DE102008006837A1

DE102008006837A1 - Baugruppe mit Einspritzvorrichtung und Pumpe, insbesondere für eine Abgasanlage, und Verfahren zum Betreiben einer Einspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102008006837A1
Application number: DE102008006837A
Authority: DE
Inventors: Marco Ranalli; Christoph Noller
Original assignee: Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2009-08-06

Abstract

Eine Baugruppe mit Einspritzvorrichtung (18) und Pumpe (30), insbesondere für eine Abgasanlage, mit einer Einspritzvorrichtung (18) und einer Pumpe (30), welche die Einspritzvorrichtung (18) über eine Reaktionsmittelleitung (34) mit einem Reaktionsmittel versorgen kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltvorrichtung (32; 40) vorgesehen ist, mittels der die Strömungsrichtung in der Reaktionsmittelleitung (34) umgekehrt werden kann. Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer Einspritzvorrichtung (18) beschrieben, welches die folgenden Schritte enthält: Wenn eine Steuerung (32) erkennt, daß Reaktionsmittel (36) in die Abgasleitung (14) eingebracht werden soll, wird die Pumpe (30) eingeschaltet, so daß die Einspritzvorrichtung (18) mit Reaktionsmittel versorgt wird. Wenn die Steuerung (32) erkennt, daß kein weiteres Reaktionsmittel in die Abgasleitung (14) eingebracht werden soll, wird die Versorgungsrichtung der Einspritzvorrichtung (18) umgekehrt, so daß kurzzeitig Reaktionsmittel (36) von der Einspritzvorrichtung (18) zurückgefördert wird. Schließlich wird die Pumpe (30) abgeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit Einspritzvorrichtung und Pumpe, insbesondere für eine Abgasanlage, mit einer Einspritzvorrichtung und einer Pumpe, welche die Einspritzvorrichtung über eine Reaktionsmittelleitung mit einem Reaktionsmittel versorgen kann.
Die Einspritzvorrichtung kann dazu verwendet werden, ein Reaktionsmittel in eine Abgasleitung einzubringen, beispielsweise Harnstoff oder Kraftstoff. Auf diese Weise kann im Abgas eine chemische Reaktion hervorgerufen werden, die zur Regeneration von Bauteilen genutzt werden kann, die in der Abgasanlage zur Verringerung der Emissionen angeordnet sind. Ein Beispiel für ein solches Bauteil ist ein Dieseloxidationskatalysator (DOC), ein Partikelfilter oder ein SCR-Katalysator.
Üblicherweise wird die Einspritzvorrichtung zyklisch betrieben, also nur dann aktiviert, wenn die Regeneration des in der Abgasleitung angeordneten Bauteils notwendig ist. Es hat sich herausgestellt, daß das Ende des Regenerationszyklus dynamisch verbessert werden kann, was die Einspritzvorrichtung betrifft. Wenn der Regenerationszyklus beendet wird, befindet sich in der Einspritzvorrichtung noch Reaktionsmittel, welches nicht mehr „ordnungsgemäß" in die Abgasleitung eingebracht wird. Verbleibende Mengen des Reaktionsmittels, meist nur einige wenige Tropfen, können zu zwei Problemen führen: Zum einen verkokt oder verblockt die Einspritzvorrichtung. Dieses Problem ist besonders gravierend dann, wenn als Reaktionsmittel Biodiesel verwendet wird. Zum anderen passiert der im Reaktionsmittel enthaltene Kohlenwasserstoff den DOC, ohne umgesetzt zu werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einspritzvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Einspritzvorrichtung zu schaffen, bei der bzw. dem ein Verkoken der Einspritzvorrichtung und erhöhte Abgaswerte verhindert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Baugruppe der eingangs genannten Art eine Umschaltvorrichtung vorgesehen, mittels der die Strömungsrichtung in der Reaktionsmittelleitung umgekehrt werden kann. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, gegen Ende des Regenerationszyklus einen möglichst scharfen Abriß des Reaktionsmittels zu realisieren. Zu diesem Zweck wird gegen Ende des Regenerationszyklus die Förderrichtung des Reaktionsmittels umgekehrt, so daß kein Reaktionsmittel mehr zur Einspritzvorrichtung gefördert wird, sondern statt dessen von der Einspritzvorrichtung in die Reaktionsmittelleitung zurückgesaugt wird. Dies verhindert, daß in der Einspritzvorrichtung Reste des Reaktionsmittels verbleiben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpe eine bidirektionale Pumpe, wobei die Umschaltvorrichtung eine Steuerung ist, welche die Förderrichtung der Pumpe umkehren kann. An den üblichen Regenerationszyklus schließt sich also eine kurze Phase an, in welcher die Pumpe in entgegengesetzter Förderrichtung betrieben wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpe eine unidirektionale Pumpe, wobei die Umschaltvorrichtung ein Ventil ist, mit dem die Strömungsrichtung in der Reaktionsmittelleitung umgekehrt werden kann. Bei dieser Ausführungsform muß am Ende des Regenerationszyklus lediglich ein Ventil umgeschaltet werden; die Pumpe läuft unverändert weiter. Das Ventil kann insbesondere ein 2/2-Wege-Ventil sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Pumpe mit einer Kraftstoffleitung verbunden ist und zwischen einer Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff in die Kraftstoffleitung fördert, und im Anschluß der Pumpe ein Rückschlagventil angeordnet ist. Dies verhindert, daß die Rückförderung von Reaktionsmittel am Ende eines Regenerationszyklus eine Rückwirkung auf die Kraftstoffpumpe hat.
Vorzugsweise ist dabei ein Druckspeicher vorgesehen, der an die Kraftstoffleitung angeschlossen ist. Dieser Druckspeicher kann das Volumen an Reaktions mittel aufnehmen, welches am Ende eines Regenerationszyklus zurückgefördert wird.
Bei der Einspritzvorrichtung kann es sich insbesondere um einen Verdampfer handeln, der das Reaktionsmittel wenigstens zum größten Teil in dampfförmigem Zustand in die Abgasleitung einbringt.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Einspritzvorrichtung, welches die folgenden Schritte enthält: Wenn eine Steuerung erkennt, daß Reaktionsmittel in eine Abgasleitung eingebracht werden soll, wird die Pumpe eingeschaltet, so daß die Einspritzvorrichtung mit Reaktionsmittel versorgt wird. Wenn die Steuerung erkennt, daß kein weiteres Reaktionsmittel in die Abgasleitung eingebracht werden soll, wird die Versorgungsrichtung der Einspritzvorrichtung umgekehrt, so daß kurzzeitig Reaktionsmittel von der Einspritzvorrichtung zurückgefördert wird. Anschließend wird die Pumpe abgeschaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht also darauf, die Pumpe am Ende eines Regenerationszyklus nicht einfach abzuschalten, sondern einen zusätzlichen Betriebszustand vorzusehen, in welchem die Förderrichtung umgekehrt ist. Hinsichtlich der sich daraus ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerung, wenn sie erkennt, daß kein weiteres Reaktionsmittel in die Abgasleitung eingebracht werden soll, die Förderrichtung der Pumpe umkehren. Bei diesem Verfahren ist ein einfacher hydraulischer Aufbau ausreichend; es ist kein Ventil erforderlich.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Steuerung, wenn sie erkennt, daß kein weiteres Reaktionsmittel in die Abgasleitung eingebracht werden soll, ein Ventil umschalten, so daß eine zur Einspritzvorrichtung führende Reaktionsmittelleitung mit der Saugseite der Pumpe verbunden wird. Bei dieser Ausführungsform kann eine kostengünstige, unidirektionale Pumpe verwendet werden, um die Einspritzvorrichtung mit Reaktionsmittel zu versorgen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von verschiedenen Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
1 schematisch eine Einspritzvorrichtung an einer Abgasanlage;
2 schematisch den Betrieb der Einspritzvorrichtung während eines Regenerationszyklus;
3 das System von 2 gegen Ende eines Regenerationszyklus;
4 eine alternative Ausführungsform zum in 2 gezeigten System während eines Regenerationszyklus; und
5 das System von 4 gegen Ende des Regenerationszyklus.
In 1 ist eine Abgasanlage 10 gezeigt, durch die das Abgas eines Verbrennungskraftmotors 12 eines Kraftfahrzeugs entlang einer Strömungsrichtung A strömen kann. Die Abgasanlage 10 weist eine Abgasleitung 14 auf, die zu einem Bauteil 16 eines Abgasreinigungssystems führt. Beim Bauteil 16 kann es sich um einen SCR-Katalysator, um einen NO_x-Speicherkatalysator und/oder einen Partikelfilter (gegebenenfalls mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator) handeln. Stromaufwärts des Bauteils 16 ist eine hier schematisch gezeigte Einspritzvorrichtung 18 angeordnet, mit der ein Reaktionsmittel, beispielsweise Harnstoff oder auch Kraftstoff, in das durch die Abgasleitung 14 strömende Abgas eingebracht werden kann.
In 2 ist die Einspritzvorrichtung 18 während einer Regenerationsphase gezeigt, in der sie ein Reaktionsmittel in die Abgasleitung 14 einbringt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Reaktionsmittel um den Kraftstoff, der auch der Verbrennungskraftmaschine 12 zugeführt wird. Es ist eine Kraftstoffleitung 20 vorgesehen, die an eine Kraftstoffpumpe 22 angeschlossen ist. Stromabwärts der Kraftstoffpumpe 22 sind ein Rückschlagventil 24 und ein Druckspeicher 26 angeordnet. Stromabwärts des Rückschlagventils 24 ist an die Kraftstoffleitung 20 eine Dosier-Pumpe 30 angeschlossen, die bidirektional angetrieben werden kann, also deren Förderrichtung umgekehrt werden kann. Die Pumpe 30 wird von einer Steuerung 32 angesteuert, die hier als Umschaltvorrichtung dient. Die Pumpe 30 ist über eine Reaktionsmittelleitung 34 mit der Einspritzvorrichtung 18 verbunden. In der Reaktionsmittelleitung 34 ist an der Einspritzvorrichtung ein Rückschlagventil 50 angeordnet, mit dem eine Drossel 52 parallelgeschaltet ist. Alternativ zur Drossel 52 kann vorgesehen sein, daß ein Rückschlagventil mit interner Leckage verwendet wird.
Die Pumpe 30 fördert während des Regenerationszyklus das Reaktionsmittel von der Kraftstoffleitung 20 über die Reaktionsmittelleitung 34 zur Einspritzvorrichtung 18, in der es verdampft wird und als hier schematisch angedeuteter Reaktionsmitteldampf 36 in die Abgasleitung 14 eingebracht wird. Dabei ergibt sich ein hoher Durchfluß, da das Rückschlagventil 50 öffnet.
In 3 ist das System von 2 in einem Zustand kurz vor Ende des Regenerationszyklus gezeigt. Die Steuerung 32 hat die Förderrichtung der Pumpe 30 umgeschaltet (siehe die Pfeile an der Reaktionsmittelleitung 34), so daß das Reaktionsmittel nicht mehr zur Einspritzvorrichtung 18 hin gefördert wird, sondern zur Kraftstoffleitung 20 zurückgezogen wird. Das Rückschlagventil schließt sofort, wenn die Förderrichtung umgekehrt wird. Durch die Drossel wird die Einspritzvorrichtung 18 von ihrem in die Abgasleitung 14 hineinragenden Ende her „leergesaugt" (siehe den Pfeil P in 3), wobei dies durch den Querschnitt der Drossel in der gewünschten Weise eingestellt werden kann. Nach Ende des Regenerationszyklus, also nachdem die Pumpe 30 abgeschaltet wurde, verbleibt im wesentlichen kein Reaktionsmittel mehr in der Einspritzvorrichtung 18.
In den 4 und 5 ist ein System gemäß einer zweiten Ausführungsform bekannt. Für die vom System gemäß den 2 und 3 bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Das System gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem System gemäß der ersten Ausführungsform zum einen durch die Ausgestaltung der Pumpe 30. Anstelle einer bidirektionalen Pumpe wird bei der zweiten Ausführungsform eine unidirektionale Pumpe verwendet, also eine Pumpe, die nur in einer einzigen Förderrichtung betrieben werden kann. Ein zweiter Unterschied besteht darin, daß bei der zweiten Ausführungsform ein Ventil 40 vorgesehen ist, welches als Umschaltvorrichtung wirkt. Beim Ventil 40 handelt es sich um ein 2/2-Wege-Ventil, an das die Reaktionsmittelleitung 34 angeschlossen ist sowie die Leitung, welche die Pumpe 30 mit der Kraftstoffleitung 20 verbindet. Unter dem Begriff „Reaktionsmittelleitung 34" wird nachfolgend nur der Bereich der Leitung verstanden, der sich zwischen dem Ventil 40 und der Einspritzvorrichtung 18 befindet.
In 4 ist das System während eines Regenerationszyklus gezeigt. Die Pumpe 30 wird von der Steuerung 32 angesteuert und fördert das Regenerationsmittel von der Kraftstoffleitung 20 zur Einspritzvorrichtung 18. Das Ventil 40 befindet sich dabei in einer ersten Stellung, in der die Druckseite der Pumpe 30 mit der Reaktionsmittelleitung 34 verbunden ist.
In 5 ist das System kurz vor Ende des Regenerationszyklus gezeigt. Die Steuerung 32 hat das Ventil 40 umgeschaltet, so daß nun die Reaktionsmittelleitung 34 mit der Saugseite der Pumpe verbunden ist und die Druckseite der Pumpe mit der Kraftstoffleitung 20. Das in diesem Betriebszustand zur Kraftstoffleitung 20 zurückgeförderte Volumen wird wie bei der ersten Ausführungsform vom Druckspeicher 26 aufgenommen.

Claims

Baugruppe mit Einspritzvorrichtung (18) und Pumpe (30), insbesondere für eine Abgasanlage, mit einer Einspritzvorrichtung (18) und einer Pumpe (30), welche die Einspritzvorrichtung (18) über eine Reaktionsmittelleitung (34) mit einem Reaktionsmittel versorgen kann, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltvorrichtung (32; 40) vorgesehen ist, mittels der die Strömungsrichtung in der Reaktionsmittelleitung (34) umgekehrt werden kann.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine bidirektionale Pumpe (30) ist und daß die Umschaltvorrichtung eine Steuerung (32) ist, welche die Förderrichtung der Pumpe umkehren kann.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine unidirektionale Pumpe (30) ist und daß die Umschaltvorrichtung ein Ventil (40) ist, mit dem die Strömungsrichtung in der Reaktionsmittelleitung (34) umgekehrt werden kann.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (40) ein 2/2-Wege-Ventil ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (30) mit einer Kraftstoffleitung (20) verbunden ist und zwischen einer Kraftstoffpumpe (22), die Kraftstoff in die Kraftstoffleitung (20) fördert, und dem Anschluß der Pumpe (30) ein Rückschlagventil (24) angeordnet ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckspeicher (26) vorgesehen ist, der an die Kraftstoffleitung (20) angeschlossen ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einspritzvorrichtung (18) ein Rückschlagventil (50) angeordnet ist.
Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (50) einen Bypass mit geringem Durchfluß aufweist, beispielsweise eine Drossel (52).
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Einspritzvorrichtung (18) um einen Verdampfer handelt.
Verfahren zum Betreiben einer Einspritzvorrichtung (18), welches die folgenden Schritte enthält: – wenn eine Steuerung (32) erkennt, daß Reaktionsmittel (36) in eine Abgasleitung (14) eingebracht werden soll, wird die Pumpe (30) eingeschaltet, so daß die Einspritzvorrichtung (18) mit Reaktionsmittel versorgt wird; – wenn die Steuerung (32) erkennt, daß kein weiteres Reaktionsmittel in die Abgasleitung (14) eingebracht werden soll, wird die Versorgungsrichtung der Einspritzvorrichtung (18) umgekehrt, so daß kurzzeitig Reaktionsmittel (36) von der Einspritzvorrichtung (18) zurückgefördert wird; – die Pumpe (30) wird abgeschaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (32), wenn sie erkennt, daß kein weiteres Reaktionsmittel (36) in die Abgasleitung (14) eingebracht werden soll, die Förderrichtung der Pumpe (30) umkehrt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (32), wenn sie erkennt, daß kein weiteres Reaktionsmittel (36) in die Abgasleitung (14) eingebracht werden soll, ein Ventil umschaltet, so daß eine zur Einspritzvorrichtung (18) führende Reaktionsmittelleitung (34) mit der Saugseite der Pumpe (30) verbunden wird.
Verfahren einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung (18) am Ende eines Regenerationszyklus im wesentlichen kein Reaktionsmittels mehr enthält, die Reaktionsmittelleitung (34) dagegen noch Reaktionsmittel enthält.