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Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmitteldosiersystem zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das Dosiersystem mit einem Reduktionsmitteltank verbindbar/verbunden ist, aus dem Reduktionsmittel entnommen und mittels einer Förderpumpe über eine Förderleitung gefördert und über zumindest eine Düse in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeleitet wird.
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Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion, sogenannte SCR-Katalysatoren (englisch: selective catalyic reduction, abgekürzt: SCR) werden eingesetzt, um die Stickoxydemission von Dieselmotoren, Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Industrieanlagen und dergleichen zu vermindern. Hierzu wird ein Reduktionsmittel in das Abgassystem mit einer Dosiervorrichtung eingedüst. Als Reduktionsmittel dient Ammoniak oder eine Ammoniaklösung oder ein anderes Reduktionsmittel.
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Da das Mitführen von Ammoniak in Fahrzeugen sicherheitskritisch ist, wird Harnstoff in wässriger Lösung mit üblicherweise 32,5% Harnstoffanteil gemäß DIN 70070, das sogenannte AdBlue, eingesetzt. Im Abgas zersetzt sich der Harnstoff bei Temperaturen oberhalb von 150° Celsius in gasförmiges Ammoniak und CO2. Parameter für die Zersetzung des Harnstoffes sind im wesentlichen Zeit (Verdampfungs- und Reaktionszeit), Temperatur und Tröpfchengröße der eingedüsten Harnstofflösung. In diesen SCR-Katalysatoren wird durch selektive katalytische Reduktion (englisch selective catalyic reduction, SCR) der Ausstoß von Stickoxyden um etwa 90% reduziert.
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Bei den bekannten Reduktionsmitteldosiersystemen wird die Harnstofflösung mittels einer Membranpumpe oder Kolbenpumpe zur Zerstäuberdüse gefördert. Bei der Düse handelt es sich um ein passives Bauteil ohne Ventil, sodass die Pumpe in diesen Systemen als Dosierpumpe arbeitet.
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Nachteilig ist dabei, dass die Pumpe für die Anforderungen an die Dosiergenauigkeit verantwortlich ist. Korrekturen aufgrund von Abweichungen bei verschiedenen Pumpenhüben, die durch äußere Einflüsse auftreten wie Temperaturschwankungen, Abgasgegendruck, Dosierfrequenzen etc. können nur in einem Steuergerät als Parameter hinterlegt werden. Eine Überprüfung und Anpassung während des Dosierbetriebes ist jedoch nicht möglich, da es sich nicht um einen geschlossenen Regelkreis handelt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reduktionsmitteldosiersystem der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, dass eine Überwachung der Dosierung und eine Steigerung der Dosiergenauigkeit ermöglicht wird, sodass die Dosierung jederzeit exakt dem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors angepasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Reduktionsmitteldosiersystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Besonders vorteilhaft bei dem Reduktionsmitteldosiersystem zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das Dosiersystem mit einem Reduktionsmitteltank verbindbar/verbunden ist, aus dem Reduktionsmittel entnommen und mittels einer Förderpumpe über eine Förderleitung gefördert und über zumindest eine Düse in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeleitet wird, ist es, dass in die Förderleitung zwischen der Förderpumpe und der Düse ein Durchflusssensor integriert ist.
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Die Begriffe Reduktionsmitteldosiersystem bzw. Dosiersystem werden im Sinne dieser Beschreibung synonym verwendet. Mit dem Begriff der Reduktionsmittellösung oder des Reduktionsmittels ist jedes zur selektiven katalytischen Reduktion geeignete Reduktionsmittel umfasst, vorzugsweise kommt hierzu eine Harnstofflösung gemäß DIN 70070 zum Einsatz. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
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In einer bevorzugten Gesamtanordnung weist das Reduktionsmitteldosiersystem einen Tank auf, in den die Reduktionsmittellösung eingefüllt wird und aus dem die Reduktionsmittellösung entnommen und mittels einer Förderpumpe gefördert und über zumindest eine Düse in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeleitet wird.
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Erfindungsgemäß ist somit die Anordnung eines Durchflusssensors in der Förderleitung zwischen der Druckseite der Förderpumpe und der Düse vorgesehen, wodurch eine Messung und Überwachung des Reduktionsmittelmassenstromes während des Dosierbetriebes jederzeit möglich wird, sodass die Anforderungen an die Dosierpumpe herabgesetzt werden und eine bedarfgerechte Ansteuerung der Pumpe in einem geschlossenen Regelkreis möglich ist.
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Durch die Messung des Reduktionsmittelmassenstromes wird keine genau arbeitende Dosierpumpe mehr benötigt, es genügt die Verwendung einer einfacheren Förderpumpe. Ferner kann auf den bisher zwingend für eine Überwachung des Dosierbetriebes erforderlichen Drucksensor in der Förderleitung verzichtet werden.
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Durch die Erfindung wird die Zuverlässigkeit des Reduktionsmitteldosiersystems und die Dosiergenauigkeit gesteigert. Luftblasen werden durch den Durchflusssensor in der Förderleitung erkannt, d. h. dass bei Ansaugen von Luft bei zu geringem Füllgrad in dem Reduktionsmitteltank dies durch das Reduktionsmitteldosiersystem erkannt wird und eine entsprechende Warnung für den Benutzer generiert werden kann.
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Kern der Erfindung ist die Anordnung eines Durchflusssensors in der Förderleitung zwischen der Druckseite der Pumpe und der Düse, welche zur Einspritzung und Zerstäubung des Reduktionsmittels in den Abgastrakt dient. Zur Durchflussmessung selbst können verschiedenste Wirkprinzipien und Arten von Durchflussmessern zum Einsatz kommen. Das Messprinzip des Durchflusssensors kann dabei auf volumetrischen Messverfahren und/oder auf Differenzdruckmessungen und/oder auf induktiven Verfahren und/oder auf kapazitiven Verfahren und/oder Ultraschallmessungen beruhen. Mittels des Durchflusssensors wird die Menge an Reduktionsmittel, welche innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls durch den definierten Strömungsquerschnitt der Förderleitung fließt, bestimmt.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Durchflusssensor um einen kalorimetrischen Durchflusssensor. Insbesondere kann der Durchflusssensor zumindest ein Heizelement und zwei Temperatursensoren aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Sensor somit im wesentlichen aus einem Heizelement und zwei Temperatursensoren. Das Heizelement und die Temperatursensoren können dabei auf einer Trägermembran aufgebracht sein. In diesem Fall kann der Durchflusssensor mit einem Heizelement und zwei Temperatursensoren auf einer gemeinsamen Trägermembran als integriertes Bauelement ausgeführt sein.
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Der Durchflusssensor kann dergestalt ausgebildet sein, dass zumindest ein Heizelement und zwei Temperatursensoren vorgesehen sind, wobei die Heizleistung des Heizelementes konstant gehalten und die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren erfasst wird. Die Temperaturdifferenz ist dann ein Maß für den Massenstrom, da bei konstanter Heizleistung des Heizelementes das entstehende Wärmeprofil durch den Massenstrom beeinflusst wird und durch die Temperatursensoren erfasst werden kann.
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Alternativ kann der Durchflusssensor dergestalt ausgebildet sein, dass er zumindest ein Heizelement und zwei Temperatursensoren aufweist, wobei die Heizleistung des Heizelementes derart geregelt wird, so dass die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren konstant gehalten wird und die hierfür erforderliche Heizleistung des Heizelementes erfasst wird, die dann ein Maß für den Massenstrom bildet.
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Beide Ausführungsformen gestatten die kontinuierliche Massenstromerfassung und damit die Ermittlung der geförderten Menge des Reduktionsmittels.
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Im ersten Fall wird eine konstante Heizleistung in das Strömungsmedium eingebracht, wobei hier der sich einstellende Temperaturunterschied zwischen den beiden Temperatursensoren von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist und als Messsignal dient. Im zweiten Fall wird eine konstant hohe Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sensoren mittels des Heizelementes eingestellt. Hierbei ist die Heizleistung von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig und dient als Messsignal.
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Beide Vorgehensweisen gestatten eine Online-Überwachung und Erfassung des Massenstromes, so dass eine exakte Ansteuerung des Dosiersystems möglich ist.
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Vorzugsweise weist das Dosiersystem ein Steuergerät auf, mittels dessen eine Auswertung und Überwachung des Signals des Durchflusssensors erfolgt. Insbesondere kann die Ansteuerung der Dosierpumpe in Abhängigkeit des Signals des Durchflusssensors ebenfalls durch das Steuergerät erfolgen. Die Dosierpumpe wird dann in einem geschlossenen Regelkreis betrieben und geregelt, wobei in dem Regelkreis eine Online-Überwachung des geförderten Massenstromes mittels des integrierten Durchflusssensors erfolgt. Gleichermaßen kann das Steuergerät dergestalt ausgelegt sein, dass es geeignet ist, die Ansteuerung des Heizelementes vorzunehmen, so dass das gesamte Dosiersystem durch das Steuergerät geregelt wird und das Steuergerät gleichzeitig als Überwachungseinheit und Auswerteeinheit dient, in dem das Signal des Durchflusssensors überwacht und ausgewertet wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Reduktionsmitteldosiersystems ist eine Druckluftversorgung vorgesehen, wobei das Reduktionsmittel innerhalb oder außerhalb der Düse mittels Druckluft zerstäubt wird. Zur Zerstäubung des Reduktionsmittels kann eine Mischkammer vorgesehen sein, innerhalb derer eine Zerstäubung des Reduktionsmittels mittels der Druckluft bereits vor der Einleitung in den Abgastrakt erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch die Düse als außenmischende Zweistoffdüse ausgebildet, bei der aus einer ersten Düsenöffnung die Reduktionsmittellösung austritt und aus einer zweiten Düsenöffnung Druckluft austritt, wobei die beiden Düsenöffnungen derart zueinander ausgerichtet sind, dass die Druckluft das Reduktionsmittel außerhalb der Düse zerstäubt, so dass die Düse als außenmischende Zweistoffdüse ausgebildet ist und die Aerosolbildung außerhalb der Düse erfolgt. Die Düse kann auch mehrere Paare solcher Austrittsöffnungen für Reduktionsmittellösung und Druckluft aufweisen, um die Verteilung des Aerosols in dem Abgastrakt zu optimieren.
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Vorzugsweise ist eine Druckluftversorgung vorgesehen, die ein Schaltventil und/oder ein Druckregelventil aufweist. Dieses Schaltventil dient der Steuerung, d. h. der Ein- und Abschaltung der Druckluftversorgung.
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Alternativ oder kumulativ kann die Druckluftversorgung ein Druckregelventil aufweisen. Hierdurch kann die Druckluft auf ein zur Zerstäubung des Reduktionsmittels mittels der Druckluft gewünschtes Druckniveau eingestellt werden. Die Druckluft selbst kann aus einem bordeigenen Druckluftsystem, beispielsweise eines Nutzfahrzeuges, in dessen Abgastrakt das Dosiersystem angeordnet ist, entnommen werden, ohne dass der in dem Druckluftsystem vorherrschende Systemdruck eine Einschränkung darstellt, da der Druck der Druckluft auf den gewünschten Druck abgesenkt werden kann.
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Bei der Förderpumpe kann es sich insbesondere um eine Membranpumpe oder eine Kolbenpumpe oder eine Kreiselpumpe oder eine Orbitalpumpe oder eine Zahnradpumpe handeln.
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Membranpumpen und Kolbenpumpen erzeugen bei einem Förderhub Druckspitzen, die durch eine als Pulsationsdämpfer dienende flexible Membran oder einen flexiblen Leitungsabschnitt oder dergleichen ausgeglichen und gedämpft werden können.
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Eine als Förderpumpe dienende Membranpumpe kann dabei beispielsweise mit einer Frequenz von bis zu 50 Hz oder bis zu 100 Hz angesteuert werden. Das Ansteuerungssignal der Membranpumpe kann dabei pulsweitenmoduliert sein.
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Durch eine derartige Pulsweitenmodulation des Ansteuerungssignals der Membranpumpe kann die Dosiergenauigkeit und das Geräuschverhalten verbessert werden. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Dosiergenauigkeit durch die Ansteuerung einer Membranpumpe mit einem pulsweitenmodulierten Signal deutlich verbessert werden kann. Durch eine Pulsweitenmodulation des Ansteuerungssignals der Membranpumpe kann die momentane Förderleistung der Membranpumpe dem jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors sowie der Temperatur und dem Massenstrom des Abgases angepasst werden, sodass die Dosierung des Reduktionsmittels exakt bedarfsorientiert erfolgen kann.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Förderpumpe, die geeignet ist, in beide Richtungen zu fördern, beispielsweise eine Orbitalpumpe oder eine Zahnradpumpe, die je nach Ausgestaltung in beide Richtungen fördern kann. Nach Beendigung der Dosierung des Reduktionsmittels kann die Förderrichtung der Pumpe umgedreht werden, um das in der Förderleitung und der Düse befindliche Reduktionsmittel zurück zum Tank zu fördern und die Förderleitung sowie die Düse zu entlüften, indem Luft aus dem Abgastrakt angesaugt wird. Durch eine solche Entlüftung der Förderleitung und der Düse werden sowohl Frostschäden durch einfrierendes Reduktionsmittel als auch Verstopfungen durch Kristallisationen sicher vermieden.
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Durch den Durchflusssensor kann die Förderrichtung ebenfalls erkannt werden. Dies ist für das Rücksaugen von Vorteil. Es kann erkannt werden, wann die Dosierleitung leer ist und ob entlang des Durchflusssensors Luft in der Dosierleitung gefördert wird. Mit einer entsprechenden Kalibrierung des Durchflusssensors auf das Medium Luft besteht die Möglichkeit, das insgesamt angesaugte Luftvolumen zu ermitteln, um sicherzustellen, dass das Volumen der Pumpe und das Volumen der Förderleitungen vollständig mit Luft gefüllt wurde.
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Durch die Erfindung wird somit die Nutzung einer Pumpe als Förderpumpe ermöglicht, die sowohl vorwärts als auch rückwärts fördern kann. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Durchflusssensor in der Förderleitung zwischen Pumpe und Düse bedarf es nicht mehr des Einsatzes hochgenauer Membranpumpen oder dergleichen.
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Durch die Verwendung einer vorwärts- und rückwärtsfördernden Pumpe kann das bei den Dosiersystemen nach dem Stand der Technik erforderliche Ventil zum Belüften der Düse und der Förderleitung entfallen und das bei Beendigung des Dosierbetriebs in der Düse und der Förderleitung befindliche Reduktionsmittel kann durch die Pumpe im Rückwärtsbetrieb zurück in den Tank gefördert werden, wodurch eine Belüftung der Düse und der Förderleitung erfolgt. Die Pumpe und die Saugleitung werden dadurch ebenfalls belüftet, wodurch die Frostsicherheit des Systems garantiert ist, da die üblicherweise verwendete 32,5%-Harnstofflösung bei –11°C gefriert und sich um bis zu 10% ausdehnt.
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Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf den Bereich von Nutzfahrzeugen und den Einsatz einer 32,5%-Harnstofflösung beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung bei jeglichen Systemen zur selektiven katalytischen Reduktion zum Einsatz kommen, beispielsweise auch bei der Abgasnachbehandlung von Schiffsmotoren, bei denen auch eine andere als die 32,5%-Harnstofflösung verwendet werden kann, insbesondere die bei maritimen Anwendungen üblicherweise verwendete 40%-Harnstofflösung, die bei knapp 0°C gefriert und ein ähnliches Ausdehnungsverhalten zeigt. Der Durchflusssensor kann auf verschiedenste Reduktionsmittellösungen, wie beispielsweise auch eine 40%-Harnstofflösung, kalibriert werden
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Für höhere Dosiermengen können auch zwei oder mehr Pumpen verwendet werden, die jeweils zumindest eine Düse mit Reduktionsmittellösung beschicken. Dabei würden dann mehrere Förderstränge mit jeweils einer Pumpe parallel zueinander angeordnet. Ein Durchflusssensor kann in der Saugleitung vor den beiden oder mehr Pumpen angeordnet sein, um den Gesamtmassenstrom aller Förderpumpen zu erfassen. Jede Düse würde jedoch nur mit dem jeweiligen Massenstrom einer einzelnen Pumpe beaufschlagt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass hinter jeder einzelnen Pumpe in jeder Förderleitung zwischen einer Pumpe und einer Düse ein Durchflusssensor angeordnet ist. Diese Ausgestaltung gestattet die Messung und Überwachung jedes einzelnen Massenstromes in der jeweiligen Förderleitung zu einer Düse.
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Durch den Einsatz anderer als der bisher üblichen Membran- oder Kolbenpumpen kann eine Geräuschminderung gegenüber den bisher bekannten Reduktionsmitteldosiersystemen erzielt werden.
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Bevorzugt ist der Durchflusssensor derart eingerichtet und kalibriert, dass eine Durchflussmessung zumindest des Reduktionsmittels und von Luft oder Abgas mittels des Durchflusssensors durchgeführt werden kann. Hierdurch kann, wie oben dargestellt, eine Detektion der zur Entlüftung der Förderleitung und der Pumpe benötigte Luftmenge ermöglicht werden, um die Frostsicherheit des Dosiersystems zu garantieren. Mit dem Begriff der Luft oder des Abgases sind dabei jene Gase und Gasgemische umfasst, die sich im Abgastrakt befinden und die bei einer Umkehrung der Förderrichtung aus dem Abgastrakt in die Förderleitung eingesaugt werden. Dabei kann es sich um Abgase oder um Luft oder um ein Abgas-Luft-Gemisch handeln.
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Vorzugsweise ist der Durchflusssensor derart eingerichtet und kalibriert, dass eine Durchflussmessung sowohl in Förderrichtung als auch entgegen der Förderrichtung erfolgen kann. Durch eine derartige Ausgestaltung kann die Strömungsrichtung des Fluides mittels des Durchflusssensors detektiert werden. Bei entsprechender Ausgestaltung und Kalibrierung des Durchflusssensors können somit der Massenstrom des Fluides und/oder die Strömungsrichtung und/oder das in der Förderleitung strömende Fluid detektiert werden. Mit dem Begriff des Fluids sind sowohl Flüssigkeiten als auch Gase umfasst.
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Besonders bevorzugt ist der Durchflusssensor derart eingerichtet und kalibriert, dass eine Messung des Durchflusses verschiedener Fluide erfolgen kann, insbesondere von 32,5%-Harnstofflösung und/oder von 40%-Harnstofflösung und/oder von Abgas oder Luft, insbesondere dass mehrere Kalibrierdaten in einen Steuergerät des Dosiersystems abgespeichert sind und eine Umschaltung während des Betriebs des Dosiersystems auf das jeweilige Fluid erfolgen kann, insbesondere mittels des Steuergerätes automatisch erfolgt. Alternativ oder kumulativ können weitere Kalibrierdaten zur Detektion des Durchflusses weiterer Reduktionsmittellösungen abgespeichert sein.
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Durch eine derartige Ausgestaltung des Durchflusssensors kann das Dosiersystem zum einen bei verschiedenen Anwendungen sowohl bei Nutzfahrzeugen und der Verwendung einer 32,5%-Harnstofflösung gemäß DIN 70070, als auch bei maritimen Anwendungen mit Verwendung einer 40%-Harnstofflösung oder unter Verwendung einer anderen Reduktionsmittellösung zum Einsatz kommen. Zum anderen ist auch die Erkennung des Ansaugens von Luft nach einer Beendigung der Dosierung zur Entlüftung der Förderleitung mittels des Durchflusssensors möglich, indem dieser auf verschiedene Flüssigkeiten und Gase kalibriert sein kann. Die entsprechenden Kalibrierdaten können in einem Steuergerät und/oder in einer Auswerteeinheit hinterlegt sein und es kann jeweils eine automatische Umschaltung während des Betriebes des Dosiersystems und damit eine kontinuierliche Überwachung der Strömung in der Förderleitung mittels des Durchflusssensors erfolgen.
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Bevorzugt gibt der Durchflusssensor ein analoges oder digitales Ausgangssignal ab, insbesondere kann der Durchflusssensor an ein CAN-Bussystem gemäß ISO 11898 gekoppelt sein und/oder ein Ausgangssignal gemäß des SENT-Protokolls aufweisen. Bei dem SENT-Protokoll werden über nur einen Draht mehrere Signale übertragen, beispielsweise können gleichzeitig über einen einzigen Draht ein Temperatursignal, ein Massenstromsignal und ein sogenanntes Info-Nibbel umfassend 4 Bit, welches 1 Bit für das Vorzeichen der Strömungsrichtung, ein zweites Bit zur Unterscheidung des geförderten Mediums Luft oder Harnstoffwasserlösung und ein drittes und viertes Bit für die On-Board-Diagnose enthält, übertragen werden. Das Temperatursignal kann beispielsweise Temperaturen im Bereich von –40°C bis zum 200°C und das Signal für den Massenstrom kann beispielsweise einen Bereich vom 0 bis 4096 g/h abdecken.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Dosiersystems während des Dosierbetriebes;
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Dosiersystems während des Dosierbetriebes;
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3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Dosiersystems während des Dosierbetriebes;
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4 das Dosiersystem nach 3 nach Beendigung des Dosierbetriebes.
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Identische Bauteile, Komponenten und Baugruppen sind in den Figuren jeweils mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt ein Schema einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosiersystems, bei dem mittels der Förderpumpe 1 die Harnstofflösung über die Saugleitung 2 aus einem nicht dargestellten Tank entnommen und gefördert wird. Auf der Druckseite der Förderpumpe 1 ist angeschlossen die Förderleitung 3, die in die Düse 4 mündet. Bei der Düse 4 handelt es sich um eine außenmischende Zweistoffdüse, bei der die Zerstäubung des Reduktionsmittels im Abgastrakt außerhalb der Düse 4 mittels Druckluft erfolgt. Hierzu ist eine Druckluftversorgung 6 mit einem Schaltventil 7 vorgesehen, mittels dessen die Druckluft zu- und abgeschaltet werden kann. In der Druckluftversorgung 6 ist angeordnet ein Drucksensor 8, mittels dessen der an der Düse 4 anliegenden Druck der Druckluft überwacht wird.
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Sämtliche Komponenten des Dosiersystems sind auf dem Komponententräger 9 angeordnet und zu einer kompakten Baueinheit zusammengefasst.
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In die Förderleitung 3 ist integriert der Massendurchflussmesser 5. Der Durchflussmesser 5 weist einen ersten Temperatursensor 11 auf, mittels dessen die Temperatur der Reduktionsmittellösung am Eintritt in den Durchflusssensor 5 gemessen wird. Als zweite Komponente weist der Durchflussmesser 5 das Heizelement und den zweiten Temperatursensor 12 auf, mittels dessen der konstante Temperaturunterschied zwischen den beiden Temperatursensoren 11, 12 überwacht wird. Das Heizelement und der Temperatursensor sind als integriertes Bauteil 12 ausgeführt. Bei diesem Konzept wird der Temperaturunterschied zwischen den beiden Temperatursensoren 11, 12 konstant gehalten und die Heizleistung des integrierten Heizelementes dementsprechend geregelt. Dementsprechend ist die Heizleistung des Heizelementes ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit und damit ein Maß für den Massenstrom innerhalb der Förderleitung 3. Die Heizleistung, die aufgebracht werden muss, um die gemessene Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren 11, 12 konstant zu halten, dient als Messsignal und damit als Maß für den Massenstrom.
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In 2 ist dargestellt eine zweite Ausführungsform eines Dosiersystems, welches grundsätzlich einen identischen Aufbau aufweist, wie das Dosiersystem nach 1. Der Unterschied besteht dabei in dem Aufbau des Durchflusssensors 5 respektive in dem Betrieb dieses Durchflusssensors. Es ist wiederum vorgesehen ein erster Temperatursensor 21, mittels dessen die Temperatur des Reduktionsmittels am Eintritt in den Durchflusssensor erfasst wird, sowie ferner ein Heizelement und ein zweiter Temperatursensor 22. Das Heizelement und der Temperatursensor sind wiederum als integriertes Bauteil 22 ausgeführt. In dem in 2 dargestellten Fall wird eine konstante Heizleistung aufgebracht und es wird der sich einstellende Temperaturunterschied zwischen den beiden Temperatursensoren 21, 22 erfasst und als Messsignal weiter verarbeitet. Bei Aufbringen einer konstanten Heizleistung dient der sich einstellende Temperaturunterschied zwischen den beiden Temperatursensoren 21, 22 als Messsignal, da die sich einstellende Temperaturdifferenz von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in der Förderleitung 3 abhängt.
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In den 3 und 4 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. 3 zeigt das Dosiersystem während des Dosierbetriebes und in 4 ist der belüftete Zustand nach der Beendigung der Dosierung dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau dieser dritten Ausführungsform ist identisch zu den oben beschriebenen Ausführungsformen gemäß den 1 und 2. Der Unterschied besteht in der Ausgestaltung des Durchflusssensors 5 innerhalb der Förderleitung 3 zwischen Druckseite der Pumpe 1 und der Düse 4.
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Der Durchflusssensor 5 weist einen ersten Temperatursensor 31 auf, mittels dessen die Temperatur der Reduktionsmittellösung am Eintritt in den Durchflusssensor 5 erfasst wird. Ferner weist der Durchflusssensor ein Heizelement 32 auf, mittels dessen eine Erhitzung des geförderten Reduktionsmittels erfolgt. Ferner weist der Durchflusssensor 5 einen zweiten Temperaturfühler 33 am Austritt auf, mittels dessen die Temperatur des geförderten Reduktionsmittels am Austritt des Durchflusssensors 5 erfasst wird.
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Die in 3 und 4 dargestellte Anordnung kann sowohl mit konstanter Heizleistung und Erfassung des strömungsabhängigen Temperaturunterschiedes betrieben werden, als auch alternativ mit konstanter Temperaturdifferenz an den Temperatursensoren 31, 33 und Erfassung der von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Heizleistung, welche dann als Messsignal dient.
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In 4 ist dargestellt der belüftete Zustand des Dosiersystems nach Beendigung der Dosierung durch Umkehrung der Förderrichtung der Pumpe 1, wie dies durch den die Förderrichtung anzeigenden Pfeil der Pumpe 1 in 4 dargestellt ist. Das in der Förderleitung 3 und der Düse 4 befindliche Reduktionsmittel wird dann durch die Pumpe 1 über die Leitung 2 zurück in den nicht dargestellten Reduktionsmitteltank gefördert und es wird Luft aus dem Abgastrakt über die Düse 4 in die Förderleitung 3, die Pumpe 1 und die Leitung 2 eingesaugt, so dass das gesamt System belüftet wird, wie dies durch die gestrichelte Förderleitung 3 und Leitung 2 in 4 angedeutet ist. Durch die Belüftung des gesamten Systems ist das System frostsicher, da kein Reduktionsmittel in der Pumpe 1 oder den Leitungen 2, 3 verbleibt und einfrieren könnte.
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Der belüftete Zustand, wie er in 4 durch Umkehrung der Förderrichtung der Förderpumpe 1 dargestellt ist, ist prinzipiell auch auf die Dosiersysteme gemäß den 1 und 2 anwendbar und wurde nur beispielhaft anhand des Systems gemäß 3 und 4 erläutert. Auch bei der Pumpe 1, die in den in den 1 und 2 dargstellten Systemen eingesetzt wird, handelt es sich um eine sowohl vorwärts als auch rückwärts in beiden Förderrichtungen betreibbare Förderpumpe 1, die eine Belüftung des Systems nach Beendigung der Dosierung ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 70070 [0003]
- DIN 70070 [0009]
- DIN 70070 [0040]
- ISO 11898 [0041]
