DE102005003583B4

DE102005003583B4 - Verfahren zur Beheizung Reduktionsmittel führender Teile einer Abgasreinigungsanlage

Info

Publication number: DE102005003583B4
Application number: DE102005003583.3A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Malitsky; Dr. Bakaj Leo
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: Woodward LOrange GmbH
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: DE102005003583A1

Abstract

Verfahren zur Beheizung Reduktionsmittel führender Teile einer Abgasreinigungsanlage, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mittels einer elektrischen Heizung, wobei das Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, in Betriebspausen bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in den festen Aggregatzustand übergeht, wobei ferner die Abgasreinigungsanlage von einem Vorratsbehälter (13) zu einer Düse (5) führende Leitungen (3, 4) umfasst, in der zur Förderung des Reduktionsmittels eine Pumpe (1), insbesondere eine Kolbenpumpe (20) oder eine Membranpumpe (21), angeordnet ist, die zur pulsierenden Förderung des Reduktionsmittels mit einem mit einem Kolben (24) oder einer Membran (33) zusammenwirkenden Magnetanker (23) und einer bestrombaren Spule (22) ausgestattet ist, die über eine Steuereinrichtung (2) und eine Stromquelle (11) zur Ausführung eines Arbeitshubs mit Strom beaufschlagbar ist, wobei zur Ausführung des Rückhubs eine Rückstellfeder (25) dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (22) zum Auftauen des in der Pumpe (1) eingefrorenen Reduktionsmittels mit hochfrequenten Stromimpulsen beaufschlagbar ist.

Description

Es ist bekannt, die Stickoxide im Abgas von Dieselbrennkraftmaschinen durch selektive katalytische Reduktion zu vermindern. Zu diesem Zweck dient eine Abgasreinigungsanlage, die einen Vorratsbehälter für Reduktionsmittel, von dort zu einer Düse führende Leitungen und eine Pumpe umfasst, die zur Förderung des Reduktionsmittels dient.
Aus der WO 96/08639 A1 geht es als bekannt hervor, Reduktionsmittel führende Teile der Abgasreinigungsanlage mit einer elektrischen Heizung zu versehen, um die als Reduktionsmittel dienende wässrige Harnstofflösung vor dem Einfrieren zu schützen.
Aus der DE 37 29 938 C1 geht eine Einrichtung zum Fördern und Vorwärmen kälteempfindlicher Brennstoffe mit einer elektromagnetischen Pumpe als bekannt hervor. Bei Temperaturen unter dem Nullpunkt scheidet Heizöl oder Dieselkraftstoff Paraffinkristalle aus, die den Durchfluss durch das Leitungssystem behindern. Deshalb ist es vorgesehen, die Verlustwärme der Pumpe zu nutzen, um das durch sie hindurchströmende Fluid, den Dieselkraftstoff zu erwärmen. Die Steuerung des eine Spule beaufschlagenden Stroms erfolgt derart, dass die Zeitdauer der Stromstöße jeweils länger ist als für die Bewegung des Magnetankers erforderlich. Somit bleibt die Spule bei jedem Hub des beweglichen Pumpenelements länger stromdurchflossen, als für die Pumpfunktion an sich erforderlich wäre, so dass gezielt Wärme erzeugt wird. Außerdem ist die Steuerung so ausgebildet, dass sie eine ununterbrochene Strombeaufschlagung der Spule für eine längere Zeitdauer leisten kann.
Im Weiteren ist in der DE 101 58 207 B4 ein Verfahren zum Betreiben der Dosierpumpe eines Heizgeräts mittels Dauerbestromung dargestellt. Über eine Dauerbestromung der Kolbenpumpe wird der Hubkolben bis zum einseitigen mechanischen Anschlag angezogen, verbleibt dort und es entsteht Verlustwärme, wobei der Brennstoff und die Bauteile der Dosierpumpe erwärmt werden und sich so die Viskosität des Brennstoffs verringert.
Aus der DE 101 61 132 A1 geht eine Pumpe zur Förderung von Reduktionsmittel für die Abgasnachbehandlung als bekannt hervor, die mit einer elektrischen Wicklung zur Betätigung einer Ankerplatte ausgebildet ist. Zum Auftauen gefrorenen Reduktionsmittels kann die Wicklung bestromt werden.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren aufzuzeigen, das verwendet werden kann, um auf einfache und billige Weise eine Pumpe aufzutauen, in der das zu fördernde Fluid, ein Reduktionsmittel zur Schadstoffminderung im Abgas von Brennkraftmaschinen, eingefroren ist.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale dadurch gelöst, dass die Spule der Pumpe zum Auftauen des in der Pumpe eingefrorenen Reduktionsmittels mit einem pulsierenden Strom hoher Frequenz beaufschlagbar ist. Im Falle eines pulsierenden Stroms ist die Taktfrequenz weitaus höher zu wählen als die Taktfrequenz bei der Förderung, um eine möglichst hohe Verlustwärme zu erzielen. Zweckmäßigerweise erfolgt die Ansteuerung der Pumpe abhängig von der in der Pumpe herrschenden Temperatur, die von einem Temperatursensor erfasst wird, der mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die die Strombeaufschlagung der Spule steuert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 Eine schematische Darstellung der Bauteile einer Abgasreinigungsanlage;
2a Eine bei der Abgasreinigungsanlage verwendete Hubkolbenpumpe in der Querschnittsansicht;
2b Eine für die Abgasreinigungsanlage verwendete Membranpumpe in der Querschnittsansicht.
Die 1 zeigt eine Schemaansicht einer Abgasreinigungsanlage zur dosierten Einspritzung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgastrakt 6 einer Brennkraftmaschine mittels einer Düse 5. Zur Förderung dient eine Pumpe 1, die aus einem Vorratsbehälter 13 Reduktionsmittel entnimmt und dieses über eine Ansaugleitung 3 und eine Hochdruckleitung 4 zur Düse 5 fördert. Die Abgasreinigungsanlage ist Bestandteil einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Pumpe 1 ist als Kolbenpumpe 20, wie in 2a dargestellt, oder als Membranpumpe 21, wie in 2b dargestellt, ausgeführt. Zur Steuerung der Pumpe 1 dient eine Steuereinrichtung 2, die über eine Steuerleitung 10 eine Stromquelle 11 zur Strombeaufschlagung der Pumpe 1 ansteuert. Dazu sind elektrische Leitungen 12 vorgesehen, die zur Strombeaufschlagung mit einer Spule 22 der Pumpe 1 in Verbindung stehen. Durch Beaufschlagung mit Stromimpulsen wird eine definierte Arbeitsfrequenz und damit ein definiertes Fördervolumen pro Zeiteinheit erreicht. Die Arbeitsfrequenz der Pumpe 1 und damit auch die geförderte Menge an Reduktionsmittel bestimmt sich in Abhängigkeit von Abgaswerten und/oder Motorbetriebsparametern. Mit einem Temperatursensor 8, der über eine Signalleitung 9 mit der Steuereinrichtung 2 verbunden ist, wird die Temperatur des Reduktionsmittels bei der Ansteuerung der Pumpe 1 berücksichtigt.
Die 2a und 2b zeigen eine Kolbenpumpe 20 bzw. eine Membranpumpe 21 herkömmlicher Bauart. Die Pumpen 20, 21 werden elektrisch angesteuert und weisen hierzu eine stromdurchflossene Spule 22 und einen im Magnetfeld der Spule 22 liegenden Anker 23 auf. Die Spule 22 wird nach Maßgabe der Steuereinrichtung 2 mit Strom aus der Stromquelle 11 beaufschlagt. Eine Rückstellfeder 25 dient zur Positionierung des Ankers 23 in einer Ausgangsposition. Bei Bestromung der Spule 22 verschiebt sich der Kolben 24 bzw. die Membran 33 unter Verkleinerung des Pumpenarbeitsraums 26, wodurch der Druck des über den Sauganschluss 29 und das Rückschlagventil 27 angesaugten Reduktionsmittels erhöht wird. Der Ausstoß des Reduktionsmittels in die Hochdruckleitung 4 erfolgt über einen Hochdruckanschluss 30 und ein Rückschlagventil 28. Gehäuseteile 31 und 32 beherbergen die Bauteile und bilden die notwendigen Kanäle und Räume zur Aufnahme des Reduktionsmittels.
Es ist bekannt, dass Reduktionsmittel in Form von einer wässrigen Harnstofflösung bei längerem Stillstand einer von der Abgasreinigungsanlage Gebrauch machenden Brennkraftmaschine, insbesondere in der Fahrzeuganwendung, und bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, (ca. –11 Grad) durch Einfrieren in den festen Aggregatzustand übergeht. Leitungen und Vorratsbehälter müssen deshalb vor Inbetriebnahme der Abgasreinigungsanlage erwärmt werden, um das Reduktionsmittel aufzutauen, bevor eine Förderung durch die Pumpe möglich ist. Dazu werden beispielsweise mit den Reduktionsmittel führenden Bauteilen in Verbindung stehende elektrische Heizadern verwendet. Im Fall der Pumpe kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Aufwand zur Anbringung separater Beheizungsmöglichkeiten verzichtet werden. Im Fall, dass Reduktionsmittel in der Pumpe eingefroren ist, was durch den Temperatursensor 8 feststellbar ist, wird die Pumpe 1 zum Auftauen in eine Betriebsart versetzt, bei dem der durch die Spule fließende Strom zum Beheizen der Pumpenteile und des in den Pumpenräumen eingeschlossenen Reduktionsmittels verwendet wird. Erfindungsgemäß wird die Spule zum Auftauen des in der Pumpe eingefrorenen Reduktionsmittels mit einem Dauerstrom beaufschlagt oder mit einem pulsierenden Strom hoher Frequenz. Durch die Widerstandswärme werden die in der Umgebung der Spule liegenden Bauteile rasch erwärmt. Im Falle des ständigen hochfrequenten Zu- und Abschaltens des Stroms entstehen im Anker des Magneten Wirbelströme und dadurch zusätzliche Verluste in Form von Wärme, so dass sich in diesem Betrieb gegenüber der Dauerbestromung eine noch größere Heizleistung erzielen lässt. Das schnelle Auftauen von gefrorenem Reduktionsmittel wird bei Beaufschlagung mit pulsierendem Strom durch eine Vibration des Pumpenkolbens noch weiter unterstützt. Durch Beaufschlagung mit pulsierendem Strom wird gezielt eine Vibration des Ankers und der damit gekoppelten Teile durch in wechselnder Richtung am Anker angreifende Kräfte herbeigeführt. Diese Vibrationen übertragen sich auf das gefrorene Medium und führen zu einer schnellen Zerkleinerung der Kristalle. Es findet eine schnelle Durchmischung mit angetautem Reduktionsmittel statt, was ein schnelles Auftauen des noch gefrorenen Reduktionsmittels bewirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auftauen von Reduktionsmittel ist wirkungsvoll und dabei einfach und billig zu realisieren.

Claims

Verfahren zur Beheizung Reduktionsmittel führender Teile einer Abgasreinigungsanlage, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mittels einer elektrischen Heizung, wobei das Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, in Betriebspausen bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in den festen Aggregatzustand übergeht, wobei ferner die Abgasreinigungsanlage von einem Vorratsbehälter (13) zu einer Düse (5) führende Leitungen (3, 4) umfasst, in der zur Förderung des Reduktionsmittels eine Pumpe (1), insbesondere eine Kolbenpumpe (20) oder eine Membranpumpe (21), angeordnet ist, die zur pulsierenden Förderung des Reduktionsmittels mit einem mit einem Kolben (24) oder einer Membran (33) zusammenwirkenden Magnetanker (23) und einer bestrombaren Spule (22) ausgestattet ist, die über eine Steuereinrichtung (2) und eine Stromquelle (11) zur Ausführung eines Arbeitshubs mit Strom beaufschlagbar ist, wobei zur Ausführung des Rückhubs eine Rückstellfeder (25) dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (22) zum Auftauen des in der Pumpe (1) eingefrorenen Reduktionsmittels mit hochfrequenten Stromimpulsen beaufschlagbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz der zum Auftauen dienenden hochfrequenten Stromimpulse ein Vielfaches der Taktfrequenz der für die Förderung des Reduktionsmittels im Förderbetrieb angewendeten Stromimpulse ist, um Vibrationen an Kolben (24) oder Membran (33) auszulösen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsart der Pumpe (1) abhängig von der Temperatur eines Temperatursensors (8) eingestellt wird, der im Bereich der Pumpe (1) angeordnet ist.