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Stand der Technik
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Offenbarung der Erfindung
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 004 150 A1 ist ein Verfahren bekannt, das bei einer Vorrichtung verwendet wird, welche zur Veränderung von Abgasen aus Verbrennungsprozessen in einer Brennkraftmaschine dient. Im so genannten Abgasstrang ist ein so genannter SCR-Katalysator angeordnet, der durch selektive katalytische Reduktion (Abkürzung SCR), die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Dadurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Als Reaktionsmittel bzw. Reduktionsmittel wird daher in der Regel eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang mit Hilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Aus diese Lösung bildet sich Ammoniak, welches als Reduktionsmittel wirkt.
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Dabei ist nachteilig, dass es in der Harnstofflösung zu einer Auskristallisierung des Harnstoffs kommen kann. Denn diese Harnstoffkristalle können insbesondere das Dosierventil verstopfen, so dass es zu einer Blockade bzw. zu einem Klemmen des Dosierventils kommt und keine Harnstofflösung mehr in den Abgasstrang eingespritzt werden kann. Entsprechend der Offenbarung des oben genannten Standes der Technik erfolgt das Lösen einer Klemmung oder Blockade eines Dosierventils in einem SCR-Katalysatordosiersystem durch Temperatureintrag. Die Beaufschlagung eines Dosierventils mit einer erhöhten Temperatur, d. h. mit Energie bzw. Wärmeenergie, bewirkt eine Auflösung der ggf. vorhandenen Harnstoffkristalle, so dass sich die Kristalle verflüssigen und das Dosierventil wieder voll funktionsfähig wird. Der Temperatureintrag wird dann beendet.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Gegenüber dem erwähnten Stand der Technik wird ein Verfahren zum Betreiben eines Ventils vorgeschlagen, welches einen Ventilverschluss und einen elektrischen Antrieb zum Bewegen des Verschlusses aufweist, wobei der Verschluss des Ventils in einem ersten Zeitabschnitt festsitzt, indem sich ein dem Ventil zugeführter Stoff verfestigt hat, und ein elektrischer Antrieb des Verschlusses in einem folgenden Zeitabschnitt mit elektrischer Energie versorgt wird, die zu Wärmeübertragung auf den Stoff führt, der dadurch geschwächt - insbesondere angeschmolzen, geschmolzen oder aufgeweicht - wird, wobei nach einem Beginn der Wärmeübertragung der Verschluss als gelöst erkannt wird, und nach diesem Erkennen des gelösten Stoffs die Wärmeübertragung auf den Stoff fortgesetzt wird. Dies hat den Vorteil, dass ein Risiko, wonach das Ventil nach dem Beenden des Heizens bzw. des Wärmeübertragens wieder beginnt festzusitzen, minimiert wird. Ein derartiges Risiko besteht beispielsweise in einer Situation, in der ein Dosierbetrieb nicht zwangsläufig direkt nach dem Lösen des Verschlusses des Ventils beginnt. Es könnte beispielsweise noch erforderlich sein, ein oder mehrere andere Teile des Systems bzw. der Vorrichtung noch aufzutauen.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmeübertragung auf den Stoff mit einem Wärmestrom fortgesetzt wird, der einen geschwächten Zustand des Stoffs zumindest erhält, insbesondere eine Rekristallisation des Stoffs verhindert wird. Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrische Antrieb des Ventils bestromt wird, wobei ein Stromverlauf eine pulsweitenmodulierte Form mit einem Tastverhältnis aufweist, wobei das Tastverhältnis einer Temperatur entspricht. Eine derartige Vorgehensweise hat den Vorteil, dass durch Änderung der Pulsweite des Stroms auf unterschiedliche Temperaturen, die beispielsweise die Umgebungstemperatur oder auch eine Schmelztemperatur des zu erweichenden Stoffs oder eine Kristallisationstemperatur des zu erweichenden Stoffs sein kann, reagiert werden kann. Zudem kann eine derartige Temperatur, welches eine Voraussetzung für das zu bemessende Tastverhältnis ist, auch eine Kombination aus Umgebungstemperatur und zumindest einer der anderen genannten Temperaturen sein. Mit einer derartigen Vorgehensweise kann beispielsweise komplexen Wärmeströmen begegnet werden. Ist beispielsweise eine Umgebungstemperatur niedrig und eine Temperatur einer Stoffeigenschaft eher hoch, so ist absehbar, ein eher hoher Energieeintrag in das Ventil erforderlich ist. Unter derartigen Umständen kann das Tastverhältnis dann dabei derartig gewählt werden, dass ein Bestromungsanteil hoch ist und ein Pausenanteil niedrig. Je mehr Energie in das Ventil eingebracht werden soll, desto höher ist die Impulsdauer im Verhältnis zur Periodendauer.
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Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist für den Fall, dass ein anderes Bauteil nicht bzw. noch nicht betriebsbereit ist, für dieses andere Bauteil, insbesondere für den Betrieb des Ventils, vorgesehen, dass bis zum Erreichen einer Betriebsbereitschaft dieses Bauteils die Wärmeübertragung auf den Stoff in dem Ventil mit einem Wärmestrom fortgesetzt wird. Durch dieses Vorgehen soll sichergestellt werden, dass die Funktion der Vorrichtung insgesamt gewährleistet ist. Ist dieses andere Bauteil ebenfalls ein derartiges Ventil, so ist vorgesehen, die Schritte nach Anspruch 1 auch an diesem Ventil durchzuführen.
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Des Weiteren ist ein Computerprogramm vorgesehen, welches ausgebildet ist, alle Schritte nach zumindest einem der Verfahrensschritte auszuführen. Zudem ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Weiters ist ein Steuergerät ausgebildet, das es ermöglicht, alle Schritte nach einem der Verfahren auszuführen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispielsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Komponenten eines Dosiersystems für einen Katalysator,
- 2 ein Verfahren zum Betreiben eines Ventils des Dosiersystems.
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1 zeigt in schematischer Weise eine Brennkraftmaschine 11, die mit einem Abgasstrang 10 verbunden ist. Im Abgasstrang 10 ist ein Reaktor, beispielsweise ein Katalysator 12 angeordnet, der wiederum beispielsweise ein so genannter SCR-Katalysator ist, um selektiv Stickoxide im Abgas katalytisch zu reduzieren. Diese Bauart ist nur beispielhaft und könnte auch andere chemische Prozesse durchführen bzw. fördern. Zwecks Durchführung der chemischen Reaktion im Reaktor bzw. Katalysator 12 ist vorgesehen, dass dem im Abgasstrang 10 strömenden Abgas mittels eines Ventils 13 ein Stoff zugeführt wird, der beispielsweise an einer Reaktion im Reaktor teilnimmt. Dieser Stoff kann beispielsweise Ammoniak (NH3) sein, der als Reduktionsmittel in dem Katalysator 12 (hier SCR-Katalysator) dient. Dieser Stoff ist beispielsweise Bestandteil einer wässrigen Lösung. Diese wässrige Lösung wird über eine Saugleitung 15 aus einem Tank 14 entnommen. Die Förderung der wässrigen Lösung bzw. des Stoffs erfolgt mittels einer Pumpe 16. Die Lösung wird unter Druck in einer Druckleitung 17 zum Ventil 13 geleitet.
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Ist ein derartiges Ventil 13 nicht - so genannt - eisdruckfest bzw. einfriersicher ausgelegt, ist vorzugsweise nach Beenden des Dosierbetriebs zumindest ein Teil des im Ventilkörper bzw. Ventil 13 befindlichen Stoffs bzw. der wässrigen Lösung 18 zu entfernen. Dies findet beispielsweise gemäß Stand der Technik über ein Rücksaugen mittels der Pumpe 16 in den Tank 14 zurück statt. Dabei wird beispielsweise durch das Öffnen des Ventils 13 durch Bewegen eines Verschlusses 20 dann unter Umständen warme bzw. sehr warme Luft bzw. entsprechendes Abgas durch das Ventil 13 in Richtung zum Tank 14 eingesaugt. Diese ggf. hohe Temperatur des Gases aus dem Abgasstrang 10 fördert das Verdunsten eines Teils oder des ganzen im Ventil 13 verbliebenen Teils des Wassers der wässrigen Lösung 18, so dass der in der wässrigen Lösung 18 gelöste Stoff, wie beispielsweise Harnstoff, auskristallisiert. Dieses Kristallisieren kann dazu führen, dass der Verschluss 20 durch den kristallisierten Stoff an einer erforderlichen freien Bewegung gehindert wird. Dabei ist es möglich, dass der Verschluss 20 beispielsweise in einer Offenstellung gehemmt ist oder auch in einer geschlossenen Stellung. Dieses Klemmen des Verschlusses 20 kann dann beispielsweise dazu führen, dass bei einer Betätigung der Pumpe 16 und einer Offenstellung zu viel Stoff bzw. wässrige Lösung 18 in den Abgasstrang 10 eingebracht wird oder ggf. in einer geschlossenen Stellung kein oder zu wenig wässrige Lösung 18 bzw. Stoff in den Abgasstrang 10 eingebracht wird.
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Das Ventil 13 weist zwecks Bewegen des Verschlusses 20 einen elektrischen Antrieb 22 auf. Dieser elektrische Antrieb 22 ist beispielsweise ein elektromagnetischer Antrieb 22, der wiederum beispielsweise eine Spule aufweist. Wurde beispielsweise festgestellt, dass trotz mindestens einmaliger, wenn nicht gar mehrmaliger Betätigung, d. h. Bestromung der Spule, keine Bewegung des Verschlusses 20 bzw. eines hier nicht dargestellten Spulenankers erkannt wurde, wird darauf zurückgeschlossen, dass eine Bewegung des Verschlusses 22 nicht erfolgte und somit der Verschluss 20 durch Verfestigen des Stoffs (Verfestigung, beispielsweise Kristallisation) blockiert ist bzw. klemmt. Es ist daher im Rahmen des Verfahrens zum Betreiben des Ventils 13 in der Vorrichtung 5 vorgesehen, dass das Ventil 13 einen Verschluss 20 und einen elektrischen Antrieb 22 zum Bewegen des Verschlusses 20 aufweist. Der Verschluss 20 des Ventils 13 sitzt in einem - bspw. ersten - Zeitabschnitt fest, in dem sich ein dem Ventil 13 zugeführter Stoff zuvor verfestigt hat. Wie in 2 dargestellt, wird während eines folgenden Zeitabschnitts T1 der elektrische Antrieb 22 des Verschlusses 20 in einem Schritt S1 mit elektrischer Energie versorgt. Diese Versorgung mit elektrischer Energie führt zu Wärmeübertragung auf den Stoff, der dadurch geschwächt - insbesondere angeschmolzen, geschmolzen oder aufgeweicht - wird. Nach einem Beginn der Wärmeübertragung bzw. nach einem Beginn der Versorgung des elektrischen Antriebs 22 mit elektrischer Energie wird in einem Schritt S2 der Verschluss 20 als gelöst erkannt. Nach diesem Erkennen des gelösten Stoffs wird die Wärmeübertragung auf den Stoff fortgesetzt. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, die Wärmeübertragung auf den Stoff durch Fortsetzung der Bestromung des elektrischen Antriebs 22 mit elektrischer Energie vorzunehmen. Die Übertragung von Wärmeenergie auf das Ventil 13 bzw. den Verschluss 22 kann mehrere Minuten erfordern bzw. dauern. Ein erfolgreiches Lösen des Verschlusses 20 kann beispielsweise über eine Rücklesung des Spulenstroms durch den elektrischen Antrieb 22 erfolgen. Bei erfolgreicher Bewegung des Verschlusses 20 wird beispielsweise über ein charakteristisches Merkmal ein Ende einer Gegeninduktion erkannt. Es kann dabei eine gewisse Anzahl erfolgreich erkannter charakteristischer Merkmale in Folge für ein sicheres Erkennen eines erfolgreich gelösten Verschlusses 20 vorausgesetzt werden.
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Nach dem erkannt wurde, dass der Stoff gelöst ist, wird in einem Schritt S3 die Wärmeübertragung auf den Stoff mit einem Wärmestrom fortgesetzt, der den Stoff zumindest in einem geschwächten Zustand erhält, insbesondere eine Rekristallisation verhindert wird. Es ist dabei vorgesehen, den elektrischen Antrieb 22 des Ventils 13 zu bestromen, wobei dabei ein Stromverlauf eine pulsweitenmodulierte Form mit einem Tastverhältnis aufweist. Dabei soll das Tastverhältnis einer Temperatur TK entsprechen. D. h. insbesondere, dass bei einer verhältnismäßig hohen erforderlichen Temperatur TK ein Impulsanteil des Tastverhältnisses entsprechend hoch ist. Ist die Temperatur TK eher niedrig, kann das Tastverhältnis entsprechend niedrig sein, d. h. der Impulsanteil und damit auch der Energieeintrag eher gering. Die Temperatur TK kann dabei beispielsweise eine Schmelztemperatur des Stoffs oder eine Kristallisationstemperatur des Stoffs sein.
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Es sind Vorrichtungen 5 bekannt, die an einer Brennkraftmaschine 11 nicht nur einen Abgasstrang 10 aufweisen, sondern beispielsweise einen zweiten Abgasstrang 10. Dies kann beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine 11 der Fall sein, die zwei Zylinderbänke aufweist, die beispielsweise jeweils drei bzw. vier Zylinder in einer Reihe aufweisen (V6-, V8-Anordnung, Boxermotor). Bei einer derartigen Vorrichtung 5 ist der bereits erwähnte zweite Abgasstrang 10 vorgesehen, der typischer Weise ebenfalls einen Katalysator 12 aufweist, der hier jedoch bei der ausschnittsweisen Darstellung des ggf. vorhandenen zweiten Abgasstrangs 10 in der 1 nicht dargestellt ist. In vereinfachter Weise ist hier lediglich das entsprechende Ventil 13 vor dem entsprechenden zweiten Katalysator 12 dargestellt. Bei derartigen Vorrichtungen 5 wird beispielsweise auch das Ventil 13 des zweiten Abgasstrangs 10 belüftet, wie dies bereits zu dem ersten Ventil 13 beschrieben ist. Auch bei diesem zweiten Ventil 13 kann selbstverständlich dann der Fall eintreten, dass der Verschluss 20 des Ventils 13 festsitzt, indem sich der dem Ventil 13 zugeführte Stoff verfestigt hat. Es ist dann auch für dieses zweite Ventil 13 vorgesehen, dass der elektrische Antrieb 22 des Verschlusses 20 in einem folgenden Zeitabschnitt in einem entsprechenden Schritt S1 mit elektrischer Energie versorgt wird, um auf den Stoff mit einer Wärmeübertragung einzuwirken. Dieser Stoff wird dadurch ebenfalls geschwächt, insbesondere angeschmolzen, geschmolzen oder aufgeweicht. Wird auch bei diesem zweiten Ventil 13 nach einem Beginn der Wärmeübertragung in einem entsprechenden Schritt S2 der Verschluss 20 als gelöst erkannt, wird nach diesem Erkennen des gelösten Stoffs die Wärmeübertragung auf den Stoff fortgesetzt, indem der elektrische Antrieb 22 fortgeführt mit elektrischer Energie versorgt wird. Auch hier wird beispielsweise eine auch hier nicht dargestellte Spule eines elektromagnetischen Antriebs entsprechend bestromt, wie dies für das erste Ventil 13 ausgeführt ist. Dies bedeutet bei entsprechender Ausführung der Vorrichtung 5 für das Verfahren, dass für den Fall, dass ein anderes - insbesondere für einen Betrieb des Ventils 13 erforderliches - Bauteil nicht betriebsbereit ist, wie dies beispielsweise für das erwähnte zweite Ventil 13 gilt - bis zum Erreichen einer Betriebsbereitschaft des Bauteils die Wärmeübertragung auf den Stoff in dem Ventil 13 mit einem Wärmestrom fortgesetzt wird. D. h. es ist vorgesehen, bei diesem zweiten Ventil 13 in gleicher Weise wie für das erste Ventil 13 die dem Verfahren entsprechenden Schritte vorzunehmen bzw. durchzuführen.
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Der 1 kann des Weiteren ein Steuergerät 24 entnommen werden, welches dazu ausgebildet ist, alle Schritte des vorgestellten Verfahrens auszuführen. Des Weiteren ist ein maschinenlesbares Speichermedium 26 vorgesehen, auf dem ein Computerprogramm 28 gespeichert ist, welches ausgebildet ist, alle Schritte eines der beschriebenen Verfahren auszuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011004150 A1 [0001]
