DE102010031655A1 - Method for operating pressure-regulated dosing system for selective catalytic reduction catalyzer, utilizing dosing system which comprises dosing valve and actuator, particularly pump motor for uptitration of fluid reducing agent solution - Google Patents

Method for operating pressure-regulated dosing system for selective catalytic reduction catalyzer, utilizing dosing system which comprises dosing valve and actuator, particularly pump motor for uptitration of fluid reducing agent solution Download PDF

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Abstract

The method involves utilizing a dosing system which comprises a dosing valve and an actuator, particularly a pump motor for uptitration of a fluid reducing agent solution in an exhaust strand of an internal-combustion engine upstream the selective catalytic reduction catalyzer. An adaptive servo control is used, which originates from a predetermined characteristic line or a predetermined characteristic field. Independent claims are also included for the following: (1) a computer program; and (2) a computer program product with program code.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines druckgeregelten Dosiersystems für einen SCR-Katalysator mit Vorsteuerung.The present invention relates to a method for operating a pressure-controlled metering system for a precontrolled SCR catalytic converter.

Stand der TechnikState of the art

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. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich vermindert 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 stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang eindosiert wird. Aus dieser Lösung bildet sich NH3, das als Reduktionsmittel wirkt.Methods and apparatuses for operating an internal combustion engine, in particular in motor vehicles, are known, in the exhaust gas region of which an SCR catalytic converter (selective catalytic reduction) is arranged, which reduces the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas of the internal combustion engine to nitrogen in the presence of a reducing agent. As a result, the proportion of nitrogen oxides in the exhaust gas can be significantly reduced. For the course of the reaction ammonia (NH 3 ) is required, which is admixed to the exhaust gas. As reactants or reducing agents therefore NH 3 or NH 3- splitting reagents are used. As a rule, an aqueous urea solution is used for this purpose, which is metered into the exhaust gas line upstream of the SCR catalytic converter. From this solution forms NH 3 , which acts as a reducing agent.

Die Harnstofflösung wird in einem Reduktionsmitteltank vorgehalten, der üblicherweise mit einer Saugleitung ausgestattet ist, um die Harnstofflösung aus dem Tank absaugen zu können. Zur Förderung der Harnstofflösung ist eine Pumpe vorgesehen, die die Lösung durch ein Leitungssystem fördert, sodass die Harnstofflösung über ein oder mehrere Dosierventile, beispielsweise elektromagnetische Einspritzventile, unter Druck in den Abgasstrang eingespritzt werden kann.The urea solution is kept in a reducing agent tank, which is usually equipped with a suction line to suck the urea solution from the tank can. To promote the urea solution, a pump is provided, which promotes the solution through a line system, so that the urea solution can be injected via one or more metering valves, such as electromagnetic injectors, under pressure in the exhaust line.

Die Reduktionsmittellösung muss bedarfsabhängig sehr genau und präzise eingespritzt werden. Abhängig vom Reduktionsmitteldruck erfolgt eine geregelte Ansteuerung des Dosierventils. Das Dosiersystem, das als hydraulisches System wirkt, wird auf einen vorgebbaren Solldruck eingeregelt, wobei die Ansteuerung des Pumpenmotors oder eines anderen Aktors als Stellgröße eingesetzt wird. Um die Einregelzeit zu verkürzen, kann der Pumpenmotor anhand der Dosiermenge vorgesteuert werden. Als Eingangsgröße dient das Stellsignal für das Dosierventil, insbesondere dessen Tastverhältnis. Die Pumpenmotoransteuerung, insbesondere das Pumpenmotortastverhältnis, wird entsprechend den aktuellen Anforderungen an die Öffnungsdauer des Dosierventils eingestellt. Die für die Vorsteuerung hinterlegten Anforderungen an die Aktuierung sind üblicherweise in einer Tabelle mit konstanten Werten hinterlegt. Durch eine Vorsteuerung kann die Regelgüte des Druckreglers bei Änderungen der Ansteuerung des Dosierventils verbessert und die Einregelzeit verkürzt werden. Allerdings ist die eingesetzte Vorsteuerung nicht unter allen Bedingungen optimal. Durch die hohe Abhängigkeit der erforderlichen Ansteuerung des Pumpenmotors von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der Temperatur des Reduktionsmittels oder des atmosphärischen Drucks, kann es zu langen Einregelzeiten kommen, sodass eine optimale Abgasnachbehandlung nicht immer gesichert ist.The reducing agent solution must be injected very precisely and precisely as needed. Depending on the reducing agent pressure, a regulated control of the metering valve takes place. The metering system, which acts as a hydraulic system, is adjusted to a predefinable setpoint pressure, whereby the control of the pump motor or another actuator is used as a manipulated variable. To shorten the settling time, the pump motor can be pre-controlled by the dosing quantity. The input signal is the actuating signal for the metering valve, in particular its duty cycle. The pump motor control, in particular the Pumpenmotortastverhältnis, is set according to the current requirements for the opening period of the metering valve. The requirements for the actuation stored for the precontrol are usually stored in a table with constant values. By pre-control, the control performance of the pressure regulator can be improved with changes in the control of the metering valve and the Einregelzeit be shortened. However, the feedforward control is not optimal under all conditions. Due to the high dependence of the required control of the pump motor of various factors, such as the temperature of the reducing agent or the atmospheric pressure, it may come to long settling times, so that an optimal exhaust aftertreatment is not always secured.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zum Betreiben eines druckgeregelten Dosiersystems für einen SCR-Katalysator zu verbessern. Insbesondere soll die Regelgüte des Druckreglers optimiert werden, um die beispielsweise bei großen Dosiermengenänderungen auftretenden hohen Drucküber- und -unterschwinger sowie damit verbundene lange Einregelzeiten zu vermeiden.The present invention is therefore based on the object to improve the method for operating a pressure-controlled metering system for an SCR catalyst. In particular, the control quality of the pressure regulator is to be optimized in order to avoid the high pressure overshoot and undershoot, which occurs, for example, in the case of large dosing quantity changes, as well as associated long settling times.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines druckgeregelten Dosiersystems gelöst, wie es Gegenstand des Anspruchs 1 ist. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a method for operating a pressure-controlled metering system, as it is the subject of claim 1. Preferred embodiments of this method emerge from the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Kern der Erfindung ist es, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines druckgeregelten Dosiersystems für einen SCR-Katalysator eine adaptive Vorsteuerung eingesetzt wird. Durch die adaptive bzw. lernende Vorsteuerung kann das Pumpenmotor-Stellsignal bei unterschiedlichen Dosierventilansteuerungen eingelernt und ausgehend von zwei oder mehr eingelernten Punkten das notwendige Pumpenmotor-Stellsignal ermittelt werden. In den folgenden Erläuterungen wird der Pumpenmotor als Stellgröße für das druckgeregelte Dosiersystem verwendet. Es können jedoch auch andere Aktoren des Dosiersystems in entsprechender Weise eingesetzt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können in besonders vorteilhafter Weise Drucküber- oder -unterschwinger in ihrer Amplitude verringert werden. Weiterhin kann hierdurch die Einregelzeit insbesondere bei hohen Dosiermengenänderungen oder allgemein bei Änderungen der Ansteuerung des Dosierventils erheblich reduziert werden.The core of the invention is that in the inventive method for operating a pressure-controlled metering system for an SCR catalyst, an adaptive feedforward control is used. By means of the adaptive or learning pilot control, the pump motor actuating signal can be taught in with different metering valve actuations and the necessary pump motor actuating signal can be determined on the basis of two or more taught-in points. In the following explanations, the pump motor is used as a manipulated variable for the pressure-controlled dosing system. However, other actuators of the dosing system can be used in a corresponding manner. By the method according to the invention can be reduced in a particularly advantageous manner Drucküber- or undershoots in their amplitude. Furthermore, as a result of this, the settling time can be considerably reduced, in particular with high dosing quantity changes or, in general, with changes in the control of the dosing valve.

Die adaptive Vorsteuerung kann in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens von einer Kennlinie ausgehen, die den Zusammenhang zwischen dem Pumpenmotor-Stellsignal bzw. der Ansteuerung des Pumpenmotors oder eines anderen Aktors und der Dosierventilansteuerung charakterisiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geht das Dosiersystem von einem Kennfeld aus, das diesen Zusammenhang zwischen Pumpenmotor-Stellsignal und Dosierventilansteuerung für verschiedene Betriebsbedingungen angibt. Hierdurch können beispielsweise unterschiedliche Betriebstemperaturen oder unterschiedliche Druckverhältnisse, beispielsweise bedingt durch den atmosphärischen Druck, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt werden. Ausgehend von der vorgebbaren Kennlinie oder dem vorgebbaren Kennfeld wird erfindungsgemäß eine adaptierte Kennlinie oder ein adaptiertes Kennfeld durch Anfahren verschiedener Betriebspunkte eingelernt.In one embodiment of the method according to the invention, the adaptive precontrol can start from a characteristic curve which characterizes the relationship between the pump motor actuating signal or the activation of the pump motor or another actuator and the metering valve control. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the dosing system is based on a characteristic map which determines this relationship between the pump motor actuating signal and the dosing valve control for various types Indicates operating conditions. In this way, for example, different operating temperatures or different pressure conditions, for example due to the atmospheric pressure, can be taken into account in the method according to the invention. Starting from the predefinable characteristic curve or the predefinable characteristic map, according to the invention, an adapted characteristic curve or an adapted characteristic field is learned by starting various operating points.

Die vorgebbare Kennlinie oder das vorgebbare Kennfeld gibt zunächst die Sollwerte vor, mit denen der Pumpenmotor angesteuert wird. Abweichungen vom gewünschten Druck, die z. B. durch Störgrößen oder andere Fehler verursacht sind, werden durch die übergelagerte Verwendung eines Reglers ausgeregelt. Die nach erfolgter Ausregelung beobachtbaren Punkte der Kennlinie oder des Kennfeldes im Hinblick auf das Pumpenmotor-Stellsignal werden für eine Aktualisierung der Kennlinie oder des Kennfeldes erfindungsgemäß genutzt.The predefinable characteristic curve or the predeterminable characteristic map initially specifies the nominal values with which the pump motor is controlled. Deviations from the desired pressure, the z. B. caused by disturbances or other errors are corrected by the superordinated use of a controller. The observable after the successful control points of the characteristic curve or the characteristic map with respect to the pump motor control signal are used according to the invention for updating the characteristic curve or the map.

Für das Einlernen einer adaptierten Kennlinie oder eines adaptierten Kennfeldes kann zunächst eine für das jeweilige Dosiersystem typische Kennlinie oder ein typisches Kennfeld vorgegeben werden. In einer anderen Ausführungsform kann die vorgebbare Kennlinie oder das vorgebbare Kennfeld Werte von Null enthalten. In diesem Fall wird das System bis zur ersten Adaption der der Vorsteuerung zu Grunde liegenden Kennlinie bzw. des Kennfelds allein mit dem Regler betrieben. Nach Vorgabe der Kennlinie oder des Kennfeldes werden die bei verschiedenen Betriebspunkten beobachtbaren Punkte der Kennlinie oder des Kennfeldes aufgenommen. Die beobachtbaren Punkte beziehen sich auf die sich im Zuge der Einregelung einstellende Pumpenmotoransteuerung. Aus den aktualisierten Punkten wird eine adaptierte Kennlinie oder ein adaptiertes Kennfeld erstellt. Hierfür können unterschiedliche Approximationen der Kennlinie oder des Kennfeldes verwendet werden. Im einfachsten Fall wird ein geradliniger oder ein anderer approximierter Verlauf zwischen zwei ermittelten Punkten verwendet. Zwischen mehreren beobachteten bzw. ermittelten Punkten einer Kennlinie oder eines Kennfeldes kann auch teilweise ein geradliniger und teilweise ein anderweitig approximierter Verlauf eingesetzt werden.For learning an adapted characteristic curve or an adapted characteristic diagram, it is first possible to specify a characteristic curve or a typical characteristic diagram which is typical for the respective metering system. In another embodiment, the predeterminable characteristic curve or the predeterminable characteristic field may contain values of zero. In this case, the system is operated solely with the controller until the first adaptation of the pilot control on the underlying characteristic or the map. After specification of the characteristic curve or the characteristic map, the points of the characteristic curve or characteristic diagram which can be observed at various operating points are recorded. The observable points relate to the pump motor control which takes place during the regulation. From the updated points, an adapted characteristic curve or an adapted characteristic map is created. For this purpose, different approximations of the characteristic curve or the characteristic diagram can be used. In the simplest case, a straight line or another approximated curve between two determined points is used. Between several observed or determined points of a characteristic curve or a characteristic field, it is also possible partly to use a rectilinear and partially approximated course.

Die verschiedenen Betriebspunkte zur Ermittlung der aktualisierten Punkte der Kennlinie oder des Kennfeldes können vorgegeben werden oder im Betrieb dynamisch ermittelt werden. Die verschiedenen Betriebspunkte können beispielsweise in einer Einlernphase des Systems direkt angefahren werden und die dabei beobachtbaren Punkte zur Adaptierung der Kennlinie oder des Kennfeldes genutzt werden. In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die verschiedenen Betriebspunkte während des laufenden Betriebs vom System angefahren werden. Neben einer gezielten Ansteuerung der Betriebspunkte können auch die aus dem Betrieb heraus angefahrenen Betriebspunkte für die Aktualisierung genutzt werden. Hierbei werden die beobachtbaren Punkte dann für die Aktualisierung eingesetzt, wenn die Einregelung erfolgt ist, d. h. wenn der Druckverlauf hinreichend stabil ist.The various operating points for determining the updated points of the characteristic curve or the characteristic map can be specified or determined dynamically during operation. The various operating points can be approached directly, for example in a learning phase of the system, and the points observable thereby can be used to adapt the characteristic curve or the characteristic diagram. In another embodiment of the method according to the invention, the various operating points can be approached by the system during operation. In addition to a targeted control of the operating points and the approached from the operation out operating points can be used for the update. In this case, the observable points are then used for the update when the adjustment has taken place, d. H. when the pressure curve is sufficiently stable.

Mit den aktualisierten Punkten der Kennlinie oder des Kennfeldes wird eine adaptierte Kennlinie oder ein adaptiertes Kennfeld erstellt. Die vorgebbare Kennlinie oder das vorgebbare Kennfeld, das Ausgangspunkt in der Lernphase war, wird durch die adaptierte Kennlinie oder das adaptierte Kennfeld ersetzt. Das Umstellen von der Ausgangskennlinie oder von dem Ausgangskennfeld auf die adaptierte Kennlinie oder das adaptierte Kennfeld kann stetig erfolgen, wobei es vorgesehen sein kann, dass während der Lernphase die Kennlinie oder das Kennfeld mehrfach im Hinblick auf eine optimale Vorsteuerung angepasst wird. Beispielsweise kann die Ausgangskennlinie durch eine adaptierte Kennlinie bereits dann ersetzt werden, wenn lediglich zwei Betriebspunkte zur Erstellung der adaptierten Kennlinie angefahren wurden. Im weiteren Verlauf der Lernphase, wenn weitere Betriebspunkte angefahren wurden, kann die adaptierte Kennlinie (oder das Kennfeld) weiter optimiert werden und die vorherige adaptierte Kennlinie ersetzen. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Ausgangskennlinie oder das Ausgangskennfeld Werte von Null enthält. Auf diese Weise kann sehr schnell eine erste adaptierte Kennlinie oder ein erstes adaptiertes Kennfeld bereitgestellt werden, das eine deutlich verbesserte Regelgüte ermöglicht.With the updated points of the characteristic curve or the map, an adapted characteristic curve or an adapted characteristic map is created. The predefinable characteristic curve or the predefinable characteristic map, which was the starting point in the learning phase, is replaced by the adapted characteristic curve or the adapted characteristic diagram. The changeover from the output characteristic curve or from the output characteristic field to the adapted characteristic curve or the adapted characteristic diagram can take place continuously, it being possible for the characteristic curve or the characteristic field to be adapted several times with regard to an optimum feedforward control during the learning phase. For example, the output characteristic curve can already be replaced by an adapted characteristic curve if only two operating points have been approached to produce the adapted characteristic curve. In the further course of the learning phase, when further operating points have been approached, the adapted characteristic curve (or the characteristic diagram) can be further optimized and replace the previously adapted characteristic curve. This procedure is particularly advantageous if the output characteristic curve or the output characteristic field contains values of zero. In this way, a first adapted characteristic curve or a first adapted characteristic diagram can be provided very quickly, which enables a significantly improved quality of control.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Umschalten von der Ausgangskennlinie oder dem Ausgangskennfeld auf die adaptierte Kennlinie oder das adaptierte Kennfeld sprunghaft erfolgen. Beispielsweise kann das Umstellen dann erfolgen, wenn eine vorgebbare Anzahl von Betriebspunkten für die Erstellung der aktualisierten Kennlinie oder des aktualisierten Kennfeldes angefahren wurde.In another embodiment of the method according to the invention, the switching over from the output characteristic curve or the output characteristic field to the adapted characteristic curve or the adapted characteristic diagram can occur abruptly. For example, the changeover can take place when a predefinable number of operating points for the preparation of the updated characteristic curve or the updated map has been approached.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass zwischen einer reinen Regelung ohne Vorsteuerung und einer Regelung mit Vorsteuerung, insbesondere mit einer adaptiven Vorsteuerung umgestellt wird. Beispielsweise kann auf die Vorsteuerung verzichtet werden, wenn die Dosiermengenänderung, d. h. also die Änderungen der Ansteuerung des Dosierventils, ein vorgebbares Maß nicht überschreiten. Sobald eine höhere Dosiermengenänderung angefordert wird, wird die Vorsteuerung aktiviert. Hierfür kann beispielsweise ein Schwellenwert für die Differenz der Ansteuersignale des Dosierventils vorgegeben werden. Liegt die Differenz der Ansteuersignale während des Betriebs, also die Dosiermengenänderung, oberhalb des Schwellenwertes, ist die Vorsteuerung aktiv oder wird aktiviert, liegt die Differenz der Ansteuersignale unterhalb des Schwellenwertes, ist die Vorsteuerung nicht aktiv oder wird inaktiviert.In a further embodiment of the method according to the invention, provision may be made for switching between a pure control without pilot control and a control with pilot control, in particular with an adaptive pilot control. For example, it is possible to dispense with the precontrol if the metering quantity change, that is to say the changes in the control of the metering valve, do not exceed a specifiable level. As soon as a higher dosing quantity change is requested, the pre-control is activated. For this purpose, for example, a threshold value for the difference of the drive signals of the Metering valve can be specified. If the difference of the control signals during operation, ie the Dosiermengenänderung, above the threshold, the feedforward is active or is activated, the difference of the control signals is below the threshold, the feedforward is not active or is inactivated.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des beschriebenen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Bei dem Steuergerät kann es sich beispielsweise um das Steuergerät der Brennkraftmaschine oder um eine Steuereinheit der Dosiereinrichtung für den SCR-Katalysator handeln. Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm oder als Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass mit Hilfe dieses Programms das erfindungsgemäße Verfahren auch beispielsweise bei bestehenden Kraftfahrzeugen implementiert werden kann, ohne dass weitere Komponenten installiert werden müssten. Auf diese Weise lässt sich die Regelgüte der Dosierung des Reduktionsmittels für ein SCR-Katalysatorsystem ohne großen Aufwand auch bei bestehenden Kraftfahrzeugen erheblich verbessern, um so eine optimale Abgasnachbehandlung zu gewährleisten.The invention further includes a computer program that performs all the steps of the described method when executed on a computing device or controller. Finally, the invention comprises a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention when the program is executed on a computing device or a control device. The control unit may be, for example, the control unit of the internal combustion engine or a control unit of the metering device for the SCR catalytic converter. The embodiment of the method according to the invention as a computer program or as a computer program product has the advantage that with the aid of this program, the method according to the invention can also be implemented, for example, in existing motor vehicles without having to install further components. In this way, the control quality of the dosage of the reducing agent for an SCR catalyst system can be greatly improved without great effort even in existing vehicles, so as to ensure optimal exhaust aftertreatment.

Die Einlernphase für die Adaption der Vorsteuerung kann beispielsweise zu einem vorgebbaren Zeitpunkt durchgeführt werden, beispielsweise zu Beginn eines Fahrzyklusses. Während dieser zeitlich begrenzten Phase werden die verschiedenen erforderlichen Betriebspunkte angefahren werden und die Aktualisierung der Kennlinie oder des Kennfeldes wird vorgenommen. Weiterhin kann die Einlernphase auch über den gesamten Fahrzyklus verteilt erfolgen, indem die verschiedenen Betriebspunkte, die ohnehin während des laufenden Betriebes angefahren werden, für die Aktualisierung der Punkte der Kennlinie oder des Kennfeldes genutzt werden. Die Einlernphase kann zu verschiedenen vorgebbaren Zeiten wiederholt werden. In anderen Ausführungsformen kann es auch vorgesehen sein, die Kennlinie oder das Kennfeld ständig während des laufenden Betriebes zu adaptieren.The training phase for the adaptation of the precontrol can be carried out, for example, at a predefinable time, for example at the beginning of a driving cycle. During this time-limited phase, the various required operating points will be approached and the updating of the characteristic curve or characteristic map will be carried out. Furthermore, the learning phase can also be distributed over the entire driving cycle by using the various operating points, which are already approached during ongoing operation, for updating the points of the characteristic curve or the characteristic diagram. The training phase can be repeated at different predeterminable times. In other embodiments, it may also be provided to adapt the characteristic curve or the characteristic map constantly during ongoing operation.

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.Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In this case, the individual features can be implemented individually or in combination with each other.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 eine schematische Darstellung der Komponenten einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems (Stand der Technik) und 1 a schematic representation of the components of a metering device of an SCR catalyst system (prior art) and

2 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a schematic flow diagram of the method according to the invention.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

1 zeigt in schematischer Weise die bekannten Komponenten einer Dosiereinrichtung eines SCR-Katalysatorsystems. Im Abgasstrang 10 einer Brennkraftmaschine 11 ist ein SCR-Katalysator 12 angeordnet, der durch eine selektive katalytische Reduktion (SCR) selektiv Stickoxide im Abgas reduziert. Für diese Reaktion wird Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel eingesetzt. Da Ammoniak eine toxische Substanz ist, wird diese Substanz aus der ungiftigen Trägersubstanz Harnstoff gewonnen. Der Harnstoff wird als flüssige Harnstoffwasserlösung über ein Dosierventil 13 in den Abgasstrang 10 stromaufwärts des SCR-Katalysators 12 eingespritzt. Die wässrige Harnstofflösung wird in einem Reduktionsmitteltank 14 bevorratet. Zur Entnahme der Harnstofflösung ist eine Saugleitung 15 vorgesehen. Das Reduktionsmittel wird über eine Förderpumpe 16 aus dem Reduktionsmitteltank 14 gefördert und unter Druck in der Druckleitung 17 zum Dosierventil 13 geleitet. Die Harnstofflösung wird bedarfsgerecht und präzise in den Abgasstrang 10 eingespritzt. Hierbei spielt der Druck des Reduktionsmittels in der Druckleitung 17 eine maßgebliche Rolle. Dieser Reduktionsmitteldruck wird auf einen vorgebbaren Solldruck eingeregelt. Zur Erfassung des Ist-Drucks in der Druckleitung 17 ist ein Drucksensor 18 vorgesehen, der die erfassten Drucksignale an ein Steuergerät 19 weiterleitet. Die Förderpumpe 16 wird als Stellglied über eine Signalgebung des Steuergeräts 19 angesteuert, sodass ein vorgebbarer Solldruck eingeregelt werden kann. Die Ansteuerung des Dosierventils 13 erfolgt ebenfalls bedarfsabhängig über eine Signalgebung des Steuergeräts 19. 1 shows in a schematic way the known components of a metering device of an SCR catalyst system. In the exhaust system 10 an internal combustion engine 11 is an SCR catalyst 12 arranged, which selectively reduces nitrogen oxides in the exhaust gas by a selective catalytic reduction (SCR). For this reaction, ammonia (NH 3 ) is used as a reducing agent. Since ammonia is a toxic substance, this substance is derived from the non-toxic carrier substance urea. The urea is used as a liquid urea water solution via a metering valve 13 in the exhaust system 10 upstream of the SCR catalyst 12 injected. The aqueous urea solution is placed in a reducing agent tank 14 stored. To remove the urea solution is a suction line 15 intended. The reducing agent is via a feed pump 16 from the reducing agent tank 14 conveyed and under pressure in the pressure line 17 to the metering valve 13 directed. The urea solution is tailored and precisely in the exhaust system 10 injected. In this case, the pressure of the reducing agent in the pressure line plays 17 a significant role. This reducing agent pressure is adjusted to a predefinable target pressure. For detecting the actual pressure in the pressure line 17 is a pressure sensor 18 provided, the detected pressure signals to a control unit 19 forwards. The pump 16 is used as an actuator via a signaling device of the control unit 19 controlled, so that a predetermined target pressure can be adjusted. The activation of the metering valve 13 is also required depending on a signaling of the controller 19 ,

Zur Verbesserung der Regelgüte des Dosiersystems ist es erfindungsgemäß vorgesehen, eine adaptive Vorsteuerung für die Eindosierung der Harnstofflösung in den Abgasstrang 10 einzusetzen. Hierbei bildet das Stellsignal für das Dosierventil 13 die Eingangsgröße. Abhängig von der aktuellen Anforderung an die Öffnungsdauer des Dosierventils 13 wird die Ansteuerung der Förderpumpe 16 entsprechend eingestellt. In einer Lernphase wird das Pumpenmotor-Stellsignal bei unterschiedlichen Dosierventilansteuerungen eingelernt und ausgehend von zwei oder mehr eingelernten Punkten wird eine Kennlinie oder ein Kennfeld erstellt, die bzw. das zur Adaption der Vorsteuerung eingesetzt wird. Hierdurch können in besonders vorteilhafter Weise Über- oder Unterschwinger des Druckverlaufs reduziert werden. Die Einregelzeit bis zur stabilen Einstellung des vorgebbaren Drucks kann erheblich reduziert werden. Diese Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen insbesondere bei hohen Dosiermengenänderungen, d. h. bei Änderungen der Ansteuerung des Dosierventils zum Tragen.To improve the control quality of the dosing system, it is provided according to the invention, an adaptive pilot control for the metering of the urea solution in the exhaust system 10 use. Here, the actuating signal for the metering valve forms 13 the input quantity. Depending on the current requirement for the opening duration of the dosing valve 13 becomes the control of the feed pump 16 adjusted accordingly. In a learning phase, the pump motor control signal is taught at different Dosierventilansteuerungen and based on two or more learned points a characteristic curve or a map is created, which is used to adapt the pilot control. This can be reduced in a particularly advantageous manner, over or undershoot the pressure curve. The settling time until the stable setting of the predefinable pressure can be considerably reduced. These advantages of the method according to the invention come in particular at high Dosiermengenänderungen, ie for changes in the control of the metering to bear.

2 illustriert in schematischer Weise wesentliche Punkte beim Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start des Systems (Schritt 20) erfolgt das Einlernen der Kennlinie (Schritt 30). Anschließend kann der Betrieb des Systems mit der adaptierten Vorsteuerung in Schritt 40 vorgenommen werden. Während des laufenden Betriebs kann die Kennlinie weiter aktualisiert werden (Schritt 50), sodass im laufenden Betrieb (Schritt 40) eine fortlaufende Adaption der Vorsteuerung erfolgt. 2 illustrates in a schematic way essential points in the course of the method according to the invention. After starting the system (step 20 ), the learning of the characteristic (step 30 ). Subsequently, the operation of the system with the adapted pilot control in step 40 be made. During operation, the characteristic can be further updated (step 50 ), so that during operation (step 40 ) a continuous adaptation of the feedforward takes place.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anstelle der Kennlinie ein Kennfeld eingesetzt, das neben dem Zusammenhang zwischen dem Stellsignal des Dosierventils und der Ansteuerung des Pumpenmotors weitere Größen berücksichtigt, beispielsweise die Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur des verwendeten Reduktionsmittels, die einen Einfluss auf die Präzision der Dosierung ausüben. Ein weiteres Beispiel für eine weitere Größe ist der atmosphärische Druck, der ebenfalls einen Einfluss auf die Präzision der Dosierung des Reduktionsmittels ausübt. Das Kennfeld kann laufend während des Betriebs der Brennkraftmaschine adaptiert werden, indem die entsprechenden Informationen berücksichtigt werden. Beispielsweise kann die Umgebungstemperatur durch einen entsprechenden Temperatursensor oder durch Rückschluss aus anderen Daten oder Werten erfasst werden. Die Aktualisierung der Pumpenmotoransteuerung bei bestimmten Betriebspunkten wird in dieser Ausführungsform in Abhängigkeit von beispielsweise der jeweiligen Umgebungstemperatur für die Adaptierung des Kennfeldes herangezogen. Auf diese Weise kann die Abhängigkeit des Dosiersystems von derartigen weiteren Bedingungen für die Vorsteuerung berücksichtigt werden und deren Einfluss damit minimiert werden. Damit wird die gesamte Regelgüte des Dosiersystems weiter optimiert.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, instead of the characteristic curve, a characteristic field is used which, in addition to the relationship between the actuating signal of the metering valve and the activation of the pump motor, takes into account further variables, for example the ambient temperature and / or the temperature of the reducing agent used, which has an influence exercise the precision of the dosage. Another example of another size is the atmospheric pressure, which also affects the precision of the metering of the reducing agent. The map can be adapted continuously during operation of the internal combustion engine by taking into account the corresponding information. For example, the ambient temperature may be detected by a corresponding temperature sensor or by inference from other data or values. The update of the pump motor drive at certain operating points is used in this embodiment, depending on, for example, the respective ambient temperature for the adaptation of the map. In this way, the dependence of the dosing of such further conditions for the precontrol can be considered and their influence can be minimized. This further optimizes the overall control quality of the dosing system.

Neben der Verbesserung der Regelgüte des Systems gegenüber herkömmlichen Verfahren hat das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Vorteil, dass eine Kalibrierung des Dosiersystems beispielsweise nach der Fertigstellung des Kraftfahrzeugs mit niedrigerem Aufwand betrieben werden kann, da die Kalibrierung im Wesentlichen durch die adaptive Vorsteuerung gemäß der Erfindung während des laufenden Betriebs des Kraftfahrzeugs erfolgen kann.In addition to improving the control quality of the system compared to conventional methods, the method according to the invention has the further advantage that a calibration of the dosing system can be operated with less effort, for example after the completion of the motor vehicle, since the calibration is essentially performed by the adaptive feedforward control according to the invention during the ongoing operation of the motor vehicle can take place.

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben eines druckgeregelten Dosiersystems für einen SCR-Katalysator (12), wobei das Dosiersystem wenigstens ein Dosierventil (13) und einen Aktor (16), insbesondere einen Pumpenmotor, zur Eindosierung einer flüssigen Reduktionsmittellösung in den Abgasstrang (10) einer Brennkraftmaschine (11) stromaufwärts des SCR-Katalysators (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine adaptive Vorsteuerung eingesetzt wird.Method for operating a pressure-controlled metering system for an SCR catalytic converter ( 12 ), wherein the dosing system at least one metering valve ( 13 ) and an actor ( 16 ), in particular a pump motor, for metering a liquid reducing agent solution into the exhaust gas line (US Pat. 10 ) an internal combustion engine ( 11 ) upstream of the SCR catalyst ( 12 ), characterized in that an adaptive feedforward control is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die adaptive Vorsteuerung von einer vorgebbaren Kennlinie oder einem vorgebbaren Kennfeld, die bzw. das einen Zusammenhang zwischen der Ansteuerung des wenigstens einen Dosierventils (13) und der Ansteuerung des Aktors (16) repräsentiert, ausgeht und ein Einlernen einer adaptierten Kennlinie oder eines adaptierten Kennfeldes durch Anfahren verschiedener Betriebspunkte erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the adaptive feedforward control of a predefinable characteristic curve or a predeterminable characteristic field, the or a relationship between the control of the at least one metering valve ( 13 ) and the activation of the actuator ( 16 ), and a learning of an adapted characteristic curve or an adapted characteristic field takes place by approaching different operating points. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbaren Kennlinie oder das vorgebbare Kennfeld eine typische Kennlinie oder ein typisches Kennfeld ist.A method according to claim 2, characterized in that the predetermined characteristic curve or the predeterminable characteristic diagram is a typical characteristic curve or a typical characteristic diagram. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Kennlinie oder das vorgebbare Kennfeld Werte von Null enthält.A method according to claim 2, characterized in that the predeterminable characteristic curve or the predeterminable characteristic field contains values of zero. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Betriebspunkte vorgebbar sind und/oder im Betrieb dynamisch ermittelt werden.Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the various operating points can be predetermined and / or dynamically determined during operation. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Betriebspunkte gezielt angefahren werden und die dabei beobachtbaren Punkte der Kennlinie oder des Kennfeldes aktualisiert werden.Method according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the various operating points are approached in a targeted manner and the points of the characteristic line or the characteristic field which can be observed thereby are updated. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Betriebspunkte während des laufenden Betriebs vom System angefahren werden und die dabei beobachtbaren Punkte der Kennlinie oder des Kennfeldes aktualisiert werden.Method according to one of claims 2 to 5, characterized in that the various operating points are approached during operation of the system and the thereby observable points of the characteristic curve or the map are updated. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aktualisierten Punkte zur Erstellung einer adaptierten Kennlinie oder eines adaptierten Kennfeldes herangezogen werden.A method according to claim 6 or claim 7, characterized in that the updated points are used to create an adapted characteristic curve or an adapted characteristic field. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umstellen von der vorgebbaren Kennlinie oder des vorgebbaren Kennfeldes auf die adaptierte Kennlinie oder das adaptierte Kennfeld stetig erfolgt.Method according to one of claims 2 to 8, characterized in that a change of the predetermined characteristic curve or the predeterminable characteristic map on the adapted characteristic curve or the adapted characteristic map continuously takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umstellen von der vorgebbaren Kennlinie oder des vorgebbaren Kennfeldes auf die adaptierte Kennlinie oder das adaptierte Kennfeld sprunghaft erfolgt.Method according to one of claims 2 to 8, characterized in that a change from the predeterminable characteristic curve or the predeterminable characteristic field to the adapted characteristic curve or the adapted characteristic field occurs abruptly. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät (19) ausgeführt wird.A computer program executing all the steps of a method according to any one of claims 1 to 10 when mounted on a computing device or controller ( 19 ) is performed. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät (19) ausgeführt wird.Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for performing a method according to one of claims 1 to 10, when the program is stored on a computing device or a control device ( 19 ) is performed.
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