EP2606209A1 - Dosiereinheit für ein reduktionsmittel - Google Patents

Dosiereinheit für ein reduktionsmittel

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EP2606209A1
EP2606209A1 EP11745760.6A EP11745760A EP2606209A1 EP 2606209 A1 EP2606209 A1 EP 2606209A1 EP 11745760 A EP11745760 A EP 11745760A EP 2606209 A1 EP2606209 A1 EP 2606209A1
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EP
European Patent Office
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reducing agent
injector
temperature
treatment device
exhaust gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11745760.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
Peter Bauer
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH filed Critical Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Publication of EP2606209A1 publication Critical patent/EP2606209A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a metering unit for a reducing agent for metering the reducing agent into an exhaust gas treatment device for an internal combustion engine, preferably an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • exhaust gas treatment devices are increasingly used for cleaning the exhaust gases of internal combustion engines lately, in which a reducing agent is added to the exhaust gas to reduce the harmful exhaust gas constituents.
  • One method frequently used in such exhaust gas treatment devices is selective catalytic reduction (SCR), in which nitrogen oxide compounds in the exhaust gas are reduced with the aid of ammonia.
  • SCR selective catalytic reduction
  • Ammonia is often stored in motor vehicles not directly, but in the form of a precursor solution. From such a precursor solution, ammonia can then be generated inside or outside the exhaust gas.
  • a precursor solution particularly often used is a 32.5% urea-water solution, which is available for example under the trade name AdBlue ®.
  • AdBlue ® urea-water solution
  • reducing agent is used equally for both reducing agents and reducing agent precursors, reducing agent precursor solutions, etc.
  • the invention relates to a metering unit for a reducing agent comprising an injector for supplying the reducing agent into an exhaust gas treatment device, wherein a temperature sensor is formed on the injector.
  • the invention particularly relates to a metering unit for a reducing agent, comprising a reducing agent tank and an injector for supplying the reducing agent into an exhaust gas treatment device, and a conveying unit for conveying the reducing agent from the reducing agent tank to the injector, wherein a temperature sensor is formed on the injector.
  • a liquid urea-water solution is stored and added by means of the injector.
  • the temperature sensor may be (integral) part of the injector. It is also possible that the temperature sensor is arranged in close proximity to the injector. Preferably, the distance between the point at which the reducing agent exits the injector and the temperature sensor is less than 100 mm [millimeter], preferably less than 50 mm [millimeter] and particularly preferably less than 20 mm [millimeter].
  • the temperature sensor may be at least partially in direct contact with the reducing agent. But it is also possible that the temperature sensor is spaced from the reducing agent and is in contact with the reducing agent via a thermally conductive element. This thermally conductive element may be, for example, a housing of the injector and / or the reducing agent line.
  • the heat-conducting element is preferably temperature-sensitive (eg thin-walled, high heat conductivity, etc.), so that it transfers the current temperatures quickly and accurately to the temperature sensor.
  • the distance from the reducing agent to the injector is less than 10 mm [millimeter], preferably less than 2 mm [millimeter], and more preferably less than 1 mm [millimeter].
  • the flow properties and / or the viscosity of reducing agent depend to a considerable extent on the temperature of the reducing agent.
  • the temperature of the reducing agent at the injector essentially corresponds to the temperature of the injector itself and therefore may be significantly different from the temperature of the reducing agent in the reducing agent tank or remote areas of the reducing agent line.
  • the injector is usually arranged directly on the exhaust gas treatment device and can therefore have greatly fluctuating temperatures, even during operation, due to the different exhaust gas temperatures. It is therefore advantageous to determine the temperature of the reducing agent at the injector and to adjust the opening time of the injector on the basis of and / or taking into account the measured temperature.
  • the amount of reductant supplied is determined to a significant extent.
  • a flowability, a flow behavior, the viscosity and / or a toughness of the reducing agent are determined or calculated as parameters with the measured temperature. This parameter is then taken into account again in determining the opening time of the injector.
  • the metering unit according to the invention is particularly advantageous if a reducing agent line with a length of at least 20 cm [centimeters], preferably at least 50 cm [centimeters], and particularly preferably at least 100 cm [centimeters], is provided between the delivery unit and the injector.
  • temperatures of the reducing agent that deviate greatly from the temperatures of the reducing agent at the injector can regularly occur in the delivery unit. Therefore, it is particularly useful in such a long delivery line, (also) to provide a temperature sensor on the injector.
  • the temperature sensor on the injector may be the only temperature sensor provided in the dosing unit.
  • the injector has an electrical coil which is set up to fulfill at least the following functions: electromagnetic opening of the injector, and
  • the electrical resistance of an electrical coil for opening the injector regularly has a certain temperature dependence.
  • a material can also be used for the conductor tracks of the electrical coil, which has a temperature dependence of the electrical resistance of at least 0.2% per Kelvin, preferably at least 1% per Kelvin and more preferably at least 3% per Kelvin. It can thus be ensured that a significant measurable change in the resistance of the coil occurs when the temperature changes.
  • the dosing unit according to the invention is advantageous if in addition a pressure sensor is provided on the injector.
  • a temperature sensor and a pressure sensor is provided on the injector.
  • the temperature sensor is at the same time a pressure sensor.
  • the pressure sensor can be embodied as a conductor track, which deforms when there is a change in pressure and thus changes its electrical resistance. changes resistance, whereby a pressure change can be detected.
  • This trace can be used simultaneously as a temperature sensor.
  • a reference sensor for determining the transverse influence of the temperature on the pressure sensor is required.
  • This reference sensor can be realized in the form of a second electrical conductor which does not deform when the pressure changes.
  • the temperature sensor comprises a conductor track or a coil, which has no further function.
  • This conductor track or this coil can be designed to be particularly small.
  • the coil may be a platinum resistance wire greater than 80 ohms, preferably greater than 400 ohms, and more preferably greater than 2500 ohms.
  • Such a resistance wire has a very low heat capacity and therefore reacts very quickly to temperature changes.
  • the temperature sensor may be a thermocouple.
  • a method for metering reducing agent into an exhaust gas treatment device is proposed, wherein the metering takes place with the aid of an injector and the method has at least the following steps:
  • the determination or measurement of the (actual) temperature in step a) can take place, for example, with a temperature sensor arranged directly on the injector.
  • the temperature of the reducing agent be determined directly or indirectly via a temperature-sensitive heat conductor.
  • step b) also includes, in particular, toughness and / or viscosity of the reducing agent
  • the determination of the flow behavior in step b) can be carried out, for example, by a calculation using a formula stored in a control unit Step a) Certain temperature in the formula is taken into account Also limit values, maps, or the like can be stored in the control unit, so that a comparison of the particular temperature with this stored information can provide a characteristic for the following steps.
  • step c) a formula and / or a characteristic map stored in a control unit can also be used to calculate the opening time of the injector. This formula takes into account the flow behavior calculated in step b).
  • step d Through the opening of the injector in step d), the supply of the reducing agent takes place in the exhaust gas treatment device.
  • the method according to the invention is particularly advantageous if at least one of the following influencing parameters is taken into account, at least in the determination of the flow behavior in step b) or in the determination of the opening time in step c):
  • the influencing parameters can also be taken into account in both steps b) and c), and that different influencing parameters can be taken into account in the steps.
  • the viscosity or the flow behavior or the viscosity of the reducing agent may additionally depend on the pressure of the reducing agent, so that it is advantageous to take this pressure into account in determining the flow behavior in step b).
  • the amount of reductant passing through the injector at a particular opening time of the injector depends to a significant degree on the pressure of the reductant (before and / or in) the injector. Therefore, it is advantageous if the pressure is also taken into account in the calculation of the opening times in step c).
  • a chemical property of the reducing agent which can be taken into account in the calculation of the flow behavior (in step b)) and / or in the calculation of the opening time of the injector (in step c)), for example, a chemical composition of the reducing agent in question.
  • a concentration of urea in the reducing agent and / or the presence of certain additives in the reducing agent may be considered here.
  • a physical property for example, the density, the thermal conductivity, the electrical conductivity, the surface tension and / or the state of aggregation of the reducing agent come into consideration.
  • information about the flow behavior or the viscosity of the reducing agent is present, which is then only corrected in the context of the method according to the invention.
  • This pre-existing information about the flow behavior or the viscosity can be referred to, for example, as the comparative viscosity.
  • Such a comparative viscosity of the reducing agent can be stored, for example, in a control unit. It is also possible that the quality and / or the temperature of the reducing agent in the tank are measured regularly and from this a comparison viscosity is determined. This comparative viscosity can then be taken into account in step b) of the method according to the invention.
  • step b) determine flow behavior or the viscosity deviates at most by a predetermined value of the comparative viscosity. It is also possible that the comparative viscosity in step b) with a weighting of more than 10%, preferably more than 50%, is included in the calculation of the flow behavior or the viscosity.
  • the required amount of reducing agent has an important influence on the opening time of the injector determined in step c).
  • the required amount of reducing agent may have a transverse influence on the determination of the flow behavior.
  • the proposed method is furthermore particularly advantageous if it is repeatedly executed, wherein at least a minimum time interval expires between step d) of a first process implementation and step a) of a subsequent process implementation.
  • the multiple repetition of the method can also be referred to as an iterative method.
  • Each individual execution of the method steps a) to d) can then be referred to as the method generation.
  • the process implementation following the first process iteration is preferably the process implementation immediately following the first process implementation or the immediately following process iteration.
  • step a) and step b) are carried out with a lower repetition rate than step c) and step d).
  • the determination of the temperature and the determination of the flow behavior of the reducing agent are then carried out, for example, less than every fifth, preferably less than every tenth and particularly preferably less than every fiftieth opening operation of the injector.
  • a minimum time interval between step d) of a first process implementation and step a) of the subsequent process execution may be, for example, at least 5 s [seconds], preferably at least 10 seconds [seconds], and more preferably at least 1 minute.
  • the method according to the invention may also be advantageous for the method according to the invention to be suspended if the internal combustion engine connected to the exhaust gas treatment device is operated with at least 90% full load of the internal combustion engine.
  • the inventive method is already suspended when the internal combustion engine is operated with more than 80%, and more preferably with more than 50% full load.
  • very large amounts of reducing agent have to be added to an exhaust gas treatment device.
  • an injector must be opened very frequently, so that in this case a calculation could be time-critical and, in addition, the temperature loads for these periods are essentially constant.
  • a preferred field of application of the invention is a motor vehicle which has an internal combustion engine, an exhaust gas treatment device for purifying the exhaust gases of the internal combustion engine. and a metering unit according to the invention as well as a control device for controlling the supply of reducing agent into the exhaust gas treatment device, wherein the control device is set up for carrying out a method according to the invention.
  • FIGS. show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited.
  • the figures and in particular the illustrated proportions are only schematic. Show it:
  • FIG. 1 a motor vehicle having a metering unit according to the invention
  • FIG. 2 an injector for a metering unit according to the invention
  • FIG. 1 a motor vehicle having a metering unit according to the invention
  • FIG. 2 an injector for a metering unit according to the invention
  • FIG. 3 shows a block diagram of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 10 which has an internal combustion engine 11 and an exhaust gas treatment device 4 for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine 11.
  • the exhaust gas treatment device 4 has an injector 3 (valve), with which the exhaust gas treatment device 4 reducing agent can be supplied.
  • the injector 3 is also part of a dosing unit 1 which, in addition to the injector 3, also has a reducing agent tank 2 and a delivery unit 5 and a reducing agent line 7.
  • reducing agent line 7 By the reducing agent line 7, reducing agent (in particular a urea-water solution) is conveyed from the delivery unit 5 to the injector 3.
  • the reducing agent line 7 has a length 8.
  • a temperature sensor 6 and (optionally) a pressure sensor 21 are provided on the injector 3.
  • the motor vehicle 10 also has a control unit 12, with which the injector 3 and the conveyor unit 5 can be controlled.
  • the control unit 12 is connected to various components of the motor vehicle 10. Illustrated here by way of example are a connection tion to the internal combustion engine 11, a connection to the delivery unit 5, a connection to the injector 3 and a connection to the temperature sensor 6.
  • the control unit is adapted to control the injector 3 in dependence on the data provided by these compounds.
  • Fig. 2 shows an injector 3 for supplying reducing agent (in particular a urea-water solution) in an exhaust gas treatment device.
  • the injector 3 is connected to a reducing agent line 7.
  • a valve anchor 13 is provided, through which the injector 3 can be opened or closed.
  • the valve anchor 13 is arranged on a stop 18.
  • An opening of the injector 3 can take place in which the valve anchor 13 can be deflected by means of an electric coil 9.
  • the electric coil 9 is used in the injector 3 according to FIG. 2 at the same time as a temperature sensor 6.
  • the temperature of the reducing agent 15 is forwarded via the heat pipe 17 shown with arrows to the electric coil 9.
  • the heat pipe 17 also works through the valve block 16 therethrough.
  • a channel 14 is closed. When the injector 3 is open, this channel 14 produces the passage from the injector 3 or from the reducing agent line 7 into the exhaust gas treatment device 4.
  • Fig. 3 shows the inventive method with the steps a), b), c) and d) Scheme table as a block diagram. It is indicated that the process is repeated regularly in the manner of a loop. It is also shown that after the execution of step d), a time interval 20 is awaited before a renewed execution of step a) takes place. It is also illustrated that different influencing parameters 19 are taken into account in method steps b) and c). These influencing parameters 19 may, for example (as mentioned above) be the pressure of the reducing agent at the injector, at least one chemical property of the reducing agent, at least one physical property of the reducing agent or a required amount of reducing agent.
  • influencing parameters 19 may, for example (as mentioned above) be the pressure of the reducing agent at the injector, at least one chemical property of the reducing agent, at least one physical property of the reducing agent or a required amount of reducing agent.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosiereinheit (1) für ein Reduktionsmittel (15) aufweisend einen Injektor (3) zur Zufuhr des Reduktionsmittels (15) in eine Abgasbehandlungsvorrichtung (4), wobei an dem Injektor (3) ein Temperatursensor (6) ausgebildet ist.

Description

Dosiereinheit für ein Reduktionsmittel
Die Erfindung betrifft eine Dosiereinheit für ein Reduktionsmittel zur Eindosierung des Reduktionsmittels in eine Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Aufgrund strengerer Grenzwerte für die Emission von schädlichen Abgasbestandteilen kommen zur Reinigung der Abgase von Verbrennungskraftmaschinen in letzter Zeit vermehrt Abgasbehandlungseinrichtungen zum Einsatz, bei welchen zur Reduzierung der schädlichen Abgasbestandteile dem Abgas ein Reduktionsmittel zugegeben wird. Ein in sol- chen Abgasbehandlungsvorrichtungen häufig angewendetes Verfahren ist die selektive katalytische Reduktion (SCR-Verfahren), bei welchem Stickstoffoxidverbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme von Ammoniak reduziert werden. Ammoniak wird in Kraftfahrzeugen häufig nicht direkt, sondern in Form einer Vorläuferlösung bevorratet. Aus einer solchen Vor- läuferlösung kann dann abgasintern oder abgasextern Ammoniak generiert werden. Eine besonders häufig eingesetzte Vorläuferlösung ist eine 32,5 %ige Harnstoff- Wasser-Lösung, die beispielsweise unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich ist. Im Folgenden wird der Begriff „Reduktionsmittel" sowohl für Reduktionsmittel als auch für Reduktionsmittel- Vorläufer, Reduktionsmittelvorläuferlösungen, etc. gleichermaßen verwendet.
In einer Abgasbehandlungseinrichtung für die selektive katalytische Reduktion ist regelmäßig eine besonders präzise Dosierung des Redukti- onsmittels erforderlich.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die geschilderten technischen Probleme des Stands der Technik zumindest teilweise zu lösen. Es soll insbesondere eine besonders kostengünstige Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel angegeben werden, mit der eine besonders präzise Dosierung des Reduktionsmittels möglich ist.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Dosiereinheit gemäß den Merk- malen des Patentanspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Dosierung von Reduktionsmittel gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5. 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.
Die Erfindung betrifft eine Dosiereinheit für ein Reduktionsmittel aufwei- send einen Injektor zur Zufuhr des Reduktionsmittels in eine Abgasbehandlungsvorrichtung, wobei an dem Injektor ein Temperatursensor ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Dosiereinheit für ein Redukti- onsmittel, aufweisend einen Reduktionsmitteltank und einen Injektor zur Zufuhr des Reduktionsmittels in eine Abgasbehandlungsvorrichtung sowie eine Fördereinheit zur Förderung des Reduktionsmittels aus dem Reduktionsmitteltank hin zu dem Injektor, wobei an dem Injektor ein Temperatursensor ausgebildet ist. Hierbei wird insbesondere eine flüssige Harnstoff -Wasser-Lösung bevorratet und mittels des Injektors zugegeben.
Der Temperatursensor kann (integraler) Bestandteil des Injektors sein. Es ist auch möglich, dass der Temperatursensor in unmittelbarer Nähe an dem Injektor angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der Stelle, an welcher das Reduktionsmittel aus dem Injektor austritt, und dem Temperatursensor kleiner als 100 mm [Millimeter], vorzugsweise kleiner als 50 mm [Millimeter] und besonders bevorzugt sogar kleiner 20 mm [Millimeter]. Der Temperatursensor kann zumindest teilweise in unmittelbarem Kontakt mit dem Reduktionsmittel stehen. Es ist aber auch möglich, dass der Temperatursensor von dem Reduktionsmittel beabstandet ist und über ein wärmeleitendes Element mit dem Reduktionsmittel in Kontakt steht. Dieses wärmeleitende Element kann beispielsweise ein Gehäuse des Injektors und/oder die Reduktionsmittelleitung sein. Hierbei ist das wärmeleitende Element bevorzugt temperatursensibel (z. B. dünnwandig, hohe Wärmeleitungsfähigkeit, etc.), so dass dieses schnell und genau die aktuellen Temperaturen hin zum Temperatursensor überträgt. Vorzugsweise beträgt der Abstand von dem Reduktionsmittel zu dem Injektor weniger als 10 mm [Millimeter], vorzugsweise weniger als 2 mm [Millimeter] und besonders bevorzugt weniger als 1 mm [Millimeter].
Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere die Fließeigenschaften und/oder die Viskosität von Reduktionsmittel (insbesondere Harnstoff- Wasser-Lösung) in einem beachtlichen Umfang von der Temperatur des Reduktionsmittels abhängen. Die Temperatur des Reduktionsmittels am Injektor entspricht im Wesentlichen der Temperatur des Injektors selbst und ist daher ggf. signifikant abweichend von der Temperatur des Reduk- tionsmittels im Reduktionsmitteltank oder entfernten Bereichen der Reduktionsmittelleitung. Der Injektor ist zumeist unmittelbar an der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet und kann daher aufgrund der unterschiedlichen Abgastemperaturen selbst im Betrieb stark schwankende Temperaturen aufweisen. Es ist daher vorteilhaft, die Temperatur des Reduktionsmittels am Injektor zu bestimmen und die Öffnungszeit des Injektors anhand und/oder unter Berücksichtigung der gemessenen Temperatur anzupassen. Über die Öffnungszeit des Injektors wird in einem wesentlichen Maße die Menge des zugeführten Reduktionsmittels bestimmt. Vorzugsweise wird mit der gemessenen Temperatur eine Fließ- fähigkeit, ein Fließverhalten, die Viskosität und/oder eine Zähigkeit des Reduktionsmittels als Parameter bestimmt bzw. berechnet. Dieser Parameter wird dann wiederum bei der Bestimmung der Öffnungszeit des Injektors berücksichtigt. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Dosiereinheit, wenn zwischen der Fördereinheit und dem Injektor eine Reduktionsmittelleitung mit einer Länge von zumindest 20 cm [Zentimeter], vorzugsweise zumindest 50 cm [Zentimeter] und besonders bevorzugt zumindest 100 cm [Zentimeter] vorgesehen ist. Bei einer derart langen Reduktionsmittelleitung können in der Fördereinheit regelmäßig Temperaturen des Reduktionsmittels auftreten, die stark von den Temperaturen des Reduktionsmittels am Injektor abweichen. Daher ist es bei einer derart langen Förderleitung besonders sinnvoll, (auch) an dem Injektor einen Temperatursensor vorzusehen. Gegebenenfalls kann der Temperatur sensor am Injektor der einzige in der Dosiereinheit vorgesehene Temperatur sensor sein.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der Injektor eine elektrische Spule aufweist, die zur Erfüllung mindestens folgender Funktionen eingerichtet ist: - elektromagnetisches Öffnen des Injektors, und
Ermitteln einer Temperatur über eine Bestimmung des elektrischen Widerstands der Spule.
Der elektrische Widerstand einer elektrischen Spule zur Öffnung des In- jektors weist regelmäßig eine gewisse Temperaturabhängigkeit auf. Für die Leiterbahnen der elektrischen Spule kann optional auch ein Material verwendet werden, welches eine Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands von zumindest 0,2 % pro Kelvin, vorzugsweise zumindest 1 % pro Kelvin und besonders bevorzugt zumindest 3 % pro Kel- vin hat. So kann sichergestellt werden, dass bei einer Veränderung der Temperatur eine signifikante messbare Änderung des Widerstands der Spule auftritt.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Dosiereinheit dann vorteilhaft, wenn zusätzlich ein Drucksensor am Injektor vorgesehen ist. In diesem Fall ist sowohl ein Temperatursensor als auch ein Drucksensor am Injektor vorgesehen. Vorzugsweise ist der Temperatursensor zugleich ein Drucksensor. Beispielsweise kann der Drucksensor als Leiterbahn ausgeführt sein, die sich bei einer Druckänderung verformt und so ihren elektrischen Wi- derstand ändert, wodurch eine Druckänderung detektiert werden kann. Diese Leiterbahn kann gleichzeitig als Temperatursensor genutzt werden. Dann ist zusätzlich ein Referenz sensor zur Bestimmung des Quereinflusses der Temperatur auf den Drucksensor erforderlich. Dieser Referenz- sensor kann in Form einer zweiten elektrischen Leiterbahn realisiert werden, die sich bei einer Druckänderung nicht verformt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Temperatursensor eine Leiterbahn bzw. eine Spule, die keine weitere Funktion aufweist. Diese Leiterbahn bzw. diese Spule kann besonders klein ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Spule ein Platin-Widerstandsdraht mit mehr als 80 Ohm, vorzugsweise mehr als 400 Ohm und besonders bevorzugt mehr als 2500 Ohm sein. Ein solcher Widerstandsdraht hat eine sehr geringe Wärmekapazität und reagiert daher sehr schnell auf Temperaturveränderun- gen.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Temperatursensor ein Thermoelement sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Dosierung von Reduktionsmittel in eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei die Dosierung mit Hilfe eines Injektors erfolgt und das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:
a) Bestimmen einer Temperatur des Reduktionsmittels in der Nähe des Injektors,
b) Bestimmen eines Fließverhaltens des Reduktionsmittels in Abhängigkeit von der Temperatur,
c) Bestimmen einer Öffnungszeit des Injektors in Abhängigkeit des Fließ Verhaltens,
d) Öffnen des Injektors für die bestimmte Öffnungszeit.
Die Bestimmung bzw. Messung der (aktuellen) Temperatur in Schritt a) kann beispielsweise mit einem direkt am Injektor angeordneten Temperatursensor erfolgen. Hierbei kann die Temperatur des Reduktionsmittels direkt oder mittelbar über einen temperatursensiblen Wärmeleiter bestimmt werden.
Mit dem Begriff „Fließverhalten" in Schritt b) ist insbesondere auch eine Zähigkeit und/oder eine Viskosität des Reduktionsmittels mit umfasst. Die Bestimmung des Fließverhaltens in Schritt b) kann beispielsweise durch eine Berechnung mit einer in einem Steuergerät hinterlegten Formel erfolgen, wobei die in Schritt a) bestimmte Temperatur in der Formel berücksichtigt wird. Ebenso können Grenzwerte, Kennfelder, oder der- gleichen in dem Steuergerät gespeichert sein, so dass ein Vergleich der bestimmten Temperatur mit diesen gespeicherten Informationen einen Kennwert für die folgenden Schritte liefern kann.
In Schritt c) kann zur Berechnung der Öffnungszeit des Injektors eben- falls eine in einem Steuergerät hinterlegte Formel und/oder ein Kennfeld verwendet werden. In dieser Formel wird das in Schritt b) berechnete Fließverhalten mit berücksichtigt.
Durch die Öffnung des Injektors in Schritt d) erfolgt die Zufuhr des Re- duktionsmittels in die Abgasbehandlungsvorrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn wenigstens bei der Bestimmung des Fließverhaltens in Schritt b) oder bei der Bestimmung der Öffnungszeit in Schritt c) zumindest einer der folgenden Einflussparameter mit berücksichtigt wird:
- ein Druck des Reduktionsmittels an dem Injektor,
- zumindest eine chemische Eigenschaft des Reduktionsmittels,
- zumindest eine physikalische Eigenschaft des Reduktionsmittel und
- eine benötigte Reduktionsmittelmenge.
Klarstellend sei insbesondere darauf hingewiesen, dass die Einflussparameter auch in beiden Schritten b) und c) berücksichtigt werden können, sowie, dass verschiedene Einflussparameter in den Schritten berücksichtigt werden können. Die Zähigkeit bzw. das Fließverhalten oder die Viskosität des Reduktionsmittels kann zusätzlich auch vom Druck des Reduktionsmittels abhängen, so dass es vorteilhaft ist, diesen Druck bei der Bestimmung des Fließverhaltens in Schritt b) mit zu berücksichtigen. Die Menge des durch den Injektor bei einer bestimmten Öffnungszeit des Injektors hindurch tretenden Reduktionsmittels hängt in einem wesentlichen Maß von dem Druck des Reduktionsmittels an (vor und/oder in) dem Injektor ab. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Druck auch bei der Berechnung der Öffnungs- Zeiten in Schritt c) mit berücksichtigt wird.
Als chemische Eigenschaft des Reduktionsmittels, die bei der Berechnung des Fließverhaltens (in Schritt b)) und/oder bei der Berechnung der Öffnungszeit des Injektors (in Schritt c)) berücksichtigt werden kann, kommt beispielsweise eine chemische Zusammensetzung des Reduktionsmittels in Frage. Beispielsweise können eine Konzentration von Harnstoff in dem Reduktionsmittel und/oder die Anwesenheit bestimmter Zusatzstoffe im Reduktionsmittel hier berücksichtigt werden. Als physikalische Eigenschaft kommen beispielsweise die Dichte, die Wärmeleitfähigkeit, die elektrische Leitfähigkeit, die Oberflächenspannung und/oder der Aggregatszustand des Reduktionsmittels in Betracht. Eventuell liegt auch bereits vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Information über das Fließverhalten bzw. die Visko- sität des Reduktionsmittels vor, die dann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nur korrigiert wird. Diese vorab vorhandene Information über das Fließverhalten bzw. die Viskosität kann beispielsweise als Vergleichsviskosität bezeichnet werden. Eine solche Vergleichsviskosität des Reduktionsmittels kann beispielsweise in einem Steuergerät hinter- legt sein. Auch möglich ist, dass die Qualität und/oder die Temperatur des Reduktionsmittels im Tank regelmäßig gemessen werden und hieraus eine Vergleichsviskosität bestimmt wird. Diese Vergleichsviskosität kann dann in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens mit berücksichtigt werden. Beispielsweise kann sichergestellt werden, dass das in Schritt b) ermittelte Fließverhalten bzw. die Viskosität maximal um einen vorgegebenen Wert von der Vergleichsviskosität abweicht. Auch möglich ist, dass die Vergleichs Viskosität in Schritt b) mit einer Gewichtung von mehr als 10 % vorzugsweise mehr als 50 % in die Berechnung des Fließverhaltens bzw. der Viskosität mit einfließt.
Zudem ist es auch vorteilhaft, eine benötigte Reduktionsmittelmenge bei der Bestimmung des Fließverhaltens und/oder bei der Bestimmung der Öffnungszeit zu berücksichtigen. Die benötigte Reduktionsmittelmenge hat einen wichtigen Einfluss auf die in Schritt c) bestimmte Öffnungszeit des Injektors. In Schritt b) kann die benötigte Reduktionsmittelmenge einen Quereinfluss auf die Bestimmung des Fließ Verhaltens bilden.
Das vorgeschlagene Verfahren ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn es mehrfach wiederholt ausgeführt wird, wobei zwischen Schritt d) einer ersten Verfahrensdurchführung und Schritt a) einer darauf folgenden Verfahrensdurchführung wenigstens ein Mindestzeitintervall abläuft. Die mehrfache Wiederholung des Verfahrens kann auch als iterative Verfahrensführung bezeichnet werden. Jede einzelne Durchführung der Verfah- rensschritte a) bis d) kann dann als Verfahrensiteration bezeichnet werden. Die auf die erste Verfahrensiteration folgende Verfahrensdurchführung ist vorzugsweise die unmittelbar auf die erste Verfahrensdurchführung folgende Verfahrensdurchführung bzw. unmittelbar folgende Verfahrensiteration.
Es ist auch möglich, dass Schritt a) und Schritt b) mit einer geringeren Wiederholrate durchgeführt werden als Schritt c) und Schritt d). Die Bestimmung der Temperatur sowie die Bestimmung des Fließverhaltens des Reduktionsmittels erfolgen dann beispielsweise bei weniger als jedem fünftem, vorzugsweise bei weniger als jedem zehnten und besonders bevorzugt bei weniger als jedem fünfzigsten Öffnungsvorgang des Injektors. Ein Mindestzeitintervall zwischen Schritt d) einer ersten Verfahrensdurchführung und Schritt a) der darauf folgenden Verfahrensdurchführung kann beispielsweise zumindest 5 s [Sekunden], vorzugsweise zu- mindest 10 s [Sekunden] und besonders bevorzugt zumindest 1 min [Minute] betragen. Beim Öffnen des Injektors wird aufgrund des elektrischen Stromflusses zusätzliche Wärme erzeugt. Diese Wärme würde die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur verfälschen. Daher ist es vorteilhaft das beschriebene Mindestzeitintervall abzuwarten. Dadurch, dass das angegebene Mindestzeitintervall abgewartet wird, findet ein Angleichen der Temperatur des Reduktionsmittels und des Injektors statt. Der Injektor hat eine bestimmte Wärmekapazität, die hier ggf. mit zu beachten ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren ausgesetzt wird, wenn die an die Abgasbehandlungsvorrichtung angeschlossene Verbrennungskraftmaschine mit mindestens 90 % Volllast der Verbrennungskraftmaschine betrieben wird. Vorzugsweise wird das erfin- dungsgemäße Verfahren bereits ausgesetzt, wenn die Verbrennungskraftmaschine mit mehr als 80 % und besonders bevorzugt mit mehr als 50 % Volllast betrieben wird. Bei derartigen Lastzuständen müssen einer Abgasbehandlungsvorrichtung sehr große Mengen an Reduktionsmittel zudosiert werden. Hierfür muss ein Injektor sehr häufig geöffnet werden, so dass für diesen Fall eine Berechnung zeitkritisch sein könnte und zudem die Temperaturbelastungen für diese Zeiträume im Wesentlichen konstant hoch sind.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren geschilderten Vorteile und Aus- gestaltungsmerkmale sind in analoger Weise auf die erfindungsgemäße Dosiereinheit übertragbar. Gleiches gilt für die für die erfindungsgemäße Dosiereinheit geschilderten besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere mit einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dosiereinheit verwirk- licht werden.
Als bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug angesehen, das eine Verbrennungskraftmaschine, eine Abgasbehandlung s Vorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftma- schine und eine erfindungsgemäße Dosiereinheit sowie ein Steuergerät zur Steuerung der Zufuhr von Reduktionsmittel in die Abgasbehandlungsvorrichtung aufweist, wobei das Steuergerät zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
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. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1: ein Kraftfahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Dosiereinheit, Fig. 2: einen Injektor für eine erfindungsgemäße Dosiereinheit, und
Fig. 3: ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 dargestellt, welches eine Verbrennungs- kraftmaschine 11 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 4 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 11 aufweist. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 4 weist einen Injektor 3 (Ventil) auf, mit welchem der Abgasbehandlungsvorrichtung 4 Reduktionsmittel zugeführt werden kann. Der Injektor 3 ist auch Bestandteil einer Dosiereinheit 1, die außer dem Injektor 3 noch einen Reduktionsmitteltank 2 sowie eine Fördereinheit 5 und eine Reduktionsmittelleitung 7 aufweist. Durch die Reduktionsmittelleitung 7 wird Reduktionsmittel (insbesondere eine Harnstoff-Wasser-Lösung) von der Fördereinheit 5 zu dem Injektor 3 gefördert. Die Reduktionsmittelleitung 7 hat eine Länge 8. An dem Injektor 3 sind ein Temperatursensor 6 sowie (optional) ein Drucksensor 21 vorgesehen. Das Kraftfahrzeug 10 hat außerdem ein Steuergerät 12, mit welchem der Injektor 3 sowie die Fördereinheit 5 gesteuert werden kann. Dazu ist das Steuergerät 12 mit verschiedenen Komponenten des Kraftfahrzeugs 10 verbunden. Hier beispielhaft dargestellt sind eine Verbin- dung zur Verbrennungskraftmaschine 11, eine Verbindung zur Fördereinheit 5, eine Verbindung zum Injektor 3 sowie eine Verbindung zum Temperatursensor 6. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, den Injektor 3 in Abhängigkeit der durch diese Verbindungen zur Verfügung gestellten Daten zu steuern.
Fig. 2 zeigt einen Injektor 3 zur Zufuhr von Reduktionsmittel (insbesondere eine Harnstoff-Wasser-Lösung) in eine Abgasbehandlungsvorrichtung. Der Injektor 3 ist an eine Reduktionsmittelleitung 7 angeschlossen. In dem Injektor 3 ist ein Ventilanker 13 vorgesehen, durch welchen der Injektor 3 geöffnet oder geschlossen werden kann. Bei geschlossenem Injektor 2 ist der Ventilanker 13 an einem Anschlag 18 angeordnet. Eine Öffnung des Injektors 3 kann erfolgen, in dem der Ventilanker 13 mit Hilfe einer elektrischen Spule 9 ausgelenkt wird kann. Die elektrische Spule 9 dient bei dem Injektor 3 gemäß Fig. 2 zugleich als Temperatursensor 6. Die Temperatur des Reduktionsmittels 15 wird über die mit Pfeilen dargestellte Wärmeleitung 17 an die elektrische Spule 9 weitergeleitet. Die Wärmeleitung 17 funktioniert auch durch den Ventilblock 16 hindurch. Bei geschlossenem Injektor 3 ist ein Kanal 14 verschlossen. Dieser Kanal 14 stellt bei geöffnetem Injektor 3 den Durchgang von dem Injektor 3 bzw. von der Reduktionsmittelleitung 7 in die Abgasbehandlungsvorrichtung 4 her.
Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren mit den Schritten a), b), c) und d) Schema tisch als Blockdiagramm. Angedeutet ist, dass das Verfahren nach Art einer Schleife regelmäßig wiederholt wird. Auch ist dargestellt, dass nach der Durchführung des Schritts d) ein Zeitintervall 20 abgewartet wird, bevor eine erneute Durchführung des Schritts a) erfolgt. Ebenfalls ist veranschaulicht, dass in den Verfahrensschritten b) und c) verschiedene Einflussparameter 19 mit berücksichtigt werden. Diese Ein- flussparameter 19 können beispielsweise (wie oben erwähnt) der Druck des Reduktionsmittels an dem Injektor, zumindest eine chemische Eigenschaft des Reduktionsmittels, zumindest eine physikalische Eigenschaft des Reduktionsmittels oder eine benötigte Reduktionsmittelmenge sein. Damit löst die vorliegende Erfindung die geschilderten technischen Probleme des Stands der Technik zumindest teilweise. Insbesondere ist eine besonders kostengünstige Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmit- tel aufgezeigt worden, mit der eine besonders präzise Dosierung des Reduktionsmittels möglich ist.
Bezugszeichenliste
1 Dosiereinheit
2 Reduktionsmitteltank
3 Injektor
4 Abgasbehandlungsvorrichtung
5 Fördereinheit
6 Temperatursensor
7 Reduktionsmittelleitung
8 Länge
9 elektrische Spule
10 Kraftfahrzeug
11 Verbrennungskraftmaschine
12 Steuergerät
13 Ventilanker
14 Kanal
15 Reduktionsmittel
16 Ventilblock
17 Wärmeleitung
18 Anschlag
19 Einflussparameter
20 Zeitintervall
21 Drucksensor

Claims

Patentansprüche
1. Dosiereinheit (1) für ein Reduktionsmittel (15), aufweisend einen Injektor (3) zur Zufuhr des Reduktionsmittels (15) in eine Abgasbehandlungsvorrichtung (4), wobei an dem Injektor (3) ein Temperatursensor (6) ausgebildet ist.
Dosiereinheit (1) nach Patentanspruch 1, wobei zwischen der Fördereinheit (5) und dem Injektor (3) eine Reduktionsmittelleitung (7) mit einer Länge (8) von zumindest 20 cm [Zentimeter] vorgesehen ist.
Dosiereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Injektor (3) eine elektrische Spule (9) aufweist, die zur Erfüllung mindestens folgender Funktionen eingerichtet ist:
elektromagnetisches Öffnen des Injektors (3), und
Ermitteln einer Temperatur über eine Bestimmung des elektrischen Widerstands der Spule (9).
Dosiereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zusätzlich ein Drucksensor (21) an dem Injektor (3) vorgesehen ist.
Verfahren zur Dosierung von Reduktionsmittel (15) in eine Abgasbehandlungsvorrichtung (4), wobei die Dosierung mit Hilfe eines Injektors (3) erfolgt und das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:
a) Bestimmen einer Temperatur des Reduktionsmittels (15) in der Nähe des Injektors (3),
b) Bestimmen eines Fließverhaltens des Reduktionsmittels (15) in Abhängigkeit von der Temperatur,
c) Bestimmen einer Öffnungszeit des Injektors (3) in Abhängigkeit des Fließ Verhaltens, d) Öffnen des Injektors (3) für die bestimmte Öffnungszeit.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei wenigstens bei der Bestimmung des Fließverhaltens in Schritt b) oder bei der Bestimmung der Öffnungszeit in Schritt c) zumindest einer der folgenden Ein- flussparameter (19) mit berücksichtigt wird:
ein Druck des Reduktionsmittels (15) an dem Injektor (3), zumindest eine chemische Eigenschaft des Reduktionsmittels (15),
- zumindest eine physikalische Eigenschaft des Reduktionsmittels
(15), und
eine benötigte Reduktionsmittelmenge.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 5 und 6, wobei das Verfahren mehrfach wiederholt ausgeführt wird, wobei zwischen Schritt d) einer ersten Verfahrensdurchführung und Schritt a) einer darauf folgenden Verfahrensdurchführung wenigstens ein Mindestzeitintervall abläuft.
Kraftfahrzeug (10) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine
(11) , eine Abgasbehandlungsvorrichtung (4) zur Reinigung von Abgasen der Verbrennungskraftmaschine (11) und eine Dosiereinheit (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4 sowie ein Steuergerät
(12) zur Steuerung der Zufuhr von Reduktionsmittel (15) in die Abgasbehandlungsvorrichtung (4), wobei das Steuergerät (12) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Patentansprüche 5 bis 7 eingerichtet ist.
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