DE102017220535A1

DE102017220535A1 - Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, Vorrichtung und Leitungsnetz zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102017220535A1
Application number: DE102017220535.0A
Authority: DE
Inventors: Tobias Hoeffken
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-05-23
Also published as: CN109798167A; KR102528962B1; KR20190056980A; CN109798167B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems (10), welches eingerichtet ist ein Reagenzmittel (14) entlang einer Förderrichtung () durch ein Leitungsnetz (N) zu einem Dosierelement (D1) zu fördern, welches das Reagenzmittel (14) in einen Abgaskanal (16) einer Brennkraftmaschine (18) stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator (20) dosiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsnetz (N) eine Hauptleitung (H) aufweist, die mit einem ersten Leitungszweig (L) und zumindest einen weiteren Leitungszweig (L) über ein Abzweigelement (A) zum Transfer von Reagenzmittel (14) verbunden ist, wobei nach Beenden des Dosierbetriebs durch das dem ersten Leitungszweig (L) nachgelagerte Dosierelement (D) und einem dem weiteren Leitungszweig (L) nachgelagerten weiteren Dosierelement (D) das Reagenzmittel (14) derart aus dem Leitungsnetz (N) zumindest teilweise entfernt wird, dass aus dem ersten Leitungszweig (L) und/oder dem weiteren Leitungszweig (L) lediglich so viel Reagenzmittel (14) entnommen wird, dass eine Belüftung des Abzweigelements (A) verhindert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Leitungsnetz (N), ein Steuergerät (26), mit dessen Hilfe das Reagenzmittel-Dosiersystem (10) betrieben wird sowie ein Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems, welches ein Reagenzmittel in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert, sowie eine Vorrichtung und eine Leitungskonfiguration zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Leitungsnetz, ein Steuergerät, mit dessen Hilfe das Reagenzmittel-Dosiersystem betrieben wird, sowie ein Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine kann eine selektive katalytische Reduktion (Selective Catalytic Reduction = SCR) mit dem Ziel einer Verminderung von Stickoxiden (NOx) im Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird in den Abgaskanal der Brennkraftmaschine eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reagenzmittels dosiert. Das Reagenzmittel kann Ammoniak sein, welches beispielsweise aus einer Vorstufe in Form einer Harnstoff-Wasser-Lösung im Abgaskanal durch Hydrolyse gewonnen wird.
Ein solches Reagenzmittel-Dosiersystem ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 196 07 073 A1 bekannt. Die Harnstoff-Wasser-Lösung wird dabei durch eine Leitung von einem Tank zu einem Dosierventil gefördert und in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert, wobei die Dosierrate mittels des Dosierventils festgelegt wird.
In aktuellen Reagenzmittel-Dosiersystemen, wie diese unter der Bezeichnung DEN-OXTRONIC der Anmelderin bekannt sind, saugt eine Pumpe die Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Reagenzmitteltank und verdichtet diese auf den für eine Zerstäubung erforderlichen Systemdruck von beispielsweise 3 bis 9 bar. Unter Berücksichtigung von beispielsweise aktueller Brennkraftmaschinendaten und Katalysatordaten wird die Dosierrate des Reagenzmittels auf möglichst maximale NOx-Reduzierung abgestimmt.
Die üblicherweise verwendete, in DIN-Normen definierte Harnstoff-Wasser-Lösung hat die Eigenschaft, bei ungefähr -11°C zu gefrieren. Die mit dem Gefrieren einhergehende Volumenausdehnung der Harnstoff-Wasser-Lösung kann zu Schädigungen an den Leitungen und weiteren Komponenten wie beispielsweise Pumpe oder Dosierventilen führen. Daher kann es vorgesehen sein, nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine bzw. nach dem Abschalten des Reagenzmittel-Dosiersystems die Harnstoff-Wasser-Lösung aus dem Reagenzmittel-Dosiersystem, insbesondere aus dem Dosierventil, in den Tank zurückzusaugen. Damit wird erreicht, dass das Reagenzmittel-Dosiersystem bei Temperaturen von -11°C oder darunter gefrieren kann, ohne dass Schädigungen durch die Volumenausdehnung der gefrierenden Harnstoff-Wasser-Lösung zu befürchten sind.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2010 031 651 A1 ist ein Reagenzmittel-Dosiersystem mit einem Dosierventil beschrieben. Nach dem Abschalten des Reagenzmittel-Dosiersystems wird das Reagenzmittel aus dem Leitungssystem, insbesondere aus dem Dosierventil beispielsweise durch Abpumpen mittels einer Pumpe entgegen der Förderrichtung im Dosierbetrieb abgesaugt. Auch Systeme mit zwei seriell angeordneten SCR-Katalysatoren, mit jeweils einem dem jeweiligen Katalysator vorgelagerten Dosierventil, sind aus der DE 102012221905 bekannt.
Es wäre daher wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine einfache Entleerung eines Reagenzmittel-Dosiersystems auf Basis von mehreren Einspritzstellen nach dem Abschalten des Reagenzmittel-Dosiersystems ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems aus, welches eingerichtet ist ein Reagenzmittel entlang einer Förderrichtung durch ein Leitungsnetz zu einem Dosierelement zu fördern, welches das Reagenzmittel in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert. Das Verfahren ist insbesondere in Bezug auf ein Leitungsnetz anwendbar, das eine Hauptleitung aufweist, die mit einem ersten Leitungszweig und zumindest einen weiteren Leitungszweig über ein Abzweigelement zum Transfer von Reagenzmittel verbunden ist, wobei nach Beenden des Dosierbetriebs durch das dem ersten Leitungszweig nachgelagerten Dosierelement und einem dem weiteren Leitungszweig nachgelagerten weiteren Dosierelement, das Reagenzmittel derart aus dem Leitungsnetz und aus dem ersten und dem zumindest einen weiteren Dosierelement zumindest teilweise entfernt wird, dass aus dem ersten Leitungszweig und/oder dem weiteren Leitungszweig lediglich so viel Reagenzmittel entnommen wird, dass eine Belüftung des Abzweigelements verhindert wird.
Dem erfindungsgemäßen Leitungsnetz liegt eine Struktur zu Grunde, die derart ausgestaltet ist, dass die Hauptleitung mittels eines Abzweigelements mit einem ersten Leitungszweig und einem weiteren Leitungszweig verbunden ist, welche ihrerseits mit dem ersten Dosierelement und dem weiteren Dosierelement verbunden sind, um das Reagenzmittel, das in der Hauptleitung sowie den Leitungszweigen geführt wird, durch die jeweiligen Dosierelemente seriell an unterschiedlichen Stellen des Abgaskanals der Brennkraftmaschine in zumindest einen SCR-Katalysator einzudosieren.
Um einen reproduzierbaren Betrieb des Reagenzmitte-Dosiersystems und einen entsprechenden Schutz vor Frostschäden des gesamten Systems gleichermaßen zu gewährleisten ist es insbesondere bei einer entsprechenden Umgebungstemperatur erforderlich, dass das Reagenzmittel aus den Dosierelementen und zumindest teilweise auch aus den Leitungszweigen des Reagenzmittel-Dosiersystems, insbesondere durch eine entsprechende Pumpe, zurückgesaugt wird. Bei einem derart verzweigten Leitungsnetz ergibt sich hierbei insbesondere die Anforderung, dass weder in den Leitungszweigen noch im jeweiligen Abzweigelement ein Mischzustand zwischen dem Reagenzmittel und der typischerweise über die Dosierelemente durch das Rücksaugen des Reagenzmittels angesaugte Außenluft entsteht. Derartige Mischzustände sind insbesondere bei einer erneuten Aktivierung des Reagenzmittel-Dosiersystems zur Eindosierung des Reagenzmittels in den Abgaskanal problematisch, da sich hierdurch Fehlmengen bzw. Fehldosierungen ergeben können.
Somit wird im Rahmen des Verfahrens in besonders vorteilhafter Weise das Reagenzmittel aus dem ersten Leitungszweig und/oder dem weiteren Leistungszweig lediglich soweit entnommen, dass eine Belüftung des Abzweigelements verhindert wird. Hierdurch kann einerseits ein sicherer und reproduzierbarer Betreib des Reagenzmittel-Dosiersystems gewährleistet und andererseits eine sichere Verhinderung von Frostschäden, welche durch die Volumenexpansion des Reagenzmittels bei tiefen Temperaturen bedingt sind, an den Dosierelementen bzw. den Leitungszweigen, aber auch der Hauptleitung des Reagenzmittel-Dosiersystems, verhindert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Reagenzmittel aus dem Abzweigelement durch die Hauptleitung entgegen der Förderrichtung entnommen. Dies hat den Vorteil, dass das Reagenzmittel sowohl aus dem ersten als auch aus dem zumindest einen weiteren Leitungszweig gleichzeitig entnehmbar ist, wodurch ein Rücksaugen entsprechend einfacher und schneller gewährleistet werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist der erste Leitungszweig ein erstes Volumen und der weitere Leitungszweig ein weiteres Volumen auf, wobei ein Volumen von mindestens 10%, höchstens 20%, bevorzugt 13% des Volumens oder des weiteren Volumens aus einem der beiden Leitungszweige entnommen wird, vorzugsweise weitere 10% des Volumens aus einem oder beiden der Leitungszweige entnommen wird. Bei den angegebenen 10%, höchstens 20%, bevorzugt 13% des Volumens des einen oder weiteren Leitungszweiges handelt es sich um eine Mindestmenge, die aus dem System zu entnehmen ist, um eine Beschädigung durch Einfrieren sicher zu verhindern. Diese Menge wird bestimmt durch das Luftvolumen, welches mindestens in den Ventilen enthalten ist, um diese beim Einfrieren vor Beschädigung durch Eisdruck zu schützen. Die verbleibende Luft bildet somit einen Ausgleichsraum, in dem sich die noch in den Leitungszweigen bzw. in den Dosierelementen enthaltene Flüssigkeit bei einem Phasenwechsel von flüssig zu fest entsprechend ausdehnen kann. Eine derartige Volumenzunahme bei einem Phasenübergang zwischen flüssig zu fest des flüssigen Reagenzmittels beträgt in etwa 10%. Zudem können noch weitere 10% des jeweiligen Leitungszweiges als Sicherheitspuffer vorgesehen sein. Durch diese Sicherheitspuffer können insbesondere konstruktive Schwankungen berücksichtigt werden.
Um auch lokale Bereiche, z. B. Spalten und Hinterschnitte im jeweiligen Dosierelement sicher vor Beschädigungen zu schützen, kann es von Vorteil sein, während eines Rücksaugvorgangs auch mindestens die Hälfte des Flüssigkeitvolumens durch Luft zu ersetzen. In einer bevorzugten Ausführungsform für übliche Dosierelemente beträgt diese Menge in etwa 13% des Gesamtvolumens des jeweiligen Leitungszweiges, weiter vorzugsweise 600 mm³.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Hälfte des ersten Volumens oder des weiteren Volumens, vorzugsweise ein Drittel des ersten Volumens oder des weiteren Volumens entnommen. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Rücksaugmenge Schwankungen unterliegt. Diese Schwankungen können produktionsbedingt sein, wobei die Komponenten, wie z. B. die Rücksaugpumpe im Rahmen von Herstellungstoleranzen verschiedene Pumpleistungen aufweisen kann. Weiter können etwaige Schwankungen durch Druckbedingungen im Leitungssystem bedingt sein, welche z. B. dadurch verursacht sein können, dass das Fahrzeug nicht ebenerdig, sondern schräg, beispielsweise am Hang steht. Weitere Schwankungen können gegeben sein, durch etwaige Systemzustände, wie z. B. einem eingeschlossenen Luftbolus innerhalb der Leitungen bzw. der Dosierelemente. Durch das Vorsehen eines festen Volumengrenzwertes für die Entnahme aus den jeweiligen Leitungszweigen kann sicher gewährleistet werden, dass das Abzweigelement durch die an den Dosierelementen rückgesaugte Luft der Umgebung nicht belüftet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist die Hauptleitung ein weiteres Volumen auf, wobei zusätzlich weitere 5% des Volumens der Hauptleitung aus dem ersten Leitungszweig und/oder dem weiteren Leitungszweig entnommen werden. Hierdurch kann eine noch weitere Verbesserung des Frostschutzes unter Beibehaltung des Belüftungsschutzes des Abzweigelementes gewährleistet werden, dergestalt, dass ein weiterer Sicherheitspuffer von 5% des Volumens der Hauptleitung zurückgesaugt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird aus dem ersten Leitungszweig oder dem zumindest einen weiteren Leitungszweig in Summe so viel Reagenzmittelt entnommen, dass im Falle einer Umlagerung des Reagenzmittels von einem der Leitungszweige in den jeweils anderen Leitungszweig in Folge eines hydrostatischen Ausgleichs, eine Beaufschlagung des ersten Dosierelements oder des weiteren Dosierelements mit Reagenzmittel unterbleibt. Für den Fall, dass ein Leitungszweig gegenüber einem anderen Leitungszweig sich auf einem anderen hydrostatischen Höhenniveau befindet, kann es in Folge eines erhöhten hydrostatischen Drucks im einen Leitungszweig gegenüber dem anderen Leitungszweig zu einem hydrostatischen Ausgleich des Reagenzmittels innerhalb der Leitungszweige kommen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Dosierventile nicht vollständig luftdicht verschlossen sind. Selbst bei sehr geringen Leckageraten der Dosierventile kann es zu diesem hydrostatischen Ausgleich kommen, wenn das Fahrzeug, in das das Reagenzmittel-Dosiersystem integriert ist, für einen längeren Zeitraum abgestellt ist und das Reagenzmittel-Dosiersystem entsprechend nicht betätigt wurde. Hierdurch kann es passieren, dass es zu Ausgleichsbewegungen des Reagenzmittels innerhalb der Leitungszweige kommt, wodurch zumindest eines der Dosierventile mit Reagenzmittel wiederbefüllt werden kann. Um diesen nachteilhaften Zustand, der insbesondere in Bezug auf Frostschäden problematisch ist, zu vermeiden, wird aus dem ersten Leitungszweig oder dem zumindest einen weiteren Leitungszweig in Summe so viel Reagenzmittel entnommen, dass genau dies verhindert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erste Leitungszweig und/oder der weitere Leitungszweig zumindest ein hydrostatisches Niveauausgleichselement auf, wobei aus dem ersten Leitungszweig oder dem weiteren Leitungszweig in Summe so viel Reagenzmittel entnommen wird, dass das hydrostatische Ausgleichselement mindestens so weit entleert wird, dass der höchste Punkt des hydrostatischen Niveauausgleichselements belüftet wird. Diese Ausgestaltung ist von Vorteil, da durch ein derartiges Absaugen des Reagenzmittels innerhalb des hydrostatischen Niveauausgleichselements erneut ein luftgefüllter Ausgleichsraum geschaffen wird, in dem sich das flüssige Reagenzmittel im Rahmen eines Phasenwechsels von flüssig zu fest hinein ausbreiten kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird aus dem ersten Leitungszweig oder dem zumindest weiteren Leitungszweig in Summe so viel Reagenzmittel entnommen, dass im Falle einer Umlagerung des Reagenzmittels von einem Leitungszweig in den jeweils anderen Leitungszweig in Folge eines hydrostatischen Ausgleichs das hydrostatische Ausgleichselement nicht vollständig wiederbefüllbar ist. Diese Maßnahme ist von Vorteil, da auch hierdurch stets sichergestellt wird, dass innerhalb des hydrostatischen Niveauausgleichselements ein luftgefüllter Ausgleichsraum zur Ausdehnung des flüssigen Mediums bei einem Phasenübergang von flüssig zu fest gewährleistet ist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner, wie bereits eingangs erwähnt, ein Leitungsnetz für ein Reagenzmittel-Dosiersystem mit einer Hauptleitung, die mit einem ersten Leitungszweig und zumindest einem weiteren Leitungszweig über ein Abzweigelement zum Transfer von Reagenzmittel verbunden ist, wobei das Leitungsnetz derart eingerichtet ist, dass das Reagenzmittel derart aus dem Leitungsnetz zumindest teilweise entfernbar ist, dass der erste Leitungszweig und der weitere Leitungszweig lediglich soweit vom Reagenzmittel entleert werden, dass eine Belüftung des Abzweigelements unterbleibt. Eine derartige Dimensionierung der Hauptleitung bzw. der Leitungszweige und eine entsprechende Anordnung der Leitungszweige im Reagenzmittel-Dosiersystem sind daher vorteilhaft, um die Belüftung eines Abzweigelements durch ein Rücksaugen des Reagenzmittels aus zumindest einem der Leitungszweige durch die Hauptleitung zu verhindern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Leitungsnetzes weist zumindest einer der Leitungszweige ein hydrostatisches Niveauausgleichselement, insbesondere einen Siphon auf. Durch die Verwendung eines hydrostatischen Niveauausgleichselements, insbesondere eines Siphons in einem derartigen Leitungsnetz kann in vorteilhafter Weise eine hydrostatische Umlagerung von einem ersten Leitungszweig in einen weiteren Leitungszweig, je nach Dimensionierung des hydrostatischen Niveauausgleichselements verhindert bzw. abgemildert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Leitungsnetzes weist der erste Leitungszweig und/oder der weitere Leitungszweig einen Abschnitt auf, der derart abschnittsweise höher verläuft als zumindest einer der verbleibenden Abschnitte des ersten Leitungszweiges und/oder des weiteren Leitungszweiges, dass das jeweils am Abschnitt angeschlossene Dosierelement einen hydrostatischen Niveauunterschied zum jeweils anderen Dosierelement, vorzugsweise von mindestens 5 cm, weiter vorzugsweise 15 cm, aufweist. Durch die zuvor genannte konstruktive Maßnahme kann sichergestellt werden, dass das Reagenzmittel-Dosiersystem entsprechend in einem Fahrzeug angeordnet werden kann, so dass die Bevorratung des Dosiermittels und eine Einbringung des Dosiermittels in einen Katalysator auf einem unterschiedlich hydrostatischen Niveau liegen, wobei aber stets gewährleistet ist, dass sowohl eine Belüftung des Abzweigelements als auch eine Beschädigung des Gesamtsystems durch Eisdruck verhindert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Leitungsnetzes ist das erste Volumen des ersten Leitungszweig und das weitere Volumen des weiteren Leitungszweigs identisch. Durch eine identische Wahl der Volumina der jeweiligen Leitungszweige kann ein entsprechendes Reagenzmittel-Dosiersystem bzw. ein entsprechendes Leitungsnetz besonders einfach dimensioniert werden.
Die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das vorzugsweise auf einem Datenträger, insbesondere auf einem Speicher in Form von Software gespeichert ist und in einem Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens zur Verfügung steht bzw. durch das Vorsehen einer integrierten Schaltung, insbesondere eines ASIC, ist vorteilhaft, da dies besonders geringer Kosten verursacht, insbesondere dann, wenn ein ausführendes Steuergeräts noch für weitere Aufgaben und Anwendungen genutzt wird, und daher ohnehin bereits vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher wie sie vielfach aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines Reagenzmittel-Dosiersystems gemäß einer ersten Ausführungsform und dessen Anbindung an einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine;
2 zeigt das Reagenzmittel-Dosiersystem aus 1 als technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft, in vergrößerter Darstellung gegenüber 1.
3a bis c zeigt das Leitungsnetz aus 1 und 2 als technisches Umfeld, in welchem eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens abläuft (a, b) und ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
4a bis c zeigt weitere Ausführungsformen eines Leitungsnetzes, die zur Beschreibung als technisches Umfeld für weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen.

Detaillierte Beschreibung
1 zeigt ein Reagenzmittel-Dosiersystem 10, das ein in einem Tank 12 bevorratetes Reagenzmittel 14 über ein Leitungsnetz N zu einem Abgaskanal 16 einer Brennkraftmaschine 18 fördert, wobei das Leitungsnetz N einen ersten Leitungszweig L1 und zumindest einen weiteren Leitungszweig L2 aufweist, die über ein Abzweigelement mit einer Hauptleitung H verbunden sind, und an deren Ende sich jeweils ein Dosierelement D1 und D2 befindet, wobei durch die Dosierelemente D1 und D2 das Reagenzmittel 14 jeweils stromaufwärts zu einem ersten SCR-Katalysator 20 und zu einem zweiten SCR-Katalysator 22 eindosierbar ist. Während des Dosiervorgangs wird das Reagenzmittel 14 entlang der Hauptleitung bzw. entlang des ersten Leitungszweiges oder des zweiten Leitungszweiges L1, L2 in Richtung einer Förderrichtung 15 gefördert. Bei dem Reagenzmittel 14 handelt es sich vorzugsweise um eine Harnstoff-Wasser-Lösung, die eine Vorstufe des in den SCR-Katalysatoren 20, 22 benötigten Reagenzmittels Ammoniak darstellt. Im Folgenden wird nur der Begriff Reagenzmittel 14 verwendet.
Das Reagenzmittel 14 wird von einer Förderpumpe 24 auf einen Betriebsdruck gebracht, der beispielweise 3 bis 9 Bar beträgt. Dieser Betriebsdruck entspricht vorzugsweise dem Betriebsdruck des Reagenzmittel-Dosiersystems 10. Die Dosierrate des Reagenzmittels 14 in den jeweiligen SCR-Katalysator 20, 22 wird durch die den SCR-Katalysatoren 20, 22 vorgelagerten Dosierelemente D1 bzw. D2 eingestellt, wobei die Dosierelemente D1, D2 von einem Steuergerät 26 angesteuert werden. Es versteht sich, dass die entsprechend Dosierrate kumulativ und alternativ auch durch eine zusätzliche Beaufschlagung der Förderpumpe 24 durch das Steuergerät 26 erfolgen kann.
Zur Ansteuerung der Dosierelemente D1, D2 bzw. der Förderpumpe 24 ist eine Ansteuerleitung 27 zum Austausch von Daten vorgesehen. Das Steuergerät 26 ist über die Steuerleitung 27 weiter mit einer weiteren Pumpe 28 verbunden, die dazu eingerichtet ist, das Reagenzmittel 14 nach Beendigung des Dosiervorgangs aus dem Leitungsnetzt N zurückzusaugen. Ein Rücksaugvorgang wird in der Regel bei jedem Abschalten des Systems eingeleitet, um das System in einen Zustand zu versetzen, bei dem ein Einfrieren des Reagenzmittels 14 keine Schäden an den Dosierelementen verursachen kann. Durch den Rücksaugvorgang mittels der Pumpe 28 wird daher über die Hauptleitung und das Abzweigelement A das Reagenzmittel 14 aus dem ersten Leitungszweig L1 und dem weiteren Leitungszweig L2 und den hieran angeschlossenen Dosierelementen D1 und D2 abgesaugt, wobei das Reagenzmittel 14 aus den Dosierelementen D1 und D2 vollständig und aus den Leitungszweigen L1 und L2 zumindest teilweise zurückgesaugt wird, um eine Beschädigung des Leitungsnetzes N bzw. der besonders empfindlichen Dosierelemente D1 und D2 durch eine temperaturbedingte Volumenausdehnung des Reagenzmittels (Eisdruck) zu verhindern. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei jedoch das Reagenzmittel nur insoweit aus dem ersten Leitungszweig L1 und/oder dem weiteren Leitungszweig L2 entnommen, dass eine Belüftung des Abzweigelements A verhindert wird. Durch das Absaugen werden typischerweise die Dosierelemente D1 und/oder D2 geöffnet, so dass es durch das zurückgesaugte Reagenzmittel 14 zu einem Nachsaugen von Luft in die Leitungszweige L1 bzw. L2 kommt. Hierbei wird das Reagenzmittel 14 jedoch nur so weit zurückgesaugt, dass das Abzweigelement nicht belüftet wird.
Hierfür eignet sich insbesondere eine Ausgestaltung des Leitungsnetzes N, bei der der erste Leitungszweig L1 ein Volumen V1 und der weitere Leitungszweig L2 ein Volumen V2 aufweist, die identisch sind. Diese Ausgestaltung ist in 2 dargestellt. Der Hauptzweig weist hierbei ein Volumen V3 auf. Exemplarisch ist das Leitungsnetz N nun so ausgebildet, dass das Volumen V1 ein Volumen von 4700 mm³, das Volumen V2 ein Volumen von 4700 mm³ und die Hauptleitung ein Volumen von 6300 mm³ aufweist. Diese Werte sind jedoch nur exemplarisch zu sehen und können im Grunde beliebig skaliert werden. Auch eine asymmetrische Verteilung der Volumina zwischen dem ersten Leitungszweig L1 und dem weiteren Leitungszweig L2 ist grundsätzlich möglich. Des Weiteren ist an der ersten Ausführungsform des Leitungsnetzes N zu sehen, dass das Dosierelement D1 gegenüber dem Dosierelement D2 auf einem verschiedenen hydrostatischen Höhenniveau ist. Wobei ein erster Abschnitt A1 des ersten Leitungszweigs L1 auf dem gleichen hydrostatischen Niveau ist wie ein Abschnitt A2 des zweiten Leitungszweigs L2, wohingegen ein weiterer Abschnitt A3 des ersten Leitungszweigs L1 einen in der Höhe ansteigenden Verlauf aufweist, und dass Dosierelement D1 gegenüber dem Dosierelement D2 einen Höhenunterschied von hl aufweist.
Ein solcher Höhenunterschied ist typischerweise dann gegeben, wenn ein Dosierelement im Motorraum und das weitere Dosierelement im Unterboden des Fahrzeugs verbaut ist, und beträgt dann ungefähr 5 cm, kann jedoch auch 15 cm und mehr betragen. Die Teilvolumina des ersten Abschnitts A1 und des weiteren Abschnitts A3 des ersten Leitungszweigs L1 betragen vorzugsweise 3000 mm³ für das Volumen V₁₁ im ersten Abschnitt A1 und das weitere Volumen V₁₂ für den weiteren Abschnitt A3 beträgt 1700 mm³.
In 3a und b ist nun das Leitungsnetz N aus den 1 und 2 nochmals dargestellt, wobei insbesondere an dem dort gezeigten Leitungsnetz N einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden. In 3c ist entsprechend ein Ablaufdiagramm einzelner bevorzugter Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens (SU₁ bis SU₄) dargestellt. Das Reagenzmittel-Dosiersystem 10 ist im Grunde identisch zum dem in den 1 und 2 gezeigten Reagenzmittel-Dosiersystem, weswegen allgemein auf die Beschreibung zu diesen Figuren Bezug genommen wird.
Durch das Verfahren wird im Rahmen eines ersten Schritts SU1 (vgl. 3c) ein Volumen von VR1 aus dem ersten Leitungszweig L1 und einem Volumen VR2 aus dem zweiten Leitungszweig L2 zurückgesaugt, dass in einem Bereich von 10 bis 20% des Gesamtvolumens V1 des ersten Leitungszweigs L1 bzw. V2 des zweiten Leitungszweigs L2 ist zuzüglich eines weiteren festen Volumens welches zur Belüftung des Dosierelement benötigt wird, vorzugsweise 600 mm³. Vorzugsweise beträgt das Volumen bei einer Zugrundelegung von 4700 mm³ als Volumen für den ersten Leitungszweig L1 und den zweiten Leitungszweig L2 in etwa 1070 mm³.
Nach Beendigung dieses Verfahrensschritts SU1 verbleibt im hoch liegenden Abschnitt V₁₂ des ersten Leitungszweigs V1 ein Flüssigkeitsvolumen V₁₃. In dem hier verwendeten Beispiel beträgt das verbleibende Volumen 630 mm³. Da dieses Volumen auf einem höheren hydrostatischen Niveau liegt als das tiefer liegende Dosierelement D2, kann eine Umlagerung der Flüssigkeit in Richtung dieses Dosierelementes nicht ausgeschlossen werden. In einem weiteren Verfahrensschritt SU2 (vgl. 3c) wird daher eine weiteres Volumen aus dem System über das Abzweigelement A durch die Hauptleitung H in den Tank 12 zurückgesaugt, welches genau diesem verbleibendem Volumen V₁₃ entspricht, im Beispiel also 630 mm³. Hierbei ist es nicht von Bedeutung, aus welchem der Leitungszweige das Volumen entnommen wird. Bei Entnahme aus dem höheren Leitungszweig L1 wird die Umlagerung vom höheren zum niedrigeren Leitungszweig verhindert, da sich kein Volumen mehr auf einem höheren Niveau befindet. Bei Entnahme aus dem niedrigeren Leitungszweig L2 wird dort ein zusätzliches Luftvolumen vorgehalten, so dass selbst bei vollständiger Umlagerung des hochliegenden Volumens V₁₃ keine Wiederbefüllung des Dosierelements D2 zu befürchten ist. Weiterhin kann diese Entnahme auch anteilig auf beide Leitungszweige verteilt werden.
Falls zwischen den beiden Dosierelementen kein nennenswerter hydrostatischer Höhenunterschied besteht und damit nach dem Verfahrensschritt SU1 das verbleibende hoch liegende Volumen V₁₃ klein ist, sollte im Verfahrensschritt SU2 ein Volumen entnommen werden, dass mindestens 5% des Volumens V3 der Hauptleitung, das vorliegend 6300 mm³ beträgt.
Mit den vorliegenden exemplarischen Zahlenwerten wird somit je ein Drittel des jeweiligen Volumens der Leitungszweige L1, L2 von 4700 mm³ also in etwa 1570 mm³ aus den jeweiligen Teilzweigen L1 und L2 zurückgesaugt.
In den 4a bis c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Reagenzmittel-Dosiersystems 10 mit einem Leitungsnetz N gezeigt, dass zusätzlich im zweiten Leitungszweig L2 ein hydrostatisches Niveauausgleichselement 30 in Form eines Siphons 32 aufweist. Ansonsten entsprechen die in den 4a bis c gezeigter Ausführungsbeispiele den Ausführungsbeispielen aus den 1 bis 3, weswegen auch bezüglich der übrigen Beschreibung auf die Beschreibung zu den 1 bis 3 Bezug genommen wird.
Durch die Verwendung des hydrostatischen Ausgleichselements 30 in Form eine Siphons 32 kann eine Volumenverschiebung des Reagenzmittels 14 bedingt durch das unterschiedliche hydrostatische Höhenniveau h2 des ersten Dosierelements D1 gegenüber dem zweiten Dosierelement D2 bzw. der damit verbundenen Teilstrecken der Leitungszweige A3 im ersten Leitungszweig und A2 im zweiten Leitungszweig entsprechend ausglichen werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich die Teilabschnitte A1 und A2 auf dem gleichen hydrostatischen Höhenniveau befinden, als auch, wie in 4c dargestellt, durch eine Schrägstellung des Gesamtsystems von in etwa 15° sich eine entsprechende hydrostatische Volumenverschiebung auch gegenüber der Abschnitte A1 und A2 des ersten Leitungszweigs L1 und es zweiten Leitungszweigs L2 ergeben. Hierdurch können zum Einen insbesondere die typischen hydrostatischen Höhenunterschiede ausgeglichen werden, die sich durch eine entsprechende Leitungsverlegung innerhalb eines Fahrzeugs ergeben, als auch, wie in 4c dargestellt eine Variation des hydrostatischen Drucks, die sich durch typische Abstellsituationen, beispielsweise am Berg, eines Fahrzeugs ergeben, in das das Reagenzmittel-Dosiersystem 10 integriert ist. Die in 3c im Rahmen des Verfahrens beschriebenen Rücksaugschritte sind auch im Rahmen der Ausführungsform gemäß 4 a bis c entsprechend anwendbar. Das hydrostatische Niveauausgleichselements (30) weist einen höchsten Punkt (S) bzw. Scheitelpunkt auf. Bei einem Zurücksaugen kann aus dem ersten Leitungszweig (L₁) oder dem weiteren Leitungszweig (L₂) in Summe so viel Reagenzmittel (14) entnommen werden, dass das hydrostatische Ausgleichselement (30) mindestens so weit entleert wird, dass der höchster Punkt (S) des hydrostatischen Niveauausgleichselements (30) belüftet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19607073 A1 [0004]
DE 102010031651 A1 [0007]
DE 102012221905 [0007]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Reagenzmittel-Dosiersystems (10), welches eingerichtet ist ein Reagenzmittel (14) entlang einer Förderrichtung (15) durch ein Leitungsnetz (N) zu einem Dosierelement (D1) zu fördern, welches das Reagenzmittel (14) in einen Abgaskanal (16) einer Brennkraftmaschine (18) stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator (20) dosiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsnetz (N) eine Hauptleitung (H) aufweist, die mit einem ersten Leitungszweig (L1) und zumindest einen weiteren Leitungszweig (L2) über ein Abzweigelement (A) zum Transfer von Reagenzmittel (14) verbunden ist, wobei nach Beenden des Dosierbetriebs durch das dem ersten Leitungszweig (L1) nachgelagerte Dosierelement (D1) und einem dem weiteren Leitungszweig (L2) nachgelagerten weiteren Dosierelement (D2) das Reagenzmittel (14) derart aus dem Leitungsnetz (N) zumindest teilweise entfernt wird, dass aus dem ersten Leitungszweig (L1) und/oder dem weiteren Leitungszweig (L2) lediglich so viel Reagenzmittel (14) entnommen wird, dass eine Belüftung des Abzweigelements (A) verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reagenzmittel (14) aus dem Abzweigelement (A) durch die Hauptleitung (H) entgegen der Förderrichtung (15) entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungszweig (L1) ein erstes Volumen (V1) und der weitere Leitungszweig (L2) ein weiteres Volumen (V2) aufweist, wobei ein Volumen von mindesten 10%, höchstens 20%, bevorzugt 13% des ersten Volumens (V1) oder des weiteren Volumens (V2) aus einem oder beiden der Leitungszweige (L1, L2) entnommen wird, vorzugsweise weitere 10% des Volumens (V1, V2) aus einem oder beiden der Leitungszweige (L1, L2) entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Hauptleitung (H) ein Volumen (V3) aufweist, wobei zusätzlich weitere 5% des Volumens (V3) aus dem ersten Leitungszweig (L1) und/oder dem weiteren Leitungszweig (L2) entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei aus dem ersten Leitungszweig (L2) oder dem zumindest weiteren Leitungszweig (L2) in Summe so viel Reagenzmittel (14) entnommen wird, dass im Falle einer Umlagerung des Reagenzmittels von einem Leitungszweig (L1) in den jeweils anderen Leitungszweig (L2) infolge eines hydrostatischen Ausgleichs, eine erneute Beaufschlagung des ersten Dosierelement (D1) oder des weiteren Dosierelements (D2) mit Reagenzmittel (14) unterbleibt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei maximal die Hälfte des ersten Volumens (V1) oder des weiteren Volumens (V2),vorzugsweise ein Drittel des ersten Volumens (V1) oder des weiteren Volumens (V2), entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Leitungszweig (L1) und/oder der weitere Leitungszweig (L2) zumindest ein hydrostatisches Niveauausgleichselement (30) aufweist, wobei aus dem ersten Leitungszweig (L1) oder dem weiteren Leitungszweig (L2) in Summe so viel Reagenzmittel (14) entnommen wird, dass das hydrostatische Ausgleichselement (30) mindestens so weit entleert wird, dass der höchster Punkt (S) des hydrostatischen Niveauausgleichselements (30) belüftet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei aus dem ersten Leitungszweig (L1) oder dem zumindest weiteren Leitungszweig (L2) in Summe so viel Reagenzmittel (14) entnommen wird, dass im Falle einer Umlagerung des Reagenzmittels (14) von einem Leitungszweig (L1) in den jeweils anderen Leitungszweig (L2) infolge eines hydrostatischen Ausgleichs das hydrostatische Ausgleichselement (30) nicht vollständig wiederbefüllt werden kann.
Leitungsnetz (N) für ein Reagenzmittel-Dosiersystems (10), mit einer Hauptleitung (H), die mit einem ersten Leitungszweig (L1) und zumindest einen weiteren Leitungszweig (L2) über ein Abzweigelement (A) zum Transfer von Reagenzmittel (14) verbunden ist, wobei das Leitungsnetz (N) eingerichtet ist, dass das Reagenzmittel (14) derart aus dem Leitungsnetz (N) zumindest teilweise entfernbar ist, dass der erster Leitungszweig (L1) und der weitere Leitungszweig (L2) lediglich soweit vom Reagenzmittel (14) entleert werden können, dass eine Belüftung des Abzweigelements (A) unterbleibt.
Leitungsnetz (N) nach Anspruch 9, wobei der erste Leitungszweig (L1) und/oder der weitere Leitungszweig (L2) zumindest ein hydrostatisches Niveauausgleichselement (30) aufweist.
Leitungsnetz nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem der erste Leitungszweig (L1) und/oder der weitere Leitungszweig (L2) einen Abschnitt (V12) aufweist, der derart zumindest abschnittsweise höher verläuft als zumindest einer der verbleibenden Abschnitte (V11, V2) des ersten Leitungszweigs (L1) und/oder des weiteren Leitungszweigs (L2), dass das jeweils am Abschnitt (V12) angeschlossene Dosierelement (D1) oder (D2) einen hydrostatischen Niveauunterschied (hl, h2) zum jeweils anderen Dosierelement (D1) oder (D2) aufweist, der vorzugsweise mindestens 5 cm, weiter vorzugsweise 15 cm, beträgt.
Leitungsnetz nach Anspruch 10 bis 12, wobei das erste Volumen (V1) des ersten Leitungszweigs (L1) und das weitere Volumen (V2) des weiteren Leitungszweigs (L2) identisch ist.
Steuergerät (26), das durch eine entsprechende integrierte Schaltung und/oder durch ein auf einem Speicher gespeichertes Computerprogramm dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das das Steuergerät (26) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen, wenn es auf dem Steuergerät (S) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.