-
Die Erfindung betrifft eine Dosieranordnung mit einer Dosiereinrichtung zum Einbringen einer Reduktionsmittellösung für die Abgasnachbehandlung in einen Abgasstrang. Die Dosiereinrichtung ist über wenigstens eine Leitung mit einem Vorratsbehältnis für die Reduktionsmittellösung verbunden. Zum Beheizen zumindest einer Komponente der Dosieranordnung ist wenigstens eine Heizeinrichtung vorgesehen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Dosieranordnung.
-
Aus dem Stand der Technik ist ein Dosiersystem bekannt, bei welchem eine Dosiereinrichtung in einen Abgasstrang eine wässrige Harnstofflösung einbringt. Im Abgasstrang dient diese Reduktionsmittellösung dem Bereitstellen von Ammoniak, welcher dann in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion mit im Abgas vorhandenen Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser reagiert. Diese Reduktionsreaktion findet in einem so genannten SCR-Katalysator (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) statt. Der Gefrierpunkt einer handelsüblichen wässrigen Harnstofflösung liegt unter dem von Wasser, und sie kann bei sehr niedrigen Außentemperaturen von weniger als –11°C gefrieren. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mittels einer Heizeinrichtung eine Pumpe aufzutauen, in welcher die Harnstofflösung gefroren vorliegt, und welche die dann aufgetaute wässrige Lösung von einem Vorratsbehältnis zu einer Dosiereinrichtung fördert.
-
In der Vergangenheit sind bei einer gattungsgemäßen Dosieranordnung Schädigungen von Komponenten der Dosieranordnung infolge des Einfrierens der Reduktionsmittellösung beobachtet worden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Dosieranordnung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Dosieranordnung zu schaffen, welche bzw. welches einen besonders guten Schutz vor durch die gefrorene Reduktionsmittellösung bewirkten Schäden bietet.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Dosieranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Dosieranordnung, welche insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehen ist, umfasst eine Dosiereinrichtung, mittels welcher eine Reduktionsmittellösung für die Abgasnachbehandlung in einen Abgasstrang einbringbar ist. Die Dosiereinrichtung ist über wenigstens eine Leitung mit einem Vorratsbehältnis für die Reduktionsmittellösung verbunden. Wenigstens eine Heizeinrichtung dient dem Beheizen zumindest einer Komponente der Dosieranordnung. Hierbei ist wenigstens einer ersten Komponente der Dosieranordnung eine erste Heizeinrichtung zugeordnet ist, welche getrennt von einer zweiten, zum Beheizen wenigstens einer zweiten Komponente der Dosieranordnung vorgesehenen Heizeinrichtung betreibbar ist. Es kann so durch gezieltes Betreiben der jeweiligen Heizeinrichtung dafür gesorgt werden, dass zunächst die wenigstens eine erste Komponente und daran anschließend die wenigstens eine zweite Komponente der Dosieranordnung beheizt und somit die in der jeweiligen Komponente vorhandene gefrorene Reduktionsmittellösung aufgetaut wird.
-
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine handelsübliche wässrige Reduktionsmittellösung dann das größte spezifische Volumen aufweist, wenn die Lösung gefroren ist und die Temperatur der gefrorenen Lösung dem Gefrierpunkt der Lösung entspricht. Hingegen geht ein weiteres Abkühlen der Reduktionsmittellösung mit einer Volumenabnahme einher. Entsprechend nimmt das Volumen der gefrorenen Lösung zu, wenn diese von einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt aus auf den Gefrierpunkt erwärmt wird. Wenn in einer ersten Komponente also die gefrorene Reduktionsmittellösung vorliegt und diese dann aufgetaut wird, während an die Komponente angrenzende Komponenten noch die gefrorene Lösung enthalten, so führt die Volumenzunahme der Reduktionsmittellösung innerhalb der ersten Komponente zu einer starken Kraft, welche zu Schädigungen dieser Komponente führen kann.
-
Vorliegend kann nun durch zeitlich versetztes Betreiben der Heizeinrichtungen eine Reihenfolge des Auftauens der Reduktionsmittellösung in den Komponenten der Dosieranordnung vorgegeben werden, welche die Empfindlichkeit der einzelnen Komponenten gegenüber der durch die Volumenzunahme der Reduktionsmittellösung auf die einzelnen Komponenten ausgeübten Kraft berücksichtigt. So kann die empfindlichste Komponente zuletzt aufgetaut werden, so dass bei der mit der Annäherung an den Gefrierpunkt von einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts einhergehenden Volumenzunahme der Reduktionsmittellösung um diese Komponente herum Platz geschaffen ist, welcher von der Reduktionsmittellösung eingenommen werden kann. Auf diese Weise kann eine Schädigung durch die gefrorene Reduktionsmittellösung verhindert werden.
-
Wenn eine Steuerungseinrichtung zum Ansteuern wenigstens einer der Heizeinrichtungen als elektronisches Steuergerät ausgebildet ist, kann dieses besonders einfach für ein Aktivieren oder Deaktivieren elektrischer Heizeinrichtungen sorgen. Ist wenigstens eine der Heizeinrichtungen als Wärmetauscher ausgebildet, so kann die durch Ansteuern von Ventilen und dergleichen Absperreinrichtungen dafür gesorgt werden, dass bestimmte Heizeinrichtungen Wärme abgeben und andere nicht. Es kann auch ein elektronisches Steuergerät der Dosieranordnung in Abhängigkeit davon wenigstens eine Heizeinrichtung ansteuern, ob wenigstens ein Wärmetauscher bereits für das Beheizen der diesem zugeordneten Komponente der Dosieranordnung sorgt. Auch kann das Ansteuern einer elektrischen Heizeinrichtung zeitgleich mit dem oder zeitverzögert zum Beheizen mittels eines Wärmetauschers erfolgen.
-
Auf eine dem Auftauen analoge Weise können die Heizeinrichtungen zeitlich versetzt betrieben werden, um eine Reihenfolge des Einfrierens der Komponenten der Dosieranordnung vorzugeben. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Einfrieren der Reduktionsmittellösung ausgehend vom flüssigen Zustand der Lösung ebenfalls mit einer Volumenzunahme einhergeht. Dieses Mehrvolumen verdrängt noch nicht gefrorene Reduktionsmittellösung hin zu Komponenten der Dosieranordnung, in welchen die Reduktionsmittellösung noch nicht gefroren vorliegt. Diejenige Komponente oder diejenigen Komponenten, welche zuletzt einfrieren, sind demgemäß besonders stark von der Volumenzunahme der gefrierenden Reduktionsmittellösung betroffen. Vorliegend können diejenigen Heizeinrichtungen gezielt deaktiviert oder erst gar nicht in Betrieb genommen werden, welche vorbestimmten Komponenten der Dosieranordnung zugeordnet sind, wobei diese vorbestimmten Komponenten besonders empfindlich gegenüber der durch die Volumenzunahme der Reduktionsmittellösung auf sie ausgeübten Kraft sind.
-
Es wird hierbei eine Komponente, deren Bauteile durch das Einfrieren der Reduktionsmittellösung besonders stark belastet würden, wenn diese Komponente als letztes einfröre, eben nicht beheizt. Wird eine erste Heizeinrichtung nicht betrieben, so wird ein Abkühlen wenigstens einer der ersten Heizeinrichtung zugeordneten Komponente der Dosieranordnung unter den Gefrierpunkt der Reduktionsmittellösung zugelassen. Folglich gefriert die Reduktionsmittellösung in dieser ersten, empfindlichen Komponente zuerst.
-
Des Weiteren ist eine zweite Heizeinrichtung derart betreibbar, dass eine der zweiten Heizeinrichtung zugeordnete zweite Komponente der Dosieranordnung auf einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts gehalten wird. Während also die zweite Heizeinrichtung ein Einfrieren der Reduktionsmittellösung in der wenigstens einen zweiten Komponente verhindert, wird das Einfrieren der wenigstens einen ersten, empfindlichen Komponente zugelassen. Das Einfrieren der Reduktionsmittellösung in wenigstens einer zweiten Komponente ist hierbei in Bezug auf die mit dem Einfrieren einhergehende Volumenzunahme unkritisch. So gefriert die Reduktionsmittellösung in der zweiten, unempfindlichen Komponente zuletzt.
-
Da die den jeweiligen Komponenten zugeordneten Heizeinrichtungen getrennt voneinander betreibbar sind, kann also auch eine zeitliche Reihenfolge des Einfrierens der Komponenten der Dosieranordnung vorgegeben werden, indem die der jeweiligen Komponente zugeordnete Heizeinrichtung entsprechend zeitlich versetzt betrieben wird. Es können so empfindliche Komponenten durch Vorgeben der Reihenfolge des Ansteuerns der Heizeinrichtungen geschützt werden.
-
Die empfindlichen Komponenten der Dosieranordnung können somit vergleichsweise kostengünstig ausgelegt werden, da aufwändige Maßnahmen entfallen können, welche das Kompensieren einer Volumenzunahme der sich in den Komponenten befindenden Reduktionsmittellösung ermöglichen. Auch können einzelne Bauteile einer empfindlichen Komponente so ausgelegt werden, dass sie lediglich den mit einer geringen Volumenzunahme der Reduktionsmittellösung einhergehenden Druckanstieg verkraftet, welcher sich einstellt, wenn die Komponente als letzte auftaut oder als erste einfriert. Auf diese Weise ist also ein besonders guter Schutz vor einer Schädigung durch die gefrorene Reduktionsmittellösung realisierbar, und zugleich kann eine Dosieranordnung mit kostengünstigen Komponenten geschaffen werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in einem Auftaubetrieb zumindest ein Bereich der wenigstens einen zweiten Komponente der Dosieranordnung zeitlich vor der wenigstens einen ersten Komponente von einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts auf die Temperatur des Gefrierpunkts der Reduktionsmittellösung zu bringen. Handelt es sich bei der zweiten Komponente beispielsweise um das Vorratsbehältnis und bei der ersten Komponente um die Dosiereinrichtung, so kann in dem Auftaubetrieb durch entsprechendes zeitlich versetztes Betreiben der Heizeinrichtungen dafür gesorgt werden, dass zunächst die sich in dem Vorratsbehältnis befindende, gefrorene Reduktionsmittellösung aufgetaut wird und erst anschließend die sich in der Dosiereinrichtung befindende, gefrorene Reduktionsmittellösung.
-
Auch hier kann also dafür gesorgt werden, dass die empfindlichen Komponenten der Dosieranordnung zuletzt auftauen und die weniger empfindlichen Komponenten zuerst. So stellen dann die weniger empfindlichen, bereits die aufgetaute Reduktionsmittellösung enthaltenden Komponenten einen Aufnahmeraum bereit, in welchem die beim Auftauen der später beheizten Komponenten sich bildende flüssige Reduktionsmittellösung aufgenommen werden kann. Zudem kann in den Aufnahmeraum das Mehrvolumen der gefrorenen Reduktionsmittellösung eindringen, welches sich beim Erwärmen der gefrorenen Reduktionsmittellösung von der Temperatur unter dem Gefrierpunkt auf die Temperatur des Gefrierpunkts bildet.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die wenigstens eine erste Komponente die Dosiereinrichtung der Dosieranordnung. Diese Komponente ist nämlich vergleichsweise aufwändig und empfindlich, sodass hier ein Auftauen als erste Komponente oder ein Einfrieren als letzte Komponente der Dosieranordnung mit einer besonders unerwünschten Schädigung der Dosieranordnung einherginge. Wird jedoch im Bereich der Dosiereinrichtung beim Einfrieren das Abkühlen der Reduktionsmittellösung auf eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt der Reduktionsmittellösung zuerst gelassen, etwa indem die zugeordnete erste Heizeinrichtung nicht betrieben wird, so kann sich die gefrierende Reduktionsmittellösung in die Dosiereinrichtung umgebende, noch nicht gefrorene Bereiche der Dosieranordnung ausbreiten, und eine Schädigung der empfindlichen Dosiereinrichtung ist vermeidbar. Auch kann so die Volumenzunahme der sich in der Dosiereinrichtung befindenden Reduktionsmittellösung bei einer Annäherung der Temperatur der Reduktionsmittellösung an den Gefrierpunkt ausgehend von einer tieferen Temperatur kompensiert werden.
-
Alternativ, bevorzugt jedoch zusätzlich, umfasst die wenigstens eine erste Komponente der Dosieranordnung eine Pumpeinrichtung zum Beaufschlagen der Dosiereinrichtung mit der Reduktionsmittellösung. Bei einer Pumpeinrichtung kann sich nämlich ein besonders starkes Zunehmen des Innendrucks aufgrund eines frühzeitigen Annäherns an den Gefrierpunkt, also aufgrund eines Auftauens zeitlich vor anderen Komponenten, in Schäden bemerkbar machen, welche es zu vermeiden gilt. Dasselbe gilt für ein spätes Einfrieren der Pumpeinrichtung. Mit anderen Worten handelt es sich auch bei der Pumpeinrichtung um eine vergleichsweise empfindliche und somit in besonderem Maße zu schützende Komponente, welche daher in der Reihenfolge der nacheinander einfrierenden Komponenten bevorzugt ebenso wie die Dosiereinrichtung einen vorderen Platz einnimmt.
-
Beim Auftauen ist es hingegen günstig, wenn die Pumpeinrichtung erst dann von einer unterhalb des Gefrierpunkts der Reduktionsmittellösung liegenden Temperatur auf den Gefrierpunkt erwärmt wird, wenn in an die Pumpeinrichtung angrenzenden Komponenten der Dosieranordnung durch Auftauen der Lösung bereits Platz für das Mehrvolumen derselben geschaffen ist.
-
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die wenigstens eine zweite Komponente der Dosieranordnung eine zu der Dosiereinrichtung führende Zulaufleitung und/oder eine von der Dosiereinrichtung zum Vorratsbehältnis führende Rücklaufleitung umfasst. Wenn nämlich die Leitungen durch Aufheizen derselben flüssige Reduktionsmittellösung enthalten, so ist die Volumenzunahme der im Bereich der Dosiereinrichtung und/oder im Bereich der Pumpeinrichtung auf den Gefrierpunkt erwärmten oder gefrierenden Reduktionsmittellösung nicht durch gefrorene Anschlussleitungen verhindert.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die wenigstens eine zweite Komponente der Dosieranordnung das Vorratsbehältnis. Wenn nämlich das Vorratsbehältnis beim Einfrieren bis zuletzt auf einer Temperatur gehalten wird, welche oberhalb des Gefrierpunkts der Reduktionsmittellösung liegt, kann das durch Einfrieren der übrigen Komponenten der Dosieranordnung aufzunehmende Mehrvolumen besonders einfach in das Vorratsbehältnis gelangen. Umgekehrt kann beim Auftauen der Dosieranordnung das Vorratsbehältnis besonders günstig zeitlich vor den übrigen Komponenten der Dosieranordnung beheizt werden. Dann kann nämlich das Vorratsbehältnis besonders einfach das Mehrvolumen der Reduktionsmittellösung aufnehmen, welches beim anschließenden Erwärmen der übrigen Komponenten der Dosieranordnung von einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts auf den Gefrierpunkt gebildet wird.
-
Bevorzugt sind des Weiteren die Heizeinrichtungen derart betreibbar, dass ein Abkühlen der Zulaufleitung und/oder der Rücklaufleitung auf eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt der Reduktionsmittellösung zeitlich vor dem Abkühlen des Vorratsbehältnisses auf diese Temperatur zugelassen ist. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass ein Einfrieren der Reduktionsmittellösung in der Zulaufleitung oder in der Rücklaufleitung auch dann unkritisch ist, wenn die Leitung zu einer Seite hin bereits durch gefrorene Reduktionsmittellösung verschlossen ist. Die genannten Leitungen der Dosieranordnung lassen sich nämlich in einfacher und kostengünstiger Art und Weise aus einem Material bereitstellen, welches ausreichend elastisch ist, um die Volumenzunahme der Reduktionsmittellösung zu verkraften.
-
Dies gilt auch, wenn zusätzlich oder alternativ die Heizeinrichtungen derart betreibbar sind, dass ein Erwärmen der Zulaufleitung und/oder der Rücklaufleitung auf den Gefrierpunkt zeitlich nach dem Erwärmen des Vorratsbehältnisses auf diese Temperatur erfolgt. Drückt nämlich von Seiten des Vorratsbehältnisses die beim Erwärmen auf den Gefrierpunkt sich ausdehnende gefrorene Reduktionsmittellösung in die Leitungen, so können diese nachgeben, wenn sie aus einem elastischen Material gebildet sind. Beispielsweise kann als Material für die Leitungen ein, insbesondere synthetisches, Elastomer verwendet werden wie etwa Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder ein solches Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM).
-
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Dosieranordnung eine Heizeinrichtung zum Beheizen eines von dem Vorratsbehältnis zu einer Pumpeinrichtung führenden Leitungsstücks und eine weitere Heizeinrichtung zum Beheizen eines von der Pumpeinrichtung zu der Dosiereinrichtung führenden Leitungsstücks umfasst. So kann gezielt eine detaillierte Reihenfolge des Einfrierens oder des Auftauens der Leitungsstücke vorgegeben werden, indem die Heizeinrichtungen entsprechend zeitversetzt angesteuert werden.
-
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine zum Ansteuern wenigstens einer der Heizeinrichtungen ausgelegte Steuerungseinrichtung mit einem Temperaturfühler zum Erfassen einer Außentemperatur gekoppelt ist. So kann nämlich die erforderliche Heizleistung besonders gut auf das Auftauen abgestimmt werden. Auch beim Einfrierenlassen der Komponenten in einer gewünschten Reihenfolge kann die Heizleistung entsprechend gut eingestellt werden, wenn die Außentemperatur in der Steuerungseinrichtung berücksichtigt wird.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Dosieranordnung, welche eine Dosiereinrichtung zum Einbringen einer Reduktionsmittellösung für die Abgasnachbehandlung in einen Abgasstrang umfasst, wobei die Dosiereinrichtung über wenigstens eine Leitung mit einem Vorratsbehältnis für die Reduktionsmittellösung verbunden ist, wird mittels wenigstens einer Heizeinrichtung zumindest eine Komponente der Dosieranordnung beheizt. Hierbei wird wenigstens eine erste Komponente der Dosieranordnung mittels einer zugeordneten ersten Heizeinrichtung beheizt wird, welche getrennt von wenigstens einer zweiten, einer zweiten Komponente der Dosieranordnung zugeordneten Heizeinrichtung betrieben wird.
-
Das Verfahren, bei welchem durch voneinander getrenntes Beheizen der unterschiedlichen Komponenten der Dosieranordnung eine Einfrierreihenfolge der Komponenten oder eine Auftaureihenfolge der Komponenten vorgegeben wird, ermöglicht einen besonders guten Schutz empfindlicher Komponenten der Dosieranordnung vor durch die gefrorene Reduktionsmittellösung bewirkten Schäden.
-
Die für die erfindungsgemäße Dosieranordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
-
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
-
Diese zeigt schematisch eine Dosieranordnung zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung in einen Abgasstrang eines Fahrzeugs.
-
Eine in der Figur stark schematisiert dargestellte beispielhafte Ausführungsform einer Dosieranordnung 10 dient dem Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung in einen Abgasstrang 12 eines Fahrzeugs. Der Abgasstrang 12 weist in vorliegend nicht näher gezeigter Art und Weise zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung auf, in welcher Ammoniak mit Stickoxiden aus dem Abgas zu Stickstoff und Wasser umgesetzt wird. Eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung kann als so genannter SCR-Katalysator (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) ausgebildet sein, in welchem in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion die genannte Umsetzung von Ammoniak und Stickoxiden stattfindet.
-
Die wässrige Harnstofflösung wird mittels einer Dosiereinrichtung 14 in den Abgasstrang 12 eingebracht. Die Dosiereinrichtung 14 umfasst vorliegend ein Ventil, dessen Öffnen bewirkt, dass die wässrige Harnstofflösung über eine Düse in den Abgasstrang 12 eingespritzt wird. Der entsprechende Weg von der Dosiereinrichtung 14 in den Abgasstrang 12 ist in der Figur stark schematisiert durch einen Pfeil 16 veranschaulicht. Die Dosiereinrichtung 14 kann zudem einen Sensor aufweisen, um die in den Abgasstrang 12 einzubringende Menge an wässriger Harnstofflösung bestimmen zu können.
-
Bei niedriger Außentemperatur kann es dazu kommen, dass die wässrige Harnstofflösung gefriert. Um einen Zeitpunkt des Einfrierens der Harnstofflösung oder ihres Auftauens speziell in der Dosiereinrichtung 14 vorgeben zu können, ist vorliegend der Dosiereinrichtung 14 eine Heizung 18 zugeordnet, welche von einem Steuergerät 20 der Dosieranordnung 10 ansteuerbar ist. Das Steuergerät 20 dient vorliegend zudem dem Vorgeben der mittels der Dosiereinrichtung 14 in den Abgasstrang 12 einzubringenden Menge der wässrigen Harnstofflösung.
-
Das Steuergerät 20 ist in vorliegend nicht näher gezeigter Art und Weise steuerungstechnisch mit der Heizung 18 verbunden, etwa über jeweilige Anschlüsse 22. Durch Ansteuern der Heizung 18 mittels des Steuergeräts 20 kann bewirkt werden, dass sich in der Dosiereinrichtung 14 befindende gefrorene Harnstofflösung aufgetaut oder deren Einfrieren verhindert wird. Umgekehrt kann durch ein durch das Steuergerät 20 bewirktes Abschalten der Heizung 18 zugelassen werden, dass sich in der Dosiereinrichtung 14 befindende wässrige Harnstofflösung gefriert, sofern entsprechend tiefe Umgebungstemperaturen vorliegen.
-
Eine Pumpe 24 fördert die wässrige Harnstofflösung aus einem Tank 26 hin zur Dosiereinrichtung 14. Auch für die Pumpe 24 ist eine Heizung 28 vorgesehen, welche getrennt von der Heizung 18 für die Dosiereinrichtung 14 betrieben werden kann. Auch hier kann durch Abschalten der Heizung 28 ein Einfrieren der sich in der Pumpe 24 befindenden wässrigen Harnstofflösung zugelassen werden. Ebenso kann mittels der Heizung 28 sich im gefrorenen Zustand in der Pumpe 24 befindende Harnstofflösung aufgetaut oder deren Einfrieren verhindert werden.
-
Dem Tank 26 ist eine weitere Heizung 30 zugeordnet, welche ebenfalls dafür sorgen kann, die sich in dem Tank 26 befindende Harnstofflösung aufzutauen oder deren Einfrieren zu verhindern oder durch Abschalten der Heizung 30 ein Gefrieren derselben zuzulassen, sofern zugleich entsprechend tiefe Außentemperaturen vorliegen.
-
Durch das über unterschiedlich lange Zeitspannen hinweg erfolgende oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten einsetzende Betreiben der Heizungen 18, 28, 30 kann eine Reihenfolge vorgegeben werden, in welcher die der jeweiligen Heizung 18, 28, 30 zugeordneten Komponenten der Dosieranordnung 10, im Beispiel der Figur die Dosiereinrichtung 14, die Pumpe 24 und der Tank 26, einfrieren.
-
Ebenso kann gesteuert werden, in welcher Reihenfolge die gefrorene Harnstofflösung in den jeweiligen Komponenten auftauen soll. Die gefrorene Harnstofflösung zeigt nämlich beim Erwärmtwerden von einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts auf die Temperatur des Gefrierpunkts eine Volumenzunahme. Das Volumen der wässrigen Harnstofflösung nimmt auch dann zu, wenn diese von der flüssigen in die feste Phase übergeht.
-
Die Dosiereinrichtung 14 ist vergleichsweise empfindlich. Wenn bei tiefer Außentemperatur also zunächst eine zwei Leitungsstücke 32, 34 umfassende Zulaufleitung vom Tank 26 zur Dosiereinrichtung 14 einfriert und zudem eine die Dosiereinrichtung 14 mit dem Tank 26 verbindende Rücklaufleitung 36, so bewirkt die Volumenzunahme der gefrierenden Harnstofflösung in der Dosiereinrichtung 14, dass auf die Bauteile der Dosiereinrichtung 14 ein besonders großer Druck ausgeübt wird. Um dies zu verhindern, werden vorliegend die Heizungen 18, 28, 30 derart angesteuert, dass die sich in dem Dosiergerät 14 befindende Harnstofflösung zuerst gefriert. Die Heizung 18 für das Dosiergerät 14 heizt also nicht, während die Heizung 30 den Tank 26 und Heizungen 38, 40, 42 die Leitungen beheizen.
-
In analoger Weise gefriert die sich in der Pumpe 24 befindende Harnstofflösung, bevor die Harnstofflösung in den Leitungsstücken 32, 34 gefriert. Auch die Pumpe 24 ist nämlich vergleichsweise empfindlich, sodass beim Auftreten eines hohen Innendrucks aufgrund in der Pumpe 24 gefrierender Harnstofflösung, welche nicht mehr aus der Pumpe 24 entweichen kann, Schäden zu befürchten wären. Demgegenüber ist es weniger kritisch, wenn der den Tank 26 umfassende Bereich der Dosieranordnung 10 zuletzt einfriert, also dann, wenn das Dosiergerät 14, die Pumpe 24, die Leitungsstücke 32, 34 der Zulaufleitung und die Rücklaufleitung 36 bereits gefrorene Harnstofflösung enthalten.
-
In einer besonders bevorzugten Variante ist es vorgesehen, dass zum weiteren Schutz von empfindlichen Komponenten der Dosieranordnung 10 vor einer Beschädigung durch einfrierende Harnstofflösung diese Komponenten, vorzugsweise die Dosiereinrichtung 14 und/oder die Pumpe 24 einen insbesondere beim Betrieb mit Harnstofflösung gefüllten druckabhängigen Dehnvolumenbereich aufweisen, etwa in der Art einer dehnbaren Blase oder eines Federbalgbereichs. Durch Ausdehnung eines solchen Dehnvolumenbereichs können auftretende Volumenzunahmen aufgefangen werden.
-
Vorliegend ist zum Beheizen des Leitungsstücks 34, welches die Pumpe 24 und die Dosiereinrichtung 14 verbindet, die ebenfalls separat und getrennt von den übrigen Heizungen 18, 28, 30 betreibbare Heizung 38 vorgesehen. Das Leitungsstück 32 der Zulaufleitung, welches die Pumpe 24 mit dem Tank 26 verbindet, weist die separate Heizung 40 auf.
-
Wenn die Harnstofflösung in der Dosiereinrichtung 14 bereits gefroren ist, weil die der Dosiereinrichtung 14 zugeordnete Heizung 18 abgeschaltet ist, so sorgt die Heizung 38 dafür, dass das Leitungsstück 34 eisfrei bleibt. Dadurch führt die Volumenzunahme der gefrierenden wässrigen Harnstofflösung innerhalb der Dosiereinrichtung 14 nicht zu einem unerwünscht hohen Ansteigen des Innendrucks in dem Dosiergerät 14. Die Dosiereinrichtung 14 kann entsprechend kostengünstig und unter Verwendung von für ein Standhalten gegenüber einem vergleichsweise geringen Druck ausgelegten Bauteilen ausgebildet werden.
-
Dies gilt in analoger Weise für die Pumpe 24. Auch hier wird die der Pumpe 24 zugeordnete Heizung 28 vor den Heizungen 38, 40 außer Betrieb genommen, sodass sich in der Pumpe 24 befindende Harnstofflösung gefrieren kann und die sich hierbei einstellende Volumenzunahme lediglich zu einem Verdrängen der noch flüssigen Harnstofflösung in der Zulaufleitung führt.
-
Wenn das Leitungsstück 34 aus einem besonders elastischen Material gefertigt ist, etwa aus EPDM, so kann auch ein gleichzeitiges Einfrieren der Dosiereinrichtung 14 und der Pumpe 24 zugelassen werden, da dann das sich in dem Leitungsstück 34 befindende, mittels der Heizung 38 beheizte Volumen an flüssiger Harnstofflösung in dem sich weitenden Leitungsstück 34 Platz findet.
-
Solange das Leitungsstück 32 mittels der Heizung 40 beheizt wird, kann auch das aufgrund der Volumenzunahme der einfrierenden Harnstofflösung in der Pumpe 24 verdrängte Volumen an flüssiger Harnstofflösung in den Tank 26 gelangen. Im Bereich des Tanks 26 sorgt die Heizung 30 dafür, dass die sich in dem Tank 26 befindende Harnstofflösung zuletzt einfriert. Um auch die Rücklaufleitung 36 eisfrei zu halten, selbst wenn die Dosiereinrichtung 14 bereits gefrorene Harnstofflösung enthält, ist im Bereich der Rücklaufleitung 36 die weitere, separat ansteuerbare Heizung 42 vorgesehen.
-
Dadurch, dass die Leitungen, die Dosiereinrichtung 14, die Pumpe 24 und der Tank 26 separat mittels der jeweiligen Heizungen 18, 28, 30, 38, 40, 42 beheizbar sind, kann durch zeitversetztes Ansteuern der jeweiligen Heizung 18, 28, 30, 38, 40, 42 eine Reihenfolge des Einfrierens vorgegeben werden.
-
Das Steuergerät 20 kann hierbei die Heizung 18 für die Dosiereinrichtung 14 in Abhängigkeit von der Außentemperatur ansteuern. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuergerät 20 die Heizung 18 in Abhängigkeit davon ansteuern, ob die Heizungen 28, 30 für die Pumpe 24 und den Tank 26 bereits Heizwärme an die ihnen zugeordneten Komponenten abgeben. Das Ansteuern der Heizung 18, bei welchem es sich insbesondere um eine PTC-Heizung handeln kann, kann auch zeitverzögert zum Betreiben der Heizungen 28, 30 erfolgen. Auch kann das Steuergerät 20 die Heizung 18 gar nicht ansteuern, wenn die Heizungen 28, 30 bereits Heizwärme an die ihnen zugeordneten Komponenten abgeben.
-
Ebenso kann eine Auftaureihenfolge vorgegeben werden, wenn die Heizungen 18, 28, 30, 38, 40, 42 in einem Auftaubetrieb betrieben werden. Im Auftaubetrieb wird zunächst die Heizung 30 betrieben, um die sich in dem Tank 26 befindende gefrorene Harnstofflösung aufzutauen. Hierbei wird zunächst die gefrorene Harnstofflösung von einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts auf den Gefrierpunkt erwärmt, in welchem dann der Phasenübergang von fest zu flüssig stattfindet. Die bei der Annäherung an den Gefrierpunkt der Harnstofflösung sich einstellende Volumenzunahme ist im Bereich des Tanks 26 unproblematisch, das dieser vergleichsweise unempfindlich ist. Zudem ist bei nicht vollständig gefülltem Tank 26 ein Gasvolumen vorhanden, welches komprimiert werden kann.
-
Anschließend sorgen im Auftaubetrieb die Heizungen 38, 40, 42 für ein Erwärmen der Leitungsstücke 32, 34 der Zulaufleitung und der Rücklaufleitung 36 auf den Gefrierpunkt und dann für ein Auftauen der Harnstofflösung in diesen Leitungen. Stellt sich in den Leitungen bei der Annäherung an den Gefrierpunkt der Harnstofflösung die Volumenzunahme ein, so ist dies ebenfalls unproblematisch, da in dem Tank 26 Platz für das Mehrvolumen zur Verfügung steht. Zudem können die Leitungen elastisch ausgebildet sein und so die Volumenzunahme kompensieren.
-
Erst wenn diese Komponenten der Dosieranordnung 10 aufgetaut sind, wird im Auftaubetrieb mittels der Heizungen 28, 18 ein Auftauen der Pumpe 24 und der Dosiereinrichtung 14 bewirkt. Kommt es im Auftaubetrieb beim Erwärmen der Harnstofflösung auf den Gefrierpunkt im Bereich des Dosiergeräts 14 und der Pumpe 24 zu einer Volumenzunahme, so steht in den Leitungen und im Tank 26 Platz für dieses Mehrvolumen zur Verfügung. Über die freien Leitungen kann dann die anschließend im Bereich der Pumpe 24 und der Dosiereinrichtung 14 aufgetaute Harnstofflösung ungehindert in den Tank 26 gelangen.
-
Das Steuergerät 20 ist mit einem Temperaturfühler 44 gekoppelt, welcher die Außentemperatur des Fahrzeugs misst. Dadurch kann die Heizleistung der Heizungen 18, 28, 30, 38, 40, 42 auf das zum Aufrechterhalten einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts der wässrigen Harnstofflösung oder zum Erreichen der Temperatur des Gefrierpunkts beim Auftauen notwendige Maß besonders einfach eingestellt werden.
-
Die Heizungen 18, 28, 30, 38, 40, 42 können als durch Beaufschlagen mit elektrischem Strom beheizbare Heizelemente ausgebildet sein und/oder als Wärmetauscher, welche zum Abgeben von Heizwärme von einem warmen Medium, insbesondere von einer warmen Flüssigkeit wie etwa warmer Kühlflüssigkeit eines Motors des Fahrzeugs, durchströmbar sind.
-
Insbesondere können die Heizungen 28, 30 für die Pumpe 24 und den Tank 26 als auch die Heizungen 38, 40, 42 für die Leitungen als Wärmetauscher ausgebildet sein. Hierbei ist es möglich, das Betreiben der Heizungen 28, 30 über ein Motorsteuergerät zu steuern, welches für das Einstellen der Motortemperatur sorgt. Die Heizungen 38, 40, 42 zum Beheizen der Leitungsstücke 32, 34 bzw. der Rücklaufleitung 36 können insbesondere von einem Steuergerät für die Abgasnachbehandlung angesteuert werden, wobei die Steuerungseinrichtung 20, das Motorsteuergerät und das Steuergerät für die Abgasnachbehandlung miteinander kommunizieren, um die Reihenfolge des Betriebs der Heizungen 18, 28, 30, 38, 40, 42 im Auftaubetrieb und beim Einfrierenlassen sicherzustellen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist wenigstens eine der zum Transport von Harnstofflösung vorgesehenen Leitungen der Dosieranordnung 10, vorzugsweise die Rücklaufleitung 36, durch eine entsprechende Heizung wenigstens zwei getrennt voneinander beheizbare Abschnitte auf. Dabei ist es generell bevorzugt, wenn die Rücklaufleitung 26, wie auch die anderen Leitungen wenigstens annähernd über ihre gesamte Länge beheizbar ausgebildet sind. Besonders bevorzugt ist es, die Heizung 42 der Rücklaufleitung 36 derart auszubilden, dass sie einen, vorzugsweise nahe am Tank 26 angeordneten ersten Leitungsabschnitt und einen sich daran anschließenden zweiten Leitungsabschnitt getrennt voneinander beheizen kann. Vorzugsweise ist dabei der erste Abschnitt kürzer als der zweite Abschnitt ausgeführt. Wird eine Einfriergefahr wegen des Unterschreitens einer Mindestumgebungstemperatur festgestellt, so werden die Heizungen 18, 28, 30, 38, 40, 42 der Dosieranordnung 10 derart betrieben bzw. angesteuert, dass der erste Abschnitt der Rücklaufleitung 36 als erstes, d. h. zeitlich vor den anderen Komponenten bzw. Leitungen oder Leitungsabschnitten der Dosieranordnung 10 einfriert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Beheizung des ersten Leitungsabschnitts vor den anderen abgeschaltet wird. Ein frühes Einfrieren von im ersten Leitungsabschnitt befindlicher Harnstofflösung hat eine Blockierwirkung zu Folge. Dadurch wird verhindert, dass eine bei nachfolgendem Einfrieren von im Tank 26 befindlicher Harnstofflösung verursachte Volumenausdehnung über die Rücklaufleitung 36 andere in Fluidverbindung mit der Rücklaufleitung 36 stehende Komponenten der Dosieranordnung 10 belastet.
-
In analoger Weise kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, die Heizung 40 des Leitungsstücks 32 derart auszubilden sein, dass sie einen, vorzugsweise nahe am Tank 26 angeordneten ersten Leitungsabschnitt und einen sich daran anschließenden zweiten Leitungsabschnitt getrennt voneinander beheizen kann. Im Einfrierfall werden die Heizungen 18, 28, 30, 38, 40, 42 der Dosieranordnung 10 derart betrieben bzw. angesteuert, dass der erste Abschnitt des Leitungsstücks 32 als erstes einfriert. Für den Fall, dass sowohl die Rücklaufleitung 36 als auch das Leitungsstück 32 wie beschrieben getrennt beheizbare erste und zweite Abschnitte aufweisen, ist es bei einem Einfrieren vorzugsweise vorgesehen, ein Einfrieren dieser ersten Leitungsabschnitte vor einem Einfrieren von anderen Komponenten und/oder Leitungen oder Leitungsabschnitten der Dosieranordnung zuzulassen. Auf diese Weise ist gleichsam ein Absperren des Tanks 26 sowohl auf der Zulaufseite als auch auf der Rücklaufseite ermöglicht. Dadurch ist bei Einfrieren von im Tank 26 befindlicher Harnstofflösung eine in Bezug auf Druckbelastung durch Volumenausdehnung bewirkte Belastung anderer in Fluidverbindung mit dem Tank 26 stehenden Komponenten der Dosieranordnung 10 verhinderbar. Bei Erreichen bzw. Überschreiten des Gefrierpunkts ist dabei vorzugsweise vorgesehen, die Heizungen 40 und/oder 42 zeitlich nach den anderen Heizungen 28, 28, 38 zu aktivieren. Es erfolgt daher ein Auftauen des ersten Leitungsabschnitts oder der ersten Leitungsabschnitte zeitlich nach einem Auftauen von Harnstofflösung in den anderen bereichen der Dosieranordnung 10.
-
Schließlich ist es für einen besonders wirksamen Schutz der Dosiereinrichtung 14 und/oder der Pumpe 24 bevorzugt, wenn deren Heizungen 18, 28 nahe an einem für einen jeweils gegebenenfalls vorgesehenen druckabhängigen Dehnvolumenbereich angeordnet sind. Bei Einfriergefahr wird die der Dosiereinrichtung 14 und/oder der Pumpe 24 zugeordnete Heizung 18 bzw. 28 besonders lange betätigt, insbesondere länger als alle oder die Mehrzahl der anderen Heizungen 30, 38, 40, 42. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der jeweilige druckabhängige Dehnvolumenbereich ausreichend lange zur Aufnahme von durch Volumenausdehnung verdrängter Harnstofflösung zur Verfügung steht. Für ein Auftauen ist es weiter vorteilhaft, die Heizungen 18, 28, 30, 38, 40, 42 derart zu betätigen, dass der oder die druckabhängigen Dehnvolumenbereiche frühzeitig, insbesondere vor den anderen Bereichen der Dosieranordnung 10 auftauen.
-
Insgesamt ist es für die erfindungsgemäße Dosieranordnung 10 charakteristisch, dass für den Fall einer festgestellten Einfriergefahr für unterschiedliche Komponenten bzw. Bereiche der Dosieranordnung 10 vorgesehene Heizungen derart getrennt voneinander betätigbar sind bzw. betätigt werden, dass der Zeitpunkt des Einfrierens der jeweiligen Komponente oder des jeweiligen Bereichs oder die Reihenfolge des Einfrierens der Komponenten bzw. Bereiche auf vorbestimmte Weise festlegbar ist bzw. festgelegt wird. Analoges gilt in sinngemäßer Weise für ein Auftauen von Bereichen oder Komponenten der Dosieranordnung 10. Dadurch können Schäden im Zusammenhang mit einem Einfrieren bzw. Auftauen von Harnstofflösung innerhalb der Dosieranordnung 10 besonders zuverlässig und wirksam vermieden werden. Insbesondere ist die genannte getrennte Betätigung der Heizungen bei stillgesetztem oder außer Betrieb gesetztem Fahrzeug bzw. stillgesetzter Dosierung vorgesehen. Bei normalem Fahrzeug- bzw. Dosierbetrieb können die vorgesehenen Heizungen 18, 30, 28, 38, 40, 42 bei Bedarf problemlos mit Energie versorgt werden und es besteht daher im Allgemeinen für die Dosieranordnung 10 keine Einfriergefahr.
