DE102010033038A1 - System for injecting reducing agent into effluent stream of e.g. diesel engine of motor vehicle, has electrical heating element that is arranged between reducing agent pump and nozzle for vaporizing reducing agent - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmitteldosiersystem zur Eindüsung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das Dosiersystem mit einem Reduktionsmitteltank verbindbar/verbunden ist, aus dem Reduktionsmittel entnommen und mittels einer Reduktionsmittelpumpe gefördert wird, wobei zumindest eine Düse angeordnet ist, die mit der Druckseite der Reduktionsmittelpumpe über eine Reduktionsmittelleitung verbunden ist und über die das Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingedüst wird.The invention relates to a Reduktionsmitteldosiersystem for injection of a reducing agent in the exhaust stream of an internal combustion engine for selective catalytic reduction, wherein the metering system with a reducing agent tank connectable / connected, removed from the reducing agent and conveyed by a reducing agent pump, wherein at least one nozzle is arranged with the pressure side of the reducing agent pump is connected via a reducing agent line and via which the reducing agent is injected into the exhaust gas stream.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Dosiersystems zur Dosierung und Eindüsung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das Dosiersystem mit einem Reduktionsmitteltank verbunden ist, aus dem Reduktionsmittel entnommen und mittels einer Reduktionsmittelpumpe gefördert wird, wobei zumindest eine Düse angeordnet ist, die mit der Druckseite der Reduktionsmittelpumpe über eine Reduktionsmittelleitung verbunden ist und über die das Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingedüst wirdFurthermore, the invention relates to a method for controlling a metering system for metering and injecting a reducing agent into the exhaust stream of an internal combustion engine for selective catalytic reduction, wherein the metering system is connected to a reducing agent tank, removed from the reducing agent and conveyed by a reducing agent pump, wherein at least one nozzle is arranged, which is connected to the pressure side of the reducing agent pump via a reducing agent line and via which the reducing agent is injected into the exhaust gas stream
Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion, sogenannte SCR-Katalysatoren (englisch: selective catalyic reduction, abgekürzt: SCR) werden eingesetzt, um die Stickoxydemission von Dieselmotoren, Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Industrieanlagen und dergleichen zu vermindern. Hierzu wird ein Reduktionsmittel in das Abgassystem mit einer Dosiervorrichtung eingedüst. Als Reduktionsmittel dient Ammoniak oder eine Ammoniaklösung oder ein anderes Reduktionsmittel.Selective Catalytic Reduction (SCR) catalysts are used to reduce the NOx emissions of diesel engines, combustion plants, incinerators, industrial plants, and the like. For this purpose, a reducing agent is injected into the exhaust system with a metering device. The reducing agent used is ammonia or an ammonia solution or another reducing agent.
Da das Mitführen von Ammoniak in Fahrzeugen sicherheitskritisch ist, wird Harnstoff in wässriger Lösung mit üblicherweise 32,5% Harnstoffanteil gemäß
Dadurch, dass die üblicherweise eingesetzte 32,5%ige Harnstofflösung gemäß
Um Beschädigungen von Komponenten des Dosiersystems durch die Ausdehnung infolge eines Einfrierens der Reduktionsmittellösung zu vermeiden, sind die Reduktionsmittel führenden Komponenten in Dosierpausen von der Lösung zu reinigen.In order to avoid damage to components of the metering system due to expansion due to freezing of the reducing agent solution, the reducing agent-carrying components are to be cleaned of the solution during metering pauses.
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reduktionsmitteldosiersystem der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Dosiersystems der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, dass eine Reinigung der im Falle eines Einfrierens von Reduktionsmittellösung gefährdeten Bereiche des Dosiersystems nach Beendigung der Dosierung von Reduktionsmittellösung mit geringem Aufwand möglich ist und Beschädigungen von Komponenten des Dosiersystems vorgebeugt wird.The object of the invention is to further form a Reduktionsmitteldosiersystem of the type mentioned above and a method for controlling a metering system of the type mentioned in that a cleaning of the endangered in the case of freezing of reducing agent areas of the metering after completion of the dosage of reducing agent solution little effort is possible and damage to components of the dosing is prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Reduktionsmitteldosiersystem gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Steuerung eines Dosiersystems gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a Reduktionsmitteldosiersystem according to
Die Begriffe Reduktionsmitteldosiersystem bzw. Dosiersystem werden im Sinne dieser Beschreibung synonym verwendet. Mit dem Begriff der Reduktionsmittellösung oder des Reduktionsmittels ist jedes zur selektiven katalytischen Reduktion geeignete Reduktionsmittel umfasst, vorzugsweise kommt hierzu eine Harnstofflösung gemäß
Besonders vorteilhaft bei dem Reduktionsmitteldosiersystem zur Eindüsung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das Dosiersystem mit einem Reduktionsmitteltank verbindbar/verbunden ist, aus dem Reduktionsmittel entnommen und mittels einer Reduktionsmittelpumpe gefördert wird, wobei zumindest eine Düse angeordnet ist, die mit der Druckseite der Reduktionsmittelpumpe über eine Reduktionsmittelleitung verbunden ist und über die das Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingedüst wird, ist es, dass zwischen der Reduktionsmittelpumpe und der Düse in der Reduktionsmittelleitung zumindest ein Heizelement angeordnet ist, mittels dessen das Reduktionsmittel lokal verdampfbar ist.Particularly advantageous in the Reduktionsmitteldosiersystem for injecting a reducing agent in the exhaust stream of an internal combustion engine for selective catalytic reduction, wherein the metering is connected to a reducing agent tank / connected, removed from the reducing agent and conveyed by a reducing agent pump, wherein at least one nozzle is arranged with the pressure side of the reducing agent pump is connected via a reducing agent line and via which the reducing agent is injected into the exhaust gas flow, it is that between the reducing agent pump and the nozzle in the reducing agent line at least one heating element is arranged, by means of which the reducing agent is locally vaporizable.
Erfindungsgemäß wird in der Reduktionsmittelleitung zwischen Reduktionsmittelpumpe und Düse ein Heizelement angeordnet. Mit dem Begriff der Reduktionsmittelpumpe ist allgemein jede einsetzbare Förderpumpe, Dosierpumpe, Fördereinheit oder Dosiereinheit umfasst.According to the invention, a heating element is arranged in the reducing agent line between the reducing agent pump and the nozzle. The term of the reducing agent pump generally encompasses any usable delivery pump, metering pump, delivery unit or metering unit.
Es wird ein kleiner Teil der Harnstofflösung in der Leitung durch ein örtliches Heizelement erhitzt, so dass sich durch Ausdampfen von Ammoniak aus der Lösung und/oder Verdampfen der wässrigen Lösung ein erhöhter Druck einstellt. Durch Öffnen der Dosierung, des Einspritzventils bzw. automatisch bei immer zur Abgasseite leitungsseitig offenen Systemen wird die wässrige Lösung in das Abgassystem gefördert. Alternativ oder kumulativ kann das Reduktionsmittel über ein oder mehrere weitere Ventile über eine Rückführleitung in den Reduktionsmitteltank zurück gefördert werden. Das Heizelement ist hierbei vorzugsweise in der Nähe der Fördereinheit der Lösung angeordnet. Bei dem Verdampfen erhöht sich das Gasvolumen um etwa den Faktor 1000. Wird die Heizung abgeschaltet, so kondensiert das Medium und es entsteht ein Unterdruck. Mit diesem wird Luft in das System angesaugt. Dies kann über die offene Leitung aus dem Abgas oder ein separates Rückschlagventil erfolgen. Es ist möglich, gezielt auch nur Teilbereiche der Leitung zu belüften, je nach Anordnung des Rückschlagventils.A small portion of the urea solution in the line is heated by a local heating element, so that an increased pressure is established by evaporation of ammonia from the solution and / or evaporation of the aqueous solution. By opening the metering, the injection valve or automatically with always open to the exhaust side piping systems, the aqueous solution is pumped into the exhaust system. Alternatively or cumulatively, the reducing agent can be conveyed back via one or more further valves via a return line into the reducing agent tank. The heating element is preferably arranged in the vicinity of the delivery unit of the solution. When evaporating, the gas volume increases by about a factor of 1000. If the heater is switched off, the medium condenses and creates a negative pressure. With this air is sucked into the system. This can be done via the open pipe from the exhaust or a separate check valve. It is possible to specifically ventilate only parts of the line, depending on the arrangement of the check valve.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Heizelement um ein elektrisches Heizelement. Bei einem elektrischen Heizelement kann eine Zu- und Abschaltung des Heizelementes auf einfache Art und Weise über ein Steuergerät des Dosiersystems erfolgen.Preferably, the heating element is an electrical heating element. In an electric heating element, a connection and disconnection of the heating element can be done in a simple manner via a control unit of the dosing.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Reduktionsmittelleitung zwischen Heizelement und Düse ein Rückschlagventil angeordnet.In a preferred embodiment, a check valve is arranged in the reducing agent line between the heating element and the nozzle.
Über dieses Rückschlagventil wird über die Düse Abgas aus dem Abgastrakt in die Reduktionsmittelleitung eingeleitet in dem Moment, in dem das Heizelement abgeschaltet wird und die in der Reduktionsmittelleitung verbleibende Restmenge von Reduktionsmittellösung kondensiert und sein Volumen entsprechend verringert, wodurch in der Leitung ein Unterdruck gegenüber der Umgebung entsteht.Via this check valve, exhaust gas from the exhaust tract is introduced into the reducing agent line via the nozzle at the moment when the heating element is switched off and condenses the residual amount of reducing agent solution remaining in the reducing agent line and correspondingly reduces its volume, whereby a negative pressure in the line to the environment arises.
Alternativ oder kumulativ kann in der Reduktionsmittelleitung zwischen Heizelement und Düse ein Rückschlagventil angeordnet sein, über das Luft in die Reduktionsmittelleitung einleitbar ist, sodass in dem Moment, in dem das Heizelement abgeschaltet wird und die in der Reduktionsmittelleitung verbleibende Restmenge von verdampfter Reduktionsmittellösung wieder kondensiert, durch den entstehenden Unterdruck Luft angesaugt und in die Reduktionsmittelleitung eingeleitet wird. Dabei kann es sich um Umgebungsluft oder aber auch um Druckluft eines Druckluftversorgungssystems handeln, wenn es sich bei dem Reduktionsmitteldosiersystem ohnehin um ein solches mit Druckluftversorgung handelt, bei dem die Reduktionsmittellösung mittels Druckluft zerstäubt wird. Die einfachste Variante ergibt sich, wenn über dieses Rückschlagventil Umgebungsluft angesaugt und in die Reduktionsmittelleitung eingeleitet wird.Alternatively or cumulatively, a check valve can be arranged in the reducing agent line between the heating element and the nozzle, via which air can be introduced into the reducing agent line, so that at the moment in which the heating element is switched off and the remaining amount of vaporized reducing agent solution remaining in the reducing agent line condenses again the resulting negative pressure air is sucked in and introduced into the reducing agent line. This may be ambient air or else compressed air of a compressed air supply system, if the reducing agent metering system is in any case a compressed air supply in which the reducing agent solution is atomized by means of compressed air. The simplest variant results when ambient air is drawn in via this check valve and introduced into the reducing agent line.
In einer bevorzugten Ausführungsform zweigt von der Reduktionsmittelleitung zwischen Heizelement und Düse eine in den Reduktionsmitteltank mündende Rückführleitung ab, wobei in der Rückführleitung ein Schaltventil angeordnet ist.In a preferred embodiment, a return line opening into the reducing agent tank branches off from the reducing agent line between heating element and nozzle, a switching valve being arranged in the return line.
Über dieses Schaltventil und die Rückführleitung kann alternativ oder kumulativ zu einem Ausblasen des Reduktionsmittels in den Abgastrakt Reduktionsmittel in den Reduktionsmitteltank zurück gefördert werden.About this switching valve and the return line can be promoted alternatively or cumulatively to a blowing out of the reducing agent in the exhaust gas reducing agent in the reducing agent tank back.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Steuergerät zur Ansteuerung von Komponenten des Dosiersystems in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors angeordnet, wobei mittels des Steuergerätes zumindest die Reduktionsmittelpumpe und das Heizelement angesteuert werden.In a particularly preferred embodiment, a control device for controlling components of the metering system is arranged as a function of operating parameters of the internal combustion engine, wherein at least the reducing agent pump and the heating element are actuated by means of the control device.
Durch ein derartiges Steuergerät kann somit zum einen die Dosierung des Reduktionsmittels in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors erfolgen und nach Abstellen des Verbrennungsmotors, wenn die Dosierung beendet wird, kann über das Steuergerät eine kurzzeitige Zuschaltung des in der Reduktionsmittelleitung zwischen Reduktionsmittelpumpe und Düse angeordneten Heizelementes erfolgen, sodass die Reduktionsmittellösung lokal verdampft und über die Volumenvergrößerung das restliche Reduktionsmittel über die Düse in den Abgastrakt ausgetragen wird.By such a control unit can thus on the one hand, the dosage of the reducing agent in response to operating parameters of the engine and after switching off the engine, when the dosage is terminated, can be done via the control unit, a short-term connection in the reducing agent line between the reducing agent pump and nozzle heating element, so that the reducing agent solution is locally evaporated and the volume reduction increases the residual reducing agent via the nozzle into the exhaust gas tract.
Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Dosiersystems zur Dosierung und Eindüsung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das Dosiersystem mit einem Reduktionsmitteltank verbunden ist, aus dem Reduktionsmittel entnommen und mittels einer Reduktionsmittelpumpe gefördert wird, wobei zumindest eine Düse angeordnet ist, die mit der Druckseite der Reduktionsmittelpumpe über eine Reduktionsmittelleitung verbunden ist und über die das Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingedüst wird, ist es, dass bei Unterbrechung oder Beendigung der Dosierung eine Einschaltung zumindest eines zwischen der Reduktionsmittelpumpe und der Düse in der Reduktionsmittelleitung angeordneten Heizelementes erfolgt, mittels dessen das Reduktionsmittel lokal verdampft wird, wobei durch die Volumenvergrößerung infolge der lokalen Verdampfung das in der Reduktionsmittelleitung befindliche Reduktionsmittel über die Düse ausgeblasen und/oder über eine Rückführleitung in den Reduktionsmitteltank zurück gefördert wird.Particularly advantageous in the inventive method for controlling a metering system for metering and injection of a reducing agent in the exhaust stream of an internal combustion engine for selective catalytic reduction, wherein the metering system is connected to a reducing agent tank, removed from the reducing agent and conveyed by a reducing agent pump, wherein at least one nozzle is arranged, which is connected to the pressure side of the reducing agent pump via a reducing agent line and via which the reducing agent is injected into the exhaust gas stream, it is that when interrupting or ending the dosage, an intervention at least one between the Reduction agent pump and the nozzle disposed in the reducing agent line heating element takes place, by means of which the reducing agent is locally evaporated, wherein the reduction in volume due to the local evaporation, the reductant located in the reducing agent line blown through the nozzle and / or is conveyed back via a return line in the reducing agent tank.
Vorzugsweise wird nach dem Ausblasen der Reduktionsmittels aus der Reduktionsmittelleitung das Heizelement abgeschaltet, wobei durch die Kondensation des noch in der Reduktionsmittelleitung befindlichen Reduktionsmittels und die damit einhergehende Volumenverkleinerung ein Unterdruck erzeugt wird, sodass über ein zwischen dem Heizelement und der Düse angeordnetes Rückschlagventil Abgas über die Düse angesaugt und in die Reduktionsmittelleitung eingeleitet wird.Preferably, after the blowing out of the reducing agent from the reducing agent line, the heating element is switched off, whereby a negative pressure is generated by the condensation of the reducing agent still in the reducing agent line and the concomitant reduction in volume, so that via a valve arranged between the heating element and the nozzle check valve exhaust via the nozzle sucked and introduced into the reducing agent line.
Alternativ oder kumulativ wird nach dem Ausblasen der Reduktionsmittels aus der Reduktionsmittelleitung das Heizelement abgeschaltet, wobei durch die Kondensation des noch in der Reduktionsmittelleitung befindlichen Reduktionsmittels und die damit einhergehende Volumenverkleinerung ein Unterdruck erzeugt wird, sodass über ein zwischen dem Heizelement und der Düse angeordnetes Rückschlagventil Luft, insbesondere Umgebungsluft oder Druckluft einer Druckluftversorgung des Dosiersystems, angesaugt und in die Reduktionsmittelleitung eingeleitet wird.Alternatively or cumulatively, the heating element is switched off after the blowing out of the reducing agent from the reducing agent line, whereby a negative pressure is generated by the condensation of the reducing agent still in the reducing agent line and the concomitant reduction in volume, so that via a non-return valve arranged between the heating element and the nozzle in particular ambient air or compressed air of a compressed air supply of the dosing, sucked and introduced into the reducing agent line.
Es kann somit nach Abschaltung der Heizeinrichtung und Kondensation des in der Reduktionsmittelleitung verbleibenden Reduktionsmittelrestes Abgas aus dem Abgastrakt und/oder Luft, insbesondere Umgebungsluft und/oder Druckluft, über ein oder mehrere Rückschlagventile in die Reduktionsmittelleitung eingeleitet werden.It can thus be initiated via one or more check valves in the reducing agent line after switching off the heater and condensation of remaining in the reducing agent reductant residual gas from the exhaust gas and / or air, in particular ambient air and / or compressed air.
Es wird somit ein kleiner Teil der Harnstofflösung in der Leitung lokal durch ein örtliches Heizelement erhitzt, so dass sich durch Ausdampfen von Ammoniak aus der Lösung und/oder Verdampfen der wässrigen Lösung infolge der mit der Verdampfung einhergehenden Volumenvergrößerung ein erhöhter Druck einstellt. Durch Öffnen der Dosierung, des Einspritzventils bzw. automatisch bei immer zur Abgasseite leitungsseitig offenen Systemen wird die wässrige Lösung in das Abgassystem gefördert. Alternativ oder kumulativ kann das Reduktionsmittel über ein oder mehrere weitere Ventile über eine Rückführleitung in den Reduktionsmitteltank zurück gefördert werden. Das Heizelement ist hierbei vorzugsweise in der Nähe der Fördereinheit der Lösung angeordnet. Bei dem Verdampfen erhöht sich das Gasvolumen um etwa den Faktor 1000. Wird die Heizung abgeschaltet, so kondensiert das Medium und es entsteht ein Unterdruck. Mit diesem wird Luft in das System angesaugt. Dies kann über die offene Leitung aus dem Abgastrakt oder ein separates Rückschlagventil erfolgen. Es ist möglich, gezielt auch nur Teilbereiche der Leitung zu belüften, je nach Anordnung des Rückschlagventils.Thus, a small portion of the urea solution in the line is locally heated by a local heating element, so that an increased pressure sets by evaporation of ammonia from the solution and / or evaporation of the aqueous solution due to the volume increase associated with the evaporation. By opening the metering, the injection valve or automatically with always open to the exhaust side piping systems, the aqueous solution is pumped into the exhaust system. Alternatively or cumulatively, the reducing agent can be conveyed back via one or more further valves via a return line into the reducing agent tank. The heating element is preferably arranged in the vicinity of the delivery unit of the solution. When evaporating, the gas volume increases by about a factor of 1000. If the heater is switched off, the medium condenses and creates a negative pressure. With this air is sucked into the system. This can be done via the open line from the exhaust system or a separate check valve. It is possible to specifically ventilate only parts of the line, depending on the arrangement of the check valve.
Vorzugsweise wird die Reduktionsmittelleitung mittels einer für den Winterbetrieb des Dosiersystems vorgesehenen Heizung vor und/oder während des Ausblasens des Reduktionsmittels aus der Reduktionsmittelleitung vorgewärmt, um eine Kondensation des Dampfes in der Reduktionsmittelleitung während des Heizvorgangs mittels des Heizelementes zu vermeiden, um somit eine größere Menge Reduktionsmittel auszublasen.Preferably, the reducing agent line is preheated by means of heating provided for the winter operation of the metering system before and / or during the purging of the reducing agent from the reducing agent line in order to avoid condensation of the vapor in the reducing agent line during the heating process by means of the heating element, thus a larger amount of reducing agent blow.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend erläutert. Es zeigen:Two embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained below. Show it:
In den
Das Reduktionsmitteldosiersystem gemäß
Über die Reduktionsmittelleitung
Um die Reduktionsmittelleitung
Nach einer kurzen Einschaltzeit des Heizelementes
Die Reduktionsmittelleitung
Die zweite Ausführungsform gemäß
Bei dem in
Ferner sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Über das Rückschlagventil
Über das Rückschlagventil
Es ist somit möglich, über die alternativ oder kumulativ vorzusehenden Rückschlagventile
In einer nicht dargestellten Alternative kann ebenfalls über das Rückschlagventil
Je nach Anordnung des Rückschlagventils ist es auch möglich, nur Teilbereiche der Reduktionsmittelleitung
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