-
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 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
-
Das Verfahren dient zum Steuern eines Dosiersystems mit mehreren, insbesondere mit zwei Dosierventilen für ein SCR-Katalysatorsystem mit mehreren, insbesondere mit zwei SCR-Katalysatoren. Dabei werden Dosiermassenstromanforderungen an die Dosierventile in Abhängigkeit von einem Verhältnis der Stickoxidkonvertierungsraten der SCR-Katalysatoren limitiert. Die Stickoxidkonvertierungsraten können beispielsweise aus der jeweiligen Katalysatortemperatur, einer aktuellen Konvertierungseffizienz oder einer maximal möglichen Konvertierungseffizienz bei der aktuellen Katalysatortemperatur ermittelt werden. Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die verschiedenen Einbaupositionen der SCR-Katalysatoren und die daraus folgenden unterschiedlichen Katalysatortemperaturen im Betrieb dazu führen, dass jeder SCR-Katalysator an einem verschiedenen Motorbetriebspunkt des Verbrennungsmotors, dessen Abgase mittels des SCR-Katalysatorsystems nachbehandelt werden sollen, am effizientesten ist. So ergeben sich Betriebspunkte, bei denen der stromaufwärtige SCR-Katalysator effizienter als der stromabwärtige SCR-Katalysator ist und auch solche, bei denen der stromabwärtige SCR-Katalysator effizienter ist. Beispielsweise führt ein Schubabschalten des Verbrennungsmotors bei einer hangabwärtigen Fahrt eines Kraftfahrzeugs dazu, dass der stromaufwärtige SCR-Katalysator schneller abgekühlt wird als der stromabwärtige und somit der stromabwärtige SCR-Katalysator in einem besseren Betriebspunkt gefahren werden kann.
-
In dem Verfahren ist es nun bevorzugt, dass eine Dosiermassenstromanforderung an ein erstes Dosierventil eines ersten SCR-Katalysator weniger stark limitiert wird, als eine Dosiermassenstromanforderung an ein zweites Dosierventil eines zweiten SCR-Katalysators, dessen Stickoxidkonvertierungsrate geringer ist, als jene des ersten SCR-Katalysators. Dabei bezieht sich die Bezeichnung „erster SCR-Katalysator“ und „zweiter SCR-Katalysator“ nicht auf die baulichen Positionen der SCR-Katalysatoren. Vielmehr wird stets der SCR-Katalysator mit der höchsten Stickoxidkonvertierungsrate als erster SCR-Katalysator bezeichnet. Das erste Dosierventil ist das Dosierventil, das stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators im Abgasstrang angeordnet und das zweite Dosierventil ist das Dosierventil, das stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators im Abgasstrang angeordnet ist. In einem SCR-Katalysatorsystem mit zwei Dosierventilen und zwei SCR-Katalysatoren kann je nach Motorbetriebspunkt jedes Dosierventil mal das erste und mal das zweite Dosierventil sein und jeder SCR-Katalysator kann mal der erste und mal der zweite SCR-Katalysator sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dem SCR-Katalysator, der gerade für den größten Teil der Konvertierung verantwortlich ist, der maximal mögliche Dosiermassenstrom zugeschrieben. Dies geschieht, indem eine erste Minimalauswahl zwischen einem maximalen Gesamtdosiermassenstrom und einem Dosiermassenstrom, welchen das erste Dosierventil maximal absetzen kann, erfolgt. Zwischen dem Ergebnis der ersten Minimalauswal und einer Dosiermassenstromanforderung an das erste Dosierventil erfolgt eine zweite Minimalauswahl. Das Ergebnis der zweiten Minimalauswahl stellt den limitierten Dosiermassenstrom des ersten Dosierventils dar. Zwischen dem maximalen Gesamtdosiermassenstrom und dem limitierte Dosiermassenstrom des ersten Dosierventils wird eine Differenz gebildet. Dann erfolgt eine dritte Minimalauswahl zwischen dieser Differenz und einem Dosiermassenstrom, welchen das zweite Dosierventil maximal absetzen kann. Zwischen dem Ergebnis der dritten Minimalauswahl und einer Dosiermassenstromanforderung an das zweite Dosierventil erfolgt eine vierte Minimalauswahl. Das Ergebnis der vierten Minimalauswahl entspricht dem limitierten Dosiermassenstrom des zweiten Dosierventils.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Limitierung unter Verwendung von Limitierungsfaktoren. Dabei wird ein limitierter Dosiermassenstrom des ersten Dosierventils dadurch erhalten, dass eine Dosiermassenstromanforderung an das erste Dosierventil mit einem ersten Limitierungsfaktor limitiert wird. Ein limitierter Dosiermassenstrom des zweiten Dosierventils wird dadurch erhalten, dass eine Dosiermassenstromanforderung an das zweite Dosierventil mit einem zweiten Limitierungsfaktor limitiert wird. Der erste Limitierungsfaktor ist dabei kleiner als der zweite Limitierungsfaktor. Dies hat den Vorteil, dass auch in dieser Ausführungsform des Verfahrens vorrangig die Dosiermassenstromanforderung des SCR-Katalysators erfüllt wird, welcher im aktuellen Betriebspunkt die höchste Stickoxidkonvertierungsrate aufweist.
-
Die Limitierung zwischen dem Dosiermassenstrom des ersten Dosierventils und dem Dosiermassenstrom des zweiten Dosierventils kann insbesondere in einem vorgebbaren Verhältnis 1:X erfolgen, wobei X größer als 1 ist. Der erste Limitierungsfaktor kann dann berechnet werden, indem der Quotient aus 1 und aus 1+X gebildet wird. Der zweite Limitierungsfaktor kann berechnet werden, indem der Quotient aus X und 1+X gebildet wird.
-
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der erste Limitierungsfaktor als Funktion einer Temperatur des ersten SCR-Katalysators berechnet wird. Der zweite Limitierungsfaktor wird dann als Funktion einer Temperatur des zweiten SCR-Katalysators berechnet. Da die Stickoxidkonvertierungsraten der SCR-Katalysatoren temperaturabhängig sind, hat dieses Vorgehen den Vorteil, dass die Limitierungsfaktoren an die jeweils aktuellen Stickoxidkonvertierungsraten angepasst werden können.
-
Nachdem in dieser Ausführungsform des Verfahrens die Limitierungsfaktoren berechnet wurden, werden die limitierten Dosiermassenströme der Dosierventile vorzugsweise erhalten, indem zunächst durch Addition aller Dosiermassenstromanforderungen an die Dosierventile und Subtraktion des maximal möglichen Gesamtdosiermassenstroms von diesem Ergebnis ein Fehlmassenstrom erhalten wird. Unter Fehlmassenstrom wird dabei also der Wert verstanden, der zwischen dem insgesamt gewünschten Dosiermassenstrom und dem tatsächlichen maximal dosierbaren Gesamtmassenstrom fehlt. Zwischen einem Dosiermassenstrom, welchen das erste Dosierventil maximal absetzen kann und einer Dosiermassenstromanforderung an das erste Dosierventil, erfolgt eine erste Minimalauswahl. Vom Ergebnis der ersten Minimalauswahl wird das Produkt des ersten Limitierungsfaktors mit dem Fehlmassenstrom abgezogen. Bei dem Ergebnis handelt es sich um den limitierten Dosiermassenstrom des ersten Dosierventils. Zwischen einem Dosiermassenstrom, welchen das zweite Dosierventil maximal absetzen kann und einer Dosiermassenstromanforderung an das zweite Dosierventil, erfolgt eine zweite Minimalauswahl. Vom Ergebnis der zweiten Minimalauswahl wird das Produkt des zweiten Limitierungsfaktors mit dem Fehlmassenstrom abgezogen. Auf diese Weise wird der limitierte Dosiermassenstrom des zweiten Dosierventils erhalten.
-
Im Dosiersystem eines SCR-Katalysatorsystems ist eine Förderpumpe, welche eine Harnstoffwasserlösung aus einem Tank fördert und zu den Dosierventilen transportiert. Der maximal mögliche Gesamtdosiermassenstrom wird in beiden bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens vorzugsweise aus mindestens einem Parameter einer Förderpumpe ermittelt. Dieser Parameter ist insbesondere ein maximal von der Förderpumpe nachförderbarer Massenstrom.
-
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen zu müssen. 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 mittels des Verfahrens ein Dosiersystem 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 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels 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 einen baulich bedingten ersten maximalen Dosiermassenstrom mmax,31 von 150 mg/s auf und das zweite Dosierventil 32 weist einen baulich bedingten zweiten maximalen Dosiermassenstrom mmax,32 von 150 mg/s auf. Der maximal mögliche Gesamtdosiermassenstrom mmax,ges der beiden Dosierventile 31, 32 entspricht allerdings nicht der Summe ihrer individuellen maximalen Dosiermassenströme mmax,31, mmax,32. Vielmehr ist er geringer, da er 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.
-
Der Ablauf eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in 2 dargestellt. Nach dem Start 50 des Verfahrens erfolgt eine Ermittlung 51 der aktuellen Stickoxidkonvertierungsraten der beiden SCR-Katalysatoren 21, 22. Dies kann unter Verwendung der jeweiligen Katalysatortemperatur erfolgen, die mittels nicht dargestellter Temperatursensoren gemessen wird. Aus einem aktuell maximal mittels der Förderpumpe 33 nachförderbaren Massenstrom erfolgt eine Ermittlung 52 des maximal möglichen Gesamtdosiermassenstroms mmax,ges der beiden Dosierventile 31, 32. Dieser beträgt vorliegend 180 mg/s. Bei der Beschreibung der folgenden Verfahrensschritte wird davon ausgegangen, dass im aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 der erste SCR-Katalysator 21 eine höhere Temperatur und damit auch eine höhere Stickoxidkonvertierungsrate aufweist als der zweite SCR-Katalysator 22.
-
In allen vorliegenden Ausführungsbeispielen beträgt eine Dosiermassenstromanforderung m
wunsch,31 an das erste Dosierventil
31 200 mg/s und eine Dosiermassenstromanforderung m
wunsch,32 an das zweite Dosierventil
32 beträgt 100 mg/s. Gemäß Formel 1 erfolgt im ersten Ausführungsbeispiel eine Minimalauswahl
61 zwischen dem maximalen Gesamtdosiermassenstrom m
max,ges und dem ersten maximalen Dosiermassenstrom m
max,31. Dann erfolgt eine weitere Minimalauswahl zwischen dem Ergebnis dieser Minimalauswahl und der Dosiermassenstromanforderung m
wunsch,31 an das erste Dosierventil
31 in einem Schritt
62. Als Ergebnis wird für den limitierten Dosiermassenstrom m
lim,31 des ersten Dosierventils
31 ein Wert von 150 mg/s erhalten:
-
Es erfolgt eine Differenzbildung 63 zwischen dem maximalen Gesamtdosiermassenstrom mmax,ges und dem limitierten Dosiermassenstrom mlim,31 des ersten Dosierventils 31. Zwischen der erhaltenen Differenz und dem zweiten maximalen Massenstrom mmax,32 erfolgt gemäß Formel 2 eine Minimalauswahl 64.
-
Zwischen dem Ergebnis dieser Minimalauswahl und einer Dosiermassenstromanforderung m
wunsch,32 an das zweite Dosierventil
32 erfolgt eine weitere Minimalauswahl
65. Als Ergebnis wird für den limitierten Dosiermassenstrom m
lim,32 des zweiten Dosierventils
32 ein Wert von 30 mg/s erhalten:
-
Das Verfahren wird damit beendet 53, dass Dosierungen mittels der beiden Dosierventile 31, 32 gemäß den limitierten Dosiermassenströmen mlim,31, mlim,32 in den Abgasstrang 11 abgesetzt werden.
-
Der Verlauf eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens ist in
3 dargestellt. Die Schritte
50 bis
53 entsprechen dabei jenen der ersten Ausführungsform des Verfahrens. Die Verfahrensschritte
61 bis
65 sind hingegen durch alternative Verfahrensschritte
71 bis
77 ersetzt. Es wird vorgegeben, dass eine Dosiermassenstromlimitierung zwischen dem ersten Dosierventil
31 und dem zweiten Dosierventil
32 im Verhältnis 1:X mit X = 3 vorgenommen werden soll. Dabei wird gemäß Formel 3 ein erster Limitierungsfaktor f
31 berechnet 71:
-
Dann wird gemäß Formel 4 ein zweiter Limitierungsfaktor f
32 berechnet
72:
-
Es erfolgt gemäß Formel 5 die Berechnung
73 eines Fehlmassenstroms m
fehl aus den beiden angeforderten Dosiermassenströmen m
wunsch,31, m
wunsch32 und dem maximal möglichen Gesamtdosiermassenstrom m
max,ges:
-
Zwischen dem ersten maximalen Dosiermassenstrom m
max,31 und der Dosiermassenstromanforderung m
wunsch,31 an das erste Dosierventil
31 erfolgt gemäß Formel 6 eine Minimalauswahl
74. Vom Ergebnis dieser Minimalauswahl wird das Produkt des ersten Limitierungsfaktors f
31 mit dem Fehlmassenstrom m
fehl abgezogen
75. Als Ergebnis wird der limitierte Dosiermassenstrom m
lim,31 des ersten Dosierventils
31 von 120 mg/s erhalten:
-
Weiterhin erfolgt gemäß Formel 7 eine Minimalauswahl
76 zwischen dem zweiten maximalen Dosiermassenstrom m
max,32 und der Dosiermassenstromanforderung m
wunsch,32 an das zweite Dosierventil
32. Vom Ergebnis dieser Minimalauswahl wird das Produkt des zweiten Limitierungsfaktors f
32 mit dem Fehlmassenstrom m
fehl abgezogen
77 und so der limitierte Dosiermassenstrom m
lim,32 des zweiten Dosierventils
32 von 10 mg/s erhalten:
-
In einem dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens entspricht der Verfahrensablauf im Wesentlichen jenem des zweiten Ausführungsbeispiels. In den Verfahrensschritten 71 und 72 werden die Limitierungsfaktoren f31, f32 jedoch nicht gemäß den Formeln 3 und 4 berechnet. Stattdessen wird der erste Limitierungsfaktor f31 als Funktion der Temperatur des ersten SCR-Katalysators 21 berechnet. Der zweite Limitierungsfaktor f32 wird als Funktion der Temperatur des zweiten SCR-Katalysators 22 berechnet.