DE102020107451A1

DE102020107451A1 - Verfahren zur Steuerung und Korrektur der Einspritzmenge eines druckgeregelten Dosiersystems zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102020107451A1
Application number: DE102020107451.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Gobrecht; Burkhard Veldten; Maximilian Baade
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Korrektur der Einspritzmenge eines druckgeregelten Dosiersystems (40) zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10). Das Dosiersystem (40) umfasst einen Vorratsbehälter (60), eine Förderpumpe (62), mindestens einen Drucksensor (68, 70) und mindestens ein Dosierventil (42, 50), welches über eine Reduktionsmittelleitung (56, 58) mit der Förderpumpe (62) verbunden ist. Dabei dient der Drucksensor zur Regelung eines konstanten Systemdrucks. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:- Korrektur des pumpenspezifischen Fördervolumens anhand der aktuellen Betriebsparameter der Förderpumpe (62);- Aufsummieren eines angeforderten, theoretisch dosierten Reduktionsmittelvolumens (VAT) für das Dosierventil (42, 50) über mehrere Einspritzvorgänge des Dosierventils (42, 50), wobei das theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen aus der Dosierventilöffnungszeit und dem nominalen Dosierventildurchfluss, welcher in einer Aktorkennlinie des Dosierventils (42, 50) hinterlegt ist, berechnet wird;- Vergleichen des theoretisch dosierten Reduktionsmittelvolumens (VAT) mit einem tatsächlich dosierten Reduktionsmittelvolumen (VIST), wobei das tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen (VIST) aus der Hubanzahl der Förderpumpe (62) und einem in einem Speicher (64) einer Steuereinheit der Förderpumpe (62) hinterlegten, bekannten Fördervolumen berechnet wird;- Adaptieren der Ansteuerung des Dosierventils (42, 50).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Korrektur der Einspritzmenge eines druckgeregelten Dosiersystems zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie ein Dosiersystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen StickoxidEmissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator oder einen NO_x-Speicherkatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Um die hohen Anforderungen an minimale Stickoxidemissionen zu erfüllen, sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche zwei in Reihe geschaltete SCR-Katalysatoren aufweisen, wobei jedem der SCR-Katalysatoren ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels vorgeschaltet ist. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen. Ferner sind Abgasnachbehandlungssystem mit zwei in Reihe geschalteten Katalysatoren zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden bekannt, welche einen Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung und einen weiteren SCR-Katalysator aufweisen. Dabei weist das Abgasnachbehandlungssystem zwei Dosierventile am Abgaskanal auf, mit welchen die wässrige Harnstofflösung wahlweise stromaufwärts des Partikelfilters mit SCR-Beschichtung und/oder stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators in die Abgasanlage eindosiert werden kann. Somit kann sichergestellt werden, dass zumindest eine der Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einem idealen Temperaturbereich betrieben werden kann und eine effiziente Konvertierung von Stickoxiden ermöglicht wird.
Aus der DE 10 2016 220 795 A1 ist ein Verfahren zur Realisierung erhöhter Mengengenauigkeit in druckgeregelten Dosiersystemen bekannt. Das Dosiersystem umfasst ein Fördermodul, ein Dosierventil und einen Drucksensor. Während eine Druckregelung vorgenommen wird, erfolgt eine Adaptation der Ansteuerung des toleranzbehafteten Dosierventils. Ziel des Verfahrens ist eine verbesserte Mengengenauigkeit des Dosiersystems.
Die DE 10 2010 049 071 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung mit zumindest einem beweglichen Pumpenelement, welches zur Forderung von Reduktionsmittel in eine Abgasbehandlungskomponente zwischen einem oberen Wendepunkt und einem unteren Wendepunkt bewegbar ist, und zumindest einem Positionsgeber, mit welchem ein Durchlauf des beweglichen Pumpenelements festgestellt werden kann. Bei dem Verfahren wird zunächst eine Position des zumindest einen beweglichen Pumpenelements mit dem zumindest einen Positionsgeber festgestellt. Anschließend wird das zumindest eine bewegliche Pumpenelement bewegt und es wird Reduktionsmittel in die Abgasbehandlungskomponente dosiert. Daraufhin erfolgt ein zweites Feststellen einer Position des beweglichen Pumpenelements mit dem zumindest einen Positionsgeber.
Aus der DE 10 2017 220 612 A1 ist ein Verfahren zur volumetrischen Regelung eines Dosiersystems mit mehreren Dosierventilen und/oder mit mehreren Förderpumpen bekannt. Dabei wird eine Aktorkennlinie mindestens eines der Dosierventile zu mindestens einer Aktorkennlinie eines der anderen Dosierventile hin verschoben und/oder eine Aktorkennlinie mindestens einer der Förderpumpen wird zu mindestens einer Aktorkennlinie einer der anderen Förderpumpen hin verschoben.
Nachteilig an den bekannten Verfahren zur Steuerung und Korrektur der Einspritzmenge eines Dosiersystems ist jedoch, dass nur eine geringe Verbesserung der Dosiergenauigkeit erreicht werden kann und teilweise lange Adaptationszeiträume notwendig sind. Außerdem sind die bekannten Verfahren zur Steuerung und Korrektur der Einspritzmenge eines Dosiersystems nicht auf ein druckgeregeltes System übertragbar.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Dosiergenauigkeit eines Reduktionsmitteldosiersystems zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors zu verbessern und somit die Effizienz eines Abgasnachbehandlungssystems weiter zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung und Korrektur der Einspritzmenge eines druckgeregelten Dosiersystems zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors gelöst, wobei das Dosiersystem einen Vorratsbehälter zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, eine Förderpumpe, mindestens ein Drucksensor und mindestens ein Dosierventil umfasst, welches über eine Reduktionsmittelleitung mit der Förderpumpe verbunden ist und durch diese mit dem Reduktionsmittel versorgt wird. Dabei dient der Drucksensor zur Regelung eines konstanten Systemdrucks. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

- Ermitteln des Fördervolumens der Förderpumpe;
- Aufsummieren eines angeforderten, theoretisch eindosierten Reduktionsmittelvolumens für das Dosierventil über mehrere Einspritzvorgänge des Dosierventils, wobei das theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen aus der Dosierventilöffnungszeit und dem nominalen Dosierventildurchfluss, welcher in einer Aktorkennlinie hinterlegt ist, berechnet wird.
- Vergleichen des aufsummierten angeforderten, theoretisch dosierten Reduktionsmittelvolumens mit einem tatsächlich dosierten Reduktionsmittelvolumen, wobei das tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen aus der Hubanzahl der Förderpumpe und einem in einem Speicher einer Steuereinheit der Förderpumpe hinterlegten, bekannten Fördervolumen berechnet wird;
- Adaptieren der Ansteuerung des Dosierventils, um das tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen an das angeforderte, theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen anzupassen.

Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist es möglich, das tatsächliche Dosiervolumen des Dosierventils exakt und mit geringem zeitlichen Aufwand an das angeforderte, theoretische Dosiervolumen anzupassen. Dadurch ist eine sehr exakte Steuerung der Einspritzmenge des Dosiersystems möglich, wodurch die Effizienz der Abgasnachbehandlung verbessert werden kann. Der Drucksensor dient dabei zur Regelung eines konstanten Systemdrucks.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht-triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch genannten Verfahrens zur Steuerung der Einspritzmenge eines Dosiersystems zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors möglich.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fördermenge der Förderpumpe druckgeregelt wird. Durch eine druckgeregelte Förderpumpe wird ein sehr gleichmäßiger Volumenstrom zu dem Dosierventil hergestellt. Dabei kann das geförderte und somit tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen durch die Anzahl der Förderhübe der Förderpumpe und dem bekannten Fördervolumen der Förderpumpe auf einfache Art und Weise exakt bestimmt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Dosiersystem ein erstes Dosierventil und ein zweites Dosierventil aufweist, welche über eine gemeinsame Förderpumpe mit Reduktionsmittel versorgt werden. Um die Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors weiter zu verbessern, werden Abgasnachbehandlungssysteme verwendet, welche zwei Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweisen. Dabei wird in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors angestrebt, dass zumindest eine dieser beiden Abgasnachbehandlungskomponenten in einem zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden idealen Temperaturbereich betrieben werden kann. Um die Anzahl der zusätzlichen Bauteile für ein solches Dosiersystem gering zu halten, werden beide Dosierventile von einer gemeinsamen Förderpumpe mit Reduktionsmittel versorgt.
Um eine exakte Ermittlung des tatsächlich eindosierten Reduktionsmittelvolumens über ein einzelnes Dosierventil durchzuführen und eine entsprechende Adaption der Ansteuerung des Dosierventils vorzunehmen, ist es vorteilhaft und besonders bevorzugt, das Verfahren nur dann durchzuführen, wenn das Reduktionsmittel ausschließlich durch eines der beiden Dosierventile eindosiert wird. Somit kann verhindert werden, dass Druckschwankungen im System, welche durch die Eindosierung des einen Dosierventils auftreten, auf das andere Dosierventil übertragen werden und/oder das tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen nicht mit dem theoretisch dosierten Reduktionsmittelvolumen vergleichbar ist und somit das Messergebnis bzw. die Korrekturgröße verfälschen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in einer Reduktionsmittelleitung ein Druck des Reduktionsmittels erfasst wird. Durch eine Druckerfassung in der Reduktionsmittelleitung stromabwärts der Förderpumpe und stromaufwärts des Dosierventils kann der Druck des dem jeweiligen Dosierventil zugeführten Reduktionsmittels festgestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass stromabwärts der Förderpumpe und stromaufwärts des Dosierventils eine Temperatur des Reduktionsmittels erfasst wird. Durch die Ermittlung der Temperatur kann die Bestimmung des Reduktionsmittelvolumens weiter verbessert werden, wodurch die Adaption weiter verbessert werden kann.
Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Dosiersystem zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Vorratsbehälter zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, eine Reduktionsmittelleitung, welche den Vorratsbehälter mit einem Dosierventil verbindet, eine Förderpumpe zur Förderung des Reduktionsmittels aus dem Vorratsbehälter zu dem Dosierventil sowie ein Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Bei einem solchen Dosiersystem kann die tatsächlich dosierte Reduktionsmittelmenge exakt an die angeforderte, theoretisch dosierte Reduktionsmittelmenge angepasst werden. Somit können auf einfache Art und Weise fertigungsbedingte Abweichungen der Dosiermenge des jeweiligen Dosierventils ausgeglichen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Dosiersystems ist vorgesehen, dass die Förderpumpe über eine erste Reduktionsmittelleitung mit einem ersten Dosierventil und über eine zweite Reduktionsmittelleitung mit einem zweiten Dosierventil verbunden ist. Dadurch ist es möglich, Reduktionsmittel an zwei unterschiedlichen Stellen in die Abgasanlage einzudosieren. Dabei kann durch das vorgeschlagene Verfahren die eindosierte Reduktionsmittelmenge beider Dosierventile exakt an die angeforderte Reduktionsmittelmenge angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Dosiersystems ist vorgesehen, dass sich eine gemeinsame Reduktionsmittelleitung stromabwärts der Förderpumpe an einer Verzweigung in eine erste Reduktionsmittelleitung und eine zweite Reduktionsmittelleitung aufteilt, wobei ein Drucksensor an der gemeinsamen Reduktionsmittelleitung stromabwärts der Förderpumpe und stromaufwärts der Verzweigung angeordnet ist. Dadurch ist eine Adaptation beider Dosierventile mit nur einem Drucksensor möglich. Durch die Druckmessung in der gemeinsamen Reduktionsmittelleitung ist eine Anpassung der Ansteuerung der Dosierventile möglich, sodass das tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen an das angeforderte, theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen angepasst werden kann. Dadurch kann die Dosiergenauigkeit erhöht und die Effizienz der Abgasnachbehandlung verbessert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Dosiersystems ist vorgesehen, dass an der ersten Reduktionsmittelleitung ein erster Drucksensor und an der zweiten Reduktionsmittelleitung ein zweiter Drucksensor angeordnet ist. Durch eine Bestimmung des Drucks in der jeweiligen Reduktionsmittelleitung kann das tatsächlich dosierte Volumen genauer bestimmt werden und der Abgleich zwischen dem tatsächlich dosierten Volumen und dem angeforderten, theoretischen Reduktionsmittelvolumen weiter verbessert werden.
Alternativ ist es möglich, dass das Dosiersystem nur ein Dosierventil und eine Dosierleitung aufweist. In diesem Fall ist der Drucksensor stromabwärts der Förderpumpe und stromaufwärts des Dosierventils angeordnet.
Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Dosiersystem, wobei das Abgasnachbehandlungssystem eine Abgasanlage umfasst, in welcher eine erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und eine stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente angeordnete zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist. Durch ein Abgasnachbehandlungssystem mit einen Dosiersystem mit zwei Dosierventilen kann eine besonders effiziente Abgasnachbehandlung erreicht werden. Durch das vorgeschlagene Dosiersystem ist dabei eine besonders exakte Eindosierung des Reduktionsmittels durch die beiden Dosierventile möglich, wodurch die Effizienz des Abgasnachbehandlung weiter gesteigert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers des Verbrennungsmotors ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators oder des NOx-Speicherkatalysators ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und weiter stromabwärts ein weiterer SCR-Katalysator angeordnet sind. Dabei ist das erste Dosierventil stromabwärts des Oxidationskatalysators oder des NOx-Speicherkatalysators und stromaufwärts des Partikelfilters mit der SCR-Beschichtung angeordnet. Das zweite Dosierventil ist stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators angeordnet.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den selben Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:

1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Dosiersystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors;
2 ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Dosiersystem;
3 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Einspritzmenge eines Dosiersystems zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors; und
4 ein alternatives Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Dosiersystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors.

In 1 ist ein Dosiersystem 40 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels 54 zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10, insbesondere zur Eindosierung eines Reduktionsmittels 54 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, besonders bevorzugt von einer wässrigen Harnstofflösung, dargestellt. Das Dosiersystem 40 umfasst einen Vorratsbehälter 60, welcher über eine erste Reduktionsmittelleitung 56 mit einem ersten Dosierventil 42 und über eine zweite Reduktionsmittelleitung 58 mit einem zweiten Dosierventil 50 verbunden ist.
Das Dosiersystem 40 umfasst eine druckgeregelte Förderpumpe 62 zur Förderung des Reduktionsmittels 54 zu den beiden Dosierventilen 42, 50. An der Förderpumpe 62 oder in einer der Reduktionsmittelleitungen 56, 58 ist ein Temperatursensor 66 angeordnet, um die Temperatur des Reduktionsmittels zu erfassen. Ferner ist an einer gemeinsamen Reduktionsmittelleitung 72 ein Drucksensor 68 angeordnet, um den Druck des Reduktionsmittels 54 zu erfassen. Stromabwärts des Drucksensors 68 verzweigt sich die gemeinsame Reduktionsmittelleitung 72 in eine erste Reduktionsmittelleitung 56, welche die Förderpumpe 62 mit einem ersten Dosierventil 42 verbindet und in eine zweite Reduktionsmittelleitung 58, welche die Förderpumpe 62 mit einem zweiten Dosierventil 50 verbindet. Die Förderpumpe 62 umfasst eine Steuereinheit mit einem Speicher 64, in welchem ein pumpenspezifisches Fördervolumen hinterlegt ist. Dabei erfolgt die Druckregelung der Förderpumpe 62 durch eine bedarfsgerechte Ansteuerung der Förderpumpe 62 und ist softwaremäßig in die Steuereinheit der Förderpumpe 62 integriert.
2 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, welcher mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 20 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Mehrzahl von Brennräumen 12 auf, an welchen jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines brennbaren Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum 12 des Verbrennungsmotors 10 angeordnet ist. Der Auslass 16 des Verbrennungsmotors 10 umfasst einen Abgaskrümmer 18, in welchem die Abgase der Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 gesammelt und einem gemeinsamen Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 zugeführt werden. Der Verbrennungsmotor 10 ist als selbstzündender Verbrennungsmotor 10 nach dem Dieselprinzip ausgeführt.
In der Abgasanlage 20 sind in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 durch einen Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 stromabwärts einer Turbine 76 eines Abgasturboladers 36 ein erster Katalysator 24, vorzugsweise ein Oxidationskatalysator 26 oder ein NOx-Speicherkatalysator 28, ein Partikelfilter 30 und stromabwärts des Partikelfilters 30 ein SCR-Katalysator 38 angeordnet. Der Partikelfilter 30 weist vorzugsweise eine katalytische Beschichtung 32, insbesondere eine Beschichtung 34 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden auf. Alternativ kann der Partikelfilter 30 auch unbeschichtet ausgeführt sein. Stromabwärts des ersten Katalysators 24 und stromaufwärts des Partikelfilters 30 mit der SCR-Beschichtung 34 ist ein erstes Dosierventil 42 eines Dosiersystems 40 zur Einbringung eines Reduktionsmittels 54 in den Abgaskanal 22 angeordnet. Dem ersten Dosierventil 42 ist ein erster Abgasmischer 74 nachgeschaltet, um eine homogene Vermischung des Reduktionsmittels 62 mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
Stromabwärts des Partikelfilters 30 ist eine Verzweigung 44 ausgebildet, an welcher ein Abgasrückführungskanal 78 einer Niederdruck-Abgasrückführung 46 aus dem Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 abzweigt. Stromabwärts der Verzweigung 44 ist ein weiterer SCR-Katalysator 38 angeordnet. Dem weiteren SCR-Katalysator 38 ist vorzugsweise ein Ammoniak-Sperrkatalysator 48 nachgeschaltet, um einen unkontrollierten Austritt von Ammoniak und eine damit verbundene Geruchsbelästigung zu vermeiden. Stromabwärts der Verzweigung 44 und stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators 38 ist ein zweites Dosierventil 50 zur Einbringung eines Reduktionsmittels 54 in den Abgaskanal 22 des Verbrennungsmotors 10 angeordnet. Dem zweiten Dosierventil 50 ist ein weiterer Abgasmischer 52 nachgeschaltet, um die Durchmischung des Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel 54 vor dem Eintritt in den weiteren SCR-Katalysator 38 zu verbessern. Das erste Dosierventil 42 und das zweite Dosierventil 50 sind jeweils über eine Reduktionsmittelleitung 56, 58 mit einem Vorratsbehälter 60 verbunden, in welchem das Reduktionsmittel 54, insbesondere wässrige Harnstofflösung, bevorratet ist.
Dem Verbrennungsmotor 10 ist ein Steuergerät 80 zugeordnet, über welches die Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 14 in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 gesteuert wird. Ferner steuert das Steuergerät 80 die Eindosierung des Reduktionsmittels 54 durch die beiden Dosierventile 42, 50 des Dosiersystems 40. Das Dosiersystem 40 umfasst eine Förderpumpe 62 zur Förderung des Reduktionsmittels 54 zu den beiden Dosierventilen 42, 50. An der Förderpumpe 62 oder in einer der Reduktionsmittelleitungen 56, 58 ist ein Temperatursensor 66 angeordnet, um die Temperatur des Reduktionsmittels zu erfassen. Ferner ist an einer gemeinsamen Reduktionsmittelleitung 72 stromabwärts der Förderpumpe 62 ein Drucksensor 68 angeordnet, um den Druck des Reduktionsmittels 54 zu erfassen. Alternativ kann auch, wie in 4 dargestellt, an jeder der Reduktionsmittelleitungen 56, 58 jeweils ein Drucksensor 68, 70 angeordnet sein. Die Förderpumpe 62 umfasst eine Steuereinheit mit einem Speicher 64, in welchem ein pumpenspezifisches Fördervolumen hinterlegt ist. Dabei erfolgt die Druckregelung der Förderpumpe 62 durch eine bedarfsgerechte Ansteuerung der Förderpumpe 62 und ist softwaremäßig in die Steuereinheit der Förderpumpe 62 integriert.
In 3 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Korrektur der Einspritzmenge eines Dosiersystems 40 zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei der Herstellung der Förderpumpe 62 wird ein pumpenspezifisches Hubvolumen der Förderpumpe 62 ermittelt und auf dem pumpeneigenen Informationsspeicher 64 abgelegt. In einem Verfahrensschritt <100> wird das in der Speichereinheit 64 abgelegt spezifische Hubvolumen der Förderpumpe 62 ausgelesen und in einem Verfahrensschritt <110> anhand der aktuellen Betriebsparameter der Förderpumpe 62 korrigiert. In einem weiteren Verfahrensschritt <120> wird das angeforderte, theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen für das erste Dosierventil 42 über mehrere Einspritzvorgänge aufintegriert und in einem Verfahrensschritt <130> mit dem tatsächlich dosierten Reduktionsmittelvolumen verglichen. Dazu wird das tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen aus der Hubanzahl der Förderpumpe 62 und dem im Speicher 64 hinterlegten, bekannten Fördervolumen der Förderpumpe 62 berechnet und das theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen aus der Dosierventilöffnungszeit und dem nominalen Dosierventildurchfluss, der in einer Aktorkennlinie hinterlegt ist, des ersten Dosierventils berechnet. In einem Verfahrensschritt <150> wird das angeforderte, theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen für das zweite Dosierventil 50 über mehrere Einspritzvorgänge aufintegriert und in einem Verfahrensschritt <160> mit dem tatsächlich dosierten Reduktionsmittelvolumen verglichen. Dazu wird das tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen aus der Hubanzahl der Förderpumpe 62 und dem im Speicher 64 hinterlegten, bekannten Fördervolumen der Förderpumpe 62 berechnet und das theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen aus der Dosierventilöffnungszeit und dem nominalen Dosierventildurchfluss, der in einer Aktorkennlinie hinterlegt ist, des zweiten Dosierventils berechnet. Somit kann auf einfache Art und Weise mit geringem Zeitaufwand und ohne Eingriff in die Dosierstrategie eine Adaption der Ansteuerung der Dosierventile 42, 50 erfolgen. Dadurch kann die eindosierte Menge an Reduktionsmittel 54 derart angepasst werden, dass Minder- oder Mehrmengen durch eine ungünstige Toleranzlage der Dosierventile 42, 50 vermieden werden. Durch die vorgeschlagene Adaption kann somit die Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems verbessert werden, wodurch die Emissionen des Verbrennungsmotors 10 verringert werden können.
Ist der Durchfluss eines Dosierventils 42, 50 fertigungsbedingt zu hoch, fällt der gewünschte Betriebsdruck bei einer Eindosierung von Reduktionsmittel 54 durch das entsprechende Dosierventil 42, 50 schneller als geplant ab, sodass die Förderpumpe 62 durch die Druckregelung eine größere Menge an Reduktionsmittel 54 fördert, um den gewünschten Betriebsdruck aufrecht zu erhalten. Dadurch übersteigt die tatsächlich dosierte Dosiermenge die angeforderte theoretisch dosierte Dosiermenge, welche auf Grundlage des nominalen Dosierventildurchflusses berechnet wird. Analog dazu wird die angeforderte, theoretisch dosierte Dosiermenge bei einem Dosierventil 42, 50 mit gegenüber dem Normwert zu geringem Durchfluss unterschritten. Diese Differenzen sind unter anderem für Dosiermengenfehler verantwortlich und Grundlage zur Bestimmung des Adaptionsfaktors. Die Bestimmung des Adaptionsfaktors findet nur dann statt, wenn die Eindosierung des Reduktionsmittels 54 im Wesentlichen ausschließlich durch eines der beiden Dosierventile 42, 50 erfolgt. Dies ist notwendig, um mit dem berechneten Adaptionsfaktor die Toleranzlage des entsprechenden Dosierventils 42, 50 möglichst genau abbilden zu können und gleichzeitig die benötigte Adaptionsdauer minimal zu halten.
Nach einer erstmaligen Adaption der Dosierventile 42, 50 werden alle weiteren berechneten Adaptionsfaktoren plausibilisiert und gewichtet als Korrektur des aktuellen Adaptionsfaktors verwendet.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Dosiersystem 40 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels 54 zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10, insbesondere zur Eindosierung eines Reduktionsmittels 54 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, besonders bevorzugt von einer wässrigen Harnstofflösung, dargestellt. Das Dosiersystem 40 umfasst einen Vorratsbehälter 60, welcher über eine erste Reduktionsmittelleitung 56 mit einem ersten Dosierventil 42 und über eine zweite Reduktionsmittelleitung 58 mit einem zweiten Dosierventil 50 verbunden ist.
Das Dosiersystem 40 umfasst eine druckgeregelte Förderpumpe 62 zur Förderung des Reduktionsmittels 54 zu den beiden Dosierventilen 42, 50. An der Förderpumpe 62 oder in einer der Reduktionsmittelleitungen 56, 58 ist ein Temperatursensor 66 angeordnet, um die Temperatur des Reduktionsmittels zu erfassen. Ferner sind in den beiden Reduktionsmittelleitungen 56, 58 jeweils ein Drucksensor 68, 70 angeordnet, um den Druck des Reduktionsmittels 54 zu erfassen. Die Förderpumpe 62 umfasst eine Steuereinheit mit einem Speicher 64, in welchem ein pumpenspezifisches Fördervolumen hinterlegt ist. Dabei erfolgt die Druckregelung der Förderpumpe 62 durch eine bedarfsgerechte Ansteuerung der Förderpumpe 62 und ist softwaremäßig in die Steuereinheit der Förderpumpe 62 integriert.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Brennraum
14: Kraftstoffinjektor
16: Auslass
18: Abgaskrümmer
20: Abgasanlage
22: Abgaskanal
24: erster Katalysator
26: Oxidationskatalysator
28: NOx-Speicherkatalysator
30: Partikelfilter
32: katalytische Beschichtung
34: SCR-Beschichtung
36: Abgasturbolader
38: SCR-Katalysator
40: Dosiersystem
42: erstes Dosierventil
44: Verzweigung
46: Niederdruck-Abgasrückführung
48: Ammoniak-Sperrkatalysator
50: zweites Dosierventil
52: zweiter Abgasmischer
54: Reduktionsmittel
56: erste Reduktionsmittelleitung
58: zweite Reduktionsmittelleitung
60: Vorratsbehälter
62: Förderpumpe
64: Speicher
66: Temperatursensor
68: erster Drucksensor
70: zweiter Drucksensor
72: gemeinsame Reduktionsmittelleitung
74: erster Abgasmischer
76: Turbine
78: Abgasrückführungskanal
80: Steuergerät
82: Verzweigung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016220795 A1 [0003]
DE 102010049071 A1 [0004]
DE 102017220612 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Steuerung und Korrektur der Einspritzmenge eines druckgeregelten Dosiersystems (40) zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10), wobei das Dosiersystem (40) einen Vorratsbehälter (60) zur Bevorratung eines Reduktionsmittels (54), eine Förderpumpe (62), mindestens einen Drucksensor (68, 70) und mindestens ein Dosierventil (42, 50) umfasst, welches über eine Reduktionsmittelleitung (56, 58) mit der Förderpumpe (62) verbunden ist und durch diese mit dem Reduktionsmittel (54) versorgt wird, wobei der Drucksensor (68, 70) zur Regelung eines konstanten Systemdrucks dient, umfassend folgende Schritte: - Korrektur des pumpenspezifischen Fördervolumens anhand der aktuellen Betriebsparameter der Förderpumpe (62); - Aufsummieren eines angeforderten, theoretisch dosierten Reduktionsmittelvolumens (V_AT) für das Dosierventil (42, 50) über mehrere Einspritzvorgänge des Dosierventils, wobei das theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen aus der Dosierventilöffnungszeit und dem nominalen Dosierventildurchfluss, welcher in einer Aktorkennlinie des Dosierventils (42, 50) hinterlegt ist, berechnet wird; - Vergleichen des aufsummierten angeforderten, theoretisch dosierten Reduktionsmittelvolumens (V_AT) mit einem tatsächlich dosierten Reduktionsmittelvolumen (V_IST), wobei das tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen (V_IST) aus der Hubanzahl der Förderpumpe (62) und einem in einem Speicher (64) einer Steuereinheit der Förderpumpe (62) hinterlegten, bekannten Fördervolumen berechnet wird; - Adaptieren der Ansteuerung des Dosierventils (42, 50), um das tatsächlich dosierte Reduktionsmittelvolumen (V_IST) an das angeforderte, theoretisch dosierte Reduktionsmittelvolumen (V_AT) anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermenge der Förderpumpe (62) druckgeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiersystem (40) ein erstes Dosierventil (42) und ein zweites Dosierventil (50) aufweist, welche über eine gemeinsame Förderpumpe (62) mit Reduktionsmittel (54) versorgt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ausschließlich dann durchgeführt wird, wenn eine Eindosierung des Reduktionsmittels (54) entweder ausschließlich durch das erste Dosierventil (42) oder ausschließlich durch das zweite Dosierventil (50) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Reduktionsmittelleitung (56, 58) ein Druck des Reduktionsmittels (54) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Förderpumpe (62) und stromaufwärts des Dosierventils (42, 50) eine Temperatur des Reduktionsmittels (54) erfasst wird.
Dosiersystem (40) zur Eindosierung eines Reduktionsmittels (54) in eine Abgasanlage (20) eines Verbrennungsmotors (10), umfassend einen Vorratsbehälter (60) zur Bevorratung eines Reduktionsmittels (54), eine Reduktionsmittelleitung (56, 58), welche den Vorratsbehälter (60) mit einem Dosierventil (42, 50) verbindet, eine Förderpumpe (62) zur Förderung des Reduktionsmittels (54) aus dem Vorratsbehälter (60) zu dem Dosierventil (42, 50) sowie ein Steuergerät (80), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät (80) ausgeführt wird.
Dosiersystem (40) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (62) über eine erste Reduktionsmittelleitung (56) mit einem ersten Dosierventil (42) und über eine zweite Reduktionsmittelleitung (58) mit einem zweiten Dosierventil (50) verbunden ist.
Dosiersystem (40) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine gemeinsame Reduktionsmittelleitung (56, 58) stromabwärts der Förderpumpe (62) an einer Verzweigung (82) in eine erste Reduktionsmittelleitung (56) und eine zweite Reduktionsmittelleitung (58) aufteilt, wobei ein Drucksensor (68, 70) an der gemeinsamen Reduktionsmittelleitung (56, 58) stromabwärts der Förderpumpe (62) und stromaufwärts der Verzweigung (82) angeordnet ist oder an der ersten Reduktionsmittelleitung (56) ein erster Drucksensor (68) und an der zweiten Reduktionsmittelleitung (58) ein zweiter Drucksensor (70) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) sowie ein Dosiersystem (40) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Abgasnachbehandlungssystem eine Abgasanlage (20) umfasst, in welcher eine erste Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und eine stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30,34) angeordnete zweite Abgasnachbehandlungskomponente (38) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist.