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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebsstopp einer Dosiervorrichtung, mit der ein flüssiges Additiv einer Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt werden kann.
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Abgasbehandlungsvorrichtungen, in welche ein flüssiges Additiv zugeführt wird, sind auch im Kraftfahrzeugbereich bekannt. Ein besonders häufig in derartigen Abgasbehandlungsvorrichtungen durchgeführtes Abgasreinigungsverfahren ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion [SCR-Verfahren, SCR = selective catalytic reduction], bei welchem Stickstoffoxidverbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels reduziert werden. Als Reduktionsmittel kommt vorzugsweise Ammoniak zum Einsatz, welcher der Abgasbehandlungsvorrichtung nicht direkt zugeführt wird, sondern in Form eines Reduktionsmittelvorläufers. Ein besonders häufig eingesetzter Reduktionsmittelvorläufer ist Harnstoff-Wasser-Lösung. Eine 32,5%ige Harnstoff-Wasser-Lösung ist als Additiv für Abgasbehandlungsvorrichtungen unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich.
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Problematisch bei der Bereitstellung eines flüssigen Additivs (insbesondere wenn es sich um Reduktionsmittel handelt) ist, dass dieses gegebenenfalls einfrieren kann. Flüssige Harnstoff-Wasser-Lösung friert beispielsweise bei Temperaturen von –11°C ein. Derartige Temperaturen können bei Kraftfahrzeugen insbesondere während langer Stillstandsphasen auftreten. Durch Einfrieren des Additivs in einer Dosiervorrichtung kann die Dosiervorrichtung beschädigt werden, weil beim Einfrieren (insbesondere bei wasserbasierten Additiven) regelmäßig eine Volumenvergrößerung auftritt.
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Aus diesem Grund ist es bekannt, Dosiervorrichtungen für flüssiges Additiv bei Bedarf zu heizen. Aufgrund des hohen Energieaufwands ist eine Heizung während langer Betriebspausen (beispielsweise bei Stillstand eines Kraftfahrzeugs für mehrere Tage oder Wochen) jedoch nicht möglich.
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Ein Ansatz zur Vermeidung einer Beheizung einer Dosiervorrichtung ist, die Dosiervorrichtung beim Betriebsstopp zu entleeren. Hierdurch kann verhindert werden, dass in der Dosiervorrichtung Additiv vorliegt, welches einfrieren kann. Problematisch bei einer Entleerung der Dosiervorrichtung ist allerdings, dass hierfür regelmäßig ein komplexerer technischer Aufbau der Dosiervorrichtung notwendig ist. Außerdem tritt beim Entleeren einer Dosiervorrichtung regelmäßig ein Verlust an Reduktionsmittel auf, insbesondere wenn die Dosiervorrichtung durch einen Injektor in eine Abgasbehandlungsvorrichtung hinein entleert wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die beschriebenen technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Betriebsstopp einer Dosiervorrichtung vorgestellt werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einer Dosiervorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebsstopp einer Dosiervorrichtung zum Dosieren eines flüssigen Additivs in eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Leitungssystem, welches einen Tank zur Speicherung des Additivs und eine Zufuhrvorrichtung zur Zufuhr des Additivs in die Abgasbehandlungsvorrichtung verbindet, wobei das Additiv durch das Leitungssystem von dem Tank zu der Zufuhrvorrichtung mit einer Förderrichtung förderbar ist und das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:
- a) Stoppen der Verbrennungskraftmaschine;
- b) Abwarten zumindest eines ersten Zeitintervalls; und
- c) Zumindest teilweises Entleeren des Leitungssystems entgegen der Förderrichtung nach dem ersten Zeitintervall.
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Das flüssige Additiv ist vorzugsweise Reduktionsmittel und besonders bevorzugt flüssige Harnstoff-Wasser-Lösung. Die Dosiervorrichtung ist dazu geeignet, von einer Kontrolleinheit vorgegebene Mengen des flüssigen Additivs in die Abgasbehandlungsvorrichtung zu fördern. Dafür weist die Dosiervorrichtung zumindest ein Dosiermittel zur genauen Festlegung der zugeführten Menge auf. Ein Dosiermittel kann eine Dosierpumpe und/oder ein Dosierventil sein. Bei einem Dosierventil wird die zugeführte Menge über eine Öffnungszeit des Dosierventils bestimmt. Bei einer Dosierpumpe wird die zugeführte Menge über eine Pumpenbewegung der Dosierpumpe festgelegt.
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Das Leitungssystem der Dosiervorrichtung unterteilt sich vorzugsweise in einen Saugabschnitt, welcher sich von dem Tank bis zu der Pumpe erstreckt und in einen Druckabschnitt, welcher sich von der Pumpe bis zu der Zufuhrvorrichtung erstreckt. Die Abgasbehandlungsvorrichtung beinhaltet vorzugsweise einen SCR-Katalysator, in welchem das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion zusammen mit dem flüssigen Additiv (in diesem Falle vorzugsweise Reduktionsmittel und insbesondere Harnstoff-Wasser-Lösung) durchgeführt werden kann.
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Das beschriebene Verfahren wird vorzugsweise bei jedem Betriebsstopp einer Verbrennungskraftmaschine durchgeführt. Die Verfahrensschritte a) bis c) laufen vorzugsweise in der durch die Buchstaben a), b) und c) vorgegebenen Reihenfolge ab.
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Beim Stoppen einer Verbrennungskraftmaschine in Schritt a) wird auch die Abgasbehandlung in einer angeschlossenen Abgasbehandlungsvorrichtung sowie die Dosiervorrichtung und die Dosierung von Additiv in die Abgasbehandlungsvorrichtung gestoppt. Das Stoppen der Verbrennungskraftmaschine und damit auch das erfindungsgemäße Verfahren. erfolgt normalerweise, wenn ein Kraftfahrzeug abgestellt wird. Der Stopp der Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere durch die Beendigung der Verbrennungsvorgänge gekennzeichnet, wobei gleichzeitig das Kraftfahrzeug ruht.
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In Schritt c) wird das Leitungssystem vorzugsweise vollständig entleert. Mit ”Entleeren” ist insbesondere gemeint, dass das Additiv aus dem Leitungssystem hinaus entfernt bzw. hinaus gefördert wird. Dies geschieht entgegen der Förderrichtung. Das Additiv strömt beim Entleeren zumindest in einem Abschnitt des Leitungssystems entgegengesetzt zur Richtung der Förderung im regulären Betrieb. Die Entleerung erfolgt vorzugsweise in den Tank, in welchem das Additiv gespeichert ist und aus welchem die Fördervorrichtung das Additiv zur Zugabe entnommen hatte. Das Additiv wird beim Entleeren aus dem Leitungssystem in den Tank gefördert. Dabei ist bevorzugt, dass die Menge des unmittelbar vor dem Betriebsstopp im Leitungssystem befindlichen Additivs (insbesondere vollständig) reduziert wird. Ganz besonders bevorzugt ist, dass zumindest der Bereich des Leitungssystems in Förderrichtung nachfolgend der Pumpe (insbesondere bis hin zur Dosiervorrichtung) entleert wird, so dass ein signifikanter Druckabfall ausgehend vom Betriebsdruck des Additivs erfolgt.
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Beim Entleeren wird in das Leitungssystem ein anderes Medium (beispielsweise Luft) gefördert bzw. gesaugt. Das andere Medium ersetzt das Additiv (zumindest bereichsweise) in dem Leitungssystem. Das andere Medium friert (bei den üblicherweise im Betrieb des Kraftfahrzeuges auftretenden Temperaturen) bevorzugt nicht ein und/oder es dehnt sich beim Einfrieren zumindest nicht aus. Die Dosiervorrichtung bzw. das Leitungssystem kann deshalb dann nicht mehr beschädigt werden. Bei dem Entleeren entgegen der Förderrichtung wird das in dem Leitungssystem vorliegende flüssige Additiv vorzugsweise zurück in einen Tank zur Speicherung des Additivs gefördert, so dass durch das Verfahren kein Verlust an Additiv auftritt.
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Damit das andere Medium in das Leitungssystem gelangt und das flüssige Additiv ersetzen kann, existiert ein Strömungsweg in das Leitungssystem hinein, durch welchen das andere Medium in das Leitungssystem gesaugt/eingeführt werden kann.
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Wenn eine Dosiervorrichtung so betrieben wird, dass für den Betriebsstopp das beschriebene Verfahren angewendet wird, ist es auch sinnvoll, bei Betriebsstart der Dosiervorrichtung die Dosiervorrichtung jeweils zunächst wieder mit flüssigem Additiv zu befüllen. Die Dosiervorrichtung mit der das beschriebene Verfahren durchgeführt wird, ist daher vorzugsweise dazu eingerichtet, bei Betriebsstart mit flüssigem Additiv befüllt zu werden.
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Durch das Abwarten des ersten Zeitintervalls in Schritt b) kann vermieden werden, dass bei dem Entleeren in Schritt c) für das Leitungssystem schädliche Substanzen in das Leitungssystem gesaugt werden. Schädliche Substanzen sind beispielsweise Abgase und/oder andere Gase und/oder Dämpfe, die während des Betriebs bzw. Betriebsstopps eines Kraftfahrzeuges und insbesondere während des Betriebs bzw. Betriebsstopps einer Verbrennungskraftmaschine auftreten. Schädliche Substanzen können Ablagerungen in dem Leitungssystem erzeugen, welche die Dosiergenauigkeit und/oder die Leistungsfähigkeit der Fördervorrichtung beeinträchtigen. Es wäre somit sogar möglich, dass solche Substanzen das Leitungssystem zumindest teilweise verstopfen.
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Das beschriebene Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn die Zufuhrvorrichtung während Schritt c) einen durchlässigen Strömungsweg von der Abgasbehandlungsvorrichtung in das Leitungssystem freigibt, wobei während Schritt c) das Leitungssystem durch die Zufuhrvorrichtung und die Abgasbehandlungsvorrichtung über den Strömungsweg belüftet wird.
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Ein durchlässiger Strömungsweg ist insbesondere ein Pfad, welcher für ein Fluid (beispielsweise für das flüssige Additiv oder ein anderes Medium, welches während des Entleerens in das Leitungssystem gesaugt wird) passierbar ist.
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Darüber hinaus ist das Verfahren vorteilhaft, wenn die Zufuhrvorrichtung ein Zufuhrventil aufweist, welches vor Schritt c) geöffnet wird und so den durchlässigen Strömungsweg freigibt. Das Zufuhrventil wird insbesondere erst unmittelbar vor oder zu Beginn von Schritt c) geöffnet, nachdem Schritt b) abgelaufen und das erste Zeitintervall verstrichen ist. So kann vermieden werden, dass während des ersten Zeitintervalls wider Erwarten doch Schadstoffbestandteile aus der Abgasbehandlungsvorrichtung in das Leitungssystem gesaugt werden.
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Die Zufuhrvorrichtung für das Additiv weist regelmäßig ein schaltbares Ventil (insbesondere ein Dosierventil) auf. Durch ein Öffnen dieses Ventils kann der beschriebene Strömungsweg in das Leitungssystem frei gegeben werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren kann es wichtig sein, dass der Strömungsweg erst nach Ablauf von Schritt b) unmittelbar vor oder während des Beginns von Schritt c) frei gegeben wird.
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Es ist auch möglich, dass außer dem Ventil in der Zufuhrvorrichtung ein zusätzliches Ventil vorgesehen ist, über welches ein Strömungsweg von der Abgasbehandlungsvorrichtung in das Leitungssystem frei gegeben werden kann und dieses zur Herstellung des Strömungsweges von der Abgasbehandlungsvorrichtung in das Leitungssystem verwendet wird.
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Durch einen solchen Aufbau kann ein Belüftungsventil zur Verbindung des Leitungssystems mit der Umgebung vermieden werden. Über den Strömungsweg von der Abgasbehandlungsvorrichtung in das Leitungssystem, wird Luft bzw. in der Abgasbehandlungsvorrichtung vorliegendes Medium (insbesondere Abgas) in das Leitungssystem gesaugt.
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Auf den ersten Blick problematisch bei einem solchen Aufbau bzw. einer solchen Vorgehensweise ist, dass dann durch die Abgasbehandlungsvorrichtung auch Abgasbestandteile (u. a. auch Rußpartikel) in das Leitungssystem gesaugt werden. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass dies durch das erfindungsgemäße Verfahren und insbesondere durch das Abwarten des ersten Zeitintervalls in Schritt b) vermieden werden kann, selbst wenn das andere Medium durch die Abgasbehandlungsvorrichtung angesaugt wird. Während des ersten Zeitintervalls werden Schadstoffbestandteile im Abgas entfernt von der Ansaugstelle in der Abgasbehandlungsvorrichtung abgelagert. Insbesondere Rußpartikel im Abgas werden abgelagert. Diese Partikel sind für das Leitungssystem besonders schädlich, weil sie zu Verstopfungen führen können. Rußpartikel sind insbesondere rocht mehr frei schwebend in der Abgasbehandlungsvorrichtung vorhanden.
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Es hat sich herausgestellt, dass beim Betriebsstopp bzw. beim Ansaugen von Abgas durch die Zufuhrvorrichtung und insbesondere durch das Zufuhrventil in das Leitungssystem regelmäßig sehr hohe Temperaturen auftreten können. Diese Temperaturen können z. B. das Zufuhrventil beschädigen. Daher ist es vorteilhaft, das Zufuhrventil beim Rücksaugen bzw. beim Entleeren getaktet zu öffnen und zu schließen. Damit kann eine Überhitzung des Zufuhrventils vermieden werden. Die Menge des angesaugten Abgases wird so verkleinert und/oder der Kontakt mit dem heißen Abgas wird zeitlich reduziert/unterbrochen. Außerdem wird ein zusätzlicher Wärmeeintrag durch einen langanhaltenden Betrieb der elektrischen Antriebsspule zum Öffnen und Schließen des Zufuhrventils vermieden.
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Da gegebenenfalls auch das Ventil bzw. Belüftungsventil im Abstellfall der Dosiervorrichtung einer erhöhten thermischen Belastung ausgesetzt sein kann, wird auch hier bevorzugt eine getaktetes Öffnen und Schließen vorgeschlagen.
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Unter einem getakteten Betrieb wird insbesondere verstanden, dass eine intermittierende Stromversorgung in dem ersten Zeitintervall wenigstens zeitweise erfolgt. Bevorzugt erfolgt dieser getaktete Betrieb demnach mit mehreren Pausen, in denen das Ventil abkühlen kann. Insbesondere wird hierbei die Temperatur des Ventils infolge der Stromversorgung nicht über eine vorgegebene Grenztemperatur und/oder die Temperatur vor dem Betriebsstopp erhöht.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn das erste Zeitintervall zumindest 1 Sekunde beträgt.
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Das erste Zeitintervall, welches in Schritt b) abgewartet wird, beträgt vorzugsweise sogar mehr als 10 Sekunden, insbesondere bevorzugt mehr als 20 Sekunden und besonders bevorzugt mehr als 1 Minute. Das erste Zeitintervall beträgt darüber hinaus vorzugsweise maximal 2 Minuten.
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Dieses Zeitintervall ist ausreichend, damit sich Partikel (insbesondere Partikel in der Abgasbehandlungsvorrichtung) abgesetzt haben und nicht mehr in das Leitungssystem gesaugt werden können. Gleichzeitig ist das Zeitintervall ausreichend kurz, um sicherzustellen, dass das Additiv in dem Leitungssystem nicht einfriert. Außerdem sollte das Zeitintervall ausreichend kurz sein, damit eine Phase des Betriebsstopps eines Kraftfahrzeugs nicht zu lang wird. Die Phase des Betriebsstopps ist das Zeitintervall, welches vom Abstellen des Kraftfahrzeuges bis zum Stillstand sämtlicher Komponenten des Kraftfahrzeuges (inklusive Kühlung, Lüftung und der Dosiervorrichtung) verstreicht.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in dem Leitungssystem zumindest eine Pumpe mit umkehrbarer Förderrichtung angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, das Additiv sowohl in Förderrichtung als auch entgegen der Förderrichtung zu fördern.
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Für das Verfahren bevorzugt ist die Anwendung einer Verdrängerpumpe. Bei Verdrängerpumpen wird das Medium durch in sich geschlossene Volumina gefördert. Eine Verhinderung des Zurückströmens wird durch ein Ventil und/oder eine Klappe, andere Medien oder durch Schwerkraft erreicht. Außer durch konstruktionsbedingte Undichtigkeiten kann das Medium auch im Stillstand der Pumpe nicht in umgekehrter Richtung durch die Pumpe strömen. Eine solche Pumpe kann beispielsweise mit Hilfe von Ventilen umgeschaltet werden, so dass die Förderrichtung der Pumpe geändert wird. Mit einer solchen Pumpe kann eine Dosiervorrichtung, mit welcher das beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann, besonders einfach aufgebaut sein. Eine solche Pumpe kann auch eine Strömungspumpe (bzw. eine Kreiselpumpe) sein, welche nach Art einer Axialpumpe oder einer Radialpumpe aufgebaut sein kann. Bei solchen Pumpen treibt eine Schaufelanordnung das zu fördernde Additiv an. Durch eine Umkehrung einer Drehrichtung der Schaufelanordnung kann bei solchen Pumpen regelmäßig eine Umkehrung der Förderrichtung erreicht werden.
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In einer Ausführungsvariante ist die Pumpe mit umkehrbarer Förderrichtung eine Flügelzellenpumpe. Eine Flügelzellenpumpe wird auch Drehschieberpumpe genannt. Diese Art Pumpe weist in einer bevorzugten Ausführungsvariante einen Stator und einen exzentrisch in dem Stator angeordneten Rotor auf. In den Stator münden ein Pumpeneinlass und ein Pumpenauslass. Der Rotor hat eine oder mehrere, bevorzugt radial angeordnete Führungen, in welchen Drehschieber sitzen. Diese Drehschieber unterteilen den Raum zwischen Stator und Rotor in mehrere Kammern. Während der Rotation des Rotors treten für jeden Drehschieber Abstandsänderungen zwischen Rotor und Stator auf. Durch zumindest eine in den Führungen angeordnete Feder werden die Drehschieber gegen die Innenwand des Stators gedrückt. Während der Rotation des Rotors wird das zu fördernde Additiv je nach Drehrichtung des Rotors von dem Pumpeneinlass zum Pumpenauslass oder umgekehrt gefördert.
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Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in dem Leitungssystem zumindest eine Pumpe angeordnet ist, welche zwei getrennte Pumpenkammern aufweist, wobei die eine Pumpenkammer zum Fördern des Additivs in Förderrichtung ausgebildet ist und mit der anderen Pumpenkammer das Additiv in Schritt c) entgegen der Förderrichtung gefördert wird. Bei einer derartigen Pumpe kann auf Ventilanordnungen, zur Änderung der Förderrichtung verzichtet werden. Die Änderung der Förderrichtung wird durch eine geeignete Ansteuerung und Anströmung der Pumpe erreicht.
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Außerdem vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in dem Leitungssystem zumindest eine Pumpe zum Fördern des Additivs in Förderrichtung und zumindest eine Entleerungspumpe vorgesehen sind, wobei in Schritt c) das Additiv mit der Entleerungspumpe entgegen der Förderrichtung gefördert wird.
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Bei einem derartigen Aufbau können besonders kostengünstige und einfache Pumpen vorgesehen sein, weil die Förderpumpe für ihre Aufgabe zur Förderung in Förderrichtung und die Entleerungspumpe für ihre Aufgabe zum Entleeren angepasst sein können. Die Pumpe und die Entleerungspumpe können wahlweise in zwei parallelen Strömungspfaden des Leitungssystems oder in Serie in einem Strömungspfad des Leitungssystems angeordnet sein. Wenn die Pumpen parallel angeordnet sind, findet die Entleerung teilweise über einen anderen Strömungspfad statt als die Förderung in Förderrichtung. Die Pumpe und die Entleerungspumpe sind dann vorzugsweise beide so aufgebaut, dass sie im abgeschalteten Zustand für das Additiv entgegen ihrer jeweiligen Förderrichtung nicht durchströmbar sind.
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Wenn die Pumpen in Serie angeordnet sind, können die Förderpumpe und die Entleerungspumpe jeweils so geschaltet werden, dass sie für das flüssige Additiv passierbar sind. Wenn die Pumpe zur Förderung aktiv ist, muss die Entleerungspumpe für das flüssige Additiv entgegen der Entleerungsrichtung passierbar sein. Wenn die Entleerungspumpe während der Entleerung in Schritt c) aktiv ist, muss die Pumpe zur Förderung entgegen der Förderrichtung für das flüssige Additiv passierbar sein. Eine Anordnung der Pumpe und der Entleerungspumpe in Serie ermöglicht es, auf Verzweigungen in dem Leitungssystem weitgehend zu verzichten.
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Darüber hinaus ist das beschriebene Verfahren vorteilhaft, wenn ein Innendruck in dem Leitungssystem während Schritt b) zumindest aufrechterhalten wird.
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Der Betriebsdruck in dem Leitungssystem dient insbesondere zur Förderung und/oder zur geeigneten Dosierung des Reduktionsmittels im Betrieb. Die Dosiermenge des Reduktionsmittels wird bei Dosiervorrichtungen mit einem Dosierventil als Dosiermittel über die Öffnungszeit des Dosiermittels vorgegeben. Der Innendruck liegt während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine und der Dosiervorrichtung insbesondere in einem Bereich von 5 bis 10 bar, vorzugsweise in einem Bereich von 7 bis 9 bar. Vorzugsweise wird dieser Innendruck während des gesamten Schritts b) aufrechterhalten.
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Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere unmittelbar nach der Abschaltung einer Verbrennungskraftmaschine die Temperatur in einer Abgasbehandlungsvorrichtung für einen längeren Zeitraum noch relativ hoch ist. Die Wärme wird allerdings nicht mehr mit dem Abgasstrom und/oder aktive Kühlsysteme abgeführt, wie dies während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine geschieht. Hierdurch entsteht ein Temperaturstau, der die Temperatur in der Umgebung der Abgasbehandlungsvorrichtung stark erhöhen kann. Dies trifft insbesondere bei einer motornahen Anordnung der Dosiervorrichtung zu, weil der Motorraum hier einen teilweise abgeschlossenen Raum bildet, in dem die Wärme vom Motor bzw. der Abgasbehandlungsvorrichtung dort angestaut werden kann. In dem Leitungssystem vorliegendes Additiv kann hierdurch verdampfen. Wenn das Additiv Reduktionsmittel ist, geschieht gegebenenfalls sogar eine zumindest teilweise thermische/chemische Umsetzung des Additivs in Ammoniak. Diese zumindest teilweise thermische/chemische Umsetzung ist bei wieder sinkenden Temperaturen regelmäßig nicht reversibel. Ammoniak liegt dann unabhängig von der Temperatur gasförmig in dem Leitungssystem vor.
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Durch ein Aufrechterhalten des Innendrucks mit dem Dosiermittel wird zumindest die Temperatur zum Verdampfen des Additivs und/oder die Temperatur, ab der eine chemische Umsetzung des Additivs erfolgt, angehoben. Durch ein Aufrechterhalten des Innendrucks kann so das Verdampfen und/oder eine chemische Umsetzung des Additivs zumindest teilweise verhindert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird der Innendruck während Schritt b) sogar erhöht. Vorzugsweise wird der Innendruck auf zumindest 15 bar und besonders bevorzugt auf zumindest 19 bar erhöht. Bevorzugt wird der Innendruck auf maximal 25 bar erhöht. Vorzugsweise findet die Druckerhöhung bereits während und/oder unmittelbar nach Schritt a) statt. Der Innendruck wird dann vorzugsweise während des gesamten Schrittes b) auf der eingestellten Höhe gehalten. Durch eine weitere Druckerhöhung können die Temperaturen zum Verdampfen und/oder zur chemischen Umsetzung des Additivs noch weiter erhöht werden. Die chemische Umsetzung und/oder das Verdampfen des Ventils kann so noch besser verhindert werden. Die beschriebene Erhöhung des Betriebsdrucks kann mit der Pumpe der Dosiervorrichtung durchgeführt werden.
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Die Druckaufrechterhaltung bzw. die Druckerhöhung findet vorzugsweise für das gesamte erste Zeitintervall des Schritts b) statt. Die Druckaufrechterhaltung kann auch unabhängig von dem ersten Zeitintervall für ein zweites Zeitintervall erfolgen, welches insbesondere mehr als 30 Sekunden, bevorzugt mehr als 5 Minuten und besonders bevorzugt mehr als 30 Minuten beträgt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das erste Zeitintervall sehr lang ist.
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Für den Verfahrensschritt der Druckaufrechterhaltung/Druckerhöhung kann auch vorgesehen sein, dass die Pumpe wenigstens zeitweise nochmals aktiviert wird. Dies erfolgt z. B. noch in Schritt a) und/oder in Schritt b).
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Weiterhin wird hier auch ein Verfahren zum Betriebsstopp einer Dosiervorrichtung zum Dosieren eines flüssigen Additivs in eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Dosiervorrichtung mit zumindest einem Leitungssystem, welches einen Tank zur Speicherung des Additivs und eine Zufuhrvorrichtung zur Zufuhr des Additivs in die Abgasbehandlungsvorrichtung verbindet, wobei das Additiv durch das Leitungssystem von dem Tank zu der Zufuhrvorrichtung mit einer Förderrichtung förderbar ist. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:
- x) Stoppen der Verbrennungskraftmaschine;
- y) Feststellen, ob eine Start-Stop-Situation vorliegt; und
- z) Durchführen eines Betriebsstopps der Dosiervorrichtung, wenn in Schritt y) festgestellt wurde, dass keine Start-Stop-Situation vorliegt.
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Das durch die Verfahrensschritte x), y) und z) gekennzeichnete Verfahren ist auch unabhängig von den weiteren beschriebenen Merkmalen anwendbar. Die weiter oben beschriebenen Verfahrensschritte a), b) und c) sind hierzu nicht notwendig. Gleichwohl können die Verfahrensschritte b) und c) in vorteilhafter Weise dann als Prozesse im Rahmen von Schritt z) durchgeführt werden.
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Eine Start-Stop-Situation (einer Verbrennungskraftmaschine und/oder eines Kraftfahrzeuges) meint insbesondere eine Situation, in welcher das Kraftfahrzeug oder die Verbrennungskraftmaschine nicht für ein längeres Zeitintervall abgeschaltet wird, sondern lediglich eine kurze Betriebspause vorliegt, bei welcher klar und/oder bekannt ist, dass nach der kurzen Betriebspause (beispielsweise weniger als fünf Minuten, weniger als zwei Minuten oder sogar weniger als einer Minute) eine erneute Aktivierung der Verbrennungskraftmaschine erfolgen soll. Eine solche Start-Stop-Situation kann in einem Kraftfahrzeug beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, dass das Stoppsignal (welches eine Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine auslöst) durch ein Motorsteuergerät ausgelöst ist, um Kraftstoff zu sparen. Das Stoppsignal wird insbesondere nicht durch eine Zündung (bzw. ein Zündschloss) ausgelöst, über welche ein Benutzer vorgibt, dass die Verbrennungskraftmaschine aktiviert (gestartet bzw. angelassen) oder deaktiviert (gestoppt) werden soll.
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Soweit in Schritt z) erkannt wird, dass eine Start-Stop-Situation vorliegt, sollte kein Betriebsstopp der Dosiervorrichtung initiiert werden, sondern der „Betriebszustand” sollte (unverändert) über diesen Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden. Insbesondere bleiben alle Systemkomponenten soweit aktiv, dass diese unmittelbar nach Beendigung der Start-Stop-Situation die Funktionalität der Dosiervorrichtung (wieder) gewährleisten können. Eine Deaktivierung der Dosiervorrichtung sollte nur dann erfolgen, wenn die Verbrennungskraftmaschine gestoppt wird und keine Start-Stop-Situation vorliegt.
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Das durch die Verfahrensschritte x), y) und z) gekennzeichnete Verfahren kann durch alle offenbarten Merkmale ergänzt werden, ohne dass hierzu die Verfahrensschritte a), b) und c) umgesetzt sein müssen. Beispielsweise ist es möglich, in Schritt z) einen Betriebsstopp einer Dosiervorrichtung durchzuführen, ohne dass ein Rücksaugen gemäß Schritt c) durchgeführt wird und/oder ohne dass gemäß Schritt b) ein erstes Zeitintervall abgewartet wird. Besonders bevorzugt ist aber auch, dass in Schritt z) ein Betriebsstopp mit den beschriebenen Verfahrensschritten a), b) und c) durchgeführt wird. Zur Funktion bzw. Wirkweise der angesprochenen Komponenten und/oder Prozesse der Dosiervorrichtung kann vollumfänglich auf die Erläuterungen zum „Betriebsstopp-Verfahren” Bezug genommen werden.
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Wenn in Schritt z) ein Betriebsstopp ohne die Verfahrensschritte b) und c) durchgeführt wird, ist bevorzugt, dass trotzdem (wie weiter oben beschrieben) zumindest eine Aufrechterhaltung und gegebenenfalls sogar eine Erhöhung des Betriebsdrucks durchgeführt wird.
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Im Rahmen der Erfindung wird auch eine Dosiervorrichtung zum Dosieren eines flüssigen Additivs in eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase einer Verbrenungskraftmaschine mit zumindest einem Leitungssystem vorgeschlagen, das einen Tank zur Speicherung des Additivs und zumindest eine Zufuhrvorrichtung zur Zufuhr des Additivs in die Abgasbehandlungsvorrichtung verbindet, wobei das Additiv durch das Leitungssystem von dem Tank zu der Zufuhrvorrichtung mit einer Förderrichtung förderbar ist, und das Leitungssystem entgegen der Förderrichtung wenigstens teilweise entleerbar ist, wobei das Leitungssystem über zumindest einen durchlässigen Strömungsweg mit der Abgasbehandlungsvorrichtung und über zumindest einen durchlässigen Strömungsweg mit dem Tank verbindbar ist und darüber hinaus kein weiterer durchlässiger Strömungsweg in das Leitungssystem herstellbar ist.
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Durchlässige Strömungswege sind für ein Fluid (insbesondere für flüssiges Additiv oder für andere Medien wie beispielsweise Luft oder Abgas) passierbare Wege in das Leitungssystem hinein. Damit, dass außer in den Tank hinein und die Abgasbehandlungsvorrichtung hinein keine weiteren Strömungswege vorhanden sind, ist insbesondere gemeint, dass das Leitungssystem keinen zusätzlichen Entlüftungs- oder Belüftungsanschluss aufweist, welcher beispielsweise mit der (äußeren) Umgebung in Verbindung gebracht werden kann. Es ist durchaus möglich, dass mehrere durchlässige Strömungswege in den Tank herstellbar sind. Beispielsweise kann dies sein, wenn die Dosiervorrichtung eine Rücklaufleitung aufweist, durch welche das in der Dosiervorrichtung vorliegende flüssige Additiv zurück in den Tank entleert werden kann. Auch können mehrere Strömungswege in den Tank vorgesehen sein, um auch bei einer Schräglage des Tanks eine Restmenge an flüssigem Additiv aus dem Tank fördern zu können, wobei auch möglich ist, dass mehrere durchlässige Strömungswege in die Abgasbehandlungsvorrichtung vorliegen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn mehrere Eindüsstellen für das Additiv in die Abgasbehandlungsvorrichtung vorgesehen sind.
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Die beschriebene Dosiervorrichtung ist insbesondere zum Betriebsstopp nach dem beschriebenen Verfahren geeignet. Die für das beschriebene Verfahren erläuterten Vorteile und besonderen Ausgestaltungsmerkmale sind in analoger Weise auf die Dosiervorrichtung übertragbar. Gleiches gilt für die für Dosiervorrichtungen im Folgenden geschilderten besonderen Ausgestaltungsmerkmale und Vorteile, welche in analoger Weise ad das beschriebene Verfahren übertragbar sind.
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Die Dosiervorrichtung ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine der folgenden Pumpenanordnungen in dem Leitungssystem vorgesehen ist:
- – zumindest eine Pumpe mit umkehrbarer Förderrichtung;
- – zumindest eine Pumpe, welche zwei getrennte Pumpenkammern aufweist, wobei die eine Pumpenkammer zum Fördern des Additivs in Förderrichtung und die andere Pumpenkammer zum Fördern des Additivs entgegen der Förderrichtung vorgehen sind; und
- – zumindest eine Pumpe zum Fördern des Additivs in Förderrichtung und zumindest eine Entleerungspumpe zum Fördern des Additivs entgegen der Förderrichtung.
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Die verschiedenen angegebenen Pumpenanordnungen sind bereits weiter oben für das Verfahren beschrieben worden. Auf diese Erläuterungen wird hier Bezug genommen.
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Im Rahmen der Erfindung wird weiter ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, einer Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine, einer Dosiervorrichtung zur Dosierung eines flüssigen Additivs in die Abgasbehandlungsvorrichtung, und einer Kontrolleinheit angegeben, wobei letztere dazu konzipiert und eingerichtet ist, den Betrieb der Dosiervorrichtung nach dem beschriebenen Verfahren zu stoppen. Das Kraftfahrzeug weist vorzugsweise eine Dosiervorrichtung auf, wie sie weiter oben beschrieben ist.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist.
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Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: eine erste Ausführungsvariante einer Dosiervorrichtung;
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2: eine zweite Ausführungsvariante einer Dosiervorrichtung;
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3: eine dritte Ausführungsvariante einer Dosiervorrichtung;
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4: eine vierte Ausführungsvariante einer Dosiervorrichtung;
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5: eine Pumpe für eine Dosiervorrichtung; und
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6: ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Dosiervorrichtung, deren Betrieb nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gestoppt werden kann.
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Die gemeinsamen Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen von Dosiervorrichtungen gemäß den 1 bis 4 sollen im Folgenden zusammen erläutert werden. Die Dosiervorrichtungen 1 weisen jeweils einen Tank 5 zur Speicherung des Additivs und eine Zufuhrvorrichtung 6 zur Zufuhr des Additivs in eine Abgasströmung 16 in einer Abgasbehandlungsvorrichtung 2 auf. Der Tank 5 und die Zufuhrvorrichtung 6 sind über ein Leitungssystem 4 miteinander verbunden. In dem Leitungssystem 4 befindet sich zumindest eine Pumpe 9, mit welcher das Additiv von dem Tank 5 entlang einer Förderrichtung 7 durch das Leitungssystem 4 hindurch zu der Zufuhrvorrichtung 6 gefördert werden kann. In der Zufuhrvorrichtung 6 ist optional ein Zufuhrventil 8 vorgesehen, mit welchem die Zufuhr von Additiv über die Zufuhrvorrichtung 6 in die Abgasbehandlungsvorrichtung 2 gesteuert werden kann. Von dem Tank 5 in das Leitungssystem 4 existiert ein Strömungsweg 13, welcher für das Additiv passierbar ist. Von dem Leitungssystem 4 in die Abgasbehandlungsvorrichtung 2 existiert durch die Zufuhrvorrichtung 6 ein Strömungsweg 13, welcher für das Additiv und ggf. entgegen der Förderrichtung für ein anderes Medium aus der Abgasbehandlungsvorrichtung 2 in das Leitungssystem 4 passierbar ist.
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In 1 ist in der Dosiervorrichtung 1 eine Pumpe 9 mit umkehrbarer Förderrichtung vorgesehen, um das beschriebene Verfahren durchzuführen.
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In 2 ist in der Dosiervorrichtung 1 eine Pumpe 9 vorgesehen, welche ebenfalls eine umkehrbare Förderrichtung aufweist, wobei die umkehrbare Förderrichtung hier mit zwei getrennten Pumpenkammern 11 realisiert ist, um das beschriebene Verfahren durchzuführen.
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In 3 ist eine Dosiervorrichtung mit einer Pumpe 9 zur Förderung in Förderrichtung 7 und eine zusätzliche Entleerungspumpe 10 dargestellt. Die Entleerungspumpe 10 befindet sich (in paralleler Anordnung) in einem Umgehungspfad 18 um die Pumpe 9 herum, um beim Entleeren das flüssige Additiv um die Pumpe 9 herum entgegen der Förderrichtung 7 zu fördern. Bei der Ausgestaltung gemäß 3 sind die Pumpe 9 und die Entleerungspumpe 10 vorzugsweise beide so aufgebaut, dass beim Fördern mit der Pumpe 9 in Förderrichtung 7 die Entleerungspumpe 10 für das flüssige Additiv nicht durchlässig ist. Bei Entleeren mit der Entleerungspumpe 10 entgegen der Förderrichtung 7 ist die Pumpe 9 wiederum für das flüssige Additiv nicht durchlässig.
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Bei der Ausführungsvariante der Dosiervorrichtung gemäß 4 ist eine Pumpe 9 zum Fördern in Förderrichtung sowie eine Entleerungspumpe 10 zum Entleeren in Schritt c) vorgesehen. Die Pumpe 9 und die Entleerungspumpe 10 sind hier in Serie (also in Förderrichtung 7 hintereinander) angeordnet. Die Pumpe 9 ist vorzugsweise so aufgebaut, dass sie während des Entleerens in Schritt c) für das flüssige Additiv entgegen der Förderrichtung 7 passierbar ist. Die Entleerungspumpe 10 ist vorzugsweise so aufgebaut, dass sie während des Förderns des flüssigen Additivs in Förderrichtung 7 mit der Pumpe 9 für das flüssige Additiv passierbar ist.
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In 5 ist eine Pumpe 9 dargestellt, welche zwei Pumpenkammern 11 aufweist, wobei die obere Pumpenkammer 11 zum Fördern in Förderrichtung 7 eingerichtet ist. Dies ist durch Pumpenventile 12 gewährleistet, welche die Förderrichtung 7 vorgeben. Die untere Pumpenkammer 11 ist zum Fördern entgegen der Förderrichtung 7 vorgesehen. Auch die Förderung entgegen der Förderrichtung 7 ist durch Pumpenventile 12 vorgegeben.
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6 zeigt ein Kraftfahrzeug 14 aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 3 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 2 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 3. In die Abgasbehandlungsvorrichtung 2 ist mit einer Dosiervorrichtung 1 flüssiges Additiv über eine Zufuhrvorrichtung 6 zuführbar. Die Dosiervorrichtung 1 kann beim Betriebsstopp der Verbrennungskraftmaschine 3 über die Kontrolleinheit 15 nach dem beschriebenen Verfahren kontrolliert werden.
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In der Abgasbehandlungsvorrichtung 2 ist vorzugsweise ein SCR-Katalysator 17 vorgesehen. Um in dem SCR-Katalysator 17 das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion durchführen zu können, wird an der Zufuhrvorrichtung 6 als flüssiges Additiv vorzugsweise Reduktionsmittel zugegeben, welches von der Zufuhrvorrichtung 6 mit der Abgasströmung 16 zu dem SCR-Katalysator 17 gelangt.
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Durch das beschriebene Verfahren wird eine besonders kostengünstige Dosiervorrichtung möglich, welche entgegen der Förderrichtung entleert werden kann. Verschmutzungen des Leitungssystems der Dosiervorrichtung werden dabei durch das Verfahren effektiv vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dosiervorrichtung
- 2
- Abgasbehandlungsvorrichtung
- 3
- Verbrennungskraftmaschine
- 4
- Leitungssystem
- 5
- Tank
- G
- Zufuhrvorrichtung
- 7
- Förderrichtung
- 8
- Zufuhrventil
- 9
- Pumpe
- 10
- Entleerungspumpe
- 11
- Pumpenkammer
- 12
- Pumpenventil
- 13
- Strömungsweg
- 14
- Kraftfahrzeug
- 15
- Kontrolleinheit
- 16
- Abgasströmung
- 17
- SCR-Katalysator
- 18
- Umgehungspfad
