WO2009121644A1 - Vorrichtung zum dosieren eines flüssigen reduktionsmittels - Google Patents

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WO2009121644A1
WO2009121644A1 PCT/EP2009/051178 EP2009051178W WO2009121644A1 WO 2009121644 A1 WO2009121644 A1 WO 2009121644A1 EP 2009051178 W EP2009051178 W EP 2009051178W WO 2009121644 A1 WO2009121644 A1 WO 2009121644A1
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liquid reducing
working
pump
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Bernhard Kurrle
Armin Strauch
Guido Stammsen
Wolfgang Klenk
Sven Poettker
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention is based on known devices for metering liquid reducing agents or other pollutant-reducing liquids into an exhaust system. Such devices are used for example in the automotive industry to reduce pollutants in an exhaust gas of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a method for operating the device for metering the liquid reducing agent.
  • a selective catalytic reduction is carried out in which the nitrogen oxides are reduced to nitrogen and water with the aid of reducing agents.
  • a reducing agent for example, an aqueous urea solution is used.
  • Other methods for the chemical reduction of pollutants are known.
  • the reducing agent is usually stored in a tank and conveyed via a line from the tank to a metering module.
  • the reducing agent is injected, for example, into an exhaust pipe, for example in the region of a catalytic converter.
  • Such a mixture delivery device for introducing a reducing agent into an exhaust system of an internal combustion engine is described in EP 0 928 884 A2.
  • a urea-water solution is introduced by means of a pump under pressure and the addition of compressed air in front of a catalyst to effect the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas.
  • the illustrated device also has a reducing agent storage tank, from which via a with a return urea-water solution can be refilled in the reducing agent consumption tank.
  • a difficulty for example, is that in many cases pumping the reducing agent is associated with great expense. If, for example, a delivery device is used both for metering and for pumping liquid reducing agent between storage container and working container, then this pumping is possible either only by means of a complex control, or in a wake of the system, d. H. when the vehicle is parked. The latter process takes several minutes, in many cases a high level of noise.
  • an SCR system in which a liquid reducing agent is injected into the exhaust gas line of an internal combustion engine when required in order to reduce the catalytic reduction of nitrogen oxides in an SCR catalyst to enable.
  • An embodiment of this SCR system includes a first tank and a storage tank.
  • the proposed device can be used for example in the context of the above-described pollutant reduction in the context of SCR method.
  • a liquid reducing agent in the true sense, other pollutant-reducing fluid media can be used.
  • the described device has at least one working container for storing a working amount of the liquid reducing agent, at least one metering module, at least one delivery line and at least one delivery pump. Individual components may also be present multiple times, for example a plurality of working containers in the context of a device for mixing fluid media.
  • the feed pump is preferably designed as a diaphragm pump, since such pumps are inherently eisdruckfest.
  • the delivery line can be designed wholly or partially heated.
  • At least one reversing valve may be accommodated in the delivery line, preferably a 4/2-way valve (although other embodiments are also possible), which is designed to at least partially reverse a flow direction through the delivery line in a conveying direction of the delivery pump.
  • the device can be operated, for example, such that in a normal operation, liquid reducing agent is conveyed by the feed pump from the working container to the dosing module, for example to carry out the SCR process described above.
  • a wake of the feed pump can be used to empty the delivery line in the working tank and to ventilate all or part. In this way, even without costly measures, a high ice crushing strength is achieved.
  • At least one storage container for storing a storage quantity of the liquid reducing agent, which preferably exceeds the maximum storable in the work container amount of work.
  • the working container has a capacity in the range of 1 to 15 liters, for example in the range between 5 to 8 liters and more preferably at about 6 liters.
  • the storage container has a capacity between 15 liters and 100 liters, preferably in the range between 20 and 50 liters, and more preferably at about 30 liters.
  • the storage container is connected to the working container via at least one bearing line, in which a bearing pump for pumping liquid reducing agent and a leakage-flow blocking valve is added.
  • a bearing pump for pumping liquid reducing agent and a leakage-flow blocking valve is added.
  • a diaphragm pump is advantageously used as a bearing pump, since this pump principle has a high ice crushing strength.
  • the bearing line is designed as a separate hydraulic connection between the storage and working container.
  • a monitoring of this hydraulic connection which preferably has no valves, to realize in a simple manner.
  • the circulating process can take place during the operation of the device (ie during dosing of the liquid reducing agent).
  • a diaphragm pump can be used, which is inherently eisdruckfest.
  • the contained in the working container Reducing agent volume for a longer operation for example, an operation over a frosty period, sufficient.
  • the pumping process can be carried out for example via a separate control device which, for example by means of at least one sensor, comprises a level of the liquid reducing agent in the working container.
  • the control device can act, for example, on a rotational speed of the bearing pump.
  • Show it: 1 shows a device for dosing a liquid reducing agent with a working container and a reversing valve in the form of a 4/2-way valve.
  • Figure 2 shows a device with a 2-tank system
  • Figure 4 shows an inventive device with a 2-tank system.
  • FIG. 1 shows an example of a device 110 for metering a liquid reducing agent 112.
  • the liquid reducing agent 112 is received in a working container 114, which may be equipped with level sensors 116 for monitoring the amount of liquid in the working container 114, for example.
  • the data of the fill level sensors 116 can be transmitted, for example, to a control device 118, for example a microcomputer, for example to generate corresponding warning signals when the work container 114 has to be topped up.
  • a delivery line 120 is provided, which in this case has the sections 122, 124, 126 and 128.
  • a feed pump 130 is accommodated, which conveys liquid reducing agent 112 from the working container 114 through the feed line 120 to a metering module 132.
  • this dosing module 132 may be an injection valve for injecting the liquid reducing agent into an exhaust tract, for example a pressure-controlled injection valve.
  • injection valves are also listed, for example, in EP 0 928 884 A2 and the prior art described therein, so that the exact embodiment should not be discussed here.
  • an immediate injection of the liquid reducing agent 112 is also an injection with admixture of additives or gases into consideration.
  • a reversing valve 134 is received in the delivery line 120.
  • This reversing valve is designed in the illustrated embodiment as a 4/2-way valve and thus has four inputs.
  • Each of the above-described sections 122 to 128 of the delivery line 120 is connected to one of the inputs.
  • the first section 122 is connected to the second section 124, and the third section 126 to the fourth section 128.
  • liquid reducing agent from the Working tank 114 are pumped to the metering module 132 to be injected there into the exhaust.
  • the feed pump 130 After stopping the vehicle, the feed pump 130 has a caster.
  • This caster (which can also be artificially extended, for example, by a short-term continued operation of the feed pump 130) can be used selectively to ventilate the hydraulic system of the device 110 with exhaust gas from the exhaust system.
  • Figure 3 shows the reversing valve 134 in the corresponding switching position for ventilation.
  • the subsection 122 In this switching position, the subsection 122 is connected to the subsection 126, and the subsection 124 to the subsection 128. Since the feed pump 130 has not reversed its pumping direction, now the conveying direction in the subsections 128 and 122 is reversed so that still in the conveying line 120 liquid reducing agent 112 is pumped back into the working container 114.
  • the device 110 is prepared for example at a standstill of the vehicle at low temperatures (for example, at temperatures below -11 0 C). This embodiment gives the device 110 and the individual components a high Eis horrfes- activity.
  • FIGS. 2 and 3 show an improved embodiment of the device 110 according to FIG.
  • the device 110 has a working system 210 and a storage system 212.
  • the work system 210 is essentially configured like the device 110 according to FIG. 1 and in turn has a work container 114, a delivery line 120, a feed pump 130, a reversing valve 134 and a metering module 132. Furthermore, a fill level sensor 116 and a control device 118 are again provided. Accordingly, reference can be made to the description of Figure 1 on the design of the individual elements largely to the description.
  • FIG. 2 shows the reversing valve 134 in normal operation, ie in a switching position, which corresponds to the switching position of the reversing valve 134 in Figure 1.
  • Figure 3 shows the reversing valve 134 in the second switching position, ie in a ventilation switching position, which has also been described above with reference to FIG. FIGS. 2 and 3 will therefore be described together below.
  • the device 110 according to FIG. 2 also has a filter 214 in the subsection 128 of the delivery line 120.
  • This filter 214 can essentially serve to block the dosing module 132, for example by blocking it. particles or ice crystals.
  • filters can also be provided in further subsections.
  • the device 110 shown in Figure 1 can be configured with corresponding filters 214.
  • This storage system 210 has a storage container 216.
  • This is preferably equipped with a larger maximum filling volume than the working container 114 and serves to store a storage amount of the liquid reducing agent 112.
  • the storage container 216 in contrast to the working container 114, which is preferably designed for operation at low temperatures as a heated working container, the storage container 216 as unheated Be configured container. In this case, a freezing of the liquid reducing agent 112 is deliberately accepted, since preferably the working container 114 is configured to supply the stored therein amount of work the motor vehicle during a cold period.
  • the storage container 216 is also equipped with a level sensor 116, which in turn supplies signals to the control device 118, for example, so that, for example, low level warning messages of the storage container 216 can be output.
  • the storage container 216 is connected to the working container 114 via a bearing line 218.
  • the working container 114 can be supplied from the storage container 216 with liquid reducing agent 112.
  • the bearing line 218 thus forms a separate hydraulic path, which is not in communication with the delivery line 120 of the work system 210.
  • a bearing pump 220 is provided in the bearing line 218, which is designed as a single pump.
  • a single pump is to be understood as a pump in which only small demands are placed on the service life, for example a pump with a brush motor.
  • a diaphragm pump is again used as a bearing pump 220, since this is inherently ice pressure resistant.
  • a filter 214 is accommodated in the bearing line 218, which serves to protect the bearing pump 220.
  • the pumping, so the promotion of liquid reducing agent 112 from the storage container 216 in the working container 114 is controlled in this example, depending on the liquid level in the working container 114. Accordingly, the control device 118, which has level signals of the working container 114, correspondingly to the Lagerpum- pe 220 act. For example, at low level by the controller 118, the bearing pump 220 may be turned on or off. Alternatively, a stepless control, for example, a rotational speed of the bearing pump 220, conceivable.
  • the hydraulic system of the work system 210 and the hydraulic system of the bearing system 212 are separated from each other. This considerably facilitates a separate diagnosis of both systems 210, 212, which can be used in the context of an on-board diagnosis. Accordingly, additional sensors may be provided to monitor leaks, for example. Furthermore, the pumping noise in the variant shown in Figures 2 and 3 are negligible compared to conventional systems. Since the bearing pump 220 is preferably designed as a diaphragm pump, which is pressure-proof, the bearing line 218 can also be made unheated.
  • FIG. 4 shows a device according to the invention whose components, if provided with the same reference number as in FIG. 2 or 3, will not be described again.
  • a leakage-current blocking valve 320 is arranged in the bearing line 218 on the pressure side 325 of the bearing pump 220 facing away from the suction side 323.
  • This leakage-blocking valve 320 prevents unintentional filling of the working container 114, in particular by medium trailing from the storage container 216, which otherwise can occur at correspondingly different levels of filling in the two containers relative to a common horizontal or movements of the medium due to the movements of the motor vehicle ,
  • the metering module is designed as an electrically switchable valve 1320; Particularly when the metering valve 1320 is closed, the medium still conveyed by the feed pump 130 can be recirculated via a return path 308 into a container, preferably the working container 114 as shown in FIG.
  • the return path 308 branches off on the suction side 333 facing away from the pressure side 335 of the feed pump 130 and opens into the working container 114, wherein recirculated medium must pass through a arranged in the return path 308 throttle 310.
  • This throttle can optionally be preceded by a filter not shown in detail.
  • the return path can here, as shown in Figure 4, immerse at least at higher levels in the working container 114 in the medium or, alternatively, be arranged in the range of the working container, that even at a maximum level in the working container not in the medium located in the working container dips.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (110) zum Dosieren eines flüssigen Reduktionsmittels (112) in ein Abgassystem vorgeschlagen. Insbesondere lässt sich die Vorrichtung (110) zur Reduzierung von Stickoxiden in einem Abgas einsetzen. Die Vorrichtung (110) umfasst mindestens einen Arbeitsbehälter (114) zur Bevorratung einer Arbeitsmenge des flüssigen Reduktionsmittels (112). Weiterhin ist mindestens ein Dosiermodul (132) vorgesehen, sowie mindestens eine Förderleitung (120) und mindestens eine Förderpumpe (130). Weiterhin umfasst die Vorrichtung (110) mindestens einen Lagerbehälter (216) zur Bevorratung einer Lagermenge des flüssigen Reduktionsmittels (112), vorzugsweise einer die Arbeitsmenge übersteigenden Lagermenge. Der Lagerbehälter (216) ist mit dem Arbeitsbehälter (114) über mindestens eine Lagerleitung (218) verbunden. In der Lagerleitung (218) ist mindestens eine Lagerpumpe (220) und ein Leckstrom-Sperrventil (320) zum Umpumpen von flüssigem Reduktionsmittel (112) vom Lagerbehälter (216) zum Arbeitsbehälter (114) aufgenommen.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zum Dosieren eines flüssigen Reduktionsmittels
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von bekannten Vorrichtungen zum Dosieren flüssiger Reduktionsmittel oder anderer schadstoffvermindernder Flüssigkeiten in ein Abgassystem. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzt, um Schadstoffe in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine zu vermindern. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung zum Dosieren des flüssigen Reduktionsmittels.
Bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei Diesel-betriebenen Verbrennungskraftmaschinen, muss aufgrund der in den nächsten Jahren anstehenden verschärften Abgasgesetzgebung unter anderem der Anteil an Stickoxiden im Abgas reduziert werden. Zur Reduzierung des Stickoxid-Anteils im Abgas wird zum Beispiel eine selektive katalyti- sche Reduktion (SCR) durchgeführt, bei der die Stickoxide mit Hilfe von Reduktionsmitteln zu Stickstoff und Wasser reduziert werden. Als Reduktionsmittel wird zum Beispiel eine wässrige Harnstofflösung eingesetzt. Auch andere Verfahren zur chemischen Verminde- rung von Schadstoffen sind bekannt.
Bei der SCR wird das Reduktionsmittel üblicherweise in einem Tank gelagert und über eine Leitung vom Tank zu einem Dosiermodul befördert. Mit dem Dosiermodul wird das Reduktionsmittel zum Beispiel in ein Abgasrohr, beispielsweise im Bereich eines Katalysa- tors, eingespritzt.
Eine derartige Gemischabgabevorrichtung zur Einführung eines Reduktionsmittels in ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine ist in EP 0 928 884 A2 beschrieben. Dabei wird eine Harnstoff- Wasser- Lösung mittels einer Pumpe unter Druck und Zugabe von Druckluft vor einem Katalysator eingebracht, um die Reduktion von Stickoxiden im Abgas zu bewirken. Neben einem Reduktionsmittelverbrauchsbehälter weist die dargestellte Vorrichtung auch einen Reduktionsmittelvorratsbehälter auf, aus welchem über eine mit einem Rück- schlagventil ausgestattete Leitung Harnstoff- Wasser- Lösung in dem Reduktionsmittel- verbrauchsbehälter nachgefüllt werden kann.
Aufgrund der harten Umgebungsbedingungen, unter welchen die Systeme in der Praxis eingesetzt werden müssen, stehen die bekannten Systeme jedoch zahlreichen Herausforderungen gegenüber, welche teilweise bislang eine hohe Systemkomplexität bedingen. Eine Schwierigkeit besteht beispielsweise darin, dass in vielen Fällen ein Umpumpen des Reduktionsmittels mit hohem Aufwand verbunden ist. Wird beispielsweise eine Fördereinrichtung sowohl zum Dosieren als auch zum Umpumpen von flüssigem Reduktionsmittel zwischen Lagerbehälter und Arbeitsbehälter verwendet, so ist dieses Umpumpen entweder nur mittels einer komplexen Steuerung möglich, oder in einem Nachlauf des Systems, d. h. wenn das Fahrzeug abgestellt ist. Letzterer Vorgang dauert mehrere Minuten, wobei in vielen Fällen eine hohe Geräuschentwicklung auftritt.
Weiterhin stellt die mittlerweile regelmäßig geforderte Fehlererkennung im Sinne einer so genannten On-Board-Diagnose (OBD) hohe Herausforderungen an die Systeme. Insbesondere die Verbindung zwischen Lagerbehälter und Arbeitsbehälter muss dabei überwacht werden, was bei einer Kopplung von Dosierkreis und Umpumpkreis nicht immer einfach ist. So sind üblicherweise im Umpumpkreis Ventile aufgenommen, welche nur schwer zu überwachen sind, so dass es bei Undichtigkeiten derartiger Ventile im Normalbetrieb zu einem Überfüllen des Lagerbehälters kommen kann.
Eine weitere Herausforderung stellt insbesondere der Temperaturbereich, in welchem die Systeme üblicherweise eingesetzt werden. Spezifikationen erfordern eine Betriebssicher- heit der Systeme bis hinunter zu Temperaturen von ca. -40 0C. Je nach Ausgestaltung des Reduktionsmittels, insbesondere je nach Zugabe von Frostschutzmitteln, liegt der Festpunkt der flüssigen Reduktionsmittel (zum Beispiel für eine Harnstoff- Wasser- Lösung) jedoch weit oberhalb dieser Temperatur, beispielsweise bei ca. -11 0C. Dementsprechend müssen die Systeme eisdruckfest ausgestaltet sein, was bei bekannten Systemen übli- cherweise nur durch aufwendige Beheizungen der Leitungen realisierbar ist. Beispielsweise muss in der Regel die Verbindungsleitung zwischen Lagerbehälter und Arbeitsbehälter beheizt ausgestaltet sein. Ventile, welche in dieser Leitung aufgenommen sind, müssen in der Regel eisdruckfest gewählt werden, was nicht in allen Fällen ohne größeren technischen Aufwand möglich ist.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2006 06 1732 ist ein SCR-System bekannt, bei dem ein flüssiges Reduktionsmittel bei Bedarf in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eingedüst wird, um die katalytische Reduktion von Stickoxiden in einem SC R- Katalysator zu ermöglichen. Eine Ausführungsform dieses SCR-Systems umfasst einen ersten Tank und einen Vorratstank.
Vorteile der Erfindung
Es wird eine Vorrichtung zum Dosieren eines flüssigen Reduktionsmittels in ein Abgassystem vorgeschlagen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann beispielsweise im Rahmen der oben beschriebenen Schadstoffverminderung im Rahmen von SCR-Verfahren eingesetzt werden. Anstelle eines flüssigen Reduktionsmittels im eigentlichen Sinne können auch andere schadstoffvermindernde fluide Medien eingesetzt werden.
Die beschriebene Vorrichtung weist mindestens einen Arbeitsbehälter zur Bevorratung einer Arbeitsmenge des flüssigen Reduktionsmittels, mindestens ein Dosiermodul, mindestens eine Förderleitung und mindestens eine Förderpumpe auf. Einzelne Komponenten können auch mehrfach vorhanden sein, beispielsweise mehrere Arbeitsbehälter im Rahmen einer Vorrichtung zum Mischen fluider Medien. Die Förderpumpe ist vorzugsweise als Membranpumpe ausgebildet, da derartige Pumpen prinzipbedingt eisdruckfest sind. Die Förderleitung kann ganz oder teilweise beheizt ausgebildet sein.
In der Förderleitung kann mindestens ein Umkehrventil aufgenommen sein, vorzugsweise ein 4/2-Wegeventil (wobei jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich sind), welches ausgestaltet ist, um bei einer Förderrichtung der Förderpumpe eine Strömungsrichtung durch die Förderleitung zumindest teilweise umzukehren. Auf diese Weise kann die Vorrichtung beispielsweise derart betrieben werden, dass in einem Normalbetrieb flüssiges Reduktionsmittel durch die Förderpumpe von dem Arbeitsbehälter zum Dosiermodul be- fördert wird, beispielsweise um den oben beschriebenen SCR-Prozess durchzuführen. Nach einem Abschalten des Normalbetriebs, oder auch in einem Zustand, in welchem die Vorrichtung kontrolliert auf einen Ruhezustand vorbereitet wird, kann beispielsweise ein Nachlauf der Förderpumpe genutzt werden, um die Förderleitung in den Arbeitstank zu entleeren und ganz oder teilweise zu belüften. Auf diese Weise wird, auch ohne aufwendi- ge Maßnahmen, eine hohe Eisdruckfestigkeit erreicht.
Zusätzlich zu dem mindestens einen Arbeitsbehälter ist mindestens ein Lagerbehälter zur Bevorratung einer Lagermenge des flüssigen Reduktionsmittels vorgesehen, welche vor- zugsweise die im Arbeitsbehälter maximal speicherbare Arbeitsmenge übersteigt. Typischerweise weist der Arbeitsbehälter ein Fassungsvermögen im Bereich von 1 bis 15 Litern auf, beispielsweise im Bereich zwischen 5 bis 8 Litern und besonders bevorzugt bei ca. 6 Litern. Der Lagerbehälter weist ein Fassungsvermögen zwischen 15 Litern und 100 Litern, vorzugsweise im Bereich zwischen 20 und 50 Litern, und besonders bevorzugt bei ca. 30 Litern auf.
Der Lagerbehälter ist mit dem Arbeitsbehälter über mindestens eine Lagerleitung verbunden, in welcher eine Lagerpumpe zum Umpumpen von flüssigem Reduktionsmittel und ein Leckstrom-Sperrventil aufgenommen ist. Dabei wird vorteilhafterweise als Lagerpumpe eine Membranpumpe verwendet, da dieses Pumpenprinzip eine hohe Eisdruckfestigkeit aufweist.
Vorteilhafterweise ist also die Lagerleitung als separate hydraulische Verbindung zwischen dem Lager- und Arbeitsbehälter ausgestaltet. Somit ist eine Überwachung dieser hydraulischen Verbindung, welche vorzugsweise keine Ventile aufweist, auf einfache Weise zu realisieren. Damit genügt diese vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung auch den Anforderungen an eine On-Board-Diagnose, da diese leicht zu überwachen ist. Der Umpumpvor- gang kann während des Betriebs der Vorrichtung (also während eines Dosieren des flüs- sigen Reduktionsmittels) erfolgen. Als Lagerpumpe kann beispielsweise wiederum eine Membranpumpe verwendet werden, welche prinzipbedingt eisdruckfest ist. In diesem Fall kann aufgrund der Eisdruckfestigkeit der Membranpumpe auch die hydraulische Leitung zwischen Lager- und Arbeitsbehälter unbeheizt ausgeführt werden, da diese nicht gleichzeitig für den Dosierbetrieb verwendet werden muss, und da, insbesondere bei Verwen- düng der oben beschriebenen Volumina, das im Arbeitsbehälter enthaltene Reduktionsmittelvolumen für einen längeren Betrieb, beispielsweise einen Betrieb über eine Frostperiode hinweg, ausreicht. Der Umpumpvorgang kann beispielsweise über eine separate Steuervorrichtung erfolgen, welche, beispielsweise mittels mindestens eines Sensors, einen Füllstand des flüssigen Reduktionsmittels im Arbeitsbehälter umfasst. Die Steuervorrich- tung kann beispielsweise auf eine Drehzahl der Lagerpumpe einwirken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nach- folgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung zum Dosieren eines flüssigen Reduktionsmittels mit einem Arbeitsbehälter und einem Umkehrventil in Form eines 4/2-Wege-Ventils;
Figur 2 eine Vorrichtung mit einem 2-Tank-System;
Figur 3 die in Figur 2 dargestellte Vorrichtung im Entlüftungsbetrieb; und
Figur 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem 2-Tank-System.
In Figur 1 ist ein Beispiel einer Vorrichtung 110 zum Dosieren eines flüssigen Reduktionsmittels 112 dargestellt. Das flüssige Reduktionsmittel 112 ist dabei in einem Arbeitsbehälter 114 aufgenommen, welcher beispielsweise mit Füllstandsensoren 116 zur Überwachung der Flüssigkeitsmenge im Arbeitsbehälter 114 ausgestattet sein kann. Die Daten der Füllstandsensoren 116 können beispielsweise an eine Steuervorrichtung 118 übermit- telt werden, beispielsweise einen Mikrocomputer, beispielsweise um entsprechende Warnsignale zu erzeugen, wenn der Arbeitsbehälter 114 nachgefüllt werden muss.
Weiterhin ist eine Förderleitung 120 vorgesehen, welche in diesem Fall die Teilabschnitte 122, 124, 126 und 128 aufweist. In der Förderleitung ist eine Förderpumpe 130 aufge- nommen, welche flüssiges Reduktionsmittel 112 aus dem Arbeitsbehälter 114 durch die Förderleitung 120 zu einem Dosiermodul 132 befördert. Beispielsweise kann es sich bei diesem Dosiermodul 132 um ein Einspritzventil zum Einspritzen des flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgastrakt handeln, beispielsweise ein druckgesteuertes Einspritzventil. Derartige Einspritzventile sind beispielsweise auch in EP 0 928 884 A2 sowie dem dar- in beschriebenen Stand der Technik aufgeführt, so dass auf die genaue Ausgestaltung hier nicht eingegangen werden soll. Neben einer unmittelbaren Eindüsung des flüssigen Reduktionsmittels 112 kommt auch eine Eindüsung unter Beimischung von Zusatzstoffen oder Gasen in Betracht.
Weiterhin ist in der Förderleitung 120 ein Umkehrventil 134 aufgenommen. Dieses Umkehrventil ist in der dargestellten Ausgestaltung als 4/2-Wege-Ventil ausgestaltet und weist also vier Eingänge auf. Jeder der oben beschriebenen Teilabschnitte 122 bis 128 der Förderleitung 120 ist mit einem der Eingänge verbunden.
Im Normalbetrieb der Vorrichtung 110 ist der erste Teilabschnitt 122 mit dem zweiten Teilabschnitt 124 verbunden, und der dritte Teilabschnitt 126 mit dem vierten Teilabschnitt 128. Auf diese Weise kann über die Förderpumpe 130 flüssiges Reduktionsmittel aus dem Arbeitstank 114 zum Dosiermodul 132 gepumpt werden, um dort in das Abgas eingedüst zu werden.
Nach Abstellen des Fahrzeugs weist die Förderpumpe 130 einen Nachlauf auf. Dieser Nachlauf (welcher gegebenenfalls auch künstlich verlängert werden kann, beispielsweise durch einen kurzfristigen Weiterbetrieb der Förderpumpe 130) kann gezielt genutzt werden, um das hydraulische System der Vorrichtung 110 mit Abgas aus dem Abgastrakt zu belüften. Zu diesem Zweck sei auf die Darstellung in Figur 3 verwiesen, welche das Umkehrventil 134 in der entsprechenden Schaltstellung für die Belüftung zeigt. In dieser Schaltstellung ist der Teilabschnitt 122 mit dem Teilabschnitt 126 verbunden, und der Teilabschnitt 124 mit dem Teilabschnitt 128. Da die Förderpumpe 130 ihre Pumprichtung nicht umgekehrt hat, wird nunmehr die Förderrichtung in den Teilabschnitten 128 und 122 umgekehrt, so dass noch in der Förderleitung 120 befindliches flüssiges Reduktionsmittel 112 zurück in den Arbeitsbehälter 114 gepumpt wird. Anschließend wird Abgas, beispielsweise über die Düsenöffnungen des Dosiermoduls 132, aus dem Abgassystem (nicht dargestellt) in die Förderleitung 120 gepumpt und diese somit mit Abgas belüftet. Auf diese Weise wird die Vorrichtung 110 beispielsweise auf einen Stillstand des Fahrzeugs bei tiefen Temperaturen (beispielsweise bei Temperaturen unterhalb von -11 0C) vorbereitet. Diese Ausgestaltung verleiht der Vorrichtung 110 und den Einzelkomponenten eine hohe Eisdruckfes- tigkeit.
In den Figuren 2 und 3 ist eine weiterentwickelte Ausgestaltung der Vorrichtung 110 gemäß Figur 1 dargestellt. Die Vorrichtung 110 weist jedoch, im Gegensatz zu Figur 1, ein Arbeitssystem 210 und ein Lagersystem 212 auf. Das Arbeitssystem 210 ist im Wesentli- chen ausgestaltet wie die Vorrichtung 110 gemäß Figur 1 und weist wiederum einen Arbeitsbehälter 114, eine Förderleitung 120, eine Förderpumpe 130, ein Umkehrventil 134 und ein Dosiermodul 132 auf. Weiterhin ist wiederum ein Füllstandsensor 116 und eine Steuervorrichtung 118 vorgesehen. Dementsprechend kann auf die Ausgestaltung der einzelnen Elemente weitgehend auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen werden. Die Darstellung in Figur 2 zeigt das Umkehrventil 134 im Normalbetrieb, also in einer Schaltstellung, welche der Schaltstellung des Umkehrventils 134 in Figur 1 entspricht. Demgegenüber zeigt Figur 3 das Umkehrventil 134 in der zweiten Schaltstellung, also in einer Belüftungs-Schaltstellung, welche ebenfalls oben anhand Figur 1 beschrieben wurde. Die Figuren 2 und 3 werden daher im Nachfolgenden gemeinsam beschrieben.
Im Unterschied zu Figur 1 weist die Vorrichtung 110 gemäß Figur 2 weiterhin im Teilabschnitt 128 der Förderleitung 120 ein Filter 214 auf. Dieses Filter 214 kann im Wesentlichen dazu dienen, um eine Verstopfung des Dosiermoduls 132, beispielsweise durch Par- tikel oder Eiskristalle, zu verhindern. Daneben oder alternativ können auch in weiteren Teilabschnitten Filter vorgesehen sein. Auch die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 110 kann mit entsprechenden Filtern 214 ausgestaltet werden.
Neben dem Arbeitssystem 210 ist die Vorrichtung gemäß den Figuren 2 und 3 gegenüber der Darstellung in Figur 1 im Wesentlichen durch die Hinzufügung des Lagersystems 210 weitergebildet. Dieses Lagersystem 210 weist einen Lagerbehälter 216 auf. Dieser ist vorzugsweise mit einem größeren maximalen Füllvolumen ausgestattet als der Arbeitsbehälter 114 und dient zur Bevorratung einer Lagermenge des flüssigen Reduktionsmittels 112. Im Gegensatz zum Arbeitsbehälter 114, welcher vorzugsweise für den Betrieb bei niedrigen Temperaturen als beheizter Arbeitsbehälter ausgestaltet ist, kann der Lagerbehälter 216 als unbeheizter Behälter ausgestaltet sein. In diesem Fall wird ein Einfrieren des flüssigen Reduktionsmittels 112 gezielt in Kauf genommen, da vorzugsweise der Arbeitsbehälter 114 ausgestaltet ist, um mit der darin bevorrateten Arbeitsmenge das Kraftfahrzeug während einer Kälteperiode zu versorgen. Wie der Arbeitsbehälter 114 ist auch der Lagerbehälter 216 mit einem Füllstandsensor 116 ausgestattet, welcher beispielsweise wiederum Signale an die Steuervorrichtung 118 liefert, so dass zum Beispiel Warnmeldungen bei niedrigem Füllstand des Lagerbehälters 216 ausgegeben werden können.
Der Lagerbehälter 216 ist mit dem Arbeitsbehälter 114 über eine Lagerleitung 218 verbunden. Über diese Lagerleitung 218 kann der Arbeitsbehälter 114 aus dem Lagerbehälter 216 mit flüssigem Reduktionsmittel 112 versorgt werden. Die Lagerleitung 218 bildet somit einen separaten Hydraulikpfad, welcher mit der Förderleitung 120 des Arbeitssystems 210 nicht in Verbindung steht.
Um das Umpumpen vom Lagerbehälter 216 in den Arbeitsbehälter 114 im Normalbetrieb der Vorrichtung 110 zu gewährleisten, ist in der Lagerleitung 218 eine Lagerpumpe 220 vorgesehen, welche als Einfachpumpe ausgestaltet ist. Unter einer Einfachpumpe ist dabei eine Pumpe zu verstehen, bei welcher lediglich geringe Anforderungen an die Lebens- dauer zu stellen sind, beispielsweise eine Pumpe mit einem Bürstenmotor. Vorzugsweise wird als Lagerpumpe 220 wiederum eine Membranpumpe verwendet, da diese prinzipbedingt eisdruckfest ist. Wiederum ist in der Lagerleitung 218 ein Filter 214 aufgenommen, welcher dem Schutz der Lagerpumpe 220 dient.
Das Umpumpen, also die Förderung von flüssigem Reduktionsmittel 112 vom Lagerbehälter 216 in den Arbeitsbehälter 114, wird in diesem Beispiel je nach Flüssigkeitsstand im Arbeitsbehälter 114 gesteuert. Dementsprechend kann die Steuervorrichtung 118, welche über Füllstandssignale des Arbeitsbehälters 114 verfügt, entsprechend auf die Lagerpum- pe 220 einwirken. Beispielsweise kann bei niedrigem Füllstand durch die Steuervorrichtung 118 die Lagerpumpe 220 ein- oder ausgeschaltet werden. Alternativ ist auch eine stufenlose Regelung, beispielsweise eine Drehzahl der Lagerpumpe 220, denkbar.
Aufgrund der getrennten Hydraulikpfade ist in dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Beispiel das hydraulische System des Arbeitssystems 210 und das hydraulische System des Lagersystems 212 voneinander getrennt. Dies erleichtert eine getrennte Diagnose beider Systeme 210, 212 erheblich, was im Rahmen einer On-Board-Diagnose genutzt werden kann. Dementsprechend können zusätzliche Sensoren vorgesehen sein, um beispielswei- se Leckagen zu überwachen. Weiterhin sind die Umpumpgeräusche bei der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Variante gegenüber herkömmlichen Systemen vernachlässigbar. Da die Lagerpumpe 220 vorzugsweise als Membranpumpe ausgebildet ist, welche eis- druckfest ist, kann auch die Lagerleitung 218 unbeheizt ausgeführt werden.
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, deren Bestandteile, sofern mit gleichem Bezugszeichen wie in Figur 2 oder 3 versehen, nicht nochmals beschrieben werden. Im Unterschied zur Anordnung nach Figur 2 ist auf der der Saugseite 323 abgewandten Druckseite 325 der Lagerpumpe 220 ein Leckstrom-Sperrventil 320 in der Lagerleitung 218 angeordnet. Dieses Leckstrom-Sperrventil 320 verhindert ungewolltes Befüllen des Arbeitsbehälters 114, insbesondere durch aus dem Lagerbehälter 216 nachlaufendes Medium, was ansonsten bei entsprechend unterschiedlich hohen Füllpegeln in den beiden Behältern relativ zu einer gemeinsamen Horizontalen bzw. bei Bewegungen des Mediums infolge der Bewegungen des Kraftfahrzeugs geschehen kann. Des Weiteren ist das Dosiermodul als elektrisch schaltbares Ventil 1320 ausgeführt; insbesondere bei geschlosse- nem Dosierventil 1320 weiterhin von der Förderpumpe 130 gefördertes Medium kann über einen Rücklaufpfad 308 in einen Behälter, vorzugsweise den Arbeitsbehälter 114 wie in Figur 4 abgebildet, zurückgeführt werden. Der Rücklaufpfad 308 zweigt auf der der Saugseite 333 abgewandten Druckseite 335 der Förderpumpe 130 ab und mündet im Arbeitsbehälter 114, wobei rückgeführtes Medium eine im Rücklaufpfad 308 angeordnete Drossel 310 durchlaufen muss. Dieser Drossel kann wahlweise ein nicht näher dargestelltes Filter vorgeschaltet sein. Der Rücklaufpfad kann hierbei, wie in Figur 4 abgebildet, zumindest bei höheren Füllständen im Arbeitsbehälter 114 in das Medium eintauchen oder, alternativ, so im Bereich des Arbeitsbehälters angeordnet sein, dass er auch bei einem maximalen Füllstand im Arbeitsbehälter nicht in das im Arbeitsbehälter befindliche Medium eintaucht.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (110) zum Dosieren eines flüssigen Reduktionsmittels (112) in ein Abgassystem, insbesondere zur Reduzierung von Stickoxiden in einem Abgas, umfassend mindestens einen Arbeitsbehälter (114) zur Bevorratung einer Arbeitsmenge des flüssigen Reduktionsmittels (112), mindestens ein Dosiermodul (132), mindestens eine Förderleitung (120) und mindestens eine Förderpumpe (130), weiterhin umfassend mindestens einen Lagerbehälter (216) zur Bevorratung einer Lagermenge des flüssigen Reduktionsmittels (112), vorzugsweise einer die Arbeitsmenge übersteigenden Lagermenge, wobei der Lagerbehälter (216) mit dem Arbeitsbehälter (114) über mindestens eine Lagerleitung (218) verbunden ist, gekennzeichnet durch mindestens eine in der Lagerleitung (218) aufgenommene Lagerpumpe (220) zum Umpumpen von flüssigem Reduktionsmittel (112) vom Lagerbehälter (216) zum Arbeitsbehälter (114), wobei in der Lagerleitung (218), vorzugsweise auf der Druckseite (325) der Lager- pumpe (220), ein Leckstrom-Sperrventil (320) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (132) als elektrisch schaltbares Ventil (1320) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Druckseite (335) der Förderpumpe (130) ein Rücklaufpfad (308) abzweigt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklaufpfad (308) zum Arbeitsbehälter (114) oder zum Lagerbehälter (216) zurückführt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rücklaufpfad eine Drossel (310), wahlweise mit vorgeschaltetem Filter, angeordnet ist.
6. Vorrichtung (110) nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die Lagerpumpe (220) eine Membranpumpe aufweist.
7. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (118), wobei die Steuervorrichtung (118) mindestens einen Sensor (116) zur Erfassung eines Füllstandes des flüssigen Reduktionsmittels (112) in dem Arbeitsbehälter (114) umfasst, wobei die Steuervorrichtung (118) eingerichtet ist, um das Umpumpen des flüssigen Reduktionsmittels (112) von dem Lagerbehälter (216) in den Arbeitsbehälter (114) entsprechend dem Füllstand des Arbeitsbehälters (114) zu steuern.
8. Vorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein in der Förderleitung (120) aufgenommenes Umkehrventil (134), welches ausgestaltet ist, um eine Strömungsrichtung durch die Förderleitung (120) zumindest teilweise umzukehren.
9. Vorrichtung (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrventil (134) ein 4/2-Wege-Ventil umfasst.
10. Vorrichtung (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der Eingänge des 4/2-Wege-Ventils mit dem Arbeitsbehälter (114) verbunden ist, wobei ein zweiter der Eingänge des 4/2-Wege-Ventils mit dem Dosiermodul (132) verbunden ist und wobei jeweils ein dritter und ein vierter der Eingän- ge des 4/2-Wege-Ventils mit zwei verschiedenen Enden der Förderpumpe (130) verbunden sind.
11. Vorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (130) eine Membranpumpe aufweist.
12. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Dosieren eines flüssigen Reduktionsmittels mit einem Lagerbehälter, einem Arbeitsbehälter und einer Lagerleitung (218) zwischen dem Lagerbehälter und dem Arbeitsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise flüssiges Reduk- tionsmittel (112) vom Lagerbehälter (216) zum Arbeitsbehälter (114) umgepumpt wird und dass hierbei das flüssige Reduktionsmittel ein in der Lagerleitung (218) angeordnetes Leckstrom-Sperrventil (320) durchläuft.
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