DE102014200346A1

DE102014200346A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur einer Dosiereinrichtung

Info

Publication number: DE102014200346A1
Application number: DE102014200346.6A
Authority: DE
Inventors: Damian Dyrbusch; Jiahang Jin; Jens Reinhold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Dosiereinrichtung mit einem Dosierventil mit einer einen beweglichen magnetischen Anker antreibenden Magnetspule, wobei die Magnetspule bei einem Ende eines Dosiervorgangs mit einer Löschspannung beaufschlagt wird und wobei ein Zeitverlauf eines elektrischen Stroms durch die Magnetspule aufgenommen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Ermittlung eines Endzeitpunkts eines Dosiervorgangs die Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung schrittweise verändert wird so dass aus dem Zeitverlauf des elektrischen Stroms durch die Magnetspule in einem vorgegebenen Zeitfenster der Endzeitpunkts des Dosiervorgangs ermittelt werden kann und hieraus eine Schließzeitpunktverzögerung und die Korrektur der Ansteuerung der Dosiereinrichtung ermittelt wird. Durch die erfindungsgemäße Auswertung des zeitlichen Verlaufs des elektrischen Stromes durch das Dosierventil kann dessen Schließzeitverzögerung erkannt und korrigiert werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Dosiereinrichtung mit einem Dosierventil mit einer einen beweglichen magnetischen Anker antreibenden Magnetspule, wobei die Magnetspule bei einem Ende eines Dosiervorgangs mit einer Löschspannung beaufschlagt wird und wobei ein Zeitverlauf eines elektrischen Stroms durch die Magnetspule aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Stickoxidemission von Verbrennungsmotoren kann durch eine Abgasnachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (Selective Catalyst Reduction – SCR) vermindert werden. Diese kann insbesondere auch bei Dieselmotoren mit zeitlich überwiegend magerem, d.h. sauerstoffreichem Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reduktionsmittels zugegeben. Hierzu kann beispielhaft Ammoniak verwendet werden, welches direkt gasförmig zudosiert wird oder auch aus einer Vorläufersubstanz in Form von Harnstoff oder aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen wird.
In der DE 10139142 A1 ist ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zur Verringerung der Stickoxid-Emission ein SCR-Katalysator eingesetzt ist, der die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Reagenzmittel Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Das Ammoniak wird in einem stromaufwärts vor dem SCR-Katalysator angeordneten Hydrolyse-Katalysator aus der Harnstoff-Wasser-Lösung gewonnen. Der Hydrolyse-Katalysator setzt den in der Harnstoff-Wasser-Lösung 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 Harnstoff-Wasser-Lösung wird in einem Reagenzmitteltank bereitgestellt und ist z.B. unter dem Namen AdBlue als 32,5%ige Lösung bekannt.
Die Harnstoff-Wasser-Lösung wird durch eine Leitung vom Tank zu einem Dosierventil gefördert und in den Abgastrakt eindosiert. In der DE 19607073 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 dosierenden 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.
Die Dosierung der Harnstoff-Wasser-Lösung erfolgt über ein SCR-Dosierventil. Das SCR-Dosierventil ist als Magnetventil mit einer Magnetspule und einem beweglichen Anker ausgelegt, welcher mit einer Ventilnadel verbunden ist. Die korrekte Funktion des SCR-Dosierventils muss im Rahmen einer On-Board-Diagnose überwacht werden. Zum Öffnen des SCR-Dosierventils wird ein Strom durch die Magnetspule geleitet, wodurch der Anker gegen eine wirkende Federkraft angezogen und der Auslass des SCR-Dosierventils durch die Ventilnadel geöffnet wird. Abweichungen des Öffnungszeitpunktes werden durch Auswertung des Stromverlaufs durch das Magnetventil erkannt. Hierbei werden Minima und Maxima der zweiten Ableitung des Stromes bewertet. Das Verfahren ist unter "Begin of Injection Period" (BIP2-Algorithmus) bekannt. Abweichungen werden durch eine Anpassung der Bestromungsdauer kompensiert.
Wie beim Öffnen führen Abweichungen beim Schließen des Dosierventils zu unerwünschten Abweichungen der Dosiermenge. Abweichungen des Schließzeitpunkts ("End of Injection Period" EIP) können sich alterungsbedingt als Schließzeitverzögerung beispielhaft durch einen Saugeffekt am Ventilsitz ergeben. Diese Abweichungen werden nach dem Stand der Technik mit einem ähnlichen Verfahren wie bei der Bestimmung der "Begin of Injection Period" bestimmt. Dies entspricht jedoch hinsichtlich Genauigkeit und Robustheit nicht in allen Punkten den Anforderungen. Weiterhin wird derzeit ein festes Messfenster zur Erfassung der "End of Injection Period" verwendet, was dazu führen kann, dass der Zeitpunkt der EIP außerhalb des Messfensters liegt und der Schließzeitpunkt nicht über die gesamte Lebensdauer des Dosierventils erkannt werden kann. Ist die Dauer der Verzögerung bekannt, kann eine Korrektur der Ansteuerdauer erfolgen, so dass die gewünschte Dosiermenge zudosiert werden kann.
Schließvorgänge bei SCR-Dosierventilen werden durch eine Löschspannung unterstützt um einen schnellen Abbau der in der Spule gespeicherten Energie – und damit der Magnetkräfte – zu ermöglichen; dies wird mit "Schnell-Löschung" bezeichnet.
In der DE 10108425 C1 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur indirekten Überwachung eines elektromagnetischen Ventils beschrieben, insbesondere des Schließverhaltens des Ventils beim Ausschaltvorgang. Dem Ventil ist in einer Ausführungsvariante ein Freilaufzweig mit einer Diode und einer Zenerdiode parallel geschaltet. Durch das Abschalten der Betriebsspannung des Ventils wird eine sich mit der Zeit abbauende Spannung in der Magnetspule induziert. Die Bewegung des Ankers wirkt diesem Abbau entgegen. Nach Erreichen des Ankeranschlags erfolgt damit ein schnellerer Abbau der Spannung. Zur Überwachung des Ventils wird der Spannungsverlauf an dem Ventil bestimmt und zweimal differenziert. Die Nulldurchgänge der so erhaltenen Kurve markieren den Anfang oder das Ende eines Ein- oder Ausschaltvorgangs.
Im Gegensatz zu dem hier neu vorgeschlagenen Verfahren wird der Spannungsverlauf über der Magnetspule ausgewertet und es erfolgt keine Verschiebung eines Messfensters an den Bereich des Kurvenverlaufs, in dem das die "End of Injection Period" markierende Ereignis stattfinden. In der DE 10108425 C1 ist weiterhin keine Löschspannung vorgesehen, so dass auch die Veränderung einer Dauer der Löschspannung nicht offenbart ist.
Die Schrift DE 10 2007 031 552 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer vorgegebenen Position eines Ankers eines Magnetventils. Dabei wird beim Abschalten eine Löschspannung an die Spule des Magnetventils angelegt, um das Ventil schnell in seine Schließposition zu bewegen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Löschspannung so lange anliegt, bis das Magnetventil sicher in seiner Schließposition angelangt ist. Wegen eines durch die Löschspannung bedingten Mindeststromflusses durch die Magnetspule kann durch eine zeitliche Ableitung der Stromstärke eine Bewegung des Ankers, insbesondere der Ankeranschlag, festgestellt werden. In der DE 10 2007 031 552 A1 wird die Dauer, über die die Löschspannung an der Magnetspule des Ventils anliegt, entsprechend der Schließbewegung des Ankers unter ungünstigen Faktoren vorgegeben. Es erfolgt jedoch keine Verschiebung eines Messfensters entlang der erhaltenen Stromkurve oder eine Veränderung der Dauer der Löschspannung, um ein die "End of Injection Period" markierendes Ereignis in einen messbaren Bereich zu verschieben.
Die DE 4433209 C2 beschreibt eine Einrichtung zur Erkennung eines Ankeranschlags eines Magnetventils. Dabei ist eine Hilfsspannungsquelle vorgesehen, welche die Spule des Magnetventils während des Rückfalls des Ventilankers mit einem Messstrom beaufschlagt. Dadurch wird ein Magnetfeld erhalten, welches bei auftretenden Änderungen der Bewegung des Ventilankers (Ankeraufschlag) zu einer erkennbaren Induktionsspannung führt. Die in der DE 4433209 C2 beschriebene Einrichtung ermöglicht somit eine störungsarme Signalaufbereitung. Dabei wird das in der vorliegenden Erfindung dargestellte Verfahren aber nicht offenbart.
Entsprechend dem in der DE 10 2010 022 109 B3 beschriebenen Verfahren erfolgt eine Bestimmung eines Schließzeitpunkts eines Einspritzventils durch Auswertung der Ansteuerspannung des Ventils unter Verwendung eines adaptierten Referenzspannungssignals. Dazu wird ein gemessener Spannungsverlauf mit einem Referenzspannungsverlauf verglichen. Aus dem Spannungsverlauf der stromlosen Spule kann direkt auf den Schließzeitpunkt geschlossen werden. Gemäß Anspruch 7 wird zur Reduzierung der benötigten Rechenleistung der zeitliche Verlauf der in der Spule induzierten Spannung nur innerhalb eines Zeitintervalls aufgenommen und ausgewertet, welches den erwarteten Schließzeitpunkt enthält. Die Anordnung des Zeitintervalls entlang des Spannungsverlaufs erfolgt jedoch auf Basis eines erwarteten Schließzeitpunktes des Ventils, es erfolgt keine systematische Verschiebung des Zeitintervalls. Weiterhin ist keine Löschspannung vorgesehen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Ermittlung und Korrektur von Abweichungen des Schließzeitpunkts, des "End of Injection Period", eines Dosierventils über dessen gesamte Lebensdauer erreicht werden können.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zur Ermittlung eines Endzeitpunkts eines Dosiervorgangs die Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung schrittweise verändert wird so dass aus dem Zeitverlauf des elektrischen Stroms durch die die Magnetspule in einem vorgegebenen Zeitfenster der Endzeitpunkts des Dosiervorgangs ermittelt werden kann und hieraus eine Schließzeitpunktverzögerung und die Korrektur der Ansteuerung der Dosiereinrichtung ermittelt wird. Der zeitliche Verlauf des elektrischen Stroms durch die Magnetspule wird aufgenommen und das den Schließzeitpunkt des Dosierventils (End of Injection Period EIP) kennzeichnende Merkmal wird im Messfenster gesucht. Wird dies nicht gefunden, wird zunächst das Messfenster in einem vorgegebenen Bereich verschoben und, falls das Merkmal nicht gefunden wird, je nach Verfahrensvariante, durch stufenweise Verminderung oder Verlängerung der Dauer Löschspannung das Merkmal in das Messfenster geschoben. Ist das Merkmal gefunden, wird daraus ein Schließzeitpunkt des Dosierventils und hieraus eine Schließzeitpunktverzögerung gegenüber einem neuwertigen Dosierventil bestimmt. Aus der Schließzeitpunktverzögerung wird eine Korrektur für die Ansteuerung des Magnetventils bestimmt. Vorteilhaft ist, dass das Verfahren ohne eine Hardwareänderung in Steuerung und Dosierventil umgesetzt werden kann. Es können mehrere Erkennungsalgorithmen und Ansteuerverfahren kombiniert eingesetzt werden um die gewünschte Dosiermenge zu erreichen.
In einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass, ausgehend von einer nominalen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung, die Dauer bis auf eine aktuelle Dauer, bei der eine Erkennung Endzeitpunkts des Dosiervorgangs erfolgreich durchgeführt werden kann, schrittweise vermindert wird. Bei einer Schnell-Löschung mit nominaler Dauer der Beaufschlagung wird der Strom durch die Magnetspule bis zum Ruhestrom von annähernd Null gezwungen. Bei einer Schnell-Löschung mit verminderter Dauer bleibt durch magnetische Hysterese das Magnetfeld in der Magnetspule teilweise erhalten und die Dosiereinrichtung bleibt komplett geöffnet. Anschließend wird das Magnetfeld über einen exponentiell abfallenden Strom durch eine zur Magnetspule parallel geschaltete Freilaufdiode langsam abgebaut. Sobald das Magnetfeld soweit abgebaut ist, dass die Kraft einer Rückstellfeder der Dosiereinrichtung überwiegt, beginnt sich eine Ventilnadel zu bewegen und ein Luftspalt eines magnetischen Kreises der Magnetspule vergrößert sich. Dies bewirkt eine Reduzierung der Induktivität der Magnetspule sowie eine induzierte Spannung die den Strom durch die Magnetspule erhöht. Diese Stromerhöhung hält bis zum Ende der Bewegung ("End of Injection Period") der Ventilnadel an. Anschließend klingt der Strom weiter in Form einer Exponentialfunktion ab. Die nominale Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung wird im Normalbetrieb verwendet und zielt darauf, das Dosierventil möglichst schnell zu schließen. Diese Variante hat den Vorteil, dass bei Erkennung des Schließzeitpunkts bei der nominalen Dauer der Beaufschlagung dieser Wert direkt zur Bestimmung der Schließzeitverlängerung verwendet werden kann.
In einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass, ausgehend von einer gegenüber der nominalen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung um einen vorgegebenen Wert verkürzte Dauer, die Dauer bis auf eine aktuelle Dauer, bei der eine Erkennung Endzeitpunkts des Dosiervorgangs erfolgreich durchgeführt werden kann, schrittweise verlängert wird. Ein Vorteil dieser Verfahrensvariante ist deren Einfachheit und Stabilität. Da bei einer verkürzten Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung ("Schnelllöschdauer") sich der Schließzeitpunkt verändert, wird der Schließzeitpunkt für die veränderte Schnelllöschdauer bestimmt und anschließend daraus der Schließzeitpunkt für die reguläre Schnelllöschdauer und die Schließzeitverzögerung berechnet.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Endzeitpunkts des Dosiervorgangs bei der aktuellen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung als Zeitpunkt eines zweiten Nulldurchgangs einer zeitlichen Ableitung des Zeitverlaufs des elektrischen Stroms durch die Magnetspule ermittelt wird, wobei nach einem gefundenen ersten Nulldurchgang der zweite Nulldurchgang nur gesucht wird, wenn der Zeitverlauf vor dem ersten Nulldurchgang einen abnehmenden Strom durch die Magnetspule anzeigt. Der abnehmende Stromverlauf vor dem ersten Nulldurchgang zeigt sich durch eine negative zeitliche Ableitung in diesem Bereich. Werden die Werte der Stromverläufe gefiltert oder mit gleitendem Mittelwert umgerechnet, können die Nulldurchgänge mit verminderten Störungen ermittelt werden. Neben der Auswertung der ersten zeitlichen Ableitung kann auch durch Auswertung der zweiten zeitlichen Ableitung des Stromverlaufs eine Bestimmung des Schließzeitpunkts erfolgen. Alternativ kann aus dem Verlauf der Induktivität der Magnetspule samt Anker der Schließzeitpunkt bestimmt werden.
Eine geeignete Umrechnung des Schließzeitpunkts bei einer aktuellen Dauer der Schnelllöschung auf einen Schließzeitpunkt bei einer nominalen Schnelllöschung wird erreicht, indem der Endzeitpunkts des Dosiervorgangs bei der nominellen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung aus dem Endzeitpunkt bei der aktuellen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung durch Multiplikation mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor als eine Funktion aus der Dauer der Beaufschlagung und eines Haltestroms der Magnetspule gebildet wird. Die Veränderung der Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung verändert das Schließverhalten der Dosiereinrichtung. Die Dauer der Beaufschlagung ("Schnell-Löschungsdauer") und der Haltestrom der Magnetspule sind über die Energiebilanz der Spule verknüpft. Wurde die Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung gegenüber der nominellen Dauer nicht verändert und konnte auch in diesem Fall der Schließzeitpunkt bestimmt werden, es braucht keine Multiplikation vorgenommen werden und der Schließzeitpunkt braucht nicht korrigiert werden.
In einer Verfahrensvariante, die mit besonders geringem Rechenaufwand durchgeführt werden kann, da nur wenige Werte analysiert werden müssen, ist vorgesehen, dass eine Mitte des vorgegebenen Zeitfenster zur Ermittlung des Endzeitpunkts des Dosiervorgangs auf den Zeitpunkt der ersten Nullstelle der zeitlichen Ableitung des Zeitverlauf des elektrischen Stroms durch die Magnetspule aus einem vorherigen Korrekturschritt festgesetzt wird.
Da die Korrektur des Schließverhaltens des Dosierventils nicht kontinuierlich vorgenommen werden muss, ist in einer Verfahrensvariante vorgesehen, dass die Bestimmung der Schließzeitpunktverzögerung und die Korrektur der Ansteuerung der Dosiereinrichtung zu vorgebbaren Zeitpunkten durchgeführt werden. Hierbei kann die Korrektur bei besonders geeigneten Betriebszuständen oder nach einer vorgegebenen Betriebsdauer vorgenommen werden.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Bestimmung des Endzeitpunkts des Dosiervorgangs in folgenden Schritten durchgeführt wird:

a. Einstellung der Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung auf die nominale Dauer, wie sie für eine neuwertige Dosiereinrichtung verwendet wird,
b. Erfassung des Zeitverlaufs des elektrischen Stroms durch die Magnetspule in einem vorgegebenen zeitlichen Messfenster und bedarfsweise Filterung,
c. Bildung der ersten zeitlichen Ableitung des Zeitverlaufs,
d. Bestimmung des ersten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung,
e. Erkennung eines abfallenden Stromverlaufs vor dem ersten Nulldurchgang aus einer vorgegeben Anzahl von Werten der ersten zeitlichen Ableitung, die kleiner als Null sind und Suche eines zweiten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung. Der zweite Nulldurchgang wird als Endzeitpunkts des Dosiervorgangs verwendet und die Mitte des vorgegebenen zeitlichen Messfensters wird auf den Zeitpunkt des ersten Nulldurchgangs gesetzt. Der abfallende Stromverlauf kann dadurch erkannt werden, dass beispielhaft die letzten drei Werte der zeitlichen Ableitung vor der ersten Nullstelle kleiner Null sind.
f. Werden kein erster und zweiter Nulldurchgang gefunden, wird die Suche abgebrochen und eine Fehlversuchszahl inkrementiert. Für die nächste Suche wird das vorgegebene zeitliche Messfenster zu späteren Zeiten verschoben.
g. Wird eine vorgegebene Anzahl von Fehlversuchen überschritten, wird die Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung vermindert und das Verfahren wird mit Schritt b. weitergeführt.

Vorteilhaft an dieser Variante ist, dass keine Rückrechnung des Schließzeitpunkts erforderlich ist, wenn die nominale Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung verwendet wurde.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Bestimmung des Endzeitpunkts eines Dosiervorgangs in folgenden Schritten durchgeführt wird:

a. Einstellung der Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung auf eine gegenüber der nominalen Dauer um einen vorgegebenen Wert verkürzte Dauer,
b. Einstellung des Beginns des zeitlichen Messfensters auf einen Erwartungswert,
c. Erfassung des Zeitverlaufs des elektrischen Stroms durch die die Magnetspule in dem vorgegebenen zeitlichen Messfenster und bedarfsweise Filterung,
d. Bildung der ersten zeitlichen Ableitung des Zeitverlaufs,
e. Bestimmung des ersten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung,
f. Erkennung eines abfallenden Stromverlaufs vor dem ersten Nulldurchgang aus einer vorgegeben Anzahl von Werten der ersten zeitlichen Ableitung, die kleiner als Null sind und Suche eines zweiten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung. Der zweite Nulldurchgang wird als Endzeitpunkts des Dosiervorgangs verwendet und die Mitte des vorgegebenen zeitlichen Messfensters wird auf den Zeitpunkt des ersten Nulldurchgangs gesetzt.
g. Werden kein erster und zweiter Nulldurchgang gefunden, wird für die nächste Suche das vorgegebene zeitliche Messfenster in einem vorgebbaren Bereich zu späteren Zeiten verschoben.
h. Wird durch die Verschiebung des Messfensters der vorgegebene Bereich überschritten, wird die Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung vergrößert.
i. Wird im nächsten Suchschritt ein Endzeitpunkt gefunden, wird die Mitte des vorgegebenen zeitlichen Messfensters auf den Zeitpunkt des ersten Nulldurchgangs gesetzt.

Vorteilhaft an dieser Variante ist eine einfache Durchführung und gute Stabilität.
Eine flexible Einstellung der Dosiereinrichtung mit Ausnutzung der aktuellen Möglichkeiten des Dosierventils sieht vor, dass eine kleinstmögliche Dosierdauer ermittelt wird. Das Reduktionsmittel kann dann bei Bedarf in kleinen Dosiermengen zugeführt werden.
Eine Ergänzung des Verfahrens mit einer Diagnosefunktion sieht vor, dass ein Maß für einen Verschleiß und/oder eine Alterung der Dosiereinrichtung und/oder eine fehlerhafte Dosiereinrichtung ermittelt wird. Wenn die Dauer der Beaufschlagung mit der Löschspannung auf einen vorgegebenen minimalen Wert reduziert wurde und dennoch kein "End of Injection Period" gefunden wurde, kann die Dosiereinrichtung als nicht funktionstauglich eingestuft werden.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zur Ermittlung eines Endzeitpunkts eines Dosiervorgangs eine Steuereinheit mit einem Schaltkreis oder Programmablauf zur schrittweisen Veränderung der Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung und zur Bestimmung eines Schließzeitpunkts des Dosierventils aus dem Zeitverlauf des elektrischen Stroms durch die Magnetspule vorgesehen ist und dass weiterhin der Schaltkreis oder der Programmablauf zur Korrektur der Ansteuerung der Dosiereinrichtung auf Basis des ermittelten Schließzeitpunkts ausgelegt ist. Aus dem so bestimmten Schließzeitpunkt kann eine Schließzeitpunktverzögerung des Dosierventils und eine Korrektur der Ansteuerung der Dosiereinrichtung ermittelt werden, so dass die Dosiermenge korrekt eingestellt werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Strom-Zeit-Diagramm mit Verläufen des elektrischen Stroms durch Dosierventile unterschiedlichen Alters,
2 ein zweites Strom-Zeit-Diagramm mit elektrischen Stromverläufen durch Dosierventile unterschiedlichen Alters,
3 ein drittes Strom-Zeit-Diagramm mit einem Minimum und einem Maximum des Stromverlaufs,
4 ein Ableitungs-Zeit-Diagramm des Stromverlaufs aus 3.
1 zeigt in einem ersten Strom-Zeit-Diagramm 10 drei Stromverläufe durch Magnetspulen unterschiedlich alter Dosierventile zur Dosierung von Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vor einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (Selective Catalyst Reduction – SCR) von Stickoxiden. Die Stromverläufe sind entlang einer ersten Stromachse 11 und einer ersten Zeitachse 18 abgetragen. Ein erster Stromverlauf 12 und ein zweiter Stromverlauf 14 sind mit neuwertigen Dosierventilen aufgenommen; sie zeigen nur geringe Unterschiede. Ein dritter Stromverlauf 15 wurde mit einem gealterten Dosierventil mit einer merklichen Schließzeitpunktverzögerung aufgenommen. In allen Fällen wurde das Dosierventil mit einer Löschspannung mit nominaler Dauer beaufschlagt, wie sie verwendet wird, um einen möglichst schnellen Schließvorgang zu ermöglichen. Die Löschspannung führt bei dem neuwertigen Dosierventil zu einem ersten Zeitpunkt 13 zu einem Maximum im ersten Stromverlauf 12, das einen Schließzeitpunkt (End of Injection Period; EIP) des Dosierventils kennzeichnet. Bei dem gealterten Ventil tritt ein solches Maximum im dritten Stromverlauf 15 erst nach einer Zeitdifferenz 16 zu einem dritten Zeitpunkt 17 auf. Diese Zeitdifferenz 16 ist die Schließzeitverzögerung des gealterten Dosierventils gegenüber dem neuwertigen Dosierventil, die erfindungsgemäß bestimmt und korrigiert werden soll. Charakteristisch für den dritten Stromverlauf 15 ist, dass vor dem Maximum zum dritten Zeitpunkt 17 ein Minimum zum zweiten Zeitpunkt 19 auftritt. Ein solches Minimum ist im ersten Stromverlauf 12 und im zweiten Stromverlauf 14 nicht feststellbar, wäre aber vorteilhaft für eine Bestimmung des Schließzeitpunkts.
2 zeigt in einem zweiten Strom-Zeit-Diagramm 20 die Stromverläufe durch die Magnetspulen der unterschiedlich alten Dosierventile bei einer reduzierten Zeitdauer der Beaufschlagung mit der Löschspannung. Die Dosierventile schließen hierdurch langsamer. In dem zweiten Strom-Zeit-Diagramm 20 sind die Stromverläufe entlang einer zweiten Stromachse 21 und einer zweiten Zeitachse 26 abgetragen. Ein vierter Stromverlauf 22 und ein fünfter Stromverlauf 25 wurden an den neuwertigen Dosierventilen aufgenommen; ein sechster Stromverlauf 27 an dem gealterten Dosierventil. Der vierte Stromverlauf 22 zeigt zu einem vierten Zeitpunkt 23 ein Minimum, wie es vorteilhaft für die Bestimmung des Schließzeitpunkts ist. Ebenso ist dies beim fünften Stromverlauf 25 feststellbar. Der sechste Stromverlauf 27 zeigt zu einem sechsten Zeitpunkt ein Minimum und zum siebenten Zeitpunkt 29 ein Maximum wie dies bei demselben Dosierventil mit nomineller Zeitdauer der Beaufschlagung mit der Löschspannung in 1 zum zweiten Zeitpunkt 19 und zum dritten Zeitpunkt 17 bereits festzustellen war. Insgesamt kann nun mit der verminderten Dauer der Beaufschlagung mit der Löschspannung sowohl bei den neuwertigen Dosierventilen als auch weiterhin bei dem gealterten Dosierventil der Schließzeitpunkt bestimmt werden. Durch die verminderte Dauer der Beaufschlagung mit der Löschspannung schließen die Dosierventile langsamer, zu dass eine Korrektur des so bestimmten Schließzeitpunkts zur Ermittlung des Schließzeitpunkts bei nomineller Dauer der Beaufschlagung mit der Löschspannung erfolgen muss. Dies ist durch einen Faktor möglich, der eine Funktion der Dauer der Beaufschlagung mit der Löschspannung und eines Haltestroms ist, die beide durch eine Energiebilanz der Magnetspule verknüpft sind.
Anhand der 3 und 4 wird erläutert, wie erfindungsgemäß aus Stromverläufen der Schließzeitpunkt ermittelt wird.
3 zeigt in einem dritten Strom-Zeit-Diagramm 30 entlang einer dritten Stromachse 31 und einer dritten Zeitachse 38 einen siebenten Stromverlauf 32 mit einem Minimalwert 34 zu einem achten Zeitpunkt 35 und einem Maximalwert 36 zu einem neunten Zeitpunkt 37. Der siebente Stromverlauf 32 weist denselben charakteristischen Verlauf wie der vierte Stromverlauf 22, der fünfte Stromverlauf 25 und der sechste Stromverlauf 27 auf. Zusammen mit dem siebenten Stromverlauf 32 ist ein achter Stromverlauf 33 dargestellt, der durch Filterung der Daten des siebenten Stromverlaufs 32 erhalten wurde. Die Filterung im achten Stromverlauf 33 erleichtert die weitere Deutung der Daten und vermindert Fehldeutungen durch elektrische Störungen und Rauschen.
4 zeigt in einem Ableitungs-Zeit-Diagramm 40 entlang einer Ableitungs-Achse 41 und der dritten Zeitachse 38 einen Ableitungs-Verlauf 42 einer ersten zeitlichen Ableitung des siebenten Stromverlaufs 32. Der Ableitungs-Verlauf 42 weist zum achten Zeitpunkt 35 eine erste Nullstelle 43 und zum neunten Zeitpunkt 37 eine zweite Nullstelle 44 auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Schließzeitpunkt des Dosierventils als dem Zeitpunkt der zweiten Nullstelle 44 zu bestimmen, wobei zeitlich vor der ersten Nullstelle 43 die Werte des Ableitungs-Verlaufs 42 negativ sein müssen. Da der siebente Stromverlauf 32 den selben charakteristischen Verlauf wie der vierte Stromverlauf 22, der fünfte Stromverlauf 25 und der sechste Stromverlauf 27 aufweist, gilt dies auch für die zugehörigen ersten zeitlichen Ableitungen mit ihren Nulldurchgängen. Mit dem Verfahren ist daher für alle Dosierventile der Schließzeitpunkt bestimmbar. Alternativ kann der Schließzeitpunkt auch durch eine Auswertung einer zweiten zeitlichen Ableitung der Stromverläufe oder eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs einer Induktivität der Magnetspule des Dosierventils erfolgen. Ist der Schließzeitpunkt ermittelt, kann für das Dosierventil die Schließzeitverzögerung ermittelt werden. Durch Korrektur der Ansteuerung kann daraus der Dosierfehler korrigiert werden.
Insgesamt kann erfindungsgemäß durch eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs des elektrischen Stromes durch das Dosierventil dessen Schließzeitverzögerung erkannt und korrigiert werden. Es können mehrere Ansteuerverfahren für das Dosierventil und Erkennungsalgorithmen für den Schließzeitpunkt zusammen eingesetzt und je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und Alterungszustand des Dosierventils geeignet kombiniert werden. Abhängig vom Alterungszustand des Dosierventils können die Dosiermenge und die Dosierstrategie angepasst werden. Beispielhaft kann für ein gealtertes Dosierventil eine lange Dosierung statt mehrerer kleiner Dosierungen vorgesehen werden. Aus der Schließzeitverzögerung kann ein Alterungszustand des Dosierventils abgeleitet werden. Gegebenenfalls kann ein Dosierventil als nicht mehr geeignet klassifiziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10139142 A1 [0004]
DE 19607073 A1 [0005]
DE 10108425 C1 [0009, 0010]
DE 102007031552 A1 [0011, 0011]
DE 4433209 C2 [0012, 0012]
DE 102010022109 B3 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441–449, 2000 [0004]

Claims

Verfahren zur Korrektur einer Dosiereinrichtung mit einem Dosierventil mit einer einen beweglichen magnetischen Anker antreibenden Magnetspule, wobei die Magnetspule bei einem Ende eines Dosiervorgangs mit einer Löschspannung beaufschlagt wird und wobei ein Zeitverlauf eines elektrischen Stroms durch die Magnetspule aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines Endzeitpunkts eines Dosiervorgangs die Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung schrittweise verändert wird so dass aus dem Zeitverlauf des elektrischen Stroms durch die die Magnetspule in einem vorgegebenen Zeitfenster der Endzeitpunkts des Dosiervorgangs ermittelt werden kann und hieraus eine Schließzeitpunktverzögerung und die Korrektur der Ansteuerung der Dosiereinrichtung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von einer nominalen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung, wie sie für eine neuwertige Dosiereinrichtung verwendet wird, die Dauer bis auf eine aktuelle Dauer, bei der eine Erkennung Endzeitpunkts des Dosiervorgangs erfolgreich durchgeführt werden kann, schrittweise vermindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von einer gegenüber der nominalen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung um einen vorgegebenen Wert verkürzte Dauer, die Dauer bis auf eine aktuelle Dauer, bei der eine Erkennung Endzeitpunkts des Dosiervorgangs erfolgreich durchgeführt werden kann, schrittweise verlängert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Endzeitpunkts des Dosiervorgangs bei der aktuellen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung als Zeitpunkt eines zweiten Nulldurchgangs einer zeitlichen Ableitung des Zeitverlaufs des elektrischen Stroms durch die Magnetspule ermittelt wird, wobei nach einem gefundenen ersten Nulldurchgang der zweite Nulldurchgang nur gesucht wird, wenn der Zeitverlauf vor dem ersten Nulldurchgang einen abnehmenden Strom durch die Magnetspule anzeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Endzeitpunkts des Dosiervorgangs bei der nominellen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung aus dem Endzeitpunkt bei der aktuellen Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung durch Multiplikation mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor als eine Funktion aus der Dauer der Beaufschlagung und eines Haltestroms der Magnetspule gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mitte des vorgegebenen Zeitfenster zur Ermittlung des Endzeitpunkts des Dosiervorgangs auf den Zeitpunkt der ersten Nullstelle der zeitlichen Ableitung des Zeitverlauf des elektrischen Stroms durch die Magnetspule aus einem vorherigen Korrekturschritt festgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Schließzeitpunktverzögerung und die Korrektur der Ansteuerung der Dosiereinrichtung zu vorgebbaren Zeitpunkten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Endzeitpunkts des Dosiervorgangs in folgenden Schritten durchgeführt wird: a. Einstellung der Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung auf die nominale Dauer, wie sie für eine neuwertige Dosiereinrichtung verwendet wird, b. Erfassung des Zeitverlaufs des elektrischen Stroms durch die Magnetspule in einem vorgegebenen zeitlichen Messfenster und bedarfsweise Filterung, c. Bildung der ersten zeitlichen Ableitung des Zeitverlaufs, d. Bestimmung des ersten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung, e. Erkennung eines abfallenden Stromverlaufs vor dem ersten Nulldurchgang aus einer vorgegeben Anzahl von Werten der ersten zeitlichen Ableitung, die kleiner als Null sind und Suche eines zweiten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung. Der zweite Nulldurchgang wird als Endzeitpunkts des Dosiervorgangs verwendet und die Mitte des vorgegebenen zeitlichen Messfensters wird auf den Zeitpunkt des ersten Nulldurchgangs gesetzt. f. Werden kein erster und zweiter Nulldurchgang gefunden, wird die Suche abgebrochen und eine Fehlversuchszahl inkrementiert. Für die nächste Suche wird das vorgegebene zeitliche Messfenster zu späteren Zeiten verschoben. g. Wird eine vorgegebene Anzahl von Fehlversuchen überschritten, wird die Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung vermindert und das Verfahren wird mit Schritt b. weitergeführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Endzeitpunkts eines Dosiervorgangs in folgenden Schritten durchgeführt wird: a. Einstellung der Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung auf einen gegenüber der nominalen Dauer um einen vorgegebenen Wert verkürzte Dauer, b. Einstellung des Beginns des zeitlichen Messfensters auf einen Erwartungswert c. Erfassung des Zeitverlaufs des elektrischen Stroms durch die die Magnetspule in dem vorgegebenen zeitlichen Messfenster und bedarfsweise Filterung, d. Bildung der ersten zeitlichen Ableitung des Zeitverlaufs, e. Bestimmung des ersten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung, f. Erkennung eines abfallenden Stromverlaufs vor dem ersten Nulldurchgang aus einer vorgegeben Anzahl von Werten der ersten zeitlichen Ableitung, die kleiner als Null sind und Suche eines zweiten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung. Der zweite Nulldurchgang wird als Endzeitpunkts des Dosiervorgangs verwendet und die Mitte des vorgegebenen zeitlichen Messfensters wird auf den Zeitpunkt des ersten Nulldurchgangs gesetzt. g. Werden kein erster und zweiter Nulldurchgang gefunden, wird für die nächste Suche das vorgegebene zeitliche Messfenster in einem vorgebbaren Bereich zu späteren Zeiten verschoben. h. Wird durch die Verschiebung des Messfensters der vorgegebene Bereich überschritten, wird die Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung vergrößert. i. Wird im nächsten Suchschritt ein Endzeitpunkt gefunden, wird die Mitte des vorgegebenen zeitlichen Messfensters auf den Zeitpunkt des ersten Nulldurchgangs gesetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine kleinstmögliche Dosierdauer ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maß für einen Verschleiß und/oder eine Alterung der Dosiereinrichtung und/oder eine fehlerhafte Dosiereinrichtung ermittelt wird.
Vorrichtung zur Korrektur einer Dosiereinrichtung mit einem Dosierventil mit einem von einer Magnetspule angetriebenen beweglichen magnetischen Anker, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung zur Beaufschlagung der Magnetspule mit einer Löschspannung bei einem Ende eines Dosiervorgangs und zur Aufnahme eines Zeitverlauf eines elektrischen Stroms durch die die Magnetspule enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines Endzeitpunkts eines Dosiervorgangs eine Steuereinheit mit einem Schaltkreis oder Programmablauf zur schrittweisen Veränderung der Dauer der Beaufschlagung durch die Löschspannung und zur Bestimmung eines Schließzeitpunkts des Dosierventils aus dem Zeitverlauf des elektrischen Stroms durch die Magnetspule vorgesehen ist und dass weiterhin der Schaltkreis oder der Programmablauf zur Korrektur der Ansteuerung der Dosiereinrichtung auf Basis des ermittelten Schließzeitpunkts ausgelegt ist.