EP2809898A2 - Verfahren zum betrieb einer dosiervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer dosiervorrichtung

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EP2809898A2
EP2809898A2 EP13703009.4A EP13703009A EP2809898A2 EP 2809898 A2 EP2809898 A2 EP 2809898A2 EP 13703009 A EP13703009 A EP 13703009A EP 2809898 A2 EP2809898 A2 EP 2809898A2
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EP
European Patent Office
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pressure
metering
valve
pump
accumulator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13703009.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive 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 EP2809898A2 publication Critical patent/EP2809898A2/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Withdrawn legal-status Critical Current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 method for operating a metering device for providing a liquid additive.
  • the metering device can be used, for example, to supply a liquid additive into the exhaust gas treatment device, where it is used to clean the exhaust gases of a mobile internal combustion engine (in particular in a motor vehicle).
  • Exhaust treatment devices in which a liquid additive is supplied, are finding more and more widespread lately.
  • An exhaust gas purification process which is particularly frequently carried out in such exhaust gas treatment devices is the selective catalytic reduction (SCR) process, in which nitrogen oxide compounds in the exhaust gas are reduced with the aid of a reducing agent.
  • the reducing agent is supplied to the exhaust gas treatment device regularly in the form of a liquid additive.
  • liquid additive is urea-water solution.
  • a urea-water solution with a urea content of 32.5% is commercially available under the trade name AdBlue ® and widely used.
  • the urea-water solution is merely a reductant precursor and is exhausted externally (in a dedicated reactor) or converted to ammonia (the reducing agent) internally of the exhaust gas (in the exhaust treatment device under the influence of the exhaust gas).
  • Nitrogen oxide compounds in the exhaust gas are then reduced together with the ammonia in the presence of an SCR catalyst to harmless substances (water, CO2 and nitrogen).
  • an SCR catalyst to harmless substances (water, CO2 and nitrogen).
  • the metering device for providing a liquid additive should be as simple as possible, if possible long-term stability and maintenance-free as well as cost-effective. At the same time, it is desired that the metering accuracy of a metering device is particularly high. As a result, on the one hand, the amount of liquid additive necessary for the conversion of pollutant constituents in the exhaust gas can be set particularly precisely. In addition, it is possible to effectively avoid overdoses.
  • the invention relates to a method for operating a metering device for providing a liquid additive, in particular urea-water solution.
  • the metering device has at least the following:
  • At least one pump for conveying the additive from a tank to an accumulator
  • a metering valve which is adapted to provide metered in the accumulator additive present
  • the method comprises at least the following steps:
  • the metering device is particularly preferably used for metering a reducing agent (or a reducing agent precursor such as urea-water solution) as a liquid additive in an exhaust gas treatment device of an internal combustion engine.
  • the pump is preferably a diaphragm pump or a piston pump.
  • the delivery rate of the pump is preferably not regulated. This means that no electronic control or control is provided, with which the amount of additive pumped by the pump can be precisely determined.
  • the tank is preferably connected to the pump via a suction line, via which the pump can suck in liquid additive from the tank.
  • the pressure accumulator is preferably arranged in a flow direction of the liquid additive from the tank to the metering valve behind the pump. A pressure built up by the pump is present in the pressure accumulator.
  • the pressure accumulator may for example be designed as a flexible conduit which expands as soon as liquid additive is conveyed under pressure from the pump into the flexible conduit.
  • the metering valve is preferably an electrically controlled solenoid valve which can be opened and closed by the electric drive, wherein the opening time of the metering valve dictates the amount of liquid additive provided.
  • At the accumulator also adjoins a return valve.
  • the return valve is preferably connected via a return line back into the tank, so that in the pressure accumulator present liquid additive can be discharged back into the tank.
  • a motor controller sends out a signal that corresponds to a certain amount of liquid additive needed. This signal is detected or identified as Dosieran birthday.
  • a pressure which is so low that processing of the dosing request is not possible is preferably present in the pressure reservoir.
  • the pressure in the pressure accumulator during step a) is below 2 bar, more preferably below 1 bar and most preferably below 0.5 bar.
  • the pump is activated in order to build up a pressure in the accumulator, which is necessary for a suitable metering with the metering valve.
  • a diaphragm pump or a piston pump is preferably operated with between 2 and 10 pump strokes.
  • the number of pump strokes necessary to build up the necessary pressure in the accumulator depends on the flexibility of the accumulator and on the pressure difference between the pressure during step a) and the metering pressure (step b).
  • the more flexible the pressure accumulator the more liquid additive can be conveyed into the accumulator, so that the necessary pressure is built up.
  • the pressure built up by the activation of the pump in step b) is preferably between 3 and 10 bar, more preferably between 5 and 10 bar and most preferably between 6 and 8 bar.
  • the pressure built up by the pump in step b) is typically slightly above the metering pressure which is necessary to be able to accurately meter with the metering valve.
  • the pump is preferably unregulated. This means that the pump is not deactivated when a certain pressure is reached, but after an activation the pump initially continues to run, regardless of how high the pressure acting in the pressure accumulator is against the pump. In one embodiment variant of the described method, the pump stops its operation only when the pressure in the pressure accumulator is so great that the pump can no longer generate any further pressure increase in the pressure accumulator.
  • the method is particularly preferred if the method steps a) to d) are carried out repeatedly during the operation of the metering device. Furthermore, the method is preferred if, for setting the pressure in step c), the pressure is reduced, in particular in which the return valve is opened. In order to set a precise pressure in the pressure accumulator, which is desired in order to be able to carry out a very accurate metering with the metering valve, the return valve is therefore preferably opened.
  • step b) preferably continues to take place. The return valve remains open and the pump is activated. By a return flow of liquid additive through the return valve, the pressure in the accumulator remains constant.
  • the method is preferred if at least steps c) and d) at least partially run parallel to each other. Even more preferably, even steps b), c) and d) take place at least partially in parallel (at the same time).
  • the metering valve is opened.
  • liquid additive flows from the pressure accumulator through the metering valve to a consumer for the liquid additive.
  • the consumer of the liquid additive is preferably an exhaust gas treatment device in which the selective catalytic reduction process is carried out with the liquid additive.
  • the process steps b) and c) preferably continue to take place.
  • the pump continues to be activated and continues to deliver liquid additive into the accumulator.
  • the return valve is also preferred During step d) continues to open and ensures that the pressure in the pressure accumulator on the dosing required for dosing of, for example. A value between 5 and 10 bar, eg. 7 bar, is set.
  • the return valve is preferably not always open, but it is opened under pressure control, respectively, as soon as the pressure in the accumulator exceeds the metering pressure. As a result, the pressure in the pressure accumulator is always adjusted during dispensing of the additive through the metering valve to the metering pressure.
  • the dosing request determined in step a) is delivered in several pulses. A pulse corresponds in each case to an opening operation and a closing operation of the metering valve.
  • step d) it is preferable after step d) in each case to deactivate the pump.
  • the pump is then activated again only when a new dosing request is detected in a new step a).
  • the pump runs in particular during operation of a delivery line and a motor vehicle in which the metering device is arranged, not continuously, but the pump is regularly activated only when a Dosierancum is present.
  • the process step e) is preferably carried out repeatedly together with the process steps a) to d).
  • step e By lowering the pressure in the pressure accumulator in step e), it is possible to relieve the pressure accumulator between two dosing requirements. This can increase the durability of the metering device become.
  • the discharge of the accumulator can be actively carried out in a variant embodiment.
  • a return valve which branches off from the pressure accumulator, may optionally be opened actively in step e) in order to allow the liquid additive to escape from the pressure accumulator and thus to ensure a lowering of the pressure in the pressure accumulator.
  • This return valve can be identical to the return valve used in step c) of the method and have an additional possibility for active opening in step e). But it is also possible that an additional return valve is provided for step e), which can be actively opened, and is preferably arranged in a parallel second return line from the pressure accumulator to the tank.
  • an active discharge takes place through the pump of the delivery unit.
  • the pump may optionally be operated counter to the conveying direction in step e) in order to convey liquid additive out of the accumulator back into the tank, so that the pressure in the pressure accumulator decreases and the pressure accumulator is relieved.
  • a passive discharge of the pressure accumulator takes place.
  • a return valve and / or by the pump in step e a Lekagestrom flow of liquid additive back into the tank, through which the pressure in the pressure accumulator lowers.
  • the pressure in the pressure accumulator decreases comparatively slowly, because the leakage flow is regularly relatively small. Otherwise, the effect of the leakage flow on the pressure in the pressure accumulator would be too great during the dosing in step d).
  • the return valve is a passively opening valve whose opening pressure corresponds to the metering pressure.
  • the return valve is preferably a passively-opening valve which opens at a predetermined or preset limit pressure, which limit pressure corresponds to the metering pressure (the pressure with which the additive is metered in).
  • the return valve preferably has a valve body and a valve spring which biases the valve body. The return valve opens when the force exerted on the return valve by the liquid additive present in the pressure accumulator exceeds the spring force of the spring in the return valve.
  • the metering device can be designed without an electrically driven metering valve and / or without an (active) control unit of the return valve.
  • the return valve is an active-opening valve with a valve drive, wherein a pressure sensor is arranged on the pressure accumulator and the return valve is controlled by means of the valve drive by a control unit, in step c) the pressure in the pressure accumulator to set to the desired metering pressure.
  • the valve drive may, for example, be an electromagnet, which exerts a force on an armature in the return valve, by means of which the return valve can be opened and / or closed.
  • the pressure sensor can be embodied, for example, as an electronic pressure sensor which measures a pressure in the pressure accumulator and transmits it as an electrical signal to the control unit.
  • This pressure information is then processed in the control unit to specify whether the return valve is opened and / or closed (control loop). Also advantageous is the method when the pump has a pump chamber and at least one pump valve, which predetermines a conveying direction.
  • the pump chamber is preferably acted upon by a diaphragm or a pump piston with a pump movement.
  • two pump valves are provided, which are each passively opening and are arranged in the flow direction of the liquid additive from the tank to the metering valve in front of and behind the pump chamber.
  • only a single pump valve is provided. This single pump valve is then preferably provided in the flow direction behind the pump chamber.
  • the pump piston is then adapted to push out the liquid additive in the pump chamber through the pump valve during a delivery movement (ejection movement).
  • a delivery movement ejection movement
  • liquid additive flows into the pump chamber.
  • the inventive method finds particular application in a metering device, which preferably has no pressure sensor on the pressure accumulator, with which the pressure in the pressure accumulator is electronically monitored.
  • the pressure in the accumulator is set in this case alone by the return valve.
  • the return valve preferably acts mechanically.
  • Exhaust gas treatment device for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine and a metering device, with which the exhaust gas treatment device, a liquid additive can be supplied, and which for operation according to the described method furnished and designed.
  • the motor vehicle is preferably a passenger car or a truck.
  • the internal combustion engine is preferably a diesel internal combustion engine.
  • the exhaust treatment device preferably comprises an SCR catalyst for carrying out the selective catalytic reduction process.
  • the exhaust treatment device is preferably supplied with reducing agent and, in particular, urea-water solution upstream of the SCR catalyst. With the reducing agent, the method of selective catalytic reduction is then performed in the exhaust gas treatment apparatus to effectively reduce nitrogen oxide compounds in the exhaust gas.
  • FIGS. 1 shows a metering device together with a tank and a
  • FIG. 2 shows a further embodiment variant of a metering device together with a tank and an exhaust gas treatment device
  • FIG. 3 shows a motor vehicle having a metering device
  • Fig. 1 shows a metering device 1 together with a tank 3 and an exhaust treatment device 11.
  • the metering device 1 takes the tank 3 liquid additive (urea-water solution) at a sampling point 17.
  • a delivery line 18, which first to a pump 2 runs.
  • the delivery line 18 extends further to a metering valve 5, with which the liquid additive can be supplied into an exhaust gas flow 13 in the exhaust gas treatment device 11.
  • the liquid additive is conveyed by the conveying action of the pump 2 from the tank 3 through the delivery line 18 to the metering valve 5.
  • a pressure accumulator 4 In the conveying direction from the tank 3 to the metering valve 5 behind the pump 2 is a pressure accumulator 4.
  • the pressure accumulator 4 may be partially formed by the delivery line 18, for example, characterized in that the delivery line 18 is designed as a flexible hose. Starting from the pressure accumulator 4 branches off a return line 12, which leads back into the tank 3. In the return line 12, a return valve 6 is arranged. With such a metering device, the inventive method can be carried out in a particularly advantageous manner.
  • a valve drive 19 is provided, with which the return valve 6 can be opened and closed.
  • a pressure sensor 20 Adjacent to the pressure accumulator 4, a pressure sensor 20, with which the pressure in the pressure accumulator 4 can be measured.
  • the pressure information which is determined by the pressure sensor 20, arrives at a control unit 21 and is processed there.
  • the control unit 21 can open and close the return valve 6 with the aid of the valve drive 19 as needed.
  • FIG. 3 shows a motor vehicle 9, comprising an internal combustion engine 10 and an exhaust gas treatment device 11 with which the exhaust gases of the internal combustion engine 10 are cleaned can be.
  • the exhaust gases of the internal combustion engine 10 flow through the exhaust gas treatment device 11 as the exhaust gas flow 13.
  • a metering valve 5 is provided with which a liquid additive can be supplied to the exhaust gas treatment device 11.
  • the metering valve 5 is supplied by a metering device 1 with liquid additive from a tank 3.
  • Fig. 4 shows a first flow diagram of the method according to the invention.
  • the time axis 14 and the pressure axis 15 of the diagram can be seen.
  • a pressure curve 16 is plotted during the method according to the invention.
  • the pressure profile 16 is representative of the pressure in the pressure accumulator of the described metering device.
  • the pressure in the pressure accumulator is at a low, constant rest pressure level, which is, for example, less than 2 bar.
  • a dosing request is detected. If a dosing request has been detected, in step b) the activation of the pump increases the pressure in the pressure reservoir as described above.
  • the pressure curve 16 increases sharply.
  • step b the pressure is sometimes increased so much that it exceeds a dosing pressure 8.
  • step c the pressure on the metering pressure 8 is set as described above.
  • step d) a discharge of the liquid additive through the metering valve, wherein the liquid additive has the metering pressure 8.
  • step e) is carried out, in which the pressure in the pressure accumulator drops again.
  • the pressure profile 16 is preferably reduced back to the static pressure 7 from step a).
  • An active implementation of step e) (for example, by an active opening of a return valve or a recovery by means of the pump) is not necessary.
  • step e) passively drops (for example due to a leakage flow through a return valve or through the pump).
  • steps a), b), c), d) and e) are shown again. It can be seen that the method steps are carried out regularly in the manner of a loop.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung (1) zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs. Die Dosiervorrichtung weist zumindest mindestens eine Pumpe (2) zur Förderung des Additivs aus einem Tank (3) in einen Druckspeicher (4), ein Dosierventil (5), welches dazu eingerichtet ist, in dem Druckspeicher (4) vorliegendes Additiv dosiert bereitzustellen, und ein Rücklaufventil (6), durch welches in dem Druckspeicher (4) vorliegendes Additiv zurück in den Tank (3) abgeleitet werden kann, auf. Bei dem Verfahren wird zunächst in einem Schritt a) eine Dosieranforderung festgestellt. Anschließend wird in einem Schritt b) die Pumpe (2) aktiviert, um einen Druck in dem Druckspeicher (4) aufzubauen. Dann wird der Druck in dem Druckspeicher (4) auf einen gewünschten Dosierdruck (8) eingestellt. Daraufhin erfolgt in einem Schritt d) eine Abgabe des flüssigen Additivs durch das Dosierventil (5).

Description

Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs. Die Dosiervorrichtung kann beispielsweise genutzt werden, um ein flüssiges Additiv in die Abgasbehandlungsvorrichtung zuzuführen, wo es zur Reinigung der Abgase einer mobilen Verbrennungskraftmaschine (insbesondere in einem Kraftfahrzeug) genutzt wird.
Abgasbehandlungsvorrichtungen, in welche ein flüssiges Additiv zugeführt wird, finden in letzter Zeit vermehrt Verbreitung. Ein besonders häufig in derartigen Abgasbehandlungsvorrichtungen durchgeführtes Abgasreinigungsverfahren ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion [SCR- Verfahren, SCR = Selective Catalytic Reduction], bei welchem Stickstoffoxidverbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels reduziert werden. Das Reduktionsmittel wird der Abgasbehandlungsvorrichtung regelmäßig in Form eines flüssigen Additivs zugeführt. Ein besonders häufig in diesem Zusammenhang eingesetztes flüssiges Additiv ist Harnstoff-Wasser- Lösung. Eine Harnstoff-Wasser-Lösung mit einem Harnstoffgehalt von 32,5 % ist unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich und weit verbreitet. Die Harnstoff-Wasser-Lösung ist lediglich ein Reduktionsmittelvorläufer und wird abgasextern (in einem dafür vorgesehenen Reaktor) oder abgasintern (in der Abgasbehandlungsvorrichtung unter Einwirkung des Abgases) zu Ammoniak (dem Reduktionsmittel) umgesetzt.
Stickstoffoxidverbindungen im Abgas werden dann zusammen mit dem Ammoniak in Anwesenheit eines SCR- Katalysators zu unschädlichen Substanzen (Wasser, CO2 und Stickstoff) reduziert. Insbesondere auf diesem technischen Gebiet findet die Erfindung Anwendung.
Die Dosiervorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs (Harnstoff-Wasser-Lösung) sollte möglichst einfach aufgebaut, möglichst langzeitstabil und wartungsfrei sowie kostengünstig sein. Gleichzeitig ist es gewünscht, dass die Dosiergenauigkeit einer Dosiervorrichtung besonders hoch ist. Hierdurch kann zum einen die zur Umsetzung von Schadstoffbestandteilen im Abgas notwendige Menge an flüssigem Additiv besonders exakt eingestellt werden. Darüber hinaus ist es möglich, Überdosierungen wirkungsvoll zu vermeiden.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung für Harnstoff -Wasser-Lösung vorgestellt werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. 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 ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs, insbesondere Harnstoff- Wasser-Lösung.
Die Dosiervorrichtung weist zumindest folgendes auf:
- mindestens eine Pumpe zur Förderung des Additivs aus einem Tank in einen Druckspeicher,
- ein Dosierventil, welches dazu eingerichtet ist, in dem Druckspeicher vorliegendes Additiv dosiert bereitzustellen, und
- ein Rücklaufventil, durch welches in dem Druckspeicher vorliegendes Additiv zurück in den Tank abgeleitet werden kann. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
a) Feststellen einer Dosieranforderung,
b) Aktivieren der Pumpe, um einen Druck in dem Druckspeicher aufzubauen,
c) Einstellen des Drucks in dem Druckspeicher auf einen Dosierdruck, und
d) Abgabe des Additivs durch die Dosiervorrichtung.
Die Dosiervorrichtung dient besonders bevorzugt zur Dosierung eines Reduktionsmittels (bzw. eines Reduktionsmittelvorläufers wie Harnstoff- Wasser-Lösung) als flüssiges Additiv in eine Abgasbehandlungsvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine. Die Pumpe ist vorzugsweise eine Membranpumpe oder eine Kolbenpumpe. Die Fördermenge der Pumpe ist vorzugsweise nicht geregelt. Das heißt, dass keine elektronische Regelung oder Steuerung vorgesehen ist, mit welcher die von der Pumpe geförderte Menge an Additiv exakt festgelegt werden kann. Der Tank ist vorzugsweise mit einer Saugleitung mit der Pumpe verbunden, über welche die Pumpe flüssiges Additiv aus dem Tank ansaugen kann. Der Druckspeicher ist vorzugsweise in einer Strömungsrichtung des flüssigen Additivs von dem Tank zu dem Dosierventil hinter der Pumpe angeordnet. Ein von der Pumpe aufgebauter Druck liegt in dem Druckspeicher vor. Der Druckspeicher kann beispielsweise als flexible Leitung ausgeführt sein, welche sich ausdehnt, sobald flüssiges Additiv unter Druck von der Pumpe in die flexible Leitung hinein gefördert wird. Das Dosierventil ist vorzugsweise ein elektrisch gesteuertes Magnetventil, das durch den elektrischen Antrieb geöffnet und geschlossen werden kann, wobei die Öffnungszeit des Dosierventils die Menge an bereitgestelltem flüssigen Additiv vorgibt. An den Druckspeicher grenzt auch ein Rücklaufventil an. Das Rücklaufventil ist vorzugsweise über eine Rücklaufleitung zurück in den Tank angebunden, damit in dem Druckspeicher vorliegendes flüssiges Additiv zurück in den Tank abgeleitet werden kann. Beim Feststellen einer Dosieranforderung in Schritt a) wird vorzugsweise ein elektronisches Signal einer Motorsteuerung identifiziert, welches repräsentativ für eine Dosieranforderung ist. Beispielsweise sendet eine Motorsteuerung ein Signal aus, welches einer bestimmten Menge an benötigtem flüssigem Additiv entspricht. Dieses Signal wird als Dosieranforderung festgestellt bzw. identifiziert. Während Schritt a) liegt in dem Druckspeicher vorzugsweise ein Druck vor, welcher so niedrig ist, dass eine Bearbeitung der Dosieranforderung nicht möglich ist. Vorzugsweise liegt der Druck in dem Druckspeicher während Schritt a) unter 2 bar, besonders bevorzugt unter 1 bar und ganz besonders bevorzugt unter 0,5 bar. In Schritt b) wird die Pumpe aktiviert, um in dem Druckspeicher einen Druck aufzubauen, der notwendig ist, damit eine geeignete Dosierung mit dem Dosierventil erfolgen kann. Zum Aufbau des Drucks wird eine Membranpumpe oder eine Kolbenpumpe vorzugsweise mit zwischen 2 und 10 Pumpenhüben betrieben. Die Anzahl der Pumpenhübe, die notwendig ist, um den notwendigen Druck in dem Druckspeicher aufzubauen, hängt von der Flexibilität des Druckspeichers und von der Druckdifferenz zwischen dem Druck während Schritt a) und dem Dosierdruck (Schritt b) ab. Je flexibler der Druckspeicher ist, umso mehr flüssiges Additiv kann in den Druckspeicher gefördert werden, damit der notwendige Druck aufgebaut wird. Je größer die Druckdifferenz ist, um so mehr flüssiges Additiv kann in den Druckspeicher gefördert werden. Der durch die Aktivierung der Pumpe in Schritt b) aufgebaute Druck liegt vorzugsweise zwischen 3 und 10 bar, besonders bevorzugt zwischen 5 und 10 bar und ganz besonders bevorzugt zwischen 6 und 8 bar. Der in Schritt b) von der Pumpe aufgebaute Druck liegt typischerweise leicht über dem Dosierdruck, welcher notwendig ist, um mit dem Dosierventil eine genaue Dosierung durchführen zu können. Dies liegt daran, dass die Pumpe vorzugsweise ungeregelt ist. Das heißt, dass die Pumpe nicht deaktiviert wird, wenn ein bestimmter Druck erreicht wird, sondern die Pumpe nach einer Aktivierung zunächst weiterläuft, unabhängig davon, wie hoch der in dem Druckspeicher vorliegende gegen die Pumpe wirkende Druck ist. In einer Ausführungsvariante des beschriebenen Verfahrens stellt die Pumpe ihren Betrieb erst ein, wenn der Druck in dem Druckspeicher so groß ist, dass die Pumpe keine weitere Druckerhöhung in dem Druckspeicher mehr erzeugen kann.
Besonders bevorzugt ist das Verfahren, wenn die Verfahrensschritte a) bis d) während des Betriebs der Dosiervorrichtung wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin bevorzugt ist das Verfahren, wenn zum Einstellen des Drucks in Schritt c) der Druck reduziert wird, insbesondere in dem das Rücklaufventil geöffnet wird. Um einen präzisen Druck in dem Druckspeicher einzustellen, der gewünscht ist, um mit dem Dosierventil eine sehr genaue Dosierung durchführen zu können, wird also bevorzugt das Rücklaufventil geöffnet. Während Schritt c) findet Schritt b) vorzugsweise weiterhin statt. Das Rücklaufventil bleibt geöffnet und die Pumpe ist aktiviert. Durch einen Rückstrom an flüssigem Additiv durch das Rücklaufventil bleibt der Druck in dem Druckspeicher konstant. Außerdem ist das Verfahren bevorzugt, wenn zumindest die Schritte c) und d) zumindest teilweise parallel zueinander ablaufen. Besonders bevorzugt finden sogar die Schritte b), c) und d) zumindest teilweise parallel (zeitgleich) statt. Zur Abgabe des flüssigen Additivs durch das Dosierventil in Schritt d) wird das Dosierventil geöffnet. Dann fließt flüssiges Additiv aus dem Druckspeicher durch das Dosierventil hindurch zu einem Verbraucher für das flüssige Additiv. Der Verbraucher für das flüssige Additiv ist vorzugsweise eine Abgasbehandlungsvorrichtung, in welcher mit dem flüssigen Additiv das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion durchgeführt wird. Während der Durchführung von Schritt d) finden die Verfahrensschritte b) und c) vorzugsweise weiterhin statt. Während Schritt d) ist die Pumpe weiterhin aktiviert und fördert weiterhin flüssiges Additiv in den Druckspeicher. Auch das Rücklaufventil ist vorzugsweise während Schritt d) weiterhin geöffnet und sorgt dafür, dass der Druck in dem Druckspeicher auf den zur Dosierung notwendigen Dosierdruck von bspw. einem Wert zwischen 5 und 10 bar, bspw. 7 bar, eingestellt wird. Das Rücklaufventil ist dabei vorzugsweise nicht immer geöffnet, sondern es wird druckgesteuert jeweils geöffnet, sobald der Druck in dem Druckspeicher den Dosierdruck übersteigt. Dadurch wird der Druck in dem Druckspeicher jeweils immer wieder während der Abgabe des Additivs durch das Dosierventil auf den Dosierdruck eingeregelt. Bei der Abgabe des Additivs in Schritt d) ist es nicht erforderlich, dass das Dosierventil durchgehend geöffnet ist. Es ist auch möglich, dass die in Schritt a) festgestellte Dosieranforderung in mehreren Pulsen abgegeben wird. Ein Puls entspricht dabei jeweils einem Öffnungsvorgang und einem Schließvorgang des Dosierventils.
Wenn das Verfahren während des Betriebes der Dosiervorrichtung wiederholt durchgeführt wird, erfolgt nach Verfahrensschritt d) vorzugsweise jeweils eine Deaktivierung der Pumpe. Die Pumpe wird dann erst wieder aktiviert, wenn in einem erneuten Schritt a) eine neue Dosieranforderung festgestellt wird. Die Pumpe läuft insbesondere während des Betriebs einer Förderleitung und eines Kraftfahrzeugs, in welchem die Dosiervorrichtung angeordnet ist, nicht kontinuierlich, sondern die Pumpe wird regelmäßig nur dann aktiviert, wenn eine Dosieranforderung vorliegt.
Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn nach Verfahrensschritt d) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird:
e) Absenken des Drucks in dem Druckspeicher.
Auch der Verfahrensschritt e) wird vorzugsweise zusammen mit den Verfahrensschritten a) bis d) wiederholt durchgeführt.
Durch das Absenken des Drucks in dem Druckspeicher in Schritt e) ist es ermöglicht, den Druckspeicher zwischen zwei Dosieranforderungen zu entlasten. Hierdurch kann die Haltbarkeit der Dosiervorrichtung erhöht werden. Die Entlastung des Druckspeichers kann in einer Ausführungsvariante aktiv durchgeführt werden. Ein Rücklaufventil, welches von dem Druckspeicher abzweigt, kann gegebenenfalls in Schritt e) aktiv geöffnet werden, um ein Austreten des flüssigen Additivs aus dem Druckspeicher zu ermöglichen und so eine Absenkung des Drucks in dem Druckspeicher zu gewährleisten. Dieses Rücklaufventil kann identisch zu dem in Schritt c) des Verfahrens verwendeten Rücklauventil sein und eine zusätzliche Möglichkeit zur aktiven Öffnung in Schritt e) aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass für Schritt e) ein zusätzliches Rücklaufventil vorgesehen ist, welches aktiv geöffnet werden kann, und vorzugsweise in einer parallelen zweiten Rücklaufleitung von dem Druckspeicher zu dem Tank angeordnet ist.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens ist auch möglich, dass eine aktive Entlastung durch die Pumpe der Fördereinheit erfolgt. Die Pumpe kann in Schritt e) gegebenenfalls entgegen der Förderrichtung betrieben werden, um flüssiges Additiv aus dem Druckspeicher hinaus zurück in den Tank zu fördern, damit der Druck in dem Druckspeicher abnimmt und der Druckspeicher so entlastet wird.
Es ist auch möglich, dass eine passive Entlastung des Druckspeichers erfolgt. Dazu kann durch ein Rücklaufventil und/oder durch die Pumpe in Schritt e) ein Lekagestrom an flüssigem Additiv zurück in den Tank fließen, durch welchen sich der Druck in dem Druckspeicher absenkt. Bei einer passiven Entlastung in Schritt e) sinkt der Druck in dem Druckspeicher vergleichsweise langsam ab, weil der Leckagestrom regelmäßig relativ klein ist. Sonst wäre die Auswirkung des Leckagestroms auf den Druck in dem Druckspeicher während der Dosierung in Schritt d) zu groß.
Außerdem wird die Verfahrens Variante als vorteilhaft angesehen, wenn das Rücklaufventil ein passiv öffnendes Ventil ist, dessen Öffnungsdruck dem Dosierdruck entspricht. Das Rücklaufventil ist vorzugsweise ein passiv öffnendes Ventil, welches bei einem vorbestimmten bzw. vorab eingestellten Grenzdruck öffnet, wobei dieser Grenzdruck dem Dosierdruck (der Druck, mit dem das Additiv zudosiert wird) entspricht. Das Rücklaufventil weist vorzugsweise einen Ventilkörper und eine Ventilfeder auf, welche den Ventilkörper vorspannt. Das Rücklaufventil öffnet, wenn die auf das Rücklaufventil von dem in dem Druckspeicher vorliegenden flüssigen Additiv ausgeübte Kraft die Federkraft der Feder in dem Rücklaufventil übersteigt. Der Einsatz eines derartigen Rücklaufventils ermöglicht eine besonders kostengünstige Dosiervorrichtung, weil kein (elektrischer) Antrieb für das Dosierventil und auch keine Kontrolleinheit zur Kontrolle des Rücklaufventils notwendig ist.
Die Dosiervorrichtung kann ohne ein elektrisch angetriebenes Dosierventil und/oder ohne eine (aktive) Kontrolleinheit des Rücklaufventils ausgeführt sein.
Darüber hinaus ist das Verfahren vorteilhaft, wenn das Rücklaufventil ein aktiv öffnendes Ventil mit einem Ventilantrieb ist, wobei an dem Druckspeicher ein Drucksensor angeordnet ist und das Rücklaufventil mit Hilfe des Ventilantriebs von einer Kontrolleinheit gesteuert wird, um in Schritt c) den Druck in dem Druckspeicher auf den gewünschten Dosierdruck einzustellen. Der Ventilantrieb kann beispielsweise ein Elektromagnet sein, welcher auf einen Anker in dem Rücklaufventil eine Kraft ausübt, durch die das Rücklaufventil geöffnet und/oder geschlossen werden kann. Der Drucksensor kann beispielsweise als elektronischer Drucksensor ausgeführt sein, der einen Druck in dem Druckspeicher misst und als elektrisches Signal an die Kontrolleinheit übermittelt. Diese Druckinformation wird dann in der Kontrolleinheit verarbeitet, um vorzugeben, ob das Rücklaufventil geöffnet und/oder geschlossen wird (Regelkreis). Auch vorteilhaft ist das Verfahren, wenn die Pumpe eine Pumpenkammer und zumindest ein Pumpenventil aufweist, welches eine Förderrichtung vorgibt. Die Pumpenkammer wird vorzugsweise von einer Membran oder einem Pumpenkolben mit einer Pumpenbewegung beaufschlagt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Pumpenventile vorgesehen, welche jeweils passiv öffnend sind und in Strömungsrichtung des flüssigen Additivs von dem Tank zu dem Dosierventil vor und hinter der Pumpenkammer angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform ist nur ein einzelnes Pumpenventil vorgesehen. Dieses einzelne Pumpenventil ist dann bevorzugt in Strömungsrichtung hinter der Pumpenkammer vorgesehen. Der Pumpenkolben ist dann dazu eingerichtet, bei einer Förderbewegung (Ausschubbewegung) das flüssiges Additiv in der Pumpenkammer durch das Pumpenventil auszuschieben. Bei einer der Förderbewegung entgegen gerichteten Rückbewegung des Pumpenkolbens strömt dann flüssiges Additiv in die Pumpenkammer nach. Eine solche Pumpe ist bspw. in der DE 10 2008 010 073 B4, insbesondere in den Fig. 2 und 3 sowie den Erläuterungen hierzu in den Absätzen [0038] bis [0051] beschrieben, auf welche hier vollumfänglich Bezug genommen werden soll.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet insbesondere Anwendung bei einer Dosiervorrichtung, welche an dem Druckspeicher vorzugsweise keinen Drucksensor aufweist, mit welchem der Druck in dem Druckspeicher elektronisch überwacht wird. Der Druck in dem Druckspeicher wird in diesem Fall alleine durch das Rücklaufventil eingestellt. Das Rücklaufventil wirkt vorzugsweise mechanisch.
Anwendung findet die Erfindung auch bei einem Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine, eine
Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine und eine Dosiervorrichtung, mit welcher der Abgasbehandlungsvorrichtung ein flüssiges Additiv zugeführt werden kann, und welche zum Betrieb nach dem beschriebenen Verfahren eingerichtet und konzipiert ist. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine ist vorzugsweise eine Diesel- Verbrennungskraftmaschine. Die Abgasbehandlungsvorrichtung weist vorzugsweise einen SCR-Katalysator zur Durchführung des Verfahrens der selektiven katalytischen Reduktion auf. Als flüssiges Additiv wird der Abgasbehandlungsvorrichtung vorzugsweise Reduktionsmittel und insbesondere Harnstoff-Wasser-Lösung stromaufwärts des SCR- Katalysators zugeführt. Mit dem Reduktionsmittel wird dann in der Abgasbehandlungsvorrichtung das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion durchgeführt, um Stickstoffoxidverbindungen im Abgas wirkungsvoll zu reduzieren.
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: eine Dosiervorrichtung zusammen mit einem Tank und einer
Abgasbehandlungsvorrichtung,
Fig. 2: eine weitere Ausführungsvariante einer Dosiervorrichtung zusammen mit einem Tank und einer Abgasbehandlungsvorrichtung,
Fig. 3: ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Dosiervorrichtung,
Fig. 4: ein erstes Diagramm des Ablaufs des erfindungsgemäßen
Verfahrens, und
Fig. 5: ein zweites Diagramm des Ablaufs des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Fig. 1 zeigt eine Dosiervorrichtung 1 zusammen mit einem Tank 3 und einer Abgasbehandlungsvorrichtung 11. Die Dosiervorrichtung 1 entnimmt dem Tank 3 flüssiges Additiv (Harnstoff-Wasser-Lösung) an einer Entnahmestelle 17. Von der Entnahmestelle 17 ausgehend erstreckt sich eine Förderleitung 18, welche zunächst zu einer Pumpe 2 verläuft. Ausgehend von der Pumpe 2 erstreckt sich die Förderleitung 18 weiter zu einem Dosierventil 5, mit welchem das flüssige Additiv in eine Abgasströmung 13 in der Abgasbehandlungsvorrichtung 11 zugeführt werden kann. Das flüssige Additiv wird durch die Förderwirkung der Pumpe 2 von dem Tank 3 durch die Förderleitung 18 zu dem Dosierventil 5 gefördert. In der Förderrichtung vom Tank 3 zu dem Dosierventil 5 hinter der Pumpe 2 befindet sich ein Druckspeicher 4. Der Druckspeicher 4 kann teilweise von der Förderleitung 18 gebildet sein, beispielsweise dadurch, dass die Förderleitung 18 als flexibler Schlauch ausgeführt ist. Von dem Druckspeicher 4 ausgehend zweigt eine Rücklaufleitung 12 ab, welche zurück in den Tank 3 führt. In der Rücklaufleitung 12 ist ein Rücklaufventil 6 angeordnet. Mit einer derartigen Dosiervorrichtung kann in besonders vorteilhafter Weise das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden.
Die Ausführungsvariante einer Dosiervorrichtung gemäß Fig. 2 stimmt größtenteils mit der Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 überein. Zusätzlich ist hier ein Ventilantrieb 19 vorgesehen, mit welchem das Rücklaufventil 6 geöffnet und geschlossen werden kann. An den Druckspeicher 4 grenzt ein Drucksensor 20, mit dem der Druck in dem Druckspeicher 4 gemessen werden kann. Die Druckinformation, welche mit dem Drucksensor 20 ermittelt wird, gelangt an eine Kontrolleinheit 21 und wird dort verarbeitet. Die Kontrolleinheit 21 kann das Rücklaufventil 6 mit Hilfe des Ventilantriebs 19 bedarfsgerecht öffnen und schließen.
Fig. 3 zeigt ein Kraftfahrzeug 9, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 10 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 11, mit welcher die Abgase der Verbrennungskraftmaschine 10 gereinigt werden können. Die Abgase der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmen als Abgasströmung 13 die Abgasbehandlungsvorrichtung 11. An der Abgasbehandlungsvorrichtung 11 ist ein Dosierventil 5 vorgesehen, mit welchem ein flüssiges Additiv in die Abgasbehandlungsvorrichtung 11 zugeführt werden kann. Das Dosierventil 5 wird von einer Dosiervorrichtung 1 mit flüssigem Additiv aus einem Tank 3 versorgt.
Fig. 4 zeigt ein erstes Ablauf diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu erkennen ist die Zeitachse 14 und die Druckachse 15 des Diagramms. Über die Zeitachse 14 ist ein Druckverlauf 16 während des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgetragen. Der Druckverlauf 16 ist repräsentativ für den Druck in dem Druckspeicher der beschriebenen Dosiervorrichtung. In Schritt a) ist der Druck in dem Druckspeicher auf einem niedrigen konstanten Ruhedruckniveau, welches beispielsweise kleiner als 2 bar ist. Während Schritt a) wird eine Dosieranforderung festgestellt. Wenn eine Dosieranforderung festgestellt wurde, wird in Schritt b) durch die Aktivierung der Pumpe der Druck in dem Druckspeicher wie weiter oben beschrieben erhöht. Der Druckverlauf 16 steigt stark an. In Schritt b) wird der Druck teilweise so stark erhöht, dass dieser einen Dosierdruck 8 übersteigt. Durch das Öffnen des Rücklaufventils in Schritt c) wird der Druck auf den Dosierdruck 8 wie weiter oben beschrieben eingestellt. Dann erfolgt in Schritt d) eine Abgabe des flüssigen Additivs durch das Dosierventil, wobei das flüssige Additiv den Dosierdruck 8 aufweist. Anschließend wird Schritt e) durchgeführt, in welchem der Druck in dem Druckspeicher wieder abfällt. Der Druckverlauf 16 wird bevorzugt zurück bis auf den Ruhedruck 7 aus Schritt a) reduziert. Eine aktive Durchführung des Schrittes e) (beispielsweise durch eine aktive Öffnung eines Rücklaufventils oder eine Rückforderung mit Hilfe der Pumpe) ist nicht notwendig. Es reicht auch aus, wenn der Druck in Schritt e) (beispielsweise durch einen Leckagestrom durch ein Rücklaufventil oder durch die Pumpe) passiv abfällt. In Fig. 5 sind die Verfahrensschritte a), b), c), d) und e) noch einmal dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Verfahrensschritte nach Art einer Schleife regelmäßig wiederholt durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste
1 Dosiervorrichtung
2 Pumpe
3 Tank
4 Druckspeicher
5 Dosierventil
6 Rücklaufventil
7 Ruhedruck
8 Dosierdruck
9 Kraftfahrzeug
10 Verbrennungskraftmaschine
11 Abgasbehandlungsvorrichtung
12 Rücklaufleitung
13 Abgasströmung
14 Zeitachse
15 Druckachse
16 Druckverlauf
17 Entnahmestelle
18 Förderleitung
19 Ventilantrieb
20 Drucksensor
21 Kontrolleinheit

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung (1) zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs, zumindest aufweisend mindestens eine Pumpe (2) zur Förderung des Additivs aus einem Tank (3) in einen Druckspeicher (4), ein Dosierventil (5), welches dazu eingerichtet ist, in dem Druckspeicher (4) vorliegendes Additiv dosiert bereitzustellen, und ein Rücklaufventil (6), durch welches in dem Druckspeicher (4) vorliegendes Additiv zurück in den Tank (3) abgeleitet werden kann, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
a) Feststellen einer Dosieranforderung;
b) Aktivieren der Pumpe (2), um einen Druck in dem Druckspeicher (4) aufzubauen;
c) Einstellen des Drucks in dem Druckspeicher (4) auf einen Dosierdruck (8); und
d) Abgabe des Additivs durch das Dosierventil (5).
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Verfahrensschritte a) bis d) während des Betriebs der Dosiervorrichtung (1) nach Art einer Schleife wiederholt durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zum Einstellen des Drucks in Schritt c) das Rücklaufventil (6) geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest die Schritte c) und d) zumindest teilweise parallel zueinander ablaufen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei nach Verfahrensschritt d) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird:
e) Absenken des Drucks in dem Druckspeicher (4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Rücklaufventil (6) ein passiv öffnendes Ventil ist, dessen Öffnungsdruck dem Dosierdruck entspricht.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei das Rücklaufventil (6) ein aktiv öffnendes Ventil mit einem Ventilantrieb (19) ist, wobei an dem Druckspeicher (4) ein Drucksensor (20) angeordnet ist und das Rücklaufventil (6) mit Hilfe des Ventilantriebs (19) von einer Kontrolleinheit (21) gesteuert wird, um in Schritt c) den Druck in dem Druckspeicher (4) auf den Dosierdruck (8) einzustellen.
Verfahren nach einem der vorgegebenen Patentansprüche, wobei die Pumpe (2) eine Pumpenkammer (7) und zumindest ein Pumpenventil (8) aufweist, welches eine Förderrichtung (12) vorgibt.
Kraftfahrzeug (9), aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (10), eine Abgasbehandlungsvorrichtung (11) zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine (10) und eine Dosiervorrichtung (1), mit welcher der Abgasbehandlungsvorrichtung (11) ein flüssiges Additiv zugeführt werden kann, und welche zum Betrieb nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche eingerichtet und konzipiert ist.
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