DE102020202511A1 - Verfahren zur Realisierung erhöhter Dosiermassengenauigkeit in druckgeregelten Dosiersystemen mit zumindest zwei Drosselventilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines druckbehafteten Dosiersystems, welches ein Fördermodul, zumindest zwei toleranzbehaftete Dosierventile und einen Drucksensor umfasst. Während eine Druckregelung vorgenommen wird, wird in zwei Adaptionszyklen mit unterschiedlichen Ansteuerungsverhältnissen der Dosierventile, für jedes Dosierventil ein Adaptionsfaktor aus der Systemmassenbilanz des Dosiersystems ermittelt. Eine Adaption der Ansteuerung der zumindest zwei Dosierventile erfolgt dann mittels der Adaptionsfaktoren.

Description

• Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems, bei dem eine Druckregelung mit einer Adaption der Ansteuerung von zumindest zwei Dosierventilen kombiniert wird mit dem Ziel einer verbesserten Dosiermassengengenauigkeit des Gesamtsystems. 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
• Druckgeregelte Dosiersysteme basieren in der Regel auf dem Prinzip, dass eine Pumpe einen gewünschten Systemdruck bereitstellt und auf einen möglichst engen Bereich um einen definierten Sollwert einregelt, und dass eine Dosiereinrichtung, typischerweise ein Dosierventil, ausgehend von diesem Druck durch Einstellung einer dazu passenden Ventilöffnungszeit die gewünschte Masse dosiert. In derartigen Systemen hängt die Dosiermassengenauigkeit im Wesentlichen von der Toleranz des Dosierventils ab.
• Alternativ macht man sich in sogenannten „volumetrischen Systemen“ ohne Rücklauf die im Allgemeinen hohe Genauigkeit der (Hubkolben-)Pumpe sowie die Eigenschaft, dass im stationären Zustand die sehr genau bekannte, durch die Pumpe geförderte Masse das System als dosierte Masse auch wieder verlässt, zu Nutze. Dabei stellt sich dank des Prinzips der Volumetrie in Kombination mit den vergleichsweise kleinen Massentoleranzen der Hubkolbenpumpe im Mittel eine hohe Massengenauigkeit ein. Bezüglich des Druckes existiert hierbei jedoch im Allgemeinen kein geschlossener Regelkreis, vielmehr stellt sich der Systemdruck in Abhängigkeit von der Vorsteuerung sowie den Toleranzen der Pumpe und des Dosierventils ein und wird nicht nachgeregelt, was in der Regel zu vergleichsweise großen Toleranzen im sich einstellenden Systemdruck führt. Damit ist Stand der Technik eine hohe Druckstabilität bei vergleichsweise hoher Dosiermassentoleranz in druckgeregelten Systemen oder verbesserte Dosiermassentoleranz auf Kosten höherer Druckschwankungen in rein vorgesteuerten „volumetrischen Systemen“.
• Es sind auch 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 NH₃abspaltende Reagenzien eingesetzt, die dem Abgas zugemischt werden. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang eingedüst wird.
• Zur Förderung und Dosierung der Reduktionsmittellösung aus einem Reduktionsmitteltank ist im Allgemeinen ein hydraulisches Dosiersystem vorgesehen, das eine Förderpumpe, eine Druckleitung, zumindest ein Dosiermodul, mit zumindest einem Dosierventil, sowie die erforderliche Sensorik und eine elektronische Steuereinrichtung umfasst. Es sind auch Dosiersysteme mit zwei oder mehr Dosiermodulen und Dosierventilen bekannt. Die Förderpumpe fördert die Reduktionsmittellösung aus dem Reduktionsmitteltank über die Druckleitung in die Dosiermodule. Zur bedarfsgerechten Dosierung wird die erforderliche bzw. gewünschte Dosiermasse der Reduktionsmittellösung über die Dosierventile in den Abgasstrang eindosiert.
• Das Dosierventil wird geöffnet, wenn es angesteuert wird, d.h. wenn ein elektrischer Strom zur Ansteuerung anliegt. Es wird über eine festgelegte Ansteuerdauer offen gehalten, sodass Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingedüst wird. Wenn das Dosierventil nicht mehr angesteuert wird, d.h. kein Strom anliegt, schließt das Dosierventil wieder. Die Ansteuerdauer und der in der Druckleitung und somit auch im Dosierventil herrschende Druck sind neben der Geometrie der Spritzlochscheibe die wesentlichen Faktoren, die die eindosierte Dosiermasse festlegen. Hierbei führen insbesondere Toleranzen bei der Fertigung der Spritzlochscheibe oder Änderungen deren Geometrie aufgrund von Ablagerungen im Betrieb dazu, dass der stationäre Durchfluss des Dosierventils stark toleranzbehaftet sein kann.
• Die DE 10 2016 220 795 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines druckbehafteten Dosiersystems mit einem Dosierventil. Während eine Druckregelung vorgenommen wird, erfolgt eine Adaption der Ansteuerung des toleranzbehafteten Dosierventils. Die Adaption erfolgt vorzugsweise mittels eines Adaptionsfaktors. Durch die kombinierte Wirkung der Druckregelung und der Adaption der Ansteuerung wird eine höhere Mengengenauigkeit beim Eindosieren erreicht.
• In der DE 10 2010 031 655 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines druckgeregelten Dosiersystems für einen SCR-Katalysator beschrieben. Ein Druckregler regelt den Druck im SCR-System, indem er die Ansteuerung der Förderpumpe entsprechend den aktuellen Anforderungen an die Öffnungsdauer des Dosierventils einstellt. Ziel dieser Regelung ist es, den vorherrschenden, tatsächlichen Druck an einen gewünschten Druck anzupassen. Das hierin beschriebene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine adaptive Vorsteuerung für die Regelung eingesetzt wird. Bei der adaptiven Vorsteuerung wird das Stellsignal des Förderpumpenmotors bei unterschiedlichen Ansteuerungen des Dosierventils eingelernt. Sobald die adaptive Vorsteuerung zwei oder mehr Punkte eingelernt hat, wird sie verwendet, um das notwendige nächste Stellsignal des Förderpumpenmotors zu ermitteln. Neben dem Förderpumpenmotor können auch andere Aktoren des Dosiersystems als Stellsignal eingesetzt werden, jedoch bietet der Förderpumpenmotor ein sehr genaues Signal. Als Resultat werden bei großen Dosiermengenänderungen auftretende hohe Drucküber- und -unterschwinger sowie damit verbundene lange Einregelungszeiten vermieden und somit die Regelgüte optimiert.
• Offenbarung der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines druckbehafteten Dosiersystems, welches ein Fördermodul, mit einer in der Regel geringen Fördermengentoleranz, zumindest zwei typischerweise stärker toleranzbehaftete Dosierventile, eine das Fördermodul mit den Dosierventilen verbindende Druckleitung und einen zwischen dem Fördermodul und den Dosierventilen angeordneten Drucksensor umfasst. Es gilt hierbei zu beachten, dass in einem solchen Dosiersystem kein Rücklauf vorgesehen ist und demzufolge das Dosiersystem, wenn nicht eindosiert wird, ein geschlossenes System darstellt und keine Dosiermasse entweichen kann. Als Beispiel ist das Dosiersystem ein Dosiersystem für einen SCR-Katalysator, mit dem eine Reduktionsmittellösung in den SCR-Katalysator eingedüst wird.
• Es ist eine Anzahl von Adaptionszyklen vorgesehen, die der Zahl der Dosierventile entspricht. Als konkretes Beispiel sind bei zwei Dosierventilen zwei Adaptionszyklen vorgesehen. In den Adaptionszyklen werden die Dosierventile mit unterschiedlichen Ansteuerungsverhältnissen angesteuert, sodass das Verhältnis der eindosierten Massen durch die verschiedenen Dosierventile für jeden Adaptionszyklus unterschiedlich ist. Die unterschiedlichen Ansteuerungsverhältnisse werden typischerweise bei einer herkömmlichen Dosierstrategie erreicht. Es ist im Allgemeinen nicht nötig, spezielle Testdosierungen durchzuführen. Der jeweilige Adaptionszyklus wird abhängig von der Dosiermassenanforderung gewählt, sodass für jeden Adaptionszyklus nominal dieselbe Dosiermasse eindosiert wird. Demnach ist die Dauer eines Adaptionszyklus bei einer kleinen Dosiermassenanforderung entsprechend länger als bei einer großen Dosiermassenanforderung.
• Während bei dem Dosiersystem eine Druckregelung vorgenommen wird, wird aus allen den Adaptionszyklen zugeordneten Systemmassenbilanzen des Dosiersystems für jedes Dosierventil ein Adaptionsfaktor ermittelt. Somit ergibt sich ein Gleichungssystem, bei dem die Anzahl der Gleichungen, die aus der Systemmassenbilanz für die unterschiedlichen Adaptionszyklen erhalten werden, der Anzahl der Unbekannten, also dem Adaptionsfaktor für jedes Dosierventil, entspricht. In Bezug auf den Adaptionsfaktor wird hierfür auch auf die DE 10 2016 220 795 A1 verwiesen, die hier vollumfänglich aufgenommen wird. Dadurch wird ein toleranzbehafteter stationärer Durchfluss durch jedes Ventil ermittelt, der anschließend durch eine Adaption kompensiert werden kann.
• Es erfolgt eine Adaption der Ansteuerung des toleranzbehafteten Dosierventils mittels der Adaptionsfaktoren. Durch die Berechnung des Adaptionsfaktors kann eine Abweichung der tatsächlich vom Dosierventil eindosierten Dosiermasse von einer nominalen Dosiermasse quantisiert werden und diese Abweichung kann durch die Adaption der Ansteuerung des Dosierventils mittels des Adaptionsfaktors korrigiert werden. Bei einem Wert des Adaptionsfaktors von 1 entspricht die tatsächlich vom Dosierventil eindosierte Dosiermasse der nominalen Dosiermasse. Als nominale Dosiermasse wird eine vermeintlich integral eindosierte Reduktionsmittelmasse eines toleranzfreien Dosierventils bezeichnet.
• In volumetrischen Dosiersystemen kann integral eine hohe Genauigkeit der eindosierten Masse erreicht werden, da die komplette geförderte und im Allgemeinen mit geringer Toleranz behaftete Masse aufgrund des nicht vorhandenen Rücklaufs vollständig eindosiert wird. Hierbei nutzt man die hohe Genauigkeit des Fördermoduls, um eine hohe Genauigkeit - und damit eine niedrige Toleranz - der geförderten Masse zu erhalten. Als Beispiel soll eine Hubkolbenpumpe oder eine Membranpumpe im Fördermodul dienen, die bei jedem Hub eine durch das Volumen des Elementraumes der Pumpe, also z. B. des Hubkolbens, vorgegebene Menge fördert.
• Im Ergebnis werden die Vorteile eines druckgeregelten Systems, nämlich vor allem die geringe Toleranz des Drucks beim Eindosieren, und die Vorteile eines volumetrischen Systems, nämlich vor allem die integral geringe Toleranz der geförderten und dann auch eindosierten Dosiermasse, kombiniert, um eine insgesamt höhere Genauigkeit der Dosiermasse während des Eindosiervorgangs über die zumindest zwei Dosierventile zu erhalten.
• Vorzugsweise umfasst die Systemmassenbilanz eine durch das Fördermodul geförderte Masse und die nominal durch die Dosierventile eindosierten Massen.
• Da das Dosiersystem keinen Rücklauf aufweist und somit geschlossen ist, sollte die Systemmassenbilanz mit den genannten Größen in Summe null ergeben. Es wird davon ausgegangen, dass das Dosiersystem keine Leckage aufweist.
• Für eine qualifizierte Auswertung werden die Adaptionsfaktoren nur ermittelt, wenn sich die Ansteuerungsverhältnisse in den unterschiedlichen Adaptionszyklen stark genug voneinander unterscheiden. Dies ist vor allem relevant, wenn das Verfahren während einer herkömmlichen Dosierstrategie ausgeführt wird. Hierfür kann ein Verhältnis-Schwellenwert vorgesehen werden. Das heißt zwei unterschiedliche Adaptionszyklen können dann als geeignet für die Ermittlung zweier Adaptionsfaktoren gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren angesehen werden, wenn sich ein Verhältnis aus einer nominal durch eines der beiden Dosierventile eindosierten Masse zu einer nominal durch alle Dosierventile eindosierten Masse für einen Adaptionszyklus - also dem Anteil der durch ein Dosierventil nominal eindosierten Masse in Bezug auf die insgesamt nominal eindosierte Masse -um mehr als den Verhältnis-Schwellenwert von dem Verhältnis der nominal durch das eine der beiden Dosierventile eindosierten Masse zu der nominal durch alle Dosierventile eindosierten Masse für den anderen Adaptionszyklus unterscheidet. Andernfalls wird die Messung verworfen. Größere Unterschiede zwischen den Verhältnissen in den unterschiedlichen Adaptionszyklen sind für die Auswertung von Vorteil. Im Ergebnis wird eine robuste Anwendung des Verfahrens im Betrieb erreicht.
• Optional kann vorgesehen sein, die Ermittlung der Adaptionsfaktoren für unterschiedliche Adaptionszyklen zu wiederholen. Es werden dann mehrere Adaptionsfaktoren für jedes Dosierventil berechnet. Die mehreren Adaptionsfaktoren durchlaufen dann eine Gewichtung und Mittelung. Schließlich werden die gemittelten Adaptionsfaktoren für die Adaption der Dosierventile verwendet. Dadurch wird die Robustheit des Verfahrens gesteigert.
• Für den speziellen Fall, dass während eines Adaptionszyklus nur durch ein Dosierventil eindosiert wird, wird zuerst bevorzugt nur der Adaptionsfaktor für dieses Dosierventil, durch das eindosiert wird, aus der Systemmassenbilanz während des Adaptionszyklus ermittelt. Dies gilt auch, wenn während eines Adaptionszyklus maßgeblich durch das eine Dosierventil eindosiert wird und gleichzeitig durch das/die andere(n) Dosierventil(e) nur eine sehr geringe, im Wesentlichen zu vernachlässigende Masse eindosiert wird. Als Beispiel wird während eines ersten Adaptionszyklus nur durch ein erstes Dosierventil eindosiert, so wird bevorzugt nur der Adaptionsfaktor für dieses erste Dosierventil während des ersten Adaptionszyklus ermittelt. Der ermittelte Adaptionsfaktor wird dann bei der Ermittlung eines Adaptionsfaktors für ein anderes Dosierventil aus der Systemmassenbilanz berücksichtigt, wenn zumindest auch durch das andere Dosierventil eindosiert wird. In vorstehendem Beispiel wird also der erste Adaptionsfaktor bei der Ermittlung des zweiten Adaptionsfaktors für das zweite Dosierventil aus der Systemmassenbilanz berücksichtigt, wenn im zweiten Adaptionszyklus nur durch das zweite Dosierventil oder durch beide Dosierventile eindosiert wird. Dadurch wird die Berechnung der Adaptionsfaktoren vereinfacht.
• Typischerweise liegen die Toleranzen der Dosierventile am Anfang, wenn diese noch wenig betrieben wurden, im Bereich der Toleranz der Förderpumpe. In diesem Fall sind die Abweichungen der tatsächlich vom Dosierventil eindosierten Dosiermasse von einer nominal eindosierten Dosiermasse normalerweise gering und es würden oftmals unnötige Adaptionen vorgenommen. Während der Betriebszeit kann sich das Dosierventil verstopfen, wodurch auch die Abweichung vom Nominalzustand zunimmt. Um unnötige Adaptionen zu reduzieren und Adaptionen nur bei Dosierventilen durchzuführen, bei denen eine hohe Wahrscheinlichkeit einer großen Abweichung gegeben ist, kann vorgesehen sein, dass die Adaption der Ansteuerung der zumindest zwei Dosierventile mittels den Adaptionsfaktoren nur erfolgt, wenn sich die Adaptionsfaktoren um einen Adaptionsfaktor-Schwellenwert von 1 (tatsächlich eindosierte Dosiermasse entspricht der nominalen Dosiermasse) unterscheidet.
• Für den Fall, dass keine Adaption der Dosierventile vorgesehen ist, werden dennoch Daten über den stationären Durchfluss durch die Dosierventile erhalten. Diese Daten können zur Überwachung der Dosierventile verwendet werden, wodurch die Dosierventile gezielt getauscht werden können („Pinpointing“).
• 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, die Öffnungsdauer zu adaptieren.
• Figurenliste
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• 1 zeigt ein Dosiersystem, das mittels eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben werden kann.
• 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• 3 zeigt in einem Diagramm, wie ein ermittelter Adaptionsfaktor bei der Adaption sukzessive angewendet wird.
• Ausführungsbeispiel der Erfindung
• Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines Dosiersystems in Form eines SCR-Systems (Selective Catalytic Reduction) beschrieben.
• 1 zeigt ein SCR-System als Dosiersystem 10 zur Förderung von Reduktionsmittel durch eine Druckleitung 11 in einen nicht dargestellten SCR-Katalysator. Es umfasst ein Fördermodul 12, welches eine Förderpumpe 13 umfasst, die eingerichtet ist Reduktionsmittel aus einem Reduktionsmitteltank 14 zu fördern. In dieser Ausführungsform ist die Förderpumpe 13 als Hubkolben- oder Membranpumpe ausgebildet. Das Fördermodul 12 ist über die Druckleitung 11 mit zwei Dosiermodulen 15 und 16 verbunden. Jedes Dosiermodul 15, 16 weist jeweils ein Dosierventil DV1 und DV2 auf und ist an unterschiedlichen Punkten in einem nicht dargestellten Abgasstrang positioniert. Das Reduktionsmittel wird vom Fördermodul 12 durch die Druckleitung 11 in der jeweils gewünschten Dosiermasse zu den Dosiermodulen 15, 16 gefördert, wo es anschließend durch die Dosierventile DV1, DV2 in den Abgasstrang eindosiert wird. Des Weiteren weist die Druckleitung 11 in einem gemeinsamen Abschnitt einen Drucksensor 17 auf, der einen tatsächlichen Druck in der Druckleitung 11 misst. Der Drucksensor 17 und das Fördermodul 12 sind mit einem elektronischen Steuergerät 18 verbunden und bilden einen gemeinsamen Regelkreis. Auf Grundlage eines vom Drucksensor 17 gemessenen tatsächlichen Drucks und eines gewünschten Drucks steuert das elektronische Steuergerät 18 mittels einer Druckregelung die Förderpumpe 13. Das elektronische Steuergerät 18 ist außerdem mit den Dosierventilen DV1, DV2 verbunden und kann diese steuern. Die Adaption der Ansteuerung der Dosierventile DV1, DV2 erfolgt innerhalb des elektronischen Steuergeräts 18. Es ist hierbei anzumerken, dass in diesem Dosiersystem 10 kein Rücklauf in den Reduktionsmitteltank 14 vorgesehen ist, sodass das Fördermodul 12, die Druckleitung 11 und die Dosiermodule 15, 16 ein geschlossenes System bilden. Ein durch die Förderpumpe 13 aufgebauter Druck p bleibt bis zur Eindosierung konstant. Ebenso kann die geförderte Reduktionsmittelmenge nicht anderweitig zurückfließen und wird beim Eindosieren vollständig über die Dosierventile DV1 und DV2 in den Abgasstrang eindosiert.
• 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu Beginn wird der tatsächliche Druck durch den Drucksensor 17 gemessen 20 und es erfolgt eine Druckregelung 21 des Dosiersystems 10. Die Druckregelung 21 erfolgt kontinuierlich in einem geschlossenen Druckregelkreis während der Umsetzung der Dosiermengenanforderungen 30, 40 (siehe unten) durch die Dosierventile DV1, DV2.
• In dieser Anmeldung wird bei Größen durch einen hochgestellten Index in Klammern angezeigt, auf welchen Adaptionszyklus sie sich beziehen. In einem ersten Adaptionszyklus 1 wird eine Dosiermassenanforderung 30 an die Dosierventile DV1, DV2 ausgegeben. Diese Dosiervorgabe 30 enthält die gewünschte Dosiermasse, die durch jedes der beiden Dosierventile DV1, DV2 in den Abgasstrang eindosiert werden soll. Bei der Dosiermassenanforderung 30 wird somit indirekt ein Ansteuerverhältnis für die beiden Dosierventile DV1, DV2 vorgegeben. Die Dosiermassenanforderung 30 ist Teil einer herkömmlichen Dosierstrategie, die unabhängig vom erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden würde. Gemäß der Dosiervorgabe 30 erfolgt eine Eindosierung 31 über die beiden Dosierventile DV1, DV2.
• Am Ende des ersten Adaptionszyklus 1 wird eine integral geförderte Dosiermasse $m_{SP}^{\left(1\right)}$

  

  bestimmt 32. Im Falle der Hubkolbenpumpe ist die pro Hub geförderte Reduktionsmittelmasse durch das Volumen des Kolbens festgelegt. Um die integral geförderte Dosiermasse $m_{SP}^{\left(1\right)}$

  

  zu bestimmen, wird die pro Hub geförderte Reduktionsmittelmasse mit der über den Adaptionszyklus 1 ausgeführten Anzahl von Hüben multipliziert. Daneben werden aus der gewünschten Dosiermasse mittels des elektronischen Steuergeräts 18 für den ersten Adaptionszyklus 1 eine erste nominal eindosierte Masse $m_{DV1}^{\left(1\right)}$

  

  für das erste Dosierventil DV1 ermittelt 33 und eine zweite nominal eindosierte Masse $m_{DV2}^{\left(1\right)}$

  

  für das zweite Dosierventil DV2 ermittelt 34. Als nominal eindosierte Reduktionsmittelmasse wird eine vermeintlich integral eindosierte Reduktionsmittelmasse eines nominalen Dosierventils bezeichnet. Das nominale Dosierventil ist definitionsgemäß bezüglich der von ihm zu dosierenden Reduktionsmittelmasse toleranzfrei. Folglich sind die nominal eindosierten Massen $m_{DV1}^{\left(1\right)},m_{DV2}^{\left(1\right)}$

  

  neben einfach kompensierbaren Temperatureinflüssen lediglich vom tatsächlichen Druck abhängig und somit aufgrund der Druckregelung 21 mit sehr geringer Toleranz behaftet. Für den ersten Adaptionszyklus 1 lässt sich folgende Systemmassenbilanz gemäß Formel 1 aufstellen: $$0=m_{SP}^{\left(1\right)}-a_{DV1}\cdot m_{DV1}^{\left(1\right)}-a_{DV2}\cdot m_{DV2}^{\left(1\right)}$$

  

  a_DV1 ist ein erster Adaptionsfaktor für das erste Dosierventil DV1 und a_DV2 ist ein zweiter Adaptionsfaktor für das zweite Dosierventil DV2. Die Adaptionsfaktoren werden weiter unten beschrieben.
• In einem zweiten Adaptionszyklus 2 wird eine andere Dosiermassenanforderung 40 an die Dosierventile DV1, DV2 ausgegeben. Bei der Dosiervorgabe 40 wird ein Ansteuerverhältnis für die beiden Dosierventile DV1, DV2 vorgegeben, welches sich von dem Ansteuerverhältnis im ersten Adaptionszyklus 1 unterscheidet. Die Dosiervorgabe 40 ist ebenfalls Teil der herkömmlichen Dosierstrategie, die unabhängig vom erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden würde. Gemäß der Dosiervorgabe 40 erfolgt eine weitere Eindosierung 41 über die beiden Dosierventile DV1, DV2.
• Gleichermaßen wird am Ende des zweiten Adaptionszyklus 2 eine integral geförderte Dosiermasse $m_{SP}^{\left(2\right)}$

  

  bestimmt 42. Zudem werden aus der gewünschten Dosiermasse mittels des elektronischen Steuergeräts 18 für den zweiten Adaptionszyklus 2 eine erste nominal eindosierte Masse $m_{DV1}^{\left(2\right)}$

  

  für das erste Dosierventil DV1 ermittelt 43 und eine zweite nominal eindosierte Masse $m_{DV2}^{\left(2\right)}$

  

  für das zweite Dosierventil DV2 ermittelt 44. Die nominal eindosierten Massen $m_{DV1}^{\left(2\right)}\text{,}{m}_{DV2}^{\left(2\right)}$

  

  sind ebenfalls neben einfach kompensierbaren Temperatureinflüssen lediglich vom tatsächlichen Druck abhängig und somit aufgrund der Druckregelung 21 mit sehr geringer Toleranz behaftet. Für den zweiten Adaptionszyklus 2 lässt sich folgende Systemmassenbilanz gemäß Formel 2 aufstellen: $$0=m_{SP}^{\left(2\right)}-a_{DV1}\cdot m_{DV1}^{\left(2\right)}-a_{DV2}\cdot m_{DV2}^{\left(2\right)}$$

  

  a_DV1 ist wiederum der erste Adaptionsfaktor für das erste Dosierventil DV1 und a_DV2 ist der zweite Adaptionsfaktor für das zweite Dosierventil DV2.
• Im Anschluss wird geprüft, ob die Ansteuerungsverhältnisse für die beiden Dosierventile DV1, DV2 während den beiden Adaptionszyklen 1, 2 sich für eine qualitative Auswertung weit genug unterscheiden. Hierfür wird für den ersten Adaptionszyklus 1 ein erstes Verhältnis r⁽¹⁾ zwischen der nominal durch das erste Dosierventil DV1 eindosierten Masse $m_{DV1}^{\left(1\right)}$

  

  zu der Summe aus der nominal durch das erste Dosierventil DV1 eindosierten Masse $m_{DV1}^{\left(1\right)}$

  

  und der nominal durch das zweite Dosierventil DV2 eindosierten Masse $m_{DV2}^{\left(1\right)}$

  

  gemäß Formel 3 gebildet: $$r^{\left(1\right)}=\frac{m_{DV1}^{\left(1\right)}}{m_{DV1}^{\left(1\right)}+m_{DV2}^{\left(1\right)}}$$

  
• Für den zweiten Adaptionszyklus wird analog ein zweites Verhältnis r⁽²⁾ gemäß Formel 4 gebildet: $$r^{\left(2\right)}=\frac{m_{DV1}^{\left(2\right)}}{m_{DV1}^{\left(2\right)}+m_{DV2}^{\left(2\right)}}$$

  
• Es erfolgt eine Prüfung 50, ob sich die das erste Verhältnis r⁽¹⁾ und das zweite Verhältnis r⁽²⁾ um mehr als einen vorgegeben Verhältnis-Schwellenwert ε unterscheiden, d. h. ob der Betrag der Differenz des ersten Verhältnisses r⁽¹⁾ und des zweiten Verhältnisses r⁽²⁾ größer als der Verhältnis-Schwellenwert ε ist. Ist dies nicht der Fall ähneln sich die Messwerte für die beiden Adaptionszyklen 1, 2 zu sehr und die Messwerte werden verworfen 51.
• Ist der Betrag der Differenz des ersten Verhältnisses r⁽¹⁾ und des zweiten Verhältnisses r⁽²⁾ größer als der Verhältnis-Schwellenwert ε so wird der erste Adaptionsfaktor a_DV1 für das erste Dosierventil DV1 und der zweite Adaptionsfaktor a_DV2 für das zweite Dosierventil DV1 aus Systembilanzen gemäß den Formeln 1 und 2 berechnet. Der erste Adaptionsfaktor a_DV1 gibt eine Abweichung zwischen der tatsächlich eindosierten Reduktionsmittelmasse und der nominal eindosierten Reduktionsmittelmasse m_DV1 für das erste Dosierventil DV1 an und der zweite Adaptionsfaktor a_DV2 gibt eine Abweichung zwischen der tatsächlich eindosierten Reduktionsmittelmasse und der nominal eindosierten Reduktionsmittelmasse m_DV2 für das zweite Dosierventil DV2 an.
• Aus den Formeln 1 und 2 wird der zweite Adaptionsfaktor a_DV2 gemäß Formel 5 wie folgt ermittelt 60: $$a_{DV2}=\frac{m_{SP}^{\left(2\right)}\cdot r^{\left(1\right)}-m_{SP}^{\left(1\right)}\cdot r^{\left(2\right)}}{r^{\left(1\right)}-r^{\left(2\right)}}$$

  
• Der zweite Adaptionsfaktor a_DV2 wird aus den Formeln 1, 2 und 5 gemäß Formel 6 dann wie folgt ermittelt 70: $$a_{DV2}=\frac{m_{SP}^{\left(1\right)}-a_{DV2}\cdot \left(1-r^{\left(1\right)}\right)}{r^{\left(1\right)}}$$

  
• In weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsformen können für jedes Dosierventil DV1, DV2 in weiteren Adaptionszyklen mehrere Adaptionsfaktoren aufgenommen werden und die mehreren Adaptionsfaktoren dann gewichtet und gemittelt werden, um die Adaptionsfaktoren a_DV1 , a_DV2 für die nachfolgend beschriebene Adaption 80 der Ansteuerung der Dosierventile DV1, DV2 zu erhalten.
• In noch weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispielen wird für den Fall, dass während des ersten Adaptionszyklus 1 im Wesentlichen nur durch das erste Dosierventil DV1 eindosiert wird (ebenso möglich, wenn im Wesentlichen nur durch das zweite Dosierventil DV2 eindosiert wird), zuerst nur der erste Adaptionsfaktor a_DV1 für das erste Dosierventil DV1 aus der Systemmassenbilanz während des ersten Adaptionszyklus 1 ermittelt. In diesem Fall ist bei der Systemmassenbilanz in Formel 2 der Term $a_{DV2}\cdot m_{DV2}^{\left(1\right)}$

  

  null, da keine Dosiermasse $m_{DV2}^{\left(1\right)}$

  

  durch das zweite Dosierventil DV2 eindosiert wird. Der ermittelte erste Adaptionsfaktor a_DV1 wird dann bei der Ermittlung des zweiten Adaptionsfaktors a_DV2 während des zweiten Adaptionszyklus 2 aus Systemmassenbilanz gemäß Formel 2, wenn durch beide Dosierventile DV1, DV2 eindosiert wird, berücksichtigt.
• Während der Druckregelung 30 erfolgt eine Adaption 80 der Ansteuerung der Dosierventile DV1, DV2, die auf dem volumetrischen Prinzip des zugrundeliegenden Dosiersystems beruht. Für jedes Dosierventil DV1, DV2 wird der Adaptionsfaktor a_DV1 , _DV2 im Folgenden dazu verwendet eine im elektronischen Steuergerät 18 hinterlegte, nominale Ventildurchflusskennlinie Q_n zu korrigieren, um gemäß Formel 7 eine adaptierte Ventildurchflusskennlinie Q_ad zu erhalten: $${\text{Q}}_{\text{ad}}{\text{=Q}}_{\text{n}}\cdot {\text{a}}_{\text{DV}}$$

  
• In der adaptierten Ventildurchflusskennlinie Q_ad wird also die Abweichung zwischen der tatsächlich eindosierten Reduktionsmittelmasse und der nominal eindosierten Reduktionsmittelmasse m_DV1, m_DV2 berücksichtigt. Auf Grundlage dieser adaptierten Ventildurchflusskennlinie Q_ad erfolgt eine Anpassung einer benötigten Ventilansteuerdauer. Als Resultat wird die Ventilansteuerdauer abhängig vom Adaptionsfaktor a_DV1 , a_DV2 und somit von der integral geförderten Reduktionsmittelmasse msp und der nominal eindosierten Reduktionsmittelmasse m_DV1, m_DV2 angepasst. Dadurch weisen die Dosierventile DV1, DV2 nach der Anpassung der Ventilansteuerdauer eine deutlich reduzierte stationäre Massentoleranz auf.
• 3 zeigt beispielhaft für das erste Dosierventil DV1 drei Varianten, wie der ermittelte Adaptionsfaktor a_DV1 bei der Adaption 80 angewendet werden kann. Hierfür sind drei Verläufe 100, 101, 102 des bei der Adaption 80 angewendeten Adaptionsfaktors a_DV1,app über dem ermittelten Adaptionsfaktor a_DV1 jeweils um den Wert 1 herum dargestellt. Der Wert 1,0 bedeutet für den angewendete Adaptionsfaktor a_DV1,app, dass keine Adaption 80 erfolgt. In einer ersten Variante, die im ersten Verlauf 100 dargestellt ist, wird der ermittelte Adaptionsfaktor a_DV1 exakt so auch bei der Ansteuerung des Dosierventils DV1 angewendet, sodass ermittelte Adaptionsfaktor a_DV1 dem angewendeten Adaptionsfaktor a_DV1,app entspricht (a_DV1,app = a_DV1).
• In einer zweiten Variante, die im zweiten Verlauf 101 dargestellt ist, wird der ermittelte Adaptionsfaktor a_DV1 erst ab einer Abweichung des Werts des ermittelten Adaptionsfaktors a_DV1 vom idealen Wert 1,0 von größer als 0,08 bei der Adaption 80 sukzessive linear zugeschaltet. Dies kann vorteilhaft sein, wenn geringfügige Abweichungen der Durchflussmasse von der eines nominalen Dosierventils nicht korrigiert werden sollen und größere Abweichungen zumindest in einem steigenden Maße korrigiert werden sollen.
• In einer dritten Variante, die im dritten Verlauf 102 dargestellt ist, folgt der angewendete Adaptionsfaktor a_DV1,app dem ermittelten Adaptionsfaktor a_DV1 unterhalb eines unteren Adaptionsfaktor-Schwellenwert S₁, der in diesem Beispiel bei 0,82 liegt und somit 0,18 von dem Wert 1 beabstandet ist. Ein oberer Adaptionsfaktor-Schwellenwert S₂ liegt in diesem Beispiel bei 1,18 und ist somit ebenfalls 0,18 von dem Wert 1 beabstandet. Oberhalb des zweiten Adaptionsfaktor-Schwellenwert S₂ folgt der angewendete Adaptionsfaktor a_DV1,app wiederum dem ermittelten Adaptionsfaktor a_DV1 . Wie in der zweiten Variante (zweiter Verlauf 101) ergibt sich auch hier ein Bereich für den ermittelten Adaptionsfaktor a_DV1 um den idealen Wert 1,0, in dem keine Adaption 80 erfolgt, sodass der angewendete Adaptionsfaktor a_DV1,app zu 1 wird. Zwischen dem Bereich ohne Anwendung der Adaptionsfaktoren a_DV1 und einer vollen Anwendung der Adaptionsfaktoren a_DV1 gibt es einen linearen Übergang. Diese Variante kann vorteilhaft sein, wenn geringfügige Abweichungen der Durchflussmasse von der eines nominalen Dosierventils nicht korrigiert werden sollen und bei größeren Abweichungen hingegen der ermittelte Adaptionsfaktor a_DV1 in vollem Umfang zum Tragen kommen soll.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102016220795 A1 [0007, 0011]
• DE 102010031655 A1 [0008]

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben eines druckbehafteten Dosiersystems (10) ohne Rücklauf, welches ein Fördermodul (12), zumindest zwei Dosierventile (DV1, DV2) und einen Drucksensor (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass, während eine Druckregelung (21) vorgenommen wird, aus zumindest zwei Adaptionszyklen (1, 2) mit unterschiedlichen Ansteuerungsverhältnissen der Dosierventile (DV1, DV2), für jedes Dosierventil (DV1, DV2) ein Adaptionsfaktor (a_DV1, a_DV2) aus den zumindest zwei Systemmassenbilanzen des Dosiersystems (10) ermittelt (60, 70) wird, und dass eine Adaption (80) der Ansteuerung der zumindest zwei Dosierventile (DV1, DV2) mittels den Adaptionsfaktoren (a_DV1, a_DV2) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Systemmassenbilanz zumindest eine durch das Fördermodul (12) geförderte Masse (m_SP) und nominal durch die Dosierventile (DV1, DV2) eindosierte Massen (m_DV1, m_DV2) umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionsfaktoren (a_DV1, a_DV2) nur ermittelt werden (60, 70), wenn sich ein Verhältnis (r⁽¹⁾) aus einer nominal durch eines der beiden Dosierventile (DV1) eindosierten Masse $\left(m_{DV1}^{\left(1\right)}\right)$

   

   zu einer nominal durch alle Dosierventile (DV1, DV2) eindosierten Masse $(m_{DV1}^{\left(1\right)}+$

   

   $m_{DV2}^{\left(1\right)})$

   

   für einen Adaptionszyklus (1) sich um mehr als einen Verhältnis-Schwellenwert (ε) von dem Verhältnis (r⁽²⁾) für den anderen Adaptionszyklus (2) unterscheidet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung (60, 70) der Adaptionsfaktoren (a_DV1, a_DV2) für unterschiedliche Adaptionszyklen wiederholt wird, um mehrere Adaptionsfaktoren (a_DV1, a_DV2) für jedes Dosierventil (DV1, DV2) zu erhalten, wobei die mehreren Adaptionsfaktoren (a_DV1, a_DV2) für jedes Dosierventil (DV1, DV2) gewichtet und gemittelt werden, und dass die gewichteten und gemittelten Adaptionsfaktoren für die Adaption (80) der Dosierventile (DV1, DV2) verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn während eines Adaptionszyklus (1) überwiegend nur durch ein Dosierventil (DV1) eindosiert wird, der Adaptionsfaktor (a_DV1) nur für das während des Adaptionszyklus (1) eindosierende Dosierventil (DV1) aus der Systemmassenbilanz ermittelt wird und dieser Adaptionsfaktor (a_DV1) bei der Ermittlung zumindest eines Adaptionsfaktors (a_DV2) für zumindest eines der anderen Dosierventile (DV2) aus der/den jeweiligen Systemmassenbilanz(en), wenn zumindest auch durch eines der anderen Dosierventile (DV2) eindosiert wird, berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption (80) der Ansteuerung der zumindest zwei Dosierventile (DV1, DV2) mittels den Adaptionsfaktoren (a_DV1, a_DV2) nur erfolgt, wenn diese sich um einen Adaptionsfaktor-Schwellenwert (S₁, S₂) von 1 unterscheiden.
7. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
8. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
9. Elektronisches Steuergerät (18), welches eingerichtet ist, um mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 das Dosiersystem (10) zu betreiben.

Images