DE102017214712A1

DE102017214712A1 - Verfahren zur Adaption eines Öffnungsverzugs und eines Schließverzugs eines Dosierventils

Info

Publication number: DE102017214712A1
Application number: DE102017214712.1A
Authority: DE
Inventors: Edna Boos; Alexander Bahler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2019-02-28
Also published as: KR20190022361A; KR102525853B1; CN109424405B; CN109424405A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption eines Öffnungsverzugs (delayA) und eines Schließverzugs (delayB) eines Dosierventils, wobei Abweichungen zwischen einem vorhergesagten Verzug und einem gemessenen Verzug zur Anpassung einer zukünftigen Ansteuerdauer (act) verwendet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption eines Öffnungsverzugs und eines Schließverzugs eines Dosierventils mit einer Anpassung einer zukünftigen Ansteuerzeit. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn sie auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.
Stand der Technik
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasstrang ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH₃) benötigt. Als Reaktionsmittel werden NH₃-abspaltende Reagenzien eingesetzt, die dem Abgas zugemischt werden. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang eindosiert wird.
Die Reduktionsmittellösung wird üblicherweise in einem Reduktionsmitteltank in dem Kraftfahrzeug vorgehalten. Zur Förderung und Dosierung der Harnstofflösung ist im Allgemeinen ein hydraulisches Dosiersystem vorgesehen, das eine Förderpumpe, eine Druckleitung, ein Dosiermodul, mit wenigstens einem Dosierventil, sowie die erforderliche Sensorik und eine elektronische Steuereinrichtung umfasst. Die Förderpumpe fördert die Harnstofflösung aus dem Reduktionsmitteltank über die Druckleitung in das Dosiermodul. Zur bedarfsgerechten Dosierung wird die erforderliche bzw. gewünschte Dosiermasse der Reduktionsmittellösung über das oder die Dosierventil(e) in den Abgasstrang eindosiert.
Das Dosierventil ist als Magnetventil mit einer Magnetspule und einem beweglichen Magnetanker ausgelegt, der mit einer Ventilnadel verbunden ist. Im nicht-bestromten Zustand hält eine Ventilfeder die Ventilnadel durch Federkraft geschlossen. Wird ein Strom durch die Magnetspule geleitet, wirkt eine Magnetkraft auf den Magnetanker, der dadurch gegen die Federkraft der Ventilfeder zur Magnetspule hin gezogen wird, wodurch die Ventilnadel das Dosierventil öffnet. Am Begin of Injection Period (BIP) ist das Ventil vollständig geöffnet. Fließt kein Strom mehr durch die Magnetspule wird das Dosierventil wieder geschlossen und die Eindosierung endet am End of Injection Period (EIP). Folglich wird die Dosiermasse der Reduktionsmittellösung über eine Dosierdauer, bei der das Dosierventil geöffnet ist und einem Reduktionsmittelfluss eingestellt.
Dabei ist jedoch zu beachten, dass sich eine Ansteuerdauer, in der die Magnetspule mit Strom versorgt wird, von der Dosierdauer unterscheidet. Nach Bestromen des Dosierventils tritt ein Öffnungsverzug auf, in der die zum Öffnen notwendige Magnetkraft aufgebaut wird, bevor die Ventilnadel das Dosierventil öffnet. In gleicher Weise tritt ein Schließverzug auf, wenn das Dosierventil aus dem geöffneten Zustand wieder geschlossen wird, da sich das Magnetfeld wieder abbauen muss. In der DE 10 2008 000 695 A1 wird zudem ein weiterer Effekt, der die Schließverzögerung maßgeblich erhöht, beschrieben. Durch Verschleiß entstehen am Anschlag für den Magnetanker abgeplattete Flächen, an denen Schmierspaltströmungen auftreten können, die dafür verantwortlich sind, dass der Magnetanker beim Schließen des Dosierventils am Anschlag festsitzt. Dieser Effekt wird als hydraulisches Kleben bezeichnet.
Für eine korrekte Einstellung der Dosiermasse ist eine Überwachung der Ansteuerdauer und der Dosierdauer notwendig. In der DE 10 2014 200 346 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur des Dosierventils offenbart. Die Magnetspule wird hierin zum Ende des Dosiervorgangs mit einer Löschspannung beaufschlagt, die schrittweise verändert wird, und jeweils der Zeitverlauf des elektrischen Stroms durch die Magnetspule aufgenommen. Daraus wird dann in einem vorgegebenen Zeitfenster der EIP ermittelt werden. Ferner wird über eine Auswertung der Schließverzug ermittelt und schließlich die Ansteuerdauer korrigiert.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption eines Öffnungsverzugs und eines Schließverzugs eines Dosierventils, das insbesondere als Teil eines SCR-Systems in Verbindung mit einem Dosiermodul zur Eindosierung von Reduktionsmittellösung in einen Abgasstrang verwendet wird. Das Dosierventil ist üblicherweise als Magnetventil ausgebildet und weist eine Magnetspule und einen Magnetanker auf, der mit einer Ventilnadel verbunden ist. Wird die Magnetspule bestromt hebt sich der Magnetanker entgegen einer durch eine Ventilfeder aufgebrachte Federkraft, sodass die Ventilnadel das Ventil öffnet. Dabei tritt besagter Öffnungsverzug auf. Wird die Magnetspule nicht mehr bestromt, überwiegt die Federkraft, woraufhin das Dosierventil schließt und der Schließverzug auftritt. In dem Verfahren werden jeweils für den Öffnungsverzug und den Schließverzug ein vorhergesagter Verzug und ein gemessener Verzug ermittelt und anschließend miteinander verglichen. Eventuell auftretende Abweichungen bilden die Grundlage für eine Anpassung einer zukünftigen Ansteuerdauer.
Vorzugsweise erfolgt die Anpassung der zukünftigen Ansteuerdauer nicht nur auf Grundlage der Abweichungen des vorangegangenen Eindosierens, sondern auch unter Einbeziehung früherer Adaptionen. Bevorzugt wird hierfür eine Langzeit-Adaptionsfunktion zur Adaption des Öffnungsverzugs und des Schließverzugs des Dosierventils verwendet, in welche die oben beschriebenen Abweichungen einfließen. Somit können vor allem altersbedingte Veränderungen und exemplarstreuungsbedingte Abweichungen des Öffnungsverzugs und des Schließverzugs kompensiert werden.
Der Öffnungsverzug rührt hauptsächlich daher, dass sich ein Magnetfeld des Magnetankers bei dessen Bestromung nicht instantan bildet, sondern sich über die Zeit aufbaut. Erst wenn die Magnetkraft die Federkraft der Ventilfeder und eine Kraft, die aus einem Druckunterschied im Dosierventil herrührt, übersteigt öffnet das Dosierventil. Dementsprechend wirken sich die Federkraft der Ventilfeder, eine Induktivität und ein Widerstand der Magnetspule als Einflüsse auf den Öffnungsverzug aus. Dahingegen hat der Schließverzug mehrere Ursprünge: Einerseits baut sich die Magnetkraft analog zum Öffnungsverzug über die Zeit ab, sodass das Dosierventil erst schließt, wenn die Magnetkraft die Federkraft wieder unterschreitet. Auf der anderen Seite tritt ein druck- und temperaturabhängiges, hydraulisches Kleben auf, welches den Magnetanker während des Schließvorgangs im geöffneten Zustand zurückhält. Der Effekt des hydraulischen Klebens überwiegt beim Schließverzug gealterter Ventile deutlich. Da der Öffnungsverzug und der Schließverzug also auf unterschiedlichen Phänomenen beruhen ist es vorteilhaft, dass beide unabhängig voneinander durch unterschiedliche Adaptionsfunktionen adaptiert werden.
Für die unabhängige Adaption des Öffnungsverzugs kann der vorhergesagte Öffnungsverzug zumindest aus einem umgebungsabhängigen Öffnungsverzug und einem Öffnungsverzugsfaktor berechnet werden. Vorzugsweise kann der umgebungsabhängige Öffnungsverzug aus einer geeigneten Tabelle abgelesen oder über eine Funktion eines Druckunterschied eingangsseitig und ausgangsseitig der Ventilnadel, einer Spannung und eines Widerstands der Magnetspule des Dosierventils berechnet werden. Der Öffnungsverzugsfaktor repräsentiert Eigenschaften des jeweiligen Dosierventils, die sich auf den Öffnungsverzug auswirken, wobei diese im Wesentlichen die Federkraft der Ventilfeder und Toleranzen im Widerstand der Magnetspule sind. Als Ausgangspunkt wird der umgebungsabhängige Öffnungsverzug betrachtet, der einen „Nominalzustand“ der Ventilfeder darstellt. Der Öffnungsfaktor kann nun aus dem umgebungsabhängigen Öffnungsverzug und dem Öffnungsverzug einer vorhergehenden Ansteuerung ermittelt werden, wobei vorzugsweise ein Quotient gebildet wird. Der Öffnungsfaktor zeigt dann eine Abweichung der Federkraft vom „Nominalzustand“. Die Federkraft der Ventilfeder kann als konstant über mehrere Eindosierzyklen - wenn nicht sogar über die gesamte Lebensdauer des Dosierventils - betrachtet werden, sodass der Öffnungsverzugsfaktor als konstant über die Zeit angesehen werden kann. Der Öffnungsverzugsfaktor wird infolgedessen mit der Funktion des umgebungsabhängigen Öffnungsverzugs multipliziert, um den vorhergesagten Öffnungsverzug zu erhalten. Optional kann beim Ermitteln des Öffnungsverzugs eine Filterung vorgesehen sein.
Für die unabhängige Adaption des Schließverzugs hingegen kann der vorhergesagte Schließverzug zumindest aus einem nominalen Schließverzug und einem zusätzlichen Schließverzug berechnet werden, wobei der zusätzliche Schließverzug als Offset für den Schließverzug dient und zum nominalen Schließverzug hinzuaddiert wird, um den vorhergesagten Schließverzug zu erhalten. Dadurch werden alterungsbedingte Abweichungen des Dosierventils eingelernt. Vorzugsweise durchläuft der zusätzliche Schließverzug eine Filterung bevor er zum nominalen Schließverzug hinzuaddiert wird. Bei der Filterung können einzelne Messfehler entfernt werden und relevante Veränderungen, wie beispielweise das Auswechseln einer Komponente des Dosierventils, schrittweise angepasst werden.
Gemäß einem Aspekt kann der nominale Schließverzug aus einer Federstärke einer Ventilfeder, sowie einem zeitlichen Verlauf der Magnetkraft der Magnetspule, die über die Induktivität, den Widerstand und einer Spannung der Magnetspule ausgedrückt werden kann, und über ein Energieniveau, aus dem die Magnetspule 20 heruntergefahren wird, berechnet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der nominale Schließverzug als fester Nominalwert für das SCR-System, beispielsweise in einem elektronischen Steuergerät oder auf einem maschinenlesbaren Speichermedium, hinterlegt sein. Der feste Nominalwert für den nominalen Schließverzug kann somit ermittelt werden, bevor das Dosierventil zum Einsatz kommt, beispielsweise bereits während der Herstellung. Dadurch kann auf dessen Berechnung im Betrieb des Dosierventils verzichtet werden.
Vorzugsweise wird bei der Filterung der gefilterte zusätzliche Schließverzug zurückgesetzt, wenn der gemessene Schließverzug häufiger als eine festgelegte Schwelle vom vorhergesagten Schließverzug - der wiederum vom gefilterten zusätzlichen Schließverzug abhängt - abweicht. Dabei wird auch der Fall abgedeckt, dass der gemessene Schließverzug dauerhaft vom vorhergesagten Schließverzug abweicht. Damit kann automatisch schnell auf einen Komponententausch reagiert werden.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, den Öffnungsverzug und den Schließverzug zu adaptieren.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt ein Dosierventil, dessen Öffnungsverzug und Schließverzug mittels eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens adaptiert wird.
2 zeigt ein Diagramm einer Ventilnadelposition und einer Ansteuerung des Dosierventils aus 1 sowie eines gemessenen elektrischen Stroms, während eines Dosiervorgangs über die Zeit für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3a zeigt einen ersten Teil eines Ablaufdiagramms, bei dem der Öffnungsverzug mittels eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens adaptiert wird.
3b zeigt einen zweiten Teil des Ablaufdiagramms, bei dem der Schließverzug mittels eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens adaptiert wird.
3c zeigt einen dritten Teil des Ablaufdiagrams, der die Fortsetzung des erstens Teils aus 3a und des zweiten Teils aus 3b ist, eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiel der Erfindung
1 zeigt ein Dosierventil 10 als Teil eines nicht weiter aufgezeigten SCR-Systems zur Eindosierung einer Reduktionsmittellösung in einen nicht dargestellten Abgasstrang. Das Dosierventil 10 ist als Magnetventil ausgebildet und weist eine Magnetspule 20 und einen mit einer Ventilnadel 30 verbundenen Magnetanker 21 auf. Weiterhin ist das Dosierventil 10 von einem Gehäuse 50 umschlossen, welches eine Eingangsöffnung 51, eine Ausgangsöffnung 52 und eine Druckkammer 53 aufweist. In 1 ist ein geschlossenes Dosierventil 10 dargestellt, wobei eine Ventilfeder 40 mittels einer Federkraft F_s die Ventilnadel 30 gegen die Ausgangsöffnung 52 drückt, wodurch diese verschlossen wird.
Wird die Magnetspule 20 mit einem elektrischen Strom bestromt, bildet sich eine Magnetkraft F_m aus, die den Magnetanker 21 und die mit diesem verbundene Ventilnadel 30 entgegen der Federkraft F_s der Ventilfeder 40 anzieht. Überwindet die Magnetkraft F_m der Magnetspule 20 die Federkraft F_s der Ventilfeder 40 so wird die Ventilnadel 30 von der Ausgangsöffnung 52 weg in Richtung der Magnetspule 20 gezogen, woraufhin das Dosierventil 10 öffnet und Reduktionsmittellösung durch die Ausgangsöffnung 52 strömen kann. Für das geöffnete Dosierventil ist der Fluss der Reduktionsmittellösung durch Pfeile 61 und 62 dargestellt. Die Reduktionsmittellösung strömt entlang des Pfeils 61 aus einer mit einem Fördermodul verbundenen Druckleitung (beide nicht dargestellt) durch die Eingangsöffnung 51 in die Druckkammer 53 des Dosierventils 10. Bei geöffnetem Dosierventil 10 strömt das Reduktionsmittel entlang des Pfeils 62 durch die Auslassöffnung 52 aus der Druckkammer 53 und wird in den Abgasstrang eindosiert.
Um das geöffnete Dosierventil 10 wieder zu schließen, wird der elektrische Strom zur Magnetspule 20 abgeschaltet, sodass sich die Magnetkraft F_m abbaut. Ist die Magnetkraft F_m daraufhin kleiner als die Federkraft F_s wird die Ventilnadel 30 erneut gegen die Auslassöffnung 52 gedrückt und verschließt diese. Das Öffnen und Schließen des Dosierventils 10 wird durch ein elektronisches Steuergerät 70 geregelt, das zumindest mit der Magnetspule 20 verbunden ist und deren Bestromung steuert. Zudem kann der elektrische Strom, der durch die Magnetspule 20 fließt, und/oder eine Spannung, die an der Magnetspule 20 anliegt, gemessen werden.
2 zeigt ein Diagramm einer Nadelposition 100 und einer Ansteuerung 110 des Dosierventils aus 1 sowie eines gemessenen elektrischen Stroms 120, während eines Dosiervorgangs über die Zeit t für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Diagramm ist in unterschiedliche Bereiche unterteilt, auf die im Folgenden näher eingegangen wird. Liegt ein Dosierwunsch vor, so erfolgt eine Ansteuerung 110 durch das Steuergerät 70 indem, wie vorgehend beschrieben, die Magnetspule 20 bestromt wird. Als Resultat verändert sich die Ventilnadelposition 100 von der geschlossenen Position in die geöffnete Position. Dies erfolgt jedoch, wie aus dem Diagramm ersichtlich, nicht instantan, sondern über einen Zeitraum, der als Öffnungsverzug delayA bezeichnet wird. Mit anderen Worten gibt der Öffnungsverzug delayA den Zeitraum an, der zwischen der Ansteuerung 110 zum Öffnen des Dosierventils 10 bis zum Erreichen der maximal geöffneten Position - dem Begin of Injection Period BIP - der Ventilnadel 30 vergeht.
Soll die Eindosierung beendet werden, wird die Ansteuerung 110 auf Null gesetzt und die Magnetspule 20 entsprechend nicht mehr bestromt. Auch hier verändert sich die Ventilnadelposition 100 von der geöffneten Position zur geschlossenen Position nicht instantan, sondern über einen Zeitraum der als Schließverzug delayB bezeichnet wird. Mit anderen Worten gibt der Schließverzug delayB den Zeitraum an, der zwischen dem Ende Ansteuerung 110 zum Schließen des Dosierventils 10 bis zum Erreichen der geschlossenen Position der Ventilnadel 30 vergeht und die Eindosierung am End of Injection Period EIP endet. Die Zeit, in der Reduktionsmittellösung zwischen Begin of Injection Period BIP und End of Injection Period EIP eindosiert wird, wird als absolute Dosierdauer inj_total bezeichnet und ist ebenfalls in 2 gezeigt. Es ist aus dem Diagramm in 2 ersichtlich, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Öffnungsverzug delayA kürzer als der Schließverzug delayB ist. Grund für die unterschiedliche Dauer des Öffnungsverzugs delayA und des Schließverzugs delayB sind die dafür verantwortlichen Phänomene, die im Weiteren detailliert erläutert werden. Abhängig vom Dosierventil 10 und der Ansteuerung 110 kann der Öffnungsverzug delayA ebenso länger als der Schließverzug delayB sein oder beide können gleich lang sein.
Im Diagramm aus 2 ist darüber hinaus ein gemessener elektrischer Strom 120 für die Magnetspule 20 dargestellt. Dieser gemessene elektrische Strom 120 bietet die Möglichkeit auf den Begin of Injection Period BIP und den End of Injection Period EIP zu schließen. Ebenso kann die gemessene Spannung, die an der Magnetspule 20 anliegt zur Ermittlung des Begin of Injection Period BIP und des End of Injection Period EIP verwendet werden. Im Verlauf des gemessenen elektrischen Stroms 120 lässt sich am Begin of Injection Period BIP ein lokales Minimum 121 erkennen, da die Nadel anschlägt und nicht mehr bewegt wird und damit eine entgegengesetzt wirkende Induktion endet. Am End of Injection Period EIP ist ein lokales Maximum 122 erkennbar, das ebenfalls durch ein Ende der Gegeninduktion, d.h. einen Stopp der Nadelbewegung, verursacht wird. Eine einfache Auswertung wird erreicht, indem der gemessene elektrische Strom 120 als Funktion der Zeit t wiedergegeben wird und diese dann abgeleitet wird. Sind der Begin of Injection Period BIP und der End of Injection Period EIP bekannt, lässt sich einerseits aus deren zeitlicher Differenz die absolute Dosierdauer inj_total berechnen. Auf der anderen Seite wird, wie vorhergehend beschrieben, der Öffnungsverzug delayA als Zeitraum zwischen dem Beginn der Ansteuerung 110 und dem Begin of Injection Period BIP, an dem der gemessene elektrische Strom 120 das lokale Minimum 121 aufweist, berechnet. Gleichermaßen wird der Schließverzug delayB als Zeitraum zwischen dem Ende der Ansteuerung 110 und dem End of Injection Period EIP, an dem der gemessene elektrische Strom 120 das lokale Maximum 122 aufweist, berechnet. Aus diesen berechneten Angaben können, mittels eines Vergleichs mit den gewünschten Größen, Abweichungen in der Dosierung erkannt und bilanziert werden. Jedoch ist es mit dieser Methode nur möglich bereits erfolgte Dosierungen zu untersuchen. Die Ansteuerung 110 des Dosierventils 10 erfolgt über eine Ansteuerdauer act.
Die 3a, 3b und 3c zeigen ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Adaption des Öffnungsverzugs delayA in 3a und die Adaption des Schließverzugs delayB in 3b unabhängig voneinander vorgenommen werden und in der 3c zusammengeführt werden, um die zukünftige Ansteuerdauer act anzupassen.
In 3a wird in einem ersten Schritt 200 der gemessene elektrische Strom 120 aufgenommen. Zusätzlich wird ein umgebungsabhängiger Öffnungsverzug delayA_amb über eine Funktion eines Druckunterschieds Δp eingangsseitig und ausgangsseitig der Ventilnadel 30 sowie einer Induktivität L_coil und einem Widerstand R_coil an einer Magnetspule 20 des Dosierventils 10 berechnet 201. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der umgebungsabhängige Öffnungsverzug delayA_amb für die angegebenen Größen aus einer Tabelle ausgelesen.
Der Öffnungsverzug delayA entsteht hauptsächlich dadurch, dass bei der Ansteuerung 110 der Magnetspule 20, diese die Magnetkraft F_m über einen Zeitraum hinweg ausbildet, und die Magnetkraft F_m die Federkraft F_s der Ventilfeder 40 sowie eine Kraft, die aus einem Druckunterschied im Dosierventil herrührt, übersteigen muss, damit sich die Ventilnadelposition 100 in Richtung der geöffneten Position bewegt. Der umgebungsabhängige Öffnungsverzug delayA_amb gibt nun den sich ständig ändernden Einfluss des Druckunterschieds Δp und der Induktivität L_coil sowie des Widerstand R_coil der Magnetspule 20 beim Ausbilden der Magnetkraft F_m an.
Zudem wird ein Öffnungsverzugsfaktor delayA_factor, der im Wesentlichen die Abweichungen der Federkraft F_s und/oder Toleranzen im Widerstand R_coil der Magnetspule 20 repräsentiert, ermittelt 202, indem gemäß Formel 1 ein Quotient aus dem Öffnungsverzug delayA für einen vorhergegangenen Dosiervorgang und dem umgebungsabhängige Öffnungsverzug delayA_amb gebildet wird. $d e l a y A_f a c t o r = \frac{d e l a y A}{d e l a y A_a m b}$
Aus diesem Grund variiert der Öffnungsverzugsfaktor delayA_factor für unterschiedliche Dosierventile 10, bzw. Ventilfedern 40, bleibt jedoch für das jeweilige Dosierventil 10 über die Zeit t hinweg konstant. Der Öffnungsverzugsfaktor delayA_factor ändert sich meist nur, wenn das Dosierventil 10 oder dessen Teile in ihrer Funktion beeinträchtigt sind oder ausgetauscht wurden. Der umgebungsabhängige Öffnungsverzug delayA_amb und der Öffnungsverzugsfaktor delayA_factor werden gemäß der Formel 2 miteinander multipliziert 203, um einen vorhergesagten Öffnungsverzug delayA_pre zu ermitteln. $\begin{array}{l} d e l a y A_p r e & = d e l a y A_a m b \times d e l a y A_f a c t o r \\ = f (Δ p, L_c o i l, R_c o i l) \times d e l a y A_f a c t o r \end{array}$
In einem weiteren Schritt erfolgt eine Dosierung 204 der Reduktionsmittellösung in den Abgasstrang. Dabei wird, wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben, ein gemessener Öffnungsverzug delayA_meas aus dem Verlauf des gemessenen elektrischen Stroms 120 ermittelt 205. Im Anschluss erfolgt eine Plausibilitätsprüfung 206 des gemessenen Öffnungsverzug delayA_meas mit dem vorhergesagten Öffnungsverzugs delayA_pre. Stimmt der gemessene Öffnungsverzug delayA_meas mit dem vorhergesagten Öffnungsverzug delayA_pre überein, d.h. liegt deren Differenz unterhalb eines ersten Schwellenwerts S₁, wird der gemessenen Öffnungsverzug delayA_meas als Öffnungsverzug delayA gespeichert 207 und im weiteren Verfahren verwendet. Liegt jedoch die Differenz zwischen dem gemessenen Öffnungsverzug delayA_meas und dem theoretischen Öffnungsverzug delayA_pre über dem ersten Schwellenwert S₁, wird der Öffnungsverzug delayA auf den vorhergesagten Öffnungsverzug delayA_pre zurückgesetzt 208. Dadurch ist für den Fall eines falsch gemessenen Öffnungsverzugs delayA_meas oder eines anderen Fehlers ein Rückzugspunkt geschaffen. Der neu ermittelte Öffnungsverzug delayA wird bei einem darauffolgenden Dosiervorgang für die Ermittlung 202 des Öffnungsverzugsfaktor delayA_factor verwendet. Für den Fall, dass der Öffnungsverzug delayA auf den vorhergesagten Öffnungsverzug delayA_pre zurückgesetzt 208 wurde, wird der Öffnungsverzugsfaktor delayA_factor zu 1 ermittelt 202, dies wird aus einer Kombination der Formel 1 und der Formel 2 ersichtlich.
In 3b wird ebenfalls in einem ersten Schritt 300 der gemessene elektrische Strom 120 aufgenommen. Hierbei kann die in Schritt 200 aus 3a erfolgte Messung verwendet werden, wenn der Verlauf des gemessenen elektrischen Stroms 120 über einen geeigneten Zeitraum t aufgenommen wurde. Anschließend wird aus dem gemessenen elektrischen Strom 120 ein Rohwert des gemessenen Schließverzugs delayB_meas_raw ermittelt 301.
Der Schließverzug delayB hängt zwar gleichartig wie der Öffnungsverzug delayA davon ab, dass nachdem die Ansteuerung 110 der Magnetspule 20 abgeschaltet wurde, sich die Magnetkraft F_m über einen Zeitraum hinweg abbaut, und nun die Federkraft F_s der Ventilfeder 40 die Magnetkraft F_m übersteigen muss, damit sich die Ventilnadelposition 100 in Richtung der geschlossenen Position bewegt. Allerdings ist dieser Effekt bei stark gealterten Dosierventilen 10 gegenüber einem hydraulischen Kleben zu vernachlässigen. Ein nominaler Schließverzug delayB_def wird als charakteristischer Wert für jedes Dosierventil 10 aus der Federkraft F_s der Ventilfeder 40, der Induktivität L_coil, dem Widerstand R_coil und einer Spannung U_coil der Magnetspule 20 sowie eines Energieniveaus ε, aus dem die Magnetspule 20 heruntergefahren wird, berechnet 302. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, den nominalen Schließverzug delayB_def bereits zu ermittelt, bevor das Dosierventil 10 zum Einsatz kommt, beispielsweise während der Herstellung, und als festen Nominalwert im elektronischen Steuergerät 70 zu hinterlegen.
Zusätzlich zum nominalen Schließverzug delayB_def ist ein zusätzlicher Schließverzug delayB_add vorgesehen, der Toleranzen bei der Herstellung und alterungsbedingte Abweichungen des Dosierventils 10 berücksichtigt. Der zusätzliche Schließverzug delayB_add wird als Abweichung des Rohwerts des gemessenen Schließverzugs delayB_meas_raw zum nominalen Schließverzug delayB_def ermittelt 303. Im Anschluss wird eine Langzeit-Filterung 304 des zusätzlichen Schließverzugs delayA_add durchgeführt, um einen gefilterten zusätzlichen Schließverzug delayA_add_fil zu erhalten. Die Filterung 304 dient zur Überwachung eines Langzeitverhaltens des Dosierventils 10, weswegen die Filterung 304 einerseits einzelne Messfehler entfernt, andererseits eine schrittweise Anpassung auf neue Werte vornimmt, beispielsweise wenn eine Komponente des Dosierventils 10, wie die Ventilfeder 40, oder das Dosierventil 10 selbst ausgetauscht wird. Für die Filterung 304 ist ein digitaler Tiefpassfilter geeignet. Der gefilterte zusätzliche Schließverzug delayB_add_fil wird gemäß der Formel 3 zum nominalen Schließverzug delayB_def hinzuaddiert 305, um einen vorhergesagten Öffnungsverzug delayB_pre zu ermitteln. $\begin{array}{l} d e l a y B_p r e & = d e l a y B_d e f + d e l a y B_a d d_f i l \\ = f (Δ p, F_s, L_c o i l, R_c o i l) + d e l a y B_a d d_f i l \end{array}$
In einem weiteren Schritt erfolgt die Dosierung 306 der Reduktionsmittellösung in den Abgasstrang, wobei diese der Dosierung 204 aus 2a in Bezug auf den Öffnungsverzug entsprechen kann. Es wird ein gemessener Schließverzug delayB_meas für den aktuellen Dosiervorgang aus dem Verlauf des gemessenen elektrischen Stroms 120 ermittelt 307. Im Anschluss erfolgt eine Plausibilitätsprüfung 308 des gemessenen Schließverzugs delayB_meas mit dem vorhergesagten Schließverzug delayB_pre. Stimmt der gemessene Schließverzug delayB_meas mit dem vorhergesagten Schließverzug delayB_pre überein, d.h. liegt deren Differenz unterhalb eines zweiten Schwellenwerts S₂, wird der gemessenen Schließverzug delayB_meas als Schließverzug delayB gespeichert 309 und im Folgenden zur Ermittlung 404 einer Dosiermasse verwendet. Liegt jedoch die Differenz des vorhergesagten Schließverzugs delayB_pre und des gemessenen Schließverzugs delayB_meas oberhalb des zweiten Schwellenwerts S₂ wird ein Fehlerzähler E erhöht 310. Liegt der Fehlerzähler E in einer Abfrage 311 unterhalb eines dritten Schwellenwerts S₃, so wird der Schließverzug delayB auf den vorhergesagten Schließverzug delayB_pre zurückgesetzt 312. Dadurch ist für den Fall eines falsch gemessenen Schließverzugs delayB_meas oder eines anderen Fehlers ein Rückzugspunkt geschaffen. Überschreitet der Fehlerzähler E indes den dritten Schwellenwert S₃ so wird zudem der gefilterte zusätzliche Schließverzug delayB_add_fil zurückgesetzt 313, wodurch Artefakte, welche die Ermittlung 305 des vorhergesagten Schließverzugs delayB_pre stören, z.B. aufgrund eines Defekts oder eines Austauschs einer Komponente des Dosierventils 10 oder des Dosierventils 10 selbst, nach einer durch den dritten Schellenwert S₃ festgesetzten Anzahl fehlerhafter Wiederholungen, entfernt werden. Anschließend wird ebenfalls der Schließverzug delayB auf den vorhergesagten Schließverzug delayB_pre zurückgesetzt 313. Die Ermittlung 304 des gefilterten gemessenen Schließverzugs delayB_add_fil und die Ermittlung 309 des Schließverzugs delayB sind nur über das Zurücksetzen 313 des gefilterten zusätzlichen Schließverzugs delayB_add_fil miteinander verbunden.
In 3c erfolgt nachdem eine gewünschte Dosiermasse m_des des Reduktionsmittels für die aktuellen Betriebsbedingungen festgelegt wurde, zu Beginn eine Berechnung 400 der gewünschten Dosierdauer inj_des über einen maximalen Massefluss dm_max des Reduktionsmittels gemäß der Formel 4: $i n j_d e s = m_d e s / d m_m a x$
Aus der gewünschten Dosierdauer inj_des wird eine gewünschte Ansteuerdauer act_des gemäß Formel 5 berechnet 401, wobei der vorhergesagte Öffnungsverzug delayA_pre aus 3a zur gewünschten Dosierdauer inj_des hinzuaddiert und der vorhergesagte Schließverzug delayB_pre aus 3b von der gewünschten Dosierdauer inj_des abgezogen werden. $a c t_d e s = i n j_d e s + d e l a y A_p r e - d e l a y B_p r e$
Nun wird die zukünftige Ansteuerdauer act für eine nächste Eindosierung aus vorhergehendem ermittelt 402.
Nach erfolgter Ansteuerung 110 und der Ermittlung 207 bzw. 309 des Öffnungsverzugs delayA und des Schließverzugs delayB aus dem gemessenen Strom (oder der gemessenen Spannung) der Magnetspule 20, wird die absolute Dosierdauer inj_total über die Ansteuerdauer act, zusammen mit dem in 3a ermittelten Öffnungsverzug delayA und dem in 3b ermittelten Schließverzug delayB gemäß Formel 6 berechnet 403: $i n j_t o t a l = a c t + d e l a y B - d e l a y A$
Zuletzt wird die tatsächliche Dosiermasse m berechnet 404 indem die in Schritt 403 berechnete absolute Dosierdauer inj_total anstatt der gewünschten Dosierdauer inj_des in Formel 4 eingesetzt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann alternativ eine während der Dosierung erfolgende integrale Ermittlung der Dosiermasse um die soeben berechnete exakte, absolute Dosierdauer inj_total korrigiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008000695 A1 [0005]
DE 102014200346 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Adaption eines Öffnungsverzugs (delayA) und eines Schließverzugs (delayB) eines Dosierventils (10), wobei Abweichungen zwischen einem vorhergesagten Verzug (delayA_pre, delayB_pre) und einem gemessenen Verzug (delayA_meas, delayB_meas) zur Anpassung einer zukünftigen Ansteuerdauer (act) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen in eine Langzeit-Adaptionsfunktion (delayA_factor, delayB_add_fil) einfließen und die Langzeit-Adaptionsfunktion (delayA_factor, delayB_add_fil) zur Adaption des Öffnungsverzugs (delayA) und des Schließverzugs(delayB) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsverzug (delayA) und der Schließverzug (delayB) unabhängig voneinander adaptiert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorhergesagte Öffnungsverzug (delayA_pre) zumindest aus einem umgebungsabhängigen Öffnungsverzug (delayA_amb) und einem Öffnungsverzugsfaktor (delayA_factor) berechnet (203) wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der umgebungsabhängige Öffnungsverzug (delayA_amb) aus einer Tabelle oder über eine Funktion eines Druckunterschieds (Δp) eingangsseitig und ausgangsseitig einer Ventilnadel (30), einer Spannung (U_coil) und einem Widerstand (R_coil) an einer Magnetspule (20) des Dosierventils (10) berechnet (201) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsverzugsfaktor (delayA_factor) aus dem umgebungsabhängigen Öffnungsverzug (delayA_amb) und dem Öffnungsverzug (delayA) einer vorhergehenden Ansteuerung ermittelt (202) wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorhergesagte Schließverzug (delayB_pre) zumindest aus einem nominalen Schließverzug (delayB_def) und einem zusätzlichen Schließverzug (delayB_add, delayB_add_fil), der als Offset für den Schließverzug (delayA) dient, berechnet (305) wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der nominale Schließverzug (delayB_def) aus einer Federstärke (F_s) einer Ventilfeder (40) und einer Induktivität (L_coil), einem Widerstand (R_coil) und einer Spannung (U_coil) einer Magnetspule 20, sowie eines Energieniveaus (ε), aus dem die Magnetspule 20 heruntergefahren wird, berechnet (302) wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der nominale Schließverzug (delayB_def) als fester Nominalwert für das jeweilige SCR-System (1) hinterlegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Schließverzug (delayB_add) eine Filterung (304) durchläuft.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Filterung (304) ein gefilterter zusätzlicher Schließverzug (delayB_add_fil) zurückgesetzt (313) wird, wenn der gemessene Schließverzug (delayB_meas) häufiger als eine festgelegte Schwelle (S₃) vom vorhergesagten Schließverzug (delayB_pre) abweicht.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (70), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eine Adaption eines Öffnungsverzugs (delayA) und eines Schließverzugs (delayB) eines Dosierventils (10) durchzuführen.