WO2006000477A1 - Dosierventilanordnung sowie verfahren zum betreiben einer dosierventilanordnung - Google Patents

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

Definitions

  • the invention is based on a metering valve arrangement and a method for operating a metering valve arrangement according to the preambles of claim 1 and claim 6.
  • WO 02/42616 A1 discloses a metering valve for an aqueous urea solution, in the working space of which at least partially pressure-yielding walls or elements are provided, which can reversibly compensate for a pressure which forms under ice formation in the working space.
  • the metering valve (12) can be emptied relative to the conveying direction (24).
  • An undesirable ice formation, in particular a buildup of excessive ice pressures in the arrangement at low outside temperatures, which can damage the Dosierven ⁇ til is avoided.
  • the metering valve is arranged upstream of a mixing chamber in which the liquid is mixed with the gas to form an aerosol.
  • the metering valve is arranged upstream of a mixing chamber with respect to the conveying direction in which an aerosol is formed from the liquid and a gas, which is added as reducing agent to a substance to be reduced, for example exhaust gas.
  • the pump is designed as a feed pump with a reversible delivery direction, so that a component present in the arrangement can be used to empty the arrangement and no additional installation space is required.
  • the metering valve can be actuated in a pulse width modulated manner.
  • the metering valve is normally closed. When the vehicle is parked, the arrangement without further effort upstream of the metering valve is protected from contamination and contamination. %
  • the metering valve be emptied against emptying in normal operation.
  • the process is reliable and reliable.
  • a gas flow in the conveying direction is maintained during emptying, so that suction of exhaust gases can be avoided when the metering valve is emptied against the conveying direction.
  • the liquid is sucked out of the metering valve via a pump.
  • the direction of rotation of a feed pump is reversed.
  • a second pump may be provided.
  • a pressure of the mixture of liquid and liquid is reduced when the arrangement is switched off while the gas is flowing, and the mixing chamber is emptied.
  • the liquid column in the metering valve is preferably pushed back against the conveying direction in normal operation by means of the pressure of the gas in the mixing chamber in the direction of the pump or of any filter present.
  • a preferred metering valve arrangement in an exhaust system of a motor vehicle is shown simplified in the figure.
  • a urea tank 10 an aqueous urea solution is stored as a reducing agent for exhaust gas aftertreatment, which pump via a winning ⁇ 15 and a unspecified line and agan ⁇ is in a metering valve 12 can be introduced.
  • the bainpum- p ⁇ promotes the aqueous urea solution in a direction indicated by an arrow conveying direction 24.
  • aqueous urea / air mixture formed in the mixing chamber 13 can be introduced into an exhaust gas inlet region 19 of a catalytic converter device 18.
  • An exhaust gas flow direction at the exhaust gas inlet region 19 and at the exhaust gas outlet region 20 is indicated by arrows.
  • Conventional sensors 22 and 23, for example pressure, temperature sensors, lambda probes and the like, are provided at the exhaust gas inlet area 19 and at the exhaust gas outlet area 20 and are connected to a control unit 21 by means of signal lines which are not shown in detail and are shown in dashed lines.
  • the control unit 21 continues to control the metering valve 12 and the delivery pump 15 as a function of operating parameters and / or operating states, and the compressed-air tank 11 can also be activated.
  • the metering valve 12 is preferably operable in a pulse width modulated manner.
  • the mixing chamber 13 when the vehicle engine is switched off, the mixing chamber 13 can be placed under gas flow and the metering valve 12 is opposite to the conveying direction 24 emptied.
  • the compressed air flow through the mixing chamber 13 is maintained in the flow direction 25 predetermined during operation, while the direction of rotation of the feed pump 15 is reversed and the urea solution is conveyed back into the urea tank 10 counter to the usual conveying direction during operation.
  • a suction of exhaust gas from the catalyst device 18 is avoided.
  • a second pump can be provided to pump out the urea solution from the mixing chamber 13 and the metering valve 12.
  • the metering valve 12 is selectively blown out by means of the compressed air via the mixing chamber 13, so that a liquid column present in lines of the metering valve 12 can be pushed back out of the metering valve 12 in the direction of the delivery pump 15.
  • the flow of compressed air in their operation 'corresponding flow direction 25 is maintained.
  • the pressure of the aqueous urea solution in the system is reduced and the mixing chamber 13 is emptied.
  • the metering valve 12 is opened, so that the pressure of the compressed air via the mixing chamber 13, the liquid column in the metering valve 12 against the conveying direction 24 in the line region upstream of the metering valve 12 can push back.
  • the metering valve 12 is closed and the gas flow is switched off.
  • the gearschlagven ⁇ til 17 bridged (not shown) or there is no remindschlagven ⁇ valve 17 is provided.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von Dosierventilanordnung mit einem Dosier­ventil (12) zum Dosieren einer Flüssigkeit, insbesondere zum Dosieren einer wässrigen Harnstoff-Lösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren, wobei die Flüssigkeit in einer Förderrichtung (24) zum Dosierventil (12) förderbar ist und wobei eine Mischkammer (13) vorgesehen ist, in der die Flüssigkeit in einem Gasdurchfluss mit einem Gas mischbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Dosierventil (12) entgegengesetzt zur Förderrichtung (24) entleerbar ist.

Description

Dosierventilanordnung sowie Verfahren zum Betreiben einer Dosierventilanordnung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Dosierventilanordnung sowie einem Verfahren zum Betreiben einer Dosierventilanordnung nach den Oberbegriffen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 6.
Zur Verminderung der in einem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide hat sich für solche Verbrennungsmotoren, die mit Luftüberschuss betrieben werden, ein Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion als vorteilhaft erweisen. Bei diesem Verfah¬ ren werden die Stickoxide zusammen mit Ammoniak in einem selek¬ tiven Katalysator zu Stickstoff und Wasser umgesetzt. Das zur kata¬ lytischen Umsetzung der Stickoxide notwendige Reduktionsmittel wird anstelle des Ammoniaks in Form einer wässrigen Harnstoff! ö- sung im Fahrzeug mitgeführt, aus der das Ammoniak durch Hydroly¬ se der Harnstofflösung in der jeweils zur Umsetzung benötigten Menge freigesetzt werden kann. Problematisch ist jedoch, dass in Abhängigkeit von der Harnstoffkonzentration die Gefahr des Einfrie¬ rens der wässrigen Harnstofflösung bei bestimmten Temperaturen besteht. Aus der WO 02/42616 A1 ist ein Dosierventil für eine wässrige Harn¬ stofflösung bekannt, in dessen Arbeitsraum zumindest teilweise unter Druck nachgebende Wände oder Elemente vorgesehen sind, die reversibel einen unter Eisbildung entstehenden Druck im Arbeits- räum kompensieren können.
Vorteile der Erfindung
Bei der erfindungsgemäßen Dosierventilanordnung mit einem Do¬ sierventil zum Dosieren einer Flüssigkeit, insbesondere zum Dosie¬ ren einer wässrigen Harnstoff-Lösung zur Nachbehandlung von Ab¬ gasen aus Verbrennungsmotoren, ist das Dosierventil (12) entge¬ gengesetzt zur Förderrichtung (24) entleerbar. Eine unerwünschte Eisbildung, insbesondere ein Aufbau von überhöhten Eisdrücken in der Anordnung bei niedrigen Außentemperaturen, die das Dosierven¬ til schädigen können, wird vermieden. Bevorzugt ist das Dosierventil stromauf einer Mischkammer angeordnet, in der die Flüssigkeit mit dem Gas zu einem Aerosol gemischt wird.
Ist eine Pumpe vorgesehen, die entgegen der Förderrichtung im Normalbetrieb das Dosierventil von der Flüssigkeit entleert, kann die Flüssigkeit in einen Vorratstank zurückgeführt werden, was den Verbrauch der Flüssigkeit verringert und die Umwelt entlastet, da beim Entleeren keine Flüssigkeit nach außen freigesetzt wird. Be¬ sonders vorteilhaft ist das Dosierventil bezogen auf die Förderrich¬ tung im Normalbetrieb stromauf einer Mischkammer angeordnet, in der aus der Flüssigkeit und einem Gas ein Aerosol gebildet wird, welches als Reduktionsmittel einem zu reduzierenden Stoff, bei- spielsweise Abgas, beigegeben wird. Vorzugsweise ist ein Gas- durchfluss in Förderrichtung gerichtet, während das Dosierventil durch die Pumpe entleert wird. Der Gasdurchfluss verhindert ein An¬ saugen von Abgasen in die Dosierventilanordnung und führt statt¬ dessen sicher das entsprechende Gas, bevorzugt Fahrzeugdruckluft, zu, während die wässrige Harnstofflösung aus der Anordnung ent¬ fernt und beispielsweise einem Vorratstank zugeführt wird.
Vorteilhafterweise ist die Pumpe als Förderpumpe mit umkehrbarer Förderrichtung ausgebildet, so dass eine in der Anordnung vorhan- dene Komponente zum Entleeren der Anordnung verwendet werden kann und kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird.
Besonders vorteilhaft ist das Dosierventil pulsweitenmoduliert betä¬ tigbar. Vorzugsweise ist das Dosierventil stromlos geschlossen. Bei abgestelltem Fahrzeug ist die Anordnung ohne weiteren Aufwand stromauf des Dosierventils vor Kontamination und Verschmutzung geschützt. %
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Do- sierventilanordnung zum Dosieren einer Flüssigkeit, insbesondere zum Dosieren einer wässrigen Harnstoff-Lösung zur Nachbehand¬ lung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren, wird vorgeschlagen, dass das Dosierventil zum Entleeren entgegen einer Förderrichtung im Normalbetrieb entleert wird. Das Verfahren ist zuverlässig und prozesssicher.
Vorzugsweise wird während des Entleerens ein Gasdurchfluss in Förderrichtung aufrechterhalten, so dass ein Ansaugen von Abgasen vermieden werden kann, wenn das Dosierventil entgegen der För- derrichtung entleert wird. In einer günstigen Ausgestaltung wird die Flüssigkeit über eine Pum¬ pe aus dem Dosierventil gesaugt. Vorteilhafterweise wird dazu die Drehrichtung einer Förderpumpe umgekehrt. Optional kann auch ein zweite Pumpe vorgesehen sein.
In einer weiteren günstigen Ausgestaltung wird beim Abstellen der Anordnung unter Gasdurchfluss ein Druck der Mischung aus Flüs¬ sigkeit und Gas abgebaut und die Mischkammer entleert. Vorzugs- weise wird die Flüssigkeitssäule im Dosierventil mittels des Drucks des Gases in der Mischkammer in Richtung Pumpe bzw. eines even¬ tuell vorhandenen Filters entgegen der Förderrichtung im Normalbe¬ trieb zurückgeschoben.
Selbstverständlich können die Ausgestaltungen miteinander kombi¬ niert werden, was eine bedarfsangepasste Betriebsweise der Dosier¬ ventilanordnung ermöglicht.
Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung er¬ geben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in An¬ sprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Im folgenden zeigt die einzige Figur eine bevorzugte Dosierventilan¬ ordnung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine bevorzugte Dosierventilanordnung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs ist in der Figur vereinfacht dargestellt. In einem Harn- stofftank 10 ist eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung gespeichert, welche über eine Förder¬ pumpe 15 und eine nicht näher bezeichnete Leitung und ein Rück¬ schlagventil 17 in ein Dosierventil 12 einbringbar ist. Die Förderpum- pθ 15 fördert die wässrige Harnstofflösung in einer durch einen Pfeil gekennzeichneten Förderrichtung 24. In einem Drucklufttank 11 ist Druckluft gespeichert, die über eine nicht näher bezeichnete Leitung und ein Rückschlagventil 16 in eine an das Dosierventil 12 ange¬ schlossene Mischkammer 13 einbringbar ist. Über eine Aerosollei¬ tung 14 ist das in der Mischkammer 13 gebildete wässrige Harnstoff- Luft-Gemisch in einen Abgaseinlassbereich 19 einer Katalysatorein¬ richtung 18 einbringbar. Eine Abgasströmungsrichtung am Abgasein¬ lassbereich 19 und am Abgasauslassbereich 20 ist jeweils durch Pfeile gekennzeichnet. Am Abgaseinlassbereich 19 und am Abgas¬ auslassbereich 20 sind übliche Sensoren 22 bzw. 23 vorgesehen, beispielsweise Druck, Temperatursensoren, Lambdasonden und der¬ gleichen, die mittels strichliert dargestellten, nicht näher bezeichne¬ ten Signalleitungen mit einem Steuergerät 21 verbunden sind. Das Steuergerät 21 steuert weiterhin abhängig von Betriebsparametern und/oder Betriebszuständen das Dosierventil 12 sowie die Förder- pumpe 15 an, ebenso ist der Drucklufttank 11 ansteuerbar. Das Do¬ sierventil 12 ist vorzugsweise pulsweitenmoduliert betreibbar.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist beim Abstellen des Fahrzeugmotors die Mischkammer 13 unter Gasdurchfluss setz- bar und das Dosierventil 12 entgegengesetzt zur Förderrichtung 24 entleerbar. Der Druckluftdurchfluss durch die Mischkammer 13 wird in der im Betrieb vorgegebenen Strömungsrichtung 25 aufrechterhal¬ ten, während die Drehrichtung der Förderpumpe 15 umgekehrt wird und die Hamstofflösung entgegen der im Betrieb üblichen Förderrich- tung 24 in den Harnstofftank 10 zurückbefördert wird. Durch den Druckluftdurchfluss in der Mischkammer 13 wird ein Ansaugen von Abgas aus der Katalysatoreinrichtung 18 vermieden. Optional kann auch eine zweite Pumpe vorgesehen sein, um die Harnstofflösung aus der Mischkammβr 13 und dem Dosierventil 12 herauszupumpen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Dosier¬ ventil 12 gezielt mittels der Druckluft über die Mischkammer 13 aus¬ geblasen, so dass eine in Leitungen des Dosierventils 12 vorhande¬ ne Flüssigkeitssäule aus dem Dosierventil 12 in Richtung Förder- pumpe 15 zurückgeschoben werden kann. Nach dem Abstellen des Fahrzeugmotors wird die Strömung der Druckluft in ihrer dem Betrieb ' entsprechenden Strömungsrichtung 25 aufrechterhalten. Der Druck der wässrigen Harnstofflösung im System wird abgebaut und die Mischkammer 13 entleert. Nach dem Entleeren der Mischkammer 13 wird das Dosierventil 12 geöffnet, so dass der Druck der Druckluft über die Mischkammer 13 die Flüssigkeitssäule im Dosierventil 12 entgegen der Förderrichtung 24 in den Leitungsbereich stromauf des Dosierventils 12 zurückschieben kann. Anschließend wird das Do¬ sierventil 12 geschlossen und der Gasdurchfluss abgeschaltet. Zweckmäßigerweise ist in dieser Ausgestaltung das Rückschlagven¬ til 17 überbrückbar (nicht dargestellt) oder es ist kein Rückschlagven¬ til 17 vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Dosierventilanordnung mit einem Dosierventil (12) zum Dosie¬ ren einer Flüssigkeit, insbesondere zum Dosieren einer wässri- gen Harnstoff-Lösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren, wobei die Flüssigkeit in einer Förder- richtung (24) zum Dosierventil (12) förderbar ist und wobei eine Mischkammer (13) vorgesehen ist, in der die Flüssigkeit in ei¬ nem Gasdurchfluss mit einem Gas mischbar ist, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Dosierventil (12) entgegengesetzt zur Förderrichtung (24) entleerbar ist.
2. Dosierventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- , . zeichnet, dass eine Pumpe (15) vorgesehen ist, die entgegen der Förderrichtung (24) das Dosierventil (12) von der Flüssig¬ keit entleert.
3. Dosierventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Pumpe (15) als Förderpumpe mit um¬ kehrbarer Förderrichtung (24) ausgebildet ist.
4. Dosierventilanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierventil (12) pulsweitenmoduliert betätigbar ist.
5. Dosierventilanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Entleeren des Dosierventils (12) der Gasdurchfluss in Förderrichtung (24) ge- richtet ist.
6. Verfahren zum Betreiben einer Dosierventilanordnung zum Do¬ sieren einer Flüssigkeit, insbesondere zum Dosieren einer wässrigen Harnstoff-Lösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren, wobei die Flüssigkeit in einer För¬ derrichtung (24) zum Dosierventil (12) gefördert und die Flüs¬ sigkeit in einem Gasdurchfluss mit einem Gas in einer Misch¬ kammer (13) gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entleeren das Dosierventil (12) entgegen der Förderrich- tung (24) entleert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Entleerens der Gasdurchfluss in einer im Normal¬ betrieb herrschenden Strömungsrichtung (25) aufrechterhalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit über eine Pumpe (15) aus dem Dosierven¬ til (12) gesaugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass bei beim Abstellen der Anordnung unter Gasdurchfluss ein Druck der Mischung aus Flüssigkeit und Gas abgebaut und die Mischkammer (13) von der Flüssigkeit ent- leert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Gasdruck aus der Mischkammer (13) die Flüssigkeit entgegen der Förderrichtung (24) aus dem Dosierventil (12) ge- schoben wird.
PCT/EP2005/051476 2004-06-24 2005-04-01 Dosierventilanordnung sowie verfahren zum betreiben einer dosierventilanordnung Ceased WO2006000477A1 (de)

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