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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren eines flüssigen
Reduktionsmittels in ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein hiefür
eingerichtetes Dosiersystem.
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Aus
der
DE 10 2004 050
A1 ist ein Verfahren zum Dosieren eines flüssigen
Reduktionsmittels in ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine bekannt, bei
welchem von einer Dosierpumpe das Reduktionsmittel in rasch aufeinander
folgenden, zeitlich voneinander abgesetzten Einzelfördervorgängen
zu einem Dosierventil gefördert wird. Dabei wird das in den
Einzelfördervorgängen zum Dosierventil geförderte
Reduktionsmittel wahlweise entweder in zeitlich voneinander abgesetzten
Einzeldosiervorgängen vom Dosierventil in das Abgassystem
abgegeben oder in zeitlich voneinander abgesetzten Einzelrücklaufvorgängen
durch das Dosierventil hindurch und zu einem Behälter für
das Reduktionsmittel geleitet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Dosierverfahren und ein Dosiersystem der
oben genannten Art anzugeben, welches eine erhöhte Dosiermengenspreizung
und insbesondere eine Ausdehnung des einstellbaren Dosiermengenbereichs
für ins Abgassystem zu dosierendes Reduktionsmittel zu
kleinen Werten hin ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie durch ein Dosiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7
gelöst.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren sind durch eine
entsprechende Auslegung der Dosierpumpe, vorzugsweise als Kolbenpumpe
oder als Membranpumpe, die von einer solchen Pumpe in Einzelfördervorgängen
geförderten Einzelfördermengen durch die Dimensionierung
der Dosierpumpe im Wesentlichen festgelegt. Es ist daher über
eine Festlegung einer Anzahl von Einzeldosiervorgängen
eine hohe Dosiergenauigkeit ermöglicht. Das in den Einzelrücklaufvorgängen
durch das Dosierventil geförderte Reduktionsmittel ermöglicht
eine zusätzliche Kühlung des Dosierventils. Obschon
das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Dosierung
von flüssigen Brennstoffen geeignet ist, wird es vorzugsweise
zur Dosierung einer wässrigen Lösung eines selektiven Reduktionsmittels
zur Stickoxidreduktion, insbesondere zur Dosierung von wässriger
Harnstofflösung eingesetzt. Einzeldosiervorgänge
und Einzelrücklaufvorgänge erfolgen vorzugsweise
mit einer vorgebbaren Frequenz von mehreren Hertz. Typische Werte
sind 20 bis 50 Hertz. Charakteristischerweise sind die in aufeinander
folgenden Einzelfördervorgängen von der Dosierpumpe
geförderten Einzelfördermengen zumindest annähernd
gleich groß.
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Erfindungsgemäß wird
eine erste Einzeldosiermenge von Reduktionsmittel, die in einem
unmittelbar nach einem Einzelrücklaufvorgang erfolgenden
ersten Einzeldosiervorgang in das Abgassystem abgegeben wird, gegenüber
in anderen Einzeldosiervorgängen in das Abgassystem abgegebenen
Einzeldosiermengen einstellbar festgelegt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich eine
in einem bestimmten Zeitintervall insgesamt in das Abgassystem abgege bene
Dosiermenge von Reduktionsmittel durch die Summe der Einzeldosiermengen
von in dem Zeitintervall durchgeführten Einzeldosiervorgängen.
Die Dosiermenge kann durch ein hohes Verhältnis von Einzeldosiervorgängen
zu Einzelrücklaufvorgängen im Zeitintervall in einfacher
Weise erhöht werden. Dabei kann zusätzlich eine
Erhöhung der Frequenz der Einzelfördervorgänge
vorgesehen sein.
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Sind
kleine Dosiermengen einzustellen, so werden im Verhältnis
zur Anzahl von Einzelrücklaufvorgängen in einem
Zeitintervall vergleichsweise wenige Einzeldosiervorgänge
durchgeführt. Zusätzlich kann eine Verringerung
der Frequenz der Einzelfördervorgänge vorgesehen
sein. Die Dosiergenauigkeit ist jedoch insbesondere bei mengengleichen
Einzeldosiervorgängen bzw. Einzelfördervorgängen
infolge der Diskretisierung der Dosiermenge durch die Einzeldosiermengen
des in Einzeldosiervorgängen abgegebenen Reduktionsmittels
eingeschränkt.
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Durch
die erfindungsgemäße Festlegung einer ersten Einzeldosiermenge,
die in einem unmittelbar nach einem Einzelrücklaufvorgang
mit dem entsprechenden ersten Einzeldosiervorgang erfolgt, gegenüber
den in anderen, aufeinanderfolgenden Einzeldosiervorgängen
in das Abgassystem abgegebenen Einzeldosiermengen, werden infolge
der genannten Diskretisierung auftretenden Ungenauigkeiten vermieden.
Insbesondere wird eine verbesserte Dosiergenauigkeit bei kleinen
Dosiermengen erzielt, wenn die in einem ersten Einzeldosiervorgang
abgegebene erste Einzeldosiermenge kleiner festgelegt wird, als
die in anderen Einzeldosiervorgängen abgegebenen Einzeldosiermengen.
Dies resultiert daraus, dass bei einer kleinen Dosiermenge nur eine
geringe Anzahl von Einzeldosiervorgängen im Zeitintervall erfolgt
und somit die Größe der Dosiermenge im Zeitintervall
maßgeblich durch die Größe der in einem Zeitintervall
abgegebenen ersten Einzeldosiermenge bestimmt ist.
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Somit
ist durch das erfindungsgemäße Verfahren eine
Ausdehnung des einstellbaren Dosiermengenbereichs unter weitgehender
Beibehaltung der Dosiergenauigkeit insbesondere zu kleinen Werten
hin ermöglicht.
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In
Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einstellung der ersten Einzeldosiermenge
mittels eines Reduktionsmittelspeicherelements mit einem druckabhängigen
Volumen, das zwischen Dosierpumpe und Dosierventil vorgesehen ist. Über
das Reduktionsmittelspeicherelement wird die Größe
der im ersten Einzeldosiervorgang vom Dosierventil abgegebenen ersten
Einzeldosiermenge beeinflusst. Dabei ist typischerweise eine Druck-Volumenkennlinie
des Speicherelements maßgebend.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als Reduktionsmittelspeicherelement
mit druckabhängigem Volumen ein elastisches Leitungselement für
das Reduktionsmittel eingesetzt. Vorzugsweise handelt es sich dabei
um eine von der Dosierpumpe zum Dosierventil führende Vorlaufleitung
für das Reduktionsmittel oder um einen Abschnitt derselben.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als Reduktionsmittelspeicherelement
mit druckabhängigem Volumen ein in eine Reduktionsmittelförderleitung
eingeschalteter separater Hydraulikspeicher eingesetzt. Dabei kann
es sich um einen Membranspeicher, einen Blasenspeicher oder einen
Kolbenspeicher handeln. Bevorzugt ist ein federbelasteter Hydraulikspeicher.
Der Hydraulikspeicher wird vorzugsweise in eine von der Dosierpumpe
zum Dosierventil führende Vorlaufleitung für das
Reduktionsmittel eingesetzt. Dabei ist es in Bezug auf eine hochgenaue
Dosierung kleiner Reduktionsmittelmengen besonders vorteilhaft,
wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Hydraulikspeicher
für das Reduktionsmittel ein Volumen bereitstellt, welches
kleiner als das von der Dosierpumpe in einem Einzelfördervorgang
geförderte Volumen ist. Auf diese Weise ist eine Feineinstellung
der ersten Einzeldosiermenge ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein hydraulischer Druck
des Reduktionsmittels in einer an das Dosierventil angeschlossenen
Reduktionsmittelleitung einstellbar festgelegt. Vorzugsweise erfolgt
die Festlegung des hydraulischen Drucks durch ein federbelastetes
Ventil, gegen dessen Öffnungsdruck die Dosierpumpe fördert.
Dabei ist hier sowie im folgenden unter einem federbelasteten Ventil
ein Ventil zu verstehen, welches nach Überwindung einer
vorgegebenen Schließkraft öffnet. Bevorzugt ist
dabei eine einstellbare Schließkraft. Dies kann beispielsweise
mittels eines Federventils mit einer einstellbaren Vorspannkraft
für die mechanische Feder realisiert sein. Eine Ausführungsform
als elektromagnetisches Proportionalventil mit einer variabel einstellbaren
Haltekraft für ein entsprechendes Ventil-Verschlusselement
ist ebenso möglich. Das Ventil ist dabei bevorzugt in einer
das Dosierventil mit dem Behälter verbindenden Rücklaufleitung
angeordnet.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Dosiersystem,
welches ein Dosierventil zur Abgabe des Reduktionsmittels in das
Abgassystem, eine Dosierpumpe zur Förderung von Reduktionsmittel
zum Dosierventil über eine die Dosierpumpe mit dem Dosierventil
verbindende Vorlaufleitung und eine vom Dosierventil zu einem Behälter für
das Reduktionsmittel geführte Rücklaufleitung umfasst
und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 6 eingerichtet ist.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die
vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination,
sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
schematisches Blockbild einer Brennkraftmaschine, der ein Abgassystem
und ein Dosiersystem für ein Reduktionsmittel zugeordnet sind,
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2a, 2b schematisch
dargestellte zeitliche Folgen von Einzeldosiervorgängen
und Einzelrücklaufvorgängen bei einer bevorzugten
Durchführungsweise des erfindungsgemäßen
Dosierverfahrens und
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3 eine
schematische Darstellung eines an das Dosiersystem angeschlossenen
separaten Hydraulikspeichers.
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In 1 ist
schematisch eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs
mit einem zugeordneten Abgassystem und einem zugeordneten Dosiersystem 2 für
ein Reduktionsmittel dargestellt, wobei das Abgassystem eine Abgasleitung 4 mit
einem darin angeordneten Abgaskatalysator 3 umfasst. Das Dosiersystem 2 dient
der dosierten Abgabe des Reduktionsmittels in das Abgassystem stromauf
des Abgaskatalysators 3. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine 1 als
Dieselmotor ausgebildet, und der Abgaskatalysator 3 ist
als Stickoxidreduktionskatalysator, vorzugsweise als so genannter
SCR-Katalysator zur selektiven Reduktion von im Abgas des Dieselmotors 1 enthaltenen
Stickoxiden (NOx) ausgeführt. Für das Abgassystem
sind vorzugsweise weitere, hier nicht näher dargestellte
Komponenten vorgesehen. Beispielsweise können zusätzliche
reinigungswirksame Bauteile wie ein weiterer Abgaskatalysator oder
ein Partikelfilter sowie Abgas- und Temperatursensoren zur Unterstützung
des Betriebs des Abgassystems vorgesehen sein. Wird mittels eines vor,
nach oder im Abgaskatalysator 3 angeordneten Temperatursensors
festgestellt, dass dieser den Temperaturbereich seiner Wirksamkeit
verlassen hat, so wird vorzugsweise eine Abgabe von Reduktionsmittel
ins Abgas unterbunden. Beispielsweise kann im Zusammenhang mit einer
thermischen Regeneration eines dem Abgaskatalysator 3 vorgeschalteten
Partikelfilters der Abgaskatalysator sich derart aufheizen, dass
zugeführtes Reduktionsmittel unwirksam ist. In diesem Fall
wird die Abgabe von Reduktionsmittel ins Abgas ebenso unterbunden,
wie bei einer zu starken Abkühlung des Abgaskatalysators,
etwa unter 180°C.
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Entsprechend
der bevorzugten Ausführung des Abgaskatalysators 3 als
SCR-Katalysator ist das Dosiersystem 2 zur Abgabe eines
hinsichtlich der Entfernung von NOx geeigneten Reduktionsmittels ausgebildet.
Obschon das Dosiersystem 2 auch zur Dosierung von Kraftstoff
oder anderen flüssigen organischen Reduktionsmitteln, beispielsweise
zur Unterstützung einer Regeneration eines Partikelfilters geeignet
ist, wird nachfolgend davon ausgegangen, dass es sich bei dem Reduktionsmittel
um eine wässrige Harnstoff-Lösung, nachfolgend
abgekürzt als HWL bezeichnet, handelt. Hierfür
umfasst das Dosiersystem 2 einen Tank T, der über
eine Leitung 11 mit einer Dosierpumpe 8 verbunden
ist. Über eine Vorlaufleitung 9 kann von der Dosierpumpe 8 HWL zu
einem Dosierventil 10 gefördert werden. Über
das Dosierventil 10 erfolgt mengenmäßig
kontrolliert und bedarfsgerecht eine fein verteilte Abgabe der HWL ins
Abgas.
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Von
der Dosierpumpe 8 zum Dosierventil 10 geförderte
und nicht ins Abgas abgegebene HWL wird über eine Rücklaufleitung 12 zum
Tank T zurückgeleitet.
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Die
mengenmäßig kontrollierte Abgabe der HWL ins Abgas
wird von einem Dosiersteuergerät 7 gesteuert,
welches hierfür die Dosierpumpe 8 sowie ein in
der Rücklaufleitung 12 angeordnetes Steuerventil 13 ansteuert,
worauf weiter unten näher eingegangen wird.
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Zur
Steuerung bzw. Erfassung des Motorbetriebs ist ein elektronisches
Motorsteuergerät 6 vorgesehen. Das Motorsteuergerät 6 erhält
einerseits Informationen über maßgebliche Zustandsgrößen wie
z. B. Drehzahl, Temperaturen, Drücke von entsprechenden
Sensoren bzw. Fühlern und kann andererseits Steuersignale
als Einstellgrößen an Aktuatoren wie z. B. ein
AGR-Ventil oder einen Abgasturbolader ausgeben, wobei die entsprechenden
Bauteile der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt
sind. Weiter ist das Motorsteuergerät 6 in der
Lage, eine Einspritzung von Kraftstoff in den Motor 1 bedarfsgerecht
einzustellen. Hierfür kann das Motorsteuergerät 6 auf
abgespeicherte Kennfelder oder Berechnungsroutinen zurückgreifen.
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In
analoger Weise wird eine Erfassung und Einstellung von Betriebs-
und Zustandsgrößen des Abgassystems und insbesondere
des SCR-Katalysators 3 vorgenommen. Diese Aufgabe kann
von einem separaten Steuergerät oder vom Dosiersteuergerät 7 durchgeführt
werden. Nachfolgend wird jedoch davon ausgegangen, dass dies ebenfalls
vom Motorsteuergerät 6 übernommen wird.
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Das
Motorsteuergerät 6 ermittelt vorzugsweise auf
der Basis von ihm vorliegenden Daten betreffend beispielsweise Ansaug luftmassenstrom, Kraftstoffeinspritzdruck,
Steuerzeiten der Kraftstoffeinspritzung, AGR-Rate, Ladedruck, Ansauglufttemperatur
und gegebenenfalls weiteren Größen eine NOx-Rohemission
des Motors 1. Die genannten Größen können
direkt aus Sensorsignalen oder indirekt aus Kennlinien oder Kennfeldern
oder durch im Motorsteuergerät 6 abgespeicherte
Berechnungsroutinen ermittelt werden. Vorzugsweise ist die Zuordnung
von NOx-Rohemissionswerten zu den hierfür maßgeblichen
Größen ebenfalls in Kennlinien oder Kennfeldern
abgespeichert. Ferner wird aus vorliegenden Informationen betreffend
den Betriebszustand des Abgassystems aus hierfür vorgesehenen Kennfeldern
ein aktueller Wert des NOx-Umsatzvermögens des SCR-Katalysators 3 ermittelt.
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Aus
den vorliegenden Informationen über die NOx-Rohemissionswerte
und das NOx-Umsatzvermögen des SCR-Katalysators 3 sowie
gegebenenfalls weiteren Größen wird eine Soll-Dosiermenge der
Lösung ermittelt, mit welcher sich eine vorteilhafte, insbesondere
eine möglichst hohe NOx-Verminderung erzielen lässt.
Die Information betreffend die Soll-Dosiermenge wird dem Dosiersteuergerät 7 übermittelt,
welches die Dosierpumpe 8 für eine vorgegebene
Förderleistung sowie das Steuerventil 13 ansteuert.
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Typischerweise
führt die Dosierpumpe 8 in rascher, gleichmäßiger
und vorzugsweise konstanter Folge Einzel-Fördervorgänge
mit zumindest annähernd konstanten Einzelfördermengen
aus. Die Förderleistung der Dosierpumpe kann 8 durch
eine Anpassung der Pumpfrequenz bzw. der Frequenz von Einzel-Fördervorgängen
verändert werden. Alternativ oder zusätzlich kann
auch eine Anpassung der Einzelfördermengen vorgesehen sein.
Vorzugsweise wird jedoch mit konstanten Einzelfördermengen und/oder
einer konstanten Pumpfrequenz bzw. mit einem im zeitlichen Mittel
konstanten Soll-Durchsatz gearbeitet. Es kann jedoch auch eine unregelmäßige zeitliche
Abfolge von Einzel-Fördervorgängen vorgesehen
sein. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass die Dosierpumpe 8 als
Konstanthub-Kolbenpumpe ausgebildet ist, welche beim Betrieb zeitlich voneinander
abgesetzte Einzelfördermengen von im Wesentlichen konstanter
Größe abgibt.
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Allgemein
sind zur Datenübermittlung Datenleitungen 5 vorgesehen,
welche in Form von unidirektionalen oder bidirektionalen Signalleitungen
vorliegen können. Insbesondere sind das Motorsteuergerät 6 und
das Dosiersteuergerät 7 über eine vorzugsweise
als so genannter CAN-Bus ausgeführte Datenleitung 5 miteinander
verbunden. Ferner sind Datenleitungen vom Dosiersteuergerät 7 zur
Dosierpumpe 8 und zum Steuerventil 13 vorgesehen, über
welche diese angesteuert werden.
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Das
Dosierventil 10 ist vorzugsweise als Einspritzventil ausgebildet,
welches selbsttätig bei Erreichen von bestimmten Werten
für den von der Dosierpumpe 8 aufgebrachten hydraulischen
Druck der HWL öffnet bzw. schließt. Bevorzugt
ist eine Ausführung als federbelastetes Einspritzventil
mit einer mechanischen Feder. Auf eine elektrische Ansteuerung zur
Betätigung und entsprechende Betätigungselemente
wie beispielsweise eine Spule kann daher verzichtet werden. Wenn
infolge des Dosierdrucks der über die Vorlaufleitung 9 dem
Dosierventil 10 zugeführten HWL die Schließkraft
einer Schließfeder überschritten wird, so wird
eine Ventilöffnung freigegeben, und die HWL wird abgespritzt.
Das Dosierventil 10 ist bezüglich der vom Druck
beaufschlagten Flächen und der Schließfeder bevorzugt
so abgestimmt, dass eine Öffnung nur oberhalb eines Mindestwerts
für den hydraulischen Druck erfolgt. Weiterhin ist eine
Ausführung des Dosierventils 10 derart vorgesehen,
dass die von der Dosierpumpe 8 in einem Einzelfördervorgang
geförderte HWL bis nahe zur Spitze des Dosierventils 10 geleitet
wird. Auf diese Weise kann das Dosierventil 10 bis zur
Spitze hin wirksam gekühlt werden. Dies ist besonders vorteilhaft,
wenn aufgrund der Einbausituation eine erhöhte thermische
Belastung vorliegt. Dies ist dann der Fall, wenn das Dosierventil 10 teilweise
von heißem Abgas umströmt ist und/oder in Wärmeübergangskontakt
mit heißen Abgasleitungsteilen steht.
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Die
als Konstanthub-Kolbenpumpe oder als Membranpumpe ausgebildete Dosierpumpe 8 arbeitet
intermittierend derart, dass mit einer Pumpfrequenz von vorzugsweise
etwa 0,2 Hz bis 100 Hz, besonders bevorzugt mit einer Pumpfrequenz
von 5 Hz bis 50 Hz, Einzelfördervorgänge erfolgen,
mit denen jeweils eine Einzelfördermenge der HWL zum Dosierventil 10 gefördert
wird.
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Damit
eine jeweilige Einzelfördermenge ganz oder teilweise in
einem korrespondierenden Einzeldosiervorgang ins Abgas abgegeben
werden kann, muss der für eine Öffnung des Dosierventils 10 maßgebende
hydraulische Druck in der Vorlaufleitung 9 erreicht bzw. überschritten
werden. Bei der hier diskutierten bevorzugten Ausführungsform
des Dosiersystems 2 ist die Stellung des in der Rücklaufleitung 12 angeordneten
und vom Dosiersteuergerät 7 entsprechend ansteuerbaren
Steuerventils 13 maßgebend für die Tatsache,
ob ein Einzelfördervorgang als Einzeldosiervorgang oder
als Einzelrücklaufvorgang ausgeführt wird. Das
Steuerventil 13 kann zur Ermöglichung eines Einzeldosiervorgangs vom
Dosiersteuergerät 7 in eine Sperrstellung und zur
Ermöglichung eines Einzelrücklaufvorgangs in eine
Rücklaufstellung gesteuert werden. In der Sperrstellung
wird die Rücklaufleitung 12 abgesperrt, so dass
deren Durchströmung verhindert ist. Dadurch kann sich der
für eine Öffnung des Dosierventils 10 maßgebende
hydraulische Druck aufbauen, die Ventilöffnung wird freigegeben
und die Einzelfördermenge wird in einem Einzeldosiervorgang
ganz oder teilweise als Einzeldosiermenge ins Abgas abgegeben. In
der Rücklaufstellung wird die Rücklaufleitung 12 nach Überwindung
eines vorzugsweise variabel vorgebbaren bzw. einstellbaren Öffnungsdrucks
vom Steuerventil 13 für einen Rücklauf
freigegeben. Hierfür ist vorzugsweise ein mit einer vorgebbaren,
insbesondere variabel einstellbaren Kraft belastetes Verschlusselement
vorgesehen, welches in der Rücklaufstellung in den Strömungsweg
der Rücklaufleitung 12 geschaltet ist.
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Das
Dosierventil 10 und das Steuerventil 13 sind dabei
derart aufeinander abgestimmt ausgeführt, dass der Öffnungsdruck
des Dosierventils 10 höher bemessen ist als der Öffnungsdruck
des Steuerventils 13 in der Rücklaufstellung. Überwindet
daher die Dosierpumpe 8 bei dem in Rücklaufstellung betriebenen
Steuerventil 13 den Öffnungsdruck des Steuerventils 13,
so öffnet dieses. Ein weiterer Druckanstieg ist somit weitgehend
vermieden, das Dosierventil 10 bleibt geschlossen und der
Einzelfördervorgang erfolgt als Einzelrücklaufvorgang.
Auf diese Weise ist im Leitungssystem von Dosierpumpe 8 bis
zum Steuerventil 13 beim Betrieb des Dosiersystems 2 ständig
ein Überdruck vorhanden. Dieser liegt vorzugsweise so hoch,
dass störendes Sieden bzw. eine Dampfblasenbildung zumindest
zwischen Dosierpumpe 8 und Steuerventil 13 auch
bei erhöhten Temperaturen bis etwa 160°C bis 180°C
für die HWL verhindert ist.
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Nachfolgend
wird unter Bezug auf die 2a und 2b auf
eine bevorzugte Vorgehensweise beim Betrieb des erfindungsgemäßen
Dosiersystems 2 eingegangen. Dabei sind zwei in einem vorgebbaren
Zeitintervall typischerweise eingestellte Reihenfolgen für
Einzelrücklauf- und Einzeldosiervorgänge bei einer
hohen Dosiermenge bzw. einem hohen Solldurchsatz (2a) von
zu dosierender HWL und bei einer kleinen Dosiermenge (2b) dargestellt.
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In
den Zeitdiagrammen der 2a und 2b ist
beispielhaft eine im festen Abstand von beispielsweise 50 ms durchgeführte
Folge von Einzelfördervorgängen der mit konstanter
Pumpfrequenz arbeitenden Dosierpumpe 8 dargestellt. Als Einzelrücklaufvorgänge
wirksame Einzelfördervorgänge sind durch offene
Balken 20 gekennzeichnet. Als Einzeldosiervorgänge
wirksame Einzelfördervorgänge sind durch schraffierte
Balken 21 und 21a gekennzeichnet. Es versteht
sich dabei, dass beispielsweise zur Veränderung des Durchsatzes
eine Veränderung der Pumpfrequenz bzw. des zeitlichen Abstands
der Einzelfördervorgänge vorgesehen sein kann.
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2a stellt
den Fall der höchsten einstellbaren Dosiermenge für
die entsprechende Pumpfrequenz dar. Dabei ist vorgesehen, auch für
die höchste einstellbare Dosiermenge wenigstens einen Einzelfördervorgang
im Zeitintervall als Einzelrücklaufvorgang 20 auszubilden.
Dadurch wird für das Dosierventil 10 auch bei
der höchsten Dosiermenge eine Mindestkühlwirkung
durch zum Tank T zurückgeführte HWL erzielt.
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Sollen
kleinere Dosiermengen eingestellt werden, so erfolgt eine Aufteilung
von Einzelrücklaufvorgängen 20 und Einzeldosiervorgängen 21, 21a wie
oben beschrieben durch eine entsprechende Ansteuerung des Steuerventils 13 derart,
dass der vom Motorsteuergerät 6 ermittelte Solldurchsatz
von zu dosierender Lösung zumindest annähernd
erreicht und dosiert wird. Bevorzugt werden in einem Zeitintervall
zunächst die Einzeldosiervorgänge 21a, 21 in direkter
Folge durchgeführt und anschließend die Einzelrücklaufvorgänge 20 ebenfalls
in direkter Folge. Dabei werden in den Einzelfördervorgängen
jeweils im Wesentlichen die gleichen, durch die Dimensionierung
bzw. Einstellung der Dosierpumpe 8 bestimmte Mengen m gefördert.
Entsprechend werden in Einzeldosiervorgängen 21 im
Wesentlichen die gleichen Einzeldosiermengen ins Abgassystem abgegeben.
Eine Ausnahme hiervon bildet gegebenenfalls der erste, direkt auf
einen Einzelrücklaufvorgang 20 folgende Einzeldosiervorgang 21a.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass eine erste Einzeldosiermenge von Reduktionsmittel,
die in einem unmittelbar nach einem Einzelrücklaufvorgang 20 erfolgenden
ersten Einzeldosiervorgang 21a in das Abgassystem abgegeben
wird, im Verhältnis zu in anderen Einzeldosiervorgängen 21 in
das Abgassystem abgegebenen Einzeldosiermengen variabel einstellbar
festgelegt wird. Insbesondere ist vorgesehen, die erste Einzeldosiermenge
des ersten Einzeldosiervorgangs 21a um ein festlegbares
Maß kleiner auszulegen als die in 2a, 2b mit
100% angegebenen Einzeldosiermengen der anderen Einzeldosiervorgänge 21.
Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Dosierung bei kleinen Dosiermengen
verbessert bzw. der Dosierbereich zu kleinen Dosiermengen hin erweitert.
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Der
Fall einer vergleichsweise kleinen Dosiermenge ist in 2b dargestellt.
Von den 20 im Zeitintervall durchgeführten Einzelfördervorgängen sind
lediglich 3 als Einzeldosiervorgänge 21a, 21 ausgebildet.
Dabei ist die erste Einzeldosiermenge des ersten Einzeldosiervorgangs 21a um
ein festlegbares Maß kleiner als die Einzeldosiermengen
der weiteren, darauf folgenden Einzeldosiervorgänge 21. Es
ist unmittelbar einsichtig, dass durch eine variable Quantifizierung
der ersten Einzeldosiermenge eine genauere Einstellung der in einem
Zeitintervall insgesamt abgegebenen Dosiermenge ermöglicht
ist. Eine geringer oder gegebenenfalls auch größer
ausgebildete erste Einzeldosiermenge ermöglicht insbesondere
eine genauere Dosierung wenn insgesamt in einem Zeitintervall nur
eine geringe Anzahl von Einzeldosiervorgängen durchgeführt
werden.
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Zur
Festlegung der ersten Einzeldosiermenge des ersten Einzelfördervorgangs 21a kann
erfindungsgemäß ein hydraulischer Speicher in
die Vorlaufleitung 9 und/oder in die Rücklaufleitung 12 eingeschaltet
werden. Der hydraulische Speicher kann dabei als ein elastisches
Leitungselement ausgebildet sein. Beispielsweise können
die Vorlaufleitung 9 und/oder die Rücklaufleitung 12 ganz
oder teilweise aus einem elastischen Material ausgebildet sein. Beim
Umschalten von einem Einzelrücklaufvorgang 20 auf
den ersten Einzeldosiervorgang 21a muss der hydraulische
Druck infolge des gegenüber dem Steuerventil 13 höheren Öffnungsdrucks
des Dosierventils 10 im Leitungssystem erhöht
werden. Somit füllt sich der hydraulische Speicher und
es ergibt sich eine kleinere erste Einzeldosiermenge im Vergleich zu
den Einzeldosiermengen der anderen Einzeldosiervorgänge 21,
bei denen der hydraulische Speicher bereits gefüllt ist.
Durch eine gezielte Auslegung des elastischen Leitungselements kann
die Größe des hydraulischen Speichers und damit
die Größe der ersten Einzeldosiermenge festgelegt
werden.
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Alternativ
kann ein separater Hydraulikspeicher in das Leitungssystem eingeschaltet
sein. Dabei können die Vorlaufleitung 9 und/oder
die Rücklaufleitung 12 starr ausgeführt
sein. 3 zeigt eine Ausführungsform mit einem
in die Vorlaufleitung 9 eingeschalteten separaten Hydraulikspeicher 30 in
einer schematischen Darstellung. Der Hydraulikspeicher 30 ist
in einem Abzweig der Vorlaufleitung 9 angeordnet. Über
ein optional vorgesehenes Absperrventil 34 kann der Zulauf
zum Hydraulikspeicher 30 abgesperrt oder geöffnet
werden. Der Hydraulikspeicher 30 weist einen durch eine
Feder oder anderweitig 32 belasteten verschieblichen Kolben 31 auf.
Bei einem die Belastungs- oder Federkraft übersteigenden
Dosierdruck der HWL in der Vorlaufleitung 9 wird bei geöffnetem
Absperrventil 34 HWL in den Hydraulikspeicher 30 gedrückt.
Dabei ist das in den Hydraulikspeicher 30 gedrückte
HWL-Volumen einerseits vom wirksamen hydraulischen Druck in der
Vorlaufleitung 9 abhängig. Andererseits wird das
vom Hydraulikspeicher aufnehmbare Volumen von einem Anschlag 33 begrenzt.
Der Anschlag 33 kann dabei einstellbar ausgeführt
sein, wodurch das vom Hydraulikspeicher 30 maximal aufnehmbare
Volumen ebenfalls einstellbar ist. Dieses ist bevorzugt kleiner
ausgeführt als es der in einem Einzeldosiervorgang 21 abgespritzten Einzeldosiermenge
entspricht.
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Vorzugsweise
ist die Haltekraft der Feder 32 größer
gewählt, als es dem Öffnungsdruck des in der Rücklaufstellung
befindlichen Steuerventils 13 entspricht. Andererseits
ist vorzugsweise die Haltekraft der Feder 32 kleiner gewählt
als es dem Öffnungsdruck des Dosierventils 10 entspricht.
Infolge dieser bevorzugten Dimensionierung nimmt der Hydraulikspeicher 30 bei
dem in Rücklaufstellung befindlichen Steuerventil 13 bei
der Durchführung von Einzelrücklaufvorgängen 20 keine
HWL auf. Bei einem Umschalten von einem Einzelrücklaufvorgang 20 zu
einem ersten Einzeldosiervorgang 21a füllt sich
zunächst der Hydraulikspeicher 30 bis der hydraulische Druck
in der Vorlaufleitung 9 den Öffnungsdruck zur Öffnung
des Dosierventils 10 erreicht hat. Gegebenenfalls schlägt
bereits vorher der Kolben 31 am Anschlag 33 an
und die weitere Volumenaufnahme des Hydraulikspeichers 30 wird
unterbunden. Bei einem nachfolgenden Einzeldosiervorgang 21 ist
der Hydraulikspeicher 30 somit zumindest teilweise gefüllt. Infolge
der Auffüllung des Hydraulikspeichers 30 bei einem
ersten Einzeldosiervorgang 21a ist somit die vom Dosierventil 10 ins
Abgassystem abgegebene erste Einzeldosiermenge etwa entsprechend
dem vom Hydraulikspeicher 30 aufgenommenen Volumen niedriger als
die Einzeldosiermengen der weiteren, nachfolgenden Einzeldosiervorgänge 21.
Durch eine geeignete Abstimmung der Öffnungsdrucke von
Hydraulikspeicher 30, Dosierventil 10 und Steuerventil 13 kann
eine Mindermenge des ersten Einzeldosiervorgangs 21a gegenüber
anderen Einzeldosiervorgängen 21 einstellbar festgelegt
werden. Zusätzliche Freiheitsgrade sind durch Festlegung
des maximal vom Hydraulikspeicher 30 aufnehmbaren Volumens über
den Anschlag 33 sowie über eine wahlfreie Betätigung
des Absperrventils 34 gegeben.
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Besonders
vorteilhaft ist dabei die Möglichkeit, die erste Einzeldosiermenge über
den Öffnungsdruck des Steuerventils 13 in dessen
Rücklaufstellung festzulegen. Dies geschieht vorzugsweise über eine
einstellbare Schließkraft eines entsprechenden Verschlusselements,
wie beispielsweise einer Ventilfeder. Diese bestimmt den in der
Vorlaufleitung 9 und in der Rücklaufleitung 12 wirksamen
hydraulischen Druck bei einer Durchführung von Einzelrücklaufvorgängen 20.
Der beim Übergang zu Einzeldosiervorgängen 21, 21a erfolgende
Druckanstieg bestimmt andererseits wiederum das von einem hydraulischen Speicher
im Leitungssystem aufgenommene HWL-Volumen und damit die Mindermenge
des ersten Einzeldosiervorgangs 21a gegenüber
anderen Einzeldosiervorgängen 21. Folglich kann
auch über eine Einstellung des hydraulischen Drucks in
der Vorlaufleitung 9 und/oder in der Rücklaufleitung 12 beim Betrieb
des Dosiersystems 2 die genannte Mindermenge festgelegt
werden. Eine Bereichsspreizung ist dabei über das Verhältnis
der Schließkräfte bzw. Haltedrucke der Verschlusselemente
von Dosierventil 10 und Steuerventil 13 ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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