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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Druckmodells einer Vorrichtung zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang, sowie eine Vorrichtung zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang, deren Druckmodell mittels eines Verfahrens gemäß der Erfindung kalibriert werden kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät.
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Stand der Technik
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Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Dadurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Als Reaktionsmittel bzw. Reduktionsmittel werden daher NH3 bzw. NH3– abspaltende Reagenzien eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die in Strömungsrichtung vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang über ein Dosierventil eingespritzt wird. Aus dieser Lösung bildet sich NH3, das als Reduktionsmittel wirkt. Zur Bevorratung der Harnstofflösung ist ein Reduktionsmitteltank erforderlich.
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Der Reduktionsmitteltank ist üblicherweise mit einer Saugleitung ausgestattet, um die Harnstofflösung aus dem Tank absaugen zu können. Zur Förderung der Harnstofflösung ist eine Förderpumpe vorgesehen, die die Lösung durch ein Leitungssystem zu dem Dosierventil fördert, so dass die Harnstofflösung über das Dosierventil, unter Druck in den Abgasstrang eingespritzt werden kann. Eine Einspritzung der Harnstofflösung erfolgt bedarfsgerecht in Abhängigkeit von den bei der Verbrennung entstehenden Stickoxiden. Die erforderliche Menge wird beispielsweise in einem Steuergerät in Abhängigkeit von der Motordrehzahl oder anderen Betriebsgrößen ermittelt. Das Dosierventil wird üblicherweise entsprechend angesteuert. Hierbei bildet das Reduktionsmitteldosiersystem ein hydraulisches System, wobei für die Dosierung des Reduktionsmittels der Reduktionsmitteldruck maßgeblich ist. Üblicherweise wird mit Hilfe eines Drucksensors der Systemdruck erfasst und mittels der Förderpumpe ein vorgebbarer Systemdruck eingeregelt.
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Befindet sich kein Drucksensor in dem Reduktionsmitteldosiersystem, so wird stattdessen ein Druckmodell verwendet, um den Systemdruck zu erfassen. Das derzeit genutzte Dosiersystem der Anmelderin z.B., welches unter dem Namen DNOX5 System bekannt ist, ist statt eines Drucksensors mit einer Druckdetektion ausgestattet, bei welcher aus dem Stromverlauf der Pumpenansteuerung auf den Systemdruck zurückgerechnet wird. Aufgrund von Bauteiltoleranzen und Lebensdauerdrifts kommt es zu einem Detektionsfehler, welcher sich mit zunehmendem Alter des Systems vergrößert. Daher soll eine Funktion etabliert werden, mittels der das Druckmodell kalibriert werden kann, wobei zur Erzeugung eines verlässlichen Druckwerts zum Zweck der Kalibrierung ein mechanisches Überdruckventil eingesetzt werden soll. Aus der
DE 10 2009 032 487 A1 ist schon eine Gefrierschutzvorrichtung für eine Einspritzeinrichtung zur Injektion eines Reduktionsmittels in den von einer Verbrennungsvorrichtung abgegebenen Abgasstrom innerhalb einer Abgasreinigungseinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt. Insbesondere umfasst diese Gefrierschutzvorrichtung ein Überdruckventil, welches den Innen- und Außenraum der Einspritzeinrichtung verbindet. Das bedeutet, dass sich in der in diesem Dokument beschriebenen Einspritzeinrichtung zur Injektion eines Reduktionsmittels ein Überdruckventil in einer Verbindungsleitung zwischen dem Reduktionsmitteltank und dem Einspritzventil befindet.
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Offenbarung der Erfindung
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Kern der Erfindung ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Druckmodells einer Vorrichtung zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang.
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Die Vorrichtung zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang deren Druckmodell durch das erfindungsgemäße Verfahren kalibriert werden soll, weist eine Förderpumpe auf, die in einer fluidischen Verbindung zwischen einem Reduktionsmitteltank und einem Dosierventil angeordnet ist, wobei die Vorrichtung keine Rücklaufleitung aufweist, welche das Dosierventil fluidisch mit dem Reduktionsmitteltank verbindet, und wobei ein Überdruckventil in einer Leitung angeordnet ist, die das Dosierventil fluidisch mit dem Reduktionsmitteltank verbindet, wobei das Überdruckventil schließt, wenn es entgegen der Förderrichtung der Förderpumpe von einem Fluid durchströmt wird. Unter einer Rücklaufleitung wird eine Leitung ohne Ventile und dergleichen verstanden, welche es ermöglicht, dass das Reduktionsmittel ungehindert in den Reduktionsmitteltank zurück laufen kann. Das Verfahren zum Kalibrieren eines Druckmodells umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird das Dosierventil geschlossen. Danach wird der Druck zwischen dem Dosierventil und einem Überdruckventil auf einen Öffnungsdruck mittels der Förderpumpe erhöht. Dabei ist der Öffnungsdruck der Druck bei dem sich das Überdruckventil öffnet. Im letzten Schritt wird das Druckmodell durch den Vergleich eines modellierten Wertes des Drucks zwischen dem Dosierventil und dem Überdruckventil mit dem Öffnungsdruck korrigiert.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass mit der Kalibrierung des Druckmodells die Toleranz des Druckmodells, wie z.B. die Bauteiltoleranzen und Bauteilsdrifts, signifikant reduziert, bzw. korrigierten werden können.
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Vorzugsweise wird ein Druckmodellsignal des Druckmodells beim Kalibrieren des Druckmodells gefiltert.
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Ein Vorteil der Filterung des Druckmodellsignal des Druckmodells beim Kalibrieren ist, dass das Druckmodell auf einen repräsentativen Druck korrigiert wird und nicht auf betriebsbedingte Druckspitzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum einen mittels einer Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie aus dem Stand der Technik, z.B. aus der
DE 10 2009 032 487 A1 bekannt ist. Zum anderen umfasst die Erfindung aber auch eine Vorrichtung zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Förderpumpe, die in einer fluidischen Verbindung zwischen einem Reduktionsmitteltank und einem Dosierventil angeordnet ist, wobei diese Vorrichtung keine Rücklaufleitung aufweist, welche das Dosierventil fluidisch mit dem Reduktionsmitteltank verbindet. Der Unterschied dieser Vorrichtung zu einer herkömmlichen Vorrichtung ist, dass ein Eingang der Förderpumpe über mehrere Leitungen mit einem Fördermodul der Förderpumpe fluidisch verbunden ist, wobei in mindestens einer Leitung ein Überdruckventil angeordnet ist, welches schließt wenn es von einem Fluid in Förderrichtung des Fördermoduls durchströmt wird, und in mindestens einer anderen Leitung ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches schließt wenn es entgegen der Förderrichtung des Fördermoduls von einem Fluid durchströmt wird.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung ist es, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf die Verbindungsleitung, welche das Dosierventil fluidisch mit dem Reduktionsmitteltank verbindet, verzichtet werden kann. Des Weiteren ist das Überdruckventil in der Vorrichtung vorteilhafter Weise in die Förderpumpe integriert, so dass ein einfacherer Zusammenbau der Vorrichtung, des Dosierventils und des Reduktionsmitteltanks möglich ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu eingerichtet eine Reduktionsmittellösung bei einem zwischen dem Überdruckventil und dem Dosierventil vorliegenden Betriebsdruck einzudosieren, wobei der Betriebsdruck insbesondere kleiner als ein Öffnungsdruck des Überdruckventils ist, da andernfalls das Überdruckventil öffnet und ein Mengenbilanzfehler zwischen geförderter und eingespritzter Menge entsteht. Unter dem Betriebsdruck wird der Druck verstanden, der beim Betreiben, also beim Eindosieren einer Reduktionsmittellösung, innerhalb des Förder- und Dosiersystems herrscht.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder elektronischen Steuergerät ausgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen.
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Die Erfindung umfasst außerdem ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, ein Druckmodell einer Vorrichtung zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu kalibrieren.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang nach dem Stand der Technik, deren Druckmodell mittels eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kalibriert werden kann,
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2 ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Kalibrieren eines Druckmodells veranschaulicht und
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3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang, welche keine Rücklaufleitung aufweist.
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Ausführungsbeispiele
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1 zeigt in schematischer Weise eine herkömmliche Vorrichtung 1a zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang 5 einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung 1a umfasst eine Förderpumpe 11, die in einer fluidischen Verbindung zwischen einem Reduktionsmitteltank 2 und einem Dosierventil 3 angeordnet ist. Die Vorrichtung 1a weist weiterhin eine Verbindungsleitung auf, welche das Dosierventil 3 fluidisch mit dem Reduktionsmitteltank 2 verbindet und innerhalb derer sich ein Überdruckventil 13 befindet. Wenn sich dieses Überdruckventil 13 öffnet, so wird der Systemdruck zum Reduktionsmitteltank 2 hin entlastet. Die Förderpumpe 11 umfasst ein Fördermodul 112, sowie Rückschlagventile 111 und 113, welche schließen, wenn sie entgegen der Förderrichtung des Fördermoduls 112 von einem Fluid durchströmt werden. Die Vorrichtung 1a weist des Weiteren eine Rückfördereinheit 12 auf, welche eine Rückförderpumpe 122 und Rückschlagventile 121 und 123 umfasst. Die Rückschlagventile 121 und 123 schließen, wenn sie entgegen der Förderrichtung der Rückförderpumpe 122 von einem Fluid durchströmt werden. Von dem Reduktionsmitteltank 2 führt eine Leitung zur Förderpumpe 11 und von dort aus weiter zum Dosierventil 3. Zwischen Förderpumpe 11 und Dosierventil 3 ist ein Druckdämpfer 14 angeordnet. Zwischen dem Dosierventil 3 und dem Abgasstrang 5 befindet sich eine Einspritzdüse 4. Die Vorrichtung 1a sowie das Dosierventil 3 werden von einem Steuergerät 6 angesteuert. Anstelle einer Rücklaufleitung weist die Vorrichtung 1a eine Rückförderpumpe, sowie eine Verbindungsleitung auf, welche das Dosierventil 3 fluidisch mit dem Reduktionsmitteltank 2 verbindet und innerhalb derer sich ein Überdruckventil 13 befindet. Die Vorrichtung 1a umfasst keinen Drucksensor zum Erfassen des Systemdrucks. Stattdessen wird der Systemdruck mittels eines Druckmodells bestimmt.
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2 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Kalibrieren dieses Druckmodells veranschaulicht. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung 1a wird zunächst ein Computerprogramm zur Durchführen des Verfahrens gestartet 70. Danach wird das Dosierventil 3 geschlossen 71 und der Druck zwischen dem Dosierventil 3 und dem Überdruckventil 13, welches sich in der Verbindungsleitung zwischen dem Reduktionsmitteltank 2 und dem Dosierventil 3 befindet, mittels der Förderpumpe 11 bis auf einen Öffnungsdruck pöff erhöht 72. Dabei ist der Öffnungsdruck pöff der Druck bei dem sich das Überdruckventil 13 öffnet. Erreicht der Druck den Öffnungsdruck pöff, so öffnet sich das Überdruckventil 13 und der Systemdruck kann über die Verbindungsleitung zwischen dem Dosierventil 3 und dem Reduktionsmitteltank 2 ausgeglichen werden. Da der Druck pöff bekannt ist, kann damit das Druckmodell im nächsten Schritt korrigiert werden 73, indem der modellierte Druck pmod zwischen dem Dosierventil 3 und dem Überdruckventil 13 mit dem Öffnungsdruck pöff verglichen wird. Dabei wird das Drucksignal des Druckmodells beim Kalibrieren des Druckmodells gefiltert. Am Ende des Verfahrens wird das Programm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestoppt 74.
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3 zeigt in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1b zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang 5 einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung 1b ist sehr ähnlich aufgebaut wie die in 1 dargestellte Vorrichtung 1a. Der wesentliche Unterschied zwischen der Vorrichtung 1a und 1b besteht darin, dass die Vorrichtung 1b keine Verbindungsleitung mit einem Überdruckventil 13 aufweist, welche das Dosierventil 3 fluidisch mit dem Reduktionsmitteltank 2 verbindet und dass bei der Vorrichtung 1b stattdessen ein Eingang 114 der Förderpumpe 11 über mehrere Leitungen 115, 116 mit einem Fördermodul 112 der Förderpumpe 11 fluidisch verbunden ist. Dabei ist in einer Leitung 115 ein Überdruckventil 13 angeordnet ist, welches schließt wenn es von einem Fluid in Förderrichtung des Fördermoduls 112 durchströmt wird, und in einer anderen Leitung 116 ist ein Rückschlagventil 111 angeordnet, welches schließt wenn es entgegen der Förderrichtung des Fördermoduls 112 von einem Fluid durchströmt wird. Die Überdruckventile 13 in den Vorrichtungen 1a und 1b haben in beiden Vorrichtungen dieselbe Funktion, es handelt sich also um dasselbe Überdruckventil, nur dass sich dieses an zwei verschiedenen Stellen in den Vorrichtungen 1a und 1b befindet.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1b werden die gleichen Verfahrensschritte durchgeführt wie bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung 1a. Das Überdruckventil in der Vorrichtung 1b ist jedoch Teil der Förderpumpe 11 und befindet sich somit nicht mehr innerhalb der fluidischen Verbindung zwischen dem Reduktionsmitteltank 2 und dem Dosierventil 3, sondern innerhalb der fluidischen Verbindung zwischen dem Reduktionsmitteltank 2 und dem Fördermodul 112. Deshalb erfolgt der Druckausgleich bei Erreichen des Öffnungsdrucks pöff des Überdruckventils 13 bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1b auf andere Weise. Wird bei der Vorrichtung 1b der Druck bis auf den Öffnungsdruck pöff erhöht, so öffnet sich das Überdruckventil 13 und es erfolgt ein Druckausgleich über die Leitung, welche die Förderpumpe 11 mit dem Reduktionsmitteltank 2 verbindet. In dem Moment, in dem sich das Überdruckventil öffnet, ist der Druck auf beiden Seiten der Förderpumpe 11 gleich dem Öffnungsdruck, so dass es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1b möglich ist, das Druckmodell der Vorrichtung 1b mittels des Öffnungsdrucks des Überdruckventils 13 zu kalibrieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren eines Druckmodells einer Vorrichtung zum Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang kann sowohl mit der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung 1a als auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1b durchgeführt werden.
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Beide Vorrichtungen 1a und 1b umfassen jeweils ein elektronisches Steuergerät 6, welches dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren eines Druckmodells mittels eines dazu eingerichteten Computerprogramms durchzuführen. Das Computerprogramm ist dabei eingerichtet, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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Das Computerprogramm ist auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert, was es ermöglicht das Computerprogramm auf einfache Weise in bekannte Vorrichtungen zu implementieren.
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Im Dosiermodus wird die Reduktionsmittellösung in beiden Vorrichtungen 1a und 1b bei einem zwischen dem Überdruckventil 13 und dem Dosierventil 3 vorliegenden Betriebsdruck eindosiert. Der Betriebsdruck ist kleiner als ein Öffnungsdruck pöff des Überdruckventils 13, damit im Dosiermodus ein Öffnen des Überdruckventils 13 vermieden wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009032487 A1 [0004, 0010]
