WO2014060313A1 - Reduktionsmittelzuführeinrichtung - Google Patents

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WO2014060313A1
WO2014060313A1 PCT/EP2013/071298 EP2013071298W WO2014060313A1 WO 2014060313 A1 WO2014060313 A1 WO 2014060313A1 EP 2013071298 W EP2013071298 W EP 2013071298W WO 2014060313 A1 WO2014060313 A1 WO 2014060313A1
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reducing agent
injector
injection quantity
injectors
return
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PCT/EP2013/071298
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Inventor
Christoph DÖHRING
Ralf Klewin
Dennis Engelke
Original Assignee
Bosch Emission Systems Gmbh & Co. Kg
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a reducing agent supply device for an exhaust system and to such a reducing agent supply device.
  • the invention further relates to an exhaust system with such a reducing agent supply device, which is operated in particular according to the inventive method.
  • the invention further relates to a system comprising a plurality of such reducing agent supply means and to a use of such reducing agent supply means.
  • a reducing agent supply device is usually part of an exhaust system and serves the purpose of introducing a reducing agent into the exhaust gas originating from an associated internal combustion engine.
  • Said reducing agent can be introduced into the exhaust gas for versatile purposes, for example a corresponding aftertreatment of the exhaust gas.
  • the reducing agent may in particular be a urea-containing fluid and the like in order to effect a chemical conversion of nitrogen oxides into nitrogen.
  • Such a reducing agent supply device is known from DE 10 2010 002 987 A1.
  • the disadvantage here is that a variation of the reducing agent quantity of the reducing agent introduced into the exhaust gas leads to an increased load on the conveying device and thus of the reducing agent supply device.
  • the present invention is concerned with the problem of providing, for a reductant supply device and an associated operating method, an improved or at least other embodiment which is characterized in particular by a reduced load of the reducing agent supply device and / or by an improved variation of the exhaust gas to be supplied Reductant quantity distinguished.
  • the realization of the Reduktionsstoffzu slaughter should be carried out as economically as possible.
  • the present invention is based on the general idea of providing a conveyor supplying an injector with a reducing agent with a return line which returns a recirculation amount of the reducing agent from the conveyor and the recirculation amount of the reducing agent for changing and / or changing one of the injector to vary the amount of reducing agent introduced the exhaust gas.
  • the conveying device has at least one such injector which serves to introduce the reducing agent into the exhaust gas flow.
  • the introduction of the reducing agent into the exhaust gas flow through the injector is preferably carried out by injecting or injecting or injecting the reducing agent into the exhaust gas flow, so that the amount of reducing agent introduced by the injector into the exhaust gas is referred to below as the injection quantity.
  • the reducing agent passes by means of said conveyor to the injector, so that the conveyor supplies the injector with reducing agent, for example by the conveyor drives the reducing agent from a tank or reservoir or a container to the injector and / or pressurizes the injector.
  • the supply of the injector with reducing agent by means of the conveyor is preferably realized via a supply line, which the Injector with the associated conveyor fluidly connects.
  • a supply line and a return line are also provided, the feed line serving to supply the reducing agent to the conveyor, while the return line is used to return the reducing agent from the conveyor to a tank or reservoir or a container.
  • a return amount of the reducing agent is returned by the conveyor by means of the return line.
  • the recirculation amount of the reducing agent returned by the return line through the return line is varied in order to change the injection quantity of the reducing agent introduced into the exhaust gas by the injector and / or to keep substantially constant a delivery rate of the delivery device when the injection quantity is changed.
  • the delivery device delivers a delivery rate of the reducing agent which is divided into the injection quantity introduced into the exhaust gas flow by the injector and the recirculation amount returned by the delivery device.
  • the variation of the return quantity leads to a corresponding change in the injection quantity, wherein the delivery rate can be constant, in particular.
  • the amount of return is varied in the change of the injection quantity, whereby combinations of these variants are conceivable.
  • the correlation according to the invention between the injection quantity and the return quantity leads to a constant operating state of the conveyor device, for example a constant operating speed or delivery rate and the like.
  • the invention particularly relates to a method for operating a Reduktionsffenzu slaughterhouse adopted for an exhaust system of an internal combustion engine, in particular a large engine, preferably at least 600 kW and / or at least 10 liters capacity, wherein the reducing agent supply at least one injector for introducing a Injection amount of a reducing agent into an exhaust stream, a conveyor for supplying at least one such injector with reducing agent, a supply line for supplying the reducing agent to the conveyor and a return line for returning a return amount of the reducing agent from the conveyor, wherein the return amount to change and / or change the injection quantity is varied.
  • the amount of recirculation to and / or in the increase of the injection quantity is reduced. Accordingly, the recirculation amount for and / or in the reduction of the injection amount is increased.
  • the variation of the return quantity takes place in the event of another change in the injection quantity.
  • a corresponding reduction of the return quantity takes place in order, for example, to keep the delivery rate of the delivery device substantially constant.
  • a corresponding increase in the recirculation amount can take place, in order in particular to keep the delivery rate of the delivery device substantially constant.
  • a further advantage of the solution according to the invention can be seen in the fact that it is possible to provide essentially constant pressure conditions on the pressure side of the injector without varying the conveying capacity of the conveyor or at least achieving this with slight variations of the delivery rate.
  • the recirculation amount can be completely reduced, that is set to zero.
  • the return amount may preferably up to a maximum possible value of the return amount, ie one Maximal Weg1700menge, which is given in particular by the size or the flow cross-section of the return line and the delivery rate of the conveyor can be increased.
  • the recirculation amount can thus be adjusted preferably between zero and the maximum recirculation amount.
  • the Reduktionsstoffzu slaughterhouse is preferably used in large engines, which are to be considered below large engines internal combustion engines with a displacement of at least 10 liters and / or a power of at least 600 kW.
  • large engines are used for example in combined heat and power plants and locomotives, for driving a ship and for power generation.
  • the introduced into the exhaust stream reducing agent is suitably selected according to the particular needs. If the exhaust gas originating from the internal combustion engine is to be aftertreated, for example, in a catalytic converter, for example in order to screen out harmful components, suitable fluids, and in particular liquids, are used as reducing agents.
  • suitable fluids and in particular liquids, are used as reducing agents.
  • SCR selective catalytic reaction
  • the reducing agent may be, for example, a urea-containing or an ammonia-containing fluid.
  • the supply of the reducing agent to the conveyor from a reducing agent tank such as such a tank or reservoir and the like.
  • a reducing agent tank such as such a tank or reservoir and the like.
  • the return of the reducing agent by means of the return line to said reducing agent tank so that the recirculated from the conveyor recirculation amount of the reducing agent again reaches the reducing agent tank and can be guided by means of the feed line to the conveyor.
  • the variation of the return quantity to and / or during the change of the injection quantity can in principle be effected in any desired manner.
  • a controllable valve device is provided for this purpose, which is arranged in the return line.
  • the valve device can in this case have one or more valves, of which at least one is controllable and can therefore be referred to as a control valve.
  • the control of the valve device is further preferably carried out by means of a control device of the reducing agent supply device, which is programmed or configured such that it can operate the valve device according to the invention
  • the injection quantity introduced into the exhaust gas stream is determined, in particular, by the respective requirement of the reducing agent in the exhaust gas stream, for example by a desired aftertreatment of the exhaust gas. Accordingly, the variation of the injection quantity preferably takes place as a function of a reduction agent requirement in the exhaust gas flow.
  • the variation of the return amount can generally be stepwise. However, preferred are those embodiments in which the recirculation amount is varied continuously.
  • the continuous variation of the return amount to and / or the change in the injection quantity has the consequence that the pressure conditions in the reducing agent, in particular in the supply line or the supply line do not vary suddenly or jerkily, and thus a corresponding load on the components of the reducing agent supply, in particular the conveyor, prevents or at least reduced.
  • These so-called pressure pulsations which are reduced in particular by the continuous variation of the recirculation quantity, can also lead to damage. lead damage of the injector and allow a comparatively low precision of the injection quantity.
  • the change in the injection quantity can, in principle, take place on the injector side, that is to say by means of the injector, wherein the change in the injection quantity according to the invention can consist of a combination of the variation of the return quantity and the injector-side changes.
  • Such an injector-side change is realized, for example, by the variation of a flow cross-section of the injector through which the reducing agent flows. That is, the flow area may be reduced, for example, to reduce the injection amount or the flow area may be increased to increase the injection amount. This can be done in particular by a corresponding change in the size of an injector opening of the injector. In other words, an opening time of an injector opening of the injector through which the reducing agent flows can be increased to increase the injection amount, while the opening time of the injector opening for reducing the injection amount can be reduced.
  • Such an injector-side variation of the injection quantity preferably takes place via the change in an opening time of the injector opening of the injector through which the reducing agent flows.
  • the injector opening is closed and opened, the injection quantity resulting from the respective opening times or opening duration of the injector opening or the associated timing.
  • PWM pulse width modulation
  • a throttle or a throttle disk may be provided, which is arranged in the injector or outside the injector, in particular upstream of the injector, in the supply line and is controllable, for example, by said control.
  • the method can in particular be realized in such a way that, to increase the injection quantity, the opening time or the opening duration of the injector opening or the associated timing increases and the return quantity is reduced. Similarly, to reduce the injection quantity, the opening time or opening duration can be reduced and the recirculation amount can be increased.
  • This makes it possible, in particular, to operate the associated delivery device even with varying injection quantities with comparatively low operating state changes, it being possible to keep the operating state essentially constant when the change of the opening times and the return quantity is adjusted accordingly.
  • this also makes it possible to provide substantially constant pressure conditions on the pressure side of the injector.
  • Such substantially constant pressure conditions on the pressure side of the injector have the advantage that the opening time of the injector opening or the corresponding timing and the injection quantity have a relatively accurate and calculable dependency, so that a more precise variation of the injection quantity is possible.
  • the change of the flow cross-section of the injector to be adapted to a change in the return amount to vary the injection quantity.
  • the change of the opening time of the injector opening or the change of the flow cross-section of the injector also takes place by means of said control unit, which for this purpose with the injector and / or a device which changes the opening time or the flow cross-section, in particular said throttle or throttle disk, is connected.
  • the controller may also be connected to the conveyor to also control the conveyor to, for example, increase or reduce the capacity of the conveyor.
  • two or more injectors are supplied by such a common conveyor with reducing agent. It is also conceivable that such an injector or several such injectors are supplied jointly by two or more common such conveyors with reducing agent.
  • the feeders / conveyors associated injectors are supplied by means of such a common supply line with reducing agent or are supplied with different such supply lines with reducing agent, embodiments are preferred in which the supply of such a conveyor injectors by means of such a common supply line.
  • the change of the opening times of the injectors associated with such a conveyor preferably takes place with a time delay.
  • the opening times of the respective associated to the conveyor / conveyors injectors can be changed and / or adapted to each other so that in the common supply line comparatively low and preferably no pressure pulsations arise.
  • the reducing agent supply device has, for example, two such injectors which are supplied with reducing agent from such a common delivery device by means of a common supply line, the change in the opening times of the respective injector, with identical injectors, preferably with a time delay, which is half the period length of the periodic PWM Signal corresponds.
  • the time-delayed opening or timing of the such a supply line and / or conveyor associated injectors is such that the opening phases of at least two of the injector openings overlap.
  • the pressure in the reducing agent resulting from the closing of such an injector opening can be compensated by the other open injector opening, so that substantially constant pressure conditions prevail within the supply line.
  • control unit can have a plurality of output stages for supplying the injectors with power, it being possible for a single injector or a plurality of injectors to be connected to the respective output stage. It is also conceivable to supply the conveyor or several such conveyors by means of such a power amplifier of the control unit with power. In addition, it is conceivable to connect said valve device or a plurality of such valve devices to one or more such output stages of the control device in order to supply the respective valve device with power or to control the respective valve device.
  • the respective injectors of the reducing agent supply device are identical or of the same type.
  • the different injectors of the reducing agent supply device are of different types.
  • the injectors supplied with reducing agent by such a delivery device have different maximum injection quantities.
  • the reducing agent supply device it is possible for the reducing agent supply device to have one or more such injectors with a maximum injection quantity of 12 kg / h and other such injectors with a maximum injection quantity of 7.2 kg / h.
  • the respective delivery devices can have a maximum flow rate of 21 kg / h. Since the recirculation amount can be reduced and in particular reduced to zero, thus, for example, the entire flow rate can reach the associated injector or the associated injectors. This makes it possible in particular to supply the entire flow rate of such a conveyor to a single such injector, so that the delivery rate corresponds to the injection quantity.
  • Such a reducing agent supply device which is suitable for an exhaust system of an internal combustion engine, in particular a large engine, which preferably has at least 600 kW and / or at least 10 liters capacity, can thus comprise at least one injector for introducing an injection quantity of a reducing agent into an exhaust gas flow, at least a supply line for supplying at least one such injector with reducing agent, at least one conveying device for driving the reducing agent in the at least one supply line, at least one supply line for supplying the reducing agent to at least one such conveyor, a return line for returning a return amount of the reducing agent from at least one such conveyor , A controllable in the return line controllable valve means for varying the return amount, and a control device to which the at least one Ventileinricht is connected, wherein the controller is configured and / or programmed such that it operates the valve device according to the method of the type described above.
  • the conveyor device associated with the valve device and / or the at least one injector associated with the valve device are connected to the control device and the control device is designed and / or programmed to actuate the connected injectors and the connected conveyor.
  • the reductant supply means is modular.
  • the respective injector is designed as an injector module or forms such an injector module, while the respective conveyor device forms a conveyor module or is designed as such.
  • the control unit has a plurality of injector output stages for controlling and energizing at least one injector module and / or a plurality of delivery output stages for controlling and energizing at least one conveyor module.
  • the control unit is preferably configured or programmed such that any number of injector modules and / or conveyor modules can be connected to the control unit.
  • the number of injector modules is limited by the product of the number of injector output stages and the number of injector modules which can be connected to such an injector output stage, while the number of conveyor modules can be connected by the product to the number of conveyor output stages and the maximum number of such a conveyor output stage Delivery modules is limited.
  • the control unit with one or more other control devices is connectable to expand the ReduktionsstoffzuTHER180
  • the respective control devices are preferably cascadable, the control devices preferably communicating with one another in such a way that they function according to the master-slave principle.
  • At least one sensor device is provided, which is connected in a communicating manner with the control device.
  • a sensor device can serve, for example, the measurement of pressure and / or temperature and / or a fluid concentration of at least one fluid, for example the exhaust gas and / or oxygen and of the reducing agent, in particular in the exhaust gas flow.
  • the sensor device may have one or more sensors, wherein the respective sensor is within the scope of the invention. can be arranged dutechnischsstoff issued or outside of the reducing agent means.
  • sensors in the exhaust gas stream upstream or downstream of the respective injector and downstream and upstream of an associated exhaust gas treatment device, for example an associated catalytic converter, in order to determine said reducing agent requirement.
  • sensors can be arranged in the supply line, the supply line and the return line.
  • an exhaust system with a reducing agent supply device also belongs to the scope of this invention.
  • the exhaust gas originating from the internal combustion engine flows through at least one exhaust pipe of the exhaust system, wherein the reducing agent supply device introduces the reducing agent upstream of an exhaust gas treatment device of the exhaust system in the exhaust gas flow.
  • a catalyst for exhaust aftertreatment is used, wherein the catalyst may be formed in particular as an SCR catalyst.
  • the exhaust system may have two or more such exhaust pipes.
  • a plurality of such injectors may be provided, each of which introduce the reducing agent in the same exhaust pipe or different exhaust pipes.
  • the injectors of the reducing agent supplied by a common delivery device with reducing agent introduce into different exhaust gas lines.
  • two or more exhaust pipes open into a common intermediate section, in particular into a common collection section. In this intermediate section, the injection of the reducing agent then takes place through at least one such injector and optionally a corresponding injection valve. exhaust gas treatment.
  • At least one exhaust pipe may be fluidly connected to the intermediate section downstream of the intermediate section in order to discharge the exhaust gas from the intermediate section.
  • the reducing agent supply device which is provided for supplying a reducing agent into an exhaust system of an internal combustion engine, preferably a motor vehicle, comprises at least one electrically controllable injector for injecting the reducing agent into an exhaust gas flow guided in the exhaust system, an electrically controllable conveying device for conveying the reducing agent Suction side with a reducing agent tank and the pressure side with the at least one injector is hydraulically connected, an electronic control device for electrically controlling the at least one injector and the conveyor, which is electrically connected to the at least one injector and with the conveyor.
  • the reducing agent supply device is characterized in that a return line is provided which hydraulically connects the reducing agent tank parallel to the at least one injector to the pressure side of the conveying device, that an electrically controllable return control valve for adjusting a volume flow delivered to the reducing agent tank by the conveying device, ie the return flow is provided, which is arranged in the return line, that the control device is designed to drive the return control valve and is electrically connected to the return control valve.
  • Preferred is an embodiment in which at least two injectors are provided, which are hydraulically connected in parallel with the pressure side of the same conveyor, whereby the injectable amount can be at least doubled.
  • the control device is programmed and / or configured so that it can perform an operating method of the type outlined below during operation of the reducing agent supply.
  • An inventive Reduktionsstoffzu 1500system which is also for supplying reducing agent in an exhaust system of an internal combustion engine, preferably a motor vehicle, provided and suitable comprises at least two Reduktionsffenzu 1900 Roadendix, wherein the control means of the Reduktionsffenzu 1900 boots are electrically connected to each other via a data bus, wherein only one
  • the control means of the other reducing agent supply means is configured as a slave control means, and in the case of more than two reducing agent supply means the control means of all other reductant feed
  • Each device is configured as a slave controller.
  • An inventive method for operating a Reduktionsffenzu slaughterhouse is characterized in that the conveyor is driven so that it sucks a predetermined first flow and promotes at a predetermined pressure that, if in a first case only one injector is provided, this Injector is driven so that it injects a desired amount of injection into the exhaust system, which is smaller than the first flow, or, if in a second case, several injectors are provided, all injectors are controlled so that they together a desired injection quantity into the exhaust system to inject, the is smaller than the first flow rate, that the return control valve is controlled so that it leads a desired return flow to the reducing agent tank, which corresponds to a difference between the first flow rate and the injection quantity.
  • the conveyor unchanged, that is constantly driven to promote the first flow rate, wherein for setting the other injection quantity in the first Case where an injector is controlled so that it injects this other injection quantity into the exhaust system, or in the second case, all injectors are controlled so that they inject this other injection quantity together in the exhaust system, wherein for setting the other injection quantity, the return control valve is so controlled in that it leads to a different return flow to the reducing agent tank, which corresponds to a difference between the first delivery and the other injection.
  • the conveyor can be operated constantly, which significantly reduces their wear.
  • an embodiment is preferred in which, for setting a different injection amount, which is greater than the first delivery, the conveyor is controlled so that it sucks a predetermined second flow rate and promotes at the réellesitmmten pressure which is greater than the other injection quantity, wherein for setting the other injection quantity in the first case, one injector is controlled so that it injects the other injection quantity into the exhaust system, or in the second case, all the injectors are controlled so that they inject the other injection quantity together into the exhaust system (1), wherein, for adjusting the other injection amount, the return control valve is controlled to have a different return amount to the reducing agent tank leads, which corresponds to a difference between the second flow rate and the other injection quantity.
  • the injectors are controlled to set a common injection quantity so that the open at different times. This can reduce pressure surges in the reducing agent between the conveyor and the injectors, which increases the life of the reducing agent supply.
  • an embodiment is preferred, which assumes that the respective injector for setting a desired injector-specific injection amount is controlled so that it is opened during a predetermined period of time for a predetermined opening period.
  • the respective injector can be extremely easy to set up so that it works reliably even at high pressures.
  • the injector thus distinguishes only two states, namely open on the one hand and closed on the other.
  • the predetermined period duration also makes it possible to realize a pulse width modulation for setting the injector-specific or injector-specific injection quantity.
  • the injectors for setting a sum of the injector-specific injection quantities formed common injection quantity are controlled so that both injectors have the same period durations and the same opening time periods, the opening period of the one injector is offset by half a period period compared to the opening period of the other injector.
  • the staggered control reduces the pressure surges in the reducing agent.
  • the larger As 50% of the period time duration the time lag of the opening time periods by 50% of the period duration causes the other injector is still open when opening the one injector, so that pressure surges can be reduced via the open injector.
  • the wear of the reducing agent supply device is significantly reduced.
  • Another embodiment provides that to change the desired injector-specific injection quantity, the period duration is kept constant and the opening period is changed. This essentially corresponds to a pulse width modulation in the control of the respective injector.
  • a use according to the invention provides for a reducing agent supply device of the type outlined above or a reducing agent supply system of the abovementioned type to be used in an exhaust system of an internal combustion engine which is designed as a large engine with at least 600 kW of power and / or at least 10 liters of displacement. As a result, the large amounts of exhaust gas that occur in a large engine, dominate.
  • An exhaust system comprises at least one exhaust gas flow passage leading to an exhaust gas treatment device and a reducing agent supply device of the type described above or a reducing agent supply system of the type described above each for introducing a reducing agent into the exhaust passage upstream of the exhaust gas treatment device.
  • FIG. 2 is a greatly simplified schematic diagram of a reducing agent supply device
  • 3 is a diagram illustrating a control of two injectors
  • Fig. 4 is a greatly simplified, schematic diagram-like schematic representation of a Reduktionsstoffzu Kunststoffzu Kunststoffzu Kunststoffzu Kunststoffsystems.
  • an exhaust system 1 of an internal combustion engine 2 has an exhaust gas treatment system 3, which comprises a plurality of exhaust gas treatment devices 4. Furthermore, the exhaust system 1 has a reducing agent supply device 5, the reducing agent supply device 5 having exhaust gas lines 6 of the exhaust gas. Gas system 1 by means of injectors 7, a reducing agent 8 supplies.
  • the reducing agent 8 is injected with the aid of the respective injectors 7 in an exhaust gas stream 9, wherein the exhaust stream 9 is illustrated by means of arrows, while the reducing agent 8 is shown in the exhaust pipes 6 as spray jets.
  • the exhaust system 1 shown here has purely exemplarily four such exhaust pipes 6, in each of which such exhaust gas treatment device 4 is arranged, wherein the respective exhaust pipe. 6 two such injectors 7 are assigned, which introduce the reducing agent 8 respectively upstream of the exhaust gas treatment device 4 in the exhaust stream 9. Furthermore, the two injectors 7 associated with such an exhaust line 6 are supplied with reducing agent 8 by means of a common supply line 10.
  • the reducing agent supply device 5 comprises at least one electrically controllable injector 7 for injecting the reducing agent into the exhaust gas flow 9 guided in the exhaust system 1, an electrically controllable conveying device 11 for conveying the reducing agent Suction side 33 with the reducing agent tank 13 and the pressure side 34 with the at least one injector 7 is hydraulically connected, and an electronic control device 32 for electrically controlling the at least one injector 7 and the conveyor 1 1, with the at least one injector 7 and with the conveyor 1 1 is electrically connected via corresponding control lines 40.
  • a return line 14 is again provided, which connects the reducing agent tank 13 parallel to the at least one injector 7 with the pressure side 34 of the conveyor 1 1 hydraulically.
  • An electrically controllable return control valve 21 for setting a volume flow conveyed from the conveying device 11 to the reducing agent tank 13, which measures the return flow. run amount defined is disposed in the return line 14.
  • the control device 32 is designed to control the return control valve 21 and is also electrically connected to the return control valve 21 via a control line 40.
  • exactly two injectors 7 are provided which are hydraulically connected in parallel with the pressure side 34 of the conveyor 11.
  • the control device 32 is now programmed and / or configured such that it can carry out the subsequently explained operating method.
  • the injectors 7 are shown in Fig. 2 respectively as a combination consisting of an electrically controllable valve and a nozzle body dargesetellt.
  • the conveyor 1 1 is arranged in a housing 41, which may also include the control device 32.
  • the housing 41 here contains an inversion valve 42, with which the conveying direction of the conveyor 1 1 is reversible.
  • the housing 41 contains a filter 43, a throttle point 44 arranged in the return line 14, a return valve 45 arranged in the return line 14, and a pressure sensor 46 arranged in the supply line 10 leading to the injectors 7.
  • the respective supply line 10 is now connected to the conveyor 11, so that the respective conveyor 11 feeds the injectors 7 of such an exhaust line 6 with reducing agent 8.
  • the respective conveyor 1 which may be configured for example as a pump, the reducing agent 8 by means of a supply line 12 from a reducing agent tank or reducing agent tank 13. Further, to the respective conveyor 1 1, a return line 14 is provided, the return of a return amount of the reducing agent 8 of the conveyor 1 1 to the reducing agent tank 13 is used.
  • the reducing agent supply device 5 has a control unit 15 which actuates and activates the delivery devices 11 and the injectors 7. For this purpose, the conveying devices 1 1 are each connected by means of a control line 16 to the control unit 15.
  • the injectors 7 belonging to such an exhaust pipe 6 are each connected in pairs via a control line 17 to the control unit 15.
  • the connection of the conveyors 1 1 by means of the control lines 16 to the control unit 15 takes place via power amplifiers 18 of the control unit 15, wherein the respective conveyor 1 1 such a power amplifier 18, which is hereinafter referred to as the output stage 18, realized.
  • the connection of the injectors 7 to the control unit 15 by means of the control lines 17 is likewise realized by means of output stages 19 of the control unit 15, which are referred to below as injector output stages 19.
  • the two injectors 7 belonging to such an exhaust line 6 are connected to such an injector output stage 19.
  • the two associated injectors 7 are further connected in each case by means of a signal line 20 to the control unit 15 in order to transmit to the control unit information about the current operating state of the respective injector 7.
  • a valve device 21 is arranged, which can vary the recirculation amount of the reducing agent 8 returned from the associated delivery device 11 to the reducing agent container 13.
  • the respective valve device 21 is designed to be controllable and connected by means of a signal line 22 to an associated output stage 23 of the control unit 15, these output stages 23 being referred to below as valve output stages 23. It is likewise conceivable to connect the respective valve device 21 to the control device 15 by means of a control line, in order for example to transmit information about the current operating state of the respective valve device 21 to the control device 15.
  • the control device 15 further comprises a processor 24 in which algorithms and the like for actuating the valve devices are provided. gene 21 and the injectors 7 and the conveyors 1 1 are deposited.
  • control unit 15 is programmed so that it can control the injectors 7 and the valve devices 21 and the conveyors 1 1.
  • the valve devices 21 are controlled in such a way that the recirculation amount of the reducing agent 8 returned from the respective delivery device 11 to the reducing agent container 13 is reduced in order to increase an injection quantity or injection quantity of the reducing agent 8 introduced into the exhaust gas flow 9 by the associated injectors 7.
  • the amount of recirculation in increasing the injection amount of the reducing agent 8 can be reduced.
  • the recirculation amount of the reducing agent 8 is increased to reduce the injection amount of the reducing agent 8 introduced into the exhaust gas flow 9 by the associated injectors 7, and / or the recirculation amount is increased in reducing the injection amount.
  • the respective valve device 21 can thus be closed in order to supply the entire of the associated conveyor 1 1 funded delivery of the reducing agent 8 to the associated injectors 7.
  • the entire delivery rate of the associated conveyor 1 1 is returned to the reducing agent tank 13, so that no reducing agent 8 can pass through the associated injectors 7 in the gas stream 9.
  • the change of the return quantity takes place here continuously between these values or states, so that no pressure pulsations can arise due to the variation of the return quantity. Overall, this ensures a substantially constant delivery rate of the associated delivery device 11 and / or a substantially constant pressure in the reducing agent 8 on the pressure side of the associated injectors 7 or within the associated supply line 10.
  • the reducing agent supply device 5 shown in FIG. 2 can preferably be operated as follows:
  • the conveyor 1 1 is controlled by the controller 32 so that it sucks a vorbestinnnnte first Fordermenge and promotes at a predetermined pressure, wherein, if in a first case, only one injector 7 is provided, this injector 7 is controlled by the controller 32 so in that it injects a desired injection quantity into the exhaust gas system 1 which is smaller than the first delivery quantity or, if in a second case a plurality of injectors 7 are provided, all injectors 7 are controlled by the control device 32 so that together they produce a desired injection quantity into the exhaust system 1, which is smaller than the first delivery, wherein the return control valve 21 is controlled by the controller 32 so that it leads a desired return flow to the reducing agent tank 13, which corresponds to a difference between the first flow rate and the injection quantity.
  • the setting of a different injection quantity is achieved by the fact that via the control device 32, the conveyor 1 1 is driven unchanged for conveying the first flow rate, that for setting the other injection quantity in the first Case of an injector 7 is controlled by the controller 32 so that it injects this other injection quantity in the exhaust system 1, or in the second case, all injectors 7 are controlled so that they inject this other injection quantity together in the exhaust system 1, wherein the setting the other injection amount, the return control valve 21 is controlled by the control device 32 so that it leads to a different return amount to the reducing agent tank 13, which corresponds to a difference of the first flow rate and the other injection quantity.
  • the delivery device 11 becomes the control device 32 so controlled that it sucks a predetermined second flow rate and promotes the Victoriasitmmten pressure which is greater than the other injection quantity, wherein for setting the other injection quantity in the first case, an injector 7 is controlled by the controller 32 so that he injects another injection quantity into the exhaust system 1, or in the second case, all the injectors 7 are controlled by the controller 32 so that they inject the other injection quantity into the exhaust system 1, wherein the return control valve 21 is controlled by the control device 32 so as to adjust the other injection quantity is that it leads to a different return amount to the reducing agent tank 13, which corresponds to a difference of the second flow rate and the other injection quantity.
  • the conveyor 1 1 is suitably designed self-regulating with respect to the predetermined pressure, which significantly reduces the control effort of the respective control device 32.
  • the change in the injection quantity of the respective injector 7 can be effected by a corresponding opening time of an injector opening 25 of the associated injector 7.
  • the injection quantity can be increased, wherein at the same time or during the recirculation amount is reduced by means of the associated valve device 21.
  • the injection quantity can be reduced by reducing the opening time of the associated injector opening 25, wherein at the same time or in the meantime the recirculation amount is increased by means of the associated valve device 21.
  • the opening and closing of the respective injector opening 25 preferably takes place by means of pulse width modulation (PWM), wherein a corresponding PWM signal is transmitted by means of the control device 15 or the control device 32 via the signal line 17 or via the control line 40 to such an injector 7 the Injektorpases the respective exhaust pipe 6 is sent.
  • PWM pulse width modulation
  • the injector 7 receiving the PWM signal can be connected to the other injector 7 of the injector pair by means of a coupling line 26, such that the PWM signal sent to the injector 7 connected directly to the control unit 15 via the signal line 17 is delayed in time other injector 7 arrives.
  • the injectors 7 according to FIG. 2 can be controlled separately from the control device 32, preferably with a time delay. The time delay is chosen such that the opening times of the injector openings 25 of the associated injectors 7 overlap. Thus, it is possible to avoid pressure pulsations in the supply line 10.
  • DM1 denotes the control pulses of one injector 7, while DM2 designates the control pulses of the other injector 7. Accordingly, the respective injector 7 for setting a desired injector-specific injection quantity can be controlled by the control device 32 so that it is opened during a predetermined period of time (1 second in the example of FIG. 3) for a predetermined opening period (250 ms in each example).
  • the two injectors 7 are controlled by the control device 32 to set a common injection quantity formed by the sum of the injector-specific injection quantities so that both injectors 7 have the same period durations, here 1000 ms, and have the same opening time durations, in this case eg 250 ms, whereby the opening duration of one injector 7 is half a period of time, ie 500 ms compared to the opening time duration of the other injector 7. whose injector 7 is offset.
  • the period duration is kept constant while the opening period is changed.
  • the injection quantity is determined according to the amount of reducing agent required in the exhaust gas flow 9, which is necessary in order to ensure a corresponding aftertreatment by the exhaust gas treatment device 4.
  • the amount of reducing agent and thus the injection quantity of the reducing agent 8 are selected such that a sufficient conversion of nitrogen oxides to nitrogen is ensured.
  • a sensor device 28 which has two sensors 29, 30, which are each connected to the control unit 15 at an interface 31 of the control unit 15 ,
  • the sensors 29, 30 are arranged, for example, in such an exhaust pipe 6 upstream and / or downstream of the injectors 7 to the required amount of reducing agent or injection quantity to be determined. It is also conceivable to arrange such sensors 29, 30 downstream of the exhaust gas treatment device 4.
  • the control device 15 has a further such interface 31, which may be configured, for example, as a data bus interface 31 in order to connect a data bus to the control unit 15.
  • the Reduktionsffenzu slaughter 5 is modular.
  • the reducing agent supply device can in particular have such injectors 7, which each form an injector module 7.
  • the Reduktionsstoffzu slaughter 5 may have such conveyors 1 1, each forming a delivery module 1 1 of the reducing agent supply means 5.
  • the respective valve device 21 may form a valve module 21. This makes it possible, in particular, to expand the reducing agent supply device 15 by means of corresponding conveyor modules 11 or injector modules 7 and valve modules 21 virtually as desired.
  • control unit 15 has a plurality of delivery end stages 18 and / or injector output stages 19 and / or valve output stages 23, to the respective output stage 18, 19, 23 such a module 7, 1 1, 21 or more such modules 7, 1 1,
  • two injector modules 7, which are assigned to such an exhaust line 6, are connected to the respective injector output stage 19.
  • injector modules 7 are supplied by such a delivery module 1 1 by means of a common supply line 10 with reducing agent 8, wherein both injectors 7 and injector modules 7 are associated with such an exhaust line 6.
  • the number of output stages 18, 19, 23 of the control unit 15 is insufficient, in particular for a desired expansion of the modularly constructed reducing agent supply means 15, it is also possible to supply the reducing agent supply means 15 through such another control unit 15 or several such further control units 15 complete.
  • FIG. 4 shows an alternative solution in which a plurality of reductant supply means 5 according to the embodiment shown in FIG. 2 are used to form a reductant delivery system 38.
  • five such reducing agent supply devices 5 are installed.
  • the control means 32 of all the reducing agent supply means 5 are electrically connected to each other via a data bus 35.
  • a control device 32 of such a reducing agent supply device 5 is configured as a master control device 36 and, in the installed state of the reducing agent supply system 38, is electrically connected to an engine control device 37 of the internal combustion engine 2, e.g.
  • the control devices 32 of all other reducing agent supply devices 5 are each configured as a slave control device 39.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung (5) für eine Abgasanlage (1), die mittels zumindest eines Injektors (7) eine Einspritzmenge eines Reduktionsmittels (8) in einen Abgasstrom (9) einbringt. Eine vereinfachte Variation der Einspritzmenge ergibt sich, wenn eine von einer dem Injektor (7) mit Reduktionsmittel (8) versorgenden Fördereinrichtung (11) rückgeführte Rückführmenge des Reduktionsmittels (8) zur Änderung und/oder bei der Änderung der Einspritzmenge variiert wird. Die Erfindung betrifft ferner eine solche Reduktionsmittelzuführeinrichtung (5) mit einem Steuergerät (15), das derart ausgestaltet bzw. programmiert ist, dass es das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Abgasanlage (1) mit einer solchen Reduktionsmittelzuführeinrichtung (5).

Description

Reduktionsmittelzuführeinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung für eine Abgasanlage sowie eine derartige Reduktionsmittelzuführeinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Abgasanlage mit einer derartigen Reduktionsmittelzuführeinrichtung, welche insbesondere gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein System, das mehrere solche Reduktionsmittelzuführeinrichtungen aufweist, sowie auf eine Verwendung einer derartigen Reduktionsmittelzuführeinrichtung.
Eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung ist üblicherweise Bestandteil einer Abgasanlage und dient dem Zweck, ein Reduktionsmittel in das von einer zugehörigen Brennkraftmaschine stammende Abgas einzubringen. Besagtes Reduktionsmittel kann zu vielseitigen Zwecken, beispielsweise einer entsprechenden Nachbehandlung des Abgases, in das Abgas eingebracht werden. Hierbei ist es insbesondere vorstellbar, dass eine derartige Nachbehandlung des Abgases in Form einer selektiven katalytischen Reaktion (SCR) erfolgt, wobei in diesem Fall das Reduktionsmittel insbesondere ein harnstoffhaltiges Fluid und dergleichen sein kann, um eine chemische Umwandlung von Stickstoffoxiden in Stickstoff zu bewirken. Neben dem Einsatz in konventionellen Brennkraftmaschinen, die beispielsweise in Personenkraftwagen und dergleichen vorzufinden sind, ist es auch vorstellbar, eine derartige Reduktionsmittelzuführeinrichtung in einem Großmotor einzusetzen, der beispielsweise einen Hubraum von 10 Litern oder mehr bzw. eine Leistung von 600 kW oder mehr aufweist.
Eine derartige Reduktionsmittelzuführeinrichtung ist aus der DE 10 2010 002 987 A1 bekannt. Hierbei erfolgt das Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas mittels Injektoren, welche von einer zugehörigen Fördereinrichtung mit dem Re- duktionsmittel versorgt werden. Nachteilig hierbei ist, dass eine Variation der in das Abgas eingebrachten Reduktionsmittelnnenge des Reduktionsmittels zu einer erhöhten Belastung der Fördereinrichtung und somit der Reduktionsmittelzuführeinrichtung führt.
Aus der DE 10 2006 012 855 A1 ist eine andere Reduktionsmittelzuführeinrichtung bekannt, die nicht mit einem elektrisch ansteuerbaren, aktiven Injektor, sondern mit einem druckgesteuerten, passiven Injektor ausgestattet ist. Hierzu müssen in einer das Reduktionsmittel zum Injektor führenden Zuführleitung Druckpulse erzeugt werden, um den Injektor zum Öffnen bzw. zum Schließen anzusteuern. Bei der bekannten Reduktionsmittelzuführeinrichtung ist außerdem eine Rücklaufleitung vorgesehen, die von der Zuführleitung zum Reduktionsmitteltank führt und in der eine Ventileinrichtung angeordnet ist. Die vorgenannten Druckpulse können bei der bekannten Reduktionsmittelzuführeinrichtung nun durch eine entsprechend modulierte Ansteuerung der Fördereinrichtung und/oder der Ventileinrichtung erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung bzw. eine zugehörige Abgasanlage und ein zugehöriges Betriebsverfahren, eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine reduzierte Belastung der Reduktionsmittelzuführeinrichtung und/oder durch eine verbesserte Variation einer dem Abgas zuzuführenden Reduktionsmittelmenge auszeichnet. Zudem soll die Realisierung der Reduktionsmittelzuführeinrichtung bzw. des zugehörigen Betriebsverfahren möglichst wirtschaftlich günstig erfolgen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine einen Injektor mit einem Reduktionsmittel versorgende Fördereinrichtung mit einer Rücklaufleitung zu versehen, die eine Rückführmenge des Reduktionsmittels von der Fördereinrichtung rückführt und die Rückführmenge des Reduktionsmittels zur Änderung und/oder bei der Änderung einer von dem Injektor in das Abgas eingebrachte Reduktionsmittelmenge zu variieren. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Fördereinrichtung weitgehend konstant, also mit konstanter Fördermenge, das heißt mit vergleichsweise geringen Betriebszustandsanderungen, zu betreiben, was einerseits zu einer reduzierten Belastung bzw. erhöhten Lebensdauer der Fördereinrichtung und somit der zugehörigen Reduktionsmittelzuführeinrichtung führt und andererseits eine genauere Variation der in das Abgas eingebrachten Reduktionsmittelmenge erlaubt. Zudem können bereits existierende und in großen Stückzahlen produzierte Bauteile, insbesondere Fördereinrichtungen und/oder Injektoren, verwendet werden, was zu einer wirtschaftlichen Produktion der Reduktionsmittelzuführeinrichtung bzw. Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt. Hierbei weist die erfindungsgemäße Reduktionsmittelzuführeinrichtung zumindest einen solchen Injektor auf, der dem Einbringen des Reduktionsmittels in den Abgasstrom dient. Das Einbringen des Reduktionsmittels in den Abgasstrom durch den Injektor erfolgt vorzugsweise durch ein Einspritzen oder Eindüsen bzw. Einsprühen des Reduktionsmittels in den Abgasstrom, so dass die von dem Injektor in dem Abgas eingebrachte Reduktionsmittelmenge nachfolgend als Einspritzmenge bezeichnet wird. Das Reduktionsmittel gelangt mittels besagter Fördereinrichtung zum Injektor, so dass die Fördereinrichtung den Injektor mit Reduktionsmittel versorgt, beispielsweise indem die Fördereinrichtung das Reduktionsmittel aus einem Tank oder Reservoir oder einem Behälter zum Injektor antreibt und/oder den Injektor mit Druck beaufschlagt. Die Versorgung des Injektors mit Reduktionsmittel mittels der Fördereinrichtung ist vorzugsweise über eine Versorgungsleitung realisiert, welche den Injektor mit der zugehörigen Fördereinrichtung fluidisch verbindet. Zweckmäßig sind ferner eine Zuführleitung sowie eine Rücklaufleitung vorgesehen, wobei die Zuführleitung der Zuführung des Reduktionsmittels zur Fördereinrichtung dient, während die Rücklaufleitung dem Rückführen des Reduktionsmittels von der Fördereinrichtung zu einem Tank oder Reservoir oder einem Behälter dient. Hierbei wird mittels der Rücklaufleitung eine Rückführmenge des Reduktionsmittels von der Fördereinrichtung rückgeführt. Erfindungsgemäß wird nun die durch die Rücklaufleitung von der Fördereinrichtung rückgeführte Rückführmenge des Reduktionsmittels variiert, um die durch den Injektor in das Abgas eingebrachte Einspritzmenge des Reduktionsmittels zu ändern und/oder um eine Förderleistung der Fördereinrichtung bei der Änderung der Einspritzmenge möglichst im Wesentlichen konstant zu halten. Mit anderen Worten: Die Fördereinrichtung fördert eine Fördermenge des Reduktionsmittels, die in die vom Injektor in den Abgasstrom eingebrachten Einspritzmenge und die von der Fördereinrichtung rückgeführten Rückführmenge aufgeteilt wird. Hierbei kann einerseits vorgesehen sein, dass die Variation der Rückführmenge zu einer entsprechenden Änderung der Einspritzmenge führt, wobei die Fördermenge insbesondere konstant sein kann. Andererseits kann vorgesehen sein, dass die Rückführmenge bei der Änderung der Einspritzmenge variiert wird, wobei auch Kombinationen aus diesen Varianten vorstellbar sind. Damit ist insbesondere bezweckt, dass die erfindungsgemäße Korrelation zwischen der Einspritzmenge und der Rückführmenge zu einem konstanten Betriebszustand der Fördereinrichtung, beispielsweise einer konstanten Betriebsgeschwindigkeit bzw. Förderleistung und dergleichen, führt.
Mit anderen Worten, die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Großmotors, der vorzugsweise wenigstens 600 kW Leistung und/oder mindestens 10 Liter Hubraum aufweist, wobei die Reduktionsmittelzuführeinrichtung zumindest einen Injektor zum Einbringen einer Einspritzmenge eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, eine Fördereinrichtung zur Versorgung mindestens eines solchen Injektors mit Reduktionsmittel, eine Zuführleitung zur Zuführung des Reduktionsmittels zur Fördereinrichtung und eine Rücklaufleitung zum Rückführen einer Rückführmenge des Reduktionsmittels von der Fördereinrichtung, wobei die Rückführmenge zur Änderung und/oder bei der Änderung der Einspritzmenge variiert wird.
Insbesondere wird die Rückführmenge zur und/oder bei der Steigerung der Einspritzmenge reduziert. Entsprechend wird die Rückführmenge zur und/oder bei der Reduzierung der Einspritzmenge erhöht.
Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Variation der Rückführmenge bei einer anderweitigen Änderung der Einspritzmenge. Insbesondere erfolgt bei einer anderweitigen Steigerung der Einspritzmenge eine entsprechende Reduzierung der Rückführmenge, um beispielsweise die Förderleistung der Fördereinrichtung im Wesentlichen konstant zu halten. Analog kann bei einer anderweitigen Reduzierung der Einspritzmenge eine entsprechende Steigerung der Rückführmenge erfolgen, um insbesondere die Förderleistung der Fördereinrichtung im Wesentlichen konstant zu halten.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung kann darin gesehen werden, dass es möglich ist, druckseitig des Injektors im Wesentlichen konstante Druckverhältnisse zu schaffen und zwar ohne hierfür die Förderleistung der Fördereinrichtung zu variieren oder dies zumindest mit geringen Variationen der Förderleistung zu erreichen.
Bei weiteren bevorzugten Ausgestaltungen kann die Rückführmenge gänzlich reduziert, das heißt auf null eingestellt, werden. Zudem kann die Rückführmenge bevorzugt bis zu einem maximal möglichen Wert der Rückführmenge, also einer Maximalrückführmenge, der insbesondere durch die Größe bzw. den Strömungs- querschnitt der Rücklaufleitung sowie der Förderleistung der Fördereinrichtung gegeben ist, erhöht werden. Somit kann die Rückführmenge also bevorzugt zwischen null und der Maximalrückführmenge eingestellt werden.
Die Reduktionsmittelzuführeinrichtung kommt vorzugsweise bei Großmotoren zum Einsatz, wobei nachfolgend unter Großmotoren Brennkraftmaschinen mit einem Hubraum von zumindest 10 Litern und/oder einer Leistung von zumindest 600 kW aufzufassen sind. Derartige Großmotoren kommen beispielsweise in Blockheizkraftwerken und Lokomotiven, zum Antrieb eines Schiffes sowie zur Stromerzeugung zum Einsatz.
Das in den Abgasstrom eingebrachte Reduktionsmittel wird zweckmäßig nach den jeweiligen Bedürfnissen ausgewählt. Soll das von der Brenn kraftmasch ine stammende Abgas beispielsweise in einem Katalysator nachbehandelt werden, etwa um schädliche Bestandteile auszusondieren, so kommen als Reduktionsmittel entsprechende Fluide und insbesondere Flüssigkeiten zum Einsatz. Ein Beispiel hierfür ist die selektive katalytische Reaktion (SCR) mittels einer Abgasbehandlungseinrichtung, bei der Stickstoffoxide in Stickstoff umgewandelt werden. Hierbei kann das Reduktionsmittel beispielsweise ein harnstoffhaltiges bzw. ein ammoniakhaltiges Fluid sein.
Bevorzugt erfolgt die Zuführung des Reduktionsmittels zur Fördereinrichtung aus einem Reduktionsmittelbehälter wie beispielsweise einem solchen Tank oder Reservoir und dergleichen. Hierbei erfolgt auch die Rückführung des Reduktionsmittels mittels der Rücklaufleitung zu besagtem Reduktionsmittelbehälter, so dass die von der Fördereinrichtung rückgeführte Rückführmenge des Reduktionsmittels wieder zum Reduktionsmittelbehälter gelangt und mittels der Zuführleitung zur Fördereinrichtung geführt werden kann. Die Variation der Rückführmenge zur und/oder bei der Änderung der Einspritz- menge kann prinzipiell auf beliebige Weise erfolgen. Bei bevorzugten Ausfüh- rungsformen ist hierfür eine steuerbare Ventileinrichtung vorgesehen, die in der Rücklaufleitung angeordnet ist. Die Ventileinrichtung kann hierbei ein Ventil oder mehrere Ventile aufweisen, von denen zumindest eines steuerbar ist und folglich als Steuerventil bezeichnet werden kann. Die Ansteuerung der Ventileinrichtung erfolgt ferner vorzugsweise mittels eines Steuergerätes der Reduktionsmittelzuführeinrichtung, das derart programmiert bzw. ausgestaltet ist, dass es die Ventileinrichtung erfindungsgemäß betätigen kann.
Die in den Abgasstrom eingebrachte Einspritzmenge ist insbesondere durch den jeweiligen Bedarf des Reduktionsmittels im Abgasstrom, etwa durch eine erwünschte Nachbehandlung des Abgases, bestimmt. Dementsprechend erfolgt die Variation der Einspritzmenge bevorzugt abhängig von einem Reduktionsmittelbedarf im Abgasstrom.
Die Variation der Rückführmenge kann im Allgemeinen stufenartig erfolgen. Bevorzugt sind jedoch diejenigen Ausführungsformen, bei denen die Rückführmenge kontinuierlich variiert wird. Die kontinuierliche Variation der Rückführmenge zur und/oder bei der Änderung der Einspritzmenge hat zur Folge, dass die Druckverhältnisse im Reduktionsmittel, insbesondere in der Zuführleitung bzw. der Versorgungsleitung nicht plötzlich bzw. ruckartig variieren, und somit eine entsprechende Belastung der Bestandteile der Reduktionsmittelzuführeinrichtung, insbesondere der Fördereinrichtung, verhindert oder zumindest reduziert wird. Diese sogenannten und insbesondere durch die kontinuierliche Variation der Rückführmenge reduzierten Druckpulsationen können auch zu einer Beschä- digung des Injektors führen und erlauben eine vergleichsweise geringe Präzision der Einspritzmenge.
Die Änderung der Einspritzmenge kann prinzipiell injektorseitig, das heißt mittels des Injektors erfolgen, wobei die Änderung der Einspritzmenge erfindungsgemäß aus einer Kombination der Variation der Rückführmenge und der injektorseitigen Änderungen bestehen kann. Eine derartige injektorseitige Änderung ist beispielsweise durch die Variation eines von dem Reduktionsmittel durchströmten Strömungsquerschnittes des Injektors realisiert. Das heißt, dass der Strömungsquerschnitt beispielsweise verkleinert werden kann, um die Einspritzmenge zu reduzieren oder der Strömungsquerschnitt vergrößert werden kann, um die Einspritzmenge zu erhöhen. Dies kann insbesondere durch eine entsprechende Änderung der Größe einer Injektoröffnung des Injektors erfolgen. Mit anderen Worten, eine Öffnungszeit einer vom Reduktionsmittel durchströmten Injektoröffnung des Injektors kann zur Steigerung der Einspritzmenge erhöht werden, während die Öffnungszeit der Injektoröffnung zur Reduzierung der Einspritzmenge reduziert werden kann.
Bevorzugt erfolgt eine derartige injektorseitige Variation der Einspritzmenge über die Änderung einer Öffnungszeit der vom Reduktionsmittel durchströmten Injektoröffnung des Injektors. Mit anderen Worten: Die Injektoröffnung wird geschlossen und geöffnet, wobei sich die Einspritzmenge aus den jeweiligen Öffnungszeiten bzw. Öffnungsdauer der Injektoröffnung bzw. der zugehörigen Taktung ergibt. Das heißt also, dass die Injektoröffnung länger geöffnet bzw. die Öffnungsdauer erhöht wird, um die Einspritzmenge zu erhöhen oder dass die Injektoröffnung kürzer geöffnet bzw. die Öffnungsdauer verkürzt wird, um die Einspritzmenge zu reduzieren. Das Öffnen und Schließen der Injektoröffnung erfolgt vorzugsweise mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM), bei der die Injektoröffnung insbesondere periodisch geöffnet und/oder geschlossen wird. Ferner kann zum Öffnen und Schließen der Injektoröffnung beispielsweise eine Drossel bzw. eine Drosselscheibe vorgesehen sein, die in dem Injektor bzw. außerhalb des Injektors, insbesondere stromauf des Injektors, in der Versorgungsleitung angeordnet ist und beispielsweise durch besagte Steuerung steuerbar ist.
Hierdurch kann das Verfahren insbesondere derart realisiert werden, dass zur Steigerung der Einspritzmenge die Öffnungszeit bzw. die Öffnungsdauer der Injektoröffnung bzw. die zugehörige Taktung erhöht und die Rückführmenge reduziert wird. Analog kann zur Reduzierung der Einspritzmenge die Öffnungszeit bzw. Öffnungsdauer reduziert und die die Rückführmenge erhöht werden. Damit ist es insbesondere möglich, die zugehörige Fördereinrichtung auch bei variierenden Einspritzmengen bei vergleichsweise geringen Betriebszustandsänderun- gen zu betreiben, wobei bei einer entsprechenden Anpassung der Änderung der Öffnungszeiten und der Rückführmenge der Betriebszustand im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Insbesondere ist es hierdurch auch möglich, druckseitig des Injektors im Wesentlichen konstante Druckverhältnisse zur Verfügung zu stellen. Derartige im Wesentlichen konstante Druckverhältnisse druckseitig des Injektors haben den Vorteil, dass die Öffnungszeit der Injektoröffnung bzw. die entsprechende Taktung und die Einspritzmenge eine verhältnismäßig genaue und berechenbare Abhängigkeit aufweisen, so dass eine genauere Variation der Einspritzmenge möglich ist.
Analog kann auch die Änderung des Strömungsquerschnittes des Injektors an einer Änderung der Rückführmenge angepasst werden, um die Einspritzmenge zu variieren.
Bei bevorzugten Ausführungsformen erfolgt die Änderung der Öffnungszeit der Injektoröffnung bzw. die Änderung des Strömungsquerschnittes des Injektors ebenfalls mittels besagtem Steuergerät, welches hierzu mit dem Injektor und/oder einer die Öffnungszeit bzw. den Strömungsquerschnitt verändernden Einrichtung, insbesondere besagter Drossel bzw. Drosselscheibe, verbunden ist. Das Steuergerät kann ferner mit der Fördereinrichtung verbunden sein, um auch die Fördereinrichtung zu steuern, um beispielweise die Leistung der Fördereinrichtung zu erhöhen oder zu reduzieren.
Bei weiteren Ausgestaltungen ist es vorstellbar, dass zwei oder mehrere Injektoren von einer derartigen gemeinsamen Fördereinrichtung mit Reduktionsmittel versorgt werden. Ebenso ist es vorstellbar, dass ein solcher Injektor oder mehrere solche Injektoren gemeinsam von zwei oder mehreren gemeinsamen solchen Fördereinrichtungen mit Reduktionsmittel versorgt werden. Hierzu werden die der Fördereinrichtung/Fördereinrichtungen zugehörigen Injektoren mittels einer solchen gemeinsamen Versorgungsleitung mit Reduktionsmittel versorgt oder sind mit unterschiedlichen solchen Versorgungsleitungen mit Reduktionsmittel versorgt, wobei Ausführungsformen bevorzugt sind, bei denen die Versorgung der einer solchen Fördereinrichtung zugehörigen Injektoren mittels einer solchen gemeinsamen Versorgungsleitung erfolgt.
In diesem Fall erfolgt die Änderung der Öffnungszeiten von den einer solchen Fördereinrichtung zugehörigen Injektoren bevorzugt zeitversetzt. Das heißt, dass die Änderung der Öffnungszeit der jeweiligen Injektoröffnungen zunächst bei einem oder mehreren solchen Injektoren und anschließend von einem oder mehreren solchen anderen Injektoren erfolgt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Injektoröffnungen von einem oder mehreren solchen von einer solchen gemeinsamen Fördereinrichtung versorgten Injektoren geöffnet sind, während die Injektoröffnungen von einem oder mehreren solchen anderen Injektoren, die von der gleichen Fördereinrichtung versorgt sind, geschlossen sind. Dies hat insbesondere zur Folge, dass der Druck in der gemeinsamen Versorgungsleitung vergleichsweise konstant gehalten werden kann. Bei einem mittels PWM erfolgten Einbringen der Einspritzmenge in den Abgasstrom, bei dem ein PWM-Signal periodisch ist, können die Öffnungszeiten der jeweiligen zur Fördereinrichtung/Fördereinrichtungen zugehörigen Injektoren derart zeitversetzt geändert und/oder einander angepasst werden, dass in der gemeinsamen Versorgungsleitung vergleichsweise geringe und bevorzugt keine Druckpulsationen entstehen. Weist die Reduktionsmittelzuführeinrichtung beispielsweise zwei solche Injektoren auf, die von einer solchen gemeinsamen Fördereinrichtung mittels einer gemeinsamen Versorgungsleitung mit Reduktionsmittel versorgt werden, so erfolgt die Änderung der Öffnungszeiten des jeweiligen Injektors, bei baugleichen Injektoren, bevorzugt mit einem Zeitverzug, welcher der halben Periodenlänge des periodischen PWM-Signals entspricht.
Bei bevorzugten Ausführungsformen erfolgt die zeitversetze Öffnung bzw. Taktung der einer solchen Versorgungsleitung und/oder Fördereinrichtung zugehörigen Injektoren derart, dass sich die Öffnungsphasen von zumindest zwei der Injektoröffnungen überschneiden. Somit kann der durch das Schließen einer solchen Injektoröffnung entstehende Druck im Reduktionsmittel durch die andere offene Injektoröffnung ausgeglichen werden, so dass innerhalb der Versorgungsleitung im Wesentlichen konstante Druckverhältnisse herrschen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Fördereinrichtungen bzw. die entsprechenden Rückführmengen erfindungsgemäß zu variieren, wobei die jeweilige Fördereinrichtung der Versorgung eines oder mehrerer Injektoren dienen kann. Auch sind Ausführungsformen vorstellbar, bei denen zwei oder mehrere solche Fördereinrichtungen gemeinsam der Versorgung eines solchen Injektors bzw. mehrerer solche Injektoren, insbesondere mittels einer gemeinsamen Versorgungsleitung, dienen, wobei zumindest eine der Fördereinrichtungen bzw. die zugehörige Rückführmenge, erfindungsgemäß variiert wird. Das Steuergerät kann zur Versorgung der Injektoren mit Strom mehrere Endstufen aufweisen, wobei an die jeweilige Endstufe ein einziger Injektor oder mehrere Injektoren angeschlossen sein können. Auch ist es vorstellbar, die Fördereinrichtung bzw. mehrere solche Fördereinrichtungen mittels einer solchen Endstufe des Steuergerätes mit Strom zu versorgen. Zudem ist es vorstellbar, besagte Ventileinrichtung bzw. mehrere solche Ventileinrichtungen an eine oder mehrere solche Endstufen des Steuergerätes anzuschließen, um die jeweilige Ventileinrichtung mit Strom zu versorgen bzw. die jeweilige Ventileinrichtung anzusteuern.
Prinzipiell sind die jeweiligen Injektoren der Reduktionsmittelzuführeinrichtung baugleich bzw. von gleicher Bauart. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die unterschiedlichen Injektoren der Reduktionsmittelzuführeinrichtung unterschiedlicher Bauart sind. So ist es vorstellbar, dass die von einer solchen Fördereinrichtung mit Reduktionsmittel versorgten Injektoren unterschiedliche maximale Einspritzmengen aufweisen. Insbesondere ist es möglich, dass die Reduktionsmittelzuführeinrichtung einen oder mehrere solche Injektoren mit einer maximalen Einspritzmenge von 12 kg/h und andere solche Injektoren mit einer maximalen Einspritzmenge von 7,2 kg/h aufweist.
Auch können in der Reduktionsmittelzuführeinrichtung unterschiedliche Fördereinrichtungen zum Einsatz kommen. So können die jeweiligen Fördereinrichtungen beispielsweise eine maximale Fördermenge von 21 kg/h aufweisen. Da die Rückführmenge reduziert und insbesondere auf Null gesenkt werden kann, kann somit beispielsweise die gesamte Fördermenge zum zugehörigen Injektor bzw. zu den zugehörigen Injektoren gelangen. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die gesamte Fördermenge einer solchen Fördereinrichtung einem einzigen solchen Injektor zuzuführen, so dass die Fördermenge der Einspritzmenge entspricht. Eine derartige Reduktionsmittelzuführeinrichtung, die für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Großmotors, der vorzugsweise wenigstens 600 kW Leistung und/oder mindestens 10 Liter Hubraum aufweist, geeignet ist, kann somit umfassen mindestens einen Injektor zum Einbringen einer Einspritzmenge eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, wenigstens eine Versorgungsleitung zur Versorgung zumindest eines solchen Injektors mit Reduktionsmittel, mindestens eine Fördereinrichtung zum Antreiben des Reduktionsmittels in der wenigstens einen Versorgungsleitung, mindestens eine Zuführleitung zum Zuführen des Reduktionsmittels zu zumindest einer solchen Fördereinrichtung, eine Rücklaufleitung zum Rückführen einer Rückführmenge des Reduktionsmittels von zumindest einer solchen Fördereinrichtung, eine in der Rücklaufleitung angeordnete steuerbare Ventileinrichtung zum Variieren der Rückführmenge, und ein Steuergerät, an das die zumindest eine Ventileinrichtung angeschlossen ist, wobei das Steuergerät derart ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass es die Ventileinrichtung gemäß dem Verfahren der vorstehend erläuterten Art betätigt.
Optional kann vorgesehen sein, dass die der Ventileinrichtung zugehörige Fördereinrichtung und/oder der der Ventileinrichtung zugehörige mindestens eine Injektor an das Steuergerät angeschlossen sind und das Steuergerät zur Betätigung der angeschlossenen Injektoren und der angeschlossenen Fördereinrichtung ausgestaltet und/oder programmiert ist.
Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen ist die Reduktionsmittelzuführeinrichtung modular aufgebaut. Das heißt, dass der jeweilige Injektor als ein Injektormodul ausgebildet ist bzw. ein solches Injektormodul bildet, während die jeweilige Fördereinrichtung ein Fördermodul bildet bzw. als Solches ausgebildet ist. Zudem weist das Steuergerät mehrere Injektorendstufen zur Ansteuerung und Bestromung wenigstens eines Injektormoduls und/oder mehrere Förderendstufen zur Ansteuerung und Bestromung wenigstens eines Fördermoduls auf. Ferner ist das Steuergerät bevorzugt derart ausgestaltet bzw. programmiert, dass eine beliebige Anzahl an Injektormodulen und/oder Fördermodulen an das Steuergerät anschließbar sind. Hierbei ist die Anzahl der Injektormodule durch das Produkt aus der Anzahl der Injektorendstufen und der Anzahl der maximal an eine solche Injektorendstufe anschließbaren Injektormodulen begrenzt, während die Anzahl der Fördermodule durch das Produkt auf der Anzahl der Förderendstufen und der Anzahl der maximal an eine solche Förderendstufe anschließbaren Fördermodule begrenzt ist.
Dadurch ist es insbesondere möglich, die Reduktionsmittelzuführeinrichtung beliebig zu erweitern. Neben der Erweiterung der Reduktionsmittelzuführeinrichtung durch die entsprechenden Module, kann auch vorgesehen sein, dass das Steuergerät mit einem oder mehreren anderen Steuergeräten verbindbar ist, um die Reduktionsmittelzuführeinrichtung zu erweitern. Hierbei sind die jeweiligen Steuergeräte bevorzugt kaskadierbar, wobei die Steuergeräte vorzugsweise derart miteinander kommunizieren, dass sie nach dem Master-Slave-Prinzip funktionieren.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Reduktionsmittelzuführeinrichtung ist zumindest eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die kommunizierend mit dem Steuergerät verbunden ist. Eine derartige Sensoreinrichtung kann beispielsweise der Messung von Druck und/oder Temperatur und/oder einer Fluidkonzentration zumindest eines Fluids, beispielsweise des Abgases und/oder von Sauerstoff sowie des Reduktionsmittels, insbesondere im Abgasstrom, dienen. Insbesondere kann mit Hilfe einer derartigen Sensoreinrichtung der Reduktionsmittelbedarf im Abgasstrom und somit die notwendige Einspritzmenge des Reduktionsmittels in den Abgasstrom bestimmt werden. Hierzu kann die Sensoreinrichtung eine oder mehrere Sensoren aufweisen, wobei der jeweilige Sensor innerhalb der Re- duktionsmitteleinrichtung oder außerhalb der Reduktionsmitteleinrichtung angeordnet sein kann. So ist es vorstellbar, einen oder mehrere solche Sensoren in den Abgasstrom stromauf bzw. stromab des jeweiligen Injektors sowie stromab und stromauf einer zugehörigen Abgasbehandlungseinrichtung, beispielsweise eines zugehörigen Katalysators, anzuordnen, um besagten Reduktionsmittelbedarf zu bestimmen. Auch können derartigen Sensoren in der Versorgungsleitung, der Zuführleitung sowie der Rücklaufleitung angeordnet sein.
Es versteht sich, dass eine Abgasanlage mit einer erfindungsgemäßen Reduktionsmittelzuführeinrichtung ebenfalls zum Umfang dieser Erfindung gehört. Hierbei strömt das von der Brennkraftmaschine stammende Abgas durch zumindest eine Abgasleitung der Abgasanlage, wobei die Reduktionsmittelzuführeinrichtung das Reduktionsmittel stromauf einer Abgasbehandlungseinrichtung der Abgasanlage in dem Abgasstrom einbringt.
Als eine derartige Abgasbehandlungseinrichtung kommt beispielsweise ein Katalysator zur Abgasnachbehandlung zum Einsatz, wobei der Katalysator insbesondere als ein SCR-Katalysator ausgebildet sein kann.
Ferner kann die Abgasanlage zwei oder mehrere solche Abgasleitungen aufweisen. Hierbei können mehrere solche Injektoren vorgesehen sein, die jeweils das Reduktionsmittel in die gleiche Abgasleitung oder unterschiedlichen Abgasleitungen einbringen. Insbesondere ist es vorstellbar, dass die von einer gemeinsamen Fördereinrichtung mit Reduktionsmittel versorgten Injektoren des Reduktionsmittels in unterschiedlichen Abgasleitungen einbringen. Zudem sind Ausgestaltungen denkbar, bei denen zwei oder mehrere Abgasleitungen in einen gemeinsamen Zwischenabschnitt, insbesondere in einen gemeinsamen Sammelabschnitt, münden. In diesem Zwischenabschnitt erfolgt dann das Einspritzen des Reduktionsmittels durch zumindest einen solchen Injektor und optional eine entspre- chende Behandlung des Abgases. Stromabseitig des Zwischenabschnittes kann zumindest eine Abgasleitung fluidisch mit dem Zwischenabschnitt verbunden sein, um das Abgas von dem Zwischenabschnitt abzuführen.
Die erfindungsgemäße Reduktionsmittelzuführeinrichtung, die zum Zuführen eines Reduktionsmittels in eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist, umfasst wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Injektor zum Einspritzen des Reduktionsmittels in einen in der Abgasanlage geführten Abgasstrom, eine elektrisch ansteuerbare Fördereinrichtung zum Fördern des Reduktionsmittels, deren Saugseite mit einem Reduktionsmitteltank und deren Druckseite mit dem wenigstens einen Injektor hydraulisch verbunden ist, eine elektronische Steuereinrichtung zum elektrischen Ansteuern des wenigstens einen Injektors und der Fördereinrichtung, die mit dem wenigstens einen Injektor und mit der Fördereinrichtung elektrisch verbunden ist. Die erfindungsgemäße Reduktionsmittelzuführeinrichtung charkterisiert sich nun dadurch, dass eine Rücklaufleitung vorgesehen ist, die den Reduktionsmitteltank parallel zu dem wenigstens einen Injektor mit der Druckseite der Fördereinrichtung hydraulisch verbindet, dass ein elektrisch ansteuerbares Rücklaufsteuerventil zum Einstellen eines von der Fördereirichtung zum Reduktionsmitteltank geförderten Volumenstroms, also der Rücklaufmenge, vorgesehen ist, das in der Rücklaufleitung angeordnet ist, dass die Steuereinrichtung zum Ansteuern des Rücklaufsteuerventils ausgestaltet ist und mit dem Rücklaufsteuerventil elektrisch verbunden ist.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der zumindest zwei Injektoren vorgesehen sind, die parallel mit der Druckseite derselben Fördereinrichtung hydraulisch verbunden sind, wodurch die einspritzbare Menge zumindest verdopplet werden kann. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Steuereinrichtung so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb der Reduktionsmittelzuführeinrichtung ein Betriebsverfahren der nachstehend skizzierten Art ausführen kann.
Ein erfindungsgemäßes Reduktionsmittelzuführsystem, das ebenfalls zum Zuführen von Reduktionsmittel in eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen und geeignet ist, umfasst mindestens zwei Reduktionsmittelzuführeinrichtungen der vorstehend skizzierten Art, wobei die Steuereinrichtungen der Reduktionsmittelzuführeinrichtungen über einen Datenbus elektrisch miteinander verbunden sind, wobei nur eine Steuereinrichtung einer solchen Reduktionsmittelzuführteinrichtung als Master- Steuereinrichtung konfiguriert ist und im eingebauten Zustand des Reduktionsmittelzuführsystems mit einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine elektrisch verbunden ist, wobei bei genau zwei Reduktionsmittelzuführeinrichtungen die Steuereinrichtung der anderen Reduktionsmittelzuführeinrichtung als Slave- Steuereinrichtung konfiguriert ist und bei mehr als zwei Reduktionsmittelzuführeinrichtungen die Steuereinrichtungen aller anderen Reduktionsmittelzuführeinrichtungen jeweils als Slave-Steuereinrichtung konfiguriert sind.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung der vorstehend skizzierten Art charakterisiert sich dadurch, dass die Fördereinrichtung so angesteuert wird, dass sie eine vorbestimmte erste Fördermenge ansaugt und bei einem vorbestimmten Druck fördert, dass, wenn in einem ersten Fall nur ein Injektor vorgesehen ist, dieser Injektor so angesteuert wird, dass er eine gewünschte Einspritzmenge in die Abgasanlage eindüst, die kleiner ist als die erste Fördermenge, oder, wenn in einem zweiten Fall mehrere Injektoren vorgesehen sind, alle Injektoren so angesteuert werden, dass sie gemeinsam eine gewünschte Einspritzmenge in die Abgasanlage eindüsen, die kleiner ist als die erste Fördermenge, dass das Rücklaufsteuerventil so angesteuert wird, dass es eine gewünschte Rücklaufmenge zum Reduktionsmitteltank führt, die einer Differenz aus der ersten Fördermenge und der Einspritzmenge entspricht.
Bevorzugt ist nun eine Ausführungsform, bei welcher zum Einstellen einer anderen Einspritzmenge, die ebenfalls kleiner ist als oder gleich groß ist wie die erste Fördermenge, die Fördereinrichtung unverändert, also konstant zum Fördern der ersten Fördermenge angesteuert wird, wobei zum Einstellen der anderen Einspritzmenge im ersten Fall der eine Injektor so angesteuert wird, dass er diese andere Einspritzmenge in die Abgasanlage eindüst, oder im zweiten Fall alle Injektoren so angesteuert werden, dass sie gemeinsam diese andere Einspritzmenge in die Abgasanlage eindüsen, wobei zum Einstellen der anderen Einspritzmenge das Rücklaufsteuerventil so angesteuert wird, dass es eine andere Rücklaufmenge zum Reduktionsmitteltank führt, die einer Differenz der ersten Fördermenge und der anderen Einspritzmenge entspricht. Das bedeutet, dass zum Variieren der Einspritzmenge die Fördereinrichtung konstant betrieben werden kann, was deren Verschleiß erheblich reduziert.
Weiter ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der zum Einstellen einer anderen Einspritzmenge, die größer ist als die erste Fördermenge, die Fördereinrichtung so agesteuert wird, dass sie eine vorbestimmte zweite Fördermenge ansaugt und bei dem vorbesitmmten Druck fördert, die größer ist als die andere Einspritzmenge, wobei zum Einstellen der anderen Einspritzmenge im ersten Fall der eine Injektor so angesteuert wird, dass er die andere Einspritzmenge in die Abgasanlage eindüst, oder im zweiten Fall alle Injektoren so angesteuert werden, dass sie gemeinsam die andere Einspritzmenge in die Abgasanlage (1 ) eindüsen, wobei zum Einstellen der anderen Einspritzmenge das Rücklaufsteuerventil so angesteuert wird, dass es eine andere Rücklaufmenge zum Reduktionsmitteltank führt, die einer Differenz der zweiten Fördermenge und der anderen Einspritz- menge entspricht.
Für den Fall, dass zwei oder mehr als zwei Injektoren vorgesehen sind, kann entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Injektoren zum Einstellen einer gemeinsamen Einspritzmenge so angesteuert werden, dass die zeitlich versetzt öffnen. Hierdurch lassen sich Druckstöße im Reduktionsmittel zwischen der Fördereinrichtung und den Injektoren reduzieren, was die Lebensdauer der Reduktionsmittelzuführeinrichtung erhöht.
Weiterhin ist eine Ausfürhungsform bevorzugt, die davon ausgeht, dass der jeweilige Injektor zum Einstellen einer gewünschten injektorspezifischen Einspritzmenge so angesteuert wird, dass er während einer vorbestimmten Periodenzeitdauer für eine vorbestimmte Öffnungszeitdauer geöffnet wird. Der jeweilige Injektor kann dadurch extrem einfach aufgebaut werden, so dass er auch bei hohen Drücken zuverlässig funktioniert. Der Injektor unterscheidet somit nur zwei Zustände, nämlich offen einerseits und geschlossen andererseits. Durch die vorgegebene Periodenzeitdauer lässt sich außerdem eine Pulsweitenmodulation zum Einstellen der injektorspezifischen bzw. injektorindividuellen Einspritzmenge realisieren.
Ferner ist eine Weiterbildung bevorzugt, bei welcher für den Fall, dass genau zwei Injektoren vorgesehen sind, die Injektoren zum Einstellen einer durch die Summe der injektorspezifischen Einspritzmengen gebildeten gemeinsamen Einspritzmenge so angesteuert werden, dass beide Injektoren gleiche Periodenzeitdauern und gleiche Öffnungszeitdauern besitzen, wobei die Öffnungszeitdauer des einen Injektors um eine halbe Periodenzeitdauer gegenüber der Öffnungszeitdauer des anderen Injektors versetzt ist. Die zeitlich versetzte Ansteuerung reduziert die Druckstöße im Reduktionsmittel. Bei Öffnungszeitdauern, die größer als 50% der Periodenzeitdauer sind, führt der zeitliche Versatz der Öffnungszeitdauern um 50% der Periodenzeitdauer dazu, dass beim Öffnen des einen Injektors der andere Injektor immer noch geöffnet ist, so dass Druckstöße über den offenen Injektor abgebaut werden können. Hierdurch wird der Verschleiß der Reduktionsmittelzuführeinrichtung signifikant reduziert.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass zum Verändern der gewünschten injektorspezifischen Einspritzmenge die Periodenzeitdauer konstant gehalten wird und die Öffnungszeitdauer verändert wird. Dies entspricht im Wesentlichen einer Pulsweitenmodulation bei der Ansteuerung des jeweiliigen Injektors.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher die Fördereinrichtung hinsichtlich des vorbestimmten Drucks selbstregelnd ausgestaltet ist. Hierdurch entfällt eine aufwändige Druckregelung durch die jeweilige Steuereinrichtung.
Eine erfindungsgemäße Verwendung sieht vor, eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung der vorstehend skizzierten Art oder ein Reduktionsmittelzuführsystem der vorstehend genannten Art in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine einzusetzen, die als Großmotor mit wenigstens 600 kW Leistung und/oder wenigstens 10 Liter Hubraum ausgestaltet ist. Hierdurch lassen sich die großen Abgasmengen, die bei einem Großmotor anfallen, beherrschen.
Eine erfindungsgemäße Abgasanlage umfasst zumindest eine einen Abgasstrom führende Abgasleitung, in der eine Abgasbehandlungseinrichtung angeordnet ist, und eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art oder ein Reduktionsmittelzuführsystem der vorstehend beschriebenen Art jeweils zum Einbringen eines Reduktionsmittels in die Abgasleitung stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Figu.1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Abgasanlage,
Fig. 2 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung,
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Ansteuerung von zwei Injektoren,
Fig. 4 eine stark verinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Reduktionsmittelzuführsystems.
Gemäß Figur 1 weist eine Abgasanlage 1 einer Brennkraftmaschine 2 eine Abgasbehandlungsanlage 3 auf, die mehrere Abgasbehandlungseinrichtungen 4 umfasst. Ferner weist die Abgasanlage 1 eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 auf, wobei die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 Abgasleitungen 6 der Ab- gasanlage 1 mittels Injektoren 7 ein Reduktionsmittel 8 zuführt. Hierbei wird das Reduktionsmittel 8 mit der Hilfe der jeweiligen Injektoren 7 in einen Abgasstrom 9 eingespritzt, wobei der Abgasstrom 9 mit Hilfe von Pfeilen illustriert ist, während das Reduktionsmittel 8 in den Abgasleitungen 6 als Sprühstrahlen dargestellt ist. Das Reduktionsmittel 8, das beispielsweise eine harnstoffhaltige Flüssigkeit sein kann, gelangt mittels Versorgungsleitungen 10 zum jeweiligen Injektor 7. Die gezeigte Abgasanlage 1 weist hierbei rein exemplarisch vier solche Abgasleitungen 6 auf, in denen jeweils eine solche Abgasbehandlungseinrichtung 4 angeordnet ist, wobei der jeweiligen Abgasleitung 6 zwei solche Injektoren 7 zugeordnet sind, welche das Reduktionsmittel 8 jeweils stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung 4 in den Abgasstrom 9 einbringen. Ferner werden die zwei einer solchen Abgasleitung 6 zugehörigen Injektoren 7 mittels einer gemeinsamen Versorgungsleitung 10 mit Reduktionsmittel 8 versorgt.
Fig. 2 zeigt eine spezielle Ausführungsform einer derartigen Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5. Dementsprechend umfasst die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5, zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Injektor 7 zum Einspritzen des Reduktionsmittels in den in der Abgasanlage 1 geführten Abgasstrom 9, eine elektrisch ansteuerbare Fördereinrichtung 1 1 zum Fördern des Reduktionsmittels, deren Saugseite 33 mit dem Reduktionsmitteltank 13 und deren Druckseite 34 mit dem wenigstens einen Injektor 7 hydraulisch verbunden ist, und eine elektronische Steuereinrichtung 32 zum elektrischen Ansteuern des wenigstens einen Injektors 7 und der Fördereinrichtung 1 1 , die mit dem wenigstens einen Injektor 7 und mit der Fördereinrichtung 1 1 über entsprechende Steuerleitungen 40 elektrisch verbunden ist. Ferner ist wieder eine Rücklaufleitung 14 vorgesehen, die den Reduktionsmitteltank 13 parallel zu dem wenigstens einen Injektor 7 mit der Druckseite 34 der Fördereinrichtung 1 1 hydraulisch verbindet. Ein elektrisch ansteuerbares Rücklaufsteuerventil 21 zum Einstellen eines von der Fördereirichtung 1 1 zum Reduktionsmitteltank 13 geförderten Volumenstroms, das die Rück- laufmenge definiert, ist in der Rücklaufleitung 14 angeordnet. Die Steuereinrichtung 32 ist zum Ansteuern des Rücklaufsteuerventils 21 ausgestaltet ist und mit dem Rücklaufsteuerventil 21 ebenfalls über eine Steuerleitung 40 elektrisch verbunden. Im gezeigten Beispiel sind genau zwei Injektoren 7 vorgesehen, die parallel mit der Druckseite 34 der Fördereinrichtung 1 1 hydraulisch verbunden sind. Die Steuereinrichtung 32 ist nun so programmiert und/oder ausgestaltet, dass sie das nachfolgend och erläuterte Betriebsverfahren ausführen kann.
Die Injektoren 7 sind in Fig. 2 jeweils als Kombination bestehend aus einem elektrisch ansteuerbaren Ventil und einem Düsenkörper dargesetellt. Die Fördereinrichtung 1 1 ist in einem Gehäuse 41 angeordnet, das auch die Steuereinrichtung 32 enthalten kann. Jedenfalls enthält das Gehäuse 41 hier ein Invertierungsventil 42, mit dem die Förderrichtung der Fördereinrichtung 1 1 umkehrbar ist. Ferner finden sich im Gehäuse 41 ein Filter 43, eine in der Rücklaufleitung 14 angeordnete Drosselstelle 44, eine in der Rücklaufleitung 14 angeordnetes Rücklaufsperrventil 45 und ein in der zu den Injektoren 7 führenden Versorgungsleitung 10 angeordneter Drucksensor 46.
Gemäß Fig. 1 ist nun die jeweilige Versorgungsleitung 10 mit der Fördereinrichtung 1 1 verbunden, so dass die jeweilige Fördereinrichtung 1 1 die Injektoren 7 einer solchen Abgasleitung 6 mit Reduktionsmittel 8 versorgt. Die jeweilige Fördereinrichtung 1 1 , die beispielsweise als Pumpe ausgestaltet sein kann, bezieht das Reduktionsmittel 8 mittels einer Zuführleitung 12 aus einem Reduktionsmittelbehälter oder Reduktionsmitteltank 13. Ferner ist zur jeweiligen Fördereinrichtung 1 1 eine Rücklaufleitung 14 vorgesehen, die der Rückführung einer Rückführmenge des Reduktionsmittels 8 von der Fördereinrichtung 1 1 zum Reduktionsmittelbehälter 13 dient. Die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 weist ein Steuergerät 15 auf, das die Fördereinrichtungen 1 1 und die Injektoren 7 betätigt und ansteuert. Hierzu sind die Fördereinrichtungen 1 1 jeweils mittels einer Steuerleitung 16 an das Steuergerät 15 angeschlossen. Ferner sind die einer solchen Abgasleitung 6 zugehörigen Injektoren 7 jeweils paarweise über eine Steuerleitung 17 mit dem Steuergerät 15 verbunden. Die Verbindung der Fördereinrichtungen 1 1 mittels der Steuerleitungen 16 mit dem Steuergerät 15 erfolgt hierbei über Endstufen 18 des Steuergerätes 15, wobei der jeweiligen Fördereinrichtung 1 1 eine solche Endstufe 18, die nachfolgend als Förderendstufe 18 bezeichnet wird, realisiert ist. Ferner ist die Verbindung der Injektoren 7 mit dem Steuergerät 15 mittels der Steuerleitungen 17 ebenfalls mittels Endstufen 19 des Steuergerätes 15 realisiert, die nachfolgend als Injektorendstufen 19 bezeichnet werden. Hierbei sind die zwei einer solchen Abgasleitung 6 zugehörigen Injektoren 7 mit einer solchen Injektorendstufe 19 verbunden. Die beiden zugehörigen Injektoren 7 sind ferner jeweils mittels einer Signalleitung 20 mit dem Steuergerät 15 verbunden, um dem Steuergerät Information über den aktuellen Betriebszustand des jeweiligen Injektors 7 zu übermitteln.
In der jeweiligen Rücklaufleitung 14 ist eine Ventileinrichtung 21 angeordnet, welche die von der zugehörigen Fördereinrichtung 1 1 zum Reduktionsmittelbehälter 13 rückgeführte Rückführmenge des Reduktionsmittels 8 variieren kann. Hierzu ist die jeweilige Ventileinrichtung 21 steuerbar ausgestaltet und mittels einer Signalleitung 22 mit einer zugehörigen Endstufe 23 des Steuergerätes 15 verbunden, wobei diese Endstufen 23 nachfolgend als Ventilendstufen 23 bezeichnet werden. Ebenso ist es denkbar, die jeweilige Ventileinrichtung 21 mittels einer Steuerleitung mit dem Steuergerät 15 zu verbinden, um beispielsweise Information über den aktuellen Betriebszustand der jeweiligen Ventileinrichtung 21 an das Steuergerät 15 zu übermitteln. Das Steuergerät 15 umfasst ferner einen Prozessor 24, in dem Algorithmen und dergleichen zum Ansteuern der Ventileinrichtun- gen 21 sowie der Injektoren 7 und der Fördereinrichtungen 1 1 hinterlegt sind. Mit anderen Worten, das Steuergerät 15 ist derart programmiert, dass es die Injektoren 7 sowie die Ventileinrichtungen 21 und die Fördereinrichtungen 1 1 ansteuern kann. Hierbei werden die Ventileinrichtungen 21 derart angesteuert, dass die von der jeweiligen Fördereinrichtung 1 1 zum Reduktionsmittelbehälter 13 rückgeführte Rückführmenge des Reduktionsmittels 8 reduziert wird, um eine von den zugehörigen Injektoren 7 in den Abgasstrom 9 eingebrachte Einspritzmenge bzw. Einsprühmenge des Reduktionsmittels 8 zu steigern. Alternativ oder zusätzlich kann die Rückführmenge bei der Steigerung der Einspritzmenge des Reduktionsmittels 8 reduziert werden. Dementsprechend wird die Rückführmenge des Reduktionsmittels 8 vergrößert, um die durch die zugehörigen Injektoren 7 in dem Abgasstrom 9 eingebrachte Einspritzmenge des Reduktionsmittels 8 zu verringern und/oder die Rückführmenge wird bei der Reduzierung der Einspritzmenge erhöht. Die jeweilige Ventileinrichtung 21 kann also geschlossen werden, um die gesamte von der zugehörigen Fördereinrichtung 1 1 geförderte Fördermenge des Reduktionsmittels 8 den zugehörigen Injektoren 7 zuzuführen. Analog kann vorgesehen sein, dass beim gänzlichen Öffnen der Ventileinrichtung 21 die gesamte Fördermenge der zugehörigen Fördereinrichtung 1 1 zum Reduktionsmittelbehälter 13 zurückgeführt wird, so dass kein Reduktionsmittel 8 durch die zugehörigen Injektoren 7 in den Gasstrom 9 gelangen kann. Die Änderung der Rückführmenge erfolgt hierbei kontinuierlich zwischen diesen Werten bzw. Zuständen, so dass durch die Variation der Rückführmenge keine Druckpulsationen entstehen können. Insgesamt ist hierdurch eine im Wesentlichen konstante Förderleistung der zugehörigen Fördereinrichtung 1 1 und/oder ein im Wesentlichen konstanter Druck im Reduktionsmittel 8 druckseitig der zugehörigen Injektoren 7 bzw. innerhalb der zugehörigen Versorgungsleitung 10 gewährleistet.
Die in Fig. 2 gezeigte Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 kann bevorzugt wie folgt betrieben werden: Die Fördereinrichtung 1 1 wird von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert, dass sie eine vorbestinnnnte erste Fordermenge ansaugt und bei einem vorbestimmten Druck fördert, wobei, wenn in einem ersten Fall nur ein Injektor 7 vorgesehen ist, dieser Injektor 7 von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert wird, dass er eine gewünschte Einspritzmenge in die Abgasanlage 1 eindüst, die kleiner ist als die erste Fördermenge, oder, wenn in einem zweiten Fall mehrere Injektoren 7 vorgesehen sind, alle Injektoren 7 von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert werden, dass sie gemeinsam eine gewünschte Einspritzmenge in die Abgasanlage 1 eindüsen, die kleiner ist als die erste Fördermenge, wobei das Rücklaufsteuerventil 21 von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert wird, dass es eine gewünschte Rücklaufmenge zum Reduktionsmitteltank 13 führt, die einer Differenz aus der ersten Fördermenge und der Einspritzmenge entspricht.
Das Einstellen einer anderen Einspritzmenge, die ebenfalls kleiner ist als oder gleich groß ist wie die erste Fördermenge, wird dadurch erreicht, dass über die Steuereinrichtung 32 die Fördereinrichtung 1 1 unverändert zum Fördern der ersten Fördermenge angesteuert wird, dass zum Einstellen der anderen Einspritzmenge im ersten Fall der eine Injektor 7 von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert wird, dass er diese andere Einspritzmenge in die Abgasanlage 1 eindüst, oder im zweiten Fall alle Injektoren 7 so angesteuert werden, dass sie gemeinsam diese andere Einspritzmenge in die Abgasanlage 1 eindüsen, wobei zum Einstellen der anderen Einspritzmenge das Rücklaufsteuerventil 21 von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert wird, dass es eine andere Rücklaufmenge zum Reduktionsmitteltank 13 führt, die einer Differenz der ersten Fördermenge und der anderen Einspritzmenge entspricht.
Soll dagegen eine andere Einspritzmenge eingespritzt werden, die größer ist als die erste Fördermenge, wird die Fördereinrichtung 1 1 von der Steuereinrichtung 32 so agesteuert, dass sie eine vorbestimmte zweite Fördermenge ansaugt und bei dem vorbesitmmten Druck fördert, die größer ist als die andere Einspritzmenge, wobei zum Einstellen der anderen Einspritzmenge im ersten Fall der eine Injektor 7 von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert wird, dass er die andere Einspritzmenge in die Abgasanlage 1 eindüst, oder im zweiten Fall alle Injektoren 7 von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert werden, dass sie gemeinsam die andere Einspritzmenge in die Abgasanlage 1 eindüsen, wobei zum Einstellen der anderen Einspritzmenge das Rücklaufsteuerventil 21 von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert wird, dass es eine andere Rücklaufmenge zum Reduktionsmitteltank 13 führt, die einer Differenz der zweiten Fördermenge und der anderen Einspritzmenge entspricht.
Die Fördereinrichtung 1 1 ist zweckmäßig hinsichtlich des vorbestimmten Drucks selbstregelnd ausgestaltet, was den Regelungsaufwand der jeweiligen Steuereinrichtung 32 erheblich reduziert.
Die Änderung der Einspritzmenge des jeweiligen Injektors 7 kann durch eine entsprechende Öffnungszeit einer Injektoröffnung 25 des zugehörigen Injektors 7 erfolgen. Das heißt, dass die Injektoröffnung 25 geschlossen und geöffnet wird, so dass Reduktionsmittel 8 in entsprechenden Einspritzzyklen in den Abgasstrom eingebracht wird. Bei einer entsprechenden Erhöhung der Öffnungszeit kann also die Einspritzmenge erhöht werden, wobei gleichzeitig oder währenddessen die Rückführmenge mittels der zugehörigen Ventileinrichtung 21 reduziert wird. Analog kann die Einspritzmenge durch eine Reduzierung der Öffnungszeit der zugehörigen Injektoröffnung 25 reduziert werden, wobei gleichzeitig oder währenddessen die Rückführmenge mittels der zugehörigen Ventileinrichtung 21 erhöht wird. Ensprechend Fig. 3 erfolgt das Öffnen und Schließen der jeweiligen Injektoröffnung 25 bevorzugt mittels Pulsweitenmodulation (PWM), wobei ein entsprechendes PWM-Signal mittels des Steuergerätes 15 bzw. der Steuereinrichtung 32 über die Signalleitung 17 bzw. über die Steuerleitung 40 zu einem solchen Injektor 7 des Injektorpaares der jeweiligen Abgasleitung 6 gesendet wird. Der das PWM-Signal empfangende Injektor 7 kann gemäß Fig. 1 mittels einer Kopplungsleitung 26 mit dem anderen Injektor 7 des Injektorpaars verbunden sein, derart dass das an dem direkt mit dem Steuergerät 15 über die Signalleitung 17 verbundene Injektor 7 gesendete PWM-Signal zeitverzögert beim anderen Injektor 7 ankommt. Alternativ können die Injektoren 7 gemäß Fig 2 separat von der Steuereinrichtung 32, bevorzugt zeitverzögert, angesteuert werden. Die Zeitverzögerung ist hierbei derart gewählt, dass sich die Öffnungszeiten der Injektoröffnungen 25 der zugehörigen Injektoren 7 überlappen. Somit gelingt es, Druckpulsationen in der Versorgungsleitung 10 zu vermeiden.
In Fig. 3 ist der bevorzugte Fall dargestellt, dass nur zwei Injektoren 7 vorgesehen sind. DM1 bezeichnet die Steuerpulse des einen Injektors 7, während DM2 die Steuerpulse des anderen Injektors 7 bezeichnet. Demgemäß kann der jeweilige Injektor 7 zum Einstellen einer gewünschten injektorspezifischen Einspritzmenge von der Steuereinrichtung 32 so angesteuert werden, dass er während einer vorbestimmten Periodenzeitdauer (im Beispiel der Fig. 3 jeweils 1 Sekunde) für eine vorbestimmte Öffnungszeitdauer geöffnet wird (im Beispiel jeweils 250 ms). Für den hier gezeigten Sonderfall, dass genau zwei Injektoren 7 vorgesehen sind, werden die beiden die Injektoren 7 von der Steuereinrichtung 32 zum Einstellen einer durch die Summe der injektorspezifischen Einspritzmengen gebildeten gemeinsamen Einspritzmenge so angesteuert, dass beide Injektoren 7 gleiche Periodenzeitdauern, hier 1000ms, und gleiche Öffnungszeitdauern, hier z.B. 250 ms, besitzen, wobei die Öffnungszeitdauer des einen Injektors 7 um eine halbe Periodenzeitdauer, also 500 ms gegenüber der Öffnungszeitdauer des an- deren Injektors 7 versetzt ist. Zum Verändern der gewünschten injektorspezifischen Einspritzmenge wird die Periodenzeitdauer konstant gehalten, während die Öffnungszeitdauer verändert wird.
Durch die Variation Rückführmenge bei der und/oder zur Änderung der Einspritzmenge ist es insbesondere möglich, die jeweilige Fördereinrichtung 1 1 konstant, das heißt auf einem konstanten Betriebszustand zu betreiben, was die Lebensdauer der jeweiligen Fördereinrichtung 1 1 und somit die Lebensdauer der zugehörigen Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 bzw. Abgasanlage 1 erhöht. Zudem ist es möglich, innerhalb der zugehörigen Versorgungsleitung 10 und insbesondere druckseitig der zugehörigen Injektoren 7 bzw. Injektoröffnungen 25, insbesondere bei im Wesentlichen gleichbleibenden Betriebszuständen der zugehörigen Fördereinrichtung 1 1 , im Wesentlichen konstante Druckverhältnisse zur Verfügung zu stellen, um eine genauere Variation der Einspritzmenge zu erreichen. Hierbei bestimmt sich die Einspritzmenge nach der im Abgasstrom 9 benötigten Reduktionsmittelmenge, die notwendig ist, um eine entsprechende Nachbehandlung durch die Abgasbehandlungseinrichtung 4 zu gewährleisten. Bei dem als SCR-Katalysator 27 ausgebildeten Abgasbehandlungseinrichtungen 4 wird also die Reduktionsmittelmenge und somit die Einspritzmenge des Reduktionsmittels 8 derart gewählt, dass hierdurch eine ausreichende Umwandlung von Stickstoffoxiden zu Stickstoff gewährleistet ist.
Zur Bestimmung der benötigten Reduktionsmittelmenge des Reduktionsmittels 8 und dementsprechend die Einspritzmenge und folglich auch der Rückführmenge des Reduktionsmittels 8 ist hierbei eine Sensoreinrichtung 28 vorgesehen, die zwei Sensoren 29, 30 aufweist, welche jeweils an einer Schnittstelle 31 des Steuergerätes 15 mit dem Steuergerät 15 verbunden sind. Hierbei sind die Sensoren 29, 30 beispielsweise in einer solchen Abgasleitung 6 stromauf und/oder stromab der Injektoren 7 angeordnet, um die benötigte Reduktionsmittelmenge bzw. Einspritzmenge zu bestimmen. Auch ist es vorstellbar, derartige Sensoren 29, 30 stromab der Abgasbehandlungseinrichtung 4 anzuordnen. Die Steuereinrichtung 15 weist eine weitere solche Schnittstelle 31 auf, die beispielsweise als Datenbusschnittstelle 31 ausgestaltet sein kann, um einen Datenbus an das Steuergerät 15 anzuschließen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 modular aufgebaut. Das heißt, dass die Reduktionsmittelzuführeinrichtung insbesondere solche Injektoren 7 aufweisen kann, die jeweils ein Injektormodul 7 bilden. Ferner kann die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 solche Fördereinrichtungen 1 1 aufweisen, die jeweils ein Fördermodul 1 1 der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 bilden. Auch kann die jeweilige Ventileinrichtung 21 ein Ventilmodul 21 bilden. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 15 durch entsprechende Fördermodule 1 1 bzw. Injektormodule 7 sowie Ventilmodule 21 nahezu beliebig zu erweitern. Hierzu weist das Steuergerät 15 eine Vielzahl von Förderendstufen 18 und/oder Injektorendstufen 19 und/oder Ventilendstufen 23 auf, wobei an die jeweilige Endstufe 18, 19, 23 ein solches Modul 7, 1 1 , 21 oder mehrere solche Module 7, 1 1 , 21 anschließbar sind Im gezeigten Beispiel sind an der jeweiligen Injektorendstufe 19 zwei solche Injektormodule 7 angeschlossen, die einer solchen Abgasleitung 6 zugeordnet sind.
Ferner werden zwei solche Injektormodule 7 von einem solchen Fördermodul 1 1 mittels einer gemeinsamen Versorgungsleitung 10 mit Reduktionsmittel 8 versorgt, wobei beide Injektoren 7 bzw. Injektormodule 7 einer solchen Abgasleitung 6 zugeordnet sind. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass unterschiedliche Injektormodule 7, welche von einem gemeinsamen Fördermodul 1 1 oder mehreren gemeinsamen Fördermodulen 1 1 mit Reduktionsmittel 8 versorgt werden, Reduktionsmittel 8 in unterschiedlichen Abgasleitungen 6 einbringen. Falls die Anzahl der Endstufen 18, 19, 23 des Steuergerätes 15 insbesondere für eine erwünschte Erweiterung der modular aufgebauten Reduktionsmittelzu- führeinrichtung 15 nicht ausreichen, so ist es auch möglich, die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 15 durch ein solches weiteres Steuergerät 15 oder mehrere solche weitere Steuergeräte 15 zu ergänzen. Hierbei sind die jeweiligen Steuergeräte 15, beispielsweise durch eine solche Schnittstelle 31 , kommunizierend miteinander verbunden, wobei diese Verbindung derart erfolgt, dass die Steuergeräte 15 eine Kaskade ausbilden, wobei die Steuergeräte 15 bevorzugt nach dem Master-Slave-Prinzip funktionieren.
Fig. 4 zeigt eine alternative Lösung, bei der mehrere Reduktionsmittelzuführeinrichtungen 5 gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform zur Anwendung kommen, um ein Reduktionsmittelzuführsystem 38 zu bilden. Im gezeigten BEi- spiel werden dabei fünf derartige Reduktionsmittelzuführeinrichtungen 5 verbaut. In diesem Reduktionsmittelzuführsystem 38 sind die Steuereinrichtungen 32 aller Reduktionsmittelzuführeinrichtungen 5 über einen Datenbus 35 elektrisch miteinander verbunden. Dabei ist nur eine Steuereinrichtung 32 einer solchen Reduk- tionsmittelzuführteinrichtung 5 als Master-Steuereinrichtung 36 konfiguriert und im eingebauten Zustand des Reduktionsmittelzuführsystems 38 mit einem Motorsteuergerät 37 der Brennkraftmaschine 2 elektrisch verbunden, z.B. über einen anderen Datenbus 47. Im Unterschied dazu sind die Steuereinrichtungen 32 aller anderen Reduktionsmittelzuführeinrichtungen 5 jeweils als Slave- Steuereinrichtung 39 konfiguriert.

Claims

Ansprüche
Reduktionsmittelzuführeinrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels in eine Abgasanlage (1 ) einer Brennkraftmaschine (2), vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs,
- mit wenigstens einem elektrisch ansteuerbaren Injektor (7) zum Einspritzen des Reduktionsmittels (8) in einen in der Abgasanlage (1 ) geführten Abgasstrom (9),
- mit einer elektrisch ansteuerbaren Fördereinrichtung (1 1 ) zum Fördern des Reduktionsmittels (8), deren Saugseite (33) mit einem Reduktionsmitteltank (13) und deren Druckseite (34) mit dem wenigstens einen Injektor (7) hydraulisch verbunden ist,
- mit einer elektronischen Steuereinrichtung (32) zum elektrischen Ansteuern des wenigstens einen Injektors (7) und der Fördereinrichtung (1 1 ), die mit dem wenigstens einen Injektor (7) und mit der Fördereinrichtung (1 1 ) elektrisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
- dass eine Rücklaufleitung (14) vorgesehen ist, die den Reduktionsmitteltank (13) parallel zu dem wenigstens einen Injektor (7) mit der Druckseite (34) der Fördereinrichtung (1 1 ) hydraulisch verbindet,
- dass ein elektrisch ansteuerbares Rücklaufsteuerventil (21 ) zum Einstellen eines von der Fördereirichtung (1 1 ) zum Reduktionsmitteltank (13) geförderten Volumenstroms (Rücklaufmenge) vorgesehen ist, das in der Rücklaufleitung (14) angeordnet ist, - dass die Steuereinrichtung (32) zum Ansteuern des Rücklaufsteuerventils (21 ) ausgestaltet ist und mit dem Rücklaufsteuerventil (21 ) elektrisch verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest zwei Injektoren (7) vorgesehen sind, die parallel mit der Druckseite (34) der Fördereinrichtung (1 1 ) hydraulisch verbunden sind.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (32) so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass sie ein Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12 ausführen kann.
Reduktionsmittelzuführsystem zum Zuführen von Reduktionsmittel (8) in eine Abgasanlage (1 ) einer Brenn kraftmasch ine (2), vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs,
- mit mindestens zwei Reduktionsmittelzuführeinrichtungen (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- wobei die Steuereinrichtungen (32) der Reduktionsmittelzuführeinrichtungen (5) über einen Datenbus (35) elektrisch miteinander verbunden sind,
- wobei nur eine Steuereinrichtung (32) einer solchen Reduktionsmittel- zuführteinrichtung (5) als Master-Steuereinrichtung (36) konfiguriert ist und im eingebauten Zustand des Reduktionsmittelzuführsystems (38) mit einem Motorsteuergerät (37) der Brennkraftmaschine (2) elektrisch verbunden ist, - wobei bei genau zwei Reduktionsmittelzuführeinrichtungen (5) die Steuereinrichtung (32) der anderen Reduktionsmittelzuführeinrichtung (32) als Slave-Steuereinrichtung (39) konfiguriert ist und bei mehr als zwei Reduktionsmittelzuführeinrichtungen (5) die Steuereinrichtungen (32) aller anderen Reduktionsmittelzuführeinrichtungen (5) jeweils als Slave-Steuereinrichtung (39) konfiguriert sind.
5. Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem die Fördereinrichtung (1 1 ) so angesteuert wird, dass sie eine vorbestimmte erste Fördermenge ansaugt und bei einem vorbestimmten Druck fördert,
bei dem, wenn in einem ersten Fall nur ein Injektor (7) vorgesehen ist, dieser Injektor (7) so angesteuert wird, dass er eine gewünschte Einspritzmenge in die Abgasanlage (1 ) eindüst, die kleiner ist als die erste Fördermenge, oder, wenn in einem zweiten Fall mehrere Injektoren (7) vorgesehen sind, alle Injektoren (7) so angesteuert werden, dass sie gemeinsam eine gewünschte Einspritzmenge in die Abgasanlage (1 ) eindü- sen, die kleiner ist als die erste Fördermenge,
bei dem das Rücklaufsteuerventil (21 ) so angesteuert wird, dass es eine gewünschte Rücklaufmenge zum Reduktionsmitteltank (13) führt, die einer Differenz aus der ersten Fördermenge und der Einspritzmenge entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Einstellen einer anderen Einspritzmenge, die ebenfalls kleiner ist als oder gleich groß ist wie die erste Fördermenge, die Fördereinrich- tung (1 1 ) unverändert zum Fördern der ersten Fördermenge angesteuert wird,
dass zum Einstellen der anderen Einspritzmenge im ersten Fall der eine Injektor (7) so angesteuert wird, dass er diese andere Einspritzmenge in die Abgasanlage (1 ) eindüst, oder im zweiten Fall alle Injektoren (7) so angesteuert werden, dass sie gemeinsam diese andere Einspritzmenge in die Abgasanlage (1 ) eindüsen,
dass zum Einstellen der anderen Einspritzmenge das Rücklaufsteuerventil (21 ) so angesteuert wird, dass es eine andere Rücklaufmenge zum Reduktionsmitteltank (13) führt, die einer Differenz der ersten Fördermenge und der anderen Einspritzmenge entspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Einstellen einer anderen Einspritzmenge, die größer ist als die erste Fördermenge, die Fördereinrichtung (1 1 ) so agesteuert wird, dass sie eine vorbestimmte zweite Fördermenge ansaugt und bei dem vor- besitmmten Druck fördert, die größer ist als die andere Einspritzmenge, dass zum Einstellen der anderen Einspritzmenge im ersten Fall der eine Injektor (7) so angesteuert wird, dass er die andere Einspritzmenge in die Abgasanlage (1 ) eindüst, oder im zweiten Fall alle Injektoren (7) so angesteuert werden, dass sie gemeinsam die andere Einspritzmenge in die Abgasanlage (1 ) eindüsen,
dass zum Einstellen der anderen Einspritzmenge das Rücklaufsteuerventil (21 ) so angesteuert wird, dass es eine andere Rücklaufmenge zum Reduktionsmitteltank (13) führt, die einer Differenz der zweiten Fördermenge und der anderen Einspritzmenge entspricht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass für den Fall, dass zwei oder mehr als zwei Injektoren (7) vorgesehen sind, die Injektoren (7) zum Einstellen einer gemeinsamen Einspritzmenge so angesteuert werden, dass die zeitlich versetzt öffnen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Injektor (7) zum Einstellen einer gewünschten injektorspezifischen Einspritzmenge so angesteuert wird, dass er während einer vorbestimmten Periodenzeitdauer für eine vorbestimmte Öffnungszeitdauer geöffnet wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9,
dadruch gekennzeichnet,
dass für den Fall, dass genau zwei Injektoren (7) vorgesehen sind, die Injektoren (7) zum Einstellen einer durch die Summe der injektorspezifischen Einspritzmengen gebildeten gemeinsamen Einspritzmenge so angesteuert werden, dass beide Injektoren (7) gleiche Periodenzeitdauern und gleiche Öffnungszeitdauern besitzen, wobei die Öffnungszeitdauer des einen Injektors (7) um eine halbe Periodenzeitdauer gegenüber der Öffnungszeitdauer des anderen Injektors (7) versetzt ist.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Verändern der gewünschten injektorspezifischen Einspritzmenge die Periodenzeitdauer konstant gehalten wird und die Öffnungszeitdauer verändert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Fördereinrichtung (1 1 ) hinsichtlich des vorbestimmten Drucks selbstregelnd ausgestaltet ist.
12. Verwendung einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder eines Reduktionsmittelzuführsystems (38) nach Anspruch 4 in einer Abgasanlage (1 ) einer Brennkraftmaschine (2), die als Großmotor mit wenigstens 600 kW Leistung und/oder wenigstens 10 Liter Hubraum ausgestaltet ist.
13. Abgasanlage (1 ) mit zumindest einer einen Abgasstrom (9) führenden Abgasleitung (6), in der eine Abgasbehandlungseinrichtung (4) angeordnet ist, und mit einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder mit einem Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 4 zum Einbringen eines Reduktionsmittels (8) in die Abgasleitung (6) stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung (4).
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