DE102011078495A1

DE102011078495A1 - System und Verfahren zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011078495A1
Application number: DE102011078495A
Authority: DE
Inventors: Stefan Stein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2012-03-22
Also published as: WO2012019883A1

Abstract

System und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges, wobei das System Mittel zur Extraktion von Wasser aus einem Fluid, insbesondere einem Fluid zur Unterstützung einer Abgasnachbehandlung des Fahrzeuges, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Prüfmittel vorgesehen sind, die prüfen, ob ein vorgegebener erster Betriebszustand vorliegt und dass Steuermittel vorgesehen sind, die im Falle eines positiven Prüfergebnisses der Prüfmittel die Eindosierung des extrahierten Wassers in eine Funktionseinheit des Fahrzeuges freigeben.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem System und einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Es sind bereits Fahrzeuge bekannt, insbesondere mit direkt einspritzenden Dieselmotoren, bei denen das im Kraftstoff oder in der Druckluft enthaltene Wasser zu Schädigungen von Bauteilen bis hin zum Ausfall von Komponenten der Einspritzeinlage oder Komponenten der Abgasnachbehandlung führen kann. Das im Kraftstoff gelöste Wasser reduziert insbesondere bei Dieselkraftstoff die Schmiereigenschaften und führt somit zu erhöhtem Verschleiß. Parallel kann es durch in Kraftstoff oder Druckluft gelöstes Wasser zu Korrosion an den Komponenten von Einspritz- und Abgasnachbehandlungssystem kommen.
Bei Kraftstoffeinspritzsystemen werden Wasserabscheider eingesetzt, die einen großen Teil des im Kraftstoff gelösten freien Wassers abscheiden. Ein solcher Wasserabscheider ist aus der DE 10 2004 032 251 B4 bekannt.
Zur Abgasnachbehandlung sind aus der DE 44 36 415 A1 Systeme bekannt, bei denen Kraftstoff zur Abgasnachbehandlung über ein Dosierelement in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eindosiert wird. Das Einbringen von Kraftstoff in den Abgasstrang wird beispielsweise genutzt, um die Abgastemperatur zu erhöhen, da gewisse katalytische Reaktionen in der Abgasnachbehandlung, beispielsweise die Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) oder das Abbrennen der Partikelbeladung eines Rußpartikelfilters bei Temperaturen ablaufen, für die die Abgastemperatur der Brennkraftmaschine in definierten Betriebszuständen unzureichend ist.
Wasser in Komponenten von Abgasnachbehandlungssystemen, Einspritzsystemen oder Druckluftsystemen eines Kraftfahrzeuges kann zu Korrosion führen. Die gegenüber Dieselkraftstoff deutlich reduzierte Schmierfähigkeit von Wasser kann zusätzlich den Verschleiß der Komponenten im Betrieb erhöhen. Beim Abscheiden von Wasser aus einem Fluid kann die Qualität des Fluids, beispielsweise Dieselkraftstoffs, gesteigert werden, es können jedoch Fluidreste in dem extrahierten Wasser verbleiben, wodurch das extrahierte Wasser bislang aufwendig und teuer als potenzieller Gefahrstoff entsorgt werden musste. Durch die Eindosierung des extrahierten, aber potenziell mit Fluidresten kontaminierten, Wassers in den Abgasstrang kann auf eine aufwendige Entsorgung des Wassers verzichtet werden, da die Fluidreste im Wasser hier die Abgasnachbehandlung unterstützen und in für die Umwelt, insbesondere das Grundwasser, ungefährliche Komponenten, insbesondere Kohlenstoffdioxid und Wasser, umgewandelt werden.
Das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren zur Abgasnachbehandlung lösen die Aufgabe mit geringem konstruktivem Aufwand die Vorteile der Extraktion von Wasser aus einem Betriebsstoff wie Druckluft oder Kraftstoff mit der Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine. Insbesondere wird der Aufwand des manuellen Wasserablassens aus einem Sammelbehälter eines Wasserabscheiders eingespart, da durch das System ein automatisches Wasserablassen, auch im Fahrbetrieb, ermöglicht wird.
Vorteile der Erfindung:
Das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass Prüfmittel vorhanden sind, die prüfen, ob ein vorgegebener erster Betriebszustand vorliegt und dass Steuermittel vorgesehen sind, die im Falle eines positiven Prüfergebnisses der Prüfmittel die Eindosierung des extrahierten Wassers in eine Funktionseinheit des Kraftfahrzeuges freigeben. Dadurch gelingt es, mit geringem konstruktivem Aufwand die Vorteile der Extraktion von Wasser aus einem Betriebsstoff wie z. B. Druckluft oder Kraftstoff mit der Abgasnachbehandlung, insbesondere der Eindosierung eines Hilfsmediums zur Unterstützung der Abgasnachbehandlung in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine zu verbinden. Besonders vorteilhaft ist, dass der Aufwand des manuellen Wasserablassens aus einem Sammelbehälter von Mitteln zur Extraktion von Wasser aus einem Fluid eingespart wird, da durch das System ein automatisches Wasserablassen, insbesondere während des Betriebs der Brennkraftmaschine, ermöglicht wird.
Somit kann auf einfache und kostengünstige Weise eine automatisierte Entleerung der Mittel zur Extraktion von Wasser aus einem Fluid erfolgen, wobei die Mittel insbesondere einen Wasserabscheider umfassen, so dass der Aufwand eines manuellen Wasserablassens eingespart werden kann. Das extrahierte Wasser kann somit an anderer Stelle des Kraftfahrzeuges genutzt oder entsorgt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Systems möglich.
Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, dass die Funktionseinheit der Abgasstrang der Brennkraftmaschine ist. Somit kann zusätzlich die Fluidzufuhr in den Abgasstrang zeitlich und mengenmäßig geregelt oder gesteuert werden kann, so dass das extrahierte Wasser in der Zeit, in der kein Fluid zur Unterstützung der Abgasnachbehandlung benötigt wird, eindosiert wird und dabei nicht die Versorgung der Fluidzufuhr für eine optimale Abgasnachbehandlung stört.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Systems besteht darin, dass die Steuermittel im Falle eines von den Prüfmitteln detektierten zweiten vorgegebenen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine die Eindosierung des Fluids, insbesondere nach Extraktion des Wassers aus dem Fluid, in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine freigeben.
Dabei enthält das Fluid einen reduzierten Wasseranteil, wodurch insbesondere bei Dieselkraftstoff die Schmiereigenschaften des Fluids besser als bei dem gleichen Fluid mit einem relativ höheren Wasseranteil sind, so dass der Verschleiß der Komponenten des Systems zur Abgasnachbehandlung reduziert ist. Die Abgasnachbehandlung kann durch die Reduktion des Wasseranteils in dem Fluid zur Abgasnachbehandlung verbessert werden, da das Fluid eine höhere Energiedichte hat als das gleiche Fluid mit einem relativ höheren Wasseranteil und dadurch die Abgastemperatur bei gleichen Randbedingungen angehoben wird. Auf diese Weise lässt sich die Wirksamkeit der Abgasnachbehandlung potenziell steigern lässt, da sich durch die höhere Abgastemperaturen höhere Konvertierungsraten in weiteren Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung, beispielsweise einem Oxidations-katalysator, erzielen lassen. Gleichzeitig kann eine gemeinsame Steuereinrichtung für das Eindosierung von Wasser und Fluid in den Abgasstrang genutzt werden, was die Anzahl der zusätzlichen Komponenten begrenzt.
Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung des Systems besteht darin, dass die Steuermittel die Eindosierung des Fluids unabhängig von dem detektierten Betriebszustand freigeben. Vorteilhaft ist dabei, dass das Fluid somit unabhängig vom extrahierten Wasser oder zusätzlich zum extrahierten Wasser eindosiert werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Steuermittel im Falle des von den Prüfmitteln detektierten ersten Betriebszustand die Eindosierung des extrahierten Wassers in den Abgasstrang freigeben und die Eindosierung des Fluids sperren und im Fall des von den Prüfmitteln detektierten zweiten Betriebszustand die Eindosierung des Fluids in den Abgasstrang freigeben und die Eindosierung des extrahierten Wassers in den Abgasstrang sperren. Im zweiten Betriebszustand kann so das Fluid zur Abgasnachbehandlung, beispielsweise Dieselkraftstoff zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters oder Druckluft in den Abgasstrang eindosiert werden, während im ersten Betriebszustand das extrahierte, potenziell mit Fluidresten kontaminierte Wasser über den Abgasstrang unschädlich gemacht werden und entsorgt werden kann. Durch das jeweilige Sperren der Eindosierung des anderen Mediums kann dadurch in vorteilhafter Weise die Eindosierung von Fluid und Wasser gesteuert oder geregelt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Prüfmittel den zweiten Betriebszustand erkennen, wenn sie nach einer Freigabe der Eindosierung des extrahierten Wassers in den Abgasstrang die Beendigung der Freigabe der Eindosierung des extrahierten Wassers in den Abgasstrang erkennen.
Um Korrosion an Komponenten des Systems zur Abgasnachbehandlung weitestgehend zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das extrahierte Wasser möglichst schnell aus diesen Komponenten entfernt wird. Daher ist es förderlich, wenn die Steuermittel nach dem ersten Betriebszustand, bei dem die Eindosierung des extrahierte Wasser in den Abgasstrang freigegeben wird, auf den zweiten Betriebszustand, bei dem die Eindosierung des Fluids freigegeben wird, umschalten, um das System zu spülen und das Wasser aus den Komponenten des Systems zu entfernen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Prüfmittel den zweiten vorgegebenen Betriebszustand erkennen, wenn sie, insbesondere ausgehend von einem vom zweiten Betriebszustand verschiedenen Betriebszustand, einen Abschaltewunsch der Brennkraftmaschine erkennen.
Da die Spülung des Systems mit Fluid insbesondere vor einem Abschaltewunsch der Brennkraftmaschine vorteilhaft, ist es vorteilhaft, wenn die Prüfmittel, beispielsweise ein zur Steuerung der Brennkraftmaschine eingesetztes Steuergerät mit einem, beispielsweise als in Softwareform realisierten, Prüfprogramm feststellen, dass ein Abschaltewunsch der Brennkraftmaschine vorliegt, um den Spülvorgang zu starten, damit bei abgeschalteter Brennkraftmaschine kein Wasser in den Komponenten zur Abgasnachbehandlung verbleibt und hier die Korrosionsgefahr minimiert wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Steuermittel als Ventil, insbesondere als 3/2-Wege-Ventil oder als Magnetventil, oder als Drossel ausgebildet sind. Die Ausführung der Steuermittel als Ventil ermöglich eine besonders einfach und somit kostengünstige Gestaltung der Steuermittel, wobei insbesondere ein 3/2-Wege-Ventil, welches entweder die Verbindung vom Fluidausgang des Wasserabscheiders zum Dosierelement freigibt und gleichzeitig die Verbindung zwischen dem Wasserauslass des Wasserabscheiders und dem Dosierelement sperrt oder die Verbindung vom Wasserauslass des Wasserabscheiders zum Dosierelement freigibt und gleichzeitig die Verbindung vom Fluidsausgang des Wasserabscheiders zum Dosierelement sperrt, vorteilhaft ist. Damit wird zeitgleich immer nur die Eindosierung von einem der beiden Medien, Wasser oder Fluid, freigegeben. Magnetventile eignen sind insbesondere, um die Eindosierung des extrahierten Wassers freizugeben oder zu sperren. Alternativ eignet sich auch eine Drossel, insbesondere eine regelbare Drossel, um die Zufuhr von dem extrahierten Wasser oder dem Fluid zum Abgasstrang zu steuern und die Eindosierung freizugeben oder zu sperren.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel zur Extraktion von Wasser eine Membran, insbesondere eine semipermeable Membran aufweisen. Durch eine Membran, die für Wasser durchlässig ist, für Kraftstoff jedoch undurchlässig, kann auf einfache und kostengünstige Weise das Wasser aus dem Medium separiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Mittel zur Extraktion von Wasser zusätzlich ein Wasserreinigungsmodul umfassen. Durch ein zusätzliches Wasserreinigungsmodul kann das extrahierte Wasser nochmals von Verunreinigungen und Kontaminationen befreit werden, wobei die Reinigung die Verwendung des extrahierten Wassers in weiteren Funktionseinheiten des Fahrzeugs, beispielsweise zur Scheinwerfer- oder Scheibenreinigung oder zur Anfeuchtung der Fahrzeugluft im Fahrzeug erleichtert.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Wasserreinigungsmodul eine semipermeable Membran aufweist, wobei die Membran für Wasser durchlässig und für Kraftstoff weitestgehend undurchlässig ist. Somit lassen sich die Vorteile der beiden vorgehend genannten Weiterbildungen kombinieren.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Mittel zur Extraktion von Wasser als Hohlkörper, insbesondere als Hohlfaser-Membranmodul ausgebildet sind. Vorteilhaft ist dabei ein Hohlkörper, bei dem das Medium durch das innere des Hohlkörpers strömt und das Wasser nach außen hin abgeschieden wird. Dabei wird ein günstiges Verhältnis von Oberfläche des Wasserabscheiders zu Volumenstrom durch den Hohlkörper und somit eine hohe Wasserabscheide-Rate erreicht. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung eines Hohlfaser-Membranmoduls, da dabei durch eine Vielzahl von dünnen Kanälen und entsprechend ummantelnden Flächen dieser Vorteil noch verstärkt wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Membran aus einem Ionomer, insbesondere einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer, besteht. Die Verwendung eines Ionomers für die Membran bietet den Vorteil, dass der Ionomer-Membran die gewünschte Eigenschaft, für Wasser durchlässig und für Kraftstoff durchlässig zu sein, aufweist. Die Gruppe der Tetraflourethylen-Polymere ist hier aus Funktions-, Fertigungs- und Haltbarkeitsgründen besonders vorteilhaft.
Eine weitere vorteilhaft Weiterbildung des Systems besteht darin, da dass die Prüfmittel Ermittlungsmittel, Vergleichsmittel und Erkennungsmittel umfassen. Die Ermittlungsmittel, insbesondere Ermittlungsglieder zur Erfassung von Temperaturen, speziell Temperaturen von Fluid, Wasser oder Abgas, zur Zeitmessung und/oder zur Füllstandsmessung, insbesondere zur Füllstandsmessung eines Sammelbehälters des Wasserabscheiders können so eine Messgröße ermitteln, welche mit einem in einem Vergleichsmittel, insbesondere softwaretechnisch abgelegten Vergleichs-werten, verglichen werden und Erkennungsmittel, welche bei Vergleich der ermittelten Messgröße mit den in den Vergleichsmitteln vorgegebenen Vergleichswert das Vorliegen eines Betriebszustandes des Systems erkennen. Dadurch können die im System ablaufenden Prozessschritte automatisiert und/oder gesteuert bzw. geregelt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Ermittlungsmittel einen Füllstandsmesser umfassen, der die Menge des extrahierten Wassers ermittelt, dass die Vergleichsmittel die ermittelte Menge mit einem Mengen-Schwellwert (M_S) vergleichen und dass die Erkennungsmittel den ersten Betriebszustand erkennen, wenn die ermittelte Menge des extrahierten Wassers den vorgegebenen Mengen-Schwellwert (M_S) überschreitet. Auf diese Weise kann die Eindosierung des Wassers freigegeben werden, wenn der Wasserabscheider einen gewissen Füllstand erreicht hat, um ein Überlaufen des extrahierten Wassers aus dem Sammelbehälter zu vermeiden, wobei eine Automatisierung der Prozesssteuerung über die Vergleichsmittel und/oder Erkennungsmittel ermöglicht ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems besteht darin, dass die Ermittlungsmittel ein Zeitglied umfassen, das eine Betriebszeit der Brennkraftmaschine ermittelt, dass die Vergleichsmittel die ermittelte Betriebszeit mit einem vorgegebenen Zeit-Schwellwert (t_S) vergleichen und dass die Erkennungsmittel den ersten Betriebszustand erkennen, wenn die ermittelte Betriebszeit den vorgegebenen Zeit-Schwellwert (t_S) überschreitet. Auf diese Weise kann die Eindosierung des Wassers freigegeben werden, wenn eine definierte Betriebszeit der Brennkraftmaschine erreicht ist, um ein Überlaufen des extrahierten Wassers aus dem Sammelbehälter zu vermeiden, wobei eine Automatisierung der Prozesssteuerung über die Vergleichsmittel und/oder Erkennungsmittel ermöglicht ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems zur Abgasnachbehandlung besteht darin, dass die Erkennungsmittel einen Temperatursensor umfassen, der die Abgastemperatur ermittelt, dass die Vergleichsmittel die ermittelte Abgastemperatur mit einen vorgegebenen Temperatur-Schwellwert (T_S) vergleichen und das die Erkennungsmittel den ersten Betriebszustand nur dann erkennen, wenn die vom Temperatursensor ermittelte Temperatur den vorgegebenen Temperatur-Schwellwert (T_S) erreicht oder überschreitet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass das extrahierte Wasser bei der Eindosierung in den Abgasstrang nicht verdampft, was zu Korrosionsschäden, insbesondere Korrosionsschäden im Abgasstrang, führen kann und/oder im extrahierten Wasser enthaltene Fluidreste nicht durch weitere Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung, insbesondere im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnete weitere Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung, ausreichend gereinigt werden und/oder in für die Umwelt unschädliche Stoffe konvertiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass stromabwärts der Steuermittel Dosiermittel zum Eindosieren des extrahierten Wassers und/oder des Fluid in den Abgasstrang angeordnet sind. Durch Dosiermittel, insbesondere direkt am oder im Abgasstrang angeordnete Dosiermittel, kann die Dosiergenauigkeit und Richtung der einzudosierenden Menge des Wassers und/oder des Fluids verbessert werden. So kann beispielsweise eine unerwünschte Wandbenetzung des Abgasstrangs durch das extrahierte Wasser reduziert werden. Zusätzlich kann durch die Dosiermittel ein Rückströmen von Abgasen aus dem Abgastrakt zu den Steuermitteln verhindert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems besteht darin, dass die Dosiermittel eine Zumesseinheit und eine Einspritzeinheit umfassen. Durch die Funktionstrennung von Zumessen der Menge an Fluid oder Wasser und der Einspritzeinheit erhält man eine größere Flexibilität bei der Gestaltung und Positionierung der Bauteile. Insbesondere die Einspritzeinheit kann so optimal im oder am Abgasstrang positioniert werden, um das extrahierte Wasser und/oder das Fluid in das durch den Abgasstrang strömende Abgas einzudosieren.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems besteht darin, dass die Einspritzeinheit als Einspritzventil, insbesondere als nach außen öffnendes Einspritzventil oder als nach außen öffnendes Tellerventil, ausgebildet ist. Die Verwendung eines Einspritzventils als Einspritzeinheit bietet den Vorteil, dass es bei geschlossenem Einspritzventil zu einer sicheren Trennung von Abgas im Abgasstrang und Wasser oder Fluid im System kommt. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung eines nach außen öffnenden Ventils, da nach außen öffnende Ventil die Gefahr einer Verkokung des Fluids am Ventilsitz und somit eine Veränderung der eindosierten Menge reduzieren. Nach außen öffnende Tellerventil bieten zusätzlich den Vorteil, dass das Wasser oder das Fluid in einem breiten Kegelwinkel in den Abgasstrang eintreffen und somit gut in der Abgasströmung verteilt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass mindestens zwei aus der Menge der Mittel zur Extraktion von Wasser, der Steuermittel, der Dosiermittel und der Prüfmittel zumindest teilweise in einer gemeinsamen Vorrichtung, insbesondere mit einem gemeinsamen Gehäuse, integriert sind. Dadurch wird die Anzahl der zu montierenden Komponenten reduziert, was zur Zeitersparnis und Kostenreduktion in der Montage führt.
Eine alternative vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Steuermittel die Eindosierung des extrahierten Wassers stromab der Zumesseinheit und stromauf der Einspritzeinheit freigeben. Dabei werden Korrosionsschäden an der Zumesseinheit vermieden, da diese nicht vom extrahierten Wasser durchströmt wird. Dies ermöglicht auch die Verwendung von günstigeren Werkstoffen in der Zumesseinheit.
Eine weitere alternative vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Steuermittel die Eindosierung des Fluids stromauf der Zumesseinheit oder über eine zweite Einspritzeinheit freigeben. Durch die separate Eindosierung von extrahiertem Wasser und Fluid kann die Variabilität des Systems erhöht werden, da das Wasser und des Fluid an unterschiedlichen Stellen in den Abgasstrang eindosiert werden, wobei eine individuelle Optimierung der Eindosierstelle für Wasser und Fluid ermöglicht wird. Zusätzlich ermöglicht die Verwendung einer zweiten Einspritzeinheit die gleichzeitige Eindosierung von extrahiertem Wasser und Fluid, was die Applikationsmöglichkeiten des Systems zur Abgasnachbehandlung vergrößert.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Steuermittel ein Magnetventil, ein Rückschlagventil und/oder eine Drossel umfassen. Durch die Verwendung eines Rückschlagventil, eines Magnetventils oder einer Drossel in einer Verbindungsleitung vom Wasserauslass des Wasserabscheiders zu der Einspritzeinheit kann ein Rückströmen des Fluids über die Verbindungsleitung zum Wasserabscheider, insbesondere zu einem Sammelbehälter für das extrahierte Wasser, verhindert werden. Somit kann die Gefahr einer erneuten Vermischung des Fluids mit dem extrahierten Wasser vermieden werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems besteht darin, dass die Steuermittel eine Verbindungsleitung umfassen, die einen Fluidauslass an den Mitteln zur Extraktion von Wasser oder eine Fluidquelle direkt mit der Zumesseinheit oder der zweiten Einspritzeinheit verbinden. Diese Weiterbildung hat den positiven Effekt, dass die lediglich die Zufuhr des extrahierten Wassers gesperrt oder freigegeben werden muss, so dass hier zur Steuerung die Verwendung ein einfachen und kostengünstigen Ventils möglich ist.
Eine alternative vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Funktionseinheit ein Reinigungssystem für Fahrzeugscheiben oder Fahrzeugscheinwerfer, insbesondere ein Sammelbehälter dieses Reinigungssystems, ist. Vorteilhaft ist dabei, dass die Reinigungsflüssigkeit durch das extrahierte Wasser nachgefüllt werden kann.
Eine weitere alternative vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Funktionseinheit eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, insbesondere eine Einheit zur Anfeuchtung der Luft eines Fahrzeuginnenraums, ist. Vorteilhaft ist dabei, dass das Wasser zur Anfeuchtung der Raumluft während des Fahrbetriebs entsteht und nicht extern nachgefüllt werden muss.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges zeichnet sich dadurch aus, dass durch Steuermittel im zeitlichen Mittel ein vorgegebenes Mischungsverhältnis von extrahiertem Wasser und dem Fluid eingestellt wird. Dadurch können nicht nur das extrahierte Wasser oder das Fluid in die Funktionseinheit eindosiert werden, sonder auch beliebige Mischungsverhältnisse von extrahiertem Wasser und dem Fluid, so dass beispielsweise das Fluid durch das extrahierte Wasser gekühlt oder besser zerstäubt werden können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass das Steuermittel, insbesondere ein Magnetventil mit einer Frequenz größer als 1 Hz angesteuert wird, um eine Dispersion oder Mischung von extrahiertem Wasser und dem Fluid zu erreichen. Durch die hohe Ansteuerfrequenz kann, für den Fall, dass sich das Fluid nicht mit dem Wasser vermischt, eine Dispersion von extrahiertem Wasser und Fluid hergestellt werden und diese Dispersion in die Funktionseinheit eindosiert werden. Für den Fall, dass sich Wasser und Fluid mischen lassen, kann damit eine homogene Mischung erreicht werden. Dabei ist ein Magnetventil für die benötigten Ansteuerfrequenzen besonders geeignet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass in einem ersten Verfahrensschritt physikalische Eingangsgrößen von extrahiertem Wasser und dem Fluid erfasst werden und ein Sollwert für ein Mischungsverhältnis von extrahiertem Wasser und dem Fluid vorgegeben wird, und in einem zweiten Verfahrensschritt in Abhängigkeit des Sollwerts und der ermittelten physikalischen Eingangsgrößen das Mischungsverhältnis über ein Ansteuerdauer bzw. Ansteuerfrequenz des Steuermittels, insbesondere eines Magnetventils oder eines 3/2-Wege-Ventils, eingestellt wird. Dadurch können auf einfache Art und Weise die physikalischen Eigenschaften des extrahierten Wassers bzw. des Fluid, z. b. die Temperatur oder der Druck bei der Herstellung einer Mischung bzw. einer Dispersion berücksichtigt werden.
Zeichnungen:
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 und 2 zeigen das erfindungsgemäße System zur Abgasnachbehandlung in schematischer Darstellung
3 bis 6 zeigen konkrete Ausführungsbeispiele des Systems in schematischer Darstellung
7 zeigt Details der in dem erfindungsgemäßen System zur Abgasnachbehandlung verwandten Mittel zur Extraktion von Wasser
8 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Steuerung einer Gemischbildung von extrahiertem Wasser und Fluid
Kurze Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der 1 ist in schematischer Weise das erfindungsgemäße System zur Abgasnachbehandlung dargestellt.
Das System zur Abgasnachbehandlung weist einen mit Fluid 12 gefüllten Tank auf, der über Verbindungsleitungen 13, 14 mit den Mitteln 30 zur Extraktion von Wasser 31 verbunden ist, wobei die Verbindungsleitungen ein Fördermittel 20 umfassen.
Die Mittel 30 sind über eine Leitung 19 mit einer Funktionseinheit 100 und über eine Leitung 17 mit einem Abgasstrang 40 einer Brennkraftmaschine 5 eines Kraftfahrzeuges verbunden. Ferner umfasst das System Prüfmittel 80 zur Erkennung eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 5 und Steuermittel 90.
Das Fördermittel 20 fördert das Fluid 12 aus dem Tank über die Verbindungsleitungen zu den Mitteln 30 zur Extraktion von Wasser 31. Durch die Mittel wird dem Fluid 12 das Wasser 31 entzogen. Die Prüfmittel 80 stellen fest, ob ein erster Betriebszustand vorliegt und beeinflussen die Steuermittel 90 derart, dass im Falle eines positiven Prüfergebnisses der Prüfmittel 80 die Eindosierung des extrahierten Wassers 31 über die Verbindungsleitung 19 in eine Funktionseinheit 100 des Kraftfahrzeuges freigegeben wird. Dabei kann die Funktionseinheit 100 beispielsweise der Sammelbehälter des Wischwassers, ein Sammelbehälter zur Anfeuchtung der Luft zur Fahrzeug-Innenraum-Klimatisierung oder der Abgasstrang 40 der Brennkraftmaschine 5 sein. Dabei umfasst das beanspruchte System zur Abgasnachbehandlung die innerhalb der gestrichelten Linie in 1 liegenden Komponenten, kann aber auch eine oder mehrere der weitere Komponenten, insbesondere die zur Illustration und Erklärung der Funktion dargestellten Komponenten außerhalb der gestrichelten Linie, umfassen.
In dem in 2 dargestellen Beispiel ist die Funktionseinheit 100 der Abgasstrang 40 der Brennkraftmaschine. In 2 sind die Mittel 30 zur Extraktion von Wasser 31 als Wasserabscheider dargestellt, der über zwei Verbindungsleitungen 17, 19 mit den Steuermitteln 90 verbunden ist. Dabei führt eine erste Verbindungsleitung 17 für das Fluid 12 von einem Fluidausgang der Mittel 30 zur Extraktion von Wasser 31 zu den Steuermitteln 90 und eine zweite Verbindungsleitung 19 für das extrahierte Wasser 31 von einem Wasserauslass der Mittel 30 zur Extraktion von Wasser 31 zu den Steuermitteln 90. Von den Steuermitteln 90 führt eine weitere Verbindungsleitung 42 in den Abgasstrang 40 der Brennkraftmaschine 5.
In 3 ist ein erstes konkretisiertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zur Abgasnachbehandlung dargestellt. Das System weist einem mit Fluid 12 gefüllten Tank 10 auf, der über Versorgungsleitung 13 mit einem Förderelement 20 verbunden ist. Das Förderelement 20 ist über eine weitere Versorgungsleitung 14 mit einem Filter 25 verbunden, welcher über eine weitere Versorgungsleitung 16 mit den Mitteln 30 zur Extraktion von Wasser 31, hier als Wasserabscheider 30 mit einer semipermeablen Membran 71 dargestellt, verbunden ist. Am Wasserabscheider 30 sind zwei Auslassöffnungen ausgebildet, welche im Folgenden als Fluidausgang 32 und Wasserauslass 34 bezeichnet werden. Der Wasserabscheider 30 ist über den Fluidausgang 32 und eine Verbindungsleitung 17 mit einer Hochdruckpumpe 99 eines Kraftstoffeinspritzsystems unter weiter mit einer Brennkraftmaschine 5 verbunden. Der Wasserabscheider 30 ist ferner über den Fluidausgang 32 und Verbindungsleitungen 17, 18 mit einem Steuermittel 35, im dargestellten Beispiel einem 3/2-Wege-Ventil, verbunden. Zusätzlich ist der Wasserabscheider 30 über den Wasserauslass 34 und eine Verbindungsleitung 19 mit dem Steuermittel 35 verbunden, wobei die Verbindungsleitung 19 einen Sammelbehälter 29 für extrahiertes Wasser 31 umfasst. Das Steuermittel 35 ist über eine Verbindungsleitung 42 mit einem Dosiermittel 50 verbunden, welches an einem mit der Brennkraftmaschine 5 verbundenen Abgasstrang 40 angeordnet ist. Zusätzlich weist das dargestellte System einen im Abgasstrang 40 angeordneten Temperatursensor 47 auf. Weiterhin sind an dem Sammelbehälter 29 ein Füllstandsmesser 36 und an dem Steuermittel 35 ein Zeitglied 37 angeordnet, wobei der Temperatursensor 47, der Füllstandsmesser 36 und/oder das Zeitglied 37 über Signalleitungen mit einem Steuergerät 24 verbunden sind, welches Vergleichsmittel 38 und Erkennungsmittel 39 enthält, die softwaremäßig und/oder hardwaremäßig ausgebildet sein können. Die innerhalb der gestrichelten Linie liegenden Komponenten stellen dabei Komponenten des beanspruchten Systems zur Abgasnachbehandlung dar, die weiteren Komponenten dienen nur zur Illustration und Erklärung der Funktion des Systems.
Bei Brennkraftmaschinen 5 kann ein mit Wasser 31 vermischtes Fluid 12 zu Schädigungen von Einspritzkomponenten bis hin zum Ausfall des Einspritz-Systems führen. Das im Fluid 12 enthaltene Wasser 31 kann bereits zu diesen Schädigungen führen, weshalb von einigen Herstellern für Hochdruck-Einspritzsysteme bereits Wasserabscheider mit Abscheideraten von >95% des im Fluid 12, d. h. im Kraftstoff, gelösten Wasser gefordert werden. Dabei kann das separierte Wasser 31 Reste des Fluids 12 enthalten. Durch das erfindungsgemäße System zur Abgasnachbehandlung kann dieses Wasser 31 einfach und ohne Umweltgefährdung entsorgt werden, indem das extrahierte Wasser 31 aus dem Wasserabscheider 30 über das Dosiermittel 50 in den Abgasstrang 40 entsorgt wird. Vorhandene Reste von Fluid 12, insbesondere von Kraftstoff, werden im Abgasstrang 40 verbrannt und somit unschädlich gemacht.
Das Fluid 12, insbesondere Kraftstoff, wird mittels des Förderelements 20 aus dem Tank 10 über die Verbindungsleitungen 13, 14 zu dem Wasserabscheider 30, wobei das Fluid 12 den Filter 25 durchströmt, der Partikel und Verunreinigungen aus dem Fluid 12 herausfiltert, welche den Wasserabscheider 30 oder weitere Systemkomponten beschädigen oder die Wirksamkeit des Wasserabscheiders 30 reduzieren könnten.
Über den Fluidausgang 32 des Wasserabscheiders 30 und die Verbindungsleitungen 17 strömt das Fluid 12 weiter zu der Hochdruckpumpe 99 und wird in bekannter Art der Brennkraftmaschine 5 zugeführt.
Alternativ kann auch das Förderelement 20 entfallen, wenn das Fluid 12 von der Hochdruckpumpe 99 oder einen nicht dargestellten, der Hochdruckpumpe 99 vorgeschalteten, Vorförderpumpe aus dem Tank 10 angesaugt wird. Weiterhin kann der Filter 25 auch zwischen Tank 10 und Förderelement 20 angeordnet sein.
Bei Fluiden 12 mit geringer Partikelbelastung oder Verunreinigung kann das System auch ohne Filter 25 ausgeführt werden.
Beim Durchströmen des Wasserabscheiders 30 wird das im Fluid 12 gelöste Wasser 31 extrahiert und einem Sammelbehälter 29 zugeführt. Als ein sehr wirksamer Wasserabscheider 30 kann beispielsweise ein 7 dargestellter Hohlkörper, beispielsweise ein sogenanntes Hohlfaser-Membranmodul 76 verwandt werden, bei dem das Fluid 12 innerhalb von dünnen Rohrleitungen 78 strömt und das extrahierte Wasser durch die als semipermeable Membran ausgebildeten dünnen Rohrleitungen 78 in die Zwischenräume 79 extrahiert wird. Dabei zeichnet sich das Hohlfaser-Membranmodul 76 mit seinen vielen dünnen Rohrleitungen 78 durch aus, dass es eine große Oberfläche hat und hohe Seperationsraten von Wasser 31 aus dem Fluid 12 aufweist. Zur Füllstandsmessung des extrahierten Wassers 31 ist am Sammelbehälter 29 ein Füllstandsmesser 36 angeordnet, über welchen sich die Menge des extrahierten Wassers 31 im Sammelbehälter 29 messen lässt. Alternativ kann der Sammelbehälter 29 auch im Wasserabscheider 30 integriert sein.
Aus dem Wasserabscheider 30 strömt das Fluid 12 über den Fluidausgang 32 durch die Verbindungsleitungen 17, 18 zu dem Steuermittel 35 und das extrahierte Wasser 31 aus dem Sammelbehälter 29 über die Verbindungsleitung zu dem Steuermittel 35.
Dabei umfasst das System Prüfmittel 80, die prüfen, ob ein vorgegebener Betriebszustand vorliegt und Steuermittel 90, die im Falle eines positiven Prüfergebnisses der Prüfmittel 80 die Eindosierung des extrahierten Wassers 31 freigeben. Die Steuermittel 90 umfassen dabei jene Stellglieder, die zur Freigabe und zur Sperrung der Eindosierung des extrahierten Wassers 31 geeignet sind. In der 3 ist das Steuermittel 90 als 3/2-Wege-Ventil 35 ausgeprägt, alternativ können auch Magnetventile 27 oder Drosseln 28, insbesondere verstellbare Drosseln, als Steuermittel 90 verwendet werden.
Die Prüfmittel 80 umfassen Ermittlungsmittel, Vergleichsmittel, und Erkennungsmittel. Dabei umfassen die Ermittlungsmittel Sensoren 36 zur Ermittlung der Menge des extrahierten Wassers 31, insbesondere einen Füllstandsmesser 36 an dem Sammelbehälter 29, Zeitglieder zur Ermittlung einer Betriebszeit der Brennkraftmaschine 5, insbesondere ein Timer 37 und Temperatursensoren 47 zur Ermittlung der Abgastemperatur.
Die Vergleichsmittel vergleichen eine von den Ermittlungsmitteln ermittelten Messgröße mit eine vorgegebenen Vergleichsgröße. Dabei können die Vergleichsmittel beispielsweise softwaretechnisch in dem Steuergerät 24 abgelegt sein, wobei das Steuergerät 24 selbst auch zu den Prüfmitteln 80 gehört.
Die Erkennungsmittel erkennen einen Betriebszustand durch den Abgleich einer ermittelten Messgröße der Ermittlungsmittel mit einer vorgegebenen Vergleichsgröße aus dem Vergleichsmittel.
Der erste Betriebszustand liegt vor, wenn die Prüfmittel 80 erkennen, dass ein definierter Füllstand des Sammelbehälters 29 erreicht ist oder ein vorgegebenes Zeitintervall der Betriebszeit verstrichen ist. Bei positivem Prüfergebnis wird die Eindosierung des extrahierten Wassers 31 durch das Steuermittel 90 freigegeben.
Ein zweiter vorgegebener Betriebszustand liegt vor, wenn der erste Betriebszustand nicht detektiert wird und die Prüfmittel 80, insbesondere der Temperatursensor 37, zusätzlich erkennen, dass die Abgastemperatur oberhalb eines Temperatur-Schwellwertes liegt.
Detektieren die Prüfmittel 80 den zweiten vorgegebenen Betriebszustand, geben die Steuermittel 90 die Eindosierung des Fluids 12, insbesondere nach Extraktion des Wassers 31 aus dem Fluid 12, in den Abgasstrang 40 der Brennkraftmaschine 5 frei.
Dabei sind solche Steuermittel 90, beispielsweise Ventile, insbesondere 3/2-Wege-Ventile 35, vorteilhaft, welche im Falle des von den Prüfmitteln 80 detektierten ersten Betriebszustand die Eindosierung des extrahierten Wassers 31 in den Abgasstrang 40 freigeben und die Eindosierung des Fluids 12 sperren und im Falle des von den Prüfmitteln 80 detektierten zweiten Betriebszustandes die Eindosierung des Fluids 12 in den Abgasstrang 40 freigeben und die Eindosierung des extrahierten Wassers 31 in den Abgasstrang 40 sperren.
Die Prüfmittel 80 erkennen den zweiten Betriebszustand, wenn sie nach einer Freigabe der Eindosierung des extrahierten Wassers 31 in den Abgasstrang 40 die Beendigung der Freigabe der Eindosierung des extrahierten 31 in den Abgasstrang 40 erkennen. Dadurch wird das, nach der Eindosierung des extrahierten Wassers 31 in den Komponenten verbleibende, Wasser durch das Fluid 12 aus den Komponenten des Systems zur Abgasnachbehandlung, insbesondere aus dem Steuermittel 90 und stromabwärts des Steuermittels 90 angeordneten Systemkomponenten ausgespült, so dass die Verweildauer von Wasser 31 in der Leitung 42 und in den Dosiermitteln 50 möglichst kurz sind, um Korrosionsschäden durch das Wasser 31 zu vermeiden. Dabei ist es insbesondere wünschenswert, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine 5 kein Wasser 31 in den Steuermitteln 35 oder den Dosiermitteln 50 und in der Leitung 42 verbleibt, da bei abgeschalteter Brennkraftmaschine 5 die Gefahr von Korrosion durch das Wasser 31 am Höchsten ist.
Die Prüfmittel 80 erkennen ebenfalls den vorgegebenen zweiten Betriebszustand, wenn sie, insbesondere ausgehend von einem vom zweiten Betriebszustand verschiedenen Betriebszustand, einen Abschaltewunsch der Brennkraftmaschine 5 erkennen. Die Erkennung des Abschaltewunsches der Brennkraftmaschine kann beispielsweise über das Steuergerät 24 erfolgen.
Das System kann dadurch weitergebildet werden, dass der Füllstandsmesser 36, der die Menge des extrahierten Wassers 31 im Sammelbehälter ermittelt, ein Signal an die Vergleichsmittel 38 sendet, wobei die Vergleichsmittel 38 die ermittelte Menge des extrahierten Wassers 31 mit einem vorgegebenen Mengen-Schwellwert (M_S) vergleichen und die Erkennungsmittel 39 den ersten Betriebszustand erkennen, wenn die ermittelte Menge des extrahierten Wasser 31 den vorgegebenen Mengen-Schwellwert (M_S) überschreitet.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das System ein Zeitglied 37, das eine Betriebszeit der Brennkraftmaschine 5 ermittelt, wobei die ermittelte Betriebszeit von den Vergleichsmitteln mit einem vorgegebenen Zeit-Schwellwert (t_S) verglichen wird und die Erkennungsmittel den ersten Betriebszustand erkennen, wenn die ermittelte Betriebszeit den vorgegebenen Zeit-Schwellwert (t_S) überschreitet.
Dadurch kann verhindert werden, dass der Wasserabscheider 30 oder der Sammelbehälter 29 überfüllt werden. Zusätzlich kann durch eine regelmäßige Entleerung kann verhindert werden, das Wasser 31 im Wasserabscheider verdampft und sich an unerwünschter Stelle wieder mit dem Fluid 12 vermischt.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das System den Temperatursensor 47, der die Abgastemperatur ermittelt, wobei die Vergleichsmittel die ermittelte Abgastemperatur mit einem vorgegebenen Temperatur-Schwellwert (T_S) vergleichen und die Erkennungsmittel den ersten Betriebszustand nur dann erkennen, wenn die vom Temperatursensor 47 ermittelte Temperatur den vorgegebenen Temperatur-Schwellwert (T_S) erreicht oder überschreitet.
Das Steuermittel 90 ist über eine Verbindungsleitung 42 mit dem Abgasstrang 40 verbunden, wobei zwischen dem Steuermittel 90, insbesondere einem 3-2-Wege Ventil 35, und dem Abgasstrang Dosiermittel 50 angeordnet sein können. Diese Dosiermittel 50 können sowohl einteilig, als auch mehrteilig ausgeführt werden, wobei die Dosiermittel 50 eine Zumesseinheit 51 und ein Einspritzeinheit 52 umfassen.
Die Einspritzeinheit wird dabei bevorzugt als Einspritzventil ausgeführt, um eine dichte Trennung des Abgases im Abgasstrang 40 und dem Fluid 12 und/oder dem Wasser 31 zu erreichen. Dabei zeigen nach außen öffnende Ventil den Vorteil, dass sie bezüglich Verkokung und damit verbundenen Problemen wie sich ändernden Einspritzmengen oder Undichtheit robuster sind als nach innen öffnende Ventile. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines nach außen öffnenden Tellerventils, da dabei zusätzlich ein breiter Einspritzkegel des Fluids 12 und/oder des Wassers 31 in den Abgasstrang 40 erreicht wird, wobei das eindosierte Fluid 12 und/oder das eindosierte Wasser sich gut mit dem Abgas im Abgasstrang 40 vermischen können.
4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, wobei der Wasserauslass 34 des Wasserabscheiders 30 über eine Verbindungsleitung 19 mit einer Verbindungsleitung 43 zwischen der Zumesseinheit 51 und der Einspritzeinheit 52 des Dosiermittels verbunden ist. In der Verbindungsleitung 19 sind ein Magnetventil 27 und eine Drossel 28 angeordnet, mit denen die Eindosierung des extrahierten Wassers freigegeben und begrenzt werden kann. Alternativ kann auch nur das Magnetventil 27 oder die Drossel 28, insbesondere eine regelbare Drossel, verwendet werden, um die Eindosierung des extrahierten Wassers 31 freizugeben. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Drossel 28 möglichst dicht an der Verbindungsleitung 43 angeordnet ist, um ein Rückströmen des Fluids 12 in die Verbindungsleitung 19 zu vermeiden sowie Druckschwingungen in den Verbindungsleitungen 19, 43 zu reduzieren. Alternativ ist auch die Verwendung eines Rückschlagventils anstelle der Drossel 28 in der Verbindungsleitung 19 möglich.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei der Fluidausgang 32 des Wasserabscheiders 30 über eine Verbindungsleitung 17 mit einem Dosiermittel 50 verbunden ist. Alternativ kann hier auch zusätzlich ein Steuermittel 90, insbesondere ein Magnetventil 27 oder eine Drossel 28 in der Verbindungsleitung 17 angeordnet sein. Der Wasserauslass 34 des Wasserabscheiders 30 ist über eine Verbindungsleitung 19 mit einem weiteren Dosiermittel 54 verbunden, wobei Steuermittel 90 in der Verbindungsleitung 19 angeordnet sind. Als Steuermittel 90 sind ein Magnetventil 27 und eine Drossel 28 angeordnet, mit denen die Eindosierung des extrahierten Wassers 31 freigegeben und begrenzt werden kann. Alternativ kann auch nur das Magnetventil 27 oder die Drossel 28, insbesondere eine regelbare Drossel, verwendet werden, um die Eindosierung des extrahierten Wassers 31 freizugeben.
Bei dem in 3 dargestellten System zur Abgasnachbehandlung können die Steuermittel 90, insbesondere das Magnetventil 27 oder die Drossel 28, die Eindosierung unabhängig von dem detektierten Betriebszustand freigeben. Dadurch wird es möglich, das extrahierte Wasser 31 und das Fluid 12 gleichzeitig in den Abgasstrang 40 der Brennkraftmaschine einzudosieren.
6 zeigt eine alternative Ausführungsform des Systems zur Abgasnachbehandlung, wobei das Fluid 12 kein Kraftstoff, sondern Druckluft, insbesondere die Druckluft aus dem Druckluftsystem einen Nutzfahrzeuges ist.
Ein Tank 10, in diesem Beispiel ein Druckluftspeicher, ist über eine Leitung 12 mit einem Förderelement 20, welches als Druckerzeuger ausgebildet ist verbunden und mit einer weiteren Leitung 14, 16 mit einem Wasserabscheider 30, welchen ein Filterelement 25 vorgeschaltet ist. Am Wasserabscheider 30 ist ein Fluidausgang 32 und ein Wasserauslass 34 ausgebildet. Der Wasserauslass 34 mündet in den Sammelbehälter 29, welcher über die Leitung 19,42 mit dem Dosiermittel 50 verbunden ist. Der Fluidausgang 32 ist über die Leitung 17, 18, 42 ebenfalls mit dem Dosiermittel 50 verbunden, besitzt aber eine weitere Verbindungsleitung, welche den Fluidausgang 32 mit der Pneumatik der Bremsanlage 60 eines Nutzfahrzeuges verbindet. Zwischen dem Wasserabscheider 30 und dem Dosierelement 50 ist das Steuerelement 35 angeordnet.
Das Fluid 12 wird durch das Förderelement 20 unter Druck gesetzt und strömt aus dem Tank 10 zum Wasserabscheider 30. Im Wasserabscheider 30 wird beispielsweise durch Abkühlung der Luft das Wasser aus der Luft kondensiert und abgeschieden. Die Eindosierung des Fluids 12, d. h. der Druckluft, erfolgt analog der Beschreibung zu 1.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Steuerung einer Gemischbildung von extrahiertem Wasser 31 und Fluid 12. Dabei wird ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges vorgeschlagen, bei dem durch das Steuermittel 90, bzw. durch die Ansteuerung des 3/2-Wege-Ventils 35 bzw. des Magnetventils 27, im zeitlichen Mittel ein vorgegebenes Mischungsverhältnis von extrahiertem Wasser 31 und dem Fluid 12 eingestellt wird. Dabei wird während eines Betriebszustandes, bei dem extrahiertes Wasser 31 eindosiert wird, eine Dauer einer Ansteuerung des Stuermittels 90, insbesondere des Magnetventils 27 bzw. des 3/2-Wege-Ventils 35, variiert, so dass sich im zeitlichen Mittel das gewünschte Mischungsverhältnis von extrahiertem Wasser 31 und Fluid 12 einstellt. Vorteilhaft sind dabei Frequenzen größer als 1 Hz, d. h. eine Ansteuerdauer kleiner als eine Sekunde, da bei einer so kurzen Ansteuerdauer eine feine Dispersion bzw. Mischung erreicht werden kann. Die maximale Ansteuerdauer wird dabei vom Kehrwert der Ansteuerfrequenz bestimmt. Basierend auf den physikalischen Eingangsgrößen, beispielsweise Druck p₃ des Fluides 12, Druck p₁ des extrahierten Wassers 31, Gegendruck p₂ in der Funktionseinheit, Temperaturen T₁/T₂ des extrahierten Wassers 31 bzw. des Fluids 12, evtl. weiterer Eingangsgrößen sowie einem Sollwert des Mischungsverhältnisses zwischen extrahiertem Wasser 31 und Fluid 12 werden Ansteuerdauer bzw. Ansteuerfrequenz des Steuermittels 90 bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004032251 B4 [0003]
DE 4436415 A1 [0004]

Claims

System zum Betrieb eines Fahrzeuges, wobei das System Mittel (30) zur Extraktion von Wasser (31) aus einem Fluid (12), insbesondere einem Fluid (12) zur Unterstützung einer Abgasnachbehandlung des Fahrzeuges, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Prüfmittel (80) vorgesehen sind, die prüfen, ob ein vorgegebener erster Betriebszustand vorliegt und dass Steuermittel (90) vorgesehen sind, die im Falle eines positiven Prüfergebnisses der Prüfmittel (80) die Eindosierung des extrahierten Wassers (31) in eine Funktionseinheit (100) des Kraftfahrzeuges freigeben.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (100) ein Abgasstrang (40) des Fahrzeuges ist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (90) im Falle eines von den Prüfmitteln (80) detektierten zweiten vorgegebenen Betriebszustandes die Eindosierung des Fluids (12), insbesondere nach Extraktion des Wassers (31) aus dem Fluid (12), in den Abgasstrang (40) des Fahrzeuges freigeben.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (90) die Eindosierung des Fluids (12) unabhängig von dem detektierten Betriebszustand freigeben.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (90) im Falle des von den Prüfmitteln (80) detektierten ersten Betriebszustand die Eindosierung des extrahierten Wassers (31) in den Abgasstrang (40) freigeben und die Eindosierung des Fluids (12) sperren und im Fall des von den Prüfmitteln detektierten zweiten Betriebszustandes die Eindosierung des Fluids (12) in den Abgasstrang (40) freigeben und die Eindosierung des extrahierten Wassers (31) in den Abgasstrang (40) sperren.
System nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfmittel (80) den zweiten Betriebszustand erkennen, wenn sie nach einer Freigabe der Eindosierung des extrahierten Wassers (31) in den Abgasstrang (40) die Beendigung der Freigabe der Eindosierung des extrahierten Wassers (31) in den Abgasstrang (40) erkennen.
System nach einem der Ansprüche 2, 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfmittel (80) den zweiten vorgegebenen Betriebszustand erkennen, wenn sie, insbesondere ausgehend von einem vom zweiten Betriebszustand verschiedenen Betriebszustand, einen Abschaltewunsch des Fahrzeuges erkennen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (90) als Ventil, insbesondere als 3/2-Wege-Ventil (35) oder als Magnetventil (27) oder als Drossel (28) ausgebildet sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zur Extraktion von Wasser (31) eine Membran (71), insbesondere eine semipermeable Membran (71), aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zur Extraktion von Wasser (31) zusätzlich ein Wasserreinigungsmodul (70) umfassen.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserreinigungsmodul (70) eine semipermeable Membran (71) aufweist, wobei die Membran (71) für Wasser (31) durchlässig und für Kraftstoff weitestgehend undurchlässig ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zur Extraktion von Wasser (31) als Hohlkörper (75), insbesondere als Hohlfaser-Membranmodul (76) ausgebildet sind.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (71) aus einem Ionomer, insbesondere einem sulfonierten Tetraflourethylen-Polymer, besteht.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfmittel (80) Ermittlungsmittel, Vergleichsmittel und Erkennungsmittel umfassen.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungsmittel einen Füllstandsmesser (36) umfassen, der die Menge des extrahierten Wassers (31) ermittelt, dass die Vergleichsmittel die ermittelte Menge des extrahierten Wassers (31) mit einem vorgegebenen Mengen-Schwellwert (M_S) vergleichen und dass die Erkennungsmittel den ersten Betriebszustand erkennen, wenn die ermittelte Menge des extrahierten Wassers (31) den vorgegeben Mengen-Schwellwert (M_S) überschreitet.
System nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungsmittel ein Zeitglied (37) umfassen, das eine Betriebszeit einer Brennkraftmaschine (5) des Fahrzueges (1) ermittelt, dass die Vergleichsmittel die ermittelte Betriebszeit mit einem vorgegebenen Zeit-Schwellwert (t_S) vergleichen und dass die Erkennungsmittel den ersten Betriebszustand erkennen, wenn die ermittelte Betriebszeit den vorgegebenen Zeit-Schwellwert (t_S) überschreitet.
System nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungsmittel einen Temperatursensor (47) umfassen, der die Abgastemperatur ermittelt, dass die Vergleichsmittel die ermittelte Abgastemperatur mit einem vorgegebenen Temperatur-Schwellwert (T_S) vergleichen und das die Erkennungsmittel den ersten Betriebszustand nur dann erkennen, wenn die vom Temperatursensor (47) ermittelte Temperatur den vorgegebenen Temperatur-Schwellwert (T_S) erreicht oder überschreitet.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Steuermittel (90) Dosiermittel (50, 54) zum Eindosieren des extrahierten Wassers (31) und/oder des Fluids (12) in den Abgasstrang (40) angeordnet sind.
System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiermittel (50, 54) eine Zumesseinheit (51) und eine Einspritzeinheit (52) umfassen.
System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinheit (52) als Einspritzventil, insbesondere als nach außen öffnendes Einspritzventil oder als nach außen öffnendes Tellerventil, ausgebildet ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei aus der Menge der Mittel (30) zur Extraktion von Wasser (31), der Steuermittel (90), der Dosiermittel (50, 54) und der Prüfmittel (80) zumindest teilweise in einer gemeinsamen Vorrichtung, insbesondere mit einem gemeinsamen Gehäuse, integriert sind.
System nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (90) die Eindosierung des extrahierten Wassers (31) stromab der Zumesseinheit (51) und stromauf der Einspritzeinheit (52) freigeben.
System nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (90) die Eindosierung des Fluids (12) stromauf der Zumesseinheit (51) oder über eine zweite Einspritzeinheit (54) freigeben.
System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (90) ein Magnetventil (27), ein Rückschlagventil und/oder eine Drossel (28) umfassen.
System nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (90) eine Verbindungsleitung (17) umfassen, die einen Fluidauslass (32) an den Mitteln (30) zur Extraktion von Wasser (31) oder eine Fluidquelle direkt mit der Zumesseinheit (51) oder der zweiten Einspritzeinheit (54) verbinden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (100) ein Reinigungssystem für Fahrzeugscheiben oder Fahrzeugschein-werfern, insbesondere ein Sammelbehälter dieses Reinigungssystems, ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (100) eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, insbesondere eine Einheit zur Anfeuchtung der Luft eines Fahrzeuginnenraums, ist.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges, wobei Wasser (31) aus einem Fluid (12), insbesondere einem Fluid (12) zur Unterstützung einer Abgasnachbehandlung des Fahrzeuges extrahiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob ein erster vorgegebener Betriebszustand vorliegt und dass im Falle eines positiven Prüfergebnisses die Eindosierung des extrahierten Wassers (31) in eine Funktionseinheit (100) des Fahrzeuges freigeben wird.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges nach Anspruch 28 dadurch gekennzeichnet, dass durch Steuermittel (90), insbesondere durch ein 3/2-Wege-Ventil (35) oder ein Magnetventil (27), im zeitlichen Mittel ein vorgegebenes Mischungsverhältnis von extrahiertem Wasser (31) und dem Fluid (12) eingestellt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (90), insbesondere ein Magnetventil (27), mit einer Frequenz höher als 1 Hz angesteuert wird, um eine feine Dispersion oder Mischung von extrahiertem Wasser (31) und dem Fluid (12) zu erreichen.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt physikalische Eingangsgrößen von extrahiertem Wasser (31) und dem Fluid (12) erfasst werden und ein Sollwert für ein Mischungsverhältnis von dem extrahierten Wasser (31) und dem Fluid (12) vorgegeben wird, und in einem zweiten Verfahrensschritt in Abhängigkeit des Sollwerts und der ermittelten physikalischen Eingangsgrößen das Mischungsverhältnis über eine Ansteuerdauer oder Ansteuerfrequenz des Steuermittels (90), insbesondere eines Magnetventils (27) oder eines 3/2-Wege-Ventils (35), eingestellt wird.