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Stand der Technik
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Die Erfindung trifft ein Dosiersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der
DE 10 2008 041 410 A1 bekannt ist.
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Um einen sogenannten SCR-Katalysator betreiben zu können, wird üblicherweise durch ein solches Dosiersystem eine Harnstoff-Wasser-Lösung (Reduktionsmittel) bedarfsgesteuert in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine oberhalb des SCR-Katalysators eingedüst. Eine unerwünschte Eigenschaft dieser Harnstoff-Wasser-Lösung ist darin zu sehen, dass diese Harnstoff-Wasser-Lösung bei niedrigen Außentemperaturen einfriert und dabei sein Volumen signifikant vergrößert. Der dabei entstehende Eisdruck kann zu Schäden am Dosiersystem führen, was naturgemäß unerwünscht ist. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, mindestens Teile des Dosiersystems gezielt mit Luft zu befüllen beziehungsweise die Flüssigkeit aus dem System zu entleeren, so dass sich Luft beziehungsweise Abgas in den Leitungen und Hohlräumen des Systems befindet. Aufgrund der Kompressibilität der Luft kann das verbleibende Reduktionsmittel einfrieren und sich dabei ausdehnen, ohne dass es zu Beschädigungen des Dosiersystems kommt.
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Weitere Anforderungen an das Dosiersystem ergeben sich aus der Fördercharakteristik der eingesetzten Pumpen. Wenn nämlich die Pumpen nicht mit jedem Hub ein definiertes Volumen fördern (sog. volumetrische Förderung), dann benötigen diese Systeme eine Drossel, um die überschüssig geförderte Menge von Reduktionsmittel von der Druckseite der Pumpe auf die Saugseite der Pumpe oder zurück in den Tank zu befördern. Die von der Pumpe geförderte und nicht in die Abgasanlage dosierte Menge des AdBlues wird abgeführt, um den Druck konstant zu halten. Wenn die Pumpe mit konstanter Drehzahl beziehungsweise konstanter Hubfrequenz laufen soll, muss die Drossel beziehungsweise der Drosselquerschnitt gesteuert beziehungsweise geregelt werden, um den Pumpenmotor beziehungsweise den Antrieb der Pumpe im optimalen Arbeitspunkt zu halten.
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Wenn ein mit Luft gefülltes Fördermodul ohne Rücklauf in den Tank beziehungsweise mit internem Rücklauf entlüftet werden soll, ist es notwendig, die beschriebene Drossel komplett zu schließen. Andernfalls bestünde bei teilweise geöffneter Drossel die Gefahr, dass Luft im Kreis gepumpt wird und sich der zum Einspritzen des flüssigen Reduktionsmittels erforderliche Druck des flüssigen Reduktionsmittels nicht aufbaut.
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Um die Gefahr von Schäden am Dosiersystem durch Eisdruck zu verringern beziehungsweise zu verhindern, muss das unter Druck stehende flüssige Reduktionsmittel entspannt beziehungsweise das Dosiersystem mindestens teilweise belüftet werden, sobald die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird.
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Wenn diese Entspannung schlagartig erfolgt, typischerweise innerhalb von 50 Millisekunden (ms), dann tritt der Effekt des sogenannten Impulsrücksaugens ein. Dabei saugt die schlagartig entspannte Flüssigkeitssäule einen kleinen Teil des Dosiersystems leer, so dass zumindest ein kleiner Teil des Systems mit Abgas befüllt wird. Diese kompressible Gasblase verbessert die Eisdruckfestigkeit des Dosiermoduls deutlich. Über das Impulsrücksaugen hinaus muss auch das mehr oder weniger vollständige Entleeren des Dosiersystems möglich sein, um auch tiefe Außentemperaturen und lange Kälteperioden ohne Schäden zu überstehen.
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Das Entleeren des Systems erfolgt üblicherweise mit Hilfe eines 4/2-Wegeventils, welches die Förderrichtung der Pumpe umkehrt, so dass bei aktiver Pumpe flüssiges Reduktionsmittel vom Dosierventil zurück in den Tank gefördert wird.
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Diese 4/2-Wegeventile sind vergleichsweise teuer. Außerdem wird auch bei Normalbetrieb aufgrund der inneren Leckage des 4/2-Wegeventils kontinuierlich ein Teil der Fördermenge von der Druckseite auf die Ansaugseite gefördert, was den Wirkungsgrad des Dosiersystems verschlechtert.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Dosiersystem gemäß dem Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass es sehr kostengünstig ist, weil die Baugröße und die Anzahl der erforderlichen Schlauchleitungen gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist. Dabei wird eine zuverlässige Belüftung des Dosiersystems nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine bzw. eine zuverlässige Entlüftung des Dosiersystems bei dessen Aktivierung gewährleistet. So dass bei gleichen Systemfunktionen das erfindungsgemäße Dosiersystem einfacher aufgebaut ist und fehleranfällige Bauteile entfallen können.
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Vorteilhafter Weise wird dazu ein Rückschlagventil zwischen einer Saugseite der Dosierpumpe und einer Drossel angeordnet, so dass erst ab Überschreiten eines vorab festgelegten Druckwertes auf der Druckseite der Dosierpumpe, das Rückschlagventil öffnet und somit eine Rückströmung des Reduktionsmittels über die Drossel auf die Saugseite der Dosierpumpe möglich ist. Damit ist auf einfache Art gewährleistet, dass Luft, die sich zu Beginn der Förderung im Dosiersystem befindet, im Hochdruckteil des Dosiersystemsventils komprimiert wird und nicht über die Drossel auf die Saugseite der Dosierpumpe gelangt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste Rückschlagventil federbelastet ist. Damit ergibt sich eine kostengünstige Lösung, den Öffnungsdruck bei dem das erste Rückschlagventil eine erste Rücklaufleitung freigibt, zu wählen. Dabei wird eine Federstärke bzw. eine Federvorspannung so gewählt, dass der gewünschte Druckwert die resultierende Federkraft überwinden muss, um das erste Rückschlagventil zu öffnen.
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Das erfindungsgemäße Dosiersystem arbeitet noch besser, wenn das Dosierventil beim Aktivieren des Dosiersystems einen frei wählbaren Zeitraum lang geöffnet ist. Dadurch kann die Luft im Dosiersystem durch das geöffnete Dosierventil in den Abgastrakt entweichen. Dadurch wird ein exaktes Dosieren des Reduktionsmittels direkt nach dem Start der Brennkraftmaschine sichergestellt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in einer zweiten Rücklaufleitung, angeordnet zwischen Saugseite und der Druckseite der Dosierpumpe ein 2/2-Wege-Ventil angeordnet ist. Dieses 2/2-Wegeventil ist im Betrieb des Dosiermoduls geschlossen, so dass die zweite Rücklaufleitung von der Druckseite der Dosierpumpe zurück in den Tank unterbrochen ist. Wird die Brennkraftmaschine abgestellt, bzw. das Dosiersystem deaktiviert, öffnet das 2/2-Wegeventil und gibt die zweite Rücklaufleitung frei, so dass Reduktionsmittel aus dem Dosiersystem in den Tank zurücklaufen kann und somit eine Entlastung der Druckseite des Dosiersystems stattfindet.
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Im Falle eines luftunterstützten Dosierventils wird die Flüssigkeit mit Druckluft in Richtung Tank ausgeschoben. Im Falle von luftlosen Dosierventilen, wird das Dosierventil beim Deaktivieren des Dosiersystems für einen frei wählbaren Zeitraum geöffnet. Dadurch dringt Luft aus dem Abgastrakt durch das Dosierventil in das Dosiersystem ein und die Gefahr der Zerstörung des Dosiersystems durch Eisdruck ist beseitigt.
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Ergänzend wird vorgeschlagen, dass das 2/2-Wegeventil beim Aktivieren des Dosiersystems geschlossen wird, bevor die Dosierpumpe anläuft. Dadurch wird wirksam verhindert, dass die Luft im Dosiersystem über die zweite Rücklaufleitung auf die Saugseite der Dosierpumpe gelangt. Somit ist ein rascher Druckaufbau der Dosierpumpe und damit das Einspritzen einer genau dosierten Reduktionsmittelmenge sichergestellt.
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Besonders gut arbeitet das erfindungsgemäße Dosiersystem, wenn das 2/2-Wegventil ein Magnetventil umfasst. Mit Aktivierung des Dosiersystems, also bei Start der Brennkraftmaschine, wird das Magnetventil durch Bestromung geschlossen. Wird das Dosiersystem deaktiviert, bzw. die Brennkraftmaschine abgestellt, wird die Bestromung des Magnetventils unterbrochen und eine Rückstellfeder öffnet das Magnetventil und gibt die zweite Rücklaufleitung frei. Damit wird sichergestellt, dass das Dosiersystem im Abstellen der Brennkraftmaschine zuverlässig druckentlastet wird und die Gefahr einer Zerstörung des Dosiersystems durch Einfrieren des Reduktionsmittels gebannt ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Dosiersystem über einen druckseitig angeordneten Drucksensor verfügt. Der Drucksensor ermöglicht eine Regelung des Dosiersystems, in der Weise, dass ein über die Drossel in den Tank zurücklaufender Volumenstrom an Reduktionsmittel so geregelt wird, dass eine Mindestdrehzahl der Dosierpumpe nicht unterschritten wird. Das ist insbesonders deshalb wichtig, weil ein Anlaufen der Pumpe gegen Druck in vielen Fällen nicht möglich ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass ein zweites Rückschlagventil einen Druckanschluss des 2/2-Wegeventils in Richtung Druckseite der Dosierpumpe verschließt und ein drittes Rückschlagventil die Saugseite der Dosierpumpe in Richtung eines Arbeitsanschlusses des 2/2-Wegeventils verschließt. Wird das 2/2-Wegenventil geöffnet, strömt flüssiges Reduktionmittel von der Druckseite der Dosierpumpe über das zweite Rückschlagventil, durch das offene 2/2-Wegeventil und über das dritte Rückschlagventil auf die Saugseite der Pumpe und damit zurück in den Tank. Wenn diese Entspannung der Flüssigkeitssäule sehr schnell erfolgt, tritt der voranstehend beschrieben Effekt des Impulsrücksaugens ein. Dabei erzeugt das schlagartige Entspannen der Flüssigkeitssäule einen Unterdruck, der einen kleinen Teil des Systems leersaugt, wobei das zweite und dritte Rückschlagventil ein Rückströmen der Flüssigkeit auf die Druckseite verhindern.
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Besonders wirkungsvoll arbeitet das erfindungsgemäße Dosiersystem, wenn das das 2/2-Wegeventil bei einer Deaktivierung des Dosiersystems in schneller Folge mehrfach geöffnet und geschlossen wird. Dabei erzeugt das 2/2-Wegeventil eine Pumpwirkung, welche die Flüssigkeit im Dosiersystem in Richtung Tank fördert.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
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Vorab ist anzumerken, dass funktionsäquivalente Elemente in allen Figuren der Zeichnung jeweils mit den gleichen Ziffern gekennzeichnet und nicht jedes Mal erneut beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel
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Das erfindungsgemäße Dosiersystem trägt in 1 das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Tank 12 in dem eine Flüssigkeit, beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung, gelagert wird. Eine erste Leitung 14 verbindet den Tank 12 mit der Saugseite einer Dosierpumpe 16. Eine zweite Leitung 18 verbindet die Druckseite der Dosierpumpe 16 mit einem Dosierventil 20. In der zweiten Leitung 18 ist ein Drucksensor 22 angeordnet.
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Eine erste Rücklaufleitung 24 verbindet die Saugseite der Dosierpumpe 16 mit der Druckseite der Dosierpumpe 16. In der ersten Rücklaufleitung 24 ist eine Drossel 26 angeordnet. Zwischen der Drossel 26 und der Saugseite der Dosierpumpe 16 ist ein Rückschlagventil 28, vorzugsweise ein federbelastetes Rückschlagventil 28 angeordnet. Das Rückschlagventil 28 sperrt die Saugseite der Dosierpumpe 16 in Richtung der Druckseite ab.
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Parallel zur ersten Rücklaufleitung 24 ist eine zweite Rücklaufleitung 30 angeordnet. In der zweiten Rücklaufleitung 30 ist ein 2/2-Wegeventil 32 angeordnet. Das 2/2-Wegeventil 32 umfasst vorzugsweise ein Magnetventil, das im unbestromten Zustand mittels Federkraft geöffnet wird.
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Das erfindungsgemäße Dosiersystem 10 funktioniert folgender Maßen: Im deaktivierten Zustand des Dosiersystems 10 ist das 2/2-Wegeventil 32 stromlos und damit die zweite Rücklaufleitung 30 von der Druckseite der Dosierpumpe 16 in Richtung Tank 12 geöffnet. Wird das Dosiersystem 10 aktiviert, wird das 2/2-Wegeventil 32 bestromt und verschließt die zweite Rücklaufleitung 30. Anschließend beginnt die Dosierpumpe 16 mit dem Druckaufbau. Dadurch wird im Dosiersystem 10 befindliche Luft komprimiert. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, das Dosierventil 20 zu Beginn der Aktivierung des Dosiersystem 10 für einen kurzen, frei wählbaren Zeitraum zu öffnen, damit die Luft aus dem Dosiersystem 10 über das geöffnete Dosierventil 20 in den Abgastrakt entweicht.
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Überschreitet der von der Dosierpumpe 16 erzeugte Druck einen festgelegten Wert, gibt das erste Rückschlagventil 28 die erste Rücklaufleitung 24 frei. Der Druck bei dem das erste Rückschlagventil 28 öffnet, wird durch die Federspannung des Rückschlagventils 28 festgelegt und ist so bemessen, dass eine Mindestdrehzahl der Dosierpumpe 16 nicht unterschritten wird. Dadurch ist gewährleistet, dass sich im Dosiersystem 10 kein Druck aufbaut, der ein Wiederanlaufen der Dosierpumpe 16 verhindert. Geregelt wird die Drehzahl der Dosierpumpe 16 mittels des Drucksensors 22 und eines nicht dargestellten Steuergeräts.
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Bei bedarf wird das Dosierventil 20 kurzzeitig von dem Steuergerät geöffnet, so dass die gewünschte Menge an Reduktionsmittel in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine eingedüst wird.
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Wird das Dosiersystem 10 deaktiviert, öffnet sich das Magnetventil 32 durch Federkraft und gibt einen möglichst großen Querschnitt in der zweiten Rücklaufleitung 30 frei, so dass die Flüssigkeit aus Dosiersystem 10 in den Tank 12 zurücklaufen kann und der Druck abgebaut wird.
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Für luftunterstützte Dosierventile 20 ergibt sich dabei die Möglichkeit, die Flüssigkeit aus dem Dosiersystem mit Hilfe von Druckluft in Richtung Tank 12 auszuschieben. Dies setzt einen kleinen Druckluftspeicher (nicht dargestellt) voraus, dessen Inhalt zum Ausblasen der Leitungen 18 und/oder 30 eingesetzt wird.
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Für luftlose Dosierventile 20 kann der Effekt des sogenannten Impulsrücksaugens genutzt werden um die Flüssigkeit aus dem Dosierventil 20 zu entfernen. Dabei wird Luft über das geöffnete Dosierventil 20 eingesaugt.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Dosiersystems 10 zeigt 2. Dabei ist zwischen der Druckseite der Dosierpumpe 16 und einem Druckanschluss P des 2/2-Wegeventil 32 ein zweites Rückschlagventil 34 angeordnet. Das Rückschlagventil 34 sperrt den Druckanschluss P in Richtung Druckseite ab.
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Ein drittes Rückschlagventil 36 ist zwischen einem Arbeitsanschluss A und der Saugseite der Dosierpumpe 16 angeordnet. Das dritte Rückschlagventil 36 sperrt die Saugseite gegen den Arbeitsanschluss A ab.
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Diese zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dosiersystems 10 funktioniert folgender Maßen: Beim Deaktivieren des Dosiersystems 10, wird das Magnetventil 32 durch frequentielles Bestromen in schneller Folge geöffnet und geschlossen. Zusammen mit den zweiten und dritten Rückschlagventil 34 und 36, die ein Rückströmen der Flüssigkeit zur Druckseite hin verhindern, stellt sich so eine Pumpwirkung ein. Damit wird die Flüssigkeit im Dosiersystem 10 in Richtung Tank 12 gefördert und somit das Dosiersystem belüftet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008041410 A1 [0001]
