DE102013200541B4

DE102013200541B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Druckindizierung in einem Dosierungssystem

Info

Publication number: DE102013200541B4
Application number: DE102013200541.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Boehland
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2033-01-17
Also published as: DE102013200541A1

Abstract

Verfahren zur Druckindizierung in einem Dosiersystem (1), welches mindestens eine Membranpumpe (20) als Förderpumpe einer Flüssigkeit aufweist, welche mittels einer Magnetspule (21) angetrieben wird, wobei ein Anker eine Membran bewegt und somit bei jedem Hub eine definierte Flüssigkeitsmenge gefördert wird, wobei ein Loslaufzeitpunkt (208) des Ankers mittels Auswertung eines Stroms, welcher durch die Magnetspule (21) fließt, und dessen zeitlichen Ableitungen ermittelt und anhand von Tabellenwerten oder Kennlinien in Abhängigkeit von mindestens einer Bordspannung UBord, einer Temperatur und eines Druckes mit dem ermittelten Loslaufzeitpunkt (208) eine Druckindizierung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes (208) aus dem zeitlichen Stromverlauf I(t)und aus dessen zeitlicher Ableitung ΔI/Δt eine Druck-Indizierungsfunktion (203) abgeleitet wird, deren zeitlicher Verlauf zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes (208) des Ankers verwendet wird, dass bei der Bestimmung der Druck-Indizierungsfunktion (203) die Bordspannung UBordund der ohmsche Widerstand R der Magnetspule (21) mit berücksichtigt werden, wobei die Druck-Indizierungsfunktion (203) nach der Beziehung F(t)= (UBord- I(t)* R) / ΔI/Δt gebildet wird, und dass als Loslaufzeitpunkt (208) der Zeitpunkt definiert wird, bei dem die Druck-Indizierungsfunktion (203) einen applizierbaren Grenzwert (207) überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckindizierung in einem Dosiersystem, welches mindestens eine Membranpumpe als Förderpumpe einer Flüssigkeit aufweist, welche mittels einer Magnetspule angetrieben wird, wobei ein Anker eine Membran bewegt und somit bei jedem Hub eine definierte Flüssigkeitsmenge gefördert wird, wobei ein Loslaufzeitpunkt des Ankers mittels Auswertung eines Stroms, welcher durch die Magnetspule fließt, und dessen zeitlichen Ableitungen ermittelt und anhand von Tabellenwerten oder Kennlinien in Abhängigkeit von mindestens einer Bordspannung U_Bord, einer Temperatur und eines Druckes mit dem ermittelten Loslaufzeitpunkt eine Druckindizierung vorgenommen wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere eine Dosiersteuereinheit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Stickoxidemission von Kraftfahrzeugen ist eine entsprechende Abgasnachbehandlung erforderlich. Die selektive katalytische Reduktion (Selective Catalyst Reduction - SCR) kann zur Verringerung der NO_x-Emission (Entstickung) von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, mit zeitlich überwiegend magerem, d.h. sauerstoffreichem Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reduktionsmittels zugegeben. Dies kann beispielsweise in Form von Ammoniak sein, welches direkt gasförmig zudosiert wird, oder auch aus einer Vorläufersubstanz in Form von Harnstoff oder aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen wird. Derartige HWL-SCR-Systeme sind erstmalig im Nutzfahrzeugsegment eingesetzt worden.
In der DE 10139142 A1 ist ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zur Verringerung der NO_x-Emission ein SCR-Katalysator eingesetzt ist, der die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Reduzierungsmittel Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Das Ammoniak wird in einem stromaufwärts vor dem SCR-Katalysator angeordneten Hydrolyse-Katalysator aus der Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen. Der Hydrolyse-Katalysator setzt den in der HWL enthaltenen Harnstoff zu Ammoniak und Kohlendioxid um. In einem zweiten Schritt reduziert das Ammoniak die Stickoxide zu Stickstoff, wobei als Nebenprodukt Wasser erzeugt wird. Der genaue Ablauf ist in der Fachliteratur hinreichend beschrieben worden (vgl. WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441-449, 2000). Die HWL wird in einem Reagenzmitteltank bereitgestellt und ist z.B. unter dem Namen AdBlue als 32,5%ige Lösung bekannt.
Die HWL-Menge wird dabei durch eine Leitung vom Tank zu einem Dosierventil gefördert und in den Abgastrakt eindosiert. In der DE 196 07 073 A1 wird ein Flüssigkeitszudosiersystem, insbesondere zum Zudosieren von Flüssigkeiten zu einem Brennstoff oder zu bei einer Verbrennung sich ergebenden Abgasen, beschrieben, welches eine elektrisch betreibbare Dosierpumpeinrichtung zum Fördern der zu zudosierenden Flüssigkeit von einem Zudosierflüssigkeitstank zu dem mit Zudosierflüssigkeit zu vermischenden Medium, eine Erfassungsanordnung zum Erfassen einer im Betrieb der Dosierpumpeinrichtung sich einstellenden und diesen charakterisierenden Betriebsgröße und eine Auswerteeinheit zum Vergleichen der Betriebsgröße mit wenigstens einem Referenzwert und zum Bestimmen des Betriebszustandes der Dosierpumpeinrichtung beruhend auf dem Vergleichsergebnis umfasst. Dabei ist ferner vorgesehen, dass als Betriebsgröße der durch die Dosierpumpeinrichtung fließende Pumpstrom erfasst wird. Durch Auswertung des zeitlichen Verlaufs des Pumpstroms und Vergleich mit in einem Kennfeld hinterlegten Referenzverläufen und/ oder Schwellwerten können zum einen Fehlerzustände bei der Bewegung des Ankers der Pumpeinrichtung detektiert und zum anderen die Genauigkeit der Zudosierung, unabhängig vom z.B. Viskositätszustand der Zudosierflüssigkeit, erhöht werden.
In aktuellen Zudosiersystemen, wie diese beispielsweise unter der Bezeichnung DENOXTRONIC bekannt sind, saugt in einem Fördermodul eine Membranpumpe die AdBlue-Lösung aus dem Betriebsmitteltank und verdichtet diese auf den für eine Zerstäubung erforderlichen Systemdruck von 4,5 bis 8,5 bar. Das Dosiermodul misst die für die NO_x-Reduktion erforderliche AdBlue-Menge zu und zerstäubt sie in den Abgasstrom vor dem SCR-Katalysator. Die Steuerung von Dosier- und Heizstrategie sowie für eine On-Board-Diagnose (OBD) kann durch eine übergeordnete Motorsteuerung oder durch eine Dosiersteuereinheit erfolgen. Mit der Verarbeitung der aktuellen Motorbetriebsdaten und aller erforderlichen Sensordaten wird die Menge des Reduktionsmittels exakt auf den Motorbetriebspunkt und auf die katalysatorspezifischen Eigenschaften zur maximalen Stickoxidreduzierung abgestimmt.
Das System ist z.B. nominell auf einen Druck von typisch 6,5 bar ausgelegt. Dieser Druck muss überwacht werden. Aus Kostengründen soll in zukünftigen Systemen auf einen Drucksensor verzichtet werden. Da der Strombedarf der Magnetspule der Membranpumpe druckabhängig ist, soll dieser Strom zur Druckindizierung eingesetzt werden. Bei volumetrischen Systemen ohne Druck- oder Durchflusssensoren, muss zur Überwachung des Drucks des volumetrischen Systems ein Modell eingesetzt werden, so dass zum einen die gesetzlichen Auflagen zur optimalen Schadstoffminimierung erfüllt und zum anderen auch ein Bauteilschutz gewährleistet werden kann.
Der hierbei eingesetzte Magnetkreis der Membranpumpe ist derart ausgelegt, dass sich im Auslegungsbereich der Stromverlauf I_(t) durch die Bewegung des Ankers der Membranpumpe ändert. Da sich der Anker bei hohem Systemdruck später bewegt als bei niedrigem Systemdruck, kann die Bewegung des Ankers als Indikator für den Druck eingesetzt werden. Die Zeit für den Loslaufzeitpunkt (BMP) des Ankers ist daher ein Maß für den Druck. Durch die schnelle Bewegung des Ankers kommt es zu einer Gegeninduktion, welche durch eine Magnetflussänderung verursacht wird. Diese Änderung bzw. der kleine Luftspalt führen dazu, dass der Strom bis zum Aufschlagen das Ankers auf den Hubanschlag abfällt. Der bisherige Software-Algorithmus bestimmt die Zeit und den Strom für den ersten Stromhochpunkt (MMP) und den darauf folgenden Stromtiefpunkt (MSP). MMP, MSP, Stromhöhe und der zeitliche Stromverlauf sind jedoch stark von der Temperatur und von der Bordspannung im Fahrzeug abhängig, so dass in einigen Fällen keine klare Identifizierung eines MMP möglich ist, so dass keine Druckindizierung durchgeführt werden kann. Zudem zeigt sich, dass der Stromhochpunkt (MMP) und der Stromtiefpunkt (MSP) stark von der Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers abhängig ist und somit einer großen Toleranz unterliegt. Ein BMP kann daher nicht exakt bestimmt werden.
Weitere Verfahren zur elektrischen Ansteuerung von Ventilen sind bereits aus der DE 10 2011 003 187 A1 , der DE 10 2010 046 977 A1 , der DE 10 2010 038 394 A1 , der DE 10 2009 027 311 A1 , der DE 43 22 199 A1 und der DE 38 43 138 A1 bekannt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Auswerteverfahren bereitzustellen, mit dem eine sichere Erkennung des Loslaufzeitpunktes (BMP) und damit eine Druckbestimmung ermöglicht werden kann.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes aus dem zeitlichen Stromverlauf I(_t) und aus dessen zeitlicher Ableitung ΔI/Δt eine Druck-Indizierungsfunktion abgeleitet wird, deren zeitlicher Verlauf zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes des Ankers verwendet wird. Damit kann ein Bewegungsbeginn eines Aktuators, in diesem Fall der Anker der Membranpumpe, sicher detektiert und damit der Systemdruck mit geringeren Toleranzen als bisher bestimmt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn zusätzliche Drucksensoren zur Überwachung nicht zur Verfügung stehen.
Werden, bei der Bestimmung der Druck-Indizierungsfunktion die Bordspannung U_Bord und der ohmsche Widerstand R der Magnetspule mit berücksichtigt, wobei die Druck-Indizierungsfunktion nach der Beziehung F_(t) = (U_Bord - I_(t) * R) / ΔI/Δt gebildet wird, kann der Einfluss der Bordspannung bzw. Versorgungsspannung, welche im praktischen Betrieb Schwankungen unterworfen sein kann, eliminiert und der Systemdruck aus der Zeit bis zum Bewegungsbeginn bestimmt werden. Hierbei ist nur noch eine geringe Temperaturabhängigkeit zu berücksichtigen.
Eine Detektion der Bewegung des Aktuators bzw. des Ankers kann sicher erfolgen, wenn als Loslaufzeitpunkt der Zeitpunkt definiert wird, bei dem die Druck-Indizierungsfunktion einen applizierbaren Grenzwert überschreitet.
Um Störungen, insbesondere zu Beginn eines Auswertezeitraumes zu minimieren, kann der Loslaufzeitpunkt aus einer Zeitdifferenz ab Überschreitung eines applizierbaren Mindeststromwertes für den Strom durch die Magnetspule bis Erreichen des Grenzwertes durch die Druck-Indizierungsfunktion bestimmt werden.
Um auch bei allen Betriebsphasen, d.h. niedriger bzw. hoher Temperatur, kleiner bzw. großer Versorgungsspannung eine sichere Detektion des Bewegungsbeginns detektieren zu können, wird als Mindeststromwert ein Wert gewählt, der unterhalb des minimalen Stromes beim Loslaufen des Ankers bei all diesen Betriebspunkten liegt.
Wird die Temperatur der Flüssigkeit und/ oder die Temperatur der Membran der Membranpumpe bei der Auswertung mit berücksichtigt, kann die Genauigkeit bei der Druckbestimmung zusätzlich erhöht werden.
Eine weitgehend temperaturunabhängige Druckindizierung kann erreicht werden, wenn die Druck-Indizierungsfunktion mit einem Mittelwert der Funktion F_(t) über einen Auswertezeitraum Δt = to - t gemäß F_ind(t) = F_(t) / Mittelwert(F_(t0-t)) normiert wird und der Loslaufzeitpunkt als Zeitpunkt definiert wird, wenn die normierte Druck-Indizierungsfunktion eine vorgebbare Abweichung vom Wert 1 überschreitet. Damit können auch Signalstörungen während der Auswertephase unterdrückt werden.
Eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit seinen zuvor beschriebenen Varianten sieht den Einsatz zur Bestimmung des Druckes in einem Dosiersystem vor, mit dem eine Harnstoff-Wasser-Lösung als Reduktionsmittel in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine eingebracht wird, welcher in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Einbringort der Harnstoff-Wasser-Lösung einen SCR-Katalysator aufweist. Insbesondere bei Magermotoren kann damit eine Stickoxidreduktion herbeigeführt werden, so dass auch zukünftige gesetzliche Vorgaben zur Schadstoffemission eingehalten werden können. Grundsätzlich kann das Verfahren mit seinen Varianten auch bei anderen Dosiervorrichtungen eingesetzt werden, bei denen eine präzise Dosierung einerseits und eine exakte Druckbestimmung andererseits erforderlich sind, aber zusätzliche Druckmesssysteme nicht zur Verfügung stehen.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Dosiersteuereinheit Berechnungseinheiten, Komparatoren und Kennfeldspeicher zur Durchführung des Verfahrens gemäß den zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten aufweist. Die Funktionalität des Verfahrens kann dabei zumindest teilweise software-basiert in dieser implementiert sein. Dabei erfolgt die Umsetzung kostengünstig durch eine entsprechende Softwareerweiterung in der Dosiersteuereinheit oder, falls diese als Teil einer übergeordneten Motorsteuerung ausgeführt ist, in der übergeordneten Motorsteuerung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung ein Dosiersystem als technisches Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann,
2 in einem ersten Kennliniendiagramm Stromverläufe für unterschiedliche Bordspannungen und Temperaturen,
3 in einem ersten Verlaufsdiagramm einen zeitlichen Verlauf des Stroms, der zweiten zeitlichen Ableitung des Stroms und eine Funktion zur Druckindizierung für ein erstes Beispiel,
4 in einem zweiten Verlaufsdiagramm den zeitlichen Verlauf des Stroms, der zweiten zeitlichen Ableitung des Stroms und die Funktion zur Druckindizierung für ein zweites Beispiel und
5 in einem weiteren Kennliniendiagramm verschiedene Funktionen zur Druckindizierung bei unterschiedlichen Temperaturen.

1 zeigt als vereinfachte schematische Übersicht ein Dosiersystem 1 mit dem eine Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL), bekannt auch als AdBlue, aus einem Betriebsmitteltank 10 in einen Abgaskanal 40 einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Einspritzung erfolgt dabei in Strömungsrichtung des Abgasstroms 41 vor einem SCR-Katalysator 50.
In einem Förderstrang wird die HWL über einen Filter 11 mittels einer Membranpumpe 20 zu einer Dosiereinheit 30 gefördert, wobei eine konstante Menge je Hub in eine Druckleitung 25 zwischen Membranpumpe 20 und Dosiereinheit 30 gefördert wird. Die Dosiereinheit 30 dosiert je nach Bedarf die HWL in den Abgaskanal 40. In Strömungsrichtung der HWL vor und hinter der Membranpumpe 20 befindet sich ein Einlassventil 22 und ein Druckventil 23. Zur Vermeidung von Druckstößen ist an der Druckleitung 25 ein Druckstoßdämpfer 24 angeordnet. Ein Eisdruckdämpfer 12 verhindert eingangsseitig eine Beschädigung der Vorrichtung, falls die HWL bei extrem kalten Temperaturen gefrieren sollte.
In einem zum Förderstrang parallel angeordneten Rückförderstrang kann mittels einer Rückförderpumpe 60 die Förderanlage entleert werden, wobei die HWL zurück in den Betriebsmitteltank 10 gepumpt werden kann. In Strömungsrichtung der HWL befindet sich eingangsseitig an der Förderpumpe ein weiteres Einlassventil 61 und ausgangsseitig ein Druckventil 62. Zudem ist in diesem Rückförderstrang ein weiterer Eisdruckdämpfer 12 vorgesehen.
Das System ist z.B. auf einen nominalen Druck von 6,5 bar ausgelegt. Dieser Druck wird über die Membranpumpe 20 aufgebaut und muss überwacht werden. Ein separater Drucksensor ist, wie bereits eingangs erwähnt, in neueren Systemen aus Kostengründen nicht vorgesehen. Da der Antrieb der Membranpumpe 20 mittels einer Magnetspule 21 erfolgt kann anhand des Stroms durch die Magnetspule 21 ein Druck modellhaft bestimmt werden und somit eine Druckindizierung ermöglicht werden.
Zur Steuerung der Membranpumpe 20, der Rückförderpumpe 60 und der Dosiereinheit 30 dient eine Dosiersteuereinheit 70, welche auch als Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuereinheit ausgelegt sein kann. Die Funktionalität kann dabei Software-basiert ausgeführt sein. In der Dosiersteuereinheit 70 kann zudem die zeitliche Stromaufnahme der Magnetspule 21 der Membranpumpe 20 ausgewertet und mittels dort abgelegter Kennlinienfelder für den Stromverlauf in Abhängigkeit von Temperatur und Bordspannung verglichen werden.
In bestehenden Dosiersystemen 1 wird der Druck zur Überwachung des volumetrischen Systems aus dem Stromprofil zur Ansteuerung der Magnetspule 21 der Membranpumpe 20 modelliert. Dabei lässt sich aus dem Stromverlauf ein Loslaufzeitpunkt (entsprechend BMP) 208 (siehe 3 oder 4) oder der Anschlag (entsprechend MSP) (siehe 112 in 2) des Ankers der Membranpumpe 20 interpretieren. Über den Zeitpunkt und die Stromhöhe wird dabei der Druck modelliert. Zum Loslaufen (= Hubbeginn) muss der Anker der Magnetspule 21 dabei gegen mechanische Kräfte, z.B. gegen eine Federkraft und eine hydraulische Kraft bewegt werden. Dabei wird die Magnetspule 21 bestromt. Die Magnetkraft steigt an und in dem Augenblick, an dem ein Kräftegleichgewicht zwischen der öffnenden Magnetkraft und den schließenden Druckkräften herrscht, setzt sich der Anker der Magnetspule 21 in Bewegung. Da sich der Anker bei hohem Systemdruck später bewegt als bei niedrigem Systemdruck, kann der Zeitpunkt der Bewegung des Ankers als Indikator für den Druck eingesetzt werden. Die Zeit für den Loslaufzeitpunkt (BMP) 208 (siehe 3 oder 4) des Ankers ist daher ein Maß für den Druck. Durch die schnelle Bewegung des Ankers kommt es zu einer Gegeninduktion, welche durch eine Magnetflussänderung verursacht wird. Diese Änderung bzw. der kleine Luftspalt führen dazu, dass der Strom bis zum Aufschlagen das Ankers auf den Hubanschlag abfällt. Dieser Zeitpunkt wird als Stromtiefpunkt (MSP) 112 (siehe 2) bezeichnet.
Der bisherige Software-Algorithmus bestimmt die Zeit und den Strom für den Stromhochpunkt (MMP) 111 (siehe 2) und den darauf folgenden Stromtiefpunkt (MSP) 112 (siehe 2). MMP, MSP, Stromhöhe und der zeitliche Stromverlauf sind jedoch stark von der Temperatur und von der Bordspannung im Fahrzeug abhängig, so dass in einigen Fällen keine klare Identifizierung eines MMP möglich ist, so dass keine Druckindizierung durchgeführt werden kann. Zudem zeigt sich, dass der Stromhochpunkt (MMP) 111 und der Stromtiefpunkt (MSP) 112 stark von der Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers abhängig ist und somit einer großen Toleranz unterliegt.
2 zeigt in einem Kennliniendiagramm 100 für unterschiedliche Bordspannungen und Temperaturen den Stromverlauf, wobei die Stromstärke 101 bezüglich eines Drucks von 8 ± 0,1 bar in Abhängigkeit der Zeit 102 normiert dargestellt ist. Dargestellt sind folgende Stromverläufe:

• Ein erster Stromverlauf 103 für eine Temperatur von 23° C und einer Bordspannung von 10V,
• Ein zweiter Stromverlauf 104 für eine Temperatur von 23° C und einer Bordspannung von 13,5 V,
• Ein dritter Stromverlauf 105 für eine Temperatur von 23° C und einer Bordspannung von 16 V,
• Ein vierter Stromverlauf 106 für eine Temperatur von 0° C und einer Bordspannung von 10V,
• Ein fünfter Stromverlauf 107 für eine Temperatur von 0° C und einer Bordspannung von 13,5 V,
• Ein sechster Stromverlauf 108 für eine Temperatur von 0° C und einer Bordspannung von 16 V,
• Ein siebter Stromverlauf 109 für eine Temperatur von - 5° C und einer Bordspannung von 10 V und
• Ein achter Stromverlauf 110 für eine Temperatur von - 5° C und einer Bordspannung von 16 V,

Exemplarisch ist ein Stromhochpunkt (MMP) 111 und ein Stromtiefpunkt (MSP) 112 am ersten Stromverlauf 103 (durchgezogene dicke Linie) eingetragen. MMP und MSP sowie der Stromverlauf hängen sehr stark bei gleichem Druck (hier 8 ± 0,1 bar) von der Bordspannung und der Temperatur ab.
Durch die Neuauslegung der Förderpumpe kommt es insbesondere bei tiefen Temperaturen und hohen Bordspannungen zu keinem identifizierbaren Stromabfall, sondern nur noch zu einem geringen Anstieg des Stromes während der Bewegungsphase des Ankers. Deshalb kann in diesen Fällen kein MMP (maximaler Strom) bestimmt werden und keine Druckindizierung durchgeführt werden, wie dies der achte Stromverlauf 110 (gestrichelte dicke Linie) für die Temperatur - 5° C und der Bordspannung 16 V zeigt. Zudem sind der Stromhochpunkt (MMP) 111 und der Stromtiefpunkt (MSP) 112 stark von der Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers abhängig, welche darüber hinaus toleranzbehaftet ist. In neueren Systemen ist eine reduzierte Ankergeschwindigkeit wegen der recht hohen Aufschlaggeräusche notwendig geworden. Einflüsse der Membran und der Druckschwingungsdämpfer (Druckstoßdämpfer 24) wirken sich ebenfalls negativ auf die bisherige Auswertemethode aus.
Um die Druckindizierung zu verbessern, ist gemäß der Erfindung ein verbessertes Auswerteverfahren vorgesehen, bei dem zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes (BMP) 208 (siehe 3 oder 4) aus dem zeitlichen Stromverlauf I_(t) und aus dessen zeitlicher Ableitung ΔI/Δt eine Druck-Indizierungsfunktion abgeleitet wird, deren zeitlicher Verlauf zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes des Ankers verwendet wird. Dabei sind nachfolgende Berechnungsschritte vorgesehen.
Zunächst wir in einem ersten Schritt der ermittelte Stromverlauf mittels eines gleitenden Mittelwertes geglättet. Aus der bekannten Bordspannung U_Bord, dem zeitlichen Stromverlauf I_(t) und der zeitlichen Ableitung des Stromverlaufs ΔI/Δt sowie dem elektrischen Widerstand R wird eine Funktion F(t) nach folgender Beziehung gebildet: $F_{(t)} {=U}_{Bord} = I_{(t)} * R) / Δ I / Δ t$
Eine normierte Indizierungsfunktion F_ind(t) ergibt sich aus einer Normierung der Funktion F(t) mit einem Mittelwert der Funktion F_(t) über einen Auswertezeitraum Δt = to - t nach folgender Beziehung: $F_{ind (t)} = F_{(t)} /Mittelwert (F_{(t0-t)})$
wobei R aus einer konstanten Spannung U und einem konstanten Strom I entsprechend des ohmschen Gesetzes bestimmt werden kann und to der Zeitpunkt zu Beginn der Auswertung darstellt.
Der Loslaufzeitpunkt (BMP) 208 kann mit F_(t) bestimmt werden, sobald diese einen bestimmten Grenzwert 207 überschreitet, wie dies in 3 und 4 exemplarisch für die Beispiele U_Bord = 16 V, Druck = 8,5 bar und Temperatur = - 8° C (3) und U_Bord = 10V, Druck = 8 bar und Temperatur = - 8° C (4) dargestellt ist. Der Grenzwert 207 ist in den gezeigten Beispielen mit dem Wert 1,5 angegeben.
Dargestellt sind in 3 und 4 jeweils der Stromverlauf 201 I_(t), der Verlauf der 2. Ableitung des Stroms 202 und eine aus F_(t) gebildete Druck-Indizierungsfunktion 203. Die Ordinate des Verlaufsdiagramms 200 wird durch den Stromwert 204, dem Druck-Indizierungswert 205 und durch den Wert der 2. Stromableitung 206 gebildet. Die Abszisse wird durch die Zeit 210 gebildet.
Mit dem Verfahren kann in den bisher untersuchten Beispielen das Loslaufen des Ankers sicher und einfach bestimmt werden. Aus der Loslaufzeit (BMP) 208 kann aus dem Stromverlauf I_(t), der Bordspannung U_Bord und der Temperatur entsprechend den Kennlinien gemäß der 2 bzw. aus hinterlegten Tabellen, wie bisher üblich, der Druck bestimmt werden. Für bestimmte Fälle hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der BMP aus einer Zeitdifferenz 209 vom Überschreiten eines bestimmten Grenzstromes (z.B. 0,5 A) bis zum Erreichen des Grenzwertes 207 durch die Druck-Indizierungsfuktion 203 bestimmt wird, wie dies in 4 dargestellt ist, wobei der Wert des Grenzstromes derart gewählt werden sollte, dass dieser unterhalb eines minimalen Stromes beim Ankerloslaufen für alle Betriebspunkte liegt.
5 zeigt in einem Kennliniendiagramm 300 die aus der gemäß (2) normierten Funktion F_ind(t) gebildete Druck-Indizierungsfunktionen als Kennlinie für verschiedene Temperaturen bei einer Bordspannung von 16 V und einem Druck von 8 bar:

• Eine erste Kennlinie 301 für eine Temperatur von 24° C,
• Eine zweite Kennlinie 302 für eine Temperatur von 14° C,
• Eine dritte Kennlinie 303 für eine Temperatur von 7° C,
• Eine vierte Kennlinie 304 für eine Temperatur von 4° C und
• Eine fünfte Kennlinie 305 für eine Temperatur von - 7° C.

Die zur Verfügung stehenden Messwerte zeigen, dass der tatsächliche Loslaufzeitpunkt (BMP) 208 fast unabhängig von der Temperatur ist, wobei der Bewegungsbeginn in diesem Fall durch eine Abweichung von F_ind(t) vom Wert 1 angezeigt wird, d.h. F_ind(t) > 1, wobei die erlaubte Abweichung vom Wert 1 vorgebbar sein kann.
Durch diese erweiterte Funktion hat sich gezeigt, dass bei der Auswertung des BMP's auf eine Temperaturkompensation verzichtet werden kann.

Claims

Verfahren zur Druckindizierung in einem Dosiersystem (1), welches mindestens eine Membranpumpe (20) als Förderpumpe einer Flüssigkeit aufweist, welche mittels einer Magnetspule (21) angetrieben wird, wobei ein Anker eine Membran bewegt und somit bei jedem Hub eine definierte Flüssigkeitsmenge gefördert wird, wobei ein Loslaufzeitpunkt (208) des Ankers mittels Auswertung eines Stroms, welcher durch die Magnetspule (21) fließt, und dessen zeitlichen Ableitungen ermittelt und anhand von Tabellenwerten oder Kennlinien in Abhängigkeit von mindestens einer Bordspannung U_Bord, einer Temperatur und eines Druckes mit dem ermittelten Loslaufzeitpunkt (208) eine Druckindizierung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes (208) aus dem zeitlichen Stromverlauf I_(t) und aus dessen zeitlicher Ableitung ΔI/Δt eine Druck-Indizierungsfunktion (203) abgeleitet wird, deren zeitlicher Verlauf zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes (208) des Ankers verwendet wird, dass bei der Bestimmung der Druck-Indizierungsfunktion (203) die Bordspannung U_Bord und der ohmsche Widerstand R der Magnetspule (21) mit berücksichtigt werden, wobei die Druck-Indizierungsfunktion (203) nach der Beziehung F_(t) = (U_Bord - I_(t) * R) / ΔI/Δt gebildet wird, und dass als Loslaufzeitpunkt (208) der Zeitpunkt definiert wird, bei dem die Druck-Indizierungsfunktion (203) einen applizierbaren Grenzwert (207) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Loslaufzeitpunkt (203) aus einer Zeitdifferenz (209) ab Überschreitung eines applizierbaren Mindeststromwertes für den Strom durch die Magnetspule (21) bis Erreichen des Grenzwertes (207) durch die Druck-Indizierungsfunktion (203) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mindeststromwert ein Wert gewählt wird, der unterhalb des minimalen Stromes beim Loslaufen des Ankers bei allen Betriebspunkten liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Flüssigkeit und/ oder die Temperatur der Membran der Membranpumpe (20) bei der Auswertung berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck-Indizierungsfunktion (203) mit einem Mittelwert der Funktion F_(t) über einen Auswertezeitraum Δt = to - t gemäß F_ind(t) = F_(t) / Mittelwert(F(to-t)) normiert wird und der Loslaufzeitpunkt (208) als Zeitpunkt definiert wird, wenn die normierte Druck-Indizierungsfunktion (203) eine vorgebbare Abweichung vom Wert 1 überschreitet.
Verwendung des Verfahrens gemäß den zuvor genannten Ansprüchen zur Bestimmung des Druckes in einem Dosiersystem (1), mit dem eine Harnstoff-Wasser-Lösung als Reduktionsmittel in einen Abgaskanal (41) einer Brennkraftmaschine eingebracht wird, welcher in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Einbringort der Harnstoff-Wasser-Lösung einen SCR-Katalysator (50) aufweist.
Vorrichtung zur Druckindizierung in einem Dosiersystem (1), welches mindestens eine Membranpumpe (20) als Förderpumpe einer Flüssigkeit aufweist, welche mittels einer Magnetspule (21) angetrieben wird, wobei mittels eines Ankers eine Membran bewegt und somit bei jedem Hub eine definierte Flüssigkeitsmenge förderbar ist, wobei zur Auswertung eines Loslaufzeitpunktes (208) des Ankers eine Dosiersteuereinheit (70) vorgesehen ist, in der mittels Auswertung eines Stroms, welcher durch die Magnetspule (21) fließt, und dessen zeitlichen Ableitungen der Loslaufzeitpunkt (208) ermittelt und anhand von Tabellenwerten oder Kennlinien in Abhängigkeit von mindestens einer Bordspannung U_Bord, einer Temperatur und eines Druckes mit dem ermittelten Loslaufzeitpunkt (208) eine Druckindizierung vornehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiersteuereinheit (70) Berechnungseinheiten, Komparatoren und Kennfeldspeicher zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 aufweist.