DE102018200440A1

DE102018200440A1 - Verfahren zum Steuern eines Dosiersystems mit mehreren Dosierventilen

Info

Publication number: DE102018200440A1
Application number: DE102018200440.4A
Authority: DE
Inventors: Edna Boos; Sabine Boehm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2019-07-18
Also published as: CN110030068A; CN110030068B; KR102601929B1; KR20190086385A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Dosiersystems mit mehreren Dosierventilen. In Abhängigkeit von Wunschdosiermengenanforderungen an die Dosierventile und einer maximal möglichen Gesamtdosiermenge aller Dosierventile wird ein erster Reduktionsfaktor ermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Dosiersystems mit mehreren Dosierventilen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, 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
Dosiersysteme für SCR-Katalysatorsysteme mit einem oder mehr Dosierventilen setzen eine von der Dosierstrategie angeforderten Mengenwunsch nach bester Möglichkeit zeitnah und exakt um, indem die Mengenanforderung über eine bekannte Information über den möglichen Durchfluss der jeweiligen Dosierventile und des Systemdrucks in eine Ansteuerung der Dosierventile übersetzt wird. Übersteigt der Mengenwunsch jedoch die physikalische Kapazität des Systems, also den maximal von dem jeweiligen Dosierventil dosierbaren Massenstrom oder maximal von der Fördereinheit nachförderbarer Massenstrom, so muss diese Mengenanforderung auf eben diese physikalische Obergrenze limitiert werden. Die sodann umgesetzte Menge entspricht nicht mehr der Anforderung aus der Dosierstrategie, welche daraufhin gegebenenfalls mit einer erhöhten Nachregelung reagieren muss.
Im Falle von zwei oder mehreren Dosierventilen muss nun jedoch auch der Gesamtmassenstrom, welcher von allen Ventilen zu einem Zeitpunkt dosiert wird, an die physikalische Obergrenze der Fördereinheit limitiert werden. Aktuelle Systeme verwenden hierfür eine einfache Priorisierung; beispielsweise wird bei einem System mit zwei Ventilen häufig zunächst die Mengenanforderung des motornahen Ventils auf den maximal möglichen Pumpenmassenstrom limitiert, daraufhin erst die Mengenanforderung des Unterflur-Dosierventils auf eine gegebenenfalls verbleibende Restdifferenz zwischen maximalem Pumpenmassenstrom und der bereits für das erste Ventil angeforderten Dosiermenge. Eine andere Priorisierungsoption besteht in der Bevorzugung der Dosierstelle, die die höhere Temperatur aufweist, eine dritte Möglichkeit besteht in der Bevorzugung der Dosierstelle, die die höhere Mengenanforderung stellt. Oft sind jedoch die Mengenanforderungen zueinander stark ungleich. Beispielsweise bekommen Unterflurventile häufig eine wesentlich geringere Mengenanforderung. Mit diesen einfachen Priorisierungen ist der Grad der Dosierwunscherfüllung der Katalysatoren im Ungleichgewicht. Dies hat meist ein Aufschwingen des Füllstandsreglers der Dosierstrategie zur Folge, da das letzte Ventil eine stärkere Limitierung erfährt.
Offenbarung der Erfindung
Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass alle Limitierungen von eindosierten Massenströmen so erfolgen sollten, dass das Verhältnis der eindosierten Massenströme mehrerer Dosierventile eines Dosiersystems dem Verhältnis der ursprünglichen Mengenanforderung entspricht. Dieses Vorgehen entspricht am ehesten den Anforderungen aus der Dosierstrategie. Ein einseitiges Limitieren würde hingegen auch bei stark ungleichen Mengenanforderungen zum Aufschwingen des Füllstandreglers führen. Zum Steuern eines Dosiersystems mit mehreren Dosierventilen ist deshalb vorgesehen, dass in Abhängigkeit von Wunschdosiermengenanforderungen an die Dosierventile und in Abhängigkeit von einer maximal möglichen Gesamtdosiermenge aller Dosierventile ein erster Reduktionsfaktor ermittelt wird. Dieser Reduktionsfaktor kann im Folgenden gleichermaßen auf die eindosierten Massenströme aller Dosierventile angewandt werden, wenn die Summe der Wunschdosiermengenanforderungen die mögliche Gesamtdosiermenge aller Dosierventile überschreitet.
Das Verfahren kann insbesondere zum Steuern des Dosiersystems für ein SCR-Katalysatorsystem verwendet werden. In derartigen Dosiersystemen ist eine Förderpumpe vorgesehen, welche das zu fördernde Fluid, im Falle eines SCR-Katalysatorsystems eine Harnstoffwasserlösung (HWL), aus einem Tank fördert und zu den Dosierventilen transportiert. Wenn eine solche Förderpumpe vorhanden ist, wird die maximal mögliche Gesamtdosiermenge vorzugsweise aus mindestens einem Parameter der Förderpumpe ermittelt. Dieser Parameter ist insbesondere ein maximal, von der Förderpumpe nachförderbarer, Massenstrom.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird mittels jedes Dosierventils jeweils eine Dosiermenge dosiert, welche dem Produkt aus der Wunschdosiermengenanforderung des jeweiligen Dosierventils und dem ersten Reduktionsfaktor entspricht. Der erste Reduktionsfaktor hat dabei einen Wert von maximal 1 und verringert so die tatsächlichen Dosiermengen gegenüber den Wunschdosiermengenanforderungen derart, dass das Verhältnis der eindosierten Massenströme gegenüber dem Verhältnis der Wunschdosiermengenanforderungen unverändert bleibt.
Diese Ausführungsform des Verfahrens wird vorzugsweise dann angewandt, wenn jedes Dosierventil separate Endstufen aufweist (vollkommen unabhängige Paralleldosierung möglich) oder wenn ein elektronisches Steuergerät des Dosiersystems pro Dosiersystem eine Lowside aufweist und weiterhin für alle Dosiersysteme eine gemeinsame Highside vorhanden ist. Dies ermöglicht eine Paralleldosierung mit mehreren Dosierventilen, weil beliebig viele Dosierventile gleichzeitig offen sein können. Zwar muss der Öffnungsvorgang gegebenenfalls leicht verzögert oder entzerrt werden, dies schlägt sich aber nicht nennenswert in der Mengenlimitierung nieder.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass mittels der Dosierventile innerhalb eines Dosierintervalls nacheinander jeweils eine Dosiermenge dosiert wird. Dabei entspricht die jeweilige Dosiermenge dem Produkt aus der Wunschdosiermengenanforderung des jeweiligen Dosierventils, dem ersten Reduktionsfaktor und einem zweiten Reduktionsfaktor. Diese Ausführungsform des Verfahrens, in der neben dem ersten Reduktionsfaktor auch noch ein zweiter Reduktionsfaktor benötigt wird, wird insbesondere dann angewandt, wenn ein elektronisches Steuergerät des Dosiersystems eine gemeinsame Endstufe für alle Dosierventile aufweist. Dies hat den Vorteil, dass eine Temperaturregelung beim Heizen des Dosierventils erfolgen kann, dass ein Sättigungsstrom des Dosierventils gemessen werden kann und, dass auch eine Messung des BIP (begin of injection point) und des EIP (end of injection point) möglich ist. Diese Möglichkeiten stehen bei Verwendung einer eigenen Lowside pro Dosierventil, jedoch gemeinsamer Highside und gleichzeitigem Betreiben der Ventile nicht zur Verfügung. Allerdings ist in einem solchen Dosiersystem kein gleichzeitiges Dosieren mittels mehrerer Dosierventile möglich. Da die Umschaltung zwischen den Dosierventilen Dosierpausen erfordert, können die Dosierventile in Summe nicht über die gesamte Länge des Dosierintervalls eindosieren.
Die Ermittlung des zweiten Reduktionsfaktors kann vorzugsweise erfolgen, indem die Wunschdosiermengenanforderungen aller Dosierventile, die maximal mögliche Gesamtdosiermenge, die maximal möglichen Dosiermengen der einzelnen Dosierventile, der erste Reduktionsfaktor und eine relativ zur Verfügung stehende Gesamtdosierdauer innerhalb des Dosierintervalls berücksichtigt werden. Unter der relativ zur Verfügung stehenden Gesamtdosierdauer wird dabei der prozentuale Anteil des Dosierintervalls verstanden, der nicht für Umschaltungen zwischen den Dosierventilen benötigt wird und deshalb für Eindosierungen zur Verfügung steht.
Der zweite Reduktionsfaktor ermöglicht es, alle Eindosierungen innerhalb des Dosierintervalls abzuarbeiten und dabei dennoch zu gewährleisten, dass das Verhältnis der eindosierten Massenströme dem Verhältnis der Wunschdosiermengenanforderungen entspricht.
Die unterschiedlichen Ausführungsformen des Verfahrens können gemeinsam in einem Computerprogramm implementiert werden, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder elektronischem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht das Steuern von Dosiersystemen mit geteilten oder mit eigenen Endstufen mittels derselben Strategie, also im Rahmen einer Unified Architecture. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist um ein Dosiersystem mit mehreren Dosierventilen zu steuern.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung mehr erläutert.

1 zeigt schematisch ein SCR-Katalysatorsystem dessen Dosiersystem mittels Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert werden kann.
2 zeigt die zeitliche Abfolge mehrerer Dosierungen in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
Ein Verbrennungsmotor 10 weist in seinem Abgasstrang 11 ein SCR-Katalysatorsystem 20 auf, welches in 1 dargestellt ist. Dieses verfügt über zwei SCR-Katalysatoren 21, 22, wobei das Katalysatormaterial des ersten SCR-Katalysators 21 auf einem Partikelfilter angeordnet ist (SCR on filter; SCRF). Zum Eindosieren einer Harnstoffwasserlösung in den Abgasstrang 11 ist ein Dosiersystem 30 vorgesehen. Dieses weist ein erstes Dosierventil 31 stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 21 und ein zweites Dosierventil 32 zwischen den beiden SCR-Katalysatoren 21, 22 auf. Eine Förderpumpe 33 fördert die Harnstoffwasserlösung aus einem nicht dargestellten Reduktionsmitteltank. Sie wird dabei durch eine Reduktionsmittelleitung transportiert, die sich stromabwärts der Förderpumpe 33 zu den beiden Dosierventilen 31, 32 verzweigt. Das erste Dosierventil 31 weist eine baulich bedingte, erste maximale Dosiermenge dm_max,31 auf und das zweite Dosierventil 32 weist eine baulich bedingte, zweite maximale Dosiermenge dm_max,32 auf. Die maximal mögliche Gesamtdosiermenge dm_max,ges der beiden Dosierventile 31, 32 entspricht allerdings nicht der Summe ihrer individuellen maximalen Dosiermengen dm_max,31, dm_max,32. Vielmehr ist sie geringer, da sie durch den maximal von der Förderpumpe 33 nachförderbaren Massenstrom der Harnstoffwasserlösung begrenzt wird. Die beiden Dosierventile 31, 32 und die Förderpumpe 33 werden durch ein elektronisches Steuergerät 40 gesteuert.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das elektronische Steuergerät 40 für jedes Dosierventil 31, 32 eine eigene Lowside als Endstufe auf. Allerdings ist eine gemeinsame Highside für beide Dosierventile 31, 32 vorhanden. Es ist eine uneingeschränkte Paralleldosierung mittels der beiden Dosierventile 31, 32 möglich, wozu alle Treiberebenen im elektronischem Steuergerät 40 doppelt und uneingeschränkt existieren. Die Mengenanforderungen werden für beide Dosierventile getrennt und unabhängig entgegengenommen und prinzipiell auch unabhängig abgearbeitet. Lediglich eine Pull-In-Phase wird beim zweiten Dosierventil 32 gegenüber dem ersten Dosierventil 31 verzögert.
Wenn im elektronischem Steuergerät 40 eine gesamte Wunschdosiermengenanforderung dm_Wunsch,ges, welche sich aus der Summe der Wunschdosiermengenanforderung dm_Wunsch,31 des ersten Dosierventils 31 und der Wunschdosiermengenanforderung dm_Wunsch,32 des zweiten Dosierventils 32 ergibt, vorliegt, die größer ist als die maximal mögliche Gesamtdosiermenge dm_max,ges aller Dosierventile 31, 32, welche sich wiederum aus dem Fördervermögen der Förderpumpe 33 ergibt, so wird gemäß Formel 1 ein erster Reduktionsfaktor f₁ berechnet: $f_{1} = \frac{d m_{m a x, g e s}}{d m_{W u n s c h, g e s}} = \frac{d m_{m a x, g e s}}{d m_{W u n s c h,31} + d m_{W u n s c h,32}}$
Die Ansteuerung der Dosierventile 31, 32 mittels des elektronischen Steuergeräts 40 erfolgt dann nicht auf der Grundlage der jeweiligen Wunschdosiermengenanforderungen dm_Wunsch,31, dm_Wunsch,32. Stattdessen wird gemäß Formel 2 eine limitierte Dosiermengenanforderung dm_Dos,31 für das erste Dosierventil 31 berechnet: ${dm}_{Dos,31} = f_{1} \cdot {dm}_{Wunsch,31}$
In analoger Weise wird unter Verwendung des ersten Reduktionsfaktors eine limitierte Dosiermengenanforderung dm_Dos,32 für das zweite Dosierventil 32 gemäß Formel 3 berechnet: ${dm}_{Dos,32} = f_{1} \cdot {dm}_{Wunsch,32}$
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das elektronische Steuergerät 40 eine gemeinsame Endstufe für beide Dosierventile 31, 32 auf. Zunächst wird gewartet bis das erste Dosierventil 31 seine Dosierung abgeschlossen hat. Dann wird mittels eines Umschaltrelais im elektronischem Steuergerät 40 eine Umschaltung der geteilten Endstufe vorgenommen und daraufhin die Mengenanforderung des zweiten Dosierventils 32 umgesetzt. Diese Reihenfolge, in der die Dosieranforderungen an die beiden Dosierventile 31, 32 abgearbeitet werden, ist im elektronischem Steuergerät 40 fest vorgegeben.
2 zeigt drei unterschiedliche Dosierungen von Harnstoffwasserlösungen in dem Abgasstrang 11, welche jeweils innerhalb eines Dosierintervalls Δt_ges abgesetzt werden. Die Dosierdauer Δt₃₁ des ersten Dosierventils 31 und die Dosierdauer Δt₃₂ des zweiten Dosierventils 32 haben in den drei dargestellten Dosierintervallen Δt_ges jeweils unterschiedliche Längen, wobei die Länge der Eindosierung mittels des zweiten Dosierventils 32 im dritten dargestellten Dosierintervall Δt_ges sogar 0 beträgt. Zwischen den Eindosierungen erfolgen jeweils Umschaltpausen Δt_u , die immer dieselbe Länge haben. Der relativ zur Verfügung stehenden Gesamtdosierdauer Δt_rel innerhalb jedes Dosierintervalls Δt_ges ergibt sich dabei gemäß Formel 4: $Δ t_{r e l} = \frac{(Δ t_{g e s} - 2 \cdot Δ t_{u})}{Δ t_{g e s}}$
Wenn im elektronischem Steuergerät 40 eine Gesamtwunschdosiermengenanforderung dm_Wunsch,ges vorliegt, die größer ist als die maximal mögliche Gesamtdosiermenge dm_max,ges beider Dosierventile 31, 32, so wird im elektronischem Steuergerät zunächst wie im ersten Ausführungsbeispiel der erste Reduktionsfaktor f₁ gemäß Formel 1 berechnet.
Weiterhin wird gemäß Formel 5 allerdings auch noch ein zweiter Reduktionsfaktor f₂ berechnet: $f_{2} = Δ t_{r e l} \cdot \frac{d m_{m a x,31} \cdot d m_{m a x,32}}{f_{1} \cdot d m_{Wunsch, 31} \cdot d m_{m a x,32} + f_{1} \cdot d m_{Wunsch, 32} \cdot d m_{m a x,31}}$
Die limitierte Dosiermengenanforderung dm_Dos,31, welche der Ansteuerung des ersten Dosierventils 31 zugrunde gelegt wird, wird dann unter Verwendung beider Reduktionsfaktoren f₁ , f₂ nicht gemäß Formel 2, sondern gemäß Formel 6 berechnet: ${dm}_{Dos,31} = f_{1} \cdot f_{2} \cdot {dm}_{Wunsch,31}$
In analoger Weise wird die limitierte Dosiermengenanforderung dm_Dos,32 des zweiten Dosierventils 32 nicht gemäß Formel 3, sondern gemäß Formel 7 berechnet: ${dm}_{Dos,32} = f_{1} \cdot f_{2} \cdot {dm}_{Wunsch,32}$
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der zweite Reduktionsfaktor f₂ nicht auf den Wert gesetzt wird, der sich aus Formel 5 ergibt, sondern auf einen noch niedrigeren Wert.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Dosiersystems (30) mit mehreren Dosierventilen (31, 32), worin in Abhängigkeit von Wunschdosiermengenanforderungen an die Dosierventile (31, 32) und einer maximal möglichen Gesamtdosiermenge aller Dosierventile (31, 32) ein erster Reduktionsfaktor ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal mögliche Gesamtdosiermenge aus mindestens einem Parameter einer Förderpumpe (33) des Dosiersystems (30) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels jedes Dosierventils (31, 32) jeweils eine Dosiermenge dosiert wird, welche dem Produkt aus der Wunschdosiermengenanforderung des jeweiligen Dosierventils und dem ersten Reduktionsfaktor entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Dosierventil (31, 32) separate Endstufen aufweist oder ein elektronisches Steuergerät (40) des Dosiersystems (30) eine Lowside pro Dosierventil (31, 32) aufweist und eine gemeinsame Highside für alle Dosierventile (31, 32) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Dosierventile (31, 32) innerhalb eines Dosierintervalls (Δt_ges) nacheinander jeweils eine Dosiermenge dosiert wird, welche dem Produkt aus der Wunschdosiermengenanforderung des jeweiligen Dosierventils (31, 32), dem ersten Reduktionsfaktor und einem zweiten Reduktionsfaktor entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches Steuergerät (40) des Dosiersystems (30) eine gemeinsame Endstufe für alle Dosierventile (31, 32) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Reduktionsfaktor in Abhängigkeit von den Wunschdosiermengenanforderungen, der maximal möglichen Gesamtdosiermenge, maximal möglichen Dosiermengen der einzelnen Dosierventile (31, 32), dem ersten Reduktionsfaktor und einer relativ zur Verfügung stehenden Gesamtdosierdauer innerhalb des Dosierintervalls (Δt_ges) ermittelt wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (40), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ein Dosiersystem (30) zu steuern.