DE112017002054T5

DE112017002054T5 - Systeme und verfahren zur vorwärtskopplungssteuerung von dieselabgasfluidzufuhrsystemen

Info

Publication number: DE112017002054T5
Application number: DE112017002054.9T
Authority: DE
Inventors: Andres Murube Lindahl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-06-08
Also published as: US20180028974A1; KR20190030211A; US10166509B2; DE112017002054B4; CN109563757B; KR102336777B1; CN109563757A; WO2018019455A1

Abstract

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.

Description

GEBIET
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf das Gebiet der Kraftfahrzeugsteuerungssysteme.
HINTERGRUND
Dieselabgasfluid (DEF - Diesel Exhaust Fluid) ist eine wässrige Harnstofflösung, die in Verbindung mit einem SCR-Katalysator (SCR - Selective Catalyst Reduction; selektive katalytische Reduktion) zur Verringerung der NO_x-Konzentration in Dieselabgasemissionen aus Dieselmotoren verwendet wird. Dieselabgasfluidzufuhrsysteme betätigen Dosierungsventile zur Zufuhr einer Menge an Dieselabgasfluid zu einem Abgassystem. Die zugeführte Menge an Dieselabgasfluid wird durch die Öffnungszeit der Dosierungsventile und den Druck des Dieselabgasfluids in dem System bestimmt. Dieselabgasfluidzufuhrsysteme verwenden Pumpen, Ventile oder andere Vorrichtungen zur Druckbeaufschlagung des Systems auf einen spezifischen Druck zur Erzielung eines Sollspritzbilds für das Dieselabgasfluid in dem Abgassystem.
Figurenliste

1 eine schematische Zeichnung eines Dieselabgasfluidzufuhrsystems gemäß einigen Ausführungsformen.
2 ist ein Blockdiagramm eines Vorwärtskopplungssteuerungssystems für das Dieselabgasfluidzufuhrsystem von 1 gemäß einigen Ausführungsformen.
3 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Dieselabgasfluidzufuhrsystems von 1 gemäß einigen Ausführungsformen.
4 und 5 sind die Auswirkungen des Betriebs des Dieselabgasfluidzufuhrsystems von 1 mit und ohne Vorwärtskopplungssteuerung (FF - Feed Forward) zeigende Liniendiagramme gemäß einigen Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Dieselabgasfluidzufuhrsysteme (DEF-Zufuhrsysteme) betätigen Dosierungsventile zur Zufuhr einer Menge an Dieselabgasfluid zu einem Abgassystem. Dieselabgasfluidzufuhrsysteme verwenden auch Druckeinstellungskomponenten (beispielsweise Pumpen, Ventile und dergleichen) zur Regulierung des Drucks in dem Abgassystem. Das Öffnen der Ventile in einem Dieselabgasfluidzufuhrsystem reduziert den Druck in dem System und erzeugt Unterdruckspitzen. Diese Druckspitzen können den mechanischen Verschleiß der Komponenten und den Wirkungsgrad des Systems negativ beeinflussen. Somit stellen Ausführungsformen der Erfindung Systeme und Verfahren zur Vorwärtskopplungsdrucksteuerung von Dieselabgasfluidsystemen bereit.
Bevor irgendwelche Ausführungsformen der Erfindung genau erläutert werden, wird angemerkt, dass die Anwendung der Erfindung nicht auf die Einzelheiten der Konstruktion und der Anordnung von Komponenten, die in der folgenden Beschreibung angeführt oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt werden, beschränkt ist. Andere Ausführungsformen der Erfindung sind möglich und sie kann auf verschiedene Art und Weise in die Praxis umgesetzt oder durchgeführt werden.
Des Weiteren versteht sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie der Beschreibung dienen und nicht als einschränkend betrachtet werden sollten. Die Verwendung von „enthalten“, „umfassen“ oder „aufweisen“ und Variationen davon soll die danach angeführten Objekte und Äquivalente davon sowie zusätzliche Objekte mit umfassen. Die Begriffe „befestigt“, „verbunden“ und „gekoppelt“ werden allgemein verwendet und umfassen sowohl direkte als auch indirekte Befestigungen, Verbindungen und Kopplungen. Des Weiteren sind „verbunden“ und „gekoppelt“ nicht auf physische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt und können elektrische Verbindungen oder Kopplungen, ob direkt oder indirekt, umfassen. Des Weiteren können elektronische Kommunikation und Benachrichtigungen unter Verwendung beliebiger bekannter Mittel, darunter verdrahtete Verbindungen, drahtlose Verbindungen usw., durchgeführt werden.
Es wird des Weiteren angemerkt, dass mehrere hardware- und software-gestützte Vorrichtungen sowie mehrere verschiedene Strukturkomponenten dazu verwendet werden können, die Erfindung zu implementieren. Darüber hinaus versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung Hardware, Software und elektronische Komponenten oder Module umfassen können, die für die Zwecke der Erörterung möglicherweise so dargestellt und beschrieben werden, als ob der Großteil der Komponenten allein in der Hardware implementiert wäre. Der Durchschnittsfachmann würde jedoch basierend auf einer Lektüre dieser detaillierten Beschreibung erkennen, dass bei mindestens einer Ausführungsform die elektronikgestützten Aspekte der Erfindung in Software implementiert werden können (zum Beispiel in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Medium gespeichert werden können), die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden kann. Somit wird angemerkt, dass mehrere hardware- und softwarebasierte Vorrichtungen sowie mehrere verschiedene Strukturkomponenten zur Implementierung der Erfindung verwendet werden können. Zum Beispiel können in der Beschreibung beschriebene „Steuergeräte“ und „Steuerungen“ einen oder mehrere Prozessoren, ein oder mehrere Speichermodule, darunter nichtflüchtiges computerlesbares Medium, eine oder mehrere Eingangs-/Ausgangsschnittstellen und verschiedene Verbindungen (z. B. einen Systembus), die die Komponenten verbinden, umfassen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Dieselabgasfluidzufuhrsystem bereitgestellt. Das System umfasst ein Dosierungsventil, das dahingehend steuerbar ist, einem Dieselabgassystem ein Dieselabgasfluid zuzuführen, eine Druckeinstellungskomponente, die dahingehend steuerbar ist, einen Systemdruck des Dieselabgassystems einzustellen, einen Drucksensor, der dahingehend positioniert ist, den Systemdruck des Dieselabgasfluidzufuhrsystems zu erfassen, und eine elektronische Steuerung, die mit dem Dosierungsventil, der Druckeinstellungskomponente und dem Drucksensor elektrisch gekoppelt ist. Die elektronische Steuerung ist dazu konfiguriert, einen Betriebsdruck zu bestimmen und den Systemdruck von dem Drucksensor zu empfangen. Die elektronische Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, eine Dosierungsanforderung zu bestimmen und eine Druckstörung basierend auf der Dosierungsanforderung zu bestimmen. Die elektronische Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, eine Steueranforderung basierend auf dem Systemdruck und dem Betriebsdruck zu bestimmen und einen Vorwärtskopplungssteuerungswert basierend auf der Druckstörung zu bestimmen. Die elektronische Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, eine eingestellte Steueranforderung basierend auf der Steueranforderung und dem Vorwärtskopplungssteuerungswert zu erzeugen. Die elektronische Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, das Dosierungsventil basierend auf der Dosierungsanforderung zu steuern und die Druckeinstellungskomponente basierend auf der eingestellten Dosierungsanforderung zu steuern.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betrieb eines Dieselabgasfluidzufuhrsystems bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Bestimmen eines Betriebsdrucks durch einen elektronischen Prozessor. Das Verfahren umfasst ferner Empfangen eines Systemdrucks durch den elektronischen Prozessor von einem Drucksensor des Dieselabgasfluidzufuhrsystems. Das Verfahren umfasst ferner Bestimmen, durch den elektronischen Prozessor, einer Dosierungsanforderung und einer Druckstörung basierend auf der Dosierungsanforderung. Das Verfahren umfasst ferner Bestimmen, durch den elektronischen Prozessor, einer Steueranforderung basierend auf dem Systemdruck und dem Betriebsdruck. Das Verfahren umfasst ferner Bestimmen, durch den elektronischen Prozessor, eines Vorwärtskopplungssteuerungswerts basierend auf der Druckstörung. Das Verfahren umfasst ferner Erzeugen, durch den elektronischen Prozessor, einer eingestellten Steueranforderung basierend auf der Steueranforderung und dem Vorwärtskopplungssteuerungswert. Das Verfahren umfasst ferner Steuern, durch den elektronischen Prozessor, eines Dosierungsventils des Dieselabgasfluidzufuhrsystems basierend auf der Dosierungsanforderung und einer Druckeinstellungskomponente des Dieselabgasfluidzufuhrsystems basierend auf der eingestellten Steueranforderung.
1 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines DEF-Zufuhrsystems 10. Das System umfasst ein oder mehrere Dosierungsmodule 11 zur Zufuhr von DEF zu einem Abgassystem (nicht gezeigt) und ein Zufuhrmodul 12 zur Bewegung von DEF aus einem Speichertank 13 zu den Dosierungsmodulen 11 bei variablen Solldrücken und Zufuhrmassendurchsätzen. Die Dosierungsmodule 11 umfassen jeweils ein Dosierungsventil 11A, das sich dahingehend öffnet und schließt, eine Menge an DEF in das Abgassystem zuzuführen. Es werden zwei Dosierungsmodule 11 dargestellt. Alternative Ausführungsformen können ein einziges Dosierungsmodul 11 aufweisen oder können mehr als zwei aufweisen. Das Zufuhrmodul 12 umfasst eine Pumpe 14, ein Rücksteuerventil 15, einen Hauptfilter 16 und ein steuerbares Rückströmungsventil (BFV - BackFlow Valve) 17. Die Pumpe 14 saugt DEF aus dem Speichertank 13 durch eine Saugleitung 18 an und führt das DEF den Dosierungsmodulen 11 durch eine Druckleitung 19 zu. Das Rückströmungsventil 17 gestattet steuerbar, dass ein Teil des gepumpten DEF durch eine Rückströmungsleitung 20 in den Speichertank 13 zurückströmt, wodurch der Druck des DEF in der Druckleitung 19 reduziert wird. Das Zufuhrmodul 12 umfasst des Weiteren einen Drucksensor 21 und eine elektronische Steuerung 22. Der Drucksensor 21 erfasst den Druck in dem DEF-System und sendet den erfassten Druck zu der elektronischen Steuerung 22.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die elektronische Steuerung 22 mehrere elektrische und elektronische Komponenten, die für Energie, Betriebssteuerung und Schutz für die Komponenten und Module in der elektronischen Steuerung 22 sorgen. Die elektronische Steuerung 22 umfasst unter anderem eine elektronische Verarbeitungseinheit (d. h. einen Prozessor, einen Mikroprozessor oder eine andere geeignete programmierbare Vorrichtung), einen Speicher und eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle. Die elektronische Verarbeitungseinheit, der Speicher und die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle sowie die verschiedenen anderen Module sind durch einen oder mehrere Steuer- oder Datenbusse verbunden. Einem Fachmann ist im Hinblick auf die hier beschriebene Erfindung die Verwendung von Steuer- und Datenbussen für die Verbindung zwischen und Kommunikation zwischen den verschiedenen Modulen und Komponenten bekannt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Steuerung 22 zum Teil oder komplett auf einem Halbleiterchip (z. B. einem FPGA-Halbleiterchip (FPGA - Field-Programmable Gate Array)) implementiert.
Der Speicher der elektronischen Steuerung 22 umfasst einen Programmspeicherbereich und einen Datenspeicherbereich. Der Programmspeicherbereich und der Datenspeicherbereich können Kombinationen aus unterschiedlichen Speicherarten wie z. B. einem Nurlesespeicher (ROM - Read-Only Memory), einem Direktzugriffsspeicher (RAM - Random Access Memory), einem elektrisch löschbaren programmierbaren Nurlesespeicher (EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), einem Flashspeicher oder anderen geeigneten Speichervorrichtungen sein. Die elektronische Verarbeitungseinheit ist mit dem Speicher verbunden und führt Softwareanweisungen aus, die in einem RAM des Speichers (z. B. während der Ausführung), einem ROM des Speichers (z. B. auf einer allgemein durchgängigen Basis) oder einem anderen nichtflüchtigen computerlesbaren Medium gespeichert sein können. Software kann in dem Speicher der elektronischen Steuerung 22 gespeichert sein. Die Software kann Firmware, eine oder mehrere Anwendungen, Programmdaten, Filter, Regeln, ein oder mehrere Programmmodule und weitere ausführbare Befehle umfassen. Beispielsweise speichert die elektronische Steuerung 22 effektiv Informationen zur Steuerung des DEF-Zufuhrsystems 10. Die elektronische Verarbeitungseinheit ruft aus dem Speicher ab und führt unter anderem Anweisungen zu Steuerprozessen und -verfahren, die hier beschrieben werden, aus. Bei anderen Ausführungsformen kann die elektronische Steuerung 22 zusätzliche, weniger oder andere Komponenten umfassen.
Die elektronische Steuerung 22, die Dosierungsmodule 11, die Pumpe 14, das Rückströmungsventil 17, der Drucksensor 21 sowie andere verschiedene Module und Komponenten des DEF-Zufuhrsystems 10 sind über oder durch einen oder mehrere Steuer- oder Datenbusse miteinander gekoppelt, wodurch eine Kommunikation zwischen ihnen ermöglicht wird. Die Verwendung von Steuer- oder Datenbussen zum Miteinanderverbinden der verschiedenen Module und Komponenten und dem Austausch von Informationen unter diesen ist für einen Fachmann angesichts der hier bereitgestellten Beschreibung offensichtlich.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform implementiert die elektronische Steuerung 22 PID-Steuerung für die Pumpe 14 und das BFV 17 zur Regulierung des Zufuhrmassendurchsatzes des Dieselabgasfluids zu dem Abgassystem (beschrieben in der internationalen Patentanmeldung WO 2016/024188 A1 ). Während die elektronische Steuerung 22 die Pumpe 14 und das BFV 17 betätigt, kann der Druck in dem DEF-Zufuhrsystem 10 (der beispielsweise durch den Drucksensor 21 in der Druckleitung 19 gemessen wird) variieren. Es ist wünschenswert, das DEF-Zufuhrsystem 10 so nahe wie möglich bei einem bestimmten Druck (beispielsweise 9 khPa) zu betreiben, um ein Sollspritzbild für das Dieselabgasfluid in dem Abgassystem zu erzielen. Jedoch kann der Betrieb der Dosierungsventile 11A eine Störung in Form einer sprungförmigen Änderung verursachen, wodurch Unterdruckspitzen erzeugt werden. Diese Druckspitzen beeinflussen die mechanische Abnutzung der Komponenten und reduzieren den Wirkungsgrad einer NO_x-Reduzierung des DEF-Zufuhrsystems 10 (beispielsweise durch Beeinträchtigung des Spritzbilds des Dieselabgasfluids). Derzeitige rückgekoppelte Regelungsysteme gleichen die Druckspitzen durch Reagieren auf die Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istdruck relativ langsam aus.
Entsprechend erhöhen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Regelunggeschwindigkeit, wodurch die Druckspitzen reduziert werden, wobei die Reduzierung wiederum die Dosierungsgenauigkeit und die mechanische Belastbarkeit der Komponenten über die Lebensdauer des DEF-Zufuhrsystems 10 hinweg erhöht.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Vorwärtskopplungssteuerungssystem 30 für das DEF-Zufuhrsystem 10 darstellt. Zur Erleichterung der Beschreibung umfasst 2 beide Funktionen, die in Hardware und Software und Hardwarekomponenten des DEF-Zufuhrsystems 10 implementiert werden können, zur Darstellung des Vorwärtskopplungssteuerungssystems 30. Bei einer Ausführungsform werden die Funktionen (die PID-Steuerung 32, die Vorwärtskopplungssteuerung 34 und Summierungsknoten 36A, 36B, 36C) durch die elektronische Steuerung 22 (unter Verwendung von Software, Hardware oder einer Kombination aus beiden) implementiert. Die hier beschriebenen Verfahren können zur dahingehenden Steuerung sowohl der Pumpe 14 als auch des Rückströmungsventils 17, Druck in dem DEF-Zufuhrsystem 10 zu regulieren, verwendet werden. Entsprechend wird zur Vereinfachung der Beschreibung hier der Begriff „Druckeinstellungskomponente“ so verwendet, dass er sich entweder auf die Pumpe 14 oder das Rückströmungsventil 17 bezieht. Gleichermaßen kann hier im Singular auf die Dosierungsventile 11A Bezug genommen werden. Dies soll keine Einschränkung darstellen. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren treffen auf das Steuern der Pumpe 14, des Rückströmungsventils 17 und eines oder mehrerer Dosierungsventile 11A zu.
Datenwerte (beispielsweise die Dosierungsanforderung und der Vorwärtskopplungssteuerungswert) oder Steuersignale (beispielsweise die Steueranforderung und die eingestellte Steueranforderung) werden durch die Funktionen und Komponenten gemäß der Darstellung in 2 und der nachfolgenden genaueren Beschreibung bezüglich 3 und des Verfahrens 200 übermittelt, empfangen oder bearbeitet.
3 stellt ein beispielhaftes Verfahren 200 zur Steuerung des DEF-Zufuhrsystems 10 unter Verwendung des Vorwärtskopplungssteuerungssystems 30 dar. Bei Block 202 bestimmt die elektronische Steuerung 22 einen Betriebsdruck für das DEF-Zufuhrsystem 10. Wie oben erwähnt wird, ist es wünschenswert, das DEF-Zufuhrsystem 10 so nahe wie möglich bei einem Sollbetriebsdruck zu betreiben, um ein Sollspritzbild für das Dieselabgasfluid in dem Abgassystem zu erzielen. Bei einigen Ausführungsformen wird der Betriebsdruck vor dem Betrieb des Systems bestimmt, in einem Speicher der elektronischen Steuerung 22 gespeichert und abgerufen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Betriebsdruck während des Betriebs von der elektronischen Steuerung 22 basierend auf den Betriebs- oder Umgebungsfaktoren stimmt werden. Als ein Beispiel wird das Verfahren 200 hinsichtlich eines Betriebsdrucks, der 9 khPa beträgt, beschrieben. Dies ist nicht als eine Einschränkung aufzufassen. Die hier beschriebenen Verfahren könnten unter Einsatz anderer Betriebsdrücke implementiert werden.
Bei Block 204 empfängt die elektronische Steuerung 22 den Systemdruck von dem Drucksensor 21, der den Systemdruck an der Druckleitung 19 erfasst. Der Systemdruck ist der derzeitige Druck des DEF-Zufuhrsystems 10. Wie dem Fachmann bekannt ist, sollte für einen effizienten Betrieb des DEF-Zufuhrsystems 10 der Ist-Systemdruck mit dem Soll-Betriebsdruck übereinstimmen. Bei Block 206 bestimmt die elektronische Steuerung 22 eine Dosierungsanforderung. Die Dosierungsanforderung ist eine Anforderung einer Menge an Dieselabgasfluid oder eines Massendurchsatzes, die bzw. der in das Dieselabgassystem eingespritzt wird. Die Dosierungsanforderung bestimmt, wie die elektronische Steuerung 22 das Dosierungsventil 11A zur Zufuhr des Dieselabgasfluids steuern wird. Die Bestimmung einer Dosierungsanforderung ist in der Technik bekannt und wird nicht genau beschrieben.
Bei Block 208 bestimmt die elektronische Steuerung 22 basierend auf der Dosierungsanforderung eine Druckstörung (P_Störung). Der Wert von P_Störung für eine gegebene Dosierungsanforderung (und folglich eine gegebene Betätigung des Dosierungsventils 11) kann experimentell ermittelt werden. Entsprechend kann ein Bereich an Werten für P_Störung für den Bereich an Dosierungsanforderungen für eine gegebene Konfiguration des DEF-Zufuhrsystems 10 bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird der Bereich an Dosierungsanforderungen und entsprechenden Werten für P_Störung in einem Speicher der elektronischen Steuerung 22 gespeichert. Bei anderen Ausführungsformen kann ein mathematisches Modell (basierend auf beispielsweise Versuchsdaten und der Konfiguration des DEF-Zufuhrsystems 10) entwickelt und von der elektronischen Steuerung 22 zur Bestimmung des Werts für P_Störung basierend auf der Dosierungsanforderung verwendet werden.
Bei Block 210 bestimmt die elektronische Steuerung 22 basierend auf dem Systemdruck (P_Ist) und dem Betriebsdruck (P_Bezug) eine Steueranforderung. Gemäß der Darstellung in 2 werden P_Ist und P_Bezug in den Summierungsknoten 36H eingespeist, der P_Ist von P_Bezug subtrahiert und diesen Wert in die PID-Steuerung 32 einspeist, die eine Steueranforderung bestimmt. Die Steueranforderung legt das Tastverhältnis der Druckeinstellungskomponente fest. Wenn das System beispielsweise bei dem Solldruck läuft, ist keine Änderung erforderlich und die Steueranforderung ändert nicht das Tastverhältnis der Druckeinstellungskomponente (P_Bezug-P_Ist=0). Gleichermaßen wird durch die Steueranforderung das Tastverhältnis der Druckeinstellungskomponente verringert, wenn P_Bezug größer als P_Ist ist, und das Tastverhältnis wird erhöht, wenn P_Bezug kleiner als P_Ist ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 bestimmt die elektronische Steuerung 22 bei Block 212 einen Vorwärtskopplungssteuerungswert basierend auf P_Störung gemäß der Bestimmung bei Block 208. Gemäß der Darstellung in 2 wird der Vorwärtskopplungssteuerungswert von der elektronischen Steuerung 22 dazu verwendet, die bei Block 210 bestimmte Steueranforderung dahingehend zu modifizieren, den Wert für P_Störung zu berücksichtigen, der erwartet wird, wenn das Dosierungsventil 11A gemäß der bei Block 206 bestimmten Dosierungsanforderung betrieben wird. Zur Reduzierung der Auswirkung der Dosierungsventilbetätigung auf den P_Ist sollten sich der durch die Pumpe erzeugte Druck (P_Pumpe) und der P_Störung aufheben: $P_{Störung} = P_{Pümpe} = 0.$
Somit ist G_DV(s)+G_FF(s)·G_Pump|BFV(s)=0, wobei G_DV der Anstiegsfaktor für die Dosierungsanforderung ist, G_Pump/BFV der Anstiegswert für die Druckeinstellungskomponentensteueranforderung ist, und G_FF der Vorwärtskopplungsanstiegsfaktor ist. Der Vorwärtskopplungssteuerungswert ist der Wert, der bei Anwendung auf die Steueranforderung dazu führt, dass die Gleichung P_Störung + P_Pumpe = 0 wahr ist.
Der Vorwärtskopplungssteuerungswert kann unter Verwendung der folgenden Gleichungen bestimmt werden: $G_{F F} (s) = - \frac{G_{D V} (s)}{G_{P u m p / B F V}}$
$G_{F F} (s) = - \frac{K_{D V}}{K_{P u m p / B F V}} \cdot \frac{(1 + τ_{P u m p / B F V} s)}{(1 + τ_{D V} s)}$
wobei K_DV und K_Pump/BFV Anstiegsfaktoren sind, die experimentell bestimmt werden können, und τ_Pump/BFV und τ_DV die Zeitkonstante der Druckeinstellungskomponente bzw. des Dosierungsventils sind.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 erzeugt die elektronische Steuerung 22 bei Block 214 eine eingestellte Steueranforderung (C) durch Kombinieren des Vorwärtskopplungssteuerungswerts (G_FF) und der Steueranforderung beim Summierungsknoten 36B (siehe 2). Bei Block 216 steuert (betreibt) die elektronische Steuerung 22 das Dosierungsventil 11A basierend auf der Dosierungsanforderung (bei Block 206 bestimmt), während sie bei Block 218 die Druckeinstellungskomponente basierend auf der eingestellten Steueranforderung (bei Block 214 bestimmt) steuert. Wie durch den Summierungsknoten 36D dargestellt wird (siehe 2), kann die Druckänderung von der Druckeinstellungskomponente in Kombination mit der Druckstörung (P_Störung), die durch den Betrieb des Dosierungsventils 11A bewirkt wird, eine Änderung des Systemdrucks (P_Ist) bewirken.
Durch die Verwendung des Vorwärtskopplungssteuerungssystem 30 wird die Änderung zu P_Ist über das ohne Vorwärtskopplungssteuerung laufende DEF-Zufuhrsystem 10 hinweg reduziert. Beispielsweise stellt das Schaubild 300A von 4 die Werte für den Systemdruck (P_Ist) während des Betriebs des DEF-Zufuhrsystems 10 im Laufe der Zeit ohne Vorwärtskopplungssteuerung (Linie 302) und mit Vorwärtskopplungssteuerung (Linie 304) dar. Das Schaubild 300B von 4 stellt das Tastverhältnis der Pumpe 14 während des Betriebs des DEF-Zufuhrsystems 10 im Laufe der Zeit ohne Vorwärtskopplungssteuerung (Linie 306) und mit Vorwärtskopplungssteuerung (Linie 308) dar. Das Schaubild 300C von 4 stellt die Dosierungsanforderung des DEF-Zufuhrsystems 10 im Laufe der Zeit ohne Vorwärtskopplungssteuerung (Linie 310) und mit Vorwärtskopplungssteuerung (Linie 312) dar.
Die Schaubilder 300A, 300B und 300C korrelieren über denselben Zeitraum zur Darstellung der Auswirkungen einer Vorwärtskopplungssteuerung auf das DEF-Zufuhrsystem 10. Beispielsweise werden am Betriebspunktübergang 316 im Schaubild 300C die Auswirkungen des Übergangs in den Schaubildern 300B und 300A gezeigt. Im Schaubild 300B ist die transiente Reaktionszeit ohne Vorwärtskopplungssteuerung (bei 318) höher als die Reaktionszeit mit Vorwärtskopplungssteuerung (bei 322). Somit resultiert aus der Anwendung der hier beschriebenen Vorwärtskopplungssteuerungsverfahren eine Glättung des Übergangs zwischen Betriebspunkten. Diese Glättung führt zu reduzierten Druckspitzen gemäß der Darstellung im Schaubild 300A. Beispielsweise ist beim Betrieb ohne Vorwärtskopplungssteuerung die Unterdruckspitze (bei 320) aus der Zunahme der Dosierung (bei 316 in Schaubild 300C) größer als sie bei Verwendung von Vorwärtskopplungssteuerung (bei 324) ist. Des Weiteren wird gemäß der Darstellung im Schaubild 300A das mit Vorwärtskopplungssteuerung betriebene DEF-Zufuhrsystem 10 näher an dem Sollbetriebsdruck von 9 khPa als bei Betrieb ohne Vorwärtskopplungssteuerung betrieben.
5 stellt ein weiteres Beispiel dar. Das Schaubild 400 in 5 stellt sprungförmige Änderungen bei einer Dosierungsanforderung im Laufe der Zeit (Linie 402) und die entsprechenden Druckspitzen für jede sprungförmige Änderung ohne Vorwärtskopplungssteuerung (Linie 404) und mit Vorwärtskopplungssteuerung (Linie 406) dar. Wie gezeigt wird, werden die Druckspitzen durch die Verwendung der Vorwärtskopplungssteuerung gemäß hier erfolgender Beschreibung durchschnittlich um etwa 45 % reduziert.
Somit stellt die Erfindung unter anderem Systeme und Verfahren zur Vorwärtskopplungssteuerung von Dieselabgasfluidzufuhrsystemen bereit. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in den folgenden Ansprüchen angeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/024188 A1 [0013]

Claims

Dieselabgasfluidzufuhrsystem, wobei das System Folgendes umfasst: ein Dosierungsventil, das dahingehend steuerbar ist, einem Dieselabgassystem ein Dieselabgasfluid zuzuführen; eine Druckeinstellungskomponente, die dahingehend steuerbar ist, einen Systemdruck des Dieselabgassystems einzustellen; einen Drucksensor, der dahingehend positioniert ist, den Systemdruck des Dieselabgasfluidzufuhrsystems zu erfassen; und eine elektronische Steuerung, die mit dem Dosierungsventil, der Druckeinstellungskomponente und dem Drucksensor elektrisch gekoppelt und dazu konfiguriert ist: einen Betriebsdruck zu bestimmen; den Systemdruck von dem Drucksensor zu empfangen; eine Dosierungsanforderung zu bestimmen; eine Druckstörung basierend auf der Dosierungsanforderung zu bestimmen; eine Steueranforderung basierend auf dem Systemdruck und dem Betriebsdruck zu bestimmen; einen Vorwärtskopplungssteuerungswert basierend auf der Druckstörung zu bestimmen; eine eingestellte Steueranforderung basierend auf der Steueranforderung und dem Vorwärtskopplungssteuerungswert zu erzeugen; das Dosierungsventil basierend auf der Dosierungsanforderung zu steuern; und die Druckeinstellungskomponente basierend auf der eingestellten Steueranforderung zu steuern.
System nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Druckstörung basierend auf der Dosierungsanforderung und einem Druckauswirkungsmodell zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Vorwärtskopplungssteuerungswert basierend auf der Druckstörung und einem oder mehreren Anstiegsfaktoren zu bestimmen.
System nach Anspruch 3, wobei der eine oder die mehreren Anstiegsfaktoren mindestens ein aus einer Gruppe, die aus einem Dosierungsventilanstiegsfaktor und einem Druckeinstellungskomponentenanstiegsfaktor besteht, ausgewählter ist bzw. sind.
System nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, eine eingestellte Steueranforderung durch Addieren der Steueranforderung zu dem Vorwärtskopplungssteuerungswert zu erzeugen.
System nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Fluidspeichertank; und wobei die steuerbare Zufuhrkomponente eine Pumpe, die mit dem Fluidspeichertank und dem Dosierungsventil gekoppelt ist, und dahingehend steuerbar ist, Dieselabgasfluid durch eine Druckleitung aus dem Speichertank zu dem Dosierungsventil zu pumpen.
System nach Anspruch 6, wobei die elektronische Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Pumpe durch Einstellen eines Tastverhältnisses der Pumpe basierend auf der eingestellten Steueranforderung zu steuern.
System nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Fluidspeichertank; wobei die steuerbare Zufuhrkomponente ein Rückströmungsventil, das mit dem Fluidspeichertank gekoppelt ist, und dahingehend steuerbar ist, das Zurückströmen von Dieselabgasfluid durch eine Rückströmungsleitung in den Fluidspeichertank zu gestatten.
System nach Anspruch 8, wobei die elektronische Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Pumpe durch Einstellen eines Tastverhältnisses des Rückströmungsventils basierend auf der eingestellten Steueranforderung zu steuern.
Verfahren zum Betrieb eines Dieselabgasfluidzufuhrsystems, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen eines Betriebsdrucks durch einen elektronischen Prozessor; Empfangen eines Systemdrucks durch den elektronischen Prozessor von einem Drucksensor des Dieselabgasfluidzufuhrsystems; Bestimmen, durch den elektronischen Prozessor, einer Dosierungsanforderung; Bestimmen, durch den elektronischen Prozessor, einer Druckstörung basierend auf der Dosierungsanforderung; Bestimmen, durch den elektronischen Prozessor, einer Steueranforderung basierend auf dem Systemdruck und dem Betriebsdruck; Bestimmen, durch den elektronischen Prozessor, eines Vorwärtskopplungssteuerungswerts basierend auf der Druckstörung; Erzeugen, durch den elektronischen Prozessor, einer eingestellten Steueranforderung basierend auf der Steueranforderung und dem Vorwärtskopplungssteuerungswert; Steuern, durch den elektronischen Prozessor, eines Dosierungsventils des Dieselabgasfluidzufuhrsystems basierend auf der Dosierungsanforderung; und Steuern, durch den elektronischen Prozessor, einer Druckeinstellungskomponente des Dieselabgasfluidzufuhrsystems basierend auf der eingestellten Steueranforderung.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen der Druckstörung Bestimmen der Druckstörung basierend auf der Dosierungsanforderung und einem Druckauswirkungsmodell umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen des Vorwärtskopplungssteuerungswerts Bestimmen des Vorwärtskopplungssteuerungswerts basierend auf der Druckstörung und einem oder mehreren Anstiegsfaktoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der eine oder die mehreren Anstiegsfaktoren mindestens ein aus einer Gruppe, die aus einem Dosierungsventilanstiegsfaktor und einem Druckeinstellungskomponentenanstiegsfaktor besteht, ausgewählter ist bzw. sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die elektronische Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, eine eingestellte Steueranforderung durch Addieren der Steueranforderung zu dem Vorwärtskopplungssteuerungswert zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Steuern der steuerbaren Zufuhrkomponente das dahingehende Steuern einer Pumpe, die mit einem Fluidspeichertank und dem Dosierungsventil gekoppelt ist, Dieselabgasfluid durch eine Druckleitung aus dem Speichertank zu dem Dosierungsventil zu pumpen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Steuern der Pumpe Einstellen eines Tastverhältnisses der Pumpe basierend auf der eingestellten Steueranforderung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Steuern der steuerbaren Zufuhrkomponente dahingehendes Steuern eines Rückströmungsventils, das mit dem Fluidspeichertank gekoppelt ist, das Zurückströmen von Dieselabgasfluid durch eine Rückströmungsleitung in den Fluidspeichertank zu gestatten, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Steuern eines Rückströmungsventils Einstellen eines Tastverhältnisses des Rückströmungsventils basierend auf der eingestellten Steueranforderung umfasst.