DE102005030421A1

DE102005030421A1 - Dosiersystem zur Abgabe eines flüssigen Zusatzstoffes und Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems

Info

Publication number: DE102005030421A1
Application number: DE102005030421A
Authority: DE
Inventors: Frank Noack
Original assignee: Purem Abgassysteme GmbH and Co KG
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-04

Abstract

Es wird ein Dosiersystem zur dosierten Abgabe eines flüssigen Zusatzstoffes in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, mit einer Dosierleitung (2) für den Zusatzstoff, einem in der Dosierleitung (2) angeordneten, insbesondere getaktet betätigbaren Dosierventil (4) und einem Dosiersteuergerät zur Vorgabe einer Dosiermenge (m) des Zusatzstoffes sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Dosiersystems (1) vorgeschlagen. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Öffnungszeitdauer des Dosierventils (4) zur Zumessung der Dosiermenge gemäß einer dem Dosiersteuergerät zur Verfügung stehenden Dosierkennlinie (13) für den Zusatzstoffdurchsatz (m) durch das geöffnete Dosierventil (4) in Abhängigkeit von einem Druckwert vor und/oder nach dem Dosierventil (4) vom Dosiersteuergerät bestimmt werden kann und eingestellt wird. DOLLAR A Die Erfindung kann insbesondere in Kraftfahrzeugen angewendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zur dosierten Abgabe eines flüssigen Zusatzstoffes in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems zur dosierten Abgabe eines flüssigen Zusatzstoffes in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.

Zur Unterstützung einer katalytischen Reinigung von Brennkraftmaschinenabgasen ist es bekannt, dem Abgas der Brennkraftmaschine Zusatzstoffe zuzugeben. Insbesondere zur Entfernung von Stickoxiden mittels eines so genannten SCR-Katalysators ist die Zugabe eines flüssigen Reduktionsmittels wie wässeriger Harnstofflösung zum Abgas gebräuchlich. Dabei ergibt sich zum einen das Problem, die optimale Zugabemenge zu ermitteln, zum anderen das Problem der zuverlässigen Zumessung bzw. Dosierung der ermittelten Zugabemenge.

Zur Lösung dieser Probleme wird beispielsweise in der DE 18 17 994 A1 vorgeschlagen, durch eine geeignete Verbindung aus zur Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine vorhandenen Daten und Messwerten Signale zur Steuerung bzw. Regelung einer Dosiereinrichtung zur Zugabe von fluidem Ammo niak als Reduktionsmittel in den Abgasstrang zu erzeugen. Dabei wird das Ammoniak synchron und/oder phasenverschoben mit dem jeweiligen Ausstoß an Abgas und in an die erzeugten Stickoxidmengen angepassten Portionen zudosiert. Die Portionen ergeben sich durch Steuerung bzw. Regelung der Öffnungszeiten der Dosiereinrichtung in Abhängigkeit insbesondere abhängig vom Kraftstoffverbrauch. Durch einen konstanten Druck in der Reduktionsmittelleitung soll die gewünschte Genauigkeit der Portionierung erreicht werden.

In der DE 198 00 421 A1 wird durch eine Gemischabgabevorrichtung mittels eines durch Druckgas erzeugten Druckes Harnstoff-Wasser-Lösung einer Dosier- und Mischeinrichtung zugeführt. Dabei wird die Harnstoff-Wasser-Lösung einem Verbrauchsbehälter entnommen, dessen Volumen nur einen Bruchteil des Volumens eines Reduktionsmittelvorratsbehälters aufweist. Der Verbrauchsbehälter ist in Pausen sehr schnell wieder aus dem Vorratsbehälter nachfüllbar und mit dem erforderlichen Gasdruck beaufschlagbar.

In den genannten Fällen leidet die Dosiergenauigkeit jedoch unter der begrenzten Genauigkeit der Druckeinstellung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Dosiersystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems anzugeben, welche eine genauere und zuverlässigere Dosierung eines flüssigen Zusatzstoffes in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Dosiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Das erfindungsgemäße Dosiersystem umfasst ein in einer Dosierleitung angeordnetes, insbesondere getaktet betätigbares Dosierventil und ein Dosiersteuergerät zur Vorgabe einer Dosiermenge des Zusatzstoffes. Erfindungsgemäß kann eine Öffnungszeitdauer des Dosierventils zur Zumessung der Dosiermenge gemäß einer dem Dosiersteuergerät zur Verfügung stehenden Dosierkennlinie für den Zusatzstoffdurchsatz durch das geöffnete Dosierventil in Abhängigkeit von einem Druckwert vor und/oder nach dem Dosierventil vom Dosiersteuergerät bestimmt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass dem Dosiersteuergerät eine Dosierkennlinie zur Verfügung steht, welche die Abhängigkeit des Zusatzstoffdurchsatzes von der Differenz eines stromauf des Dosierventils in der Dosierleitung vorhandenen Vordrucks und eines stromab des Dosierventils in der Dosierleitung vorhandenen Dosierdrucks wiedergibt.

Als Zusatzstoff ist vorzugsweise eine wässerige Lösung von Harnstoff oder eines anderen Reduktionsmittels zur Unterstützung einer katalytischen Stickoxidentfernung vorgesehen.

Das Dosierventil ist vorzugsweise so betreibbar, dass es entweder ganz geöffnet oder geschlossen ist. Vorzugsweise ist daher das Dosierventil vom Dosiersteuergerät so ansteuerbar, dass es zwischen diesen Stellungen je nach Bedarf umgeschaltet werden kann. Der Durchsatz des Zusatzstoffes durch das geöffnete Dosierventil ist abhängig von den vor und nach dem Dosierventil in der Dosierleitung herrschenden Druckwerten. Die Dosierkennlinie gibt diese Abhängigkeit wieder. Folglich kann bei Kenntnis der genauen Druckverhältnisse die zur Abgabe einer vorgebbaren Dosiermenge erforderliche Öffnungszeitdauer bestimmt und eingestellt werden. Auf diese Weise ist eine genaue Dosierung des Zusatzstoffes auch bei veränderlichen Druckverhältnissen ermöglicht. Insbesondere ist der Durchsatz des Zusatzstoffes durch das geöffnete Dosierventil abhängig von der Differenz eines stromauf des Dosierventils wirksamen Vordrucks und eines stromab des Dosierventils wirksamen Dosierdrucks in der Dosierleitung. Die Dosierkennlinie gibt daher vorzugsweise diese Abhängigkeit wieder.

Die Dosiermenge selbst kann durch eine modellbasierte Berechnung und/oder durch Messung von Abgasbestandteilskonzentrationen wie beispielsweise der Stickoxidkonzentration oder der Ammoniakkonzentration so ermittelt und vorgegeben werden, dass sich eine optimale Wirksamkeit des entsprechenden Abgasreinigungssystems ergibt, dem der Zusatzstoff zugeführt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung ist in der Dosierleitung eine einstellbare Justierdrossel angeordnet, mit der die Dosierkennlinie an eine vorgebbare Sollkennlinie angepasst werden kann. Auf diese Weise können von Exemplarstreuungen bzw. Fertigungstoleranzen des Dosiersystems, und insbesondere des Dosierventils, verursachte Abweichungen vom vorgesehenen Verhalten ausgeglichen und reproduzierbare Verhältnisse geschaffen werden. Dadurch ist eine besonders genaue und zuverlässige Dosierung des Zusatzstoffes ermöglicht. Vorzugsweise kann durch Einstellung der Justierdrossel der Maximaldurchsatz des Zusatzstoffes durch das geöffnete Dosierventil bei vorgegebenen Druckverhältnissen eingestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Justierdrossel stromauf des Dosierventils angeordnet. Daraus resultieren besonders stabile Differenzdruckverhältnisse über dem Dosierventil und eine hohe Dosiergenauigkeit.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in der Dosierleitung stromauf des Dosierventils ein Drucksensor zur Messung eines Vordrucks und/oder stromab des Dosierventils ein Drucksensor zur Messung eines Dosierdrucks angeordnet. Dadurch können die für den Zusatzstoffdurchsatz maßgebenden Druckverhältnisse ermittelt werden. Dadurch sind die maßgeblichen Druckverhältnisse messtechnisch verfügbar und vom Dosiersteuergerät kann anhand der Kennlinie die genaue Öffnungszeitdauer des Dosierventils für die jeweils vorgesehene Dosiermenge ermittelt und eingestellt werden. Bevorzugt ist es, sowohl für den Vordruck, als auch für den Dosierdruck jeweils einen Drucksensor vorzusehen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind vom Dosiersteuergerät Offset-Fehler für den Messwert des Drucksensors zur Messung des Vordrucks und/oder des Drucksensors zur Messung des Dosierdrucks ermittelbar, und die Öffnungszeitdauer des Dosierventils zur Abgabe der vorgesehenen Dosiermenge ist an die um die Offset-Fehler korrigierten Druckwerte für den Vordruck und/oder den Dosiedruck anpassbar. Auf diese Weise können Ungenauigkeiten bei der Druckermittlung minimiert werden und es ist eine besonders hohe Dosiergenauigkeit ermöglicht. Insbesondere können Drifterscheinungen der Signale der Drucksensoren ausgeglichen werden, woraus eine hohe zeitliche Konstanz der Dosiergenauigkeit resultiert. Bevorzugt ist die Öffnungszeitdauer des Dosierventils zur Abgabe der vorgesehenen Dosiermenge an die um Offset-Fehler korrigierte Druckdifferenz von Vordruck und Dosierdruck anpassbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist stromab des Dosierventils eine Zugabestelle zur Zugabe von Druckluft in die Dosierleitung vorgesehen. Durch die Druckluftzugabe wird eine Vernebelung des Zusatzstoffes erzielt, so dass eine insbesondere aerosolartige Mischung aus Tröpfchen und Luft erhalten wird, welche sich besonders gleichmäßig im Abgas verteilt. Vorzugsweise wird die erhaltene Mischung über eine geeignete Düse in die Abgasleitung abgegeben.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist vorgesehen, dass eine Öffnungszeitdauer des Dosierventils zur Zumessung der Dosiermenge gemäß einer dem Dosiersteuergerät zur Verfügung stehenden Dosierkennlinie vom Dosiersteuergerät eingestellt wird. Dabei repräsentiert die dem Dosiersteuergerät zur Verfügung stehende Dosierkennlinie die Abhängigkeit des Zusatzstoffdurchsatzes durch das geöffnete Dosierventil von einem Druckwert vor und/oder nach dem Dosierventil. Je nach den aktuell vorhandenen Druckverhältnissen ermöglicht es die dem Dosiersteuergerät zur Verfügung stehende Kennlinie, die zur Abgabe der vorgegebenen Dosiermenge passende Öffnungszeit des Dosierventils einzustellen. Vorzugsweise repräsentiert die Dosierkennlinie die Abhängigkeit des Zusatzstoffdurchsatzes durch das geöffnete Dosierventil von der Differenz eines stromauf des Dosierventils in der Dosierleitung vorhandenen Vordrucks und eines stromab des Dosierventils in der Dosierleitung vorhandenen Dosierdrucks. Auf diese Weise können Dosierungenauigkeiten vermieden werden, die sich selbst bei einem hoch konstanten Vordruck durch einen schwankenden Dosierdruck ergeben.

In Ausgestaltung des Verfahrens wird die Dosierkennlinie des Dosierventils durch Einstellung einer in der Dosierleitung angeordneten Justierdrossel an eine vorgebbare Sollkennlinie angepasst. Durch Anpassung der Dosierkennlinie an die Sollkennlinie erfolgt gewissermaßen eine Kalibrierung des Dosiersystems, wodurch eine besonders hohe Dosiergenauigkeit resultiert.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Anpassung der Dosierkennlinie vor einem laufenden Betrieb des Dosier systems vorgenommen. Der normale Betrieb erfolgt daher mit einem vorab kalibrierten Dosiersystem.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens werden ein Vordruck stromauf des Dosierventils und/oder ein Dosierdruck stromab des Dosierventils durch einen jeweils in der Dosierleitung angeordneten Drucksensor erfasst. Auf diese Weise können Druckschwankungen erfasst und bei der Dosierung berücksichtigt werden. Die Dosiergenauigkeit ist daher durch Druckschwankungen nicht beeinträchtigt.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Messwerte des Drucksensors für die Messung des Vordrucks und/oder des Drucksensors für die Messung des Dosierdrucks wenigstens um einen gegebenenfalls vorhandenen Offset-Fehler korrigiert. Gegebenenfalls vorhandene Drifterscheinungen der Drucksensoren werden daher ausgeglichen. Entsprechend wird die Dosiergenauigkeit verbessert. Neben einer Offset-Korrektur kann zusätzlich eine Korrektur einer gegebenenfalls auftretenden Linearitätsdrift vorgesehen sein.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Korrektur des Offset-Fehlers wiederholt zu vorgebbaren Zeitpunkten. Vorzugsweise erfolgt die Korrektur bei entspanntem und drucklosem Zustand des Dosiersystems. In diesem Fall sind die Drucksensoren dem bekannten Umgebungsdruck ausgesetzt. Der üblicherweise ohnehin gesondert erfasste Umgebungsdruck stellt einen besonders zuverlässigen Referenzdruck zur Offset-Korrektur dar, die daher bei entspanntem Zustand des Dosiersystems besonders genau durchgeführt werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und zugehörigen Beispielen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosiersystems,
2 eine schematische Darstellung eines typischen Kennliniendiagramms eines im Dosiersystem eingesetzten Drucksensors und
3 eine schematische Darstellung eines typischen Kennliniendiagramms für eine Dosierkennlinie.
In der in 1 schematisch dargestellten vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Dosiersystem 1 eine Dosierleitung 2 für einen zu dosierenden flüssigen Zusatzstoff, in welcher ein getaktet betätigbares Dosierventil 4 sowie eine einstellbare Justierdrossel 5, ferner ein erster Drucksensor 6 und ein zweiter Drucksensor 7 angeordnet sind. Weiter ist eine Luftleitung 3 vorgesehen, über welche Druckluft an einer Zugabestelle 11 der Dosierleitung 2 zugeführt werden kann. Zur Steuerung bzw. Regelung des Dosiersystems 1 ist ein nicht dargestelltes Dosiersteuergerät vorgesehen, an welches die Drucksensoren 6, 7 und das Dosierventil 4 über Schnittstellen 8, 9, 10 angeschlossen sind. Das Dosiersteuergerät ist vorzugsweise in der Art eines Mikrocomputers mit Ein-/Ausgabeeinheit, Recheneinheit und Speichereinheit ausgeführt, um die zur Steuerung des Dosiersystems 1 erhaltenen Daten und Messwerte verarbeiten zu können und entsprechende Steuersignale ermitteln und ausgeben zu können.
Die Einspeisung des Zusatzstoffes in die Dosierleitung 2 erfolgt vorzugsweise mittels einer Pumpe aus einem Vorratsbehälter, was im Einzelnen nicht dargestellt ist. Dabei wird durch die Pumpe ein Vordruck p_M des Zusatzstoffes in der Dosierleitung 2 stromauf des Dosierventils 4 aufrechterhalten, der vom ersten Drucksensor 6 erfasst wird. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem Zusatzstoff um eine wässerige Harnstofflösung handelt, welche einem Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere stromauf eines so genannten SCR-Katalysators zur Stickoxidentfernung in eine Abgasleitung eingedüst wird, was im einzelnen ebenfalls nicht dargestellt ist. Das erfindungsgemäße Dosiersystem 1 ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern kann prinzipiell auch zur Dosierung eines beliebigen anderen flüssigen Zusatzstoffes eingesetzt werden. Das Dosierventil 4 ist vorzugsweise in der Art eines 2/2-Wege-Magnetventils ausgeführt. Es ist vorgesehen, dass das Dosierventil so betreibbar ist, dass es entweder ganz geöffnet oder geschlossen ist, wozu es vom Dosiersteuergerät entsprechend angesteuert wird.
Bei geöffnetem Dosierventil 4 strömt der Zusatzstoff durch dieses hindurch und wird durch Zugabe der Druckluft an der Zugabestelle 11 vernebelt. Zur Bildung eines vorzugsweise aerosolartigen Gemisches von Luft und Zusatzstoff kann die Zugabestelle 11 geeignet ausgebildet sein, beispielsweise in der Art einer Mischkammer. Infolge der aerosolartigen Beschaffenheit kann das Zusatzstoff-Luftgemisch in der Abgasleitung fein und gleichmäßig verteilt werden. Die zugeführte Druckluft dient dabei als Transportmedium für den Zusatzstoff. Gleichzeitig wird durch die Druckluft eine Kühlung des Zusatzstoffes bzw. des Leitungssystems und/oder der Eindüsstelle der Abgasleitung erreicht. Selbstverständlich ist es möglich, anstelle der Druckluft auch ein anderes Transport- und Kühlmedium wie beispielsweise Stickstoff oder Abgas einzusetzen. Es ist vorgesehen, dass bei laufendem Betrieb des Dosiersystems 1 ständig, also auch bei geschlossenem Dosierventil 4, Druckluft über die Luftleitung 3 in die Dosierleitung 2 eingespeist wird. Zur Druckluftversorgung wird vorzugsweise auf einen nicht dargestellten Druckluftspeicher oder einen Kompressor zurückgegriffen. Vorzugsweise wird ein vorgegebener Luftdruck beispielsweise über einen ebenfalls nicht dargestellten Druckminderer eingestellt.
Der Massendurchsatz des Zusatzstoffes durch das geöffnete Dosierventil 4 ist hauptsächlich vom über dem Dosierventil 4 vorhandenen Differenzdruck Δp abhängig. Selbst bei einem konstanten Vordruck p_M in der Dosierleitung 2 können sich jedoch Schwankungen des Differenzdrucks Δp infolge eines schwankenden Dosierdrucks p_G stromab des Dosierventils 4 in der Dosierleitung 2 ergeben. Letztere werden hauptsächlich von in Abhängigkeit vom Brennkraftmaschinenbetrieb schwankenden Druckverhältnissen in der Abgasleitung verursacht, welche in die Dosierleitung 2 bis zur Ausgangsseite des Dosierventils 4 zurückwirken können. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, mittels des zweiten Drucksensors 7 den Dosierdruck p_G stromab des Dosierventils 4 in der Dosierleitung 2 zu erfassen und so laufend den aktuellen Differenzdruck Δp zu ermitteln. Vorzugsweise ist der zweite Drucksensor 7 wie in 1 dargestellt nahe der Zugabestelle 11 in der Dosierleitung 2 angeordnet. Eine Anordnung an einer anderen Stelle stromab des Dosierventils 4 ist jedoch ebenfalls möglich.
Die Justierdrossel 5 dient der Einstellung eines günstigen Arbeitspunktes hinsichtlich des Zusatzstoffdurchsatzes durch das geöffnete Dosierventil 4 bei den vorherrschenden Druckverhältnissen, worauf weiter unten näher eingegangen wird. Vorzugsweise ist die Justierdrossel 5 wie in 1 dargestellt stromauf des Dosierventils 4 und stromab des ersten Drucksensors 6 in der Dosierleitung 2 angeordnet. Eine Anordnung an einer anderen Stelle der Dosierleitung 2, insbesondere stromauf der Zugabestelle 11, ist jedoch ebenfalls möglich.
Nachfolgend wird eine bevorzugte prinzipielle Betriebsweise des Dosiersystems 1 erläutert. Bei einem normalen Betrieb der Brennkraftmaschine wird vom Dosiersteuergerät laufend die zur optimalen Verminderung der Stickoxide im Abgas der Brennkraftmaschine in einem Dosierzyklus von beispielsweise einer Sekunde Dauer benötigte Dosiermenge des Zusatzstoffes ermittelt. Hierfür ist im Dosiersteuergerät ein entsprechendes Rechenmodell hinterlegt. Derartige Modelle sind in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben, weshalb auf Einzelheiten hierzu verzichtet werden kann. Prinzipiell kann jedes geeignete Modell eingesetzt werden. Bevorzugt sind Modelle, welche die Dosiermenge des Zusatzstoffes entsprechend des Katalysatorzustandes und des Brennkraftmaschinen-Betriebszustandes bzw. der Abgasbeschaffenheit kennfeldbasiert und/oder messtechnisch unterstützt ermitteln.
Um die ermittelte Dosiermenge zuzumessen, wird vom Dosiersteuergerät eine Öffnungszeitdauer für das Dosierventil 4 ermittelt und entsprechend eingestellt. Dabei ist die Öffnungszeitdauer naturgemäß kleiner oder höchstens gleich der Dauer eines Dosierzyklusses. Zur Ermittlung der Öffnungszeitdauer des Dosierventils 4 für die aufgrund des Modells vorgegebene Dosiermenge des Zusatzstoffs greift das Dosiersteuergerät auf eine gespeicherte Dosierkennlinie zurück. Diese Dosierkennlinie gibt die Abhängigkeit des Zusatzstoffdurch satzes durch das geöffnete Dosierventil 4 in Abhängigkeit von dem über dem Dosierventil 4 wirksamen Differenzdruck Δp an. Letzterer wird aus den von den Drucksensoren 6, 7 bereitgestellten Messwerten für den Vordruck p_M und den Dosierdruck p_G vom Dosiersteuergerät ermittelt. Durch zeitliche Integration des so ermittelten Zusatzstoffdurchsatzes über aneinander anschließende vorgebbare kurze Zeitintervalle wird eine bilanzierte tatsächliche Dosiermenge ermittelt. Entspricht diese der vorgegebenen Dosiermenge, so wird das Dosierventil für die restliche Dauer des Dosierzyklusses geschlossen. Um eine hinreichende Genauigkeit bei der solcherart ermittelten Öffnungszeitdauer des Dosierventils 4 zu erzielen, ist es vorteilhaft, die genannten Zeitintervalle entsprechend kurz zu wählen. Vorteilhaft sind Zeitintervalle mit einem vorgebbaren kleinen Anteil des Dosierzyklusses. Insbesondere sind Zeitintervalle zwischen 5 ms und 50 ms vorteilhaft, in welchen jeweils auf der Basis eines aktuellen mittleren Differenzdrucks die dosierte Zusatzstoffmenge anhand der Dosierkennlinie ermittelt wird.
Um eine besonders hohe Dosiergenauigkeit zu erreichen, werden erfindungsgemäß zeitliche Änderungen der Messcharakteristiken der Drucksensoren 6, 7 ausgeglichen. Dabei kann ein Ausgleich einer sich verändernden Empfindlichkeit und/oder eines Offsets bzw. Messwertversatzes vorgesehen sein. Da Offset-Erscheinungen infolge von Exemplarstreuungen und deren zeitliche Drift infolge von Alterung eine vergleichsweise häufige Fehlerquelle darstellen, kann durch deren Ausgleich eine besonders hohe Dosiergenauigkeit erzielt werden.
Nachfolgend wird unter Bezug auf 2 allgemein auf eine bevorzugte Vorgehensweise zum Ausgleich von Messwertverfälschungen durch Offset-Erscheinungen und deren zeitliche Veränderungen eingegangen. In 2 ist zur Verdeutlichung des Sachverhalts ein Kennliniendiagramm für einen typischen Drucksensor dargestellt, wie er auch für das Dosiersystem 1 bevorzugt verwendet wird. Üblicherweise ergibt sich eine lineare Kennlinie der Sensorausgangsspannung U als Sensorsignal in Abhängigkeit vom anliegenden Druck p. Die Kennlinie kann jedoch auch beispielsweise vom Dosiersteuergerät linearisiert sein, wenn sich nicht von vornherein linear ist. Eine Sollkennlinie 12 weist der Drucksensor dann auf, wenn diese eine Ursprungsgerade ist. Beispielsweise durch Exemplarstreuungen ist jedoch häufig ein positiver oder negativer Offset O vorhanden. Unter einem Offset O soll hierbei wie üblich ein additiver oder subtraktiver Messwertversatz gegenüber dem wahren Druckwert verstanden werden. Durch einen solchen Offset O ergibt sich daher eine Messwertverfälschung, welche als Parallelverschiebung der Sollkennlinie 12 in Erscheinung tritt.
Für eine genaue Dosierung ist erfindungsgemäß vorgesehen, für die Drucksensoren 6, 7 den jeweils vorhandenen Offset O vor einer ersten Inbetriebnahme des Dosiersystems 1 in einer Erstkalibrierung zu ermitteln. Hierzu wird der jeweilige Drucksensor mit einem bekannten Referenzdruck beaufschlagt. Ein Offset tritt dann als Abweichung des aktuellen Messwerts vom Soll-Messwert für den entsprechenden Referenzdruck in Erscheinung und wird vom Dosiersteuergerät gespeichert. Als Referenzdruck kommt hauptsächlich der Umgebungsdruck in Frage, welcher bei Stillstand des Dosiersystems 1 bzw. bei entspanntem, d. h. entlastetem Dosiersystem 1 an den Drucksensoren 6, 7 anliegt.
Da neben einem anfänglichen Offset-Fehler der Drucksensoren 6, 7 beispielsweise durch Alterung im Lauf der Zeit eine Offset-Drift eintreten kann, ist es außerdem vorgesehen, den aktuellen Offset-Fehler der Drucksensoren 6, 7 im Lauf der Gebrauchszeit des Dosiersystems 1 durch Nachkalibrierungen wiederholt zu ermitteln. Dabei ist es vorteilhaft, wenn diese zu Zeitpunkten erfolgen, wenn der jeweilige Drucksensor 6, 7 dem Referenzdruck der Erstkalibrierung ausgesetzt ist. Im Falle des Umgebungsdrucks als Referenzdruck erfolgt dies bevorzugt zu Zeitpunkten, bei welchen ein Systemstillstand gegeben ist. Vorteilhaft ist es in diesem Fall, Nachkalibrierungen beispielsweise eine gewisse Zeit nach einem jeweiligen Abschalten des Dosiersystems 1 durchzuführen. Dabei kann zusätzlich eine Höhenkorrektur des Umgebungsdrucks vorgesehen sein. Ebenfalls möglich ist es, Mittel vorzusehen, um zu vorgebbaren Zeitpunkten die Drucksensoren 6, 7 gezielt mit einem jeweiligen vom Umgebungsdruck abweichenden Referenzdruck zu beaufschlagen und bei diesen Nachkalibrierungen die Offset-Werte der Drucksensoren 6, 7 zu ermitteln und im Dosiersteuergerät abzuspeichern.
Wird bei einer Erst- oder Nachkalibrierung der Messwert des ersten Drucksensors 6 für den Vordruck p_M als p_M,mess und der entsprechende Referenzdruck als p_ref bezeichnet, so ist der sich ergebende Offset-Wert O_M des ersten Drucksensors 6 durch OM = pM,mess – pref gegeben.
Entsprechend gilt für den zweiten Drucksensor 7 für die Messung des Dosierdrucks p_G OG = pG,mess – pref
Wird vom Dosiersteuergerät bei einer jeweiligen Kalibrierung der Drucksensoren jeweils ein Korrekturglied K gemäß K = (OM – OG ) ermittelt und abgespeichert, so kann bei einer Dosierung des Zusatzstoffes vom Dosiersteuergerät stets die aktuelle, durch Messung ermittelte, und gegebenenfalls durch Offset verfälschte Druckdifferenz Δp_mess korrigiert und die wahre Druckdifferenz Δp gemäß Δp = Δpmess – Kermittelt werden. Anhand der Dosierkennlinie ist daher die Ermittlung einer korrekten Dosiermenge ermöglicht, und es kann die dieser Dosiermenge zugeordnete Öffnungszeit des Dosierventils 4 korrekt eingestellt werden. Auf diese Weise ist eine besonders genaue Dosierung des Zusatzstoffes und damit eine besonders wirksame Abgasreinigung ermöglicht.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 die Ermittlung der Dosiermenge anhand einer dem Dosiersteuergerät zur Verfügung stehenden Dosierkennlinie und die damit im Zusammenhang stehende Funktion der einstellbaren Justierdrossel 5 erläutert.
In 3 ist in einem schematischen Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit des Zusatzstoffdurchsatzes m durch das geöffnete Dosierventil 4 von der über dem Dosierventil 4 wirksamen Druckdifferenz Δp durch Kennlinien 13, 14 angegeben. Der Einfachheit halber sind die Kennlinien 13, 14 linear dargestellt, nichtlineare Kennlinien sind jedoch ebenfalls möglich. Dabei stellt die Kennlinie 14 eine Sollkennlinie dar, welche für das Dosiersystem 1 zumindest annähernd eingestellt wird. Unter der exemplarischen Voraussetzung, dass für das Dosiersystem 1 bzw. das Dosierventil 4 im Ausgangszustand die eingezeichnete Dosierkennlinie 13 gelten möge, wird dabei wie folgt vorgegangen. In einem Kalibriervorgang vor einem Dosierbetrieb im normalen Einsatz des Dosiersystems 1 werden betriebsrelevante Werte für den Vordruck p_M und den Dosierdruck p_G und damit eine betriebsrelevante Druckdifferenz Δp_kal eingestellt. Der sich bei geöffnetem Dosierventil ergebende des Zusatzstoffdurchsatz m wird nun durch Betätigung der Justierdrossel 5 derart eingestellt, dass sich ein Zusatzstoffdurchsatz m_ist in einem vorgebbaren engen Toleranzbereich 15 zwischen m_min und m_max um den entsprechenden Wert auf der Sollkennlinie 14 ergibt. Auf diese Weise wird die Dosierkennlinie 13 an die Sollkennlinie 14 angepasst. Die Kalibrierung kann prinzipiell an mehreren Punkten erfolgen, jedoch reicht in vielen Fällen die Kalibrierung bei einer vorgebbaren Kalibrierdruckdifferenz Δp_kal aus. Es ist vorgesehen, die Anpassung der Dosierkennlinie 13 an die Sollkennlinie 14 bei kalibrierten Drucksensoren 6, 7 vorzunehmen, so dass die Ermittlung bzw. Einstellung des Differenzdrucks Δp mit unverfälschten Druckwerten erfolgt. Es ist weiter vorgesehen, dass die einmal vorgenommene Einstellung der Justierdrossel 5 über der Betriebszeit des Dosiersystems 1 bestehen bleibt. Nachkalibrierungen sind jedoch bei Bedarf etwa im Rahmen von Sevicearbeiten ebenfalls möglich.
Da mit der Anpassung der Dosierkennlinie 13 an die Sollkennlinie 14 jederzeit eine genaue Zuordnung von Differenzdruck Δp über dem Dosierventil 4 und dem Zusatzstoffdurchsatz m durch das geöffnete Dosierventil 4 gegeben ist, kann jederzeit die ermittelte Dosiermenge des Zusatzstoffes zugemessen werden.
Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Ausführung des Dosiersystems 1 und mit der geschilderten Vorgehensweise somit eine sehr hohe und zeitlich konstant bleibende Dosiergenauigkeit des Zusatzstoffes erreicht.

Claims

Dosiersystem zur dosierten Abgabe eines flüssigen Zusatzstoffes in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, mit – einer Dosierleitung (2) für den Zusatzstoff, – einem in der Dosierleitung (2) angeordneten, insbesondere getaktet betätigbaren Dosierventil (4) und – einem Dosiersteuergerät zur Vorgabe einer Dosiermenge des Zusatzstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungszeitdauer des Dosierventils (4) zur Zumessung der Dosiermenge gemäß einer dem Dosiersteuergerät zur Verfügung stehenden Dosierkennlinie (13) für den Zusatzstoffdurchsatz (m) durch das geöffnete Dosierventil (4) in Abhängigkeit von einem Druckwert vor und/oder nach dem Dosierventil (4) vom Dosiersteuergerät bestimmt werden kann.
Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dosierleitung (2) eine einstellbare Justierdrossel (5) angeordnet ist, mit der die Dosierkennlinie (13) an eine vorgebbare Sollkennlinie (14) angepasst werden kann.
Dosiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierdrossel (5) stromauf des Dosierventils (4) angeordnet ist.
Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dosierleitung (2) stromauf des Dosierventils (4) ein Drucksensor (6) zur Messung eines Vordrucks (p_M) und/oder stromab des Dosierventils (4) ein Drucksensor (7) zur Messung eines Dosierdrucks (p_G) angeordnet sind.
Dosiersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vom Dosiersteuergerät Offset-Fehler (O) für den Messwert des Drucksensors (6) zur Messung des Vordrucks (p_M) und/oder des Drucksensors (7) zur Messung des Dosierdrucks (p_G) ermittelbar sind und die Öffnungszeitdauer des Dosierventils (4) zur Abgabe der vorgesehenen Dosiermenge an die um die Offset-Fehler korrigierten Druckmesswerte für den Vordruck (p_M) und/oder den Dosierdruck (p_G) anpassbar ist.
Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Dosierventils (4) eine Zugabestelle (11) zur Zugabe von Druckluft in die Dosierleitung (2) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems zur dosierten Abgabe eines flüssigen Zusatzstoffes in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, mit – einer Dosierleitung (2) für den Zusatzstoff, – einem in der Dosierleitung (2) angeordneten, insbesondere getaktet betätigbaren Dosierventil (4) und – einem Dosiersteuergerät zur Vorgabe einer Dosiermenge des Zusatzstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungszeitdauer des Dosierventils (4) zur Zumessung der Dosiermenge gemäß einer dem Dosiersteuergerät zur Verfügung stehenden Dosierkennlinie (13) für den Zusatzstoffdurchsatz (m) durch das geöffnete Dosierventil (4) in Abhängigkeit von einem Druckwert vor und/oder nach dem Dosierventil (4) vom Dosiersteuergerät eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkennlinie (13) des Dosierventils (4) durch Einstellung einer in der Dosierleitung (2) angeordneten Justierdrossel (5) an eine vorgebbare Sollkennlinie (14) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Dosierkennlinie (13) vor einem laufenden Betrieb des Dosiersystems vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vordruck (p_M) stromauf des Dosierventils (4) und/oder ein Dosierdruck (p_G) stromab des Dosierventils (4) durch einen jeweils in der Dosierleitung (2) angeordneten Drucksensor (6, 7) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des Drucksensors (6) für die Messung des Vordrucks (p_M) und/oder des Drucksensors (7) für die Messung des Dosierdrucks (p_G) wenigstens um einen gegebenenfalls vorhandenen Offset-Fehler (O) korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Offset-Fehlers (O) wiederholt zu vorgebbaren Zeitpunkten erfolgt.