DE112009000824B4

DE112009000824B4 - Dosiersystem und Verfahren zur Überwachung der Effizienz eines Dosiereinspritzventils

Info

Publication number: DE112009000824B4
Application number: DE112009000824.0T
Authority: DE
Inventors: Javier FRANCO; Thomas A. Grana; Daniel D. Wilhelm; Xiao Lin
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: CN102027210A; US8155860B2; BRPI0911277A2; BRPI0911277B1; WO2009145933A1; DE112009000824T5; US20090248361A1; CN102027210B

Abstract

Verfahren zur Überwachung der Effizienz eines zum Einspritzen eines Fluids in ein Abgas konfigurierten und angeordneten Dosiereinspritzventils (12), umfassend:Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) nicht einspritzt;Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) bei einer vorbestimmten befohlenen Einspritzrate einspritzt; undErmitteln eines Durchschnittsdruckunterschieds des Fluids zwischen dem Durchschnittsdruck des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) nicht einspritzt, und dem Durchschnittsdruck des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) bei einer vorbestimmten befohlenen Einspritzrate einspritzt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Effizienz eines Dosiereinspritzventils und ein Dosiersystem zum Einspritzen eines Dosiermittel in das Abgas in einem Nachbehandlungssystem.
HINTERGRUND
Die Verwendung eines Nachbehandlungssystems zur Behandlung von Abgas, bevor das Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird, ist bekannt. Ein bekanntes Nachbehandlungssystem verwendet ein Diesel-Oxidationskatalysator-(diesel oxidation catalyst, DOC)-Gerät, das mit dem Abgas reagieren soll, um Stickstoff in Stickstoffdioxid umzuwandeln. Im Fall von Dieselabgas, kann ebenfalls ein Dieselpartikelfilter (diesel particulate filter, DPF) stromabwärts zu dem DOC bereitgestellt sein, um physikalisch Ruß oder Feinstaub aus dem Abgasstrom zu entfernen.
Wenn Abgastemperaturen ausreichend hoch sind, wird Ruß durchgängig von dem DPF durch Oxidation des Rußes entfernt. Wenn die Abgastemperatur nicht ausreichend hoch ist, kommt aktive Regeneration zum Einsatz. Im Fall von Dieselmotorabgas ist eine Form der aktiven Regeneration das Einspritzen von Kraftstoff in das Abgas stromaufwärts zu dem DOC. Die daraufhin folgende chemische Reaktion zwischen dem Kraftstoff und dem DOC erhöht die Abgastemperatur in dem Maße, dass der Ruß in dem DPF oxidiert wird.
Ein Dosiersystem, das ein Dosiereinspritzventil beinhaltet, wird verwendet, um den Kraftstoff in das Abgas einzuspritzen. Verfall des Dosiereinspritzventils kann im Laufe der Zeit eintreten, beispielsweise aufgrund von Kohlenstoffanlagerung an der Dosierspitze oder einer Verringerung der Dosierschläge. Es wird angenommen, dass Dosierverfall eines der häufigsten Fehlerkriterien bei Nachbehandlungssystemen ist. Ein bekanntes Verfahren zur Dosierüberwachung, das versucht, die Effizienz des Dosiereinspritzventils zu ermitteln, erfasst den Temperaturunterschied über den DOC. Die Effektivität dieses Verfahrens nimmt jedoch mit dem Verfall des DOC, der nicht unabhängig überwacht werden kann, ab.
Die DE 103 60 891 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Dosierventils. Die US 5 709 080 A beschreibt ein Verfahren zum Detektieren eines Lecks in einem HC Fluidvorrat eines Abgasnachbehandlungssystems. Die WO 2008 / 130 284 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung der Funktion einer Nachbehandlungsdüse.
DARSTELLUNG
Verbesserte Verfahren zur Echtzeitüberwachung der Dosiereffizienz sind beschrieben, die verwendet werden können, um die Effizienz von Dosiersystemen zu überwachen. Die offenbarten Verfahren können in vielen verschiedenen Bereichen implementiert werden. Beispielsweise kann bei einer Anwendung bei einem Diesel-Lastkraftwagen die Dosiereffizienz die ganze Zeit überwacht werden, egal, ob der Lastkraftwagen sich in Bewegung oder im Stillstand befindet.
Verfahren zur Überwachung der Effizienz eines Dosiereinspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindung sind in Anspruch 1 und im nebengeordneten Anspruch 6 angegeben. Ein Dosiersystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 9 angegeben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Bei einer offenbarten Ausführungsform, die hierin als das Durchschnittsdruckunterschiedverfahren bezeichnet wird, wird die Effizienz eines Dosiereinspritzventils, das so konfiguriert und ausgelegt ist, um ein Fluid, wie beispielsweise ein Dosiermittel, in ein Abgas einzuspritzen, durch Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil nicht einspritzt, und durch Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil bei einer vorbestimmten befohlenen Einspritzrate einspritzt, überwacht. Der Unterschied zwischen dem Durchschnittsdruck, wenn das Dosiereinspritzventil nicht einspritzt, und dem Durchschnittsdruck, wenn das Dosiereinspritzventil einspritzt, wird sodann ermittelt. Anschließend wird der ermittelte Druckunterschied mit einem vorbestimmten erwarteten Druckunterschied verglichen. Der Durchschnittsdruck beim Einspritzen kann bei einer geeigneten Dosierfrequenz, beispielsweise 10 Hz, ermittelt werden.
Das eingespritzte Fluid kann ein geeignetes Dosiermittel sein, u. a. Kohlenwasserstoffbrennstoffe, wie z. B. Diesel, Alkohole, Harnstoff, Ammoniak, Erdgas, und andere Mittel, die für die Verwendung bei der Nachbehandlung von Abgasen geeignet sind. Die erfindungsgemäßen Konzepte des Durchschnittsdruckunterschiedverfahrens sind jedoch nicht auf diese Arten von Dosiermitteln beschränkt. Das Durchschnittsdruckunterschiedverfahren ist ebenfalls nützlich, wenn Luft das eingespritzte Arbeitsfluid ist.
Bei einer anderen offenbarten Ausführungsform, die hierin als das Durchschittsmomentan- oder Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren bezeichnet wird, wird ein Verfahren zur Überwachung der Dosiereffizienz beschrieben, das den Durchschnittsinstantdruckunterschied bzw. den Durchschnittsmomentandruckunterschied ermittelt, der als der Durchschnittsdruck definiert ist, während der Dosierer abgeschaltet ist abzüglich dem Durchschnittsdruck während der Dosierer innerhalb eines Arbeitszyklus des Dosiereinspritzventil angeschaltet ist. Bei diesem Verfahren kann die Effizienz durch das Ermitteln des Durchschnittsinstantdruckunterschieds des Dosiermittels über eine Öffnung, wie z. B. innerhalb einer Absperrventil-Anordnung, innerhalb eines Arbeitszyklus des Dosiereinspritzventils überwacht werden. Das Dosiereinspritzventil wird vorzugsweise durch Pulsweitenmodulation geregelt.
Ansprüche 1 und 6 geben die Überwachung der Effizienz eines Dosiereinspritzventils mittels des Durchschnittsdruckunterschiedverfahrens oder des Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahrens wieder. Es wird in Erwägung gezogen, dass Ansprüche 1 und 6 nur das Durchschnittsdruckunterschiedverfahren ohne Wiedergabe des Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahrens wiedergeben könnten. Gleichermaßen wird in Erwägung gezogen, dass Ansprüche 1 und 6 nur das Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren ohne Wiedergabe des Durchschnittsdruckunterschiedverfahrens wiedergeben könnten.
Der Durchschnittsinstantdruckunterschied ist der maximale Druckabfall, sodass ein besserer Rauschabstand erzielt wird, verglichen mit dem Durchschnittsdruckunterschiedverfahren, und ist unabhängig von dem Dosierbefehl. Das Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren ist ebenfalls genauer, beispielsweise innerhalb einer Fehlerquote von 5 %.
Die Verfahren zur Echtzeitüberwachung der Dosiereffizienz können durch ein Dosiersystem nach Anspruch 9 implementiert werden, das ein Dosiereinspritzventil, das so konfiguriert und ausgelegt ist, um ein Dosiermittel in ein Abgas einzuspritzen, eine Dosiermittelzuleitung, die mit dem Dosiereinspritzventil verbunden ist, und eine Dosiermittel-Absperrventil-Anordnung, die mit der Zuleitung verbunden ist, die so konfiguriert und ausgelegt ist, um das Strömen des Dosiermittels in der Zuleitung und zu dem Dosiereinspritzventil zu regeln, umfasst. Die Ventil-Anordnung beinhaltet einen Drucksensor zum Erkennen eines Dosiermitteldrucks in der Ventil-Anordnung. Ein Regler kann verwendet werden, um die Effizienz des Dosiereinspritzventils zu überwachen.
Die offenbarten Verfahren können eine Überwachung in Sekundenschnelle ausführen, was sogar gut während des laufenden Motorbetriebs und Dosierung funktioniert. Die offenbarten Verfahren weisen ebenfalls eine erhöhte Genauigkeit verglichen mit Verfahren des Standes der Technik auf. Die offenbarten Verfahren sind ebenfalls unabhängig von der Leistung, z. B. Verfall, von einzelnen Nachbehandlungskomponenten, genauso wie das derzeitige temperaturbasierte Effizienzüberwachungsverfahren.
Die offenbarten Verfahren erlauben eine Erfüllung der On-Board-Diagnose-Anforderung für das Jahr 2010, laut der eine unabhängige Überwachung für jede Nachbehandlungskomponente erforderlich ist. Außerdem verringert die höhere Effizienz, die durch die offenbarten Verfahren erzielt wird, das Einspritzen von überschüssigem Kraftstoff, genannt Kohlenwasserstoffüberlauf, wodurch eine Verletzung der Kohlenwasserstoffemissionsrichtlinien vermieden wird. Außerdem wird das Vorkommnis von falsch erkannten „schlechten“ Dosierern verringert, wodurch Gewährleistungskosten hinsichtlich Austauschs des Dosierers verringert werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 veranschaulicht ein beispielhaftes Dosiersystem, das die hierin beschriebenen Verfahren zur Echtzeitüberwachung der Dosiereffizienz implementieren kann.
2 veranschaulicht die Absperrventil-Anordnung des Systems in 1.
3 ist eine Detailansicht des Teils in Kasten 3 von 2, und veranschaulicht die getrimmte Öffnung in der Absperrventil-Anordnung.
4 veranschaulicht eine Druckanzeige über eine Zyklusperiode des Dosiereinspritzventils, einsetzbar in dem Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren.
5 ist ein Graph des Dosiermitteldrucks gegenüber Zeit bei unterschiedlichen Dosierraten, einsetzbar in dem Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren.
6 ist ein Graph der Dosiereffizienz gegenüber Instantdruckunterschied für 6 Dosiereinspritzventile mit unterschiedlichen Verfallniveaus, einsetzbar in dem Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren.
7 ist ein Graph von Dosiermitteldruck und Dosierrate gegenüber Zeit.
8 gibt das Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren über eine Zyklusperiode des Dosiereinspritzventils wieder.
9A-C sind Graphen, die sich auf das Durchschnittsdruckunterschiedverfahren der Überwachung der Dosiereffizienz beziehen.
10 veranschaulicht das Durchschnittsdruckunterschiedverfahren.
11 ist ein Graph des erwarteten Druckabfalls gegenüber Dosierrate, einsetzbar in dem Durchschnittsdruckunterschiedverfahren, wie in 9A-C veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1, ist ein Dosiersystem 10 für ein Abgasnachbehandlungssystem veranschaulicht. Um die einzelnen Konzepte besser beschreiben zu können, wird diese Beschreibung das Dosiersystem 10 als ein Kohlenwasserstoffdosiersystem für einen Dieselmotor beschreiben, das Diesel in Abgas von dem Motor einspritzt. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die einzigartigen hierin beschriebenen Konzepte auf andere Dosiersysteme angewendet werden können, die andere Arten von Dosiermitteln einspritzen.
Die Grundkonfiguration und der Betrieb des Dosiersystems 10 und des Nachbehandlungssystems sind dem Fachmann wohl bekannt. Das Dosiersystem 10 beinhaltet ein Dosiereinspritzventil 12, das mit einem Abgas-Verbindungsrohr 14, das mit dem Abgas von einem Motor verbunden ist, verbunden ist (nicht veranschaulicht). Als Teil des Nachbehandlungssystems strömen die Abgase in dem Verbindungsrohr 14 zu einem Diesel - Oxidationskatalysator-(diesel oxidation catalyst, DOC)-Gerät, das mit dem Abgas reagieren soll, um Stickstoff in Stickstoffdioxid umzuwandeln. Ein Dieselpartikelfilter (diesel particulate filter, DPF) ist stromabwärts zu dem DOC bereitgestellt sein, um Ruß oder Feinstaub aus dem Abgasstrom zu entfernen.
Das Dosiereinspritzventil 12 ist so konfiguriert und ausgelegt, dass es ein Dosiermittel, das bei dieser beispielhaften Ausführungsform Diesel ist, in das Abgas in dem Rohr 14 einspritzt, um die Temperatur des DOC zu erhöhen. Der Kraftstoff wird über eine Kraftstoffzuleitung 16 zugeführt. Eine Absperrventil-Anordnung 18 ist mit der Zuleitung 16 verbunden, und ist so konfiguriert und ausgelegt, um das Strömen von Kraftstoff in der Zuleitung 16 und zu dem Dosiereinspritzventil 12 zu regeln.
Details zu der Absperrventil-Anordnung 18 sind in 2 und 3 veranschaulicht. Die Anordnung 18 beinhaltet eine Kraftstoffeinlassöffnung 20, eine Kraftstoffauslassöffnung 22, die mit der Zuleitung 16 verbunden ist, und eine Ablassöffnung 24. Ein Drucksensor 26, der mit der Ventil-Anordnung 18 verbunden ist, erfasst Kraftstoffdruck in der Anordnung 18. Eine getrimmte Öffnung 28 ist bereitgestellt, um den Kraftstoffdruck in der Anordnung 18 stabiler zu halten. Die Ausgestaltung und der Betrieb der in 2 und 3 veranschaulichten Ventil-Anordnung 18 entsprechen dem Standard.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1, ist ein Regler 30 mit dem Drucksensor 26 verbunden und empfängt von diesem Druckanzeigen. Bei einer Ausführungsform überwacht die Steuerung bzw. der Regler 30 die Effizienz des Dosiereinspritzventils 12 durch Ermitteln des Durchschnittsinstantdruckunterschieds des Kraftstoffs bei der Absperrventil-Anordnung 18 innerhalb eines Arbeitszyklus des Dosiereinspritzventils, das durch Pulsweitenmodulation (pulse-width modulation, PWM) geregelt wird. Der Regler 30, der ein elektronisches Reglermodul (electronic control module, ECM) sein kann, kann ebenfalls das Nachbehandlungssystem regeln. Das Dosiereinspritzventil 12 wird durch einen getrennten PWM-Regler 32 geregelt.
Das Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren zur Überwachung der Dosiereffizienz wird nun unter Bezugnahme auf 4-7, zusammen mit 1-3, beschrieben. Die Kraftstoffdosierrate wird durch den Arbeitszyklus des PWM-Reglers geregelt. 4 zeigt eine Zyklusperiode T von Dosierdruck, wobei P_ab und P_an der Kraftstoffdruck sind, der von dem Drucksensor 26 gemessen wird, wenn das Dosiereinspritzventil abgeschaltet bzw. angeschaltet ist. Alle Verweise hierin auf Druck und die Drücke, die in 5-7 gezeigt sind, sind der Kraftstoffdruck, der von dem Drucksensor 26 in der Ventil-Anordnung 18 gemessen wird. P_durchs ist der Durchschnittsdruck, wenn der Dosierer Kraftstoff in diesem Arbeitszyklus einspritzt, der sich wie folgt berechnet: $\begin{matrix} P_{d u r c h} = \frac{P_{a n} \cdot T_{a n} + P_{a n} \cdot (T - T_{a n})}{T} \\ = P_{a n} \cdot R_{D C} + P_{a b} \cdot (1 - R_{D C}) \end{matrix}$

wobei $R_{D C} = \frac{T_{a n}}{T}$
Verhältnis von Arbeitszyklus
Der Durchschnittsdruckunterschied, ΔP_durchs, kann wie folgt berechnet werden: $\begin{matrix} Δ P_{d u r c h s} = P_{a b} - P_{d u r c h s} \\ = P_{a b} - P_{a n} \cdot R_{D C} - P_{a b} \cdot (1 - R_{D C}) \\ = (P_{a b} - P_{a n}) \cdot R_{D C} \\ = Δ P_{i n s} \cdot R_{D C} \end{matrix}$
Der Durchschnittsinstantdruckunterschied, ΔP_ins, ist der Durchschnittsdruckunterschied durch einen Faktor des Arbeitszyklus. Der Durchschnittsinstantdruckunterschied ist im Wesentlichen von der Dosierrate unabhängig. Dies geht hervor aus 5, die einen Graphen eines Dosiermitteldrucks gegenüber Zeit bei verschiedenen Dosierraten veranschaulicht. In 5 kann gesehen werden, dass der Druckunterschied (d. h. der Unterschied zwischen dem maximalen Druck P_ab und dem minimalen Druck P_an) im Wesentlichen konstant bleibt, sogar wenn sich die Dosierraten ändern.
6 ist ein Graph der Dosiereffizienz gegenüber Durchschnittsinstantdruckunterschied für 6 Dosiereinspritzventile mit unterschiedlichen Verfallniveaus. Aus diesem Graph kann ermittelt werden, dass unter den Bedingungen, die in dem Graph dargelegt sind (z. B. bei einem Zufuhrdruck von ca. 1200 kPa), eine Schwankung von 10 kPa in dem Instantdruckunterschied ca. 3,1 % Dosiereffizienzfehler bedeutet.
7 ist ein Graph, der verschiedene Druckmessungen veranschaulicht, wenn die Kraftstoffdosierrate sich von ca. 1,4 g/s auf ca. 0,8 g/s innerhalb von 2,2 Sekunden bei einem Zufuhrdruck von ca. 1950 kPa ändert. Der Graph stellt die einzelnen Instantdruckanzeigen 40 gegenüber Zeit, den Durchschnittsdruck 42 gegenüber Zeit, den Durchschnittsinstantdruck 44 gegenüber Zeit, und die Dosierrate 46 gegenüber Zeit dar.
8 veranschaulicht das Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren, in dem der Durchschnittsdruck bei abgeschaltetem Dosierer und der Durchschnittsdruck über einen Arbeitszyklus bei angeschaltetem Dosierer veranschaulicht sind. T₁ ist die anfängliche Verzögerungszeit, um ein Überschwingen des Signals zu vermeiden, während T₂ die Pufferzeit ist, um fallende Flankendaten zu vermeiden.
Bei dem hierin beschriebenen Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren werden durch das Verlassen auf den Durchschnittsinstantdruckunterschied innerhalb eines einzelnen Arbeitszyklus Arbeitszyklusfehler beseitigt. Zusätzlich verlässt sich das Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren über den einzelnen Arbeitszyklus auf einen verhältnismäßig großen Bereich an Instantdruckunterschied, wie in 7 gezeigt, wie ca. 256 kPa. Dies hilft dabei, die Auswirkung von Druckschwankungen auf die Dosiereffizienz zu minimieren. In 7 verbleibt der Durchschnittsinstantdruck 44 bei abgeschaltetem Dosierer verhältnismäßig stabil bei ca. 1950 kPa, was der angenommene Zufuhrdruck ist. Die Schwankung in dem Instantdruckunterschied bei angeschaltetem Dosiereinspritzventil variiert um ca. 10 kPa. Angenommen, der in 7 verwendete Dosierer ist ein 100 % effizienter Dosierer, und angenommen, dass ein 100 % Effizienzdosierer bei 1950 kPa Zufuhrdruck einen Instantdruckunterschied von 256 kPa aufweist, dann kann der Dosiereffizienzfehler ermittelt werden, indem die Schwankung in dem Instantdruckunterschied, 10 kPa, ermittelt wird, und indem diese durch den Druckunterschiedbereich von 256 kPa geteilt wird. Der Dosiereffizienzfehler bei dem Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren beträgt daher ca. 3,9 %.
Das Durchschnittsdruckunterschiedverfahren zur Überwachung der Dosiereffizienz ist in 9A-C, 10 und 11, zusammen mit 7, beschrieben. Dieses Verfahren vergleicht den tatsächlichen Druckabfall mit einem erwarteten Druckabfall bei einem vorbestimmten Dosierbefehlszeitpunkt. Der Druckabfall ist der Unterschied zwischen dem Durchschnittsdruck, wenn das Dosiereinspritzventil nicht einspritzt, und dem Durchschnittsdruck, wenn das Dosiereinspritzventil bei der vorbestimmten befohlenen Dosierrate einspritzt.
Unter Bezugnahme auf 9A-C, werden der Zufuhrdruck, Dosierfrequenz bzw. Dosierrate gegenüber Zeit dargestellt. Druckabfall wird definiert als der Unterschied zwischen dem Durchschnittsdruck, wenn der Dosierer nicht dosiert oder einspritzt, z. B. bei Punkt 1, und dem Durchschnittsdruck, wenn der Dosierer bei einer vorbestimmten befohlenen Dosierrate dosiert oder einspritzt, z. B. Punkt 2. Dies wird durch die folgende Gleichung dargestellt: $Δ P = P_{1} - P_{2}$

@ Dmax: maximale Dosierrate

Die Druckanzeigen können an jeder Stelle genommen werden, die für den Erhalt von genauen Druckanzeigen geeignet scheint. Beispielsweise kann der Druck, wenn der Dosierer nicht dosiert und die Dosierrate gleich Null ist, stromaufwärts zu der Ventil-Anordnung 18 in 1 in einem Kraftstofffilterkrümmer gemessen werden, während der Druck, wenn der Dosierer bei einer vorbestimmten befohlenen Dosierrate dosiert, mit dem Drucksensor 26 bei der Ventil-Anordnung 18 gemessen werden kann. Der Durchschnittsdruck, wenn der Dosierer dosiert, wird sodann berechnet, basierend auf der Dosierfrequenz. Der Druckabfall wird vorzugsweise bei der höchsten Dosierrate ermittelt, die die höchste Auflösung und somit eine bessere Genauigkeit bereitstellt.
In dem in 9A-C veranschaulichten Beispiel ist P₁ ca. 1260 kPa und P₂ ist ca. 1125 kPa, sodass ΔP bei einer befohlenen Dosierrate von 3,5 g/Sek. und einer Dosierfrequenz von 2,5 Hz ca. 135 kPa ist.
10 veranschaulicht das Durchschnittsdruckunterschiedverfahren, wobei der Durchschnittsdruck, während der Dosierer nicht dosiert, und der Durchschnittsdruck, während der Dosierer bei der vorbestimmten Dosierrate dosiert, gezeigt sind.
11 ist ein Graph, der erwarteten Kraftstoffdruckabfall gegenüber tatsächlicher Dosierrate darstellt. Es wurde herausgefunden, dass der Druckabfall gegenüber Dosierratenvariabilität mit steigender Dosierfrequenz abnimmt. Daher ist der Graph in 11 bei einer Dosierfrequenz von beispielsweise 10 Hz aufgenommen. In diesem Graph wird eine Druckabfall-Kalibrierungskurve veranschaulicht, die die Durchschnittsanzeigen einer Vielzahl von verschiedenen Dosierern darstellt.
Eine beispielhafte Implementierung des Druckabfallverfahrens wird nun unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. Bei diesem Beispiel wird angenommen, dass die befohlene Dosierrate 2,5 g/Sek. beträgt, und dass bei dieser befohlenen Dosierrate der berechnete Druckabfall, der mittels Gleichung 3 ermittelt wird, mit einem Wert von ca. 60 kPa ermittelt wird. Der erwartete Druckabfall hätte jedoch ca. 98 kPa betragen sollen, basierend auf der Druckabfall-Kalibrierungskurve. Basierend auf dem ermittelten Druckabfall von ca. 60 kPa, liegt die tatsächliche Dosierrate bei ca. 1,5 g/Sek. Basierend auf diesen Anzeigen, kann der Verfallsprozentsatz des Dosierers wie folgt berechnet werden: $\begin{matrix} V e r f a l l [%] = 100 \cdot (1 - \frac{2,5 - 1,5}{1,5}) \\ = 33 \end{matrix}$
Die Ergebnisse der Verfallsprozentsatz-Berechnung können auf viele verschiedene Arten verwendet werden. Beispielsweise, wenn der Prozentsatz hoch genug ist, kann eine geeignete Nachricht bereitgestellt werden, wie z. B. das Aufleuchten einer Warnlampe oder das Bereitstellen einer Nachricht an ein visuelles Display-Gerät, um einen Benutzer hinsichtlich des Verfalls des Dosierers zum Zweck der Überwachung oder möglichem Austausch des Dosierers zu benachrichtigen. Alternativ dazu kann die Dosierregelung durch die Verfallsmenge angepasst werden, um den Verfall zu berücksichtigen, sodass die richtige Dosierrate erzielt wird.
Bei dem Durchschnittsdruckunterschiedverfahren ist der dynamische Bereich des Durchschnittsdruckunterschieds der dynamische Bereich des Durchschnittsdruckunterschieds multipliziert mit einem Faktor eines Arbeitszyklus. Dies wird verglichen mit dem Durchschnittsinstantdruckunterschiedverfahren, das sich auf den Durchschnittsinstantdruckunterschied innerhalb eines einzelnen Arbeitszyklus verlässt.
Obwohl die Überwachungsverfahren hierin hinsichtlich Diesel als Dosiermittel beschrieben worden sind, können die hierin beschriebenen Konzepte auf andere Dosiermittel angewendet werden. Beispielsweise kann das Dosiermittel ein oder mehr von anderen Arten von Kraftstoff sein, einschließlich Kohlenwasserstoffbrennstoffen, oder andere Dosiermittel, wie z. B. Alkohole, Harnstoff, Ammoniak und Erdgas. Außerdem können die Konzepte des Durchschnittsdruckunterschiedverfahrens angewendet werden, wenn Luft das Arbeitsfluid ist, wobei die Luft durch das Dosiereinspritzventil in den Abgasstrom eingespritzt wird, z. B. wenn Luft verwendet wird, um das Dosiereinspritzventil von restlichem Dosiermittel zu säubern. Deshalb sollen die Begriffe „Dosierung“, „Dosierer“ und dergleichen das Einspritzen von Dosiermitteln sowie das Einspritzen von Luft umfassen.
Die hierin beschriebenen Überwachungsverfahren können auf unterschiedliche Art und Weise implementiert werden. Beispielsweise können die Überwachungsverfahren durch Software implementiert werden, die in einem Nachbehandlungssystemregler verweilt, beispielsweise in dem Regler 30. Alternativ dazu können die offenbarten Überwachungsverfahren durch Hardware, wie z. B. Elektronikschaltkreis bei dem oder in der Nähe des Drucksensors 26, implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Konzepte können in anderen Formen ausgeführt sein, ohne von deren Sinn oder Eigenschaften abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sollen in jeglicher Hinsicht lediglich als veranschaulichend und nicht einschränkend angesehen werden. Der erfindungsgemäße Umfang wird daher durch die beigefügten Ansprüche anstatt durch die vorstehende Beschreibung angezeigt.

Claims

Verfahren zur Überwachung der Effizienz eines zum Einspritzen eines Fluids in ein Abgas konfigurierten und angeordneten Dosiereinspritzventils (12), umfassend: Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) nicht einspritzt; Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) bei einer vorbestimmten befohlenen Einspritzrate einspritzt; und Ermitteln eines Durchschnittsdruckunterschieds des Fluids zwischen dem Durchschnittsdruck des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) nicht einspritzt, und dem Durchschnittsdruck des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) bei einer vorbestimmten befohlenen Einspritzrate einspritzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fluid Kohlenwasserstoffbrennstoff, Luft, Alkohol, Harnstoff, Ammoniak oder Erdgas ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte befohlene Einspritzrate die maximale befohlene Einspritzrate ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des Durchschnittsdrucks, wenn das Dosiereinspritzventil (12) einspritzt, das Ermitteln des Durchschnittsdrucks bei einer Einspritzfrequenz von ca. 10 Hz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Verwenden des Durchschnittsdruckunterschieds, um die Effizienz des Dosiereinspritzventil zu ermitteln.
Verfahren zur Überwachung der Effizienz eines zum Einspritzen eines Fluids in ein Abgas konfigurierten und angeordneten Dosiereinspritzventils (12), umfassend: in einem einzelnen Arbeitszyklus des Dosiereinspritzventils (12): Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) abgeschaltet ist, und Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) angeschaltet ist, und Ermitteln eines Unterschieds zwischen dem Durchschnittsdruck, wenn das Dosiereinspritzventil (12) abgeschaltet ist, und dem Durchschnittsdruck, wenn das Dosiereinspritzventil (12) angeschaltet ist, um einen Durchschnittsmomentandruckunterschied abzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Fluid Kohlenwasserstoffbrennstoff, Luft, Alkohol, Harnstoff, Ammoniak oder Erdgas ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, weiter umfassend das Multiplizieren des Durchschnittsmomentandruckunterschieds mit einem Arbeitszyklusverhältnis, um einen Durchschnittsdruckunterschied abzuleiten.
Dosiersystem (10), umfassend: ein Dosiereinspritzventil (12), das so konfiguriert und angeordnet ist, um ein Fluid in ein Abgas einzuspritzen; eine Fluidzuleitung (16), die mit dem Dosiereinspritzventil (12) verbunden ist; eine Fluid-Absperrventil-Anordnung (18), die mit der Zuleitung (16) verbunden ist, die so konfiguriert und angeordnet ist, um einen Fluss des Fluids in der Zuleitung (16) und zu dem Dosiereinspritzventil (12) zu regeln, wobei die Ventil-Anordnung (18) einen Drucksensor (26) zum Erkennen von Fluiddruck in der Ventil-Anordnung (18) umfasst; und eine Steuerung (30), die die Effizienz des Dosiereinspritzventils (12) überwacht, wobei die Steuerung (30) dazu ausgebildet ist: 1) Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) abgeschaltet ist, Ermitteln eines Durchschnittsdrucks, wenn das Dosiereinspritzventil (12) bei einer vorbestimmten befohlenen Einspritzrate einspritzt und Ermitteln eines Durchschnittsdruckunterschieds des Fluids zwischen dem Durchschnittsdruck des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) nicht einspritzt und dem Durchschnittsdruck des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) bei einer vorbestimmten befohlenen Einspritzrate einspritzt; oder 2) in einem einzelnen Arbeitszyklus des Dosiereinspritzventils (12): Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) abgeschaltet ist, und Ermitteln eines Durchschnittsdrucks des Fluids, wenn das Dosiereinspritzventil (12) angeschaltet ist, und Ermitteln eines Unterschieds zwischen dem Durchschnittsdruck, wenn das Dosiereinspritzventil (12) abgeschaltet ist, und dem Durchschnittsdruck, wenn das Dosiereinspritzventil (12) angeschaltet ist, um einen Durchschnittsmomentandruckunterschied abzuleiten.
Dosiersystem nach Anspruch 9, wobei das Dosiereinspritzventil (12) durch Pulsweitenmodulation geregelt wird.
Dosiersystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Steuerung (30) mit dem Drucksensor (26) verbunden ist, um von dort Fluiddruckanzeigen bei der Absperrventil-Anordnung (18) zu empfangen, wenn das Dosiereinspritzventil (12) abgeschaltet ist, und Fluiddruckanzeigen bei der Absperrventil-Anordnung (18) zu empfangen, wenn das Dosiereinspritzventil (12) angeschaltet ist.
Dosiersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Absperrventil-Anordnung (18) eine Fluideinlassöffnung (20) mit einer getrimmten Öffnung (28) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter aufweisend: Vergleichen des bestimmten Druckunterschieds mit einem vorbestimmten erwarteten Druckunterschied.