DE102013218897A1 - Method for monitoring the quantity of a metering or injection system of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mengenüberwachung eines Dosier- oder Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Dosier- oder Einspritzsystem ein ein Fluid enthaltendes Leitungssystem aufweist, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass in dem Leitungssystem eine fluidische Druckwelle erzeugt wird (315), dass der durch die fluidische Druckwelle erzeugte Druckverlauf erfasst wird (320), dass aus dem erfassten Druckverlauf eine mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der fluidischen Druckwelle korrelierende Größe bestimmt wird (325), dass aus der bestimmten, mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der fluidischen Druckwelle korrelierenden Größe die mechanische bzw. hydraulische Steifigkeit des Leitungssystems ermittelt wird (330), und dass die Mengenüberwachung unter Berücksichtigung der ermittelten Steifigkeit des Leitungssystems erfolgt.The present invention relates to a method for monitoring the quantity of a metering or injection system of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, wherein the metering or injection system comprises a fluid system containing piping, and wherein it is provided in particular that in the piping system, a fluidic pressure wave is generated (315) in that the pressure curve generated by the fluidic pressure wave is detected (320), that from the detected pressure curve a variable correlated with the propagation velocity of the fluidic pressure wave is determined (325), that the mechanical quantity correlated with the propagation velocity of the fluidic pressure wave or hydraulic rigidity of the line system is determined (330), and that the quantity monitoring takes place taking into account the determined rigidity of the line system.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mengenüberwachung eines Dosier- oder Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einer Steuereinrichtung abläuft, sowie ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einer Steuereinrichtung ausgeführt wird.The invention relates to a method for monitoring the quantity of a metering or injection system of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle. The invention further relates to a computer program that carries out all steps of the method according to the invention when it runs on a computing device or a control device. and 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.
Stand der TechnikState of the art
Im Bereich der Automobiltechnik sind Einspritzsysteme bzw. Dosiersysteme für ein flüssiges Medium bzw. Fluid, z.B. Common-Rail-Einspritzsysteme für Kraftstoff oder SCR-Katalysatorsysteme zur Stickoxidreduzierung mittels Eindosierung einer Harnstofflösung (SCR-Fluid) bekannt, bei denen die im jeweiligen Leitungssystem abgesetzte bzw. eindosierte Menge an Fluid plausibilisiert oder überwacht werden muss, um im Falle von Kraftstoff oder SCR-Fluid emissionsrechtliche Anforderungen zu erfüllen oder im Falle von SCR-Fluid die in einem Vorratsspeicher verbleibende Menge an SCR-Fluid zu ermitteln.In the automotive field, injection systems or dosing systems for a liquid medium or fluid, e.g. Common rail injection systems for fuel or SCR catalyst systems for nitrogen oxide reduction by metering a urea solution (SCR fluid) known in which the deducted or metered in the respective piping system amount of fluid must be plausibility or monitored in the case of fuel or SCR To comply with fluid emissions legislation or, in the case of SCR fluid, to determine the amount of SCR fluid remaining in a reservoir.
Im Bereich von SCR-Katalysatorsystemen ist eine solche Mengenüberwachung unter dem Begriff „Consumption Deviation Monitoring“ (CDM) bekannt und ermöglicht die Erkennung von Abweichungen der Förderleistung der das SCR-Fluid fördernden Förderpumpe, die Erkennung einer Leckage des Leitungssystems, oder die Erkennung einer Fehlfunktion eines zur Einspritzung bzw. Eindosierung des Fluids vorgesehenen Einspritz- bzw. Dosierventils.In the field of SCR catalyst systems, such quantity monitoring is known by the term "consumption deviation monitoring" (CDM) and makes it possible to detect deviations in the delivery rate of the SCR fluid-conveying delivery pump, the detection of a leakage of the line system, or the detection of a malfunction a provided for injection or metering of the fluid injection or metering valve.
Die Mengenüberwachung kann z.B. mittels eines Massenstromsensors erfolgen, jedoch wird aus Kostengründen in vielen Fällen ein solcher Sensor eingespart, so dass die Mengenüberwachung anderweitig erfolgen muss. Es ist daher bereits bekannt, zur Mengenüberwachung bei effektiver Nullleistung der genannten Förderpumpe das genannte Einspritz- oder Dosierventil in einem definierten Zeitraum anzusteuern, den sich dabei ergebenden Druckverlauf im Leitungssystem zu erfassen und aus dem erfassten Druckverlauf den Massenstrom durch das Ventil zu berechnen.Quantity monitoring may e.g. be done by means of a mass flow sensor, but for cost reasons, such a sensor is saved in many cases, so that the quantity monitoring must be done otherwise. It is therefore already known to control the said injection or metering valve in a defined period of time for quantity monitoring at an effective zero output of said feed pump, to detect the resulting pressure profile in the line system and to calculate the mass flow through the valve from the detected pressure curve.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Genauigkeit der genannten, mittelbar erfolgenden Mengenüberwachung wesentlich durch die mechanische bzw. hydraulische Steifigkeit des Leitungssystems bestimmt wird, da die Steifigkeit, welche den Druckverlauf im Leitungssystem maßgeblich beeinflusst, nicht konstant ist. So hängt die Steifigkeit von einer Anzahl von Faktoren ab, wie z.B. das Vorhandensein von Lufteinschlüssen im Fluid, der z.B. durch den E-Modul bestimmten Festigkeit der Leitungen, der Temperatur und dem Druck des Fluids, sowie der Alterung und der Fertigungstoleranzen der verwendeten Komponenten ab. Jedoch ist der quantitative Einfluss dieser Faktoren auf die Steifigkeit meist nicht bekannt bzw. vorhersagbar oder lässt sich nur mit relativ hohem Aufwand ermitteln.The invention is based on the finding that the accuracy of said, indirectly occurring quantity monitoring is essentially determined by the mechanical or hydraulic rigidity of the line system, since the rigidity, which significantly influences the pressure curve in the line system, is not constant. Thus, stiffness depends on a number of factors, e.g. the presence of trapped air in the fluid, e.g. determined by the modulus of elasticity of the lines, the temperature and the pressure of the fluid, as well as the aging and the manufacturing tolerances of the components used. However, the quantitative influence of these factors on the stiffness is usually not known or predictable or can only be determined with relatively high effort.
Weiterhin liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die genannte Steifigkeit nicht über eine bei vorgegebener Ansteuerung des Ventils sich ergebende Druckänderung im Leitungssystem ermittelt werden kann, da dies eine genaue Kenntnis der relevanten Eigenschaften der eigentlich zu überwachenden Komponenten voraussetzt, was jedoch gerade mit dem genannten CDM-Verfahren überprüft werden soll.Furthermore, the finding is based on the fact that said stiffness can not be determined by a pressure change in the line system resulting from a given actuation of the valve, since this presupposes an exact knowledge of the relevant properties of the components actually to be monitored, which, however, precisely with the CDM mentioned above. Procedure should be checked.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht insbesondere vor, in einem hier betroffenen Leitungssystem in dem jeweiligen Fluid eine Druckwelle zu erzeugen und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle in dem Leitungssystem zu erfassen bzw. zu bestimmen. Da die so ermittelte Ausbreitungsgeschwindigkeit im Wesentlichen der effektiven Schallgeschwindigkeit in dem Fluid entspricht, kann sich der bekannte Zusammenhang zwischen der effektiven Schallgeschwindigkeit im Leitungssystem und dem Kompressions-/E-Modul des hydraulischen Gesamtsystems aus Leitungen und Fluid zunutze gemacht werden, um auf die Steifigkeit des Gesamtsystems zu schließen. Der genannte Zusammenhang ergibt sich insbesondere aus der Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Druckwellen von der Steifigkeit des betreffenden Leitungssystems.The method according to the invention provides, in particular, to generate a pressure wave in the fluid in question in the respective fluid and to detect or determine the propagation velocity of the pressure wave in the conduit system. Since the propagation velocity thus determined is substantially equal to the effective velocity of sound in the fluid, the known relationship between the effective velocity of sound in the conduit system and the compression / modulus of the hydraulic system of conduits and fluid can be exploited to determine the rigidity of the system Close overall system. The above-mentioned relationship arises in particular from the dependence of the propagation velocity of pressure waves on the stiffness of the relevant line system.
Die genannte Druckwelle kann unterschiedlich erzeugt werden, und zwar durch Erzeugung eines kurzzeitigen Unterdrucks oder eines kurzzeitigen Überdrucks in dem Leitungssystem. So kann bei aktivierter Förderpumpe und geschlossenem Ventil ein kurzeitiger Unterdruck oder Überdruck durch Pumpenbewegung ausgelöst werden oder bei zusätzlich aktiviertem Ventil dadurch ein kurzzeitiger Unterdruck erzeugt werden, dass mittels der Pumpe zunächst ein bestimmter Druck im Leitungssystem aufgebaut wird und dieser Druck durch anschließendes kurzzeitiges Öffnen des Ventils kurzzeitig verringert wird. Bei nicht aktivierter Förderpumpe kann ein kurzzeitiger Unterdruck oder Überdruck durch kurze Betätigung wenigstens eines Einspritz- bzw. Dosierventils erzeugt werden, und zwar je nachdem, wie die relativen Druckverhältnisse vor und hinter dem Ventil sind.The said pressure wave can be generated differently, by generating a short-term negative pressure or a short-term overpressure in the line system. Thus, when the feed pump is activated and the valve is closed, a short-term negative pressure or overpressure can occur due to pump movement be triggered or additionally activated valve by a short-term negative pressure generated by the pump first, a certain pressure in the piping system is constructed and this pressure is briefly reduced by subsequent brief opening of the valve. When the feed pump is not activated, a brief negative pressure or overpressure can be generated by briefly actuating at least one injection or metering valve, depending on how the relative pressure ratios are in front of and behind the valve.
Sämtliche genannten Verfahren zur Erzeugung einer Druckwelle lassen sich vorteilhaft mit relativ geringem Aufwand in einem bestehenden Dosier- oder Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs realisieren.All the above-mentioned methods for generating a pressure wave can advantageously be realized with relatively little effort in an existing metering or injection system of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Form eines separaten Funktionsmoduls z.B. eines SCR-Katalysatorsystems realisiert werden oder in eine bestehende CDM-Funktion integriert werden. Im letzten Fall lassen sich die Implementierungskosten minimieren.The method according to the invention can be implemented in the form of a separate functional module, e.g. an SCR catalyst system can be realized or integrated into an existing CDM function. In the latter case, the implementation costs can be minimized.
Die Erfindung ermöglicht die Ermittlung der Systemsteifigkeit des das jeweilige Fluid enthaltenden Leitungssystems zu beliebigen Zeitpunkten und insbesondere während des laufenden Betriebs des Dosier- bzw. Einspritzsystems bzw. der Brennkraftmaschine, ohne eine genaue Kenntnis der Massenströme zu erfordern. Das vorgeschlagene Verfahren ist zudem unabhängig vom Förderverhalten, d.h. der Fördermasse bzw. der Fördergeschwindigkeit der Förderpumpe für das Fluid und ermöglicht die Ermittlung der Steifigkeit auch bei nicht ordnungsgemäß funktionierenden Komponenten.The invention makes it possible to determine the system rigidity of the line system containing the respective fluid at arbitrary times and in particular during the operation of the metering or injection system or the internal combustion engine, without requiring precise knowledge of the mass flows. The proposed method is also independent of the conveying behavior, i. the conveying mass or the conveying speed of the feed pump for the fluid and allows the determination of the rigidity even if not properly functioning components.
Die Erfindung ermöglicht daher eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit der genannten Mengenüberwachung (CDM).The invention therefore makes it possible to considerably improve the accuracy of said quantity monitoring (CDM).
Die Erfindung kann prinzipiell in jedem Leitungssystem eines Fluids, in dem eine genannte Druckwelle erzeugt werden kann und der Druck mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden kann, zur Anwendung kommen. Die Notwendigkeit zur genaueren Ermittlung der Systemsteifigkeit im Betrieb eines hier betroffenen Leitungssystems ergibt sich bei solchen Systemen, die mindestens eine Komponente enthalten, welche nicht als ausreichend steif in Bezug auf das statische und dynamische mechanische bzw. hydraulische Verhalten des Gesamtsystems betrachtet werden kann, welche bei verschiedenen Temperaturen und/oder Drücken betrieben werden und welche keinen hinreichend genauen Massenstromsensor aufweisen.The invention can in principle be used in any conduit system of a fluid in which a said pressure wave can be generated and the pressure can be measured with sufficient accuracy. The need for more accurate determination of system rigidity in the operation of a piping system involved herein will be apparent in those systems which include at least one component which can not be considered sufficiently rigid with respect to the static and dynamic mechanical or hydraulic performance of the overall system operated at different temperatures and / or pressures and which do not have a sufficiently accurate mass flow sensor.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Mengenüberwachung in einem SCR-Katalysatorsystem, einem Common-Rail Einspritzsystem oder dergleichen einer Brennkraftmaschine mit den hierin beschriebenen Vorteilen eingesetzt werden.In particular, the inventive method for quantity monitoring in an SCR catalyst system, a common rail injection system or the like of an internal combustion engine can be used with the advantages described herein.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von Ausführungsbeispielen Description of exemplary embodiments
Die
Die wässrige Harnstofflösung wird in einem Vorratstank
Das oben genannte gesamte Leitungssystem umfasst demnach in diesem Ausführungsbeispiel die Saugleitung
Die Ansteuerung des Dosierventils
Das in der
Nach dem Start
Die Erzeugung der Druckwelle kann auch ohne Beteiligung der Förderpumpe
Die genannte Druckwelle läuft mit der effektiven Schallgeschwindigkeit c_eff durch das Leitungssystem
Die Änderung des Gleichgewichtsdrucks (Beharrungsdrucks) im System durch die entnommene oder hinzugefügte Masse entspricht einem Massenstrom dm/dt. Zur Berechnung dieses Massenstroms aus einem Druckverlauf wird gemäß dem Stand der Technik die Systemsteifigkeit als konstanter Wert angenommen oder es erfolgt eine entsprechende Korrektur über die Temperatur.The change in the equilibrium pressure (steady-state pressure) in the system by the withdrawn or added mass corresponds to a mass flow dm / dt. To calculate this mass flow from a pressure curve, according to the prior art, the system stiffness is assumed to be a constant value, or a corresponding correction takes place via the temperature.
Die tatsächliche Systemsteifigkeit ist allerdings unbekannt. Diese wird definiert über die Kompressionsmodul (Bulk modulus) B gemäß der bekannten Beziehung B = –V·dp/dV, mit p = Druck und V = Volumen. Bei Vorliegen eines Wertes für B kann demnach der Massenstrom (bzw. die Fehlmenge im System) durch Messen des Druckabfalls wie folgt berechnet werden. Wie oben beschrieben, wird bei bekanntem Grundvolumen V_0 des Systems, bekannter Dichte des Fluids, gemessenem Druck p1 vor dem Öffnen des Dosierventils, sowie gemessenem Druck nach kurzzeitigem Öffnen des Dosierventils bei einem Druck p2, die für den Druckabfall benötigte Zeitdifferenz Δt gemessen.The actual system stiffness is unknown. This is defined by the bulk modulus B according to the known relationship B = -V · dp / dV, where p = pressure and V = volume. If a value for B is present, therefore, the mass flow (or the shortage in the system) can be calculated by measuring the pressure drop as follows. As described above, with a known basic volume V_0 of the system, known density of the fluid, measured pressure p1 before opening the metering valve, and measured pressure after briefly opening the metering valve at a pressure p2, the time difference Δt required for the pressure drop is measured.
Aus der genannten Beziehung für B ergibt sich die nachfolgende Herleitung des druckabhängigen Massenstroms ṁ(p) (im Folgenden auch: dm/dt(p)) durch das Dosierventil: mit
- ṁ:
- druckabhängiger Massenstrom durch das Ventil
- V0:
- Grundvolumen des Systems(drucklos)
- ρ:
- Dichte des Fluids, näherungsweise gemittelt bei
p1+p2 / 2 - p1, p2:
- Systemdruck vor bzw. nach dem Öffnen des Ventils
- Δt:
- Zeitintervall, in dem das Ventil offen ist
- m ':
- pressure-dependent mass flow through the valve
- V 0 :
- Basic volume of the system (without pressure)
- ρ:
- Density of the fluid, approximately averaged at
p1 + p2 / 2 - p 1 , p 2 :
- System pressure before or after opening the valve
- .delta.t:
- Time interval in which the valve is open
Da die Systemsteifigkeit an sich nicht bekannt ist, wird diese wie folgt durch Messung anderer, vom Dosiermassenstrom unabhängiger Größen ermittelt. Dabei wird sich der Zusammenhang von Kompressionsmodul (Bulk modulus) und E-Modul (aus der Festigkeitslehre) wie folgt zunutze gemacht: für linear – elastische isotrope Materialien
mit E: E-Modul
und v: QuerkontraktionszahlSince the system stiffness is not known per se, this is determined as follows by measuring other variables independent of the metering mass flow. The relationship between the bulk modulus and the modulus of elasticity (strength theory) is exploited as follows: for linear - elastic isotropic materials
with E: E module
and v: transverse contraction number
Der E-Modul des vorliegenden Fluids wird nun über die folgende, ebenfalls an sich bekannte Beziehung zwischen Dichte und Schallgeschwindigkeit berechnet: mit c: Schallgeschwindigkeit
und ρ: DichteThe modulus of elasticity of the present fluid is now calculated using the following relationship between density and velocity of sound, which is also known per se: with c: speed of sound
and ρ: density
Die genannten Gleichungen werden nun erfindungsgemäß auf die Gesamtsystemsteifigkeit des Leitungs-Fluid-Systems übertragen bzw. angewendet. Zur Ermittlung der effektiven Schallgeschwindigkeit c_eff wird die Definition des E-Moduls für Fluide ebenfalls wie folgt auf das Gesamtsystem übertragen: mit c_eff = effektive Schallgeschwindigkeit = Druckwellenausbreitungsgeschwindigkeit
und ρ: DichteThe stated equations are now transferred or applied according to the invention to the overall system rigidity of the line-fluid system. To determine the effective sound velocity c_eff, the definition of the modulus of elasticity for fluids is also transferred to the overall system as follows: with c_eff = effective speed of sound = pressure wave propagation speed
and ρ: density
Auf der Grundlage dieser Gleichungen lässt sich die genannte Kompressibilität (Bulk modulus B) für das Gesamtsystem berechnen zu: Based on these equations, the aforementioned compressibility (bulk modulus B) for the entire system can be calculated as:
In der Praxis bekannt ist meistens nur die Dichte des Fluids, wobei die Querkontraktionszahl ν und effektive Schallgeschwindigkeit c_eff meist nicht bekannt sind. Die effektive Schallgeschwindigkeit c_eff kann aber anhand bekannter Korrelationen, z.B. gemäß
- r:
- Innendurchmesser der Leitung
- s:
- Wandstärke
- r:
- Inner diameter of the pipe
- s:
- Wall thickness
Eine weitere an sich bekannte Korrelation zur Berechnung der eff. Schallgeschwindigkeit c_eff, ergibt sich gemäß
- r:
- Innendurchmesser der Leitung
- s:
- Wandstärke
- r:
- Inner diameter of the pipe
- s:
- Wall thickness
Aus den vorgenannten Gleichungen kann somit die Kompressibilität des Gesamtsystems berechnet werden. Dies erfordert zum Einen jedoch eine Messung der Leitungseigenschaften (inklusive der Querkontraktionszahl ν für das Gesamtsystem). Zudem sind die genannten Korrelationen relativ ungenau. The compressibility of the overall system can thus be calculated from the aforementioned equations. However, this requires, on the one hand, a measurement of the line properties (including the transverse contraction number ν for the entire system). In addition, the correlations mentioned are relatively inaccurate.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die effektive Schallgeschwindigkeit c_eff nicht anhand einer der genannten Korrelationen, sondern durch Messung zu bestimmen. Die effektive Schallgeschwindigkeit c_eff bzw. die Druckwellenausbreitungsgeschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit, mit der ein Druckpuls eine gewisse Strecke im Leitungssystem zurücklegt. Daher kann die effektive Schallgeschwindigkeit c_eff durch Messung des zeitlichen Abstands zweier Druckpulse und Kenntnis über die dazwischen zurückgelegte Strecke wie folgt ermittelt werden: mit Δt: Zeitintervall zwischen zwei Druckpulsen
mit Δl: zurückgelegte Wegstrecke der DruckwelleAccording to the invention, it is therefore proposed to determine the effective speed of sound c_eff not by means of one of the above-mentioned correlations, but by measurement. The effective speed of sound c_eff or the pressure wave propagation speed corresponds to the speed with which a pressure pulse covers a certain distance in the line system. Therefore, the effective speed of sound c_eff can be determined by measuring the time interval of two pressure pulses and knowing the distance traveled between them as follows: with Δt: time interval between two pressure pulses
with Δl: distance traveled by the pressure wave
Die Erzeugung des Druckpulses erfolgt, wie oben beschrieben, entweder durch Anhalten der Förderpumpe, Öffnen des Dosierventils und Auswertung der sich ergebenden Druckwelle, oder durch Schließen des Dosierventils, Ausführen eines Kolbenhubs der Förderpumpe und Auswertung der sich ergebenden Druckwelle. Alternativ können beide genannten Methoden ausgeführt werden und der Wert für c_eff aus beiden Messungen gegeneinander plausibilisiert werden.The generation of the pressure pulse, as described above, either by stopping the feed pump, opening the metering valve and evaluation of the resulting pressure wave, or by closing the metering valve, performing a piston stroke of the feed pump and evaluation of the resulting pressure wave. Alternatively both methods can be executed and the value for c_eff can be plausibilized from both measurements.
Wird die Druckwelle mit einem einzelnen Drucksensor vermessen, kann das Messergebnis durch Frequenzverschiebungen, welche durch Reflexionen am Ventil- und/oder Pumpenende bedingt sind, verfälscht werden. Dieser Messfehler kann allerdings dadurch verhindert werden, dass mit zwei Drucksensoren gemessen wird. Dadurch werden Druckpulse nur auf der zwischen den Sensoren liegenden Strecke beobachtet. Es ist hervorzuheben, dass die im Folgenden beschriebenen Berechnungsvarianten Ib) und II diese Problem umgehen, indem bereits der Korrekturfaktor mit dem gleichen Messfehler ermittelt wird und sich so eventuelle Frequenzverschiebungen wieder ausgleichen. If the pressure wave is measured with a single pressure sensor, the measurement result can be falsified by frequency shifts, which are caused by reflections at the valve and / or pump end. However, this measurement error can be prevented by measuring with two pressure sensors. As a result, pressure pulses are observed only on the path between the sensors. It should be emphasized that the calculation variants Ib) and II described below avoid this problem by already determining the correction factor with the same measurement error and thus compensating for possible frequency shifts.
Bei Anwendung der vorbeschriebenen Gleichungen liegen alle notwendigen Werte vor, um den Massenstrom dm/dt zu bestimmen. Zur Bestimmung des Massenstroms dm/dt bestehen die folgenden Vorgehensweisen bzw. Varianten.When using the equations described above, all the necessary values are available to determine the mass flow dm / dt. To determine the mass flow dm / dt, the following procedures or variants exist.
Variante I: Explizite Bestimmung der Kompressibilität und darauf beruhende Berechnung des MassenstromsVariant I: Explicit determination of compressibility and calculation of mass flow based on it
- a) Die effektive Schallgeschwindigkeit c_eff wird anhand einer der genannten Korrelationen, z.B. gemäß Gl. (3a) oder Gl. (3b) berechnet. Mit dem sich ergebenden Wert von c_eff wird über Gl. (2) die Kompressibilität „B_System“ berechnet, wobei die folgenden Größen bekannt sein müssen: Die passende Korrelation (abhängig vom Leitungstyp), die geometrische Abmessung der Leitung, die Querkontraktionszahl der Leitung, die Querkontraktionszahl des Gesamtsystems, die Dichte und die Kompressibilität des Fluid.a) The effective speed of sound c_eff is determined by means of one of the said correlations, e.g. according to Eq. (3a) or Eq. (3b). With the resulting value of c_eff, Eq. (2) calculates the compressibility "B_System", knowing the following quantities: the appropriate correlation (depending on conductivity type), the geometric dimension of the conduit, the transverse contraction number of the conduit, the transverse contraction number of the overall system, the density and the compressibility of the fluid ,
- b) Bestimmung der effektiven Schallgeschwindigkeit c_eff über eine Druckmessung nach Gl. (4). Mit dem sich ergebenden Wert für c_eff wird anhand von Gl. (2) die Kompressibilität berechnet, wobei bekannt sein müssen: Die Länge der Leitung bzw. der Abstand der Drucksensoren, die Querkontraktionszahl des Gesamtsystems und die Dichte des Fluids.b) Determination of the effective speed of sound c_eff over a pressure measurement according to Eq. (4). With the resulting value for c_eff, Eq. (2) Calculates the compressibility, knowing the length of the pipe or the distance of the pressure sensors, the transverse contraction number of the entire system and the density of the fluid.
Der nach Variante Ia) oder Ib) bestimmte Wert der Kompressibilität kann z.B. einmal pro Fahrzyklus oder in anderen Intervallen, z.B. abhängig von der Außentemperatur, überprüft bzw. bestimmt werden. Dabei kann ein Abgleich mit hinterlegten Referenzwerten zu Zwecken der Plausibilisierung erfolgen. Der Wert der Kompressibilität wird zudem im System hinterlegt bzw. gespeichert.The value of the compressibility determined according to variant Ia) or Ib) can e.g. once per drive cycle or at other intervals, e.g. depending on the outside temperature, checked or determined. This can be done with stored reference values for purposes of plausibility. The value of the compressibility is also stored or saved in the system.
Je nach Systemkonzept wird die eigentliche CDM-Funktionalität (Überprüfung des Massenstroms durch das Dosierventil) regelmäßig oder erst bei Anforderung durchgeführt. Sobald die Dosiermenge überprüft werden soll, wird die effektive Förderleistung auf Null reduziert und das Ventil für einen definierten Zeitraum geöffnet. Mit dem Systemdruck vor und nach Öffnen des Ventils sowie dem Grundvolumen des Systems wird der Massenstrom dm/dt(p) durch das Ventil nach Gl. (1) berechnet. Depending on the system concept, the actual CDM functionality (checking the mass flow through the dosing valve) is carried out regularly or only on request. As soon as the dosing quantity is to be checked, the effective delivery rate is reduced to zero and the valve is opened for a defined period of time. With the system pressure before and after opening the valve and the basic volume of the system, the mass flow dm / dt (p) through the valve according to Eq. (1) calculated.
Variante II: CDM mit integrierter Steifigkeitsermittlung Variant II: CDM with integrated stiffness determination
Gemäß dieser Variante wird die Kompressibilität nicht zu einem beliebigen Zeitpunkt vorab ermittelt und im System hinterlegt, um bei Bedarf zur Berechnung des Ventilmassenstroms verwendet zu werden. Vielmehr wird über Messung der Wellenlaufzeit ein Faktor ermittelt, mit dem Gl. (1) in abgewandelter Form erweitert wird, um somit direkt aus der Druckdifferenz den Massenstrom, korrigiert um die aktuelle Systemsteifigkeit, berechnen zu können. Außerdem wird das Öffnen des Ventils für die Druckdifferenz zur Anwendung der Δp-Methode gleichzeitig als Auslöser für die Druckwelle, mit der die Systemsteifigkeit bestimmt wird, verwendet. Somit wird die in den Katalysator „falsch“ dosierte (da nicht von Dosierstrategie angeforderte) Menge minimiert.According to this variant, the compressibility is not determined at any time in advance and stored in the system to be used when needed to calculate the valve mass flow. Rather, a factor is determined by measuring the wave transit time, with the Eq. (1) is extended in a modified form so that the mass flow can be calculated directly from the pressure difference, corrected for the current system stiffness. In addition, the opening of the pressure difference valve for use of the Δp method is simultaneously used as the trigger for the pressure wave, which determines the system rigidity. Thus, the amount metered into the catalyst "wrongly" (since not required by dosing strategy) is minimized.
Aus der Gl. (2) ergibt sich demnach: From the Gl. (2) results in:
Der Korrekturfaktor KF* bzw. KF ist definiert als: und ist somit druckabhängig.The correction factor KF * or KF is defined as: and is thus pressure-dependent.
Eine Kennlinie für den genannten Korrekturfaktur über den Systemdruck kann entweder beim Erstbetrieb der Brennkraftmaschine eingelernt werden (Variante i), oder am Prüfstand ermittelt und appliziert werden (Variante ii). Für Variante i) bietet sich KF an, da hier keinerlei Informationen über das Systemvolumen bekannt sein muss. Hierbei wird angenommen, dass ṁ(p) dem in der Software hinterlegten Nominal-Massenstrom über Druck (Ventilkennlinie) entspricht, wovon bei Erstbetrieb ausgegangen werden kann. Für die Variante ii) kann KF* verwendet werden. KF* entspricht dem physikalischen Ausdruck 3·(1 – 2ν_System) (vgl. Gl. (5)) und kann somit evtl. auch aus Materialkennwerten berechnet werden, so dass keine weiteren Messungen erforderlich sind.A characteristic curve for the mentioned correction factor on the system pressure can either be learned during initial operation of the internal combustion engine (variant i), or determined and applied on the test bench (variant ii). For variant i) KF offers itself, because here no information about the system volume must be known. It is assumed that ṁ (p) corresponds to the nominal mass flow over pressure (valve characteristic curve) stored in the software, which can be assumed during initial operation. For the variant ii) KF * can be used. KF * corresponds to the physical expression 3 · (1 - 2ν_System) (see equation (5)) and can thus possibly also be calculated from material parameters, so that no further measurements are required.
Damit kann der Massenstrom durch das Ventil wie folgt ermittelt werden:
- 1. Pumpe fördert nicht, Ventil geschlossen
- 2. Messen des Drucks p1
- 3. Öffnen des Ventils für Δt
- 4. Messen des Druckverlaufs p(t), Erkennen der Frequenz f
- 5. Berechnen der eff. Schallgeschwindigkeit nach Gl. (4)
- 6. Ermitteln des neuen stationären Drucks p2
- 7. Berechnen des Ventilmassenstroms nach Gl. (7),
- 1. Pump does not deliver, valve closed
- 2. Measuring the pressure p1
- 3. Opening the valve for Δt
- 4. Measuring the pressure curve p (t), detecting the frequency f
- 5. Calculate the eff. Speed of sound according to Eq. (4)
- 6. Determine the new steady state pressure p2
- 7. Calculate the valve mass flow according to Eq. (7)
Der druckabhängige Korrekturfaktor KF* lässt sich wie folgt herleiten: The pressure-dependent correction factor KF * can be derived as follows:
Das in der
Nach dem Start
In der
Nach Erreichen des unteren Druckniveaus
Es ist anzumerken, dass alternativ zur oben beschriebenen Überprüfung des Ventilmassenstroms und insbesondere in dem in
Das beschriebene Verfahren kann entweder in Form eines Steuerprogramms in einem bestehenden Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine realisiert werden oder in Form einer entsprechenden Steuereinheit.The method described can be realized either in the form of a control program in an existing control unit for controlling an internal combustion engine or in the form of a corresponding control unit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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