DE102017205777A1 - Verfahren zur Überwachung des Volumenstroms eines Dosierventils eines fluidischen Dosiersystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Volumenstroms eines Dosierventils (131) eines fluidischen Dosiersystems (100) einer Brennkraftmaschine, bei dem wenigstens eine Förderpumpe (111) zum Fördern eines Fluids angeordnet ist, wobei die Förderpumpe (111) mit einer Zuführleitung (207) und mit einer Rückführleitung (160) verbunden ist, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass eine innere Leckage der Förderpumpe (111) bestimmt wird und dass der Volumenstrom des Dosierventils (131) anhand von ermittelten (320, 325) Druckwerten auf der Grundlage der bestimmten inneren Leckage der Förderpumpe überwacht wird (350).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Volumenstroms eines Dosierventils eines fluidischen Dosiersystems, insbesondere eines DNOX-Dosiersystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem wenigstens eine Förderpumpe zum Fördern eines Fluids angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, einen maschinenlesbaren Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
• Stand der Technik
• Um Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen zu beschränken, werden die zulässigen Grenzwerte weltweit immer weiter gesenkt. Gegenwärtig werden geänderte Emissionsgesetzgebungen (z.B. Euro 6) sowie neue Testzyklen (WLTP: Worldwide Harmonized Light Duty Test Procedure oder RDE: Real Driving Emission, voraussichtlich ab 2017) diese zulässigen Werte noch weiter reduzieren. Die Einhaltung dieser Grenzwerte wird für alle Fahrzeugklassen nur mit einer aktiven Abgasnachbehandlung möglich sein.
• Die Denoxtronic (DNOX) eines SCR-(Selective Catalytic Reduction)-Dosiersystems zur Abgasnachbehandlung dient der Einspritzung von sogenanntem „AdBlue“, einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) von 32,5 % Harnstoff in Wasser, in den Abgasstrom vor einem SCR-Katalysator. Der Harnstoff wird durch Thermolyse und Hydrolyse in Ammoniak umgesetzt. Im SCR-Katalysator reduziert das Ammoniak die Stickoxide zu Wasser und Stickstoff.
• In modernen Dieselmotoren mit einer SCR-Abgasnachbehandlung werden NOx-Rohemissionen mittels eines genannten DNOX-Systems um bis zu 95 % reduziert. Zukünftige DNOX-Systeme umfassen eine volumetrische Förderpumpe und werden rein gesteuert betrieben. Diese Systeme verfügen über einen Rücklauf für nicht verbrauchte AdBlue-Lösung in einen HWL-Vorratstank. Die Förderpumpe stellt meist eine Verdrängerpumpe, z.B. eine Hubkolbenpumpe, dar, bei der bei Kenntnis des Hubvolumens der Volumenstrom der Förderpumpe relativ einfach bestimmt werden kann.
• Genannte DNOX-Systeme müssen gesetzliche Anforderungen hinsichtlich einer On-Board-Diagnose („OBD“) und eines Warn- und Aufforderungssystems erfüllen. Hierbei muss der Volumenstrom durch das Dosierventil in Hinblick auf zwei Systemeigenschaften, nämlich das Liefervermögen von HWL (sog. „reductant delivery performance“) sowie den Verbrauch an HWL (sog. „consumption deviation“) überwacht werden. Bei diesen Systemen kann der Volumenstrom durch das Dosierventil auf Basis des Volumenstroms durch den typischerweise aus einer Blende gebildeten Rücklauf überwacht werden.
• Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen von unzulässigen Dosiermengenabweichungen eines SCR-Katalysators gehen aus DE 10 2013 204 686 A1 hervor. Eine mögliche Mengenabweichung wird auf der Grundlage der von wenigstens zwei unterschiedlichen Mess- bzw. Signalquellen erfassten Daten oder Signalen beurteilt. Für ein vorgegebenes Zeitintervall wird ein Dosierventil geöffnet und der sich ergebende Druckabfall gemessen. Der erfasste Druckabfall wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und aus dem Ergebnis des Vergleichs ein Wert für die Mengenabweichung bestimmt.
• Offenbarung der Erfindung
• Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einem hier betroffenen Dosiersystem mit einer Förderpumpe, den Volumenstrom bzw. die Einspritzmenge eines für die Dosierung eines Fluids vorgesehenen Dosierventils unter Berücksichtigung einer inneren bzw. internen Leckage der Förderpumpe zu überwachen. Insbesondere betrifft die Erfindung dabei ein DNOX-Dosiersystem mit einer als Verdrängerpumpe ausgebildeten Förderpumpe sowie mit einem Rücklauf für bereits gefördertes Fluid. Dabei liegt zudem die Erkenntnis zugrunde, dass aufgrund einer internen Leckage der Förderpumpe Mengenabweichungen bei der Dosierung des Fluids auftreten können.
• Die genannten, an sich bekannten Dosiersysteme besitzen nur eine sehr eingeschränkte Möglichkeit, solche Mengenabweichungen zu bestimmen bzw. zu erkennen. Dies erfordert eine sehr genaue Fertigung einzelner Systemkomponenten und/oder aufwändige Berechnungen weiterer Größen, z.B. der hydraulischen bzw. mechanischen Systemsteifigkeit des Dosiersystems. Bei diesen Berechnungen kommt nachteilig hinzu, dass die Ergebnisse der Systemsteifigkeit durch die interne Leckage der Förderpumpe erheblich beeinflusst werden. Darüber hinaus verändert sich die Größe der internen Leckage über die Lebenszeit der Pumpe.
• Die im Stand der Technik bekannten Konzepte zur Überwachung des Volumenstroms eines hier betroffenen Dosierventils setzen daher voraus, dass die innere Leckage der Förderpumpe vernachlässigbar klein ist. Es fehlte bisher jedoch ein Konzept, welches eine vorhandene innere Leckage bei der Überwachung berücksichtigt.
• Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Überwachen des Volumenstroms eines Dosierventils eines hier betroffenen Dosiersystems einer Brennkraftmaschine, bei dem wenigstens eine Förderpumpe zum Fördern eines Fluids angeordnet ist, wobei die Förderpumpe mit einer Zuführleitung und mit einer Rückführleitung verbunden ist, ist insbesondere vorgesehen, dass eine innere Leckage der Förderpumpe bestimmt wird und dass der Volumenstrom des Dosierventils anhand von experimentell ermittelten Druckwerten auf der Grundlage der bestimmten inneren Leckage der Förderpumpe überwacht wird. Als Druckwerte können der Druckabfall oder die Druckrate zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Förderpumpe experimentell ermittelt werden.
• Bei der vorgeschlagenen Vorgehensweise zur analytischen Bestimmung der inneren Leckage wird die Förderpumpe gedanklich in einzelne Komponenten, und zwar in eine volumetrische Pumpe und eine parallel zur Förderpumpe angeordnete, ideale Drossel zerlegt. Eine solche Zerlegung gilt in guter Näherung für hier im Wesentlichen betroffene Verdrängerpumpen, wie z.B. Hubkolbenpumpen oder Zahnradpumpen. Die Drossel wird zudem gedanklich so verschoben, dass sie parallel zum Rücklauf am Ausgang der Förderpumpe angeordnet ist. Diese Verschiebung ist dann zulässig, wenn die Druckdifferenz (p_A - p_R) zwischen der Ansaugleitung und der Rücklaufleitung gegenüber dem fluidischen Systemdruck p vernachlässigt werden kann.
• Der fluidische Volumenstrom durch das Dosierventil wird bevorzugt auf der Grundlage von experimentellen Messungen der Druckrate bzw. des Druckabfalls bestimmt. Dadurch können auch Mengenabweichungen oder Fehldosierungen des Dosiersystems sehr genau erkannt und kontrolliert bzw. behoben werden. Genaue Werte des Volumenstroms können auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet werden: $${\text{Q}}_{\text{DV}}=\left({\mathrm{\lambda }}_{\text{BF\&DV}}/{\mathrm{\lambda }}_{\text{BF}}-1\right)*\left({\text{Q}}_{\text{IL}}+{\text{Q}}_{\text{BF}}\right),$$

  

  in der Q den Volumenstrom an Fluid, λ die Druckrate, und die Indizes BF = Rücklauf, DV = Dosierventil und IL = Leckage die entsprechenden Volumenstromanteile bedeuten, wobei der gesamte Volumenstrom erhalten bleibt.
• Die volumetrische Pumpe kann bei der experimentellen Messung mit einer vorgebbaren bzw. definierten Drehzahl betrieben werden und liefert damit einen an sich bekannten Volumenstrom. Es ist dabei anzumerken, dass eine Überwachung des Volumenstroms durch das Dosierventil einen definierten Volumenstrom des Rücklaufs erfordert. Zu diesem Zweck wird eine Blende verwendet. Da die innere Leckage der Förderpumpe den Volumenstrom des Rücklaufs beeinflusst, kann die Leckage erfasst und berücksichtigt werden. Die Überwachung des Volumenstroms durch das Dosierventil kann somit anhand von experimentell ermittelten Druckraten bzw. Druckwerten, und zwar auf der Grundlage des Volumenstroms durch den Rücklauf und unter Berücksichtigung einer vorgegebenen inneren Leckage der Förderpumpe, erfolgen.
• Der Volumenstrom durch eine genannte Blende kann mit Hilfe der Dichte der Flüssigkeit und des gemessenen Drucks berechnet werden. Die Drossel und die Blende können dabei leitungstechnisch parallel zueinander angeordnet werden. Die Dichte der Flüssigkeit wird aus ihrer gemessenen Temperatur ermittelt. Um den Leckage-Volumenstrom aus dem gemessenen Druck berechnen zu können, ist eine Konstante α erforderlich, welche aus der gemessenen Temperatur und dem gemessenen Druck berechnet werden kann. Somit kann auch der Leckage-Volumenstrom für jeden gemessenen Wert des Drucks bestimmt werden.
• Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, bei einem bestehenden Dosiersystem mit einer inneren Leckage die Überwachung des Volumenstroms durch das Dosierventil zu überwachen oder sogar zu verbessern. Da bei dem Verfahren die innere Leckage bei der Überwachung des Volumenstroms des Dosierventils berücksichtigt wird, wird auch ein Einsatz von (Förder-)Pumpen ohne absperrende Elemente, z. B. Membran- oder Ventilpumpen, ermöglicht. Zudem können auch Pumpen verwendet werden, welche in einfacher Weise durch eine Umkehr der Laufrichtung sowohl fördern als auch rücksaugen können. Hierdurch lassen sich Systeme mit einer relativ großen Förderleistung bzw. Fördervermögen kostengünstig realisieren.
• Da der vorgeschlagene Ansatz für die Erfassung der inneren Leckage ausschließlich auf bekannten Eigenschaften und damit vorliegenden Größen von Komponenten der Förderpumpe beruht, kann er ohne nennenswerte Zusatzkosten realisiert werden. Insbesondere ist lediglich ein modifiziertes Steuerprogramm erforderlich, jedoch keine zusätzliche elektronische oder hydraulische Einrichtung oder Vorrichtung.
• Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens können zudem vorteilhaft die negativen Auswirkungen von Fertigungstoleranzen einer hier betroffenen Förderpumpe mit interner Leckage auf den Betrieb der Pumpe minimiert werden. Im Ergebnis lassen sich somit auch die Fertigungskosten einer Förderpumpe erheblich reduzieren. Da zudem das Hubvolumen einer im Dosiersystem fest verbauten Förderpumpe als Funktion des fluidischen Drucks im Dosiersystem präzise bekannt ist, lassen sich gegenüber dem Stand der Technik erheblich geringere Dosiermengenabweichungen an einem hier betroffenen zu dosierenden fluidischen Stoff realisieren.
• Die Erfindung kann in allen fluidischen oder hydraulischen Dosiersystemen zur Anwendung kommen, insbesondere bei genannten SCR-Abgasnachbehandlungssystemen. Ein bevorzugter Einsatzbereich sind zukünftige „Denoxtronic“-Dosiersysteme der Anmelderin, welche sowohl in Personenkraftfahrzeugen als auch Nutzkraftfahrzeugen eingesetzt werden sollen, und welche eine hier betroffene, bevorzugt als Verdrängerpumpe ausgebildete Förderpumpe für ein zu dosierendes Fluid aufweisen.
• Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um ein hier betroffenes fluidisches Dosiersystem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
• Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
• Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Figurenliste
• 1 zeigt ein Blockschaltbild eines HWL-Dosiersystems eines SCR-Katalysators gemäß dem Stand der Technik.
• 2a, b zeigen eine erfindungsgemäße, gedankliche Zerlegung einer hier betroffenen Förderpumpe in einzelne Komponenten.
• 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
• Beschreibung von Ausführungsbeispielen
• Die nachfolgend beschriebene, erweiterte Mengenabweichungserkennung für DNOX-Systeme ist insbesondere bei Verdrängerpumpen mit interner Leckage und externem Rücklauf, z.B. bei sogenannten „COR“-Pumpen, einsetzbar.
• Wie in 1 am Beispiel eines SCR-Katalysators schematisch dargestellt, werden bei der Abgasnachbehandlung von Brennkraftmaschinen mittels „AdBlue“- bzw. HWL-Dosierung in den Abgasstrom mit Fördereinheiten und Injektoren ausgestattete Dosiersysteme eingesetzt. In vielen Fällen ist dabei auch ein Rücklauf in einen AdBlue-Vorratstank vorgesehen. Um einen mit der Abgasgesetzgebung konformen Betrieb dieser Systeme zu gewährleisten, muss die Menge an AdBlue, die in den Abgasstrang dosiert wird, überwacht werden.
• Das in 1 gezeigte, an sich bekannte fluidische Dosiersystem 100 eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Fördermodul 110, welches eine rotierende Förderpumpe 111 aufweist, die eingerichtet ist, HWL-Fluid (bzw. Reduktionsmittel) aus einem HWL-Vorratstank 120 über eine Druckleitung 121 in ein Dosiermodul 130 zu fördern, wo das HWL-Fluid dann in einen nicht dargestellten Abgasstrang gesprüht wird. Zusätzlich umfasst das Dosiermodul 130 ein Dosierventil 131, das geöffnet oder geschlossen sein kann und den Volumenstrom von HWL-Fluid zum Dosiermodul 130 steuert, und eine Blende 132, die einen Volumenstrom Q_DV des HWL-Fluids durch das Dosiermodul 130 verändert. Weiterhin ist ein Drucksensor 140 im Dosiersystem 100 angeordnet und eingerichtet, einen Druck p zwischen Fördermodul 110 und Dosiermodul 130 über einen Zeitraum zu messen. Ein elektronisches Steuergerät 150 ist mit dem Drucksensor 140 verbunden und erhält von diesem Informationen über den Druck im System 100. Zusätzlich ist das elektronische Steuergerät 150 mit dem Fördermodul, einschließlich der Förderpumpe 111, sowie mit dem Dosiermodul 130, samt Dosierventil 131, verbunden und kann diese steuern.
• Darüber hinaus umfasst das Dosiersystem 100 einen Rücklauf (bzw. eine Rückführleitung) 160, durch den HWL-Fluid aus dem System mit einem Volumenstrom Q_BF zurück in den HWL-Vorratstank 120 geführt wird. In diesem Rücklauf 160 ist eine Blende 161 angeordnet, die einen örtlichen Strömungswiderstand bietet und dahingehend eine effektive Querschnittsfläche des Rücklaufs 160 verkleinert.
• Für die behördliche bzw. technische Zulassung künftiger Dosiersysteme müssen Mengenabweichungen von 35% mittels eines sogenannten „Consumption Deviation Monitoring“ erkannt werden. An sich bekannte Systeme besitzen nur bedingt die Möglichkeit, diese Mengenabweichung zu erkennen und benötigen die sehr genaue Fertigung von einzelnen Systemkomponenten und/oder die komplizierte Berechnung weiterer Größen, z.B. einer Steifigkeitsbestimmung. Durch die gegenwärtig angewandte Steifigkeitsbestimmung in einem System mit COR-Pumpe ergibt sich eine Abhängigkeit des Ergebnisses von der internen Leckage der COR-Pumpe. Die Reduzierung und Eingrenzung der internen Leckage ist nach heutigem Wissensstand nicht möglich, da sie sich über die Lebenszeit der Pumpe stark verändern kann.
• Im Folgenden wird anhand der 2a und 2b die gedankliche Zerlegung einer hier betroffenen Förderpumpe in einzelne Komponenten (2a) sowie die gedankliche Verschiebung (2b) einer für die innere Leckage verantwortlichen Drossel beschrieben. Eine solche Verschiebung ist dann zulässig, wenn die Druckdifferenz (p_A - p_R) gemäß der 2b zwischen der Ansaugleitung und der Rückführleitung der Pumpe gegenüber dem Gesamtdruck p des Dosiersystems vernachlässigt werden kann.
• Eine in 2a durch die gestrichelte Linie 200 eingegrenzte, schematisch dargestellte Förderpumpe umfasst eine volumetrische Pumpe 205, welche an eine Zuführleitung 207 angeschlossen ist. In einer parallel zur volumetrischen Pumpe 205 verlaufenden Verzweigungsleitung 208 ist eine ideale Drossel 210 als Komponente der Förderpumpe 200 angeordnet. In der ersten Pfeilrichtung 215 erfolgt der durch die volumetrische Pumpe 205 erzeugte Förderstrom, wohingegen der durch die innere Leckage der Förderpumpe 200 mittels der Drossel 210 veranschaulichte Rückstrom in der zweiten Pfeilrichtung 220 erfolgt.
• In 2b ist wieder die Förderpumpe 200 mit den beiden in 2a gezeigten Komponenten 205, 210 dargestellt. Wie aus dem linken Teilbild zu ersehen, ist die Förderpumpe 200 wiederum mit der in 2a gezeigten Zuführleitung 207 verbunden, wobei am Pumpeneingang ein Flüssigkeitsdruck p_A anliegt. Am Ausgang der Förderpumpe 200 liegt an einer Abführleitung 235 der Druck p an. Außerhalb der Förderpumpe 200 ist am Pumpenausgang eine in an sich bekannter Weise für den Rücklauf an Fluid über die Rückführleitung 238 wirksame Blende 237 angeordnet. Die Zuleitung 207 und die Ableitung 235 bzw. die Rückführleitung 238 enden in einem Vorratstank 240 für das jeweilige Fluid. Wie aus dem rechten Teilbild in 2b zu ersehen, erfolgt die gedankliche Verschiebung der für die innere Leckage verantwortlichen Drossel 245 in der Weise, dass die Drossel 245 und die Blende 237 leitungstechnisch parallel zueinander angeordnet sind, so dass die innere Leckage als gegenüber der Blende 237 zusätzlicher Rücklaufpfad wirksam ist.
• Im Folgenden wird der Leckage-Volumenstrom insbesondere einer Verdrängerpumpe analytisch hergeleitet. Dabei wird angenommen, dass bei einer gegebenen Temperatur die Viskosität des Fluids konstant ist und daher der Volumenstrom bis zu einer kritischen Drehzahl proportional zur Drehzahl ist. Jedoch darf der Druck am Ausgang der Pumpe nicht zu groß sein, damit keine Verformungen der Pumpengeometrie auftreten.
• Für eine hier angenommene, volumetrische Pumpe gilt die folgende Gleichung (1) für den Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom Q_vol.Pumpe und der Drehzahl n: $${\text{Q}}_{\text{vol}\text{.Pumpe}}={\text{Q}}_{\text{max}}*\left({\text{n/n}}_{\text{max}}\right)$$

  
• Für den Volumenstrom Q_Blende durch eine in 2b gezeigte Blende 237 gilt der Zusammenhang: $${\text{Q}}_{\text{Blende}}=\surd \left({\rho }_{\text{nom}}/\rho \right)*{\text{Q}}_{\text{nom}}*\surd \left(\text{p}/{\text{p}}_{\text{nom}}\right)$$

  

  wobei ρ die Dichte des durch die Blende 237 strömenden Fluids, gemäß der Beziehung ρ = f (T), von der Temperatur des Fluids abhängt. Der Wert ρ_nom stellt dabei einen Nominalwert der Dichte und p_nom einen Nominalwert des Drucks dar.
• Für die innere Leckage der Verdrängerpumpe ergibt sich der folgende, vom Druck p abhängige Volumenstrom Q_Leckage: $${\text{Q}}_{\text{Leckage}}=\mathrm{\alpha }*\text{p}$$

  

  wobei die Konstante α an sich nicht bekannt ist, jedoch aus anderen Größen wie folgt bestimmt werden kann.
• Für den insgesamt resultierenden, d.h. bilanzmäßigen Volumenstrom Q_vol.Pumpe der angenommenen, volumetrischen Pumpe ergibt sich nun: $${\text{Q}}_{\text{vol}\text{.Pumpe}}={\text{Q}}_{\text{Blende}}+{\text{Q}}_{\text{Leckage}}$$

  
• Aus den genannten Gleichungen (1) bis (4) ergibt sich durch einfache Umformung somit für die Konstante a: $$\mathrm{\alpha }={\text{Q}}_{\text{max}}/\text{p}*\text{n}/{\text{n}}_{\text{max}}\cdot \surd \left({\rho }_{\text{nom}}/\text{f}\left(\text{T}\right)\right)*{\text{Q}}_{\text{nom}}*1/\left(\surd \left({\text{p}}_{\text{nom}}*\text{p}\right)\right)$$

  
• Unter Berücksichtigung der internen Leckage ergibt sich ferner für die Druckrate A(t): $$\begin{array}{c}\mathrm{\lambda }\left(\text{t}\right)=\text{dp}\left(\text{t}\right)/\text{dt}=1/\text{V}*\text{dp}\left(\text{t}\right)/\left(\text{dV}\left(\text{t}\right)/\text{V}\right)*\text{dV}\left(\text{t}\right)/\text{dt}\\ =1/\text{V}*\text{dp}\left(\text{t}\right)/\left(\text{dV}\left(\text{t}\right)/\text{V}\right)*\text{Q}\left(\text{t}\right)\end{array}$$

  

  wobei die Größe V dem Pumpenvolumen der Verdrängerpumpe entspricht. Da ferner die Steifigkeit k der Verdrängerpumpe durch die folgende Beziehung gegeben ist $$k=\text{dp}\left(\text{t}\right)/\left(\text{dV}\left(\text{t}\right)/\text{V}\right)$$

  

  ergibt sich insgesamt für die Druckrate A(t): $$\mathrm{\lambda }\left(\text{t}\right)=k/\text{V}*\text{Q}\left(\text{t}\right)$$

  
• Unter der weiteren Annahme, dass das genannte Volumen V konstant ist, hängt der Wert der Steifigkeit k gemäß Gleichung (7) bei relativ kurzen Messzeiten t im Wesentlichen nur vom Druck p ab.
• Damit lässt sich die Druckrate λ für die beiden Situationen Dosierventil „offen“ und „geschlossen“ wie folgt berechnen:
1. a) Dosierventil „geschlossen“: $${\mathrm{\lambda }}_{\text{BF}}=k/\text{V}*\left({\text{Q}}_{\text{IL}}+{\text{Q}}_{\text{BF}}\right)$$
   
   und
2. b) Dosierventil „offen“: $${\mathrm{\lambda }}_{\text{BF\&DV}}=k/\text{V*}\left({\text{Q}}_{\text{IL}}+{\text{Q}}_{\text{BF}}+{\text{Q}}_{\text{DV}}\right)$$
   
   wobei die Indizes BF = Rücklauf, DV = Dosierventil und IL = Leckage die entsprechenden einzelnen Volumenströme bzw. Volumenstromanteile bezeichnen.
• Insgesamt ergibt sich somit das folgende Verhältnis der genannten Druckraten aufgrund der einzelnen Volumenströme: $${\mathrm{\lambda }}_{\text{BF\&DV}}/{\mathrm{\lambda }}_{\text{BF}}=\left({\text{Q}}_{\text{IL}}+{\text{Q}}_{\text{BF}}+{\text{Q}}_{\text{DV}}\right)/\left({\text{Q}}_{\text{IL}}+{\text{Q}}_{\text{BF}}\right)$$

  

  und somit für den Volumenstrom Q_DV durch das Dosierventil: $${\text{Q}}_{\text{DV}}=\left({\mathrm{\lambda }}_{\text{BF\&DV}}/{\mathrm{\lambda }}_{\text{BF}}-1\right)*\left({\text{Q}}_{\text{IL}}+{\text{Q}}_{\text{BF}}\right)$$

  
• Bei den durchzuführenden, experimentellen Messungen wird die volumetrische Pumpe mit einer definierten Drehzahl betrieben und liefert somit einen bekannten Volumenstrom. Der Volumenstrom durch die Blende 237 wird mit Hilfe der Dichte der Flüssigkeit und des gemessenen Drucks berechnet. Die Dichte der Flüssigkeit wird aus ihrer gemessenen Temperatur ermittelt. Der Parameter α fehlt, um den Leckage-Volumenstrom aus dem gemessenen Druck berechnen zu können. Es gilt der Erhalt der Volumenströme. Der gesuchte Parameter α kann aus der gemessenen Temperatur und dem gemessenen Druck berechnet werden. Somit kann auch der Leckage- Volumenstrom für jeden gemessenen Wert des Drucks bestimmt werden.
• Das beschriebene Verfahren zur Bestimmung der inneren Leckage basiert auf der Annahme, dass sich diese Leckage wie eine Drossel verhält. Falls die Leckage ein anderes Verhalten zeigt, kann dieses durch eine abschnittsweise lineare Funktion angenähert werden: Q_IL=k*p+Q₀. Zur Bestimmung der beiden Parameter k und Q₀ sind insgesamt zwei Messungen erforderlich. Bei x aufeinanderfolgenden Abschnitten ergeben sich somit x+1 Messungen.
• Die Gültigkeit des Parameters α kann durch eine oder mehrere kurz aufeinanderfolgende Messungen bei unterschiedlichen Drehzahlen überprüft werden. Die Bestimmung der inneren Leckage kann auch zur Überwachung einer äußeren Leckage verwendet werden. Falls der Wert der ermittelten inneren Leckage eine Schwelle überschreitet, wird angenommen, dass eine zusätzliche äußere Leckage vorhanden ist.
• In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Verfahren setzt sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei durch gestrichelte Linien 300, 305 abgegrenzten, zeitlich sequenziell oder parallel durchgeführten Teilverfahren zusammen. Im ersten Teilverfahren 300 wird eine analytische Bestimmung der inneren Leckage einer hier betroffenen Förderpumpe durchgeführt. Dabei wird die Förderpumpe, wie beschrieben, gedanklich in Komponenten zerlegt 310. Eine solche Zerlegung gilt in guter Näherung für nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Pumpen. Die innere Leckage wird durch eine Drossel angenähert 315, welche parallel zu einer für den Rücklauf bereits vorgesehenen Blende angeordnet ist.
• Der Volumenstrom durch das Dosierventil wird anhand von im zweiten Teilverfahren 305 durchgeführten, experimentellen Messungen der Druckrate bzw. des Druckabfalls bestimmt. Die volumetrische Pumpe wird dabei mit einer vorgebbaren Drehzahl betrieben 320 und liefert damit einen an sich bekannten Volumenstrom 325. Der Volumenstrom durch die Blende wird mit Hilfe der an sich bekannten Dichte des Fluids und des gemessenen Drucks berechnet 330. Die Dichte des Fluids wird in dem Beispiel in bekannter Weise aus der gemessenen Fluid-Temperatur ermittelt 335. Um den Leckage-Volumenstrom aus dem gemessenen Druck berechnen zu können, ist die vorbeschriebene Konstante α erforderlich, welche in dem Ausführungsbeispiel aus der gemessenen Temperatur und dem gemessenen Druck berechnet wird 340. Damit wird der Leckage- Volumenstrom für jeden gemessenen Wert des Drucks bestimmt 345.
• Auf der Grundlage dieser Messergebnisse können anhand des ermittelten Volumenstroms mögliche Mengenabweichungen des Dosiersystems erkannt bzw. überwacht werden 350. Die so erkannten Mengenabweichungen können dann mit an sich bekannten Maßnahmen behoben werden 355.
• Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.
• 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
• DE 102013204686 A1 [0006]

Claims (11)

1. Verfahren zum Überwachen des Volumenstroms eines Dosierventils (131) eines fluidischen Dosiersystems (100) einer Brennkraftmaschine, bei dem wenigstens eine Förderpumpe (111) zum Fördern eines Fluids angeordnet ist, wobei die Förderpumpe (111) mit einer Zuführleitung (207) und mit einer Rückführleitung (160) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Leckage der Förderpumpe (111) bestimmt wird (340) und dass der Volumenstrom des Dosierventils (131) anhand von experimentell ermittelten (320, 325) Druckwerten auf der Grundlage der bestimmten inneren Leckage der Förderpumpe überwacht wird (350).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckabfall oder die Druckrate zwischen einem Eingang (207) und einem Ausgang (235) der Förderpumpe (111) experimentell ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Leckage der Förderpumpe (111, 200) analytisch bestimmt wird, wobei die Förderpumpe (111, 200) in eine volumetrische Pumpe (205) und in eine parallel zu der volumetrischen Pumpe (205) angeordnete Drossel (210) zerlegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ausgang der Förderpumpe (111, 200) eine für den Rücklauf von Fluid in einen Vorratstank (120, 240) wirksame Blende (161, 237) angeordnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (245) und die Blende (161, 237) leitungstechnisch parallel zueinander angeordnet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die volumetrische Pumpe (205) bei der experimentellen Ermittlung von Druckwerten mit einer vorgebbaren Drehzahl betrieben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom durch die Blende (161, 237) anhand der Dichte des Fluids und des experimentell ermittelten Drucks berechnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom Q_DV durch das Dosierventil (131) anhand der folgenden Gleichung analytisch bestimmt wird: $${\text{Q}}_{\text{DV}}=\left({\mathrm{\lambda }}_{\text{BF\&DV}}/{\mathrm{\lambda }}_{\text{BF}}-1\right)*\left({\text{Q}}_{\text{IL}}+{\text{Q}}_{\text{BF}}\right),$$

   

   in der Q den Volumenstrom an Fluid, λ die Druckrate, und die Indizes BF = Rücklauf, DV = Dosierventil und IL = Leckage die entsprechenden Volumenstromanteile bedeuten.
9. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
10. Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 9 gespeichert ist.
11. Elektronisches Steuergerät (150), welches eingerichtet ist, ein fluidisches Dosiersystem insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem wenigstens eine Förderpumpe (111) zum Fördern eines Fluids angeordnet ist und bei dem die Förderpumpe (111) mit einer Zuführleitung (207) und mit einer Rückführleitung (160) verbunden ist, anhand eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zu steuern.

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