DE102022105407A1 - Method and device for operating a urea metering element - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß eine Vorrichtung (101, 320) zum Betrieb eines Dosierelements (112) eines SCR-Systems (120) zum Bewirken einer selektiven katalytischen Reaktion von Stockoxiden in einem Abgas (111) eines Verbrennungsmotors, wobei das SCR-System (120) eine Harnstoff-Leitung (108) umfasst, über die Harnstoff (103) an dem Dosierelement (112) bereitgestellt wird. Die Vorrichtung (101, 320) ist eingerichtet, Parameterwerte von ein oder mehreren Betriebsparameter (301) in Bezug auf einen Betriebszustand der Harnstoff-Leitung (108) und/oder des Dosierelements (112) zu ermitteln. Die Vorrichtung (101, 320) ist ferner eingerichtet, das Dosierelement (112) in Abhängigkeit von den ermittelten Parameterwerten der ein oder mehreren Betriebsparameter (301) zu betreiben.According to the invention, the technology disclosed here relates to a device (101, 320) for operating a metering element (112) of an SCR system (120) to bring about a selective catalytic reaction of nitrogen oxides in an exhaust gas (111) of an internal combustion engine, wherein the SCR system ( 120) comprises a urea line (108) via which urea (103) is provided to the metering element (112). The device (101, 320) is set up to determine parameter values of one or more operating parameters (301) in relation to an operating state of the urea line (108) and/or the metering element (112). The device (101, 320) is further set up to operate the metering element (112) depending on the determined parameter values of the one or more operating parameters (301).
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben eines Dosierelements für Harnstoff, insbesondere für ein Hamstoff-Wasser-Gemisch, wie etwa AdBlue®.The technology disclosed here relates to a method and a corresponding device for operating a metering element for urea, in particular for a urea-water mixture, such as AdBlue®.
Ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor weist typischerweise ein System auf, mit dem den Abgasen des Dieselmotors Harnstoff zugeführt wird, um im Rahmen einer selektiven katalytischen Reaktion (auf Englisch selektiv catalytic reaction, SCR) Stickoxide aus den Abgasen zu entfernen.A vehicle with a diesel engine typically has a system that adds urea to the diesel engine's exhaust gases to remove nitrogen oxides from the exhaust gases as part of a selective catalytic reaction (SCR).
Für eine zuverlässige und umfassende Reduzierung von Stickoxiden ist typischerweise eine präzise Dosierung der Menge an Harnstoff erforderlich, die den Abgasen zugeführt wird.A reliable and comprehensive reduction of nitrogen oxides typically requires precise metering of the amount of urea added to the exhaust gases.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, in effizienter Weise eine besonders präzise Dosierung von Harnstoff für ein SCR-System in einem Fahrzeug mit Dieselmotor zu ermöglichen.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to propose an alternative solution. It is a preferred object of the technology disclosed here to efficiently enable particularly precise metering of urea for an SCR system in a vehicle with a diesel engine.
Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.The task(s) is/are solved by the subject matter of the independent patent claims. The dependent claims represent preferred embodiments.
Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zum Betrieb eines Dosierelements (z.B. eines Ventils und/oder einer Injektionsdüse) eines SCR-Systems beschrieben. Das SCR-System ist ausgebildet, eine selektive katalytische Reaktion von Stockoxiden in dem Abgas eines Verbrennungsmotors (insbesondere eines Dieselmotors) zu bewirken. Das SCR-System umfasst eine Harnstoff-Leitung, über die Harnstoff (insbesondere ein Hamstoff-Wasser-Gemisch) an dem Dosierelement bereitgestellt wird. Die Harnstoff-Leitung kann eine Länge von 1 Meter oder mehr aufweisen. Ferner kann die Harnstoff-Leitung einen Durchmesser aufweisen, der um einem Faktor 100 oder mehr, oder 1000 oder mehr, kleiner als die Länge der Harnstoff-Leitung ist.According to one aspect, a device for operating a metering element (e.g. a valve and/or an injection nozzle) of an SCR system is described. The SCR system is designed to bring about a selective catalytic reaction of nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine (in particular a diesel engine). The SCR system includes a urea line via which urea (in particular a urea-water mixture) is provided to the metering element. The urea line can be 1 meter or more in length. Furthermore, the urea line may have a diameter that is smaller than the length of the urea line by a factor of 100 or more, or 1000 or more.
Das Dosierelement kann ausgebildet sein, Harnstoff aus der Harnstoff-Leitung in eine Abgasleitung mit dem Abgas des Verbrennungsmotors zu injizieren. Dabei können von dem Dosierelement mit einer bestimmten Wiederholrate und/oder Frequenz Injektionspulse bewirkt werden. Ein Injektionspuls kann eine bestimmte Pulsdauer aufweisen. Ferner kann das Dosierelement bei einem Injektionspuls einen bestimmten Öffnungsgrad aufweisen. Die Wiederholrate bzw. Frequenz, die Impulsdauer und/oder ggf. der Öffnungsgrad können verändert werden, um die Menge an Harnstoff zu verändern, die von dem Dosierelement (pro Zeiteinheit) in die Abgasleitung injiziert wird. In einem bevorzugten Beispiel wird das Dosierelement in binärer Weise betrieben, um das Dosierelement entweder vollständig zu schließen oder vollständig zu öffnen. Das Dosierelement weist dann im Rahmen eines Injektionspulses eine bestimmte Öffnungs- und Schließcharakteristik auf. Eine Anpassung des Öffnungsgrades des Dosierelements (z.B. durch eine Proportionalansteuerung) erfolgt in diesem Fall nicht.The metering element can be designed to inject urea from the urea line into an exhaust line with the exhaust gas of the internal combustion engine. Injection pulses can be effected by the dosing element with a specific repetition rate and/or frequency. An injection pulse can have a specific pulse duration. Furthermore, the metering element can have a certain degree of opening during an injection pulse. The repetition rate or frequency, the pulse duration and/or, if applicable, the degree of opening can be changed in order to change the amount of urea that is injected into the exhaust line by the metering element (per unit of time). In a preferred example, the metering element is operated in a binary manner to either completely close or fully open the metering element. The metering element then has a specific opening and closing characteristic as part of an injection pulse. In this case, there is no adjustment of the degree of opening of the dosing element (e.g. through a proportional control).
Die Vorrichtung ist eingerichtet, Parameterwerte von ein oder mehreren Betriebsparametern in Bezug auf den (jeweils aktuellen) Betriebszustand der Harnstoff-Leitung und/oder des Dosierelements zu ermitteln. Die ein oder mehreren Betriebsparameter können umfassen: einen Betriebsparameter in Bezug auf den Volumenstrom und/oder den Massenstrom von Harnstoff durch die Harnstoff-Leitung; und/oder einen Betriebsparameter in Bezug auf die Temperatur des Harnstoffs in der Harnstoff-Leitung; und/oder einen Betriebsparameter in Bezug auf den Druck des Harnstoffs in der Harnstoff-Leitung und/oder einen Betriebsparameter in Bezug auf die Pulsdauer eines vorhergehenden Injektionspulses des Dosierelements.The device is set up to determine parameter values of one or more operating parameters in relation to the (current) operating state of the urea line and/or the metering element. The one or more operating parameters may include: an operating parameter related to the volume flow and/or mass flow of urea through the urea line; and/or an operating parameter related to the temperature of the urea in the urea line; and/or an operating parameter in relation to the pressure of the urea in the urea line and/or an operating parameter in relation to the pulse duration of a previous injection pulse of the metering element.
Das SCR-System kann derart ausgebildet sein, dass die Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter auf Basis von ein oder mehreren Messwerten ermittelt werden, die an zumindest einem Messpunkt erfasst werden, der an dem Zufluss zu der Harnstoff-Leitung angeordnet ist. Andererseits kann das Dosierelement an dem gegenüberliegenden Abfluss der Harnstoff-Leitung angeordnet sein. Die Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter können somit den Betriebszustand der Harnstoff-Leitung an dem zumindest einen Messpunkt an dem Zufluss zu der Harnstoff-Leitung anzeigen (der gemäß der Länge der Harnstoff-Leitung von dem Dosierelement zur Dosierung der Harnstoffmenge beabstandet ist).The SCR system can be designed such that the parameter values of the one or more operating parameters are determined based on one or more measured values that are recorded at at least one measuring point that is arranged at the inflow to the urea line. On the other hand, the metering element can be arranged on the opposite outlet of the urea line. The parameter values of the one or more operating parameters can thus indicate the operating state of the urea line at the at least one measuring point at the inflow to the urea line (which is spaced from the metering element for metering the amount of urea according to the length of the urea line).
Das SCR-System kann eine Pumpe umfassen, die ausgebildet ist, Harnstoff in den Zufluss der Harnstoff-Leitung zu pumpen. Des Weiteren kann das SCR-System einen Drucksensor umfassen, der eingerichtet ist, Druck-Messwerte in Bezug auf den Druck von Harnstoff an einem Messpunkt an dem Zufluss der Harnstoff-Leitung zu erfassen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, die Pumpe in Abhängigkeit von den Druck-Messwerten zu betreiben, insbesondere um zu bewirken, dass der Druck von Harnstoff an dem Messpunkt einen Soll-Druckwert aufweist. Es kann somit bewirkt werden, dass der Harnstoff-Druck an dem Zufluss der Harnstoff-Leitung einen definierten Soll-Druckwert aufweist. So kann eine besonders präzise und effiziente Dosierung der Harnstoffmenge (ggf. allein) durch das Dosierelement bewirkt werden (das an dem Abfluss der Harnstoff-Leitung angeordnet ist).The SCR system may include a pump configured to pump urea into the inflow of the urea line. Furthermore, the SCR system can include a pressure sensor that is set up to record pressure measurements relating to the pressure of urea at a measuring point at the inflow of the urea line. The device can be set up to operate the pump depending on the pressure measured values, in particular to ensure that the pressure of urea at the measuring point has a target pressure value. It can thus be caused that the urea pressure at the inflow of the urea line has a defined target pressure value. So A particularly precise and efficient metering of the amount of urea (if necessary alone) can be effected by the metering element (which is arranged at the outlet of the urea line).
Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, das Dosierelement in Abhängigkeit von den ermittelten Parameterwerten der ein oder mehreren Betriebsparameter zu betreiben. Insbesondere kann auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter eine Korrektur des Betriebs des Dosierelements bewirkt werden, z.B. kann eine Korrektur von ein oder mehreren Injektionspulsen (etwa der Frequenz, der Impulsdauer und/oder des Öffnungsgrads) des Dosierelements bewirkt werden.The device is also set up to operate the metering element depending on the determined parameter values of the one or more operating parameters. In particular, a correction of the operation of the dosing element can be effected based on the determined parameter values of the one or more operating parameters, e.g. a correction of one or more injection pulses (such as the frequency, the pulse duration and/or the degree of opening) of the dosing element can be effected.
Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter einen Korrekturwert zu ermitteln. Dabei kann ein Korrekturwert ermittelt werden, durch den zumindest teilweise der Druckverlust von Harnstoff zwischen dem Zufluss und dem Abfluss der Harnstoff-Leitung kompensiert und/oder berücksichtigt wird. Alternativ oder ergänzend kann ein Korrekturwert ermittelt werden, durch den zumindest teilweise der Durchflusswiderstand der Harnstoff-Leitung berücksichtigt und/oder kompensiert wird. Alternativ oder ergänzend kann ein Korrekturwert ermittelt werden, durch den zumindest teilweise die Temperaturabhängigkeit der Dichte und/oder der Viskosität des Harnstoffs berücksichtigt und/oder kompensiert wird. Alternativ oder ergänzend kann ein Korrekturwert ermittelt werden, durch den zumindest teilweise der Druckabfall an dem Dosierelement während eines von dem Dosierelements bewirkten Injektionspulses kompensiert wird.The device can in particular be set up to determine a correction value based on the determined parameter values of the one or more operating parameters. A correction value can be determined by which the pressure loss of urea between the inflow and the outflow of the urea line is at least partially compensated and/or taken into account. Alternatively or additionally, a correction value can be determined by which the flow resistance of the urea line is at least partially taken into account and/or compensated. Alternatively or additionally, a correction value can be determined by which the temperature dependence of the density and/or the viscosity of the urea is at least partially taken into account and/or compensated for. Alternatively or additionally, a correction value can be determined by which the pressure drop across the dosing element is at least partially compensated for during an injection pulse caused by the dosing element.
Der Korrekturwert kann insbesondere darauf ausgelegt sein, Ungenauigkeiten bei der Dosierung der Harnstoffmenge zumindest teilweise oder vollständig zu kompensieren, die sich aufgrund der Tatsache ergeben, dass zwischen der Pumpe zum Pumpen von Harnstoff und dem Dosierelement zur Dosierung der Harnstoffmenge eine Harnstoff-Leitung angeordnet ist. Dabei können insbesondere Ungenauigkeiten kompensiert werden, die sich aufgrund der Tatsache ergeben, dass sich auf der Harnstoff-Leitung ein Druckverlust des Drucks des Harnstoffs ergibt (insbesondere bei relativ hohen Volumen- und/oder Massenströmen des Harnstoffs), sodass der Druck an dem Dosierelement niedriger ist als der Druck an dem Zufluss der Harnstoff-Leitung, sodass von dem Dosierelement pro Injektionspuls jeweils (gegenüber eine vorgegebenen Soll-Menge) eine Mindermenge an Harnstoff injiziert wird. Diese Mindermenge kann durch den auf Basis der Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter ermittelten Korrekturwert beschrieben werden.The correction value can in particular be designed to at least partially or completely compensate for inaccuracies in the metering of the amount of urea that arise due to the fact that a urea line is arranged between the pump for pumping urea and the metering element for metering the amount of urea. In particular, inaccuracies that arise due to the fact that there is a pressure loss in the pressure of the urea on the urea line (particularly at relatively high volume and/or mass flows of the urea) can be compensated for, so that the pressure at the metering element is lower is than the pressure at the inflow of the urea line, so that a small amount of urea is injected by the metering element per injection pulse (compared to a predetermined target amount). This reduced quantity can be described by the correction value determined on the basis of the parameter values of the one or more operating parameters.
Das Dosierelement kann dann in Abhängigkeit von dem ermittelten Korrekturwert betrieben werden. Insbesondere kann die von dem Dosierelement injizierte Harnstoffmenge in Abhängigkeit von dem Korrekturwert angepasst werden. So kann in effizienter Weise eine präzise Dosierung von Harnstoff in einem SCR-System bewirkt werden.The metering element can then be operated depending on the determined correction value. In particular, the amount of urea injected by the metering element can be adjusted depending on the correction value. In this way, precise dosing of urea can be achieved efficiently in an SCR system.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Abgasinformation in Bezug auf die Abgasmenge von Abgas, insbesondere in Bezug auf den Volumen- und/oder Massenstrom von Abgas, in der Abgasleitung zu ermitteln. Es kann dann auf Basis der Abgasinformation eine Soll-Menge an Harnstoff ermittelt werden, die von dem Dosierelement, insbesondere in ein oder mehreren Injektionspulsen, in die Abgasleitung zu injizieren ist.The device can be set up to determine exhaust gas information in relation to the amount of exhaust gas, in particular in relation to the volume and/or mass flow of exhaust gas, in the exhaust pipe. A target amount of urea can then be determined based on the exhaust gas information, which is to be injected into the exhaust gas line by the metering element, in particular in one or more injection pulses.
Das Dosierelement kann dann in Abhängigkeit von der ermittelten Soll-Menge betrieben werden. Insbesondere können die Pulsfrequenz und/oder die Pulsdauer der ein oder mehreren Injektionspulse auf Basis der ermittelten Soll-Menge festgelegt werden. Ggf. kann der Öffnungsgrad des Dosierelements bei den ein oder mehreren Injektionspulsen in Abhängigkeit von der ermittelten Soll-Menge festgelegt werden. So kann eine präzise Dosierung der Harnstoffmenge bewirkt werden.The metering element can then be operated depending on the target quantity determined. In particular, the pulse frequency and/or the pulse duration of the one or more injection pulses can be determined based on the determined target quantity. If necessary, the degree of opening of the metering element can be determined for the one or more injection pulses depending on the determined target quantity. In this way, a precise dosage of the amount of urea can be achieved.
Die Soll-Menge kann unter der Annahme ermittelt werden und/oder das Dosierelement kann unter der Annahme betrieben werden, dass an dem Dosierelement ein Harnstoff-Druck vorliegt, der dem Harnstoff-Druck an dem Zufluss der Harnstoff-Leitung entspricht. Diese Annahme kann jedoch insbesondere bei relativ hohen Volumen- und/oder Massenströmen des Harnstoffs in der Harnstoff-Leitung fehlerhaft sein, so dass die tatsächlich injizierte Harnstoffmenge niedriger als die Soll-Menge ist.The target quantity can be determined under the assumption and/or the metering element can be operated under the assumption that there is a urea pressure at the metering element which corresponds to the urea pressure at the inflow of the urea line. However, this assumption can be incorrect, particularly with relatively high volume and/or mass flows of urea in the urea line, so that the amount of urea actually injected is lower than the target amount.
Die Vorrichtung kann daher eingerichtet sein, die Soll-Menge und/oder eine auf Basis der Soll-Menge, insbesondere unter Verwendung eines Reglers, ermittelte Stellgröße des Dosierelements auf Basis des Korrekturwertes zu korrigieren, um eine korrigierte Stellgröße zu ermitteln. Das Dosierelement kann dann in besonders präziser Weise in Abhängigkeit von der korrigierten Stellgröße betrieben werden. Dabei kann die korrigierte Stellgröße z.B. die Pulsfrequenz und/oder die Pulsdauer der ein oder mehreren Injektionspulse des Dosierelements anzeigen. Ggf. kann die korrigierte Stellgröße den Öffnungsgrad des Dosierelements bei einem Injektionspuls anzeigen.The device can therefore be set up to correct the target quantity and/or a manipulated variable of the dosing element determined on the basis of the target quantity, in particular using a controller, on the basis of the correction value, in order to determine a corrected manipulated variable. The metering element can then be operated in a particularly precise manner depending on the corrected manipulated variable. The corrected manipulated variable can, for example, display the pulse frequency and/or the pulse duration of the one or more injection pulses of the dosing element. If necessary, the corrected manipulated variable can indicate the degree of opening of the metering element during an injection pulse.
Durch den Korrekturwert kann somit die Soll-Mengen-basierte Ansteuerung des Dosierelements angepasst werden, um eine besonders präzise HarnstoffDosierung zu bewirken. Dadurch kann insbesondere der Druckverlust auf der Harnstoff-Leitung in effizienter und präziser Weise kompensiert werden.The correction value can therefore be used to adjust the target quantity-based control of the metering element in order to achieve particularly precise urea metering. This allows in particular whose pressure loss on the urea line can be compensated for in an efficient and precise manner.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, den Korrekturwert auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter und anhand von Kenndaten zu ermitteln. Die Kenndaten können im Vorfeld experimentell und/oder analytisch und/oder durch Simulationen ermittelt worden sein. Die Kenndaten können für unterschiedliche Kombinationen von Parameterwerten der ein oder mehreren Betriebsparameter jeweils einen Korrekturwert anzeigen. Durch die Bereitstellung und Berücksichtigung von Kenndaten kann eine besonders effiziente und präzise Dosierung der Harnstoffmenge bewirkt werden.The device can be set up to determine the correction value based on the determined parameter values of the one or more operating parameters and based on characteristic data. The characteristics may have been determined in advance experimentally and/or analytically and/or through simulations. The characteristic data can each display a correction value for different combinations of parameter values of the one or more operating parameters. By providing and taking key data into account, a particularly efficient and precise dosage of the amount of urea can be achieved.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter, insbesondere unter Verwendung einer Vorsteuerung, eine korrigierte Stellgröße zu ermitteln. Das Dosierelement kann dann auf Basis der korrigierten Stellgröße gesteuert werden. Durch die Verwendung einer Vorsteuerung kann die Dosiermenge in besonders dynamischer Weise korrigiert werden.The device can be set up to determine a corrected manipulated variable based on the determined parameter values of the one or more operating parameters, in particular using a pilot control. The metering element can then be controlled based on the corrected manipulated variable. By using a pilot control, the dosage quantity can be corrected in a particularly dynamic manner.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter eine Mindermenge an Harnstoff zu ermitteln, die im Rahmen zumindest eines vorhergehenden Injektionspulses von dem Dosierelement in die Abgasleitung injiziert wurde. Die injiziert Mindermenge (im Vergleich zu der ermittelten Soll-Menge) kann durch den Korrekturwert angezeigt werden. Das Dosierelement kann dann derart (in Abhängigkeit von dem Korrekturwert) betrieben werden, dass die Mindermenge durch einen nachfolgenden Injektionspuls des Dosierelements zumindest teilweise oder vollständig kompensiert wird. So kann eine besonders präzise Dosierung der Harnstoffmenge bewirkt werden.The device can be set up, based on the determined parameter values of the one or more operating parameters, to determine a reduced amount of urea that was injected into the exhaust pipe by the metering element as part of at least one previous injection pulse. The reduced quantity injected (compared to the determined target quantity) can be indicated by the correction value. The dosing element can then be operated in such a way (depending on the correction value) that the shortfall is at least partially or completely compensated for by a subsequent injection pulse of the dosing element. In this way, a particularly precise dosage of the amount of urea can be achieved.
Die Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter können an oder für einen aktuellen Zeitpunkt ermittelt werden. Die Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter können sich somit auf den Betriebszustand der Harnstoff-Leitung und/oder des Dosierelements an oder vor dem aktuellen Zeitpunkt beziehen. Das Dosierelement kann dann an oder nach dem aktuellen Zeitpunkt in Abhängigkeit von den ermittelten Parameterwerten der ein oder mehreren Betriebsparameter betrieben werden. Dies kann in entsprechender Weise für eine Sequenz von aufeinanderfolgenden (jeweils aktuellen) Zeitpunkten erfolgen, um einen dauerhaft präzisen Betrieb des SCR-Systems zu ermöglichen.The parameter values of the one or more operating parameters can be determined at or for a current point in time. The parameter values of the one or more operating parameters can thus relate to the operating state of the urea line and/or the metering element at or before the current point in time. The metering element can then be operated at or after the current time depending on the determined parameter values of the one or more operating parameters. This can be done in a corresponding manner for a sequence of successive (each current) times in order to enable long-term precise operation of the SCR system.
Wie weiter oben dargelegt, können Parameterwerte von ein oder mehreren Betriebsparametern des Dosierelements ermittelt werden. Dabei kann insbesondere die Pulsdauer von ein oder mehreren vorhergehenden Injektionspulsen ermittelt werden, die von dem Dosierelement vor dem aktuellen Zeitpunkt bewirkt wurden. Auf Basis der Pulsdauer der ein oder mehreren vorhergehenden Injektionspulse (d.h. auf Basis der Öffnungszeitdauer des Dosierelements bei ein oder mehreren vorhergehenden Injektionspulsen) kann der Korrekturwert ermittelt werden, mit dem dann der Betrieb des Dosierelements nach dem aktuellen Zeitpunkt angepasst werden kann.As explained above, parameter values of one or more operating parameters of the metering element can be determined. In particular, the pulse duration of one or more previous injection pulses that were caused by the dosing element before the current point in time can be determined. Based on the pulse duration of the one or more previous injection pulses (i.e. based on the opening time of the dosing element for one or more previous injection pulses), the correction value can be determined, with which the operation of the dosing element can then be adjusted according to the current point in time.
Durch die Berücksichtigung der Pulsdauer eines vorhergehenden Injektionspulses kann der Druckverlust und/oder der Druckabfall an dem Dosierelement berücksichtigt werden, der sich im Laufe des vorhergehenden Injektionspulses ergibt. Dieser Druckverlust und/oder Druckabfall führt zu einer Mindermenge an Harnstoff (gegenüber dem eigentlichen Soll-Wert), die im Rahmen des vorhergehenden Injektionspulses injiziert wird.By taking into account the pulse duration of a previous injection pulse, the pressure loss and/or the pressure drop at the metering element that occurs in the course of the previous injection pulse can be taken into account. This pressure loss and/or pressure drop leads to a reduced amount of urea (compared to the actual target value) that is injected as part of the previous injection pulse.
Im Vorfeld können Kenndaten ermittelt werden, die den Druckverlust und/oder die Mindermenge als Funktion der Pulsdauer anzeigen. So kann anhand der Kenndaten in effizienter und präziser Weise auf Basis der Pulsdauer eines vorhergehenden Injektionspulses die Mindermenge an Harnstoff des vorhergehenden Injektionspulses ermittelt werden. Die Mindermenge kann dann (durch Anpassung des Soll-Wertes und/oder durch Vorsteuerung) in einem nachfolgenden Injektionspuls (zumindest teilweise oder vollständig) kompensiert werden.Characteristic data can be determined in advance that shows the pressure loss and/or the shortage as a function of the pulse duration. The characteristic data can be used to determine the reduced amount of urea in the previous injection pulse in an efficient and precise manner based on the pulse duration of a previous injection pulse. The shortfall can then be compensated (at least partially or completely) in a subsequent injection pulse (by adjusting the target value and/or by precontrol).
Der Druckabfall des Harnstoff-Drucks an dem Dosierelement ist typischerweise von der Steifigkeit des SCR-Systems, insbesondere von der Steifigkeit der Harnstoff-Leitung und/oder des Dosierelements, abhängig. Der Druckabfall an dem Dosierelement kann typischerweise nur mit einem Zeitverzug (z.B. zwischen 100 und 200ms) an dem Drucksensor der Harnstoff-Leitung (insbesondere an dem Drucksensor am Zufluss der Harnstoff-Leitung) erkannt werden. Dieser sensorisch nicht erkannte Druckabfall führt zu einer Mindermenge an injiziertem Harnstoff, der durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen zumindest teilweise oder vollständig kompensiert werden kann (im Rahmen von ein oder mehreren nachfolgenden Injektionspulsen).The pressure drop in the urea pressure at the metering element is typically dependent on the rigidity of the SCR system, in particular on the rigidity of the urea line and/or the metering element. The pressure drop at the metering element can typically only be detected with a time delay (e.g. between 100 and 200 ms) on the pressure sensor of the urea line (in particular on the pressure sensor at the inflow of the urea line). This pressure drop, which is not detected by sensors, leads to a reduced amount of injected urea, which can be at least partially or completely compensated for by the measures described in this document (as part of one or more subsequent injection pulses).
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein SCR-System beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.According to a further aspect, an SCR system is described that includes the device described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung und/oder das in diesem Dokument beschriebene SCR-System umfasst.According to a further aspect, a (road) motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described which has the characteristics in the the device described in this document and/or the SCR system described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Dosierelements eines SCR-Systems beschrieben, wobei das SCR-System ausgebildet ist, eine selektive katalytischen Reaktion von Stockoxiden in dem Abgas eines Verbrennungsmotors zu bewirken. Das SCR-System umfasst eine Harnstoff-Leitung, über die Harnstoff an dem Dosierelement bereitgestellt wird.According to a further aspect, a method for operating a metering element of an SCR system is described, wherein the SCR system is designed to bring about a selective catalytic reaction of nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine. The SCR system includes a urea line through which urea is provided to the metering element.
Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Parameterwerten von ein oder mehreren Betriebsparametern in Bezug auf den Betriebszustand der Harnstoff-Leitung und/oder des Dosierelements. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Betreiben des Dosierelements in Abhängigkeit von den ermittelten Parameterwerten der ein oder mehreren Betriebsparameter.The method includes determining parameter values of one or more operating parameters in relation to the operating state of the urea line and/or the metering element. Furthermore, the method includes operating the metering element depending on the determined parameter values of the one or more operating parameters.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a software (SW) program is described. The SW program can be set up to run on a processor (e.g. on a vehicle control unit) and thereby carry out the method described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a storage medium is described. The storage medium may include a SW program configured to be executed on a processor and thereby carry out the method described in this document.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document can be used both alone and in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways. Furthermore, features listed in brackets are to be understood as optional features.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem SCR-System; -
2 einen beispielhaften Zusammenhang zwischen der Abgasmenge und der Harnstoffmenge; -
3a einen beispielhaften Zusammenhang zwischen ein oder mehreren Betriebsparametern der Harnstoff-Leitung und einem Korrekturwert für die Harnstoff-Sollmenge; -
3b eine beispielhafte Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines Harnstoff-Dosierelements; und -
4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Harnstoff-Dosierelements.
-
1 an example vehicle with an SCR system; -
2 an exemplary relationship between the amount of exhaust gas and the amount of urea; -
3a an exemplary relationship between one or more operating parameters of the urea line and a correction value for the target urea quantity; -
3b an exemplary device for controlling and/or regulating a urea metering element; and -
4 a flowchart of an exemplary method for operating a urea metering element.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und präzisen Einstellung der Harnstoffmenge in einem SCR-System eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt
Während des Betriebs des SCR-Systems 120 kann durch eine Pumpe 104 Harnstoff 103 aus dem Harnstoff-Behälter 102 gepumpt und über eine Harnstoff-Leitung 108 zu einem Dosierelement 112 (z.B. zu einem Ventil und/oder zu einer Einspritzdüse) geleitet werden. Der Harnstoff-Behälter 102 mit der Pumpe 104 können im Heck des Fahrzeugs 100 angeordnet sein, und das Dosierelement 112 kann im vorderen Bereich (z.B. im Motorraum) des Fahrzeugs 100 angeordnet sein. Die Harnstoff-Leitung 108 kann somit von dem Heck bis zu der Front des Fahrzeugs 100 verlaufen.During operation of the
Das Dosierelement 112 kann ausgebildet sein, Harnstoff 103 in die Abgasleitung 110 des Fahrzeugs 100 zu injizieren, insbesondere an einer Stelle zwischen dem NOx Speicherkatalysator 107 und dem SCR Katalysator 109 (in dem die selektive katalytische Reaktion zur Reduzierung der NOx Moleküle im Abgas 111 erfolgt). Um eine möglichst vollständige Beseitigung der NOx Moleküle aus dem Abgas 111 zu bewirken, sollte je nach Abgasmenge eine bestimmte Menge an Harnstoff 103 in die Abgasleitung 110 injiziert werden.The
Das SCR-System 120 kann einen Drucksensor 105 umfassen, der eingerichtet ist, Druck-Messwerte in Bezug auf den Druck innerhalb der Harnstoff-Leitung 108 zu ermitteln. Dabei können die Druck-Messwerte an einem Messpunkt ermittelt werden, der in unmittelbarer Nähe zu der Pumpe 104 und/oder an dem Zufluss zu der Harnstoff-Leitung 108 angeordnet ist. Die (Steuer-) Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, die Pumpe 104 in Abhängigkeit von den Druck-Messwerten des Drucksensors 105 zu betreiben, z.B. um zu bewirken, dass der Harnstoff-Druck an dem Messpunkt einen bestimmte Soll-Druckwert (etwa 6 bar) aufweist. Die Dosierung der injizierten Menge an Harnstoff 103 kann dann ggf. unabhängig von dem Betrieb der Pumpe 104, ggf. allein durch Steuerung und/oder Regelung des Dosierelements 112, bewirkt werden.The
Das SCR-System 120 kann ferner einen Temperatursensor 106 umfassen, der eingerichtet ist, Temperatur-Messwerte in Bezug auf die Temperatur des Harnstoffs 103 an einem Messpunkt zu erfassen. Der Messpunkt kann an dem Zufluss zu der Harnstoff-Leitung 108 angeordnet sein. Die ein oder mehreren Temperatur-Messwerte können bei der Dosierung der injizierten Harnstoff-Menge und/oder beim Betrieb der Pumpe 104 berücksichtigt werden.The
Es kann beobachtet werden, dass die von dem Dosierelement 112 tatsächlich injizierte Ist-Menge an Harnstoff 103 bei Betrieb des SCR-Systems 120 von der zu injizierenden Soll-Menge 202 abweicht. Die Abweichung kann dabei je nach Betriebszustand des SCR-Systems 120, insbesondere je nach Betriebszustand der Harnstoff-Leitung 108, unterschiedlich sein. Insbesondere kann beobachtet werden, dass die Ist-Menge mit steigendem Harnstoff-Volumenstrom in der Harnstoff-Leitung 108 mit zunehmendem Ausmaß unterhalb der Soll-Menge liegt. Ferner kann beobachtet werden, dass das Ausmaß der Abweichungen zwischen Ist-Menge und Soll-Menge von den Temperatur-Messwerten in Bezug auf die Temperatur des Harnstoffs 103 an dem Zufluss zu der Harnstoff-Leitung 108 abhängt.It can be observed that the actual amount of
Der Betriebszustand der Harnstoff-Leitung 108 kann durch Parameterwerte für ein oder mehrere Betriebsparameter 301 beschrieben werden (siehe
- • der Volumenstrom an
Harnstoff 103 durch die Harnstoff-Leitung 108, der z.B. auf Basis der Pump-Leistung der Pumpe 104 ermittelt werden kann; - • die Temperatur des Harnstoffs 103 in der Harnstoff-
Leitung 108, die z.B. auf Basis der Temperatur-Messwerte des Temperatursensors 106 erfasst werden kann; und/oder - • der Druck in der Harnstoff-
Leitung 108, der z.B. anhand der Druck-Messwerte des Drucksensors 105 ermittelt werden kann.
- • the volume flow of
urea 103 through theurea line 108, which can be determined, for example, based on the pump performance of thepump 104; - • the temperature of the
urea 103 in theurea line 108, which can be detected, for example, based on the temperature measured values of thetemperature sensor 106; and or - • the pressure in the
urea line 108, which can be determined, for example, based on the pressure measured values of thepressure sensor 105.
Im Vorfeld können analytisch und/oder experimentell und/oder durch Simulationen Kenndaten 300 ermittelt werden, die den Zusammenhang zwischen dem Betriebszustand der Harnstoff-Leitung 108 (der durch Parameterwerte für die ein oder mehreren Betriebsparameter 301 beschrieben werden kann) und einem Korrekturwert 302 zur Korrektur der Soll-Menge 202 an Harnstoff 103 anzeigen. Die Kenndaten 300 können auf einer Speichereinheit des Fahrzeugs 100 gespeichert werden.In advance,
Die (Steuer-) Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, Parameterwerte für ein oder mehrere Betriebsparameter 301 der Harnstoff-Leitung 108 zu ermitteln (z.B. auf Basis des Temperatur-Messwertes, auf Basis des Druck-Messwertes und/oder auf Basis der Pump-Leistung der Pumpe 104). Die Vorrichtung 101 kann ferner eingerichtet sein, den Korrekturwert 302 zur Korrektur der Soll-Menge 202 an Harnstoff 103, der in die Abgasleistung 110 injiziert werden soll, anhand der Kenndaten 300 und auf Basis der ermittelten Parameterwerte für die ein oder mehreren Betriebsparameter 301 der Harnstoff-Leitung 108 zu ermitteln. Das Dosierelement 112 kann dann in Abhängigkeit von der Soll-Menge 202 und in Abhängigkeit von dem ermittelten Korrekturwert 302 betrieben werden. So kann die Genauigkeit der Dosierung der injizierten Harnstoffmenge in effizienter Weise erhöht werden.The (control)
Die Vorrichtung 320 kann ferner eine Korrektureinheit 312 umfassen, die eingerichtet ist, unter Verwendung der Kenndaten 300 auf Basis der Parameterwerte für die ein oder mehreren Betriebsparameter 301 einen Korrekturwert 302 zu ermitteln. Der Korrekturwert 302 kann dazu verwendet werden, die Regler-Stellgröße 315 zu korrigieren. Dabei kann durch den Korrekturwert 302 ein Offset und/oder eine Skalierung der Regler-Stellgröße 315 bewirkt werden, um eine korrigierte Stellgröße 316 zu ermitteln. Das Dosierelement 112 kann dann mit der korrigierte Stellgröße 316 betrieben werden.The
Eine Stellgröße 315, 316 für das Dosierelement 112 kann Werte für ein oder mehrere Stellparameter des Dosierelements 112 anzeigen. Beispielhafte Stellparameter sind,
- • ein Pulsdauer eines Injektionspulses des
Dosierelements 112; - • eine Pulsfrequenz von Injektionspulsen;
- • eine Öffnungszeitdauer, in
der das Dosierelement 112 geöffnet ist; und/oder - • ggf. einen Öffnungsgrad, mit
dem das Dosierelement 112 geöffnet ist.
- • a pulse duration of an injection pulse of the
dosing element 112; - • a pulse frequency of injection pulses;
- • an opening period in which the
metering element 112 is open; and or - • If necessary, an opening degree with which the
metering element 112 is open.
Die Stellgröße 316 zum Betrieb des Dosierelements 112 kann somit direkt durch einen Korrekturwert 302 angepasst werden (z.B. im Rahmen einer Vorsteuerung). So kann eine besonders präzise Dosierung der Harnstoffmenge bewirkt werden.The manipulated
Wie bereits weiter oben dargelegt, konnten Dosiermengenabweichungen in Bezug auf die Dosierung von Harnstoff 103 erkannt werden. Dabei konnten insbesondere folgende Ursachen für die Dosiermengenabweichungen erkannt werden,
- • der Durchflusswiderstand der
SCR Dosierleitung 108 in Abhängigkeit des Massenstroms und/oder der Temperatur; - • eine dynamische Viskosität des Harnstoffs 103 in Abhängigkeit von der Temperatur (z.B. laminare Strömung in
der Dosierleitung 108 vs. turbulente Strömung im Spritzloch des Injektors 112); - • die Dichte des Harnstoffs 103 in Abhängigkeit von der Temperatur; und/oder
- • eine Abhängigkeit der dosierten Menge pro Injektionsschuss des Dosierelements 112 von der Steifigkeit und/oder der Elastizität des Dosierelements 112 und/oder der Dosierleitung 108 (Druckabfall während des Injektionsschusses).
- • the flow resistance of the
SCR metering line 108 depending on the mass flow and/or the temperature; - • a dynamic viscosity of the
urea 103 depending on the temperature (eg laminar flow in themetering line 108 vs. turbulent flow in the spray hole of the injector 112); - • the density of
urea 103 as a function of temperature; and or - • a dependence of the dosed quantity per injection shot of the
dosing element 112 on the stiffness and/or the elasticity of thedosing element 112 and/or the dosing line 108 (pressure drop during the injection shot).
Es können die physikalischen Gegebenheiten des SCR-Systems 120 über Prüfstands- und/oder Fahrversuche erfasst und in Kenndaten 300 abgebildet werden. Basierend darauf können dann Korrekturgrößen 302 zur Reduzierung der Dosiermengenabweichungen ermittelt werden.The physical conditions of the
Die Korrektur kann durch eine Funktion und/oder Kalibration bewirkt werden. z.B. kann im Rahmen einer Vorsteuerung eine präventive Korrektur des Ansteuerungssignals 316 des Dosierelements 112 bewirkt werden. Alternativ oder ergänzend kann im Rahmen eines Postprocessings eine Rückrechnung auf vorhergehende Events (Injektionspulse) und eine Korrektur in einem nachfolgenden Event (Injektionspuls) des Dosierelements 112 bewirkt werden. Dabei kann auf Basis der jeweils vorliegenden physikalischen Gegebenheiten eine Korrektur des Mindermengen-Deltas bewirkt werden. Die Korrektur kann als Korrekturfaktor auf eine Führungsgrößen 315 berechnet werden.The correction can be effected by a function and/or calibration. For example, a preventive correction of the
Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401 von Parameterwerten von ein oder mehreren Betriebsparametern 301 in Bezug auf den Betriebszustand der Harnstoff-Leitung 108 und/oder des Dosierelements 112. Die Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter 301 können den aktuellen Betriebszustand der Harnstoff-Leitung 108 beschreiben, insbesondere in Bezug auf den Volumen- und/oder Massenstrom des durch die Harnstoff-Leitung 108 fließenden Harnstoffs 103. Alternativ oder ergänzend können die ein oder mehreren Betriebsparameter 301 die Pulsdauer von ein oder mehreren vorhergehenden Injektionspulsen beschreiben, die (vor dem aktuellen Zeitpunkt) von dem Dosierelement 112 bewirkt wurden.The
Das Verfahren 400 umfasst ferner das Betreiben 402 des Dosierelements 112 (an dem aktuellen Zeitpunkt) in Abhängigkeit von den ermittelten Parameterwerten der ein oder mehreren Betriebsparameter 301. Dabei kann insbesondere eine Korrektur der von dem Dosierelement 112 bewirkten Injektionsmenge bewirkt werden (die sich z.B. durch ein oder mehrere Injektionspulse ergibt, die an oder nach dem aktuellen Zeitpunkt bewirkt werden).The
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann in effizienter Weise eine präzise Dosierung von Harnstoff 103 in einem SCR-System 120 bewirkt werden.Through the measures described in this document, precise metering of
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems by way of example.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- 101101
- (Steuer-) Vorrichtung(Control) device
- 102102
- Harnstoff-BehälterUrea tank
- 103103
- Harnstoffurea
- 104104
- Pumpepump
- 105105
- DrucksensorPressure sensor
- 106106
- TemperatursensorTemperature sensor
- 107107
- NOx SpeicherkatalysatorNO x storage catalytic converter
- 108108
- Harnstoff-LeitungUrea line
- 109109
- SCR-KatalysatorSCR catalyst
- 110110
- Abgas-LeitungExhaust pipe
- 111111
- Abgasexhaust
- 112112
- Dosierelement (Inj ektor)Dosing element (injector)
- 120120
- SCR-SystemSCR system
- 200200
- KenndatenCharacteristics
- 201201
- Abgasmengeexhaust gas quantity
- 202202
- Harnstoff-Soll-MengeUrea target amount
- 300300
- KenndatenCharacteristics
- 301301
- Betriebsparameter (der Harnstoff-Leitung)Operating parameters (of the urea line)
- 302302
- KorrekturwertCorrection value
- 310310
- ReglerRegulator
- 311311
- RegelfehlerRule error
- 312312
- KorrektureinheitCorrection unit
- 314314
- Istwert der HarnstoffmengeActual value of the amount of urea
- 315315
- Regler-StellgrößeController manipulated variable
- 316316
- korrigierte Stellgrößecorrected manipulated variable
- 400400
- Verfahren zum Betrieb des DosierelementsMethod for operating the metering element
- 401, 402401, 402
- VerfahrensschritteProcedural steps
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022105407.1A DE102022105407A1 (en) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | Method and device for operating a urea metering element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022105407.1A DE102022105407A1 (en) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | Method and device for operating a urea metering element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022105407A1 true DE102022105407A1 (en) | 2023-09-14 |
Family
ID=87759726
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022105407.1A Pending DE102022105407A1 (en) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | Method and device for operating a urea metering element |
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-
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- 2022-03-08 DE DE102022105407.1A patent/DE102022105407A1/en active Pending
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Legal Events
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