WO2014086572A1 - Verfahren zur entleerung einer vorrichtung zur bereitstellung eines flüssigen additivs - Google Patents

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Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a device for the provision of liquid additive.
  • Devices for providing liquid additive are used, for example, in motor vehicles to supply exhaust aftertreatment devices with a liquid additive such as fuel and / or urea water solution.
  • Exhaust gas treatment devices to which a liquid additive is supplied, are used in particular in motor vehicles with diesel engines.
  • exhaust gas treatment systems or exhaust gas treatment processes are typically used to purify the exhaust gases, in which nitrogen oxide compounds in the exhaust gas are reduced by the aid of a liquid additive.
  • Particularly often urea-water solution is used as a liquid additive, the z. B. for the purpose of the method of selective catalytic reduction with a urea content of 32.5% under the trade name AdBlue® is available.
  • liquid water-based additives can freeze at low temperatures.
  • the described urea-water solution AdBlue® freezes at -11 ° C.
  • Such low temperatures can occur in motor vehicles, especially during long downtimes.
  • By freezing the liquid additive occurs an increase in volume of the liquid additive.
  • This increase in volume can lead to a significant pressure increase in the system and therefore there is a risk that certain components of the device may be damaged or even destroyed.
  • the invention relates to a method for operating a device for providing a liquid additive with a conveying path along which the liquid additive is conveyed, wherein the conveying path has at least one first section, in which a peristaltic pump is arranged, which consists of the liquid additive precipitated deposits can be damaged, and the conveyor further comprises at least a second portion in which a freezing-sensitive component is arranged.
  • the method has at least the following steps:
  • the liquid additive is preferably urea-water solution.
  • a conveying path from an intake point in a tank to an addition point for the liquid additive to an exhaust gas treatment device is meant by the conveying path.
  • the conveying path is at least predominantly formed by a line and / or a channel through which the liquid additive is conveyed.
  • the liquid additive is stored in the tank.
  • the suction point is preferably formed in the vicinity of the tank bottom so that the liquid additive stored in the tank can be conveyed as completely as possible out of the tank.
  • the addition point to the exhaust gas treatment device preferably has at least one injector and / or nozzle and / or a (passive) valve.
  • the liquid additive of the exhaust gas treatment device may preferably be fed with fine atomization (possibly by means of compressed air).
  • One Injector allows dosage of the liquid additive.
  • a dosage is made goal-oriented, for example, by setting the opening time of the injector.
  • On or in the conveying path a conveying means is preferably arranged, with which the promotion of the liquid additive takes place.
  • the conveying means is preferably at least one pump.
  • a conveying means for example, a piston pump, a diaphragm pump or a positive displacement pump can be used.
  • the conveying means is adapted to convey the liquid additive from the suction point along the conveying path with a corresponding conveying direction to the point of addition.
  • the first section and the second section are regions of the conveying path, which are arranged in the conveying direction of the liquid additive through the conveying path from the tank to the addition point (possibly directly) one behind the other.
  • the conveying path can have a plurality of first sections and / or a plurality of second sections.
  • a first section is preferably arranged.
  • the freeze-sensitive component is a (in particular electronic and / or mobile) component, which in particular has the property that it can be damaged by a volume expansion during freezing of the - located in the vicinity - liquid additive.
  • a component is, for example, a sensitive sensor element, such as a pressure sensor.
  • a pressure sensor typically measures a pressure change via deformation of a movable pressure receiving member. Due to the large volume expansion during freezing, such a pressure sensor can therefore be damaged very easily, because a permissible maximum expansion is exceeded.
  • the freeze-sensitive component can also be a valve that is not designed for the loads that occur during freezing.
  • a peristaltic pump is also referred to below as an operating component.
  • a peristaltic pump or an operating component is a component of the device which is in contact with the liquid additive or through which the additive flows.
  • the peristaltic pump actively realizes a promotion and / or an active compensation of movements of the additive in the device.
  • a peristaltic pump or an operating component detects components that move themselves within or adjacent to the lines for the additive. These components may, for example, have sealing surfaces that are exposed to liquid additive. The imminent damage due to precipitated deposits can be done here, for example, by abrasive machining of sealing surfaces, blockage of closing arrangements, agglomeration of deposits, etc.
  • the peristaltic pump is designed, in particular, so that it can realize a reversible conveying direction, that is to say it can convey additives in a predetermined manner in two opposite directions.
  • a peristaltic pump is a positive displacement pump in which the additive to be delivered z. B. by external mechanical deformation of a flexible conduit (such as a hose) is pushed therethrough.
  • the conveying of liquid additive along the conveying path in step a) corresponds to a normal operation of a device for providing the liquid additive.
  • the liquid additive is supplied, for example, to an exhaust gas treatment device.
  • a motor vehicle in which the described device is installed is operated regularly. This means that the internal combustion engine of the motor vehicle is running and exhaust gases of the combustion engine are cleaned in the gas treatment device from Ab.
  • Stopping the production in step b) corresponds to a normal stop of production.
  • Such a typical stop of operation typically takes place in parallel with an operation stop of the motor vehicle, in which the combustion engine and the exhaust treatment device of the motor vehicle are deactivated or stopped.
  • step c) the conveying path is partially emptied, with second sections being emptied and liquid additive remaining in first sections.
  • Freeze-sensitive components of the device are preferably arranged only on second sections, which are emptied in step c).
  • other operating components can exist which can be damaged by deposits precipitated from the liquid additive, which are arranged in first sections and which are not emptied in step c).
  • further pumps and / or multiple peristaltic pumps may be arranged in first sections of the delivery path of the device.
  • the described method is based on the finding that, especially in the case of devices which are emptied during an operating stop, damage due to abrasive discharges from the liquid additive is particularly frequent. It has been found that such deposits are formed in particular when the device for providing liquid additive is emptied and residual droplets of the liquid additive then evaporate. When the liquid additive is urea-water solution and evaporates, crystalline urea particles (such as biuret) remain which form the precipitates described. The risk of formation of deposits is substantially lower in areas of the conveying path which are completely filled with liquid additive. In such areas, on the one hand less evaporation occurs.
  • the liquid additive also remains after step c).
  • the emptying takes place in step c), preferably only partially and in such a targeted manner that liquid additive remains in the first sections while second sections are emptied.
  • the device is preferably constructed so that at least one of the following effects ensures that the liquid additive present in the at least one first section can not shift: capillary forces, surface tension effects of the additive, and hydrostatic forces.
  • capillary forces surface tension effects of the additive
  • hydrostatic forces hydrostatic forces.
  • the method is particularly advantageous when the liquid additive is conveyed along the conveying path in step a) with a conveying direction, and the emptying in step c) takes place at least predominantly counter to the conveying direction. It is preferred that for discharging the conveying path according to step c), a conveying direction of a pump (in particular the peristaltic pump) for conveying the liquid additive is reversed.
  • a pump in particular the peristaltic pump
  • a conveying means in particular a pump or peristaltic pump - also collectively referred to below as "pump"
  • Liquid additive is then typically forced back into the tank through the suction point on the tank.
  • gas or air is sucked.
  • the conveying path is then filled with air or gas, which replaces the liquid additive.
  • each portion of the recirculated additive is conveyed exclusively towards the suction, but it can also be provided that on the conveying path z.
  • B. at least one (branching) storage volume is provided, in which a (small) portion of the recirculated additive during step c) flows. In the latter case, however, the "predominant portion" of the returned additive is withdrawn from the conveying direction counter to the conveying direction.
  • Such a reversal of the conveying direction of a pump is a technically particularly simple variant in order to realize a reversible conveying direction in a device.
  • a section of the conveying path is deformed in the manner of a peristaltic movement in order to move the liquid additive in the conveying direction, such a pump preferably having a rotary drive and the peristaltic movement via a movable pump element
  • the movable pump element can, for example, be an eccentric, and such a pump is preferably designed such that a reversal of the conveying direction is possible by reversing the drive direction of the drive.
  • a device for providing liquid additive has two (possibly different) conveying means, wherein a first conveying means is adapted to promote liquid additive in the regular operation (step a)) and a further conveying means is set to empty the conveyor against the direction of conveyance.
  • the two subsidies may be arranged along the conveying path in series or parallel to one another in parallel regions of the conveying path.
  • the device for providing the liquid additive has a return line, which branches off from the conveying path and leads back into a tank.
  • the emptying of the conveying path can also be done by the return line.
  • pumps for conveying liquid additives can easily be damaged by precipitated deposits from the liquid additive. This is because a pump has moving parts and therefore the precipitates as abrasive particles can cause abrasion on the pump which damages the pump.
  • the effects of precipitated deposits on peristaltic pumps are particularly strong.
  • surfaces of the conveying path are typically pressed against one another or rubbed against one another. The deposits are therefore in peristaltic pumps in particularly intensive abrasive contact with the moving parts of the pump.
  • peristaltic pumps make it particularly easy to empty the delivery path by reversing the drive direction of the pump.
  • the method is advantageous if, for the partial emptying of the delivery path in step c), a pump is operated for a predetermined time interval is, wherein the time interval is selected so that in the at least a first portion of liquid additive remains.
  • the emptying of the conveying path requires a period of time that is dependent on the structure of the device, but that is easy to determine. This period of time is particularly dependent on the length of the conveying path and the (rear) conveying speed of the liquid additive in the conveying path.
  • the variant embodiment of the method is particularly advantageous if the at least one first section lies in the conveying direction from the suction point to the point of addition in front of the at least one second section. Furthermore, the method is advantageous if the partial emptying of the conveying path is monitored in step c) with at least one sensor element, wherein the sensor element is arranged at a point of the conveying path and adapted to detect whether liquid additive is present at the point, and on the emptying is stopped as soon as there is no liquid additive at the point.
  • the sensor element may, for example, consist of two electric pins, between which there is an electrically conductive connection, as long as liquid additive is applied to the pins. If the liquid additive is no longer applied to the pins, the electrical connection is disconnected and it can be seen that there is no longer any liquid additive at the point.
  • Such a sensor Element for detecting whether liquid additive is present or not is particularly advantageous if, due to uncertainties regarding the conveying speed for the liquid additive when emptying a pure time control for monitoring step c) is not sufficient.
  • the sensor element may in principle be provided to also assume other monitoring functions, a separate (technically simply constructed) separate sensor element may be used which is provided only for the aforementioned purpose. It is also advantageous if the sensor element is a pressure sensor and the pressure measured by the pressure sensor changes depending on the degree of filling of the conveying path.
  • step c it is possible to detect via the pressure to what extent the delivery path is already emptied during step c) in order to stop the emptying as soon as the at least one second section is emptied and if there is still liquid additive in the at least one first section ,
  • a dependence between the pressure at a pressure sensor and the degree of filling of the conveying path may be due, for example, to the hydrostatic pressure of the liquid additive in the conveying path. So the hydrostatic pressure is greater, the more liquid additive is present in the conveying path.
  • a pressure sensor is normally provided in a device for providing liquid additive to monitor and / or regulate the regular operation of the device during the provision of the liquid additive (step a)). It is particularly advantageous if this pressure sensor is additionally used in step c) in order to monitor to what extent the conveying path has already been emptied. Then no additional components are necessary for the monitoring of step c).
  • an operating parameter the pump changes depending on a degree of filling of the conveying path with liquid additive and an operation of the pump is stopped for emptying upon reaching a predetermined value of the operating parameter.
  • an operating parameter may be, for example, a response of the pump to an applied operating current.
  • a movable pump element reacts faster with a movement to an applied operating current when the amount of liquid additive in the conveying path is lower. This may be the case because the amount of liquid additive to be moved by the pump is already reduced in this case.
  • the monitoring of the degree of filling of the conveying path on the basis of an operating parameter of a pump makes it possible to dispense with additional components for monitoring the emptying in step c). Furthermore, the method is advantageous when the pump is placed during emptying at least a predetermined time in a diagnostic mode, wherein the dependent on the degree of filling of the delivery path operating parameters of the pump is determined during the diagnostic mode.
  • a diagnostic mode is meant a specific mode of operation of the device which is only activated to monitor the degree of filling of the delivery path.
  • the diagnostic mode can be, for example, in a special pump pulse, which is generated with a predetermined or defined diagnostic drive current of the pump.
  • a degree of filling of the conveying path is determined on the basis of a pressure and / or a pressure change, which is measured with a pressure sensor and which occurs when the pump exerts a pump pulse.
  • This pump pulse can be a normal pulse (as during normal operation of the pump during emptying) and / or a special pump pulse (corresponding to a special diagnostic mode for monitoring the degree of filling).
  • the method is advantageous if, for partial emptying of the conveying path in step c), the conveying path is first completely emptied and the conveying path is then partially filled with liquid additive, so that liquid additive is present in the at least one first section.
  • this mode of operation it is preferably not initially monitored whether the delivery path is only partially emptied or not. It is therefore always ensured that a complete emptying of the conveyor was done. This can be done, for example, by operating a pump for draining the delivery path for a time interval that is sufficiently long to ensure complete draining of the delivery path in each case. Subsequently (ie in particular immediately after and / or without termination of the "operating stop"), a (only) partial refilling of the conveying path is carried out, whereby the conveying path is not completely refilled. which are also suitable for monitoring the emptying.
  • Such a two-stage process procedure in which first a complete emptying and then only a partial filling takes place, may be advantageous because the amount that is conveyed out of the conveyor during emptying is typically substantially greater than the amount that is refilling is transported back into the conveyor. Therefore, it is much easier to refill precisely so that liquid additive remains in the first section while the second section is completely deflated.
  • step c) it is preferred that in step c) the partial refilling takes place after a complete emptying of the conveying path via the return line.
  • the first sections of the conveying path with liquid additive, which lie downstream in the conveying direction behind second sections which are to remain empty. If the conveying path in step c) is first completely emptied, this can then be alternately and purposefully filled by the addition point with gas or air and the return line with liquid additive.
  • This alternating filling can be carried out in such a way that after step c) there is liquid additive in first sections which has passed through the return line into the conveying path, while in second sections there is gas or air which has entered the conveying path through the point of addition.
  • a feed pump can also reverse its conveying direction.
  • intended amounts of the liquid additive can be promoted targeted in the sections of the conveying path between the return line and the point of addition.
  • the method is also advantageous if the conveying path has at least one siphon, wherein the at least one first section is arranged in the siphon.
  • Such a siphon is characterized in particular by a U-shaped design of the conveying path.
  • there is a lower region of the conveying path which is adjacent to two elevated regions of the conveying path.
  • the raised areas are higher in relation to their geodesic position than the lower area.
  • a residual amount of the liquid additive typically accumulates due to gravity when the delivery path is partially deflated.
  • the first section is arranged in such a siphon. The structural measure of a siphon can ensure that the amount of liquid additive present in the conveying path remains in the first section even in the case of external influences.
  • a siphon is therefore a particularly reliable way to maintain the partial emptying of the conveying path in the desired shape with empty second sections and a filled first section, even during long downtimes of a motor vehicle.
  • the integration of at least one siphon in the conveying path can be expressly combined with all described measures for producing a distribution of the liquid additive in the conveying path with filled first sections and empty second sections. It is also possible that, to maintain said distribution, only the described siphon is provided and in step c) no conscious (additional or active) method steps are carried out for generating the distribution.
  • the invention finds particular application in a device for providing a liquid additive having a conveying path along which liquid additive is conveyed, wherein the conveying path has at least a first section in which a peristaltic pump is arranged which is damaged by deposits precipitated from the liquid additive can, and a second section, in which at least one freeze-sensitive component is arranged, wherein the device for implementing at least one variant of the method described above is set up.
  • This device may have all of the device features illustrated above in connection with the described method.
  • a motor vehicle comprising an internal combustion engine and an exhaust gas treatment device for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine.
  • an addition point is preferably arranged, via which the exhaust gas treatment device s a liquid additive can be supplied with the described device.
  • the point of addition may have the special features described above.
  • an SCR catalyst is preferably provided, with which the method for selective catalytic converter lytic reduction can be carried out for exhaust gas purification.
  • the exhaust gas treatment device can be fed via a feed point a liquid additive for performing the SCR process. So z. B. an injector supplied at the point of addition of the device described with liquid additive from a tank.
  • the described device can preferably be operated according to a described method, wherein the implementation of the method with the device takes place with the aid of a control device in which the process steps required for carrying out the method or process sequences are stored.
  • the control unit may for example be part of the engine control of the motor vehicle.
  • FIGS. show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited.
  • the figures and in particular the magnitudes shown are only schematically. Show it:
  • FIG. 1 shows a device for carrying out the described method
  • FIG. 2 shows a further variant of a device for carrying out the described method
  • FIG. 3 shows a flow chart of the described method
  • FIG. 4 shows yet another variant of a device for carrying out the described method
  • FIG. 3 shows a flow chart of the described method
  • FIGS. 1 and 2 each show a device 1 for providing a liquid additive (here in particular urea-water solution).
  • This device 1 in each case has a tank 19 in which the liquid additive can be stored. Attached to the tank 19 is in each case a housing 21, in which the peristaltic pump 24 and, if appropriate, further operating components of the device 1 are arranged, with which the delivery of liquid additive takes place and which can be damaged by deposits precipitated from the liquid additive.
  • the delivery of the liquid additive takes place at a suction point 20 out of the tank 19 with the conveying direction 5 along a conveying path 2 to an addition point 23. At the addition point 23, the liquid additive can be supplied to an exhaust gas treatment device 11.
  • deposits 4 form, which are crystalline precipitates of the liquid additive here.
  • the conveying path 2 is typically formed partly by a conveying channel 15 and partly by a supply line 14.
  • a region of the conveying path 2 within the housing 21 is referred to here.
  • the peristaltic pump 24 and optionally further operating components are arranged on the conveying path 2, which can be damaged by deposits precipitated from the liquid additive.
  • a supply line 14 is here a region of the conveying path 2 outside of the housing 21 referred to, which is typically formed by a flexible conduit.
  • the supply line 14 typically connects to the delivery channel 15 and provides a connection line between the addition point 23 and the housing 21 of the device 1.
  • the exhaust treatment device 11 is typically spaced from the tank 19 and the housing 21 and this distance may be with the supply line 14 are bridged.
  • the supply line 14 can be connected to the supply channel 15 at a connection 16.
  • the conveying path 2 has first sections 3, in which at least one peristaltic pump 24 and optionally further operating components are arranged, which can be damaged by deposits 4 precipitated from the liquid additive.
  • the conveying path 2 also has second sections 26, in which freeze-sensitive components 25 are arranged, which can be damaged by frozen liquid additive and the volume expansion of the freezing liquid additive.
  • freeze-sensitive components 25 are, for example, sensors and / or an injector, which is arranged at the point of addition 23.
  • a sensor element 7 is arranged in FIG. 1 by way of example at a point 8 of the conveying path 2, which has two electrically conductive tiller with which a conductivity of the liquid additive in the conveying path 2 can be monitored. If there is liquid additive at point 8, the electrical connection between the tines of the sensor element 7 is closed, while the electrical connection is disconnected, if there is no liquid additive at the point 8. Also shown in FIG. 1 is a pressure sensor 9 with which the degree of filling of the conveying path 2 can be monitored.
  • the at least one first section 3 is preferably arranged in the region of the siphon 10.
  • the at least one second section 26 is preferably arranged outside or above the siphon.
  • FIG. 3 shows a flowchart of the described method for operating a device for providing liquid additive.
  • process steps a), b) and c) wherein a) relates to a regular operation of the device.
  • step b) the device is stopped and in step c), a partial emptying of the conveying path of the device takes place.
  • step c) the evaporation phase 22, which is due to the partial emptying of the conveyor in step c).
  • droplets of the liquid additive evaporate in the deflated areas of the conveying path. As a result, precipitates and thus deposits can form in the conveyor.
  • FIG. 4 shows yet another embodiment of a device 1 for carrying out the method described.
  • This device 1 also has a delivery path 2 which extends from a suction point 20 on a tank 19 with a conveying direction 5 to an addition point 23 on an exhaust gas treatment device 11. From the conveying path 2 branches off a return line 27, which is also connected to the tank 19.
  • the conveying path 2 of this device 1 is first completely emptied in step c)
  • the conveying path 2 in step c) can subsequently be filled alternately via the return line 27 with liquid additive and via the adding point 23 with gas or air again.
  • it can be achieved in a targeted manner that liquid additive is present in first sections 3, whereas in second sections 26 there is no liquid additive.
  • FIG. 5 shows a motor vehicle 12 with an internal combustion engine 13 and an exhaust gas treatment device 11 for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine 13.
  • the exhaust gas treatment device 11 preferably has an SCR catalytic converter 18 with which the method of selective catalytic reduction for exhaust gas purification is carried out can be.
  • the exhaust gas treatment s device 11 can be supplied with a device 1 at an addition point 23 liquid additive from a tank 19. At the point of addition 23, an injector and / or a nozzle are preferably arranged.
  • the tank 19 and the addition point 23 are connected to a supply line 14, which partially forms a conveying path 2 for the liquid additive.
  • the device 1 is connected to a control unit 17, which coordinates the implementation of the described method.
  • the control device 17 may be part of an engine control of the motor vehicle 12. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines flüssigen Additives mit einem Förderweg (2), entlang dem das flüssige Additiv gefördert wird, wobei der Förderweg (2) mindestens einen ersten Abschnitt (3) aufweist, in dem eine Peristaltikpumpe (24), insbesondere mit umkehrbarer Förderrichtung (5), angeordnet ist, die durch aus dem flüssigen Additiv ausgeschiedene Ablagerungen (4) beschädigt werden kann und der Förderweg (2) weiter mindestens einen zweiten Abschnitt (26) aufweist, in dem eine einfriersensible Komponente (25) angeordnet ist. Bei dem Verfahren wird zunächst flüssiges Additiv entlang des Förderwegs (2) der Vorrichtung (1) gefördert. Anschließend wird die Förderung von flüssigem Additiv gestoppt. Dann erfolgt ein teilweises Entleeren des Förderwegs (2), wobei in dem mindestens einen ersten Abschnitt (3) des Förderwegs (2) flüssiges Additiv verbleibt, während der mindestens eine zweite Abschnitt (26) entleert wird.

Description

Verfahren zur Entleerung einer Vorrichtung zur Bereitstellung
eines flüssigen Additivs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Bereitstel- lung von flüssigem Additiv. Vorrichtungen zur Bereitstellung von flüssigem Additiv werden beispielsweise bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Abgasnachbehandlung s Vorrichtungen ein flüssiges Additiv, wie beispielsweise Kraftstoff und/oder Harnstoffwasserlösung, zuzuführen.
Abgasbehandlungsvorrichtungen, denen ein flüssiges Additiv zugeführt wird, werden insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotoren eingesetzt. Bei Dieselmotoren werden zur Reinigung der Abgase typischerweise Abgasbehandlungsvorrichtungen bzw. Abgasbehandlungsverfahren verwendet, bei denen Stickstoffoxidverbindungen im Abgas durch Zuhilfenahme eines flüssigen Additivs reduziert werden. Ein solches Abgasbehandlungsverfahren ist beispielsweise das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion [SCR- Verfahren, SCR = Selective Catalytic Reduction]. Als flüssiges Additiv wird für dieses Verfahren ein Reduktionsmittel bzw. ein Reduktionsmittelvorläufer verwendet. Besonders häufig wird Harnstoff-Wasser-Lösung als flüssiges Additiv eingesetzt, die z. B. zum Zweck des Verfahrens der selektiven katalytischen Reduktion mit einem Harnstoffgehalt von 32,5 % unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich ist.
Bei der Konstruktion von Vorrichtungen zur Bereitstellung von flüssigem Additiv ist kritisch, dass die flüssigen, auf Wasser basierenden, Additive bei niedrigen Temperaturen einfrieren können. Die beschriebene Harnstoff- Wasser- Lösung AdBlue® friert beispielsweise bei -11 °C ein. Derart niedrige Temperaturen können in Kraftfahrzeugen insbesondere während langer Stillstandzeiten auftreten. Durch das Einfrieren des flüssigen Additivs tritt eine Volumenvergrößerung des flüssigen Additivs auf. Diese Volumenvergrößerung kann zu einem erheblichen Druckanstieg im System führen und daher besteht die Gefahr, dass bestimmte Komponenten der Vorrichtung beschädigt oder sogar zerstört werden. Es ist bekannt, zur Vermeidung der Problematik der Volumenausdehnung beim Einfrieren des flüssigen Additivs die Vorrichtungen nach einem Betriebsstopp einer Verbrennungskraftmaschine zu entleert. Ist eine Entleerung erfolgt, liegt kein flüssiges Additiv in der Vorrichtung vor und eine Beschädigung durch eingefrorenes flüssiges Additiv kann nicht auftreten. Dies führt aber dazu, dass das System zunächst wieder vollständig„gefüllt" werden muss, bevor eine erneute, exakte Dosierung vorgenommen werden kann. Weiterhin problematisch bei Vorrichtungen zur Bereitstellung von flüssigem Additiv ist, dass diese Additive oft neigen, kristalline Ausscheidungen zu bilden. Diese Ausscheidungen können bei bestimmten Temperaturen und/oder langen Stillstandszeiten auftreten. Die weiter oben beschriebene Harnstoff- Wasser- Lösung bildet beispielsweise kristalline Ausscheidungen aus Harnstoff in Form von harten Partikeln. Diese Partikel können bewegliche Teile der Vorrichtung beschädigen, weil sie dort ihre abrasive Wirkung entfalten.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv vorgestellt werden. Hierbei stehen insbesondere ein technisch einfacher Schutz vor Beschädigungen, eine lange Lebensdauer der Vorrichtung und/oder eine exakte Dosierung des Additivs, wie Harnstoff-Wasser-Lösung, zum Abgassystem ei- nes Kraftfahrzeugs im Fokus.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprü- chen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Bereitstel- lung eines flüssigen Additivs mit einem Förderweg, entlang dem das flüssige Additiv gefördert wird, wobei der Förderweg mindestens einen ersten Abschnitt aufweist, in dem eine Peristaltikpumpe angeordnet ist, die durch aus dem flüssigen Additiv ausgeschiedene Ablagerungen beschädigt werden kann, und der Förderweg weiter mindestens einen zweiten Abschnitt aufweist, in dem eine einfrier- sensible Komponente angeordnet ist. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:
a) Fördern von flüssigem Additiv entlang des Förderwegs der Vorrichtung; b) Stoppen der Förderung von flüssigem Additiv;
c) teil weises Entleeren des Förderwegs, wobei in dem mindestens einen ers- ten Abschnitt des Förderwegs flüssiges Additiv verbleibt, während der mindestens eine zweite Abschnitt entleert wird.
Das flüssige Additiv ist vorzugsweise Harnstoff-Wasser-Lösung. Mit dem Förderweg ist insbesondere ein Strömungspfad ausgehend von einer Ansaugstelle in einem Tank hin zu einer Zugabestelle für das flüssige Additiv an einer Abgasbehandlung s Vorrichtung gemeint. Der Förderweg ist zumindest überwiegend durch eine Leitung und/oder einen Kanal gebildet, durch die das flüssige Additiv gefördert wird. In dem Tank ist das flüssige Additiv gespeichert. Die Ansaugstelle ist vorzugsweise in der Nähe des Tankbodens ausgebildet, damit das in dem Tank gespeicherte flüssige Additiv möglichst vollständig aus dem Tank hinaus gefördert werden kann. Die Zugabestelle an der Abgasbehandlungsvorrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Injektor und/oder eine Düse und/oder ein (passives) Ven- til auf. Mit einer Düse kann das flüssige Additiv der Abgasbehandlungsvorrichtung vorzugsweise (ggf. mittels Druckluft) fein zerstäubt zugeführt werden. Ein Injektor ermöglicht eine Dosierung des flüssigen Additivs. Eine Dosierung wird beispielsweise über eine Festlegung der Öffnungszeit des Injektors zielorientiert vorgenommen. An bzw. in dem Förderweg ist vorzugsweise ein Fördermittel angeordnet, mit dem die Förderung des flüssigen Additivs erfolgt. Das Fördermittel ist bevorzugt mindestens eine Pumpe. Als Fördermittel kann beispielsweise eine Kolbenpumpe, eine Membranpumpe oder eine Verdrängerpumpe eingesetzt werden. Das Fördermittel ist dazu eingerichtet, das flüssige Additiv ausgehend von der Ansaug- stelle entlang des Förderwegs mit einer entsprechenden Förderrichtung hin zu der Zugabestelle zu fördern.
Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind Bereiche des Förderwegs, welche in Förderrichtung des flüssigen Additivs durch den Förderweg von dem Tank hin zu der Zugabestelle (ggf. direkt) hintereinander angeordnet sind. Der Förderweg kann mehrere erste Abschnitte und/oder mehrere zweite Abschnitte aufweisen. Unmittelbar hinter der Ansaugstelle ist vorzugsweise zumindest ein erster Abschnitt angeordnet. In Förderrichtung daran (ggf. direkt) anschließend befindet sich vorzugsweise zumindest ein zweiter Abschnitt.
Die einfriersensible Komponente ist eine (insbesondere elektronische und/oder bewegliche) Komponente, die insbesondere die Eigenschaft hat, dass sie durch eine Volumenausdehnung beim Einfrieren des - in der Nachbarschaft befindlichen - flüssigen Additivs beschädigt werden kann. Eine solche Komponente ist bei- spielsweise ein sensibles Sensorelement, wie beispielsweise ein Drucksensor. Ein Drucksensor misst eine Druckänderung typischerweise über eine Verformung eines beweglichen Druckaufnahmeelements. Durch die starke Volumenausdehnung beim Einfrieren kann ein solcher Drucksensor daher sehr leicht beschädigt werden, weil eine zulässige maximale Ausdehnung überschritten wird. Die ein- friersensible Komponente kann auch ein Ventil sein, das nicht für die beim Einfrieren auftretenden Belastungen ausgelegt ist. Eine Peristaltikpumpe wird im Folgenden auch als Betriebskomponente bezeichnet. Eine Peristaltikpumpe bzw. eine Betriebskomponente ist ein Bauteil der Vorrichtung, welches mit dem flüssigen Additiv in Kontakt ist bzw. von dem Additiv durchströmt wird. Die Peristaltikpumpe realisiert aktiv eine Förderung und/oder eine aktive Kompensation von Bewegungen des Additivs in der Vorrichtung. Eine Peristaltikpumpe bzw. eine Betriebskomponente erfasst insbesondere Bauteile, die sich selbst innerhalb bzw. angrenzend zu den Leitungen für das Additiv bewegen. Diese Bauteile können beispielsweise Dichtflächen aufweisen, die mit flüssi- gern Additiv beaufschlagt sind. Die drohende Beschädigung durch ausgeschiedene Ablagerungen kann hier beispielsweise durch eine abrasive Bearbeitung von Dichtflächen, Blockade von Schließanordnungen, Agglomeration von Ablagerungen, etc. erfolgen. Die Peristaltikpumpe ist insbesondere so ausgeführt, dass diese eine umkehrbare Förderrichtung realisieren kann, also vorgegebener Maßen in zwei entgegengesetzte Richtungen Additiv fördern kann.
Eine Peristaltikpumpe ist eine Verdrängerpumpe, bei der das zu fördernde Additiv z. B. durch äußere mechanische Verformung einer flexiblen Leitung (wie ein Schlauch) durch diesen hindurchgedrückt wird.
Das Fördern von flüssigem Additiv entlang des Förderwegs in Schritt a) entspricht einem normalen Betrieb einer Vorrichtung zur Bereitstellung des flüssigen Additivs. In Schritt a) wird das flüssige Additiv beispielsweise einer Abgasbehandlung s Vorrichtung zugeführt. Während Schritt a) ist ein Kraftfahrzeug, in dem die beschriebene Vorrichtung eingebaut ist, regulär betrieben. Das bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges läuft und Abgase der Verbrennung skraftmaschine werden in der Ab gasbehandlungs Vorrichtung gereinigt.
Das Stoppen der Förderung in Schritt b) entspricht einem üblichen Betriebsstopp der Förderung. Ein solcher üblicher Betriebsstop findet typischerweise parallel zu einem Betriebsstopp des Kraftfahrzeugs statt, bei dem auch die Verbrennungs- kraftmaschine und die Abgasbehandlungsvorrichtung des Kraftfahrzeuges deaktiviert bzw. gestoppt werden.
In Schritt c) wird der Förderweg teilweise entleert, wobei zweite Abschnitte ent- leert werden und in ersten Abschnitten flüssiges Additiv verbleibt. So kann vermieden werden, dass an einfriersensiblen Komponenten entlang des Förderwegs flüssiges Additiv vorliegt. Einfriersensible Komponenten der Vorrichtung sind vorzugsweise nur an zweiten Abschnitten angeordnet, die in Schritt c) entleert werden. Neben der Peristaltikpumpe können weitere Betriebskomponenten exis- tieren, welche durch aus dem flüssigen Additiv ausgeschiedene Ablagerungen beschädigt werden können, die in ersten Abschnitten angeordnet sind, und die in Schritt c) nicht entleert werden. Insbesondere können auch weitere Pumpen und/oder mehrere Peristaltikpumpen in ersten Abschnitten des Förderwegs der Vorrichtung angeordnet sein.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass gerade bei Vorrichtungen, die bei einem Betriebsstop entleert werden, besonders häufig Schäden durch abrasiv wirkende Ausscheidungen aus dem flüssigen Additiv auftreten. Es hat sich herausgestellt, dass solche Ablagerungen insbesondere gebildet werden, wenn die Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv entleert ist und Rest-Tropfen des flüssigen Additivs dann verdunsten. Wenn das flüssige Additiv Harnstoff-Wasser-Lösung ist und verdunstet, bleiben kristalline Harnstoff-Partikel (wie z. B. Biuret) zurück, die die beschriebenen Ausscheidungen bzw. Ablagerungen bilden. Die Gefahr der Bildung von Ablagerungen ist in voll- ständig mit flüssigem Additiv gefüllten Bereichen des Förderwegs wesentlich geringer. In solchen Bereichen tritt zum einen weniger Verdunstung auf. Darüber hinaus ist in solchen Bereichen aufgrund der größeren vorhandenen Wassermenge auch die Möglichkeit gegeben, dass durch die Verdunstung lediglich die Konzentration der Harnstoffgehaltes in der Lösung steigt, ohne dass tatsächlich Ausschei- düngen gebildet werden. Die Gefahr der Bildung von kristallinen Ausscheidungen in ersten Abschnitten des Förderwegs mit Komponenten, die besonders empfind- lieh gegenüber Ablagerungen sind, kann wirkungsvoll dadurch vermieden oder reduziert werden, dass diese ersten Abschnitte nicht entleert werden. In diesen ersten Abschnitten verbleibt das flüssige Additiv auch nach Schritt c). Die Entleerung erfolgt in Schritt c) bevorzugt nur teilweise und derart zielgerichtet, dass in ersten Abschnitten flüssiges Additiv verbleibt, während zweite Abschnitte entleert werden.
Damit die in Schritt c) erzeugte Verteilung des flüssigen Additivs auf erste Abschnitte und Entnahme des flüssigen Additivs aus den zweiten Abschnitten wäh- rend einer längeren Stillstandsphase der Vorrichtung wie gewünscht aufrecht erhalten bleibt, ist die Vorrichtung vorzugsweise so konstruiert, dass zumindest eine der folgenden Effekte sicherstellt, dass sich das in dem mindestens einen ersten Abschnitt befindliche flüssige Additiv nicht verlagern kann: Kapillare Kräfte, Oberflächenspannungseffekte des Additivs und hydrostatische Kräfte. Damit ist insbesondere gemeint, dass zumindest einer der Effekte im System so wirkt, dass ohne einen Betrieb einer Pumpe und/oder Verlagerungen des Leitungssystems nur die zweiten Abschnitte mit Additiv gefüllt und nur die ersten Abschnitte mit Gas/Luft gefüllt bleiben. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn die Förderung des flüssigen Additivs entlang des Förderwegs in Schritt a) mit einer Förderrichtung erfolgt, und die Entleerung in Schritt c) zumindest überwiegend entgegen der Förderrichtung erfolgt. Hierbei ist bevorzugt, dass zur Entleerung des Förderwegs gemäß Schritt c) eine Förderrichtung einer Pumpe (insbesondere die Peristaltikpumpe) zur Förderung des flüssigen Additivs umgekehrt wird.
Um die Entleerung entgegen der Förderrichtung durchzuführen, ist ein Fördermit- tel (insbesondere eine Pumpe bzw. Peristaltikpumpe - nachfolgend gemeinsam auch als„Pumpe" bezeichnet) vorgesehen, welche sowohl in Förderrichtung als auch in umgekehrter Richtung fördern kann. Flüssiges Additiv wird dann typischerweise durch die Ansaugstelle am Tank zurück in den Tank gedrückt. An der gegenüberliegenden Seite, also an einer Zugabestelle wird dann Gas bzw. Luft angesaugt. Von hier ausgehend wird der Förderweg dann mit Luft bzw. Gas be- füllt, die das flüssige Additiv ersetzt. Durch eine Umkehrung der Pumpe wird also das Additiv mit einer Rückförderrichtung gepumpt, die der Förderrichtung entgegengerichtet ist. Es ist möglich, dass jeder Anteil des rückgeförderten Additivs ausschließlich hin zur Ansaugstelle gefördert wird, allerdings kann auch vorgesehen sein, dass an dem Förderweg z. B. mindestens ein (abzweigendes) Spei- chervolumen vorgesehen ist, in das ein (geringer) Anteil des rückgeförderten Additives während Schritt c) einströmt. Für den letztgenannten Fall soll gleichwohl gelten, dass der„überwiegende Anteil" des rückgeförderten Additives entgegen der Förderrichtung aus dem Förderweg entnommen wird. Eine derartige Umkehr der Förderrichtung einer Pumpe ist eine technisch besonders einfache Variante, um eine umkehrbare Förderrichtung in einer Vorrichtung zu realisieren. Eine Pumpe mit umkehrbarer Förderrichtung ist beispielsweise eine Peristaltikpumpe. Bei einer Peristaltikpumpe wird ein Abschnitt des Förderwegs nach Art einer Peristaltikbewegung verformt, um das flüssige Additiv in Förder- richtung zu bewegen. Eine solche Pumpe hat vorzugsweise einen Rotationsantrieb, der über ein bewegliches Pumpenelement die Peristaltikbewegung antreibt. Das bewegliche Pumpenelement kann beispielsweise ein Exzenter sein. Eine solche Pumpe ist vorzugsweise so gestaltet, dass durch eine Umkehr der Antriebsrichtung des Antriebs eine Umkehr der Förderrichtung möglich ist.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante ist auch möglich, dass eine Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv zwei (ggf. verschiedene) Fördermittel hat, wobei ein erstes Fördermittel dazu eingerichtet ist, flüssiges Additiv im regulären Betrieb (Schritt a)) zu fördern und ein weiteres Fördermittel dazu eingerich- tet ist, den Förderweg entgegen der Förderrichtung zu entleeren. Die beiden För- dermittel können entlang des Förderwegs in Reihe oder parallel zueinander in parallelen Bereichen des Förderwegs angeordnet sein.
Einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens folgend ist es auch möglich, dass die Vorrichtung zur Bereitstellung des flüssigen Additivs eine Rücklaufleitung aufweist, die von dem Förderweg abzweigt und zurück in einen Tank führt. Die Entleerung des Förderwegs kann auch durch die Rückführleitung erfolgen.
Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere Pumpen zur Förderung von flüssi- gern Additiv durch ausgeschiedene Ablagerungen aus dem flüssigen Additiv leicht beschädigt werden können. Dies liegt daran, dass eine Pumpe bewegliche Teile hat und die Ausscheidungen als abrasiv wirkende Partikel daher an der Pumpe einen Abrieb erzeugen können, welcher die Pumpe beschädigt. Besonders stark sind die Auswirkungen von ausgeschiedenen Ablagerungen bei Peristaltik- pumpen. Bei einer Peristaltikpumpe werden typischerweise Oberflächen des Förderwegs aufeinandergedrückt bzw. aneinander gerieben. Die Ablagerungen sind daher bei Peristaltikpumpen in besonders intensivem abrasiven Kontakt zu den beweglichen Teilen der Pumpe. Andererseits ermöglichen Peristaltikpumpen besonders einfach eine Entleerung des Förderwegs durch eine Umkehr der Antriebsrichtung der Pumpe. Es kann also ein besonders vorteilhafter Synergieeffekt erreicht werden, wenn das beschriebene Verfahren bei einer Vorrichtung mit einer Peristaltikpumpe angewendet wird, weil einerseits besonders einfach eine Entleerung des Förderwegs erreicht werden kann, und andererseits ein besonders guter Schutz der Peristaltikpumpe vor Ablagerungen ermöglicht wird, wenn der Förderweg gemäß dem beschriebenen Verfahren nur teilweise entleert wird.
Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn zur teilweisen Entleerung des För- derwegs in Schritt c) eine Pumpe für ein vorgegebenes Zeitintervall betrieben wird, wobei das Zeitintervall so gewählt ist, dass in dem mindestens einen ersten Abschnitt flüssiges Additiv verbleibt.
Die Entleerung des Förderwegs benötigt eine vom Aufbau der Vorrichtung ab- hängige aber einfach zu bestimmende Zeitdauer. Diese Zeitdauer ist insbesondere von der Länge des Förderwegs und der (rückwärtigen) Fördergeschwindigkeit des flüssigen Additivs in dem Förderweg abhängig. Durch den Betrieb einer Pumpe zur Entleerung des Förderwegs für ein Zeitintervall, welches kürzer ist als die Zeitdauer, die notwendig ist, um den Förderweg vollständig zu entleeren, kann sichergestellt werden, dass in dem Förderweg teilweise flüssiges Additiv verbleibt. Bei der Methode zur Entleerung des Förderwegs (mit einer einzelnen Pumpe) sollte sichergestellt sein, dass das flüssige Additiv bei der Entleerung zunächst aus dem zweiten Abschnitt entfernt wird, damit beim Stopp der Entleerung nach dem Zeitintervall noch flüssiges Additiv in dem ersten Abschnitt vorliegt, wäh- rend der zweite Abschnitt bereits vollständig entleert ist. Daher ist die Ausführungsvariante des Verfahrens insbesondere dann vorteilhaft, wenn der zumindest eine erste Abschnitt in Förderrichtung von der Ansaugstelle zur Zugabestelle vor dem zumindest einen zweiten Abschnitt liegt. Weiterhin ist das Verfahren vorteilhaft, wenn die teilweise Entleerung des Förderwegs in Schritt c) mit mindestens einem Sensorelement überwacht wird, wobei das Sensorelement an einem Punkt des Förderweges angeordnet und dazu eingerichtet ist, zu erkennen, ob an dem Punkt flüssiges Additiv vorliegt, und weiter die Entleerung gestoppt wird, sobald an dem Punkt kein flüssiges Additiv mehr vor- liegt.
Das Sensorelement kann beispielsweise aus zwei elektrischen Pinnen bestehen, zwischen welchen eine elektrisch leitfähige Verbindung besteht, solange flüssiges Additiv an den Pinnen anliegt. Wenn das flüssige Additiv nicht mehr an den Pin- nen anliegt, wird die elektrische Verbindung getrennt und es kann erkannt werden, dass an dem Punkt kein flüssiges Additiv mehr vorliegt. Ein solches Sensor- element zum Erkennen, ob flüssiges Additiv vorliegt oder nicht, ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn aufgrund von Unsicherheiten bezüglich der Fördergeschwindigkeit für das flüssige Additiv beim Entleeren eine reine Zeitsteuerung zur Überwachung von Schritt c) nicht ausreicht. Auch wenn das Sensorelement grundsätzlich dazu vorgesehen sein kann, andere Überwachungsfunktionen ebenfalls zu übernehmen, kann alternativ ein (technisch einfach aufgebautes) separates Sensorelement eingesetzt werden, dass nur zu dem vorstehend genannten Zweck vorgesehen ist. Auch ist vorteilhaft, wenn das Sensorelement ein Drucksensor ist und der von dem Drucksensor gemessene Druck sich in Abhängigkeit des Füllgrads des Förderwegs ändert.
Bei dieser Variante ist es möglich, über den Druck zu erkennen, inwieweit der Förderweg während Schritt c) bereits entleert ist, um die Entleerung zu stoppen, sobald der zumindest eine zweite Abschnitt entleert ist und wenn in dem zumindest einen ersten Abschnitt noch flüssiges Additiv vorliegt.
Eine Abhängigkeit zwischen dem Druck an einem Drucksensor und dem Füllgrad des Förderwegs kann es beispielsweise durch den hydrostatischen Druck des flüssigen Additivs in dem Förderweg geben. So ist der hydrostatische Druck größer, je mehr flüssiges Additiv in dem Förderweg vorhanden ist. Ein Drucksensor ist in einer Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv normalerweise vorgesehen, um den regulären Betrieb der Vorrichtung während der Bereitstellung des flüssigen Additivs (Schritt a)) zu überwachen und/oder zu regeln. Es ist besonders vorteilhaft, wenn dieser Drucksensor zusätzlich in Schritt c) genutzt wird, um zu überwachen, inwieweit der Förderweg bereits entleert ist. Dann sind keine zusätzlichen Komponenten für die Überwachung von Schritt c) notwendig.
Weiterhin ist das Verfahren vorteilhaft, wenn zur teilweisen Entleerung des Förderweges in Schritt c) eine Pumpe verwendet wird, wobei ein Betriebsparameter der Pumpe sich in Abhängigkeit eines Füllgrads des Förderwegs mit flüssigem Additiv ändert und ein Betrieb der Pumpe zur Entleerung bei Erreichen eines vorgegebenen Werts des Betriebsparameters gestoppt wird. Ein solcher Betriebsparameter kann beispielsweise ein Ansprechverhalten der Pumpe auf einen anliegenden Betriebsstrom sein. Beispielsweise reagiert ein bewegliches Pumpenelement schneller mit einer Bewegung auf einen anliegenden Betriebsstrom, wenn die Menge an flüssigem Additiv in dem Förderweg geringer ist. Dies kann der Fall sein, weil die von der Pumpe zu bewegende Menge an flüs- sigem Additiv in diesem Falle bereits reduziert ist. Die Überwachung des Füllgrads des Förderwegs anhand eines Betriebsparameters einer Pumpe erlaubt es, auf zusätzliche Komponenten zur Überwachung der Entleerung in Schritt c) zu verzichten. Weiterhin ist das Verfahren vorteilhaft, wenn die Pumpe während der Entleerung zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt in einen Diagnosemodus versetzt wird, wobei der von dem Füllgrad des Förderwegs abhängige Betriebsparameter der Pumpe während des Diagnosemodus ermittelt wird. Mit einem Diagnosemodus ist ein spezieller Betriebsmodus der Vorrichtung gemeint, welcher lediglich aktiviert wird, um den Füllgrad des Förderwegs zu überwachen. Der Diagnosemodus kann beispielsweise in einem speziellen Pumpenpuls liegen, welcher mit einem vorgegebenen bzw. definierten Diagnose- Antriebsstrom der Pumpe erzeugt wird. So kann eine bessere Vergleichbarkeit des Betriebsparameters gewährleistet werden, damit die Ermittlung des Füllgrades des Förderwegs besonders genau ist.
Es ist auch möglich, dass ein Füllgrad des Förderwegs anhand eines Drucks und/oder einer Druckänderung bestimmt wird, die mit einem Drucksensor gemes- sen wird und die auftritt, wenn die Pumpe einen Pumpenpuls ausübt. Dieser Pumpenpuls kann ein normaler Puls (wie während des normalen Betriebs der Pumpe beim Entleeren) und/oder ein spezieller Pumpenpuls (entsprechend eines speziellen Diagnosemodus zur Überwachung des Füllgrades) sein.
Weiterhin ist das Verfahren vorteilhaft, wenn zur teilweisen Entleerung des För- derwegs in Schritt c) der Förderweg zunächst vollständig entleert wird und der Förderweg anschließend wieder teilweise mit flüssigem Additiv befüllt wird, so dass in dem mindestens einen ersten Abschnitt flüssiges Additiv vorliegt.
Bei dieser Betriebsweise wird bevorzugt zunächst nicht überwacht, ob der För- derweg nur teilweise entleert wird oder nicht. Es wird folglich immer gewährleistet, dass eine vollständige Entleerung des Förderwegs erfolgte. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass eine Pumpe zur Entleerung des Förderwegs für ein Zeitintervall betrieben wird, welches ausreichend lang ist, um eine vollständige Entleerung des Förderwegs in jedem Fall sicherzustellen. Anschließend (also insbesondere unmittelbar anschließend und/oder ohne Beendigung des„Betriebsstopps") wird (nur) eine teilweise Wiederbefüllung des Förderwegs durchgeführt. Dabei wird der Förderweg nicht wieder vollständig befüllt. Eine solche teilweise Wiederbefüllung kann mit allen weiter oben beschriebenen Verfahren überwacht werden, die auch zur Überwachung der Entleerung geeignet sind.
Eine derartige zweistufige Verfahrensführung, bei der zunächst eine vollständige Entleerung und dann wieder eine nur teilweise Befüllung erfolgt, kann vorteilhaft sein, weil die Menge, die beim Entleeren aus dem Förderweg hinausgefördert wird, typischerweise wesentlich größer ist als die Menge, die beim Wiederbefül- len wieder in den Förderweg hineingefördert wird. Daher ist es erheblich einfacher, das Wiederbefüllen präzise so durchzuführen, dass in dem ersten Abschnitt flüssiges Additiv verbleibt, während der zweite Abschnitt vollständig entleert ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens ist es be- vorzugt, dass in Schritt c) die teilweise Wiederbefüllung nach einer vollständigen Entleerung des Förderwegs über die Rücklaufleitung erfolgt. Durch diese Verfah- rensführung wird auch ermöglicht, dass erste Abschnitte des Förderwegs mit flüssigem Additiv wieder befüllt werden, die in Förderrichtung hinter zweiten Abschnitten liegen, die entleert bleiben sollen. Wenn der Förderweg in Schritt c) zunächst vollständig entleert wird, kann dieser anschließend abwechselnd und zielgerichtet durch die Zugabestelle mit Gas bzw. Luft und die Rücklaufleitung mit flüssigem Additiv befüllt werden. Diese abwechselnde Befüllung kann so erfolgen, dass nach Schritt c) in ersten Abschnitten flüssiges Additiv vorliegt, welches durch die Rücklaufleitung in den Förderweg gelangt ist, während in zweiten Abschnitten Gas bzw. Luft vorliegt, die durch die Zugabestelle in den Förderweg gelangt ist. Während der beschriebenen zielgerichteten Befüllung des Förderkanals kann eine Förderpumpe auch ihre Förderrichtung umkehren. So können auch vorgesehene Mengen des flüssigen Additivs zielgerichtet in den Abschnitten des Förderwegs zwischen der Rückführleitung und der Zugabestelle gefördert werden. Auch vorteilhaft ist das Verfahren, wenn der Förderweg mindestens einen Siphon aufweist, wobei der mindestens eine erste Abschnitt in dem Siphon angeordnet ist.
Ein derartiger Siphon ist insbesondere durch eine U-förmige Gestaltung des Förderwegs gekennzeichnet. Hierbei gibt es einen unteren Bereich des Förderwegs, welcher jeweils zu zwei erhöhten Bereichen des Förderwegs benachbart ist. Die erhöhten Bereiche sind in Bezug auf ihre geodätische Lage höher angeordnet als der untere Bereich. In einem solchem Siphon sammelt sich typischerweise aufgrund der Schwerkraft eine Restmenge des flüssigen Additivs, wenn der Förderweg teilweise entleert ist. Vorzugsweise ist der erste Abschnitt in einem solchen Siphon angeordnet. Durch die konstruktive Maßnahme eines Siphons kann sichergestellt werden, dass die in dem Förderweg vorhandene Menge an flüssigem Additiv auch bei äußeren Einflüssen in dem ersten Abschnitt verbleibt. Solche äußeren Einflüsse sind beispielsweise, wenn die Vorrichtung in teilweise entleertem Füllstand bewegt, gekippt und/oder verschoben wird, sowie wenn Vibratio- nen auf die Vorrichtung einwirken. Ein Siphon ist daher eine besonders zuverlässige Möglichkeit, die teilweise Entleerung des Förderwegs in der gewünschten Form mit entleerten zweiten Abschnitten und einem befüllten ersten Abschnitt auch während langer Stillstandszeiten eines Kraftfahrzeuges aufrechtzuerhalten. Die Integration mindestens eines Siphons im Förderweg kann ausdrücklich mit allen beschriebenen Maßnahmen zur Erzeugung einer Verteilung des flüssigen Additivs in dem Förderweg mit befüllten ersten Abschnitten und entleerten zweiten Abschnitten kombiniert werden. Es ist auch möglich, dass zur Aufrechterhaltung besagter Verteilung nur der beschriebene Siphon vorgesehen ist und in Schritt c) keine bewussten (zusätzli- chen bzw. aktiven) Verfahrens schritte zur Erzeugung der Verteilung durchgeführt werden.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs mit einem Förderweg, entlang dem flüssiges Additiv gefördert wird, wobei der Förderweg mindestens einen ersten Abschnitt aufweist, in dem eine Peristaltikpumpe angeordnet ist, die durch aus dem flüssigen Additiv ausgeschiedene Ablagerungen beschädigt werden kann, und einen zweiten Abschnitt, in dem mindestens eine einfriersensible Komponente angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur Durchführung wenigstens einer hier beschrie- benen Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Diese Vorrichtung kann alle weiter oben im Zusammenhang mit dem beschriebenen Verfahren dargestellten Vorrichtungsmerkmale aufweisen.
Außerdem soll ein Kraftfahrzeug angegeben werden, aufweisend eine Verbren- nungskraftmaschine und eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine. An der Abgasbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Zugabestelle angeordnet, über welche der Abgasbehandlung s Vorrichtung ein flüssiges Additiv mit der beschriebenen Vorrichtung zugeführt werden kann. Die Zugabestelle kann die weiter oben beschriebenen besonde- ren Merkmale aufweisen. In der Abgasbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise ein SCR-Katalysator vorgesehen, mit welchem das Verfahren zur selektiven kata- lytischen Reduktion zur Abgasreinigung durchgeführt werden kann. Der Abgasbehandlungsvorrichtung ist über eine Zugabestelle ein flüssiges Additiv für die Durchführung des SCR- Verfahrens zuführbar. So wird z. B. ein Injektor an der Zugabestelle von der beschriebenen Vorrichtung mit flüssigem Additiv aus einem Tank versorgt. Die beschriebene Vorrichtung kann vorzugsweise nach einem beschriebenen Verfahren betrieben werden, wobei die Durchführung des Verfahrens mit der Vorrichtung mit Hilfe eines Steuergeräts erfolgt, in dem die zur Durchführung des Verfahrens benötigen Verfahrensschritte, bzw. Verfahrensabläufe hinterlegt sind. Das Steuergerät kann beispielsweise Bestandteil der Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs sein.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größen Verhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1: eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, Fig. 2: eine weitere Variante einer Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens,
Fig. 3: ein Ablaufdiagramm des beschriebenen Verfahrens, Fig. 4: noch eine weitere Variante einer Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, und
Fig. 5: ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. In den Fig. 1 und 2 ist jeweils eine Vorrichtung 1 zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs (hier insbesondere Harnstoff-Wasser-Lösung) dargestellt. Diese Vorrichtung 1 weist jeweils einen Tank 19 auf, in dem das flüssige Additiv gespeichert sein kann. An den Tank 19 angesetzt ist jeweils ein Gehäuse 21, in dem die Peristaltikpumpe 24 und gegebenenfalls weitere Betriebskomponenten der Vorrichtung 1 angeordnet sind, mit denen die Förderung von flüssigem Additiv erfolgt und welche durch aus dem flüssigen Additiv ausgeschiedene Ablagerungen beschädigt werden können. Die Förderung des flüssigen Additivs erfolgt an einer Ansaugstelle 20 aus dem Tank 19 hinaus mit der Förderrichtung 5 entlang eines Förderwegs 2 hin zu einer Zugabestelle 23. An der Zugabestelle 23 kann das flüssige Additiv einer Abgasbehandlungsvorrichtung 11 zugeführt werden. In dem Förderweg 2 können sich beispielhaft dargestellte Ablagerungen 4 bilden, welche hier kristalline Ausscheidungen aus dem flüssigen Additiv sind. Der Förderweg 2 wird typischerweise teilweise von einem Förderkanal 15 und teilweise von einer Versorgungsleitung 14 gebildet. Als Förderkanal 15 wird hier ein Bereich des Förderwegs 2 innerhalb des Gehäuses 21 bezeichnet. Im Bereich des Förderkanals 15 sind an dem Förderweg 2 die Peristaltikpumpe 24 und gegebenenfalls weitere Betriebskomponenten angeordnet, welche durch aus dem flüs- sigen Additiv ausgeschiedene Ablagerungen beschädigt werden können. Als Versorgungsleitung 14 wird hier ein Bereich des Förderwegs 2 außerhalb des Gehäuses 21 bezeichnet, der typischerweise von einer flexiblen Leitung gebildet ist. Die Versorgungsleitung 14 schließt sich typischerweise an den Förderkanal 15 an und stellt eine Verbindungsleitung zwischen der Zugabestelle 23 und dem Gehäuse 21 der Vorrichtung 1 dar. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 11 ist typischerweise von dem Tank 19 bzw. dem Gehäuse 21 beabstandet und dieser Abstand kann mit der Versorgungsleitung 14 überbrückt werden. Die Versorgungsleitung 14 kann an einem Anschluss 16 an den Förderkanal 15 angeschlossen werden. Der Förderweg 2 weist erste Abschnitte 3 auf, in denen mindestens eine Peristaltikpumpe 24 und gegebenenfalls weitere Betriebskomponenten angeordnet sind, die durch Ablagerungen 4, welche aus dem flüssigen Additiv ausgeschieden sind, beschädigt werden können. Der Förderweg 2 weist darüber hinaus zweite Abschnitte 26 auf, in denen einfriersensible Komponenten 25 angeordnet sind, die durch eingefrorenes flüssiges Additiv und die Volumenausdehnung des einfrie- renden flüssigen Additivs beschädigt werden können. Solche einfriersensiblen Komponenten 25 sind beispielsweise Sensoren und/oder auch ein Injektor, der an der Zugabestelle 23 angeordnet ist.
Um den Befüllgrad des Förderwegs 2 zu überwachen, ist in Fig. 1 beispielhaft an einem Punkt 8 des Förderwegs 2 ein Sensorelement 7 angeordnet, welches zwei elektrisch leitfähige Pinne hat, mit welchen eine Leitfähigkeit des flüssigen Additivs in dem Förderweg 2 überwacht werden kann. Wenn an dem Punkt 8 flüssiges Additiv vorliegt, ist die elektrische Verbindung zwischen den Pinnen des Sensorelements 7 geschlossen, während die elektrische Verbindung getrennt ist, wenn an dem Punkt 8 kein flüssiges Additiv vorliegt. Auch dargestellt ist in Fig. 1 ein Drucksensor 9, mit welchem der Füllgrad des Förderwegs 2 überwacht werden kann.
Die Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Ausgestaltung einer Vorrichtung 1 mit einem Siphon 10, in dem sich flüssiges Additiv sammelt, wenn der Förderweg 2 teilweise entleert ist. Gemäß dieser Ausführungsvariante einer Vorrichtung ist der zumindest eine erste Abschnitt 3 vorzugsweise im Bereich des Siphons 10 angeordnet. Der zumindest eine zweite Abschnitt 26 ist vorzugsweise außerhalb bzw. oberhalb des Siphons angeordnet.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des beschriebenen Verfahrens zum Betrieb einer Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv. Zu erkennen sind die Verfahrensschritte a), b) und c), wobei a) einen regulären Betrieb der Vorrichtung betrifft. In Schritt b) wird die Vorrichtung gestoppt und in Schritt c) erfolgt eine teilweise Entleerung des Förderwegs der Vorrichtung. Zu erkennen ist auch die Verdampfungsphase 22, welche sich an die teilweise Entleerung des Förderwegs in Schritt c) anschließt. Während der Verdampfungsphase 22 verdampfen Tröpfchen des flüssigen Additivs in den entleerten Bereichen des Förderwegs. Hierdurch können sich Ausscheidungen und damit Ablagerungen in dem Förderweg bilden.
Fig. 4 zeigt noch eine weitere Ausführungsvariante einer Vorrichtung 1 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Auch diese Vorrichtung 1 hat einen Förderweg 2, der sich von einer Ansaugstelle 20 an einem Tank 19 mit einer Förderrichtung 5 hin zu einer Zugabestelle 23 an einer Abgasbehandlungsvorrichtung 11 erstreckt. Von dem Förderweg 2 zweigt eine Rücklaufleitung 27 ab, die ebenfalls an den Tank 19 angeschlossen ist. Wenn der Förderweg 2 dieser Vorrichtung 1 in Schritt c) zunächst vollständig entleert wird, kann der Förderweg 2 in Schritt c) anschließend abwechselnd über die Rücklaufleitung 27 mit flüssigen Additiv und über die Zugabestelle 23 mit Gas bzw. Luft wieder befüllt werden. So kann zielgerichtet erreicht werden, dass in ersten Abschnitten 3 flüssiges Additiv vorliegt, während in zweiten Abschnitten 26 kein flüssiges Additiv vorliegt.
Fig. 5 zeigt ein Kraftfahrzeug 12 mit einer Verbrennungskraftmaschine 13 und einer Abgasbehandlungsvorrichtung 11 zur Reinigung der Abgase der Verbren- nungskraftmaschine 13. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 11 weist vorzugsweise einen SCR-Katalysator 18 auf, mit dem das Verfahren der selektiven katalyti- schen Reduktion zur Abgasreinigung durchgeführt werden kann. Der Abgasbehandlung s Vorrichtung 11 ist mit einer Vorrichtung 1 an einer Zugabestelle 23 flüssiges Additiv aus einem Tank 19 zuführbar. An der Zugabestelle 23 sind vor- zugsweise ein Injektor und/oder eine Düse angeordnet. Der Tank 19 und die Zugabestelle 23 sind mit einer Versorgungsleitung 14 verbunden, die teilweise einen Förderweg 2 für das flüssige Additiv bildet. Die Vorrichtung 1 ist an ein Steuergerät 17 angeschlossen, welches die Durchführung des beschriebenen Verfahrens koordiniert. Das Steuergerät 17 kann Bestandteil einer Motorsteuerung des Kraft- fahrzeugs 12 sein. Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
z Ί- Förderweg
3 erster Abschnitt
4 Ablagerung
5 Förderrichtung
6 Pumpe
7 Sensorelement
8 Punkt
9 Drucksensor
10 Siphon
11 Abgasbehandlungsvorrichtung
12 Kraftfahrzeug
13 Verbrennung skraf tmaschine
14 Versorgungsleitung
15 Förderkanal
16 Anschluss
17 Steuergerät
18 SCR-Katalysator
19 Tank
20 Ansaugstelle
21 Gehäuse
22 Verdampfungsphase
23 Zugabestelle
24 Peristaltikpumpe
25 einfiiersensible Komponente
26 zweiter Abschnitt
27 Rücklaufleitung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs mit einem Förderweg (2), entlang dem das flüssige Additiv gefördert wird, wobei der Förderweg (2) mindestens einen ersten Abschnitt (3) aufweist, in dem eine Peristaltikpumpe (24) angeordnet ist, die durch aus dem flüssigen Additiv ausgeschiedene Ablagerungen (4) beschädigt werden kann und der Förderweg (2) weiter mindestens einen zweiten Abschnitt (26) aufweist, in dem eine einfriersensible Komponente (25) angeordnet ist, aufweisend zumindest die folgenden Schritte:
a) Fördern von flüssigem Additiv entlang des Förderwegs (2) der Vorrichtung (1);
b) Stoppen der Förderung von flüssigem Additiv;
c) Teilweises Entleeren des Förderwegs (2), wobei in dem mindestens einen ersten Abschnitt (3) des Förderwegs (2) flüssiges Additiv verbleibt, während der mindestens eine zweite Abschnitt (26) entleert wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Förderung des flüssigen Additivs entlang des Förderwegs (2) in Schritt a) mit einer Förderrichtung (5) erfolgt und die Entleerung in Schritt c) zumindest überwiegend entgegen der Förderrichtung (5) erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei zur Entleerung des Förderwegs in Schritt c) eine Förderrichtung einer Pumpe (6) zur Förderung des flüssigen Additivs umgekehrt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Peristaltikpumpe (24), die durch aus dem flüssigen Additiv ausgeschiedene Ablagerungen (4) beschädigt werden kann, eine Pumpe (6) zur Förderung des flüssigen Additivs ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zur teilweisen Entleerung des Förderwegs (2) in Schritt c) eine Pumpe (6) für ein vorgegebenes Zeitintervall betrieben wird, wobei das Zeitintervall so gewählt ist, dass in dem mindestens einen ersten Abschnitt (3) flüssiges Additiv verbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die teilweise Entleerung des Förderwegs in Schritt c) mit mindestens einem Sensorelement (7) überwacht wird, wobei das Sensorelement (7) an einem Punkt (8) des Förderweges (2) angeordnet ist, und dazu eingerichtet ist, zu erkennen, ob an dem Punkt (8) flüssiges Additiv vorliegt und die Entleerung gestoppt wird, sobald an dem Punkt (8) kein flüssiges Additiv mehr vorliegt.
Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei das Sensorelement (7) ein Drucksensor (9) ist und der von dem Drucksensor (9) gemessene Druck sich in Abhängigkeit des Füllgrades des Förderwegs (2) ändert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zur teilweisen Entleerung des Förderweges (2) in Schritt c) eine Pumpe (6) verwendet wird, wobei ein Betriebsparameter der Pumpe (6) sich in Abhängigkeit des Füllgrades des Förderweges (2) mit flüssigem Additiv ändert und ein Betrieb der Pumpe (6) zur Entleerung bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes des Betriebsparameters gestoppt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 8, wobei die Pumpe (6) während der Entleerung an mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt in einen Diagnosemodus versetzt wird, wobei der von dem Füllgrad des Förderwegs (2) abhängige Betriebsparameter der Pumpe während des Diagnosemodus ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zur teilweisen Entleerung des Förderweges (2) in Schritt c) der Förderweg (2) zunächst vollständig entleert wird und der Förderweg (2) anschließend wieder teilweise mit flüssigem Additiv befüllt wird, so dass in dem mindestens einen ersten Abschnitt (3) flüssiges Additiv vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Förderweg (2) mindestens einen Siphon (10) aufweist ist, wobei der mindestens eine erste Abschnitt (3) in dem Siphon (10) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs mit einem Förderweg (2), entlang dem flüssiges Additiv gefördert wird, wobei der Förderweg (2) mindestens einen ersten Abschnitt (3) aufweist, in dem eine Peristaltikpumpe (24) angeordnet ist, die durch aus dem flüssigen Additiv ausgeschiedene Ablagerungen beschädigt werden kann und einen zweiten Abschnitt (26), in dem mindestens eine einfriersensible Komponente (25) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche eingerichtet ist.
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