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.
The invention is further described in more detail using exemplary embodiments. Show it
  • 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 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einem SCR-System 120. Das SCR-System 120 umfasst einen Harnstoff-Behälter 102, der ausgebildet ist, Harnstoff 102, insbesondere ein Harnstoff-Wasser-Gemisch, aufzunehmen. Der Harnstoff-Behälter 102 kann z.B. über einen Betankungszugang (nicht dargestellt) mit Harnstoff 103 befüllt werden.As stated at the beginning, this document deals with the efficient and precise adjustment of the amount of urea in a vehicle's SCR system. In this context shows 1 an exemplary vehicle 100 with an SCR system 120. The SCR system 120 includes a urea container 102, which is designed to hold urea 102, in particular a urea-water mixture. The urea container 102 can be filled with urea 103, for example via a refueling access (not shown).

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 SCR system 120, urea 103 can be pumped out of the urea container 102 by a pump 104 and directed via a urea line 108 to a metering element 112 (e.g. to a valve and/or to an injection nozzle). The urea container 102 with the pump 104 can be arranged in the rear of the vehicle 100, and the metering element 112 can be arranged in the front area (e.g. in the engine compartment) of the vehicle 100. The urea line 108 can thus run from the rear to the front of the vehicle 100.

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 metering element 112 can be designed to inject urea 103 into the exhaust line 110 of the vehicle 100, in particular at a point between the NO x storage catalytic converter 107 and the SCR catalytic converter 109 (in which the selective catalytic reaction to reduce the NO x molecules in the exhaust gas 111 he follows). In order to eliminate the NO x molecules from the exhaust gas 111 as completely as possible, a certain amount of urea 103 should be injected into the exhaust gas line 110, depending on the amount of exhaust gas.

2 zeigt einen beispielhaften Zusammenhang 200 zwischen der Abgasmenge 201 (z.B. zwischen dem Volumen- und/oder Massenstrom des Abgases 111) und der zu injizierenden Soll-Menge 202 an Harnstoff 103. Der Zusammenhang 200 kann im Vorfeld experimentell und/oder analytisch ermittelt und auf einer Speichereinheit (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 100 gespeichert werden. Eine (Steuer-) Vorrichtung 101 des Fahrzeugs 100 kann eingerichtet sein, die von dem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 100 erzeugte Abgasmenge 201 (z.B. den Abgas-Massenstrom) zu ermitteln. Des Weiteren kann die Vorrichtung 101 eingerichtet sein, anhand des Zusammenhangs 200 und anhand der ermittelten Abgasmenge 201 die zu injizierende Soll-Menge 202 an Harnstoff 103 zu ermitteln. Das Dosierelement 112 und/oder die Pumpe 104 können dann betrieben werden, um zu bewirken, dass die ermittelte Soll-Menge 202 an Harnstoff 103 in die Abgasleitung 110 injiziert wird. 2 shows an exemplary relationship 200 between the amount of exhaust gas 201 (eg between the volume and / or mass flow of the exhaust gas 111) and the target amount 202 of urea 103 to be injected. The relationship 200 can be determined in advance experimentally and / or analytically and on a Storage unit (not shown) of the vehicle 100 are stored. A (control) device 101 of the vehicle 100 can be set up by the internal combustion engine (not shown) of the vehicle 100 to determine the amount of exhaust gas 201 generated (eg the exhaust gas mass flow). Furthermore, the device 101 can be set up to determine the target amount 202 of urea 103 to be injected based on the context 200 and the determined exhaust gas amount 201. The metering element 112 and/or the pump 104 can then be operated to cause the determined target amount 202 of urea 103 to be injected into the exhaust line 110.

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 SCR system 120 may include a pressure sensor 105 that is configured to determine pressure measurements related to the pressure within the urea line 108. The pressure measurement values can be determined at a measuring point that is arranged in the immediate vicinity of the pump 104 and/or at the inflow to the urea line 108. The (control) device 101 can be set up to operate the pump 104 depending on the pressure measured values of the pressure sensor 105, for example to cause the urea pressure at the measuring point to reach a specific target pressure value (approximately 6 bar). having. The metering of the injected amount of urea 103 can then possibly be effected independently of the operation of the pump 104, possibly solely by controlling and / or regulating the metering element 112.

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 SCR system 120 may further include a temperature sensor 106 that is configured to capture temperature measurements related to the temperature of the urea 103 at a measurement point. The measuring point can be arranged at the inflow to the urea line 108. The one or more temperature measurements can be taken into account when metering the amount of urea injected and/or when operating the pump 104.

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 urea 103 actually injected by the metering element 112 deviates from the target amount 202 to be injected during operation of the SCR system 120. The deviation can be different depending on the operating state of the SCR system 120, in particular depending on the operating state of the urea line 108. In particular, it can be observed that as the urea volume flow in the urea line 108 increases, the actual quantity increasingly lies below the target quantity. Furthermore, it can be observed that the extent of the deviations between the actual amount and the target amount depends on the temperature measurement values in relation to the temperature of the urea 103 at the inflow to the urea line 108.

Der Betriebszustand der Harnstoff-Leitung 108 kann durch Parameterwerte für ein oder mehrere Betriebsparameter 301 beschrieben werden (siehe 3a). Beispielhafte Betriebsparameter 301 sind,

  • • 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 operating state of the urea line 108 can be described by parameter values for one or more operating parameters 301 (see 3a) . Example operating parameters 301 are,
  • • the volume flow of urea 103 through the urea line 108, which can be determined, for example, based on the pump performance of the pump 104;
  • • the temperature of the urea 103 in the urea line 108, which can be detected, for example, based on the temperature measured values of the temperature sensor 106; and or
  • • the pressure in the urea line 108, which can be determined, for example, based on the pressure measured values of the pressure 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, characteristic data 300 can be determined analytically and/or experimentally and/or through simulations, which establish the relationship between the operating state of the urea line 108 (which can be described by parameter values for the one or more operating parameters 301) and a correction value 302 for correction display the target amount of 202 of urea 103. The identification data 300 can be stored on a storage unit of the vehicle 100.

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) device 101 can be set up to determine parameter values for one or more operating parameters 301 of the urea line 108 (e.g. based on the temperature measurement value, based on the pressure measurement value and/or based on the pump performance of the pump 104). The device 101 can also be set up to correct the correction value 302 for correcting the target amount 202 of urea 103 that is to be injected into the exhaust gas output 110, based on the characteristic data 300 and based on the determined parameter values for the one or more operating parameters 301 of the urea -Line 108 to be determined. The metering element 112 can then be operated depending on the target quantity 202 and depending on the determined correction value 302. In this way, the accuracy of the dosage of the injected amount of urea can be increased efficiently.

3b zeigt eine beispielhafte Vorrichtung 320 zur Steuerung und/oder Regelung des Dosierelements 112. Auf Basis der Abgasmenge 201 kann eine zu injizierende Soll-Menge 202 an Harnstoff 103 ermittelt werden. Zur Implementierung eines Regelkreises kann die Soll-Menge 202 mit einer erfassten Ist-Menge 314 verglichen werden, um einen Regelfehler 311 zu ermitteln, der durch einen Regler 310 in eine Regler-Stellgröße 315 zum Betrieb des Dosierelements 112 überführt wird. Die Ist-Menge 314 an injiziertem Harnstoff 103 kann auf Basis der zeitlich kumulierten Pump-Leistung der Pumpe 104 ermittelt werden. 3b shows an exemplary device 320 for controlling and/or regulating the metering element 112. Based on the exhaust gas quantity 201, a target quantity 202 of urea 103 to be injected can be determined. To implement a control loop, the target quantity 202 can be compared with a recorded actual quantity 314 in order to determine a control error 311, which is converted by a controller 310 into a controller manipulated variable 315 for operating the dosing element 112. The actual amount 314 of injected urea 103 can be determined based on the pump performance of the pump 104 accumulated over time.

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 device 320 can further include a correction unit 312, which is set up to determine a correction value 302 using the characteristic data 300 based on the parameter values for the one or more operating parameters 301. The correction value 302 can be used to correct the controller manipulated variable 315. The correction value 302 can cause an offset and/or a scaling of the controller manipulated variable 315 in order to determine a corrected manipulated variable 316. The metering element 112 can then be operated with the corrected manipulated variable 316.

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 control variable 315, 316 for the metering element 112 can display values for one or more control parameters of the metering element 112. Examples of control parameters are:
  • • 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 variable 316 for operating the metering element 112 can thus be adjusted directly by a correction value 302 (e.g. as part of a pilot control). In this way, a particularly precise dosage of the amount of urea can be achieved.

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).
As already explained above, dosage deviations in relation to the dosage of urea 103 could be detected. In particular, the following causes for the dosage quantity deviations were identified:
  • • 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 the metering 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 the dosing 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 SCR system 120 can be recorded via test bench and/or driving tests and mapped in characteristic data 300. Based on this, correction variables 302 can then be determined to reduce the dosage quantity deviations.

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 control signal 316 of the metering element 112 can be effected as part of a precontrol. Alternatively or additionally, as part of post-processing, a back calculation of previous events (injection pulses) and a correction in a subsequent event (injection pulse) of the dosing element 112 can be effected. A correction of the shortfall delta can be effected based on the existing physical conditions. The correction can be calculated as a correction factor based on a reference variable 315.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines (ggf. Computer-implementierten) Verfahrens 400 zum Betrieb eines Dosierelements 112, z.B. einer Injektionsdüse, eines SCR-Systems 120 zum Bewirken einer selektiven katalytischen Reaktion von Stockoxiden in dem Abgas 111 eines Verbrennungsmotors (insbesondere eines Dieselmotors). Das SCR-System 120 umfasst eine Harnstoff-Leitung 108, über die Harnstoff 103 an dem Dosierelement 112 bereitgestellt wird. Ferner ist das Dosierelement 112 ausgebildet, Harnstoff 103 aus der Harnstoff-Leitung 108 in die Abgasleitung 110 mit dem Abgas 111 des Verbrennungsmotors zu injizieren. Dabei können von dem Dosierelement 112 Injektionspulse bewirkt werden. 4 shows a flowchart of a (possibly computer-implemented) method 400 for operating a metering element 112, for example an injection nozzle, of an SCR system 120 for effecting a selective catalytic reaction of nitrogen oxides in the exhaust gas 111 of an internal combustion engine (in particular a diesel engine). The SCR system 120 includes a urea line 108, via which urea 103 is provided to the metering element 112. Furthermore, the metering element 112 is designed to inject urea 103 from the urea line 108 into the exhaust line 110 with the exhaust gas 111 of the internal combustion engine. The dosing element 112 can cause injection pulses.

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 method 400 includes determining 401 parameter values of one or more operating parameters 301 in relation to the operating state of the urea line 108 and/or the metering element 112. The parameter values of the one or more operating parameters 301 can describe the current operating state of the urea line 108 , in particular with regard to the volume and / or mass flow of the urea 103 flowing through the urea line 108. Alternatively or additionally, the one or more operating parameters 301 can describe the pulse duration of one or more previous injection pulses that (before the current point in time) were caused by the metering element 112.

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 method 400 further includes operating 402 the dosing element 112 (at the current time) as a function of the determined parameter values of the one or more operating parameters 301. In particular, a correction of the injection quantity caused by the dosing element 112 can be effected (which is, for example, by a or multiple injection pulses that are effected on or after the current time).

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 urea 103 in an SCR system 120 can be effected in an efficient manner.

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)

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; wobei das Dosierelement (112) ausgebildet ist, Harnstoff (103) aus der Harnstoff-Leitung (108) in eine Abgasleitung (110) mit dem Abgas (111) des Verbrennungsmotors zu injizieren; wobei die Vorrichtung (101, 320) eingerichtet ist, - Parameterwerte von ein oder mehreren Betriebsparametern (301) in Bezug auf einen Betriebszustand der Harnstoff-Leitung (108) und/oder des Dosierelements (112) zu ermitteln; und - das Dosierelement (112) in Abhängigkeit von den ermittelten Parameterwerten der ein oder mehreren Betriebsparameter (301) zu betreiben.Device (101, 320) for operating a metering element (112) of an SCR system (120) for causing 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); wherein the metering element (112) is designed to inject urea (103) from the urea line (108) into an exhaust line (110) with the exhaust gas (111) of the internal combustion engine; wherein 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); and - to operate the metering element (112) depending on the determined parameter values of the one or more operating parameters (301). Vorrichtung (101, 320) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (101, 320) eingerichtet ist, - Abgasinformation in Bezug auf eine Abgasmenge (201) von Abgas (111) in der Abgasleitung (110) zu ermitteln; - auf Basis der Abgasinformation eine Soll-Menge (202) an Harnstoff (103) zu ermitteln, die von dem Dosierelement (112), insbesondere in einem Injektionspuls, in die Abgasleitung (110) zu injizieren ist; und - das Dosierelement (112) auch in Abhängigkeit von der ermittelten Soll-Menge (202) zu betreiben.Device (101, 320) according to Claim 1 , wherein the device (101, 320) is set up to - determine exhaust gas information in relation to an exhaust gas quantity (201) of exhaust gas (111) in the exhaust gas line (110); - based on the exhaust gas information, to determine a target amount (202) of urea (103) which is to be injected into the exhaust gas line (110) by the metering element (112), in particular in an injection pulse; and - to operate the metering element (112) depending on the determined target quantity (202). Vorrichtung (101, 320) gemäß Anspruch 2, wobei die Vorrichtung (101, 320) eingerichtet ist, - auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter (301) einen Korrekturwert (302) zu ermitteln; - die Soll-Menge (202) und/oder eine auf Basis der Soll-Menge (202), insbesondere unter Verwendung eines Reglers (310), ermittelte Stellgröße (315) auf Basis des Korrekturwertes (302) zu korrigieren, um eine korrigierte Stellgröße (316) zu ermitteln; und - das Dosierelement (112) in Abhängigkeit von der korrigierten Stellgröße (316) zu betreiben.Device (101, 320) according to Claim 2 , wherein the device (101, 320) is set up to - determine a correction value (302) based on the determined parameter values of the one or more operating parameters (301); - to correct the target quantity (202) and/or a manipulated variable (315) determined on the basis of the target quantity (202), in particular using a controller (310), on the basis of the correction value (302) in order to produce a corrected manipulated variable (316) to determine; and - to operate the metering element (112) depending on the corrected manipulated variable (316). Vorrichtung (101, 320) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101, 320) eingerichtet ist, - auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter (301) und anhand von Kenndaten (300) einen Korrekturwert (302) zu ermitteln; und - das Dosierelement (112) in Abhängigkeit von dem ermittelten Korrekturwert (302) zu betreiben, insbesondere einen Injektionspuls des Dosierelements (112) in Abhängigkeit von dem ermittelten Korrekturwert (302) anzupassen.Device (101, 320) according to one of the preceding claims, wherein the device (101, 320) is set up - to determine a correction value (302) based on the determined parameter values of the one or more operating parameters (301) and based on characteristic data (300); and - to operate the dosing element (112) as a function of the determined correction value (302), in particular to adapt an injection pulse of the dosing element (112) as a function of the ascertained correction value (302). Vorrichtung (101, 320) gemäß Anspruch 4, wobei - die Kenndaten (300) im Vorfeld experimentell und/oder analytisch und/oder durch Simulationen ermittelt wurden; und/oder - die Kenndaten (300) für unterschiedliche Kombinationen von Parameterwerten der ein oder mehreren Betriebsparameter (301) jeweils einen Korrekturwert (302) anzeigen.Device (101, 320) according to Claim 4 , wherein - the characteristics (300) were determined in advance experimentally and/or analytically and/or through simulations; and/or - the characteristic data (300) each display a correction value (302) for different combinations of parameter values of the one or more operating parameters (301). Vorrichtung (101, 320) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ein oder mehreren Betriebsparameter (301) umfassen, - einen Betriebsparameter (301) in Bezug auf einen Volumenstrom und/oder einen Massenstrom von Harnstoff (103) durch die Harnstoff-Leitung (108); und/oder - einen Betriebsparameter (301) in Bezug auf eine Temperatur des Harnstoffs (103) in der Harnstoff-Leitung (108); und/oder - einen Betriebsparameter (301) in Bezug auf einen Druck des Harnstoffs (103) in der Harnstoff-Leitung (108); und/oder - einen Betriebsparameter (301) in Bezug auf eine Pulsdauer eines vorhergehenden Injektionspulses des Dosierelements (112).Device (101, 320) according to one of the preceding claims, wherein the one or more operating parameters (301) comprise, - an operating parameter (301) in relation to a volume flow and/or a mass flow of urea (103) through the urea line (108); and or - an operating parameter (301) in relation to a temperature of the urea (103) in the urea line (108); and or - an operating parameter (301) in relation to a pressure of the urea (103) in the urea line (108); and or - an operating parameter (301) in relation to a pulse duration of a previous injection pulse of the dosing element (112). Vorrichtung (101, 320) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das SCR-System (120) derart ausgebildet ist, dass die Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter (301) auf Basis von ein oder mehreren Messwerten ermittelt werden, die an zumindest einem Messpunkt erfasst werden, der an einem Zufluss zu der Harnstoff-Leitung (108) angeordnet ist; und - das Dosierelement (112) an einem gegenüberliegenden Abfluss der Harnstoff-Leitung (108) angeordnet ist.Device (101, 320) according to one of the preceding claims, wherein - the SCR system (120) is designed such that the parameter values of the one or more operating parameters (301) are determined based on one or more measured values that are recorded at at least one measuring point, which is at an inflow to the urea line (108) is arranged; and - The metering element (112) is arranged at an opposite outlet of the urea line (108). Vorrichtung (101, 320) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101, 320) eingerichtet ist, - auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter (301) einen Korrekturwert (302) zu ermitteln, durch den - zumindest teilweise ein Druckverlust von Harnstoff (103) zwischen einem Zufluss und einem Abfluss der Harnstoff-Leitung (108) kompensiert wird; und/oder - zumindest teilweise ein Durchflusswiderstand der Harnstoff-Leitung (108) berücksichtigt wird; und/oder - zumindest teilweise eine Temperaturabhängigkeit einer Dichte und/oder einer Viskosität des Harnstoffs (103) berücksichtigt wird; und/oder - zumindest teilweise ein Druckabfall an dem Dosierelement (112) während eines von dem Dosierelements (112) bewirkten Injektionspulses kompensiert wird; und - das Dosierelement (112) in Abhängigkeit von dem ermittelten Korrekturwert (302) zu betreiben.Device (101, 320) according to one of the preceding claims, wherein the device (101, 320) is set up - to determine a correction value (302) based on the determined parameter values of the one or more operating parameters (301), through which - at least partially compensating for a pressure loss of urea (103) between an inflow and an outflow of the urea line (108); and or - at least partially a flow resistance of the urea line (108) is taken into account; and or - a temperature dependence of a density and/or a viscosity of the urea (103) is at least partially taken into account; and or - at least partially compensating for a pressure drop at the metering element (112) during an injection pulse caused by the metering element (112); and - to operate the metering element (112) depending on the determined correction value (302). Vorrichtung (101, 320) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101, 320) eingerichtet ist, - auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter (301), insbesondere unter Verwendung einer Vorsteuerung, eine korrigierte Stellgröße (316) zu ermitteln; wobei die korrigierte Stellgröße (316) insbesondere eine Pulsfrequenz, eine Pulsdauer und/oder einen Öffnungsgrad von ein oder mehreren Injektionspulsen des Dosierelements (112) zur Injektion von Harnstoff (103) anzeigt; und - das Dosierelement (112) auf Basis der korrigierten Stellgröße (316) zu steuern.Device (101, 320) according to one of the preceding claims, wherein the device (101, 320) is set up - to determine a corrected manipulated variable (316) based on the determined parameter values of the one or more operating parameters (301), in particular using a pilot control; wherein the corrected manipulated variable (316) indicates in particular a pulse frequency, a pulse duration and/or a degree of opening of one or more injection pulses of the metering element (112) for injecting urea (103); and - to control the metering element (112) based on the corrected manipulated variable (316). Vorrichtung (101, 320) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101, 320) eingerichtet ist, - auf Basis der ermittelten Parameterwerte der ein oder mehreren Betriebsparameter (301) eine Mindermenge an Harnstoff (103) zu ermitteln, die im Rahmen eines vorhergehenden Injektionspulses von dem Dosierelement (112) in die Abgasleitung (110) injiziert wurde; und - das Dosierelement (112) derart zu betreiben, dass die Mindermenge durch einen nachfolgenden Injektionspuls des Dosierelements (112) zumindest teilweise oder vollständig kompensiert wird.Device (101, 320) according to one of the preceding claims, wherein the device (101, 320) is set up - based on the determined parameter values of the one or more operating parameters (301), to determine a minimum amount of urea (103) that was injected into the exhaust pipe (110) by the metering element (112) as part of a previous injection pulse; and - to operate the metering element (112) in such a way that the shortage is at least partially or completely compensated for by a subsequent injection pulse of the metering element (112). Vorrichtung (101, 320) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das SCR-System (120) eine Pumpe (104) umfasst, die ausgebildet ist, Harnstoff (103) in einen Zufluss der Harnstoff-Leitung (108) zu pumpen; - das SCR-System (120) einen Drucksensor (105) umfasst, der eingerichtet ist, Druck-Messwerte in Bezug auf einen Druck von Harnstoff (103) an einem Messpunkt an dem Zufluss der Harnstoff-Leitung (108) zu erfassen; und - die Vorrichtung (101, 320) eingerichtet ist, die Pumpe (104) in Abhängigkeit von den Druck-Messwerten zu betreiben, insbesondere um zu bewirken, dass der Druck von Harnstoff (103) an dem Messpunkt einen Soll-Druckwert aufweist.Device (101, 320) according to one of the preceding claims, wherein - the SCR system (120) comprises a pump (104) which is designed to pump urea (103) into an inflow of the urea line (108); - the SCR system (120) comprises a pressure sensor (105) which is set up to record pressure measurement values in relation to a pressure of urea (103) at a measuring point at the inflow of the urea line (108); and - the device (101, 320) is set up to operate the pump (104) depending on the pressure measured values, in particular to ensure that the pressure of urea (103) at the measuring point has a target pressure value. Verfahren (400) 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; wobei das Dosierelement (112) ausgebildet ist, Harnstoff (103) aus der Harnstoff-Leitung (108) in eine Abgasleitung (110) mit dem Abgas (111) des Verbrennungsmotors zu injizieren; wobei das Verfahren (400) umfasst, - Ermitteln (401) von Parameterwerten von ein oder mehreren Betriebsparametern (301) in Bezug auf einen Betriebszustand der Harnstoff-Leitung (108) und/oder des Dosierelements (112); und - Betreiben (402) des Dosierelements (112) in Abhängigkeit von den ermittelten Parameterwerten der ein oder mehreren Betriebsparameter (301).Method (400) for operating a metering element (112) of an SCR system (120) for effecting 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); wherein the metering element (112) is designed to inject urea (103) from the urea line (108) into an exhaust line (110) with the exhaust gas (111) of the internal combustion engine; wherein the method (400) comprises, - Determining (401) 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); and - operating (402) the metering element (112) depending on the determined parameter values of the one or more operating parameters (301).
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