DE102019007085B4 - Verfahren zum Betrieb eines Förder-Dosiersystems für ein Fluid, Förder-Dosiersystem und Kraftfahrzeug mit einem derartigen Förder-Dosiersystem - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Förder-Dosiersystems (10) für ein Fluid (1), vorzugsweise eines Förder-Dosiersystems (10) für ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung, wobei das Förder-Dosiersystem (10) eine Pumpe (2) zur Förderung des Fluids (1) und eine Dosiereinrichtung (3), die mit der Pumpe (2) über eine Druckleitung (4) fluidisch verbunden ist, umfasst;wobei über die Pumpe (2), vorzugsweise über eine Drehzahlvariation der Pumpe (2), ein Fluiddruck pfluiddes Fluids (1) in der Druckleitung (4) auf einen Soll-Fluiddruckwert psollgeregelt wird; undwobei ein Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psollin Abhängigkeit einer Betätigung der Dosiereinrichtung (3) erfolgt; gekennzeichnet durchi. ein Adaptieren eines ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1an ein, vorzugsweise entnahmebedinges, Absinken des Fluiddrucks pfluidbei geöffneter Dosiereinrichtung (3) und Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psollauf Basis des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1; und/oderii. ein Adaptieren eines zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2an einen, vorzugsweise pumpenbedingten, Anstieg des Fluiddrucks pfluidbei geschlossener Dosiereinrichtung (3) und Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psollauf Basis des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2,

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Förder-Dosiersystems für ein Fluid, vorzugsweise ein Förder-Dosiersystems für ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Förder-Dosiersystems sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Förder-Dosiersystem.
  • Um die NOx-Emissionen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von DieselBrennkraftmaschinen, zu verringern, werden heutzutage meist SCR-Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung eingesetzt. Dabei wird dem Abgasstrom ein Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak und/oder wässrige Harnstofflösung) über geeignete Dosiervorrichtungen zugegeben, welches dann im nachgeordneten SCR-Katalysator die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu Stickstoff reduziert. Zur Dosierung des Reduktionsmittels wird dieses üblicherweise über eine Pumpe aus einem Vorratstank zu einem oder mehreren Dosierventilen gefördert und zudem auf einen vorgegebenen Dosierdruck gebracht. Dieser kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine (z. B. die aktuelle Drehzahl) und/oder einer Kenngröße des Abgases (z. B. die aktuelle Abgastemperatur) festgelegt sein.
  • Um hierbei einen möglichst gleichbleibenden Dosierdruck zu gewährleisten, ist es im Stand der Technik weiterhin bekannt, eine Regelung des hydraulischen Drucks im Dosiersystems vorzunehmen, was z. B. über eine entsprechende Variation der Pumpendrehzahl erfolgen kann.
  • Beispielsweise offenbart die DE 11 2012 003 259 T5 ein Verfahren zum Reduzieren von Stickoxiden in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors durch ein Reduktionsmittel, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen einer ersten Temperatur des Abgasstroms; Setzen eines Solldrucks des Reduktionsmittels auf einen ersten Druck oder einen niedrigeren zweiten Druck basierend auf einem Vergleich zwischen der ersten Temperatur mit einem vorgegebenen Einspritzeinrichtungsaktivierungstemperaturschwellenwert; Bestimmen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors, einschließlich eines „eingeschalteten“ oder eines „ausgeschalteten“ Zustands; Betreiben einer Reduktionsmittelpumpe zum Zuführen des Reduktionsmittels mit dem ersten Druck oder mit dem zweiten Druck zu einer Einspritzeinrichtung, wenn der Betriebszustand der „eingeschaltete“ Zustand ist; Setzen des Solldrucks des Reduktionsmittels auf den zweiten Druck, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors der „ausgeschaltete“ Zustand ist; Bestimmen einer zweiten Temperatur des Abgassystems; Bestimmen einer Abkühlungszeit basierend auf der zweiten Temperatur; und Betreiben der Reduktionsmittelpumpe für die Abkühlungszeit basierend darauf, dass die zweite Temperatur größer ist als ein Schwellenwert und der Betriebszustand der „ausgeschaltete“ Zustand ist.
  • Weiterhin ist aus der DE 10 2014 220 150 A1 ein Verfahren zur Druckregelung eines SCR-Denoxierungssystems eines Kraftfahrzeugs bekannt. Hierbei ist vorgesehen, ein sich selbst optimierendes flachheitsbasiertes Vorsteuermodell für die Regelstrecke anzuwenden, das sich auf die jeweilige Fahrzeugkonfiguration einstellt und mit weniger als 5 Applikationsparametern auskommt, wobei die flachheitsbasierte Vorsteuerung auf einer Systemidentifikation beruht. Das Vorsteuermodell ermöglicht es einen sehr einfachen PI-Regler zu verwenden, der lediglich die Abweichung zwischen einem Modell und einer Regelstrecke sowie Mess- und Störgrößen ausregelt. Dadurch ergibt sich ein hoher Regelungsgrad, der Motorkomponenten schont und Energieverbrauch minimiert. Darüber hinaus wird die Vorsteuerung von der Regelung entkoppelt.
  • Die DE 11 2017 002 054 T5 offenbart ein Dieselabgasfluidzufuhrsystem (DEF-Zufuhrsystem) und Verfahren zu dessen Betrieb. Das Verfahren umfasst Bestimmen eines Betriebsdrucks durch einen elektronischen Prozessor und Empfangen eines Systemdrucks von einem Drucksensor des DEF-Zufuhrsystems. Das Verfahren umfasst ferner Bestimmen, durch den Prozessor, einer Dosierungsanforderung und einer Druckstörung basierend auf der Dosierungsanforderung. Das Verfahren umfasst ferner Bestimmen, durch den Prozessor, einer Steueranforderung basierend auf dem Systemdruck und dem Betriebsdruck und eines Vorwärtskopplungssteuerungswerts basierend auf der Druckstörung. Das Verfahren umfasst ferner Erzeugen, durch den Prozessor, einer eingestellten Steueranforderung basierend auf der Steueranforderung und dem Vorwärtskopplungssteuerungswert. Das Verfahren umfasst ferner Steuern, durch den Prozessor, eines Dosierungsventils des DEF-Zufuhrsystems basierend auf der Dosierungsanforderung und einer Druckeinstellungskomponente des DEF-Zufuhrsystems basierend auf der eingestellten Steueranforderung.
  • Ferner ist aus der DE 11 2018 001 905 T5 ein Reduktionsmitteldosiersystem mit folgenden Komponenten bekannt: einen Dosierer, eine Konstantpumpe in Fluidverbindung mit dem Dosierer; eine Reduktionsmittelquelle in Fluidverbindung mit der Konstantpumpe und eine Steuerung, die zum Steuern des Betriebs der Konstantpumpe kommunikativ mit der Konstantpumpe gekoppelt ist. Die Steuerung ist dabei zum Betreiben der Konstantpumpe unter Verwendung eines Drucksteuersystems als Reaktion auf Daten, die anzeigen, dass der Dosierer kein Reduktionsmittel dosiert, programmiert. Weiterhin ist die Steuerung zum Betreiben der Konstantpumpe unter Verwendung eines Durchflusssteuersystem als Reaktion auf Daten, die anzeigen, dass der Dosierer Reduktionsmittel dosiert, programmiert.
  • Zudem offenbart die DE 10 2004 018 221 A1 ein Verfahren zum Einbringen eines Reagenzmittels in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. In einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine ist dabei wenigstens ein Katalysator angeordnet, vor dem ein unter Druck stehendes Reagenzmittel in das Abgas eingesprüht wird. Der Reagenzmitteldruck-Sollwert (pReaSw) wird in Abhängigkeit von einer Kenngröße (N, mL, Md, mK, vabg, pabg, TabgR, TRea) festgelegt.
  • Eine derartige Regelung des hydraulischen Drucks im Dosiersystems auf einen vorgegebenen, üblicherweise konstanten, Soll-Druckwert unterliegt in der Regel jedoch einer Reihe von dynamischen Störeinflüssen, z. B. Prelleffekten bei einer Betätigung des Dosierventils und/oder pumpeninduzierten Druckoszillationen. In besonderem Maße beeinflussen dabei allerdings die meist regelmäßig erfolgenden Dosiervorgänge den Druck im Dosiersystem. So verursacht eine Reduktionsmittelentnahme durch Öffnen des Dosierventils z. B. einen Druckabfall im System, den die Regelung durch ein entsprechendes Ansteuern der Pumpe (z. B. durch Variation der Pumpendrehzahl) auszugleichen versucht. Im Fall der bei den bisherigen Systemen zumeist verwendeten konstanten Soll-Druckwerte des Reglers ergeben sich durch dieses Gegensteuern erhebliche Schwankungen der Pumpendrehzahl, was mitunter hörbar als ein „Pulsieren“ der Pumpe wahrnehmbar ist. Neben einer möglichen akustischen Beeinträchtigung durch dieses Geräuschverhalten der Pumpe erhöhen diese Drehzahlschwankungen ferner auch deren Verschleiß.
  • Entsprechend ist es daher eine Aufgabe der Erfindung eine im Vergleich zu den bekannten Methoden verbesserte Lösung zum Betrieb eines Förder-Dosiersystems bereitzustellen, mit der die oben genannten Nachteile vermieden werden können. Insbesondere ist es dabei eine Aufgabe der Erfindung eine Lösung bereitzustellen, mittels der ein verschleißärmerer Betrieb eines Förder-Dosiersystems erreicht werden kann.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren, ein Förder-Dosiersystem und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Die hier beschriebene Lösung verfolgt dabei den Ansatz, anstelle eines zeitlich konstanten Soll-Druckwerts einen dynamischen, d. h. zeitlich variierenden, Soll-Druckwert zu verwenden, der in Abhängigkeit einer Betätigung einer Dosiereinrichtung verändert wird. Insbesondere sollen durch ein gezieltes Anpassen des Soll-Druckwerts an Druckveränderungen im System und die sich dadurch ergebende geringere Abweichung zwischen Ist- und Soll-Druckwert auf vorteilhafte Weise starke Eingriffe in die Regelstrecke vermieden werden. Dieses Vorgehen ist dabei insbesondere praktikabel, da die beim Betrieb eines Förder-Dosiersystems vorrangig auftretenden Störungen (Dosierereignisse) in der Regel zeitlich begrenzt sind bzw. regelmäßig, d. h. vorbestimmbar, auftreten.
  • Dementsprechend wird ein Verfahren zum Betrieb eines Förder-Dosiersystems für ein Fluid bereitgestellt. Bevorzugt handelt es sich bei dem Fluid um ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung, wie beispielsweise Ammoniak und/oder eine ammoniakabspaltende Substanz, z. B. wässrige Harnstofflösung. Prinzipiell eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren allerdings für jegliche Fluide, d. h. Gase, Flüssigkeiten, Gas-Flüssigkeits-Gemische und/oder Flüssigkeiten mit geringem Feststoffanteil. So kann das Verfahren z. B. auch im Zusammenhang mit dem Betrieb eines Förder-Dosiersystems für Öl-, Kraftstoff- oder Kühlwasser Anwendung finden.
  • Das Förder-Dosiersystem, welches auch als Förder- und Dosiersystem bezeichnet werden kann, umfasst dabei eine Pumpe (z. B. eine Impellerpumpe) zur Förderung des Fluids sowie eine Dosiereinrichtung (z. B. ein Dosierventil), die mit der Pumpe über eine Druckleitung fluidisch verbunden ist. Als „Druckleitung“ kann dabei eine Leitung, wie z. B. eine Rohr- und/oder Schlauchleitung, zum Transports des Fluids verstanden werden, welche für einen Überdruck im Inneren der Leitung gegenüber einem atmosphärischen Druck außerhalb der Leitung ausgelegt ist.
  • Ferner soll bei dem vorgenannten Förder-Dosiersystem über die Pumpe, vorzugsweise über eine Drehzahlvariation der Pumpe, ein Fluiddruck pfluid des Fluids in der Druckleitung auf einen Soll-Fluiddruckwert psoll geregelt werden. Dazu kann das Regeln des Fluiddrucks pfluid - in an sich bekannter Weise - ein Erfassen der Regelgröße (Fluiddruck pfluid bzw. Fluiddruckwert), beispielsweise über eine an der Druckleitung angeordnete Sensoreinrichtung (z. B. ein Drucksensor), ein Ermitteln der Abweichung der Regelgröße von der Führungsgröße (Soll-Fluiddruckwert psoll) und ein Festlegen einer Stellgröße (z. B. Pumpendrehzahl) auf Basis der ermittelten Abweichung zwischen Regelgröße und Führungsgröße umfassen. Hierbei können klassische Regelungsverfahren, wie z. B. P-Regelung, PI-Regelung oder PID-Regelung, verwendet werden. Anstelle einer, bei derartigen Systemen zumeist verwendeten, Regelung auf einen zeitlich konstanten Soll-Fluiddruckwert psoll erfolgt hier jedoch ein, vorzugsweise dynamisches, Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll in Abhängigkeit einer Betätigung (z. B. einem Öffnen und/oder Schließen) der Dosiereinrichtung. Mit andern Worten soll der Soll-Fluiddruckwert psoll ein dynamischer Sollwert sein, der auf Basis einer Betätigung der Dosiereinrichtung variiert wird. Ein Öffnen und/oder Schließen der Dosiereinrichtung kann somit eine Änderung des Soll-Fluiddruckwerts psoll „triggern“, wobei diese Änderung auch zeitlich verzögert erfolgen kann. Bevorzugt verringert dabei die Änderung des Soll-Fluiddruckwerts Psoll die Regelabweichung zwischen pfluid und psoll, wodurch auf vorteilhafte Weise ein entsprechendes Gegensteuern der Pumpe und damit Schwankungen in der Betriebsweise der Pumpe vermieden werden können.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung kann das Ändern dabei ein Absenken des Soll-Fluiddruckwerts psoll nach einem Öffnen der Dosiereinrichtung und/oder ein Anheben des Soll-Fluiddruckwerts Psoll nach einem Schließen der Dosiereinrichtung umfassen. Dabei soll das Absenken ein Herabsetzen des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf einen im Vergleich dazu kleineren Soll-Fluiddruckwert psoll und das Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll ein Erhöhen des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf einen im Vergleich dazu größeren Soll-Fluiddruckwert psoll bezeichnen. Weiterhin soll das Absenken und/oder Anheben zeitlich nach dem Öffnen bzw. Schließen erfolgen, wobei dies unmittelbar anschließend oder aber zeitlich verzögert erfolgen kann. Bevorzugt umfasst das Ändern somit ein zeitweises Absenken des Soll-Fluiddruckwerts psoll nach einem Öffnen der Dosiereinrichtung, z. B. bis zum nächsten Schließen der Dosiereinrichtung, und/oder ein zeitweises Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll nach einem Schließen der Dosiereinrichtung, z. B. für ein vorbestimmtes Zeitintervall. Da die vorgenannten Betätigungen (Öffnen/Schließen) der Dosiereinrichtung im üblichen Betrieb eines Förder-Dosiersystems zumeist das oben genannte Verhalten des Fluiddruck pfluid induzieren und in der Regelstrecke zudem oftmals eine gewisse Trägheit vorhanden ist, kann durch ein entsprechendes Absenken bzw. Anheben von psoll auf vorteilhafte Weise die Regelabweichung reduziert werden und damit eine starke Variation der Stellgröße (z. B. Pumpendrehzahl) vermieden werden. Im Vergleich zu dem bislang meist üblichen Vorgehen, bei dem eine auftretende Regeldifferenz vorrangig durch ein entsprechendes Gegensteuern durch Variation der Stellgröße verringert wird, soll hier das Reduzieren der Regeldifferenz auch ein entsprechendes Anpassen des Sollwerts an die Regelgröße umfassen.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Ändern auf Basis einer, vorzugsweise entnahmebedingten, Änderungsgeschwindigkeit des Fluiddrucks pfluid in der Druckleitung erfolgen. Hierbei soll die Größe „Änderungsgeschwindigkeit“, welche auch als Änderungsrate des Fluiddrucks pfluid bezeichnet werden kann, eine zeitliche Änderung des Fluiddrucks pfluid bezeichnen. Mit anderen Worten kann das Verfahren bzw. der Schritt des Änderns von psoll auf die Geschwindigkeit reagieren, mit der sich der Fluiddruck pfluid gerade verändert. Dies ist vorteilhaft, da aus einer aktuellen Änderung des Fluiddrucks pfluid - quasi vorrausschauend - dessen zukünftiger Verlauf extrapoliert werden kann. So führt etwa eine momentan große Änderungsgeschwindigkeit des Fluiddrucks Pfluid mit hoher Wahrscheinlichkeit im nachfolgenden Zeitabschnitt ebenfalls zu einer deutlichen Änderung von Pfluid, sodass durch eine Berücksichtigung dieser Größe auf vorteilhafte Weise eine entsprechende Anpassung von psoll erfolgen kann. Hierzu kann das Verfahren ein Bestimmen einer Änderungsgeschwindigkeit des Fluiddrucks pfluid - z. B. im Fall eines entnahmebedingten Absinkens des Fluiddrucks pfluid bei geöffneter Dosiereinrichtung - und Ändern des Soll-Fluiddruckwerts Psoll auf Basis der Änderungsgeschwindigkeit umfassen. Letzteres kann dabei z. B. proportional zur Änderungsgeschwindigkeit des Fluiddrucks pfluid erfolgen.
  • Um dabei auf vorteilhafte Weise robuster gegenüber kurzzeitigen Schwankungen bzw. Rauschen des Fluiddrucks pfluid zu sein, kann das Verfahren erfindungsgemäß ein Adaptieren eines ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 und Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis dieses ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 umfassen. Gemäß dem üblichen Verständnis kann hierbei der Ausdruck „Adaptieren“ ein Anpassen eines bestehenden Ausgangswertes für den Fluiddruckgradientenschätzer G1 an sich verändernde Begebenheiten bezeichnen. Im Gegensatz zu einem reinen „Bestimmen“ fließt beim Adaptieren somit auch ein bisheriger bzw. vorheriger Wert der zu adaptierenden Größe mit ein. Beispielsweise kann das Adaptieren des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 über den Zusammenhang G1,neu = G1,alt + η·(G1,alt-Gtat) erfolgen, wobei G1,neu den neu adaptierten Wert des bisherigen Werts (G1,alt) von G1 darstellt, der unter Berücksichtigung eines einheitenlosen Lernfaktors η und der Abweichung zwischen G1,alt und einem, vorzugsweise aktuell bestimmten, tatsächlichen Fluiddruckgradienten (Gtat) des Fluiddrucks pfluid ermittelt wird. Letzterer kann dabei z. B. an Hand eines sich durch ein Öffnen der Dosiereinrichtung ergebenden Druckabfalls von pfluid bestimmt werden. Mit anderen Worten kann das Verfahren ein Adaptieren des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 an ein, vorzugsweise entnahmebedingtes, Absinken des Fluiddrucks pfluid bei geöffneter Dosiereinrichtung umfassen.
  • Dabei kann das vorgenannte Adaptieren während einer, vorzugsweise vorbestimmten, Öffnungsdauer der Dosiereinrichtung auch mehrfach erfolgen. Mit anderen Worten soll der erste Fluiddruckgradientenschätzer G1 bei geöffneter Dosiereinrichtung zumindest zweimal an einen sich dadurch zeitlich verändernden Fluiddruck pfluid adaptiert werden. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine bessere Anpassung an sich verändernde Druckverhältnisse erzielt werden. Dabei kann das mehrfache Adaptieren während der Öffnungsdauer z. B. in festen zeitlichen Abständen (z. B. alle 0.1 s) erfolgen. Da die Öffnungsdauer der Dosiereinrichtung (Ventilöffnungsdauer) zur Erzielung einer bestimmten Einspritzmenge an Reduktionsmittel zumeist vorbestimmt, d. h. zuvor festgelegt, ist, kann der zeitliche Abstand bzw. die Anzahl der Adaptationsvorgänge pro Öffnungsdauer im Vorfeld festgelegt bzw. an die Öffnungsdauer angepasst sein.
  • Zudem oder alternativ kann das Adaptieren auch ein Normieren des entnahmebedingten Absinkens bezüglich einer, vorzugsweise vorbestimmten, Dosierperiode T umfassen. Der Ausdruck „Dosierperiode“ soll dabei das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Dosierereignissen bzw. Reduktionsmitteleinspritzungen bezeichnen, wobei sich die Dosierperiode sich in einen „ersten“ Zeitraum t1 mit geöffneter Dosiereinrichtung und einen „zweiten“ Zeitraum t2 mit geschlossener Dosiereinrichtung unterteilt. Durch das Normieren des entnahmebedingten Absinkens und/oder des daraus ermittelten tatsächlichen Fluiddruckgradienten Gtat, beispielsweise über den Normierungsfaktor T/(T-t1), kann auf vorteilhafte Weise eine standardisierte zeitliche Änderung von pfluid bereitgestellt werden, die dann wiederum - wie nachfolgend noch genauer ausgeführt - auch zur Berechnung eines Anstiegs des Soll-Fluiddruckwerts psoll verwendet werden kann.
  • Zudem oder alternativ kann auch ein Plausibilisieren des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 erfolgen. Dabei kann überprüft werden, ob G1 einem vorbestimmten Plausibilitätskriterium, z. B. in Form eines vorgegebenen Schwellenwerts und/oder eines bestimmten Wertebereichs, genügt, um dadurch bevorzugt festzustellen zu können, ob ein sinnvoller bzw. geeigneter Schätzwert für den Fluiddruckgradienten vorliegt. Entsprechend kann das Plausibilisieren auch als ein Validieren und/oder ein Überprüfen bezeichnet werden. Zudem oder alternativ kann das Plausibilitätskriterium dabei auch eine Funktionsfähigkeit des Förder-Dosiersystems charakterisieren. Anders ausgedrückt kann somit ein Plausibilisieren des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit des Förder-Dosiersystems erfolgen. Beispielsweise kann auf Basis eines zu geringen Fluiddruckgradientenschätzers G1 auf das Vorliegen einer verstopften Dosiereinrichtung geschlossen werden. Durch das Nicht-Erfüllen vorbestimmter Plausibilitätskriteriums können auf vorteilhafte Weise Fehler im Förder-Dosiersystem und/oder eine prinzipielle Eignung von G1 zum Anpassen des Soll-Fluiddruckwerts psoll schnell erkannt werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Ändern des Soll-Fluiddruckwerts Psoll sowohl ein Absenken des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 als auch ein Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 umfassen. Mit anderen Worten kann der zuvor auf Basis eines Absinkens des Fluiddrucks Pfluid ermittelte bzw. adaptiere Fluiddruckgradientenschätzer G1 sowohl für ein Herabsetzen des Soll-Fluiddruckwerts psoll, vorzugsweise bei geöffneter Dosiereinrichtung, als auch ein Erhöhen des Soll-Fluiddruckwerts psoll, vorzugsweise bei geschlossener Dosiereinrichtung, verwendet werden. Letzteres, auf den ersten Blick nicht intuitive, Verwenden eines bei einem Absinken von pfluid adaptierten Gradienten zur Berechnung eines Anstiegs des Soll-Fluiddruckwerts psoll bei geschlossenem Dosierventil resultiert hierbei daraus, dass in der Regel nach dem Schließen der Dosiereinrichtung der ursprüngliche Ausgangsfluiddruck durch das Weiterfördern der Pumpe wieder erreicht werden kann, ggf. jedoch verglichen zum Druckabfall mit veränderter Steigung. Folglich kann der ersten Fluiddruckgradientenschätzer G1 prinzipiell auch zur Berechnung eines Anstiegs des Soll-Fluiddruckwerts psoll verwendet werden, wobei hier mitunter ein Korrekturfaktor c1 zur Berücksichtigung unterschiedlicher Öffnungs- bzw. Schließzeiten (t1 bzw. t2) miteinfließen kann. Beispielsweise kann dies über den Faktor c1 = -t2/T erfolgten. Der Vorteil dieser Variante liegt somit darin, dass auf Basis lediglich „einer“ Adaption während des Absinkens des Fluiddrucks pfluid in einer Dosierperiode T der Soll-Fluiddruckwert Psoll für die gesamte Dosierperiode T berechnet werden kann.
  • Um dabei allerdings das Ändern bzw. Anpassen des Soll-Fluiddruckwerts psoll bei einem Druckanstieg, z. B. nach einem Schließen der Dosiereinrichtung, zu verbessern, kann das Verfahren erfindungsgemäß auch ein Adaptieren eines zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2 an einen, vorzugsweise pumpenbedingten, Anstieg des Fluiddrucks pfluid bei geschlossener Dosiereinrichtung umfassen. Wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Adaptieren des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 erwähnt, kann dabei auch das Adaptieren von G2 z. B. über den Zusammenhang G2,neu = G2,alt + η·(G2,alt-Gtat) erfolgen, wobei G2,neu den neu adaptierten Wert des bisherigen Werts (G2,alt) von G2 darstellt, der unter Berücksichtigung eines einheitenlosen Lernfaktors η und der Abweichung zwischen G2,alt und einem, vorzugsweise aktuell bestimmten, tatsächlichen Fluiddruckgradienten (Gtat) des Fluiddrucks pfluid ermittelt wird. Im Gegensatz zu G1 soll G2 allerdings anhand eines sich nach einem Schließen der Dosiereinrichtung durch das Fördern der Pumpe ergebenden bzw. durch einen hierdurch bedingten Druckanstieg des Fluiddrucks pfluid bestimmt werden. Vorzugsweise erfolgt das Adaptieren mehrfach während einer, vorzugsweise vorbestimmten, Schließdauer der Dosiereinrichtung. Ferner kann das Verfahren wiederum auch ein Plausibilisieren des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2, vorzugsweise zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit des Förder-Dosiersystems, umfassen, wobei hier erneut die vorstehend im Zusammenhang mit dem Plausibilisieren von G1 erwähnten Methoden Verwendung finden können.
  • Unabhängig davon, ob ein Plausibilisieren des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2 erfolgt oder nicht, kann somit ein Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2 erfolgen. Spiegelbildlich zum Fall des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 kann das Verfahren dabei die Variante aufweisen, dass das Ändern des Soll-Fluiddruckwerts Psoll sowohl ein Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll, vorzugsweise bei geschlossener Dosiereinrichtung, auf Basis des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2 als auch ein Absenken des Soll-Fluiddruckwerts psoll, vorzugsweise bei geöffneter Dosiereinrichtung, auf Basis des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2 umfasst. Anders ausgedrückt kann der zuvor auf Basis eines Anstiegs des Fluiddrucks pfluid ermittelte bzw. adaptiere Fluiddruckgradientenschätzer G2 somit sowohl für ein Erhöhen als auch Herabsetzen des Soll-Fluiddruckwerts Psoll verwendet werden, wobei hier wiederum ggf. ein Korrekturfaktor c2, z. B. in der Form c2 = -t1/T, zur Berücksichtigung unterschiedlicher Öffnungs- bzw. Schließzeiten miteinfließen kann.
  • Besonders vorteilhaft ist hierbei allerdings, falls sowohl G1 als auch G2 vorliegen, dass - nach einem weiteren Aspekt der Erfindung - das Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll ein Absenken des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 und ein Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G1 umfassen kann. Auf vorteilhafte Weise kann so der zuvor auf Basis eines Absinkens von pfluid ermittelte bzw. adaptierte Fluiddruckgradientenschätzer G1 zur Berechnung eines Absenkens des Soll-Fluiddruckwerts psoll bei geöffnetem Dosierventil und der zuvor auf Basis eines Anstiegs von pfluid ermittelte bzw. adaptierte Fluiddruckgradientenschätzer G2 zur Berechnung eines Anhebens des Soll-Fluiddruckwerts psoll bei geschlossenem Dosierventil verwendet werden. Insgesamt kann dadurch auf vorteilhafte Weise ein möglichst optimales Anpassen des Soll-Fluiddruckwerts psoll in den verschiedenen Betriebsphasen ermöglicht werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Adaptieren bei geregeltem Fluiddruck pfluid und/oder während eines Betriebs der Pumpe erfolgen. Anders ausgedrückt kann das Adaptieren bei normalen Betrieb des Förder-Dosiersystems erfolgen und nicht in einem speziellen Kalibrierungsmodus, in dem z. B. bestimmte Funktionen wie die Pumpe, die Regelung und/oder die Dosiereinrichtung deaktiviert sind. Dabei kann das Adaptieren quasi fortwährend erfolgen, wobei zur Vermeidung möglicher Instabilitäten bevorzugt ein Zeitraum des unmittelbaren Öffnungs- und/oder Schließvorgangs der Dosiereinrichtung und/oder besonders kurze oder lange Öffnungsdauern der Dosiereinrichtung von der Adaption ausgeschlossen sein können.
  • Zudem oder alternativ kann das Adaptieren ein erstes Adaptieren bei einem ersten Dosiervorgang der Dosiereinrichtung und zumindest ein zweites Adaptieren bei einem zweiten Dosiervorgang der Dosiereinrichtung umfassen. Mit anderen Worten kann das Verfahren ein Adaptieren bei verschiedenen Dosiervorgängen umfassen, wobei das Adaptieren bevorzugt bei jedem Dosiervorgang erfolgt. Hierbei soll sich das Adaptieren sowohl auf das Adaptieren von G1 und/oder G2 beziehen können. Neben dem vorstehend bereits beschriebenen mehrfachen Adaptieren während eines Dosiervorgangs, z. B. ein mehrfaches Adaptieren während der Öffnungsdauer eines (ersten) Dosiervorgangs, kann das Verfahren somit zudem oder alternativ auch ein mehrmaliges Adaptieren bei mehreren Dosiervorgängen, z. B. ein Adaptieren bei jeder Öffnungsdauer eines ersten, zweiten, dritten, etc. Dosiervorgangs, umfassen. Auf vorteilhafte Weise kann so über den gesamten Betrieb ein möglichst aktueller Fluiddruckgradientenschätzer bereitgestellt werden und damit auch auf sich verändernde Betriebsbedingungen reagiert werden.
  • Zudem oder alternativ kann das Adaptieren, d. h. das Adaptieren von G1 und/oder G2, über einen veränderbaren Lernfaktor η beeinflussbar sein. Mittels diesem, vorzugsweise einheitenlosen, Parameter kann auf vorteilhafte Weise die Stärke der Adaption bzw. der Grad der Anpassung variiert werden. Lediglich beispielhaft kann der Lernfaktor η hierbei über den Zusammenhang G1/2,neu = G1/2,alt + η·(G1/2,alt-Gtat) bei der Adaption miteinfließen, wobei G1/2,neu den neu adaptierten Wert des bisherigen Werts (G1/2,alt) von G1/2 darstellt, der unter Berücksichtigung der Abweichung zwischen G1/2,alt und einem tatsächlichen Fluiddruckgradienten (Gtat) des Fluiddrucks pfluid ermittelt wird. Dabei kann η fest vorgegeben sein oder aber variierbar sein und z. B. Werte zwischen 0 < η ≤ 1 annehmen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch Einfluss auf den Adaptionsprozess genommen werden und insgesamt ein robusteres Betriebsverhalten des Förder-Dosiersystems erreicht werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Soll-Fluiddruckwert psoll um einen konstanten Basis-Soll-Fluiddruckwert p0 schwanken. Anders ausgedrückt kann sich der resultierende Soll-Fluiddruckwert psoll ausgehend von p0 sowohl zu höheren als auch niedrigeren Soll-Fluiddruckwerten verändern, wobei dies vorzugsweise symmetrisch, d. h. im gleichen Maße zu höheren wie niedrigeren Soll-Fluiddruckwerten, und/oder alternierend, d. h. abwechselnd zeitweise zu höheren und niedrigeren Soll-Fluiddruckwerten, erfolgt. Auf vorteilhafte Weise kann so eine möglichst ausgeglichene Anpassung von psoll erreicht werden.
  • Um auf vorteilhafte Weise eine effiziente und schnelle Berechnung des Soll-Fluiddruckwert psoll zu ermöglichen, kann gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung das Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis eines, vorzugsweise zeitlich, linearen Modells erfolgen. Dazu kann das Verfahren ein, vorzugsweise fortwährendes, Berechnen von psoll umfassen, wobei bei der Berechnung von psoll die Zeit t in keinen höheren Potenzen als 1 miteinfließt. Zudem oder alternativ kann der Soll-Fluiddruckwert psoll zeitlich eine abschnittsweise lineare Funktion beschreiben. Mit anderen Worten kann der Soll-Fluiddruckwert psoll zeitlich abschnittsweise durch Funktionen der Form m·t+b beschrieben werden, wobei m und b reelle Zahlen sind.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Fluiddruck pfluid des Fluids über eine Drehzahlvariation der Pumpe auf einen Soll-Fluiddruckwert psoll geregelt werden. Hierbei soll unter einer „Drehzahlvariation“ das Verändern einer Größe der Pumpe verstanden werden, die die Anzahl der Pumpenumdrehungen in einer bestimmten Zeit angibt. Dabei kann der Begriff „Drehzahl“ allgemein sowohl für Drehbewegungen (z. B. im Fall einer Drehschieberpumpe), als auch sonstige periodischen Vorgänge (z. B. im Fall Membranpumpe oder Hubkolbenpumpe) verstanden werden. Mit anderen Worten kann der Begriff Drehzahl auch eine Frequenz bezeichnen. Zudem oder alternativ kann der Fluiddruck pfluid des Fluids auch mittels PI-Regelung auf den Soll-Fluiddruckwert psoll geregelt werden. Alternativ dazu können auch andere im Stand der Technik bekannte Regelungsverfahren, darunter z. B. P-Regelung oder PID-Regelung verwendet werden und/oder andere Stellgrößen zur Regelung verwendet werden, darunter z. B. eine Leiterschaufelstellung und/oder eine Drosseleinstellung.
  • Weiterhin wird ein Förder-Dosiersystem für ein Fluid bereitgestellt. Bevorzugt handelt es sich bei dem Fluid um ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung, wie beispielsweise Ammoniak und/oder eine ammoniakabspaltende Substanz, z. B. wässrige Harnstofflösung. Grundsätzlich eignet sich das entsprechende Förder-Dosiersystem jedoch für jegliche Fluide, d. h. Gase, Flüssigkeiten, Gas-Flüssigkeits-Gemische und/oder Flüssigkeiten mit geringem Feststoffanteil. Das Förder-Dosiersystem umfasst dabei eine Pumpe (z. B. eine Impellerpumpe) zur Förderung des Fluids, eine Dosiereinrichtung, die mit der Pumpe über eine Druckleitung fluidisch verbunden ist, sowie eine Regeleinrichtung, die ausgebildet ist, über eine Steuerung der Pumpe, vorzugsweise über eine Steuerung einer Drehzahl der Pumpe, einen Fluiddruck pfluid des Fluids in der Druckleitung gemäß einem Verfahren wie in diesem Dokument beschrieben zu regeln. Dazu kann das Förder-Dosiersystem ferner eine, vorzugsweise an der Druckleitung angeordnete, Sensoreinrichtung (z. B. einen Drucksensor) umfassen, die ausgebildet ist, den Fluiddruck pfluid des Fluids in der Druckleitung (Fluiddruckwert) zu erfassen. Weiterhin kann die Regeleinrichtung ausgebildet sein, eine Abweichung des erfassten Fluiddruckwerts vom Soll-Fluiddruckwert psoll zu ermitteln und auf Basis der ermittelten Abweichung zwischen Regelgröße und Führungsgröße einer Stellgröße (z. B. Pumpendrehzahl) festzulegen. Auf vorteilhafte Weise wird dadurch insgesamt ein Förder-Dosiersystem bereitgestellt, mittels dem insbesondere verschleißerhöhende Schwankungen im Betrieb der Pumpe vermieden werden können.
  • Ferner wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das ein Förder-Dosiersystem wie in diesem Dokument beschrieben aufweist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug dabei um ein Nutzfahrzeug. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Fahrzeug handeln, das durch seine Bauart und Einrichtung zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt sein kann. Beispielsweise kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um einen Lastkraftwagen, einen Omnibus und/oder einen Sattelzug handeln.
  • Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der Erfindung sind dabei beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1: Eine schematische Darstellung eines Förder-Dosiersystems für ein Fluid gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 2: Eine exemplarische Messung des Verlaufs des Fluiddrucks pfluid in einem Förder-Dosiersystem als Funktion der Zeit bei verschiedenen Regelungen; und
    • 3: Eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Förder-Dosiersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind dabei in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und zum Teil nicht gesondert beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Förder-Dosiersystems 10 für ein Fluid 1, d. h. ein System zur Förderung und Dosierung eines Fluids 1, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Vorliegend handelt es sich bei dem Fluid 1 um ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung, wie z. B. wässrige Harnstofflösung. Das Förder-Dosiersystems 10 weist dabei eine Pumpe 2 zur Förderung des vorliegend in einem Fluidbehälter 7 (z. B. einem Tank) gelagerten Reduktionsmittels auf. Weiterhin umfasst das Förder-Dosiersystem 10 eine Dosiereinrichtung 3 in Form eines Dosierventils, das mit der Pumpe 2 über eine Druckleitung 4 fluidisch verbunden ist und über das vorliegend das Reduktionsmittel in einen Abgastrakt 9 eingeleitet bzw. eingesprüht werden kann. Dabei sollen die beiden Pfeile in 1 die Strömungsrichtung des Abgases im Abgastrakt 9 markieren. Zum Einstellen der entsprechenden Dosierparameter, wie z. B. Menge, Sprühstrahlform etc., ist dabei - neben der Ausgestaltung der Dosiereinrichtung 3 selbst - vor allem auch der an der Dosiereinrichtung 3 anliegende Fluiddruck pfluid des Reduktionsmittels entscheidend. Entsprechend ist bei dem vorliegenden Förder-Dosiersystem 10 eine Regelung von pfluid auf einen Soll-Fluiddruckwert psoll vorgesehen, wobei dies z. B. eine entsprechende Variation einer aktuellen Drehzahl der Pumpe 2 erfolgen kann.
  • Für diese Regelung von pfluid kann das Förder-Dosiersystem 10 ferner eine Regeleinrichtung 5 umfassen, der ein aktueller Fluiddruck pfluid bzw. ein entsprechendes Fluiddrucksignal (vgl. 2) bereitgestellt wird, wobei das Fluiddrucksignal sowohl ein tatsächlicher Fluiddruck und/oder eine Größe sein kann, aus der der Fluiddruck des Reduktionsmittels ableitbar ist. Zum Bereitstellen dieser Größe kann das Förder-Dosiersystems 10 eine ausgangsseitig der Pumpe 2 angeordnete Sensoreinrichtung 6 umfassen, die ausgebildet ist, den Fluiddruck pfluid des Reduktionsmittels in der Druckleitung 4 zu erfassen und bereitzustellen. Hierbei kann die Regeleinrichtung 5 weiterhin ausgebildet sein, eine Abweichung zwischen pfluid und dem Soll-Fluiddruckwert psoll zu ermitteln und auf Basis der ermittelten Abweichung zwischen Regelgröße und Führungsgröße einer Stellgröße (z. B. Pumpendrehzahl) festzulegen, um dadurch den Reduktionsmitteldruck zu regulieren. In diesem Zusammenhang können an sich im Stand der Technik bekannte Regelungsverfahren, darunter z. B. PI-Regelung, verwendet werden. Zusätzlich kann eine Regulierung des Reduktionsmitteldruckes auch über eine optionale - vorliegend dargestellte - Rückleitung zum Tank 6 mit einer dort angeordneten Drossel 8 erfolgen.
  • Im Zusammenhang mit der Regelung des Fluiddrucks pfluid des Reduktionsmittels ist dabei vorgesehen, dass anstelle eines, bei derartigen Systemen zumeist verwendeten, zeitlich konstanten Soll-Fluiddruckwerts psoll ein dynamischer Soll-Fluiddruck psoll eingeführt wird, der in Abhängigkeit einer Betätigung (z. B. einem Öffnen und/oder Schließen) der Dosiereinrichtung 3 geändert werden soll. Dazu erfolgt, vorzugsweise fortwährend, ein Berechnen von psoll, wobei Betätigungen der Dosiereinrichtung 3 ein entsprechendes Anpassen des Soll-Fluiddruckwerts psoll triggern, auf das im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 näher eingegangen werden soll.
  • 2 zeigt eine exemplarische Messung des Verlaufs des Fluiddrucks pfluid in einem Förder-Dosiersystem 10 als Funktion der Zeit t bei verschiedenen Regelungen. In den ersten etwa 16 Sekunden erfolgt hierbei eine PI-Regelung unter Verwendung eines dynamischen Soll-Fluiddruckwerts psoll, während anschließend das dynamische Variieren von psoll deaktiviert wurde und damit ein konstanter Soll-Fluiddruckwert psoll eingestellt ist. Bevor hierbei im Detail auf das konkrete Ändern bzw. Berechnen des Soll-Fluiddruckwerts psoll, im dynamischen Fall eingegangen werden soll, sollen zunächst grundlegende Unterschiede der beiden Regelungsarten herausgestellt werden.
  • Betrachtet man den Verlauf des Fluiddrucks Pfluid bei laufender Pumpe 2, so weist dieser nach einem anfänglich im Wesentlichen konstanten Verlauf um p0 (bis ca. 1 s) eine Mehrzahl zackenförmiger Modulationen auf, die im Zusammenhang mit hier regelmäßig erfolgenden Dosiervorgängen D stehen. Die Dosiervorgänge D werden dabei durch eine Dosierperiode T bestimmt, wobei sich diese jeweils in einen ersten Zeitraum t1 mit geöffneter Dosiereinrichtung 3 und einen zweiten Zeitraum t2 mit geschlossener Dosiereinrichtung 3 unterteilen, wobei in 2 lediglich das Öffnen der Dosiereinrichtung 3 durch die Striche „D“ hervorgehoben ist. Im Fall, dass dabei die Dosiereinrichtung 3 geöffnet wird, d. h. Fluid 1 entnommen wird, induziert dies ein entnahmebedingtes Absinken des Fluiddrucks Pfluid, wohingegen das anschließende Schließen der Dosiereinrichtung 3 durch das „Weiterfördern“ der Pumpe 2 einen Anstieg des Fluiddrucks pfluid bewirkt.
  • Im Falle der im rechten Bildbereich von 2 (ab etwa 16 s) dargestellten PI-Regelung über einen konstanten Soll-Fluiddruckwert psoll, versucht die PI-Regelung die vorgenannten Schwankungen bzw. Modulationen durch ein entsprechendes Ansteuern der Pumpendrehzahl Np auszugleichen, was z. B. an den Ausschlägen des in 2 mitdargestellten Verlauf der Pumpendrehzahl Np erkennbar ist. Trotz dieses erheblichen Gegensteuerns der Regelung vermag diese - zumindest im Fall der vorliegenden verwendeten Einstellungen - die durch das Betätigen der Dosiereinrichtung 3 induzierten Schwankungen nicht völlig auszugleichen, sodass für einen „konstanteren“ Verlauf von pfluid näher am Sollwert psoll eigentlich noch stärkere Regeleingriffe bzw. eine schnellere Regelung vonnöten wäre. Da dies allerdings mit entsprechend noch stärkeren Schwankungen („Pulsieren“) der Pumpendrehzahl Np verbunden wäre, die akustisch mitunter als störend empfunden werden bzw. die Lebensdauer der Pumpe 2 verkürzen können, verfolgt das, vorliegend im linken Bildbereich von 2 dargestellte, Regelungsverfahren einen anderen Ansatz.
  • Wie dazu dem Bereich zwischen 0 und 16 Sekunden zu entnehmen ist, nimmt hier der Soll-Fluiddruckwert psoll keinen zeitlich konstanten Wert an, sondern variiert dynamisch in Abhängigkeit einer Betätigung der Dosiereinrichtung 3. Ausgenommen eine kurze Adaptionsphase im Fall des erstmaligen Öffnens der Dosiereinrichtung 3 (ca. um 1 s) erfolgt hier nach einem Öffnen der Dosiereinrichtung 3 ein Absenken des Soll-Fluiddruckwerts psoll und nach einem Schließen der Dosiereinrichtung 3 ein Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch die Regelabweichung zwischen pfluid und psoll verringert werden und so ein starkes Variieren der Pumpendrehzahl Np vermieden werden. Dies zeigt sich auch in den, im Vergleich zum konstanten Soll-Fluiddruckwert psoll, deutlich geringeren Schwankungen von Np. Entsprechend ergibt sich im Fall des dynamischen Soll-Fluiddruckwerts psoll ein ruhigeres Laufverhalten der Pumpe 2, was wiederum einem Verschleiß der Pumpe 2 entgegenwirkt.
  • Dabei kann das vorstehend beschriebene fortwährende Berechnen bzw. Anpassen von psoll in Abhängigkeit einer Betätigung der Dosiereinrichtung 3 z. B. auf Basis zeitlich linearer Änderungen von psoll erfolgen. So kann der Soll-Fluiddruckwert psoll bei geöffneter Dosiereinrichtung 3 z. B. über den Zusammenhang psoll(t)=pstart+G1 · t berechnet werden, wobei pstart einen Fluiddruckstartwertschätzer, G1 einen (negativen) „ersten“ Fluiddruckgradientenschätzer und t die Zeit ab Öffnen der Dosiereinrichtung 3 bezeichnen soll. Der Fluiddruckgradientenschätzer soll dabei einen festgesetzten Wert für den Fluiddruckgradienten bezeichnen, wobei der Fluiddruckgradient die Änderung des Fluiddrucks Δpfluid in einem, vorzugsweise vorbestimmten, Zeitintervall Δt und/oder die Ableitung des Fluiddrucks Pfluid nach der Zeit t beschreiben soll.
  • Grundsätzlich können dabei pstart und G1 fest vorgegeben sein, insbesondere falls das Systemverhalten bekannt bzw. die zu erwartenden Schwankungen vorhersehbar sind, bevorzugt soll allerdings ein, vorzugsweise ständiges, Anpassen dieser Parameter an die aktuellen Gegebenheiten beim Betrieb des Förder-Dosiersystems 10 erfolgen. So kann der erste Fluiddruckgradientenschätzer G1 an ein, vorzugsweise entnahmebedingtes, Absinken des Fluiddrucks pfluid bei geöffneter Dosiereinrichtung 3 adaptiert werden. Dazu kann G1 z. B. über den Zusammenhang G1,neu = G1,alt + η·(G1,alt-Gtat) ermittelt werden, wobei G1,neu den neu adaptierten Wert des bisherigen Werts (G1,alt) von G1 darstellt, der unter Berücksichtigung eines einheitenlosen Lernfaktors η und der Abweichung zwischen G1,alt und einem, vorzugsweise aktuell bestimmten, tatsächlichen Fluiddruckgradienten (Gtat) des Fluiddrucks pfluid ermittelt wird.
  • Im Gegensatz zu einem reinen Bestimmen des Fluiddruckgradientenschätzers G1 fließt hier somit auch dessen bisheriger bzw. vorheriger Wert in dessen Anpassen mit ein, wobei zu Beginn des Adaptionsvorgangs ein Grundschätzer für G1 vorgegeben sein kann. Um auf vorteilhafte Weise eine möglichst gute Anpassung an sich verändernde Druckverhältnisse während der Öffnungsdauer t1 der Dosiereinrichtung 3 zu erhalten, kann das Adaptieren bei geöffneter Dosiereinrichtung 3 dabei auch mehrfach (z. B. alle 0.1 s) erfolgen. Weiterhin kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform bei dem tatsächlichen Fluiddruckgradienten Gtat, d. h. die, vorzugsweise aktuelle, zeitliche Änderung von pfluid, um einen normierten tatsächlichen Fluiddruckgradienten Gtat handeln, der auf Basis des bekannten Zeitraum t1 mit geöffneter Dosiereinrichtung 3 und der bekannten Dosierperiode T über den Faktor T/(T-t1) normiert wird. Entsprechend kann in diesem Fall der erste Fluiddruckgradientenschätzer G1 auch als normierter erster Fluiddruckgradientenschätzer G1 bezeichnet werden, wobei dann zur Berechnung des Soll-Fluiddruckwerts psoll bei geöffneter Dosiereinrichtung 3 eine entsprechende Denormierung vorgenommen werden sollte, d. h. Psoll(t)=pstart+G1·t·(T-t1)/T.
  • Nachdem über den oben genannten Zusammenhang die zeitliche Veränderung von psoll während des Offenstehens der Dosiereinrichtung 3 beschrieben wurde, wird nach der Zeitspanne t1 die Dosiereinrichtung 3 geschlossen, wodurch der Fluiddruck pfluid in der Druckleitung 4 erneut ansteigt. Wie vorstehend erwähnt, soll in diesem Zeitraum t2 bis zum nächsten Öffnen der Dosiereinrichtung 3 der Soll-Fluiddruckwert psoll - ausgehend von dem Soll-Fluiddruckendwert pend beim Schließen der Dosiereinrichtung 3 - erneut angehoben werden. Dieser kann dabei z. B. über den Zusammenhang psoll(t)=pend+G2·(T-t) berechnet werden, wobei G2 einen (positiven) „zweiten“ Fluiddruckgradientenschätzer bezeichnen soll, der analog zu G1, allerdings an einen, vorzugsweise pumpenbedingten, Anstieg des Fluiddrucks pfluid bei geschlossener Dosiereinrichtung 3 adaptiert wird. Alternativ dazu kann das Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll auch auf Basis des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 erfolgen.
  • Mit anderen Worten kann der zuvor auf Basis eines Absinkens des Fluiddrucks pfluid ermittelte bzw. adaptiere Fluiddruckgradientenschätzer G1 auch für ein Erhöhen des Soll-Fluiddruckwerts psoll verwendet werden. Dies ist möglich, da der ursprüngliche Ausgangsfluiddruck durch das Weiterfördern der Pumpe 2 nach dem Schließen der Dosiereinrichtung 3 in der Regel wieder erreicht werden kann. Bei unterschiedlichen Öffnungs- und Schließzeiten (t1 bzw. t2) ist es jedoch vorteilhaft, dies über einen entsprechenden Korrekturfaktor c1 = -(T-t1)/T mit zu berücksichtigen. Nach Ablauf von t2 öffnet die Dosiereinrichtung 3 erneut und ein weiterer Berechnungszyklus für psoll für die nächste Dosierperiode T startet. Für eine möglichst ausgeglichene Anpassung von psoll kann dieser, vorzugsweise symmetrisch, um einen konstanten Basis-Soll-Fluiddruckwert p0 schwanken, wozu pstart basierend auf dem zu erwartenden Druckeinbruch im Intervall t1 als pstart = p0+G1. t1/2 festgesetzt werden kann.
  • Insgesamt kann so auf vorteilhafte Weise die Regelabweichung zwischen pfluid und psoll reduziert werden, wodurch ein starkes Gegensteuern der Pumpe 2 und damit Schwankungen in der Betriebsweise der Pumpe 2 vermieden werden können.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 20 mit einem Förder-Dosiersystem 10 gemäß Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Kraftfahrzeug 20 handelt es sich vorliegend um ein Sattelkraftfahrzeug, d. h. ein Gespann aus einer Sattelzugmaschine und einem Sattelanhänger. Das im Kraftfahrzeugs 20 angeordnete Förder-Dosiersystem 10 umfasst dabei eine Pumpe 2 zur Förderung eines Fluids 1 sowie eine Dosiereinrichtung 3, die mit der Pumpe 2 über eine Druckleitung 4 fluidisch verbunden ist. Ferner umfasst das Förder-Dosiersystem 10 eine Regeleinrichtung 5, die ausgebildet ist, über eine Steuerung der Pumpe 2, vorzugsweise über eine Steuerung einer Drehzahl der Pumpe 2, einen Fluiddruck pfluid des Fluids 1 in der Druckleitung 4 auf einen Soll-Fluiddruckwert psoll wie vorstehend beschrieben zu regeln. Mit anderen Worten soll ein Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll in Abhängigkeit einer Betätigung der Dosiereinrichtung 3 erfolgen.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fluid
    2
    Pumpe
    3
    Dosiereinrichtung
    4
    Druckleitung
    5
    Regeleinrichtung
    6
    Sensoreinrichtung
    7
    Fluidbehälter
    8
    Drossel
    9
    Abgastrakt
    10
    Förder-Dosiersystem für ein Fluid
    20
    Kraftfahrzeug
    D
    Dosiervorgang
    Np
    Pumpendrehzahl
    p0
    Basis-Soll-Fluiddruckwert
    pfluid
    Fluiddruck
    psoll
    Soll-Fluiddruckwert
    T
    Dosierperiode
    t1
    Erster Zeitraum
    t2
    Zweiter Zeitraum

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Förder-Dosiersystems (10) für ein Fluid (1), vorzugsweise eines Förder-Dosiersystems (10) für ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung, wobei das Förder-Dosiersystem (10) eine Pumpe (2) zur Förderung des Fluids (1) und eine Dosiereinrichtung (3), die mit der Pumpe (2) über eine Druckleitung (4) fluidisch verbunden ist, umfasst; wobei über die Pumpe (2), vorzugsweise über eine Drehzahlvariation der Pumpe (2), ein Fluiddruck pfluid des Fluids (1) in der Druckleitung (4) auf einen Soll-Fluiddruckwert psoll geregelt wird; und wobei ein Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll in Abhängigkeit einer Betätigung der Dosiereinrichtung (3) erfolgt; gekennzeichnet durch i. ein Adaptieren eines ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 an ein, vorzugsweise entnahmebedinges, Absinken des Fluiddrucks pfluid bei geöffneter Dosiereinrichtung (3) und Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1; und/oder ii. ein Adaptieren eines zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2 an einen, vorzugsweise pumpenbedingten, Anstieg des Fluiddrucks pfluid bei geschlossener Dosiereinrichtung (3) und Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2,
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern ein Absenken des Soll-Fluiddruckwerts psoll nach einem Öffnen der Dosiereinrichtung (3) und/oder ein Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll nach einem Schließen der Dosiereinrichtung (3) umfasst.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern auf Basis einer, vorzugsweise entnahmebedingten, Änderungsgeschwindigkeit des Fluiddrucks pfluid in der Druckleitung (4) erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, falls rückbezogen auf Variante i., dadurch gekennzeichnet, a) dass das Adaptieren während einer vorbestimmten Öffnungsdauer der Dosiereinrichtung (3) mehrfach erfolgt; und/oder b) dass das Adaptieren ein Normieren des entnahmebedingen Absinkens bezüglich einer vorbestimmten Dosierperiode T umfasst; und/oder c) dass ein Plausibilisieren des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 erfolgt, vorzugsweise zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit des Förder-Dosiersystems (10).
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, falls rückbezogen auf Variante i., dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll sowohl ein Absenken des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 als auch ein Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, falls rückbezogen auf Variante ii., gekennzeichnet durch ein Plausibilisieren des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G2, vorzugsweise zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit des Förder-Dosiersystems (10).
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, falls rückbezogen auf Variante i. und ii., falls rückbezogen auf Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll ein Absenken des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des ersten Fluiddruckgradientenschätzers G1 und ein Anheben des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis des zweiten Fluiddruckgradientenschätzers G1 umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Adaptieren bei geregeltem Fluiddruck pfluid und/oder während eines Betriebs der Pumpe (2) erfolgt; und/oder b) dass das Adaptieren ein erstes Adaptieren bei einem ersten Dosiervorgang der Dosiereinrichtung (3) und zumindest ein zweites Adaptieren bei einem zweiten Dosiervorgang der Dosiereinrichtung (3) umfasst; und/oder c) dass das Adaptieren über einen veränderbaren Lernfaktor η beeinflussbar ist.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Fluiddruckwert psoll um einen konstanten Basis-Soll-Fluiddruckwert po, vorzugsweise symmetrisch und/oder alternierend, schwankt.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern des Soll-Fluiddruckwerts psoll auf Basis eines zeitlich linearen Modells erfolgt; und/oder der Soll-Fluiddruckwert psoll zeitlich eine abschnittsweise lineare Funktion beschreibt.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Fluiddruck pfluid des Fluids (1) über eine Drehzahlvariation der Pumpe (2) auf einen Soll-Fluiddruckwert psoll geregelt wird; und/oder b) dass der Fluiddruck pfluid des Fluids (1) mittels PI-Regelung auf den Soll-Fluiddruckwert psoll geregelt wird.
  12. Förder-Dosiersystem (10) für ein Fluid (1), vorzugsweise ein Förder-Dosiersystem (10) für ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung, umfassend a) eine Pumpe (2) zur Förderung des Fluids (1); b) eine Dosiereinrichtung (3), die mit der Pumpe (2) über eine Druckleitung (4) fluidisch verbunden ist; und c) eine Regeleinrichtung (5), die ausgebildet ist, über eine Steuerung der Pumpe (2), vorzugsweise über eine Steuerung einer Drehzahl der Pumpe (2), einen Fluiddruck pfluid des Fluids (1) in der Druckleitung (4) gemäß einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 zu regeln.
  13. Kraftfahrzeug (20), vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend ein Förder-Dosiersystem (10) nach Anspruch 12.
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