DE102011076429A1 - Dosiersystem und Verfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Dosiersystem und Verfahren zu seinem Betrieb Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem, insbesondere für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Dosiermitteltank (210), eine Pumpe (230), bei der durch Drehrichtungsumkehr des Pumpenmotors eine Förderrichtungsumkehr bewirkt werden kann, welche mittels einer Ansaugleitung (220) mit dem Dosiermitteltank (210) verbunden ist, einen ersten Filter (250), welcher über ein Eisdruckkompensationselement verfügt, und der mittels einer Verbindungsleitung (240) mit der Pumpe (230) verbunden ist, ein Dosierventil (270), welches mittels einer Druckleitung (260) mit dem Filter (250) verbunden ist, einen Drucksensor (261), welcher in der Druckleitung (260) angeordnet ist, eine Rücklaufleitung (280), welche an einem ersten Verbindungspunkt (281) mit der Druckleitung (260) verbunden ist und im Dosiermitteltank (210) endet, ein erstes Rückschlagventil (241), welches in der Verbindungsleitung (240) angeordnet ist, eine erste Drossel (262), welche zwischen dem Drucksensor (261) und dem ersten Filter (250) in der Druckleitung (260) angeordnet ist, eine Rücksaugleitung (290), welche an einem zweiten Verbindungspunkt (291) zwischen der Pumpe (230) und dem ersten Filter (250) mit der Verbindungsleitung (240) verbunden ist und an einem dritten Verbindungspunkt (292) zwischen dem Drucksensor (261) und der ersten Drossel (262) mit der Druckleitung (260) verbunden ist, und ein zweites Rückschlagventil (293), welches in der Rücksaugleitung (290) angeordnet ist. Beim Betreiben des Dosiersystems wird während einer Förderung eines Dosiermediums das erste Rückschlagventil (241) geöffnet und das zweite Rückschlagventil (293) geschlossen. Nach Beendigung der Förderung wird durch Drehrichtungsumkehr des Pumpenmotors eine Förderrichtungsumkehr der Pumpe (230) bewirkt, das erste Rückschlagventil (241) wird geschlossen, und das zweite Rückschlagventil (293) wird geöffnet, wobei das Dosierventil (270) geöffnet wird, sobald der Drucksensor (261) das Unterschreiten eines bestimmten Druckes in der Druckleitung (260) detektiert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dosiersystem, insbesondere für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Dosiersystems. Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft, und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
  • Stand der Technik
  • Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Daher werden NH3 bzw. NH3-abspaltende Reagenzien als Additiv eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang mithilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Eine solche Harnstofflösung ist kommerziell unter der Bezeichnung AdBlue® erhältlich. Zur Bevorratung der Harnstofflösung als Reduktionsmittel ist ein Reduktionsmitteltank vorgesehen.
  • Es ist erforderlich, das Additiv möglichst gleichmäßig verteilt und insbesondere mit einem möglichst hohen Verdampfungsgrad in das Abgas einzudosieren, da die Katalysatoren empfindlich gegenüber dem Auftreffen von noch flüssigem Additiv sind und bei zu geringem Verdampfungsgrad des eindosierten Additivs Schädigungen des Katalysators zu befürchten sind. Als Dosierelemente werden Dosier- oder Einspritzventile verwendet, welche das flüssige Additiv über eine Düsenanordnung unter Druck in die Abgasanlage einspritzen. Das Dosierventil ist im Betrieb immer mit flüssigem Additiv beaufschlagt. Da das Additiv in der Regel eine wässrige Lösung sein wird und sein Volumen beim Gefrieren ausdehnt, ist es ist wichtig, dass die Dosiervorrichtung und insbesondere das Dosierventil bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts des Additivs gegenüber Bersten und anderen Beschädigungen geschützt wird. Beispielsweise liegt der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung AdBlue® bei –11,5°C und damit im Bereich von Temperaturen, wie sie im Winter praktisch regelmäßig erreicht werden.
  • Um der Berstgefahr zu begegnen, wird nach bisherigem Stand der Technik das noch im Dosierventil der Abgasanlage befindliche Additiv rückgesaugt, bevor nach Abstellen des Verbrennungsmotors auch die Abgasanlage stillgesetzt wird. Dabei wird das Dosierventil aktiv von Additiv soweit entleert, dass sich bildendes Eis keinen Druck aufbauen kann, der zu Beschädigung oder Zerstörung führt.
  • Der Rücksaugvorgang muss bei Abstellen des Verbrennungsmotors aktiv durch eine von einer Steuereinheit angesteuerte Pumpeneinheit eingeleitet werden und bedingt eine gewisse Nachlaufzeit, bevor die Abgasanlage stillgelegt werden kann. Er ist daher nur aufwändig zu realisieren. Ein Dosiersystem gemäß dem Stand der Technik, welches einen Rücksaugvorgang ermöglicht, ist in 1 dargestellt. Der Reduktionsmitteltank 110 ist mittels einer Ansaugleitung 120 mit einem 4/2 Wegeventil 121 verbunden. Dieses ist mit einer Membranpumpe 130 verbunden. Weiterhin ist das 4/2 Wegeventil 121 über eine Verbindungsleitung 140 mit einem Hauptfilter 150 verbunden. Der Hauptfilter ist mittels einer Druckleitung 160 mit dem Dosierventil 170 verbunden. Die Druckleitung verfügt über einen Drucksensor 161. Außerdem zweigt von der Druckleitung 160 eine Rücklaufleitung 180 an einem Verbindungspunkt 181 ab, welche im Reduktionsmitteltank 110 endet. Die Rücklaufleitung ist mit einer Rücklaufdrossel 182 und einem Drosselrückschlagventil 183 ausgestattet.
  • In manchen Fällen, beispielsweise bei Nutzfahrzeugen zum Transport von Gefahrgut (sogenannte ADR-Fahrzeuge), ist es sogar zwingend erforderlich, dass der gesamte Fahrzeugantrieb, einschließlich der Abgasanlage, per Notausschalter unmittelbar stillgesetzt werden kann. Im Fall des Abstellens per Notausschalter (sogenannter ADR-Schalter) ist eine Rücksaugung von Additiv aus den Dosierventilen nicht möglich. Dadurch können die Dosierventile der Abgasanlage mit Additiv gefüllt bleiben, wenn das Fahrzeug stillsteht. Schäden durch Gefrieren von Additiv können damit praktisch nur dann vermieden werden, wenn spezielle, eisdruckfeste Dosierventile eingebaut werden. Solche eisdruckfesten Dosierventile sind jedoch technisch aufwändig und dementsprechend teuer.
  • Die noch nicht offengelegte Deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2010 031 660.1 beschreibt ein Verfahren zum Impulsrücksaugen von Reduktionsmittellösung. Während des Impulsrücksaugens steht dem System zur Erzeugung des Luftpolsters maximal 1 Sekunde ab Betätigen des Fahrzeug-Notausschalters zur Verfügung. Hierfür ist es notwendig, eine spezielle Schlauchleitung zu integrieren die durch ihre hohe Volumendehnung bei Druckentlastung über ein 2/2-Wegeventil im Fördermodul Entspannungsenergie zur Beschleunigung der Fluidsäule im Schlauch in Richtung Fördermodul und weiter zum Tank zur Verfügung stellt. Nach vollständiger Entspannung der Leitungswand der Druckleitung kommt es zu einem Abbremsen der Fluidsäule und infolge der Massenträgheit des Fluids vor dem Dosierventil zum Aufbau eines Unterdrucks. Dieser wird durch Verwendung eines geeigneten Schaltalgorithmus dazu verwendet, um durch das Öffnen des Dosierventils während dieses Unterdrucks genügend Luft bzw. Abgas in das Dosierventil einzusaugen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Dosiersystem, welches insbesondere für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine geeignet ist, ermöglicht und erweitert das Rücksaugen größerer Luftmengen und führt so zu einer höheren Serienstabilität des Notaus-Abstellfalles. Es umfasst
    • a. einen Dosiermitteltank,
    • b. eine Pumpe, welche mittels einer Ansaugleitung mit dem Dosiermitteltank verbunden ist,
    • c. einen ersten Filter, welcher über ein Eisdruckkompensationselement verfügt, und der mittels einer Verbindungsleitung mit der Pumpe verbunden ist,
    • d. ein Dosierventil, welches mittels einer Druckleitung mit dem Filter verbunden ist,
    • e. einen Drucksensor, welcher in der Druckleitung angeordnet ist,
    • f. eine Rücklaufleitung, welche an einem ersten Verbindungspunkt mit der Druckleitung verbunden ist und im Dosiermitteltank endet,
    • g. ein erstes Rückschlagventil, welches in der Verbindungsleitung angeordnet ist,
    • h. eine erste Drossel, welche zwischen dem Drucksensor und dem ersten Filter in der Druckleitung angeordnet ist,
    • i. eine Rücksaugleitung, welche an einem zweiten Verbindungspunkt zwischen der Pumpe und dem ersten Filter mit der Verbindungsleitung verbunden ist und an einem dritten Verbindungspunkt zwischen dem Drucksensor und der ersten Drossel mit der Druckleitung verbunden ist, und
    • j. ein zweites Rückschlagventil, welches in der Rücksaugleitung angeordnet ist.
  • Das erste Rückschlagventil ist so eingerichtet, dass es die Förderung des Dosiermediums vom ersten Filter in Richtung der Pumpe unterbindet. Das zweite Rückschlagventil ist so eingerichtet, dass es die Förderung des Dosiermediums durch die Rücksaugleitung in Richtung vom zweiten Verbindungspunkt zum dritten Verbindungspunkt unterbindet.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Dosiersystem zur Förderung und Druckerzeugung des Dosiermittels eine Pumpe, bei der durch Drehrichtungsumkehr des Motors eine Förderrichtungsumkehr bewirkt werden kann. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Zahnradpumpe handeln. Durch die mögliche Drehrichtungsumkehr lässt sich das System im Gegensatz zu einem Dosiersystem des Standes der Technik, welches eine Membranpumpe verwendet, ohne ein 4/2Wegeventil entleeren bzw. belüften. Ein Rücksaugen des Dosiermittels ist unbegrenzt problemlos möglich.
  • Durch die begrenzte Fördermenge der Pumpe lassen sich allerdings das große Entspannungsvolumen des Eisdruckkompensationselements im ersten Filter und das Entspannungsvolumen der Druckleitung nicht innerhalb einer Sekunde zur Erzeugung eines Ansaugunterdruckes am Dosierventil zurücksaugen. Dies ist insofern kritisch, als für den Rückfördervorgang deutlich weniger als eine Sekunde zur Verfügung steht, da innerhalb dieser Zeitspanne auch das Dosierventil noch lange genug geöffnet sein muss, um ausreichend Luft bzw. Abgas in das Dosierventil zurück zu saugen.
  • Im erfindungsgemäßen Dosiersystem wird das Entspannungsvolumen des Eisdruckkompensationselementes des ersten Filters deshalb hydraulisch vom Rücksaugvorgang entkoppelt, um nur noch das Entspannungsvolumen der Druckleitung zurückfördern zu müssen. Hierdurch ist der Aufbau eines Unterdrucks am Dosierventil zur Ansaugung von ausreichend Luft bzw. Abgas in selbiges im Notausfall innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeitspanne möglich. Die notwendige Volumenstromleistung der Pumpe für das Rückfördern kann durch diese Maßnahme um ca. 75% gegenüber einem herkömmlichen Dosiersystem reduziert werden, welches eine Membranpumpe und ein 4/2 Wegeventil verwendet. Dies bedeutet eine erhebliche Kostenreduktion. Zudem verhindert das erfindungsgemäße Dosiersystem ein Auslaufen des Tankinhalts nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren über Ventilundichtigkeiten bei Applikationen, bei denen das Dosierventil geodätisch tiefer als der Dosiermitteltank und das Fördermodul liegt.
  • Bevorzugt ist in der Ansaugleitung ein zweiter Filter angeordnet. Dieser fungiert als Vorfilter für die Dosiermittellösung. Dadurch werden grobe Verschmutzungen und Partikel, welche die Pumpe schädigen könnten, von der Pumpe ferngehalten.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass in der Rücklaufleitung eine zweite Drossel angeordnet ist. Bei Nulldosierung sollte das Dosiersystem bevorzugt auf Betriebsdruck gehalten werden. Die zweite Drossel ermöglicht es hierbei die eingebrachte Pumpenergie der Pumpe in Form von Verlustwärme über eine aktive Umwälzung, d. h. einen Rücklauf in den Dosiermitteltank, abzuführen. Außerdem unterstützt die zweite Drossel beim Rücksaugen (siehe unten) den Druckabbau des hydraulisch zwischen dem ersten Rückschlagventil und der ersten Drossel eingespannten Volumens.
  • Außerdem ist es möglich, in der Rücklaufleitung ein drittes Rückschlagventil anzuordnen. Das dritte Rückschlagventil ist so eingerichtet, dass es den Transport des Dosiermediums vom Dosiermitteltank in Richtung des ersten Verbindungspunktes unterbindet. Das dritte Rückschlagventil verhindert somit die Verlagerung von Dosiermittel vom Dosiermitteltank durch die Rücklaufleitung und die Druckleitung ins Dosierventil. Zu einer solchen Verlagerung kann es in manchen Ausführungsformen der Erfindung kommen, wenn die Pumpe abgeschaltet ist. Wenn in der Rücklaufleitung eine zweite Drossel angeordnet ist, kann das dritte Rückschlagventil entweder zwischen dem Dosiermitteltank und der zweiten Drossel angeordnet sein oder es kann alternativ zwischen der zweiten Drossel und dem ersten Verbindungspunkt angeordnet sein.
  • Der Betrieb des erfindungsgemäßen Dosiersystems kann in eine Förderphase (A), eine Rücksaugphase (B) und den Abstellfall (C) aufgeteilt werden.
  • Beim Betreiben des erfindungsgemäßen Dosiersystems in der Förderphase (A) wird während einer Dosierphase das erste Rückschlagventil bzw. Filter-Rückschlagventil geöffnet, das zweite Rückschlagventil bzw. Impuls-Rückschlagventil wird geschlossen, und das Dosierventil wird geöffnet. Wenn während der Förderphase (A) keine Dosierung erfolgt, wird das Dosierventil geschlossen, das erste Rückschlagventil bleibt jedoch geöffnet und das zweite Rückschlagventil bleibt geschlossen. Dadurch kann ein von der Pumpe erzeugter Volumenstrom über die Rücklaufleitung in den Dosiermitteltank abgeführt werden, so dass der Systemdruck im Dosiersystem auch dann erhalten bleibt, wenn keine Dosierung des Dosiermittels erfolgt. Während des Förderns eines Dosiermittels ist das erste Rückschlagventil deshalb immer geöffnet und das zweite Rückschlagventil ist geschlossen.
  • Nach Beendigung der Förderphase (A) wird durch Drehrichtungsumkehr des Pumpenmotors eine Förderrichtungsumkehr der Pumpe bewirkt und so die Rücksaugphase (B) eingeleitet. Das erste Rückschlagventil schließt sich und das zweite Rückschlagventil öffnet sich. Die Aktivierung des Dosierventils erfolgt elektrisch gesteuert über einen Programmablauf in einem Steuergerät. Es ist daher kein Schließen des Dosierventils vor oder während dem Rücksaugprozess notwendig. Sollte das Dosierventil jedoch während des Rücksaugens geschlossen sein, so wird das Dosierventil geöffnet, um Luft bzw. Abgas anzusaugen, sobald der Drucksensor das Unterschreiten eines bestimmten Druckes in der Druckleitung detektiert.
  • Bevorzugt wird nach Beendigung einer Dosierung durch Drehrichtungsumkehr des Pumpenmotors eine Förderrichtungsumkehr der Pumpe mit Maximaldrehzahl bewirkt, um ein möglichst schnelles Rücksaugen des Dosiermittels zu ermöglichen.
  • Falls kein Notaus-Abstellfall vorliegt, liegt weiterhin die Systemspannung an und ermöglicht ein normales Rücksaugen bei weiterhin geöffnetem Dosierventil. Da hierzu kein Betrieb der Pumpe mit Maximaldrehzahl mehr notwendig ist, ist es besonders bevorzugt, dass nach einem bestimmten Zeitraum die Drehzahl der Pumpe verringert wird. Ganz besonders bevorzugt wird nach einem Zeitraum von einer Sekunde, d. h. dem Zeitraum, in dem während einer Notabschaltung noch Systemspannung zur Verfügung stehen würde, die Drehzahl der Pumpe auf Normaldrehzahl verringert. Es wird bevorzugt solange zurückgesaugt, bis ein definierter Teil des Volumens aus der Druckleitung in den Dosiermitteltank zurückgefördert ist. Die Luftmenge im Dosierventil, in der Druckleitung und im restlichen Fördermodul wird dadurch derart vergrößert, dass der maximal mögliche Eisdruckschutz durch Luftfüllung erreicht ist. Dann kann das Dosiersystem komplett abgestellt werden, so dass der Abstellfall (C) vorliegt.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des Dosiersystems ausführt, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft, und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert:
  • 1 zeigt ein herkömmliches Dosiersystem gemäß dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosiersystems.
  • 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Drucks am Drucksensor, am Dosierventil und am ersten Filter eines erfindungsgemäßen Dosiersystems während der ersten Sekunde eines Rücksaugvorgangs mit einer Pumpendrehzahl von maximal 12.000 Umdrehungen pro Minute.
  • 4 zeigt den zeitlichen Verlauf der in ein erfindungsgemäßes Dosiersystem während der ersten Sekunde eines Rücksaugvorgangs mit einer Pumpendrehzahl von maximal 12.000 Umdrehungen pro Minute eingesaugten Luftmenge.
  • 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Pumpendrehzahl in einem erfindungsgemäßen Dosiersystems während der ersten Sekunde eines Rücksaugvorgangs mit einer Pumpendrehzahl von maximal 12.000 Umdrehungen pro Minute.
  • 6 zeigt den zeitlichen Verlauf des Drucks am Drucksensor, am Dosierventil und am ersten Filter eines erfindungsgemäßen Dosiersystems während der ersten Sekunde eines Rücksaugvorgangs mit einer Pumpendrehzahl von maximal 6.000 Umdrehungen pro Minute.
  • 7 zeigt den zeitlichen Verlauf der in ein erfindungsgemäßes Dosiersystem während der ersten Sekunde eines Rücksaugvorgangs mit einer Pumpendrehzahl von maximal 6.000 Umdrehungen pro Minute eingesaugten Luftmenge.
  • 8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Pumpendrehzahl in einem erfindungsgemäßen Dosiersystems während der ersten Sekunde eines Rücksaugvorgangs mit einer Pumpendrehzahl von maximal 6.000 Umdrehungen pro Minute.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosiersystems gezeigt. Dieses ist für den SCR-Katalysator des Motors eines ADR-Fahrzeugs geeignet. Ein Reduktionsmitteltank 210, welcher AdBlue® enthält, ist mittels einer Ansaugleitung 220 mit einer Zahnradpumpe 230 verbunden. In der Ansaugleitung 220 ist ein Vorfilter 221 angeordnet. Eine Verbindungsleitung 240 verbindet die Zahnradpumpe 230 mit einem Hauptfilter 250. Der Hauptfilter 250 verfügt über ein Eisdruckkompensationselement. In der Verbindungsleitung 240 ist ein erstes Rückschlagventil 241 angeordnet, welches die Förderung von AdBlue® vom Hauptfilter 250 in Richtung der Zahnradpumpe 230 unterbindet. Der Hauptfilter 250 ist mittels einer Druckleitung 260 mit einem Dosierventil 270 verbunden. In der Druckleitung 260 ist ein Drucksensor 261 angeordnet. Zwischen dem Hauptfilter 250 und dem Drucksensor 261 ist eine erste Drossel 262 angeordnet. Zwischen dem Hauptfilter 250 und der ersten Drossel 262 zweigt eine Rücklaufleitung 280 an einem ersten Verbindungspunkt 281 von der Druckleitung 260 ab. Die Rücklaufleitung 280 enthält eine zweite Drossel 282 und endet im Dosiermitteltank 210. Zwischen dem Dosiermitteltank 210 und der zweiten Drossel 282 ist ein drittes Rückschlagventil 283 angeordnet. Das dritte Rückschlagventil 283 ist so eingerichtet, dass es den Transport des Dosiermediums durch die Rücklaufleitung 280 vom Dosiermitteltank 210 in Richtung des ersten Verbindungspunktes 281 unterbindet. Eine Rücksaugleitung 290 verbindet einen zweiten Verbindungspunkt 291 an der Verbindungsleitung 240 zwischen der Pumpe 230 und dem ersten Rückschlagventil 241 mit einem dritten Verbindungspunkt 292 an der Druckleitung 260 zwischen dem Drucksensor 261 und der ersten Drossel 262. In der Rücksaugleitung 290 ist ein zweites Rückschlagventil 293 angeordnet, welches die Förderung von AdBlue® durch die Rücksaugleitung 290 in Richtung vom zweiten Verbindungspunkt 291 zum dritten Verbindungspunkt 292 unterbindet.
  • Während des normalen Dosier- und Fördervorgangs saugt die Zahnradpumpe 230 über den Vorfilter 221 AdBlue® aus dem Reduktionsmitteltank 210 an und bringt es auf den erforderlichen Systemdruck. Das zweite Rückschlagventil 293 ist geschlossen, so dass AdBlue® durch das erste Rückschlagventil 241 durch den druckseitigen Hauptfilter 250 strömt. Das Eisdruckkompensationselement im druckseitigen Filter 250 wird komprimiert und nimmt hierbei ein entsprechendes Volumen an AdBlue® auf. Nach dem Filter 250 strömt eine gewisse Menge AdBlue® über die zweite Drossel 282 und Rücklaufleitung 280 in den Reduktionsmitteltank 210 zurück. Die für die Dosierung benötigte Menge durchströmt die erste Drossel 262, läuft am für die Regelung des Systemdrucks verwendeten Drucksensor 261 vorbei und wird über die Druckleitung 260 zum Dosierventil 270 geleitet. Hier wird das AdBlue® nach Bedarf in den Abgasstrang eindosiert.
  • Betätigt der Fahrer des ADR-Fahrzeugs den Fahrzeug-Notaus, wird das Fahrzeug-Gesamtsystem nach Ablauf einer Sekunde stromlos geschaltet. Innerhalb dieser Zeit wird erfindungsgemäß ein ausreichender Gefrierschutz für die Komponenten hergestellt. Es erfolgt ein Rücksaugen des AdBlue® durch sofortige Drehrichtungsumkehr der Zahnradpumpe 230 mit Maximaldrehzahl bei geschlossenem Dosierventil 270. Durch Rückförderung des AdBlue® in den Reduktionsmitteltank 210 über den Vorfilter 221 und die Ansaugleitung 220 verringert sich der Systemdruck. Das erste Rückschlagventil 241 schließt, das Entspannungsvolumen des Eisdruckkompensationskörpers im Hauptfilter 250 kann sich nur noch über die zweite Drossel 282 und Rücklaufleitung 280 in den Reduktionsmitteltank 210 und zu geringerem Anteil über die erste Drossel 262 in das rückgesaugte hydraulische Volumen entspannen. Durch die Anordnung von erstem Rückschlagventil 241 und erster Drossel 262 wird das Entspannungsvolumen des Eisdruckkompensationselements im Hauptfilter 250 hydraulisch isoliert und entspannt sich langsam über die zweite Drossel 282 und die Rücklaufleitung 280 in den Reduktionsmitteltank 210. Die über die erste Drossel 262 eingebrachte Menge in den zu entleerenden Zweig ist sehr gering. Durch diese Entkopplung der Entspannungsvolumina von Eisdruckkompensationselement im Hauptfilter 250 und Druckleitung 260 wird die bis zum Erreichen eines ausreichenden Unterdrucks benötigte Rückförderleistung der Zahnradpumpe 230 auf ein Minimum reduziert. Das in der Druckleitung 260 gespeicherte hydraulische Volumen fließt nun über das zweite Rückschlagventil 293 in Richtung Zahnradpumpe 230 und wird inklusive des geringen zuströmenden Volumenstroms aus dem Eisdruckkompensationselement des Hauptfilters 250 über die erste Drossel 262 in den Reduktionsmitteltank zurückgefördert. Nach einer gewissen Zeit hat die Zahnradpumpe 230 das gesamte Entspannungsvolumen über die Ansaugleitung 220 zurückgefördert und kann nun den notwendigen Unterdruck aufbauen. Sobald vom Drucksensor 261 ein ausreichender Unterdruck detektiert wird, wird das Dosierventil 270 angesteuert und Luft bzw. Abgas wird angesaugt. Die rückgesaugte Menge an Gasvolumina ist für den Eisdruckschutz des Dosierventils 270 ausreichend. Das Volumen im Hauptfilter 250, welches sich auf einem höheren Druckniveau befindet als die Volumina der Druckleitung 260 strömt innerhalb der einen Sekunde über die zweite Drossel 282 und die erste Drossel 262 bis zum Druckausgleich ab. Nach Ablauf von einer Sekunde ist das Notaus-Rücksaugen abgeschlossen und damit ist der notwendige Basisschutz für das nicht eisdruckfeste Dosierventil 270 hergestellt.
  • Das erfindungsgemäße Dosiersystem kann nicht zwischen dem Notaus-Fall und einem normalen Fahrzeugabstell-Fall unterschieden. Falls kein Notaus-Fall vorliegt, liegt allerdings weiterhin die Systemspannung an und ermöglicht ein normales Rücksaugen bei weiterhin geöffnetem Dosierventil 170. Hierbei wird mit Normaldrehzahl der Zahnradpumpe 230 solange zurück gesaugt, bis ein definierter Teil des Volumens aus der Druckleitung 260 in den Reduktionsmitteltank 210 zurückgefördert ist. Die Luftmenge im Dosierventil 270, in der Druckleitung 260 und im restlichen Fördermodul wird dadurch derart vergrößert, dass der maximal mögliche Eisdruckschutz durch Luftfüllung erreicht ist. Dann kann das Dosiersystem komplett abgestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße Dosiersystem wurde auf Funktionalität mittels 1D-Strömungssimulation mit dem Tool AmeSim (LMS Imagine Lab) untersucht. Die Ergebnisse für Rücksaugen mit einer maximalen Pumpendrehzahl von 12.000 Umdrehungen pro Minute, jeweils für einen Simulationszeitraum von einer Sekunde, sind in den 3 bis 5 dargestellt. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Drucks P (in bar; 1 bar = 105 Pascal) am Drucksensor 261, am Dosierventil 270 und am ersten Filter 250. Aus den unterschiedlichen Druckniveaus ist die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Dosiersystems klar ersichtlich. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf des pro Minute in das Dosiersystem eingesaugten Luftvolumens V_a. Nach Ablauf von einer Sekunde wurde insgesamt 13 cm3 Gasvolumen eingesaugt. Dies reicht für einen zuverlässigen Eisdruckschutz vollkommen aus. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Pumpendrehzahl n.
  • Die Simulation wurde für eine maximale Pumpendrehzahl von 6.000 Umdrehungen pro Minute wiederholt. Die Ergebnisse sind in den 6 bis 8 dargestellt. 6 kann entnommen werden, dass nach Ablauf von einer Sekunde insgesamt 10,5 cm3 Gasvolumen eingesaugt wurde. Dies ist zwar weniger als bei einer maximalen Pumpendrehzahl von 12.000 Umdrehungen pro Minute, reicht für einen zuverlässigen Eisdruckschutz aber immer noch aus. Somit kann das erfindungsgemäße Dosiersystem auch dann zuverlässig eingesetzt werden, wenn nur geringe Pumpendrehzahlen erreicht werden können.
  • Das erfindungsgemäße Dosiersystem ermöglicht es somit, zuverlässigen Eisdruckschutz bei ADR-Fahrzeugen auch dann zu gewährleisten, wenn kein eisdruckfestes Dosierventil verwendet wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010031660 [0007]

Claims (10)

  1. Dosiersystem, insbesondere für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine, umfassend a. einen Dosiermitteltank (210), b. eine Pumpe (230), welche mittels einer Ansaugleitung (220) mit dem Dosiermitteltank (210) verbunden ist, c. einen ersten Filter (250), welcher über ein Eisdruckkompensationselement verfügt, und der mittels einer Verbindungsleitung (240) mit der Pumpe (230) verbunden ist, d. ein Dosierventil (270), welches mittels einer Druckleitung (260) mit dem Filter (250) verbunden ist, e. einen Drucksensor (261), welcher in der Druckleitung (260) angeordnet ist, f. eine Rücklaufleitung (280), welche an einem ersten Verbindungspunkt (281) mit der Druckleitung (260) verbunden ist und im Dosiermitteltank (210) endet, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiersystem weiterhin umfasst: g. ein erstes Rückschlagventil (241), welches in der Verbindungsleitung (240) angeordnet ist, h. eine erste Drossel (262), welche zwischen dem Drucksensor (261) und dem ersten Filter (250) in der Druckleitung (260) angeordnet ist, i. eine Rücksaugleitung (290), welche an einem zweiten Verbindungspunkt (291) zwischen der Pumpe (230) und dem ersten Filter (250) mit der Verbindungsleitung (240) verbunden ist und an einem dritten Verbindungspunkt (292) zwischen dem Drucksensor (261) und der ersten Drossel (262) mit der Druckleitung (260) verbunden ist, und j. ein zweites Rückschlagventil (293), welches in der Rücksaugleitung (290) angeordnet ist, und dass bei der Pumpe (230) durch Drehrichtungsumkehr des Pumpenmotors eine Förderrichtungsumkehr bewirkt werden kann.
  2. Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Pumpe (230) um eine Zahnradpumpe handelt.
  3. Dosiersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ansaugleitung (220) ein zweiter Filter (221) angeordnet ist.
  4. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (280) eine zweite Drossel (282) angeordnet ist.
  5. Verfahren zum Betreiben des Dosiersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass A. während des Förderns eines Dosiermittels das erste Rückschlagventil (241) geöffnet wird, und das zweite Rückschlagventil (293) geschlossen wird, und B. nach Beendigung des Förderns durch Drehrichtungsumkehr des Pumpenmotors eine Förderrichtungsumkehr der Pumpe (230) bewirkt wird, das erste Rückschlagventil (241) geschlossen wird, und das zweite Rückschlagventil (293) geöffnet wird, wobei das Dosierventil (270) geöffnet wird, sobald der Drucksensor (261) das Unterschreiten eines bestimmten Druckes in der Druckleitung (260) detektiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Förderns durch Drehrichtungsumkehr des Pumpenmotors eine Förderrichtungsumkehr der Pumpe (230) mit Maximaldrehzahl bewirkt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Förderns nach einem bestimmten Zeitraum die Drehzahl der Pumpe (230) verringert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Förderns nach einem Zeitraum von einer Sekunde die Drehzahl der Pumpe (230) auf Normaldrehzahl verringert wird.
  9. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8 ausführt, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft.
  10. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
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