufbau gewissermaßen ein Auswahlverfahren möglich, das eine Eingrenzung der Fehlerquelle gestattet.
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Wenn die Temperatur T dagegen größer ist als die Gefriertemperatur TG, die Abfrage in Schritt 210 also mit nein zu beantworten ist, wird wiederum geprüft (Schritt 220), ob flüssiges Reduktionsmittel vorliegt. Wenn dies der Fall ist und entsprechend von dem Füllstandsensor 120 ein Flüssigkeitslevel erfasst wird, und wenn auch die mittels des Temperatursensors 140 gemessene Temperatur innerhalb vorgebbarer Schranken einem Wert entspricht, der größer ist als die Gefriertemperatur TG des Reduktionsmittels, wird in Schritt 222 geschlossen, dass der Tanktemperatursensor 140 und der Füllstandsensor 120 ordnungsgemäß funktionieren. Dies insbesondere, wenn die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte 220, 222 durchgeführt werden, nachdem das Reduktionsmittel in dem Tank durch Erwärmen aufgetaut wurde.
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Wenn die Abfrage in Schritt 220 jedoch mit nein beantwortet wird, wenn also kein flüssiges Reduktionsmittel erfasst wird, obwohl die Temperatur größer ist als die Gefriertemperatur TG des Reduktionsmittels, muss in Schritt 228 eine Ausgabe erfolgen, dass der Temperatursensor 140 nicht ordnungsgemäß funktioniert und/oder dass der Tanklevelsensor 120 nicht ordnungsgemäß funktioniert. In diesem Falle erfolgt wiederum ein Druckaufbau (Schritt 250) und es wird in Schritt 260 geprüft, ob ein Druckaufbau möglich ist. Ist ein Druckaufbau möglich, muss der Sensor, der das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit erkennt, defekt sein, beispielsweise der Füllstandssensor 120, sofern er keinen Füllstand erkennt oder der Temperatursensor 140, weil er eine Temperatur ausgibt, die unterhalb der Gefriertemperatur liegt. Dies wird in Unterprogramm 261 festgestellt und gegebenenfalls eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben. Wenn jedoch ein Druckaufbau nicht möglich ist, kann davon ausgegangen werden, dass der Temperatursensor 140, der eine Temperatur unterhalb der Gefriertemperatur erfasst, ordnungsgemäß funktioniert, wohingegen der Füllstandssensor 120, der das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit erkennt, nicht ordnungsgemäß funktioniert. Dies wird in Unterprogramm 262 festgestellt und gegebenenfalls die entsprechende Fehlermeldung ausgegeben. Es ist also auch in diesem Fall eine Eingrenzung des Fehlers, also eine Ermittlung des defekten Sensors durch dieses Auswahlverfahren möglich, wobei auch hier zu bemerken ist, dass auch das ordnungsgemäße Funktionieren der Sensoren (Schritt 222) auf entsprechende Weise verifiziert werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens erlaubt eine Offsetbestimmung und damit die Kalibrierung des Temperatursensors 140. Dieses Verfahren wird nachfolgend in Verbindung mit 3 erläutert. Zunächst wird in Schritt 310 geprüft, ob die Temperatur des Reduktionsmittels kleiner ist als dessen Gefriertemperatur T < TG. Wenn dies nicht der Fall ist, wird vor Schritt 310 zurückgesprungen. Wenn dies jedoch der Fall ist, wenn also das Reduktionsmittel gefroren ist, wird in Schritt 320 das Reduktionsmittel im Tank erwärmt und in Schritt 330 mittels des Tanklevelsensors 120 geprüft, ob flüssiges Reduktionsmittel vorliegt. Diese Schritte werden so lange durchlaufen, bis der Punkt eintritt, dass das Reduktionsmittel am Tanklevelsensor 120 in flüssiger Form vorliegt. Hierzu wird immer dann, wenn dies nicht der Fall ist, vor Schritt 320 zurückgesprungen und das Reduktionsmittel weiter erwärmt. Sobald allerdings das Reduktionsmittel in flüssiger Form vorliegt, wird in Schritt 340 mit Hilfe des Temperatursensors 140 geprüft, ob die gemessene Temperatur T der Gefriertemperatur TG entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt 342 ausgegeben, dass der Temperatursensor 140 ordnungsgemäß funktioniert. Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt in Schritt 350 ein Abgleich des Temperatursensors 140 im Sinne einer Kalibrierung, beispielsweise durch Offsetbildung.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren kann – wie erwähnt – als Computerprogramm ausgeführt sein und in dem Steuergerät 200 implementiert sein. Es kann auf einem Computerprogrammprodukt gespeichert sein und insoweit auch bei bestehenden Systemen nachgerüstet werden.