DE102018200467A1 - Verfahren zum Einlernen von mindestens einem Pumpenmerkmal einer Pumpe eines Fördermoduls eines SCR-Katalysatorsystems - Google Patents

Verfahren zum Einlernen von mindestens einem Pumpenmerkmal einer Pumpe eines Fördermoduls eines SCR-Katalysatorsystems Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Einlernen von mindestens einem Pumpenmerkmal einer Pumpe (32) eines Fördermoduls (32) eines SCR-Katalysatorsystems (10) mit folgenden Schritten: Ermitteln (110) von einzulernenden Referenzwerten (nPmpRef) des mindestens einen Pumpenmerkmals (p, T, q), wobei die Referenzwerte (nPmpRef) in einer Referenzmatrix gespeichert werden; und Ermitteln (120) von einzulernenden Abweichungswerten (ΔnPmp), welche Abweichungen des mindestens einen Pumpenmerkmals von den Referenzwerten (nPmpRef) sind, und welche in einer Abweichungsmatrix gespeichert werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einlernen von mindestens einem Pumpenmerkmal einer Pumpe eines Fördermoduls eines SCR-Katalysatorsystems, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium sowie ein elektronisches Steuergerät.
  • Stand der Technik
  • Im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben ist eine Verminderung von unerwünschten Emissionen von Verbrennungskraftmaschinen zur Erreichung und Einhaltung der festgelegten Abgasgrenzwerte erforderlich. Aufgrund stetig steigender gesetzlicher Anforderungen an die Emissionswerte von Verbrennungsmotoren werden zur Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte die Abgase aus Verbrennungsmotoren einer Nachbehandlung unterzogen. Zur Erfüllung dieser Grenzwerte kommen stromabwärts des Verbrennungsmotors Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, deren Ziel es ist, die Partikel- und Stickoxidkonzentration im Abgas zu senken. Die hierfür verwendeten Filter und Katalysatoren erfordern, dass bestimmte Oxidations-/Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht werden.
  • Typischerweise sind solche Mittel Kohlenwasserstoffe oder Harnstoff-Wasser-Lösungen. Die genannten Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Diesel-Kraftstoff, werden einerseits zur exothermen chemischen Umsetzung in einem Oxidationskatalysator (DOC) eingesetzt mit dem Ziel, einen Diesel-Partikelfilter (DPF) zu regenerieren.
  • Andererseits werden die oben genannten Kohlenwasserstoffe zur sogenannten Anfettung des Abgases mit dem Ziel der NOx-Speicherkatalysator-Regeneration eingesetzt bzw. zur Herbeiführung des sogenannten „DiAir“-Effekts.
  • Die oben genannten Harnstoff-Wasser-Lösungen werden zur selektiven katalytischen Reduktion in einem SCR-Katalysator eingesetzt. Die als Reduktionsmittel verwendete Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) wird mit Hilfe eines Fördermoduls im Dosiermodus aus einem Tank zu einem Dosiermodul gefördert, welches den notwendigen HWL-Mengenstrom als Spray in den Abgasstrang abgibt.
  • Zur Einbringung der Oxidations-/Reduktionsmittel kommen am Abgasstrang montierte Injektoren zum Einsatz. Der erforderliche hydraulische Druck wird oft von separaten Pumpen bereitgestellt. Die Druckschrift DE 103 46 220 A1 zeigt das Prinzip für die Einbringung einer Harnstoff-Wasser-Lösung.
  • Für die Regelung des Systemdrucks und zur Berechnung der Ansteuerdauer des Injektors wird typischerweise der Druck im System über einen Drucksensor ermittelt. Weiterhin wird der Drucksensor zur Überwachung des Systems verwendet um kritische Zustände wie Leckagen oder Überdruckzustände zu erkennen und um das System anschließend in einen sicheren Zustand zu überführen. Mit der aktuellen Überwachung über den Drucksensor kann lediglich eine große Leckage sicher erkannt werden. Für kleinere und mittlere Leckagen kann das Drucksensorsignal nicht hinreichend genug Informationen liefern, um eine robuste und zuverlässige Diagnose zu ermöglichen. Eine weitere Diagnosemöglichkeit für Leckagen beruht auf der Auswertung der Pumpendrehzahl bei Nulldosierung. Mit dieser Diagnosefunktion können große Leckagen z.B. durch einen offen klemmenden Injektor sicher detektieren werden. Für kleine und mittlere Leckagen kann die Pumpendrehzahl aufgrund von Bauteiltoleranzen und Umwelteinflüsse wie Höhe und Temperatur nicht hinreichend genau ausgewertet werden, um eine zuverlässige Diagnose darstellen zu können.
  • Im Stand der Technik sind ebenfalls Einlernverfahren bekannt
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Verfahren dient dem Einlernen von mindestens einem Pumpenmerkmal einer Pumpe eines Fördermoduls eines SCR-Katalysatorsystems.
  • Durch das Einlernen kann für unterschiedliche Betriebspunkte der Pumpe gelernt werden, wie sich die Pumpe verhält. Dieses Verhalten der Pumpe kann durch mindestens ein sogenanntes Pumpenmerkmal beschrieben werden, welches zum Beispiel eine Pumpendrehzahl und / oder und ein Ansteuersignal der Pumpe sein kann. Da sich während der Lebenszeit eines Automobils oder einer Pumpe die Pumpenmerkmale in der Regel verändern, ist es für gewöhnlich notwendig, die eingelernten Werte an die veränderten Bedingungen anzupassen.
  • In einem ersten Schritt des Verfahrens werden einzulernende Referenzwerte des mindestens einen Pumpenmerkmals ermittelt, wobei die Referenzwerte in einer Referenzmatrix gespeichert werden. Typischerweise werden bei einem Neusystem die Pumpmerkmale des im System verbauten Fördermoduls als Referenzwerte ermittelt.
  • In einem zweiten Schritt des Verfahrens werden einzulernende Abweichungswerte ermittelt und in einer Abweichungsmatrix gespeichert. Die Abweichungswerte sind Abweichungen des mindestens einen Pumpenmerkmals von den jeweiligen Referenzwerten. Die Abweichungswerte werden erst erfasst, wenn die Erfassung der Referenzwerte abgeschlossen ist. Dies ist dann der Fall, wenn eine hinreichende hohe Abdeckung von Stützstellen und eine repräsentative Anzahl von Pumpenmerkmalen vorliegen. Dies ist dann der Fall, wenn in der Matrix genügend Lernwerte eingelernt sind, damit eine Interpolation möglich ist. Da sich die Matrix über Druck, Temperatur und Dosiermenge bildet, sollen in der Regel bei verschieden Drücken, Temperaturen und Mengen zumindest einmalig Werte hinterlegt sein. Ob der gesamte mögliche Betriebsbereich abgedeckt wird, hängt unter anderem von der Wahl der Stützstellen ab, welche frei wählbar sind. Daher ist es nicht notwendig, den gesamten Betriebsbereich mit der Matrix abzudecken, es reicht vielmehr aus, wenn die Matrix auf den üblichen Betriebsbereich beschränkt wird. Der Grad der Abdeckung der gelernten Pumpenmerkmale definiert den Bereich, in dem die Pumpenmerkmale auf Drift über Lebenszeit überwacht werden können.
  • Bevorzugt werden Referenzwerte an jeder Stützstelle eingelernt. In der Praxis kann es jedoch sein, dass dies nicht vorkommt, z.B. wenn das Fahrzeug überwiegend im Lieferverkehr fährt und somit wenig Variation im Umgebungsdruck durch Höheneinflüsse hat. Diesem Fall ist es bevorzugt, dass nach einer gewissen Anzahl von Lernwerten das Einlernen der Merkmale beendet wird, sobald genügend Stützstellen eingelernt werden konnten, damit eine Interpolation sinnvoll durchgeführt werden kann.
  • Bevorzugt erfolgt das Einlernen der Referenzwerte der Pumpenmerkmale nur, wenn eine Freigabe vorliegt. Dies ist dann der Fall, wenn sich das DNOX-System im Dosierbetrieb befindet und aktuell kein Fehler im System vorliegt, der die Lernfunktion beeinflussen könnte.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wurden die Referenzwerte vom Hersteller des SCR-Katalysatorsystems ermittelt und kann das Verfahren auf diese zugreifen. Hierbei hat der Hersteller die Referenzwerte werkseitig bestimmt. Die Referenzwerte können hierbei bei Tests mit baugleichen Systemen ermittelt werden. Hierbei kann über unterschiedliche Dosiersysteme und unterschiedliche Umgebungsbedingungen gemittelt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Referenzwerte und die Abweichungswerte für vorgegebene Betriebspunkte der Pumpe, als sogenanntes Stützstellen, ermittelt. Die Stützstellen sind vom Hersteller vorgegebene und vom jeweiligen System abhängige Betriebspunkte der Pumpe.
  • Jeder Betriebspunkt ist charakterisiert durch mindestens einen Betriebsparameter, welcher zum Beispiel der Umgebungsdruck, die Temperatur des Oxidations-/Reduktionsmittels oder die Dosiermenge des Oxidations-/Reduktionsmittels sein kann. Ein Betriebspunkt kann zum Beispiel als Tupel eines konkreten Druckwertes, eines konkreten Temperaturwertes und einer konkreten Dosiermenge beschrieben seien, z.B. (p1 , T1 , q1 ).
  • Bevorzugt gibt es genau drei Betriebsparameter, so dass die Stützstellen Punkte im dreidimensionalen Raum sind. Bevorzugt sind hierbei die Betriebsparameter Umgebungsdruck, die Temperatur des Oxidations-/Reduktionsmittels oder die Dosiermenge des Oxidations-/Reduktionsmittels. In einem solchen dreidimensionalen Raum gibt es eine Norm, die einen Abstand zwischen unterschiedlichen Punkten in diesem Raum definiert. Durch diese Norm können zum Beispiel Abstände zwischen unterschiedlichen Drücken mit Abständen zwischen unterschiedlichen Temperaturen verglichen werden. Bevorzugt hat jede Stützstelle zu allen benachbarten Stützstellen einen identischen Abstand. Bevorzugt haben die Stützstellen für jeden Betriebsparameter einen identischen Abstand. Bevorzugt sind die benachbarten Stützstellen zu einem beliebigen aktuellen Betriebspunkt Eckpunkte eines Quaders oder eines Würfels.
  • Bevorzugt gibt es genau zwei Betriebsparameter, und zwar den Umgebungsdruck und die Temperatur des Oxidations-/Reduktionsmittels. In diesem Fall können nur Betriebspunkte zum Zeitpunkt der Nulldosierung überwacht und ausgewertet werden. Wenn zusätzlich noch die Dosiermenge des Oxidations-/Reduktionsmittels berücksichtigt wird, so kann das System auch in Betriebspunkten außerhalb der Nulldosierung während der Dosierung analysiert und überwacht werden, was dem o.g. Fall mit den drei oben genannten Betriebsparametern entspricht.
  • In der Regel bilden die Betriebspunkte einen Betriebsbereich, welcher für gewöhnlich zusammenhängend ist.
  • Die Stützstellen sind bevorzugt für die Referenzmatrix und die Abweichungsmatrix identisch. Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Stützstellen jedoch auch unterschiedlich sein.
  • Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Einlernen der Referenzwerte ein an einem aktuellen Betriebspunkt gemessenes Pumpenmerkmal an einer Stützstelle gespeichert, welche den kleinsten Abstand zum aktuellen Betriebspunkt aufweist, wenn der kleinste Abstand im Verhältnis zu den Abständen des aktuellen Betriebspunkt zu den anderen benachbarten Stützstellen die dominierende Größe ist. Falls die Abstände alle in ähnlicher Größenordnung sind, wird das Pumpenmerkmal nicht eingelernt, da eine eindeutige Zuordnung auf die Stützstellen nicht vorgenommen werden kann. Der kleinste Abstand kann im Verhältnis zu den Abständen des aktuellen Betriebspunkt zu den anderen benachbarten Stützstellen als die dominierende Größe angesehen werden, wenn der kleinste Abstand 30%, bevorzugt 50%, kleiner als der zweitkleinste Abstand ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ermitteln der Referenzmatrix beendet, falls ein Quotient aus der Anzahl von eingelernten Stützstellen zur Gesamtanzahl der Stützstellen, d.h. der Betriebsbereich, größer als ein vorgegebener Wert ist. Bevorzugt soll eine repräsentative Anzahl von einzulernenden Referenzwerten der Pumpenmerkmale vorliegen.
  • Wenn bereits ein Pumpenmerkmal in der Stützstelle eingelernt werden konnte und durch den aktuellen Betriebspunkt ein neues Pumpenmerkmal vorliegt, wird bevorzugt der Mittelwert aus altem und neuem Pumpenmerkmal berechnet und an der Stützstelle der Matrix eingelernt. Falls danach an derselben Stützstelle wieder ein neues Pumpenmerkmal ermittelt wird, wird bevorzugt wiederum der hinterlegte Wert zu dem neuen Pumpenmerkmal addiert und durch zwei geteilt. Gemäß dieser Ausführungsform ergibt sich bei drei an einer Stützstelle erfassten Werten der aktuelle Wert des Pumpenmerkmals nicht durch Mittelwertbildung dieser drei Werte, sondern, indem zunächst der Mittelwert der ersten beiden Werte bestimmt und danach wiederum der Mittelwert des so bestimmten Werts mit dem dritten Wert berechnet wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schaltet, sobald in der Referenzmatrix eine entsprechende repräsentative Abdeckung der Referenzlernpunkte erreicht wurde, die Lernfunktion in einen schnellen Lernmodus, um die Abweichungen zu den gelernten Referenzwerten einzulernen.
  • Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform werden die Stützstellen in den Bereichen festgelegt, in denen die Pumpe im Normalfall betrieben wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Einlernen der Abweichungswerte die nachfolgenden Schritte auf. In einem ersten Schritt des Einlernens der Abweichungswerte wird ein Abweichungswert am aktuellen Betriebspunkt (WP) berechnet. Dies bedeutet, dass das mindestens eine Pumpenmerkmal am aktuellen Betriebspunkt gemessen wird und die Differenz dieses Messwerts vom Referenzwert des mindestens einen Pumpenmerkmals am aktuellen Betriebspunkt gebildet wird. Diese Differenz entspricht dem Abweichungswert. Falls eine Vielzahl von Pumpenmerkmalen gemessen wird, so wird ebenfalls eine Vielzahl von Abweichungswerten bestimmt.
  • In einem zweiten Schritt des Einlernens der Abweichungswerte werden iterierte Abweichungswerte an den acht zum aktuellen Betriebspunkt benachbarten Stützstellen Pi ermittelt, wobei sich der iterierte Abweichungswert an einer benachbarten Stützstelle Pi durch Addieren eines Produktes eines gefilterten Abweichungswertes ΔnPmpPT1 am aktuellen Betriebspunkt und eines vom aktuellen Betriebspunkt und von der benachbarten Stützstelle abhängenden Gewichtungsfaktor factori zu dem Abweichungswert ΔnPmp an der benachbarten Stützstellen Pi ergibt.
  • Dies lässt sich als Formel wie folgt ausdrücken: Δ nPmp_neu ( P i ) = Δ nPmp_alt ( P i ) + Δ nPmpCor i ( P i )
    Figure DE102018200467A1_0001
    Δ nPmpCor i ( P i ) = Δ nPmpPT 1 ( WP ) * factor i
    Figure DE102018200467A1_0002
  • Ist die maximal zulässige Grenze für die Abweichung erreicht, werden die Lernwerte der Pumpenmerkmale über Lebenszeit nach unten bzw. nach oben limitiert. Die maximal zulässige Grenze für die Abweichung kann berechnet werden als die Summe einer Toleranz einer neuen Pumpe, einer Toleranz für eine zulässige Alterung über Lebenszeit und einem zusätzlichen Toleranzwert. Der zusätzliche Toleranzwert es in der Regel klein gegenüber der Toleranz einer neuen Pumpe und der Toleranz für eine zulässige Alterung über Lebenszeit, wird jedoch benötigt, damit zwischen einer Pumpe, welche in Ordnung ist, und einer defekten Pumpe unterschieden werden kann.
  • Falls die Lernwerte nicht limitiert werden würden, würden auch minimalste Leckagen angelernt werden. Diesem Fall könnte man keine Fehler kennen.
  • Das Einlernen der Abweichungswerte erfolgt bevorzugt über die ganze Lebenszeit des Systems. Hierbei können die Abweichungen nur innerhalb des Bereiches der gelernten Referenzwerte eingelernt werden, da außerhalb des Abdeckungsbereiches keine Referenzwerte vorliegen.
  • Das Einlernen der Abweichungswerte weist bevorzugt einen schnellen Lernmodus und einen langsamen Lernmodus auf. Das Ziel des schnellen Lernmodus ist es, am Anfang durch möglichst viele Lernevents bereits eine Basis für die Überwachung zu erstellen. Sobald genügend Lernevents durch den schnellen Lernmodus vorliegen, wird in den langsamen Lernmodus gewechselt, so dass nur noch die Änderungen der Pumpenmerkale über der Lebenszeit adaptiert werden. Ist eine vorgegebene Anzahl an Lernevents erfolgt, so schaltet die Funktion in einen langsamen Lernmodus, um nur noch die Driften über die Lebenszeit zu lernen. In diesem langsamen Lernmodus werden nur noch kleine Änderungen an den Lernwerten zugelassen, um zum Beispiel das Einlernen von kleinen Leckagen und kurzen Signalstörungen zu vermeiden. Mit dem Umschalten von der Erfassung der Referenzwerte auf das Erfassen der Abweichungsverteilung erfolgt eine Freigabe zur Auswertung und Überwachung der aktuellen Pumpenmerkmale.
  • Die Filterungen der Abweichungswerte für den langsamen und den schnellen Lernmodus weisen bevorzugt unterschiedliche Zeitkonstanten auf. Die Abweichungen werden mit einem PT1 -Filter gefiltert, der über jeweils eine Filterzeitkonstante für den schnellen und für den langsamen Lernmodus verfügt. Für jedes Lernevent wird der PT1 -Filter mit der gelernten Abweichung des jeweiligen Betriebspunktes initialisiert.
  • Als PT1 -Glied bezeichnet man ein LZI-Übertragungsglied in der Regelungstechnik, welches ein proportionales Übertragungsverhalten mit Verzögerung erster Ordnung aufweist, z.B. ein Tiefpass. Ein LZI-System ist ein lineares zeitinvariantes System, welches ein System bezeichnet, dessen Verhalten sowohl die Eigenschaft der Linearität aufweist als auch unabhängig von zeitlichen Verschiebungen ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden vor dem ersten Schritt des Einlernens der Abweichungswerte die Abweichungswert an den Stützstellen der Abweichungsmatrix initialisiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vor dem ersten Schritt des Einlernens der Abweichungswerte ein gefilterter Abweichungswert ΔnPmpInitPT1(WP) am aktuellen Betriebspunkt WP initialisiert. Die jeweiligen Initialisierungswerte können auf null gesetzt werden. Alternativ können die Initialisierungswerte auch vorgegebene Werte sein, welche vom Hersteller vorgegeben sind oder vom Hersteller für ein vergleichbares System bereits eingelernt wurden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Abweichungswert am aktuellen Betriebspunkt WP berechnet als Summe aus dem Referenzwert des mindestens einen Pumpenmerkmals am aktuellen Betriebspunkt WP, einem aktuell gemessenen Wert für das mindestens eine Pumpenmerkmal am aktuellen Betriebspunkt WP, und einem Initialisierungswert für den gefilterten Abweichungswert des mindestens einen Pumpenmerkmals oder einem in der vorherigen Iteration berechneten Wert für den gefilterten Abweichungswert des mindestens einen Pumpenmerkmals. Δ nPmp ( WP ) = ( nPmpRef ( WP ) + Δ nPmpInitPT1 ( WP ) ) nPmpCurr ( WP )
    Figure DE102018200467A1_0003
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Abweichungswert am aktuellen Betriebspunkt WP nach seiner Berechnung von dem TP1- Filter gefiltert.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Referenzwert nPmpRef(WP) des mindestens einen Pumpenmerkmals nPmp am aktuellen Betriebspunkt WP durch trilineare Interpolation berechnet. Dies ist ein Standardverfahren und kann rechnerisch sehr schnell durchgeführt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Initialisierungswert ΔnPmpInitPT1(WP) für den gefilterten Abweichungswert des mindestens einen Pumpenmerkmals das über alle acht zum aktuellen Betriebspunkt WP benachbarten Stützstellen Pi summierte Produkt aus dem Quotient eines Volumens Vi eines Quaders, welcher den aktuellen Betriebspunkt WP als einen Eckpunkt und die benachbarte Stützstelle Pi als anderen Eckpunkt aufweist, und dem Gesamtvolumen V, welches von den acht zum aktuellen Betriebspunkt WP benachbarten Stützstellen Pi begrenzt wird, und des jeweiligen Abweichungswertes ΔnPmp(Pi) an der jeweiligen benachbarten Stützstelle Pi .
  • Als Formel kann das wie folgt ausgedrückt werden: Δ nPmpInitPT 1 ( W P ) = i = 1 8 V i V Δ nPmp ( P i )
    Figure DE102018200467A1_0004
  • Diese Initialisierung des PT1-Filters findet für jedes Lernevent statt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gewichtungsfaktor factori, welcher von einer bestimmten benachbarten Stützstelle Pi abhängt, ein Quotient aus einem Produkt aus dem Gesamtvolumen, welches von den acht zum aktuellen Betriebspunkt WP benachbarten Stützstellen Pi begrenzt wird, und einem Volumen eines Quaders, welcher den aktuellen Betriebspunkt WP als einen Eckpunkt und diejenige benachbarte Stützstelle Pi , welche von dem aktuellen Betriebspunkt WP aus gesehen auf der gegenüberliegenden Seite der bestimmten benachbarten Stützstelle Pi liegt, als einen anderen, gegenüberliegenden Eckpunkt aufweist, und einer Summe der Quadrate der Volumina Vi der acht zum aktuellen Betriebspunkt WP benachbarten Stützstellen Pi ist.
  • Als Formel kann das wie folgt ausgedrückt werden: factor i = V i ( WP ) V ( W P ) i = 1 8 V i 2 ( W P )
    Figure DE102018200467A1_0005
  • Falls nach dem Einlernen der Referenzwerte ein Betriebsbereich angefahren werden sollte, der bisher noch nicht über die Matrix abdeckt wird, so können weitere Referenzwerte nur dann eingelernt werden, wenn eine Abweichung durch Drift über Lebenszeit unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt. In diesem Fall ist das System in diesem Bereich noch nicht stark gealtert. Dieses Kriterium kann dann vorliegen, wenn jeder Abweichungswert unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Alternativ kann dieses Kriterium vorliegen, wenn ein über alle Abweichungswerte gemittelter Abweichungswert unter einem anderen vorgegebenen Schwellenwert liegt, welche in der Regel niedriger ist als der zuvor genannte Schwellenwert.
  • Die Referenzwerte und / oder die Abweichungswerte werden bevorzugt in einem Speicher gespeichert, bevorzugt in einem nichtflüchtigen, elektronischen Speicherbaustein, z.B. einem EEPROM.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem elektronischen Steuergerät oder Rechengerät abläuft. Dies ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, mindestens ein Pumpenmerkmal einer Pumpe eines Fördermoduls eines SCR-Katalysatorsystems einzulernen.
  • Figurenliste
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt schematisch ein SCR-Katalysatorsystem, mit dem das Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt werden kann.
    • 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 3 zeigt Stützpunkte einer Referenzmatrix oder einer Abweichungsmatrix, welche in dem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt werden.
    • 4 zeigt acht zu einem aktuellen Betriebspunkt WP benachbarte Stützstellen Pi , wobei i einen Wert zwischen 1 und 8 annehmen kann, sowie acht Volumina Vi , welche sich zwischen den benachbarten Stützstellen und dem aktuellen Betriebspunkt WP befinden. Die Größe der Volumina Vi wird in Schritt 126 des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung berechnet.
    • 5 verdeutlicht die trilineare Interpolation, welche gemäß Schritt 127 des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird.
  • Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • In 1 ist ein SCR-Katalysatorsystem 10 mit einer Dosiereinrichtung zur Eindosierung von Harnstoffwasserlösung (HWL) 12 in den Abgasstrang 10 einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine 14 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Das SCR-Katalysatorsystem 10 dient in an sich bekannter Weise zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas der Brennkraftmaschine 14 mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR). Für die Reduktion wird als Reduktionsmittel HWL 12 über ein Dosierventil 16 eines Dosiermoduls 17 in einen Abgasstrang 18 stromaufwärts des SCR-Katalysators 20 und stromabwärts eines Oxidationskatalysators 22 eingespritzt.
  • Die HWL 12 ist in einem Vorratstank 24 bevorratet, welcher einen Füllstandsensor 26 und einen Temperatursensor 28 aufweist, welche jeweils mit einem Steuergerät 29 verbunden sind. Das Dosierventil 16 des Dosiermoduls 17 wird mittels eines Fördermoduls 30 aus dem Vorratstank 24 mit der HWL 12 versorgt.
  • Das Fördermodul 30 weist eine Förderpumpe 32 auf, die mittels einer Saugleitung 34 HWL 12 aus dem Vorratstank 24 entnimmt. Die HWL 12 wird durch eine Druckleitung 36 zu dem Dosierventil 16 des Dosiermoduls 17 geleitet. Mittels dieses Dosierventils 16 wird die HWL 12 zwischen der Brennkraftmaschine 14 und dem SCR-Katalysator 20 in den Abgasstrang 18 eingespritzt.
  • Die Förderpumpe 32 und das Dosiermodul 17 werden hierbei von dem elektronischen Steuergerät 29 gesteuert. Ein Abgastemperatursensor 44 und ein Abgassensor 46, welche beide stromabwärts des SCR-Katalysators 20 angeordnet sind, sind ebenfalls mit dem elektronischen Steuergerät 29 verbunden.
  • Ferner ist das Steuergerät 29 eingerichtet, das SCR-Katalysatorsystem 10, insbesondere die Pumpe 32 des Fördermoduls 30 und das Dosiermodul 17 des SCR-Katalysatorsystems 10, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu betreiben.
  • 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens 100 zum Einlernen von Pumpenmerkmalen einer Pumpe 32 eines Fördermoduls 30 eines SCR-Katalysatorsystems 10.
  • In Schritt 111 des Verfahrens 100 wird das SCR-Katalysatorsystem 10 mit der Pumpe 32 gestartet. Die Referenzmatrix wird initialisiert, indem alle Stützstellen der Matrix mit dem Wert Null beschrieben werden.
  • In 3 sieht man einen Ausschnitt aus der Referenzmatrix. Für die drei Betriebsparameter Umgebungsdruck p, Temperatur T des Oxidations-/Reduktionsmittels und Dosiermenge q des Oxidations-/Reduktionsmittels sind jeweils Stützstellen vorgegeben. Die Stützstellen für die Temperatur sind die Werte T0 , T1 , T2 bis Tx , für den Umgebungsdruck p die Werte p0 , p1 , p2 bis py und für die Dosierung q die Werte q0 , q1 , q2 bis qz .
  • Im darauffolgenden Schritt 112 wird abgefragt, ob bereits eine hinreichende hohe Abdeckung von Stützstellen und eine repräsentative Anzahl von Pumpenmerkmalen vorliegen. Falls dies der Fall ist, fährt das Verfahren 100 mit Schritt 117 fort, welcher untenstehend erläutert wird. Falls noch keine hinreichend hohe Abdeckung von Stützstellen vorliegt, so fährt das Verfahren 100 mit Schritt 113 fort, in dem die Betriebsparameter Umgebungsdruck p, Temperatur T des Oxidations-/Reduktionsmittels und Dosiermenge q des Oxidations-/Reduktionsmittels für den aktuellen Betriebspunkt WP als Tupel (p, T, q) und die zu dem aktuellen Betriebspunkt WP gehörigen Pumpenmerkmale Pumpendrehzahl nPmp und Pumpenansteuersignal ermittelt werden.
  • Im darauffolgenden Schritt 114 werden die Abstände zu den acht benachbarten Stützstellen der Referenzmatrix ermittelt. Im nächsten Schritt 115 wird ermittelt, ob es unter den im vorherigen Schritt 114 ermittelten acht Abständen eine dominierende Größe gibt. Dies ist vorliegend dann der Fall, wenn ein Abstand mindestens 50 % kleiner als der zweitkleinste Abstand ist. Falls kein dominierender Abstand ermittelt werden kann, fährt das Verfahren mit Schritt 112 unmittelbar nach dem Start des Verfahrens 100 fort, sodass in der Regel ein neuer aktueller Betriebspunkt vorliegt. Falls ein kleinster dominierender Abstand ermittelt werden konnte, so fährt das Verfahren mit Schritt 116 fort, in dem die ermittelten Pumpenmerkmale an derjenigen Stützstelle gespeichert werden, welche dem kleinsten dominierenden Abstand zu dem aktuellen Betriebspunkt entsprechen, welcher im vorherigen Schritt ermittelt wurde. Nach Schritt 116 mit Schritt 112 fort.
  • Im Schritt 117, zu dem das Verfahren 100 gelangt, wenn im Schritt 112 ermittelt wurde, dass bereits eine hinreichende hohe Abdeckung von Stützstellen und eine repräsentative Anzahl von Pumpenmerkmalen vorliegen, erfolgt eine Freigabe zur Auswertung und Überwachung der aktuellen Pumpenmerkmale.
  • Die Schritte 111 bis 116 entsprechen dem Ermitteln 110 von einzulernenden Referenzwerten nPmpRef des mindestens einen Pumpenmerkmals p, T, q, wobei die Referenzwerte nPmpRef in einer Referenzmatrix gespeichert werden.
  • Nach Schritt 117 fährt das Verfahren mit dem Ermitteln 120 von einzulernenden Abweichungswerten ΔnPmp, welche Abweichungen des mindestens einen Pumpenmerkmals p, T, q von den Referenzwerten nPmpRef sind, und welche in einer Abweichungsmatrix gespeichert werden. Das Ermitteln 120 der einzulernenden Abweichungswerte ΔnPmp umfasst die nachfolgend erläuterten Schritte 121 bis 136. Im ersten Schritt 121 des Ermittelns 120 der einzulernenden Abweichungswerte ΔnPmp wird die Abweichungsmatrix initialisiert. Hierzu werden sämtliche Werte für die einzulernenden Abweichungswerte auf den Wert 0 gesetzt.
  • Im nachfolgenden Schritt 122 wird die Zeitkonstante für den PT1 -Filter auf den schnellen Wert, d. h. auf den Wert der schnellen Filterzeitkonstante gesetzt. Das System befindet sich nun im schnellen Lernmodus.
  • Im darauf folgenden Schritt 123 wird ermittelt, ob eine vorgegebene Anzahl an Lernevents erfolgt ist. Ist dies der Fall, so fährt das Verfahren 100 mit Schritt 124 fort, in dem die Zeitkonstante für den PT1 -Filter auf den langsamen Wert, d. h. auf die langsame Filterzeitkonstante, gesetzt wird. Das System befindet sich dann im langsamen Lernmodus, in dem nur noch ein Driften über die Lebenszeit gelernt wird.
  • Falls in Schritt 123 ermittelt wurde, dass die vorgegebene Anzahl Einlernen Events noch nicht erfolgt ist, so fährt das Verfahren mit Schritt 125 fort, in dem die Betriebsparameter Umgebungsdruck p, Temperatur T des Oxidations-/Reduktionsmittels und Dosiermenge q des Oxidations-/Reduktionsmittels für den aktuellen Betriebspunkt WP als Tupel (p, T, q) und die zu dem aktuellen Betriebspunkt WP gehörigen Pumpenmerkmale Pumpendrehzahl nPmp und Pumpenansteuersignal ermittelt werden. Der Schritt 125 entspricht dem oben genannten Schritt 113.
  • Im darauf folgenden Schritt 126 wird ein Initialisierungswert ΔnPmpInitPT1 für den gefilterten Abweichungswert des mindestens einen Pumpenmerkmals berechnet. Dies erfolgt gemäß der Formel 1.
  • Bei der ersten Berechnung des Initialisierungswertes ΔnPmpInitPT1 für den gefilterten Abweichungswert ist das Ergebnis selbstverständlich Null, da die Abweichungsmatrix unmittelbar davor initialisiert wurde.
  • In diesem Schritt müssen zunächst jeweils die Volumina Vi der acht Quader, welche den aktuellen Betriebspunkt WP als einen Eckpunkt und die benachbarte Stützstelle Pi als anderen Eckpunkt aufweisen, und danach das Gesamtvolumen V, welches von den acht zum aktuellen Betriebspunkt WP benachbarten Stützstellen Pi begrenzt wird, berechnet werden. Das Gesamtvolumen V entspricht der Summe der Volumina Vi der acht Quader.
  • Die acht Volumina Vi , wobei die für die Werte 1 bis 8 steht, sind in 4 abgebildet. Dort sieht man den aktuellen Betriebspunkt WP sowie die acht zu dem aktuellen Betriebspunkt WP benachbarten Stützstellen Pi , wobei die wiederum für die Werte 1 bis 8 steht. Die Nummerierung der acht benachbarten Stützstellen ist hierbei beliebig. Der aktuelle Betriebspunkt WP liegt hierbei irgendwo im Inneren, nicht unbedingt in der Mitte der acht Stützstellen. Das zu einer bestimmten Stützstelle Pi gehörende Volumen Vi liegt hierbei von der bestimmten Stützstelle Pi gesehen auf der anderen Seite des aktuellen Betriebspunkts WP. Dies bedeutet, dass falls der aktuelle Betriebspunkt WP in nächster Nähe der Stützstelle P1 liegt, dass dann das Volumen V1 , welches an die Stützstelle P8 grenzt, das größte Volumen unter den acht Volumina ist. Dies bedeutet ebenfalls, dass das Volumen Vs, welches an die Stützstelle P1 grenzt, das kleinste Volumen ist.
  • Im nächsten Schritt 127 wird der Referenzwert nPmpRef(WP) des Pumpenmerkmals nPmp am aktuellen Betriebspunkt WP durch trilineare Interpolation berechnet. Dieses an sich bekannte Interpolationsverfahren ist in 5 verdeutlicht. Hierzu wird zunächst aus den Referenzwerten nPmpRef(P1) und nPmpRef(P2) an den Stützstellen P1 und P2 durch Interpolation entlang der x-Richtung, welche der Temperatur entspricht, ein interpolierter Referenzwert nPmpRef(P12) berechnet. Für die Punkte P34, P56 und P78 wird das dementsprechend genauso durchgeführt. Mit dem so ermittelten interpolierten Referenzwerten Für die Punkte P12, P34, P56 und P78 wird eine weitere Interpolation entlang der z-Richtung, welche der Dosiermenge entspricht, durchgeführt. Hierdurch gelangt man zu den interpolierten Referenzwerten nPmpRef für die Punkte WP1256 und WP3478. Wenn man von diesen Punkten ausgehend eine weitere Interpolation entlang der y-Richtung, welche dem Druck entspricht, durchführt, so gelangt man zu dem in der polierten Referenzwert nPmpRef(WP) für den aktuellen Betriebspunkt WP.
  • Im darauf folgenden Schritt 128 wird der ungefilterte Abweichungswert am aktuellen Betriebspunkt WP berechnet. Dies erfolgt gemäß der Formel 3: Δ nPmp ( WP ) = ( nPmpRef ( WP ) + Δ nPmpInitPT1 ( WP ) ) nPmpCurr ( WP )
    Figure DE102018200467A1_0006
  • Im Schritt 129 wird der ungefilterte Abweichungswert am aktuellen Betriebspunkt WP mit dem PT1 -Filter gefiltert, so dass man den gefilterten Abweichungswert ΔnPmpPT1(WP) am aktuellen Betriebspunkt WP erhält.
  • Im nächsten Schritt 130 wird der Gewichtungsfaktor factori berechnet, welchen man im nachfolgenden Schritt 131 benötigt. Dies geschieht gemäß Formel 2. Im nächsten Schritt 131 werden iterierte Abweichungswerte ΔnPmp_neu(Pi ) an den acht zum aktuellen Betriebspunkt WP benachbarten Stützstellen Pi ermittelt.
  • Dies geschieht gemäß der nachfolgenden Formel 4: Δ nPmp_neu ( P i ) = Δ nPmp_alt ( P i ) + Δ nPmpPT1 ( WP ) * factor i
    Figure DE102018200467A1_0007
  • Hierbei ist ΔnPmp_alt(Pi) der bisherige Abweichungswert für das Pumpenmerkmal an der Stützstelle Pi . Der Wert ΔnPmp_alt(Pi ) entspricht der bereits oben genannten Notation ΔnPmp(Pi ). Es wurde lediglich zur Verdeutlichung der Index „alt“ hinzugefügt.
  • Im nächsten Schritt 132 werden die im vorherigen Schritt 131 ermittelten, acht iterierten Abweichungswerte ΔnPmp_neu(Pi ) in die Abweichungsmatrix an den entsprechenden Stützstellen Pi geschrieben oder gespeichert. Hierbei ersetzen die neu berechneten Werte jeweils die alten Werte an den Stützstellen Pi in der Abweichungsmatrix.
  • Im nächsten Schritt 133 wird ermittelt, ob für einen der acht im Schritt 131 ermittelten iterierten Abweichungswerte eine maximal zulässige Grenze für die Abweichung erreicht worden ist. Die maximal zulässige Abweichung kann berechnet werden als die Summe einer Toleranz einer neuen Pumpe, einer Toleranz für eine zulässige Alterung über Lebenszeit und einem zusätzlichen Toleranzwert. Falls die maximal zulässige Grenze für die Abweichung erreicht worden ist, werden im Schritt 134 für die entsprechenden Stützstellen Pi die Lernwerte der Pumpenmerkmale über Lebenszeit nach unten bzw. nach oben limitiert. Danach fährt das Verfahren 100 mit Schritt 135 fort, zu dem das Verfahren auch von Schritt 133 gelangen kann, falls ermittelt wurde, dass noch keine maximal zulässige Grenze für die Abweichungswerte erreicht wurde.
  • In Schritt 135 wird ermittelt, ob für eine Stützstelle Pi die maximal zulässige Grenze für die Abweichung der Pumpenmerkmale überschritten wurde. Falls dies für eine Stützstelle der Fall ist, so gibt das System im Schritt 136 eine Meldung an den Nutzer, dass das System die maximal zulässige Alterung erreicht hat. In diesem Fall soll ein Austausch der Komponente erfolgen, so dass ein Werkstattbesuch empfohlen wird. Falls in Schritt 135 nicht festgestellt wurde, dass die maximal zulässige Grenze für die Abweichung der Pumpenmerkmale überschritten wurde, so fährt das Verfahren mit Schritt 123 fort. Nach Schritt 136 wird das Verfahren ebenfalls mit Schritt 123 fort.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10346220 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Verfahren (100) zum Einlernen von mindestens einem Pumpenmerkmal (n) einer Pumpe (32) eines Fördermoduls (30) eines SCR-Katalysatorsystems (10) mit folgenden Schritten: Ermitteln (110) von einzulernenden Referenzwerten (nPmpRef) des mindestens einen Pumpenmerkmals, wobei die Referenzwerte (nPmpRef) in einer Referenzmatrix gespeichert werden; und Ermitteln (120) von einzulernenden Abweichungswerten (ΔnPmp), welche Abweichungen des mindestens einen Pumpenmerkmals von den Referenzwerten (nPmpRef) sind, und welche in einer Abweichungsmatrix gespeichert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwerte (nPmpRef) und die Abweichungswerte (ΔnPmp) für vorgegebene Betriebspunkte (Pi) der Pumpe (32) als Stützstellen (Pi) ermittelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Pumpenmerkmal mindestens eine der folgenden Messgrößen ist: Pumpendrehzahl und Ansteuersignal der Pumpe.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einlernen der Referenzwerte (nPmpRef) ein an einem aktuellen Betriebspunkt (WP) gemessenes Pumpenmerkmal an einer Stützstelle (Pi) gespeichert wird, welche den kleinsten Abstand zum aktuellen Betriebspunkt aufweist, wenn der kleinste Abstand im Verhältnis zu den Abständen des aktuellen Betriebspunkt (Pi) zu den anderen benachbarten Stützstellen (Pi) die dominierende Größe ist.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln (120) der Abweichungswerte (ΔnPmp) folgende Schritte aufweist: Berechnen (128) eines Abweichungswertes (ΔnPmp) am aktuellen Betriebspunkt (WP); und Ermitteln (131) von iterierten Abweichungswerten (ΔnPmp_neu(Pi)) an den acht zum aktuellen Betriebspunkt (WP) benachbarten Stützstellen (Pi), wobei sich der iterierte Abweichungswert (ΔnPmp_neu(Pi)) an einer benachbarten Stützstelle (Pi) durch Addieren eines Produktes eines gefilterten Abweichungswertes (ΔnPmpPT1) am aktuellen Betriebspunkt (WP) und eines vom aktuellen Betriebspunkt (WP) und von der benachbarten Stützstelle (Pi) abhängenden Gewichtungsfaktor (factori) zu dem Abweichungswert (ΔPmp) an der benachbarten Stützstellen (Pi) ergibt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungswert (ΔnPmp(WP)) am aktuellen Betriebspunkt (WP) als Summe aus dem Referenzwert (nPmpRef(WP)) des mindestens einen Pumpenmerkmals (p, T, q) am aktuellen Betriebspunkt (WP), einem aktuell gemessenen Wert (nPmpCurr(WP)) für das mindestens eine Pumpenmerkmal am aktuellen Betriebspunkt (WP), und einem Initialisierungswert (ΔnPmpInitPT1) für den gefilterten Abweichungswert (ΔnPmpPT1) des mindestens einen Pumpenmerkmals oder einem in der vorherigen Iteration berechneten Wert (ΔnPmpPT1) für den gefilterten Abweichungswert des mindestens einen Pumpenmerkmals berechnet wird (131).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert (nPmpRef(WP)) des mindestens einen Pumpenmerkmals am aktuellen Betriebspunkt (WP) durch trilineare Interpolation berechnet wird (127).
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Initialisierungswert (ΔnPmpInitPT1(WP)) für den gefilterten Abweichungswert (ΔnPmpPT1) des mindestens einen Pumpenmerkmals das über alle acht zum aktuellen Betriebspunkt (WP) benachbarten Stützstellen (Pi) summierte Produkt aus dem Quotient eines Volumens (Vi) eines Quaders, welcher den aktuellen Betriebspunkt (WP) als einen Eckpunkt und die benachbarte Stützstelle (Pi) als anderen Eckpunkt aufweist, und dem Gesamtvolumen (V), welches von den acht zum aktuellen Betriebspunkt (WP) benachbarten Stützstellen (Pi) begrenzt wird, und des jeweiligen Abweichungswertes (ΔnPmp(Pi)) an der jeweiligen benachbarten Stützstelle (Pi) ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor (factori), welcher von einer bestimmten benachbarten Stützstelle (Pi) abhängt, ein Quotient aus einem Produkt aus dem Gesamtvolumen (V), welches von den acht zum aktuellen Betriebspunkt (WP) benachbarten Stützstellen (Pi) begrenzt wird, und einem Volumen (Vi) eines Quaders, welcher den aktuellen Betriebspunkt (WP) als einen Eckpunkt und diejenige benachbarte Stützstelle (Pi), welche von dem aktuellen Betriebspunkt (WP) aus gesehen auf der gegenüberliegenden Seite der bestimmten benachbarten Stützstelle (Pi) liegt, als einen anderen, gegenüberliegenden Eckpunkt aufweist, und einer Summe der Quadrate der Volumina (Vi) der acht zum aktuellen Betriebspunkt (WP) benachbarten Stützstellen (Pi) ist (126).
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln (120) der Abweichungswerte (ΔnPmp) einen schnelleren Lernmodus (122) und einen langsameren Lernmodus (124) aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Filterungen (129) für den schnelleren Lernmodus (122) und den langsameren Lernmodus (124) unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen.
  12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner aufweisend: Initialisieren der Abweichungswerte (ΔnPmp) an den Stützstellen (Pi) der Abweichungsmatrix (121) und eines gefilterten Abweichungswertes (ΔnPmpPT1) am aktuellen Betriebspunkt (WP) (126).
  13. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
  14. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorangegangenen Anspruch gespeichert ist.
  15. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
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