DE102010031660A1 - Method for operating dosing system for selective catalytic reduction catalyst converter of combustion engine of e.g. car, involves opening relief valve and dosing module after termination of dosing process - Google Patents

Method for operating dosing system for selective catalytic reduction catalyst converter of combustion engine of e.g. car, involves opening relief valve and dosing module after termination of dosing process Download PDF

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Abstract

The method involves opening a relief valve (14) e.g. two-way valve such as 2/2-valve, and a dosing module (12) after termination of a dosing process when the dosing module is closed at existing system pressure, so that a fluid reducing agent is back-suctioned from the dosing module into a pressure line (13). The relief valve is provided with a flow cross-section larger than internal diameter of the pressure line. The dosing module is opened during request of low pressure at the dosing module. The system pressure is increased to pressure above the system pressure in normal operation. Independent claims are also included for the following: (1) a dosing system comprising a dosing module (2) a computer program comprising instructions to perform a method for operating a dosing system (3) a computer program product comprising instructions to perform a method for operating a dosing system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems insbesondere für einen SCR-Katalysator nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Dosiersystem für einen SCR-Katalysator, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.The present invention relates to a method for operating a metering system, in particular for an SCR catalyst according to the preamble of independent claim 1. Furthermore, the invention relates to a metering system for an SCR catalyst, which is suitable for carrying out the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Als Reduktionsmittel werden daher NH3 bzw. NH3-abspaltende Reagenzien eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang mithilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Zur Bevorratung der Harnstofflösung als Reduktionsmittel ist ein Reduktionsmitteltank vorgesehen.Methods and apparatuses for operating an internal combustion engine, in particular in motor vehicles, are known, in the exhaust gas region of which an SCR catalytic converter (selective catalytic reduction) is arranged, which reduces the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas of the internal combustion engine to nitrogen in the presence of a reducing agent. As a result, the proportion of nitrogen oxides in the exhaust gas can be significantly reduced. For the course of the reaction ammonia (NH 3 ) is required, which is admixed to the exhaust gas. As reducing agents therefore NH 3 or NH 3 -splitting reagents are used. As a rule, an aqueous urea solution is used for this purpose, which is injected into the exhaust gas line in front of the SCR catalytic converter by means of a metering device. To store the urea solution as a reducing agent, a reducing agent tank is provided.

Der Reduktionsmitteltank ist üblicherweise mit einer Saugleitung ausgestattet, um die Harnstofflösung aus dem Tank absaugen zu können. Zur Förderung der Harnstofflösung ist als Fördermodul eine Pumpe vorgesehen, die die Lösung durch ein Leitungssystem der Dosiereinrichtung, insbesondere durch eine Druckleitung fördert, sodass die Reduktionsmittellösung über ein Dosiermodul, insbesondere wenigstens ein Dosierventil, beispielsweise ein elektromagnetisches Einspritzventil, unter Druck in den Abgasstrang eingespritzt werden kann. Für das Einspritzen der Harnstofflösung in den Abgasstrang werden im Allgemeinen elektronisch gesteuerte Ventile verwendet, die ein bedarfsgerechtes Einspritzen der Lösung ermöglichen.The reducing agent tank is usually equipped with a suction line to suck the urea solution from the tank can. To promote the urea solution, a pump is provided as a delivery module, which promotes the solution through a line system of the metering device, in particular by a pressure line, so that the reducing agent solution via a metering module, in particular at least one metering valve, for example an electromagnetic injection valve, are injected under pressure into the exhaust line can. For injecting the urea solution into the exhaust line, generally electronically controlled valves are used which allow the solution to be injected as needed.

Die üblicherweise verwendete, in DIN-Normen definierte Harnstofflösung hat die Eigenschaft, bei circa –11°C zu gefrieren. Die mit dem Gefrieren einhergehende Volumenausdehnung der Lösung kann zu Schädigungen an den Leitungen und insbesondere an den Ventilen führen. Daher ist es in der Regel vorgesehen, nach dem Abstellen des Motors die Lösung aus dem Dosiermodul in den Tank zurückzusaugen. Damit wird erreicht, dass das System bei Temperaturen von –11°C oder weniger gefrieren kann, ohne dass Schädigungen durch die Volumenausdehnung der gefrierenden Lösung zu befürchten sind. Allerdings kann bei Fahrzeugen mit Notaus-Schalter nach einem Notaus nicht mehr die Lösung in den Tank zurückgesaugt werden. Friert das System in diesem Zustand ein, kann es zu Schädigungen an den Leitungen und den Einspritzventilen kommen.The commonly used urea solution defined in DIN standards has the property of freezing at about -11 ° C. The volume expansion of the solution associated with the freezing can lead to damage to the lines and in particular to the valves. Therefore, it is usually intended to suck the solution from the dosing into the tank after stopping the engine. This ensures that the system can freeze at temperatures of -11 ° C or less, without any fear of damage from the volume expansion of the freezing solution. However, in vehicles with emergency stop switch after an emergency stop the solution can not be sucked back into the tank. If the system freezes in this state, damage to the lines and the injection valves may occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Eisdruck verursachte Schäden in einem Dosiersystem für einen SCR-Katalysator, insbesondere Schäden an den Ventilen, wirksam zu verhindern.The invention has for its object to effectively prevent damage caused by ice pressure in a metering system for an SCR catalyst, in particular damage to the valves.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems insbesondere für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine gelöst, wie es Gegenstand des Anspruchs 1 ist. Weiterhin erlaubt ein Dosiersystem für einen SCR-Katalysator gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 eine Lösung dieser Aufgabe. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Dosiersystems sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method for operating a metering system, in particular for an SCR catalytic converter of an internal combustion engine, as is the subject of claim 1. Furthermore, a metering system for an SCR catalyst according to the independent claim 11 allows a solution to this problem. Preferred embodiments of the method according to the invention and of the dosing system according to the invention are the subject matter of the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, das flüssige Medium sehr schnell, insbesondere innerhalb von weniger als einer Sekunde, aus dem Dosiermodul zurückzusaugen, ohne dass beispielsweise eine Umkehrung der Förderrichtung der Pumpe zum Zurücksaugen der Lösung in den Tank erforderlich wäre. Hierbei wird die Trägheit der Flüssigkeit in der Leitung genutzt, um die Lösung aus dem Dosiermodul und insbesondere den Dosierventilen zu entfernen. Erfindungsgemäß wird hierfür nach Beendigung einer Dosierung bei geschlossenen Dosierventilen und bestehendem Systemdruck zunächst ein zwischen dem Reduktionsmitteltank und der Druckleitung angeordnetes Entlastungsventil zum Tank hin geöffnet. Dies bewirkt, dass die in der Leitung unter Druck stehende Flüssigkeitssäule sich entspannt. Anschließend wird das Dosiermodul, also insbesondere ein oder mehrere Dosierventile, geöffnet, sodass während dieser Öffnungszeit Luft aus dem Abgastrakt in das Dosiermodul eingesaugt wird. Die Öffnung des Dosiermoduls erfolgt vorzugsweise solange, wie der Druck im System unterhalb des Umgebungsdrucks (Unterdruck) liegt. Die auf diese Weise eingesaugte Luft ist ausreichend, um die Flüssigkeit aus dem Dosiermodul in die Leitungen zurückzusaugen, sodass das Dosiermodul, insbesondere die Dosierventile, soweit frei von Flüssigkeit sind, dass es nicht mehr zu Schäden an den Dosierventilen durch einen Eisdruck kommen kann.The method according to the invention is based on sucking the liquid medium out of the dosing module very quickly, in particular within less than one second, without necessitating, for example, a reversal of the conveying direction of the pump for sucking back the solution into the tank. In this case, the inertia of the liquid in the line is used to remove the solution from the dosing and in particular the metering valves. According to the invention, a discharge valve arranged between the reducing agent tank and the pressure line is first of all opened to the tank after completion of metering with the metering valves closed and the system pressure present. This causes the liquid column under pressure in the line to relax. Subsequently, the metering module, ie in particular one or more metering valves, is opened, so that air is sucked out of the exhaust gas tract into the metering module during this opening time. The opening of the dosing preferably takes place as long as the pressure in the system is below the ambient pressure (negative pressure). The air sucked in this way is sufficient to suck the liquid from the metering module back into the lines, so that the metering module, in particular the metering valves, are so far free of liquid that damage to the metering valves due to ice pressure can no longer occur.

Vorzugsweise ist der Strömungsquerschnitt des Entlastungsventils genauso groß oder größer als der Innendurchmesser der Leitungen. Hierdurch erfolgt in besonders vorteilhafter Weise eine Entspannung der unter Druck stehenden Lösung in der Leitung bei Öffnen des Entlastungsventils.Preferably, the flow cross-section of the relief valve is equal to or greater than the inner diameter of the lines. This is done in a particularly advantageous manner Relief of the pressurized solution in the line when opening the relief valve.

Bei dem Entlastungsventil kann es sich beispielsweise um ein Zweiwege-Ventil handeln, insbesondere um ein 2/2-Ventil.The relief valve may be, for example, a two-way valve, in particular a 2/2 valve.

Die kurzzeitige Öffnung des Dosiermoduls bzw. eines oder mehrerer der Dosierventile insbesondere während des anliegenden Unterdrucks erfolgt beispielsweise für circa 100 bis 500 ms. Diese Zeit ist ausreichend, um Luft in ausreichender Menge aus dem Abgastrakt in das Dosiermodul zu saugen, sodass keine Flüssigkeit mehr in dem Dosiermodul verbleibt, die durch eine Volumenausdehnung bei dem Gefrieren der Lösung Schäden in einem oder mehreren der Dosierventile verursachen könnte. In dieser Zeitspanne können circa 1 bis 8 cm3 angesaugt werden, die in der Regel ausreichend sind, um die Eisdruckfestigkeit des Ventils sicher zu stellen.The brief opening of the metering or one or more of the metering valves, in particular during the applied negative pressure, for example, takes about 100 to 500 ms. This time is sufficient to suck sufficient air from the exhaust tract into the dosing module so that no liquid remains in the dosing module, which could cause damage in one or more of the dosing valves by volume expansion upon freezing of the solution. In this period, about 1 to 8 cm 3 can be sucked in, which are usually sufficient to ensure the Eisdruckfestigkeit the valve.

In den nachfolgend beschriebenen besonders bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das durch das Dosiermodul eingesaugte Luftvolumen vergrößert, sodass die Eisdruckfestigkeit des Dosiermoduls weiter erhöht wird. Das kann beispielsweise derart realisiert werden, dass der Systemdruck des Dosiersystems auf einen Druck oberhalb des Systemdrucks im Normalbetrieb erhöht wird. Hierdurch erhöht sich die in der Druckleitung gespeicherte Energie und das in der Folge bei der Druckentlastung zurückgesaugte Luftvolumen vergrößert sich. Die Erhöhung des Druckniveaus kann beispielsweise durch eine Steuergerätefunktion realisiert werden.In the particularly preferred embodiments of the method according to the invention described below, the volume of air drawn in by the dosing module is increased, so that the ice pressure resistance of the dosing module is further increased. This can for example be realized in such a way that the system pressure of the dosing system is increased to a pressure above the system pressure during normal operation. As a result, the energy stored in the pressure line increases and the air volume sucked back as a result in the pressure relief increases. The increase of the pressure level can be realized for example by a control unit function.

Die Druckleitung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine Druckspeicherung ermöglicht. Weiterhin ist die Druckleitung vorzugsweise so ausgebildet, dass sie bei einer Druckentlastung einen vernachlässigbaren Reibungsverlust aufweist. Hierfür kann die Druckleitung mit einer besonders niedrigen effektiven Steifigkeit ausgestaltet sein, um die gespeicherte Federenergie bei konstantem Druck zu vergrößern. Beispielsweise kann die Steifigkeit der Druckleitung weniger als 250 N/mm2 und insbesondere weniger als 150 N/mm2 betragen. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Druckleitung mit einem verhältnismäßig großen Innendurchmesser, beispielsweise einem Innendurchmesser von > 3 mm, gewählt werden, um so den Strömungswiderstand während des Rücksaugens zu verringern. Diese verschiedenen Maßnahmen können einzeln oder in verschiedenen Kombinationen miteinander realisiert werden, um so das angesaugte Luftvolumen zu vergrößern.The pressure line is preferably designed so that it allows pressure storage. Furthermore, the pressure line is preferably designed so that it has a negligible friction loss at a pressure relief. For this purpose, the pressure line can be designed with a particularly low effective stiffness to increase the stored spring energy at constant pressure. For example, the rigidity of the pressure line may be less than 250 N / mm 2 and in particular less than 150 N / mm 2 . Additionally or alternatively, the pressure line with a relatively large inner diameter, for example, an inner diameter of> 3 mm, be selected so as to reduce the flow resistance during the Rücksaugens. These various measures can be implemented individually or in various combinations with each other, so as to increase the intake air volume.

Um das Verfahren weiter zu optimieren, kann der Druckaufbau und die Entlastung ein- oder mehrfach wiederholt werden. Hierbei erfolgt nach der Druckentlastung der Leitung durch das Öffnen des Entlastungsventils und der kurzzeitigen Öffnung des Dosiermoduls ein erneuter Druckaufbau, indem das Dosiermodul und das Entlastungsventil geschlossen werden und das Fördermodul erneut bis zu einem gewünschten Druck betrieben wird. Anschließend wird das Entlastungsventil erneut geöffnet und das Dosiermodul erneut kurzzeitig geöffnet, sodass ein weiteres Luftvolumen in das Dosiermodul eingesaugt werden kann. Durch die zusätzliche Federwirkung der bereits eingesaugten Luft im System ist die nach dem wiederholten Druckaufbau zurückgesaugte Luftmenge etwas größer als bei der ersten Entlastung des Systems. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere dann mit Vorteil eingesetzt werden, wenn ein Stromlosschalten des Systems in weniger als einer Sekunde nicht erforderlich ist. Dies gilt zum Beispiel für alle Personenkraftfahrzeuge sowie für Nutzkraftfahrzeuge ohne Not-Ausfunktion sowie für das reguläre Abstellen von. Nutzkraftfahrzeuge, die nicht durch Not-Aus abgestellt werden. Wenn Nutzkraftfahrzeuge mit Not-Ausfunktion durch Not-Aus abgestellt werden, kann in jedem Fall das anfangs beschriebene erfindungsgemäße Verfahren mit nur einfacher Entlastung des Systems zum Rücksaugen der Flüssigkeit aus den Dosierventilen auch bei einem Not-Ausbetrieb eingesetzt werden.In order to further optimize the process, the pressure build-up and the discharge can be repeated one or more times. This is done after the pressure relief of the line by the opening of the relief valve and the short-term opening of the dosing a repressurization by the dosing and the relief valve are closed and the delivery module is operated again to a desired pressure. Subsequently, the relief valve is opened again and the dosing again briefly opened, so that a further volume of air can be sucked into the dosing. Due to the additional spring action of the already aspirated air in the system, the amount of air sucked back after repeated pressure build-up is slightly larger than when the system was first relieved. This embodiment of the method according to the invention can be advantageously used, in particular, when it is not necessary to switch off the system in less than one second. This applies, for example, for all passenger vehicles and for commercial vehicles without emergency Ausfunktion as well as for the regular parking of. Utility vehicles that are not turned off by emergency stop. If utility vehicles are switched off with emergency stop function by emergency stop, in any case, the initially described inventive method with only simple relief of the system for sucking back the liquid from the metering valves can also be used in an emergency stop operation.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Flüssigkeits- und/oder Luftvolumen in einem dem Dosiermodul zugeordneten separaten Druckspeicher zwischengespeichert. Hierdurch kann die Federenergie, die bei der Druckentlastung des Systems eine Beschleunigung der Flüssigkeit in der Druckleitung bewirkt, gespeichert werden. Die hierbei erreichbare höhere kinetische Energie der Flüssigkeitssäule erlaubt das Einsaugen eines größeren Luftvolumens. Der Druckspeicher kann auch zur Aufnahme des Flüssigkeits- oder Luftvolumens dienen, welches durch Ausdehnung der Flüssigkeit in der Druckleitung, beispielsweise bei Eisdruck, in das Dosiermodul gedrückt wird. Auf diese Weise kann der Überdruck in diesen Lastfällen begrenzt werden, und das Zurücklaufen der Reduktionsmittellösung in das oder die Dosierventil(e) wird vermieden. Schließlich bewirkt der Druckspeicher eine Dämpfung der Druckpulsationen, wodurch Druckspitzen, also positive oder negative Abweichungen vom mittleren Systemdruck reduziert und Schwankungen in der Dosiermenge bzw. in den Sprayeigenschaften verringert werden. Das aufnehmbare Volumen des Druckspeichers kann beispielsweise 1 bis 10 cm3 betragen, um auf Druckänderungen zwischen 1 bar und 6 bar reagieren zu können. Der Druckspeicher ist beispielsweise als Elastomer-Membran oder Faltenbalg, insbesondere als federbelasteter Faltenbalg, realisiert.In a further particularly preferred embodiment of the method according to the invention, a liquid and / or air volume is temporarily stored in a separate pressure accumulator associated with the dosing module. As a result, the spring energy, which causes an acceleration of the liquid in the pressure line at the pressure relief of the system, are stored. The achievable higher kinetic energy of the liquid column allows the suction of a larger volume of air. The accumulator can also serve to accommodate the liquid or air volume, which is pressed by expansion of the liquid in the pressure line, for example, in ice pressure in the dosing. In this way, the overpressure in these load cases can be limited, and the backflow of the reducing agent solution into the metering valve (s) is avoided. Finally, the pressure accumulator causes an attenuation of the pressure pulsations, whereby pressure peaks, so positive or negative deviations from the average system pressure is reduced and fluctuations in the dosage or in the spray properties are reduced. The recordable volume of the pressure accumulator may be, for example, 1 to 10 cm 3 in order to be able to react to pressure changes between 1 bar and 6 bar. The pressure accumulator is realized, for example, as an elastomer diaphragm or bellows, in particular as a spring-loaded bellows.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Dosiersystem für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmitteltank, einem Fördermodul, wenigstens einem Dosiermodul und einer Druckleitung, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Hierbei weist das Dosiersystem wenigstens ein Entlastungsventil zwischen dem Reduktionsmitteltank und der Druckleitung auf. Vorzugsweise weist das Entlastungsventil, das beispielsweise als ein Zweiwege-Ventil realisiert ist, einen wenigstens so großen Strömungsquerschnitt wie die Leitungen auf. Dem Dosiermodul kann mit Vorteil ein separater Druckspeicher zugeordnet sein, der beispielsweise als Elastomer-Membran oder als Federbalg, beispielsweise als federbelasteter Federbalg, ausgestaltet ist. Dieses Dosiersystem erlaubt ein sehr schnelles Rücksaugen. von Flüssigkeit aus dem Dosiermodul, insbesondere aus dem oder den Dosierventil(en), wobei Luft in das oder die Dosierventil(e) eingesaugt wird und damit Schäden an den Dosierventilen bei einem Gefrieren der Lösung und dem damit einhergehenden Eisdruck zuverlässig vermieden werden. Hierfür wird nach Beendigung des Dosiervorgangs, also bei geschlossenem Dosiermodul, und bei bestehendem Systemdruck das Entlastungsventil geöffnet, sodass sich die Flüssigkeitssäule in der Druckleitung entspannt. Wenn nun das Dosiermodul. insbesondere kurzzeitig geöffnet wird, wird durch die Trägheit der Flüssigkeit Luft in das Dosiermodul eingesaugt. Bezüglich weiterer Merkmale des erfindungsgemäßen Dosiersystems wird auf die obige Beschreibung verwiesen. The invention further comprises a metering system for an SCR catalytic converter of an internal combustion engine having a reducing agent tank, a delivery module, at least one metering module and a pressure line which is suitable for carrying out the method according to the invention. In this case, the metering system has at least one relief valve between the reducing agent tank and the pressure line. Preferably, the relief valve, which is realized for example as a two-way valve, at least as large a flow cross-section as the lines. The metering module can be associated with advantage a separate pressure accumulator, which is designed for example as an elastomeric membrane or bellows, for example as a spring-loaded bellows. This dosing system allows a very fast suck back. of liquid from the metering module, in particular from the metering valve (s), whereby air is sucked into the metering valve (s) and thus damage to the metering valves upon freezing of the solution and the concomitant ice pressure are reliably prevented. For this purpose, the discharge valve is opened after completion of the dosing process, ie with the dosing module closed, and at existing system pressure, so that the liquid column in the pressure line relaxes. If now the dosing module. is opened in particular for a short time, is sucked by the inertia of the liquid air in the dosing. With regard to further features of the metering system according to the invention, reference is made to the above description.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des beschriebenen Verfahrens ausführen kann, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät, insbesondere dem Steuergerät eines SCR-Katalysatorsystems eines Kraftfahrzeugs oder dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs ausgeführt wird. Mithilfe dieses Computerprogramms oder des Computerprogrammprodukts kann die Flüssigkeit aus dem oder den Dosiermodul(en) in das Druckleitungssystem eines SCR-Katalysators sehr schnell, insbesondere in weniger als einer Sekunde, zurückgesaugt werden, sodass sich anschließend Luft in den Dosierventilen befindet und Schädigungen durch Eisdruck an den Ventilen vermieden werden. Für die Durchführung des Verfahrens ist lediglich die Installation eines Entlastungsventils zwischen dem Reduktionsmitteltank und der Druckleitung erforderlich. Ansonsten sind keine weiteren Systemkomponenten notwenig, sodass das erfindungsgemäße Verfahren durch Implementierung des Computerprogramms auf einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs auch bei bestehenden Fahrzeugen eingesetzt werden kann.The invention further comprises a computer program that can execute all the steps of the described method when it runs on a computing device or a control device. Finally, the invention comprises a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention, when the program is executed on a computing device or a control device, in particular the control device of an SCR catalyst system of a motor vehicle or the control device of the motor vehicle. With the aid of this computer program or the computer program product, the liquid from the dosing module (s) can be sucked back into the pressure line system of an SCR catalytic converter very quickly, in particular in less than one second, so that air is then present in the dosing valves and damage due to ice pressure the valves are avoided. For the implementation of the method, only the installation of a relief valve between the reducing agent tank and the pressure line is required. Otherwise, no further system components are necessary, so that the inventive method can be used by implementing the computer program on a control unit of the motor vehicle in existing vehicles.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen. Hierbei können die verschiedenen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of the drawings in conjunction with the embodiments. In this case, the various features can be implemented individually or in combination with each other.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dosiersystems für einen SCR-Katalysator und 1 a schematic representation of a metering system according to the invention for an SCR catalyst and

2 eine Darstellung von verschiedenen Messgrößen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a representation of various parameters in the implementation of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Das in 1 schematisch gezeigte Dosiersystem für einen SCR-Katalysator umfasst einen Reduktionsmitteltank 10, ein Fördermodul 11, ein Dosiermodul 12 und eine Druckleitung 13. Mithilfe des Fördermoduls 11, insbesondere einer Pumpe, wird die in dem Tank 10 bevorratete wässrige Harnstofflösung aus dem Tank 10 durch die Druckleitung 13 gefördert und über ein oder mehrere elektronisch gesteuerte(s) Ventil(e) als Bestandteil(e) des Dosiermoduls 12 bedarfsgerecht in den Abgasstrang eingespritzt. Zur Entleerung des Leitungssystems kann eine Rücklaufdrossel 15 vorgesehen sein. Erfindungsgemäß weist das Dosiersystem ein Entlastungsventil 14 auf, das in räumlicher Nähe des Tanks 10 angeordnet ist. Insbesondere handelt es sich hierbei um ein Zweiwege-Ventil (2/2-Ventil), das im Wesentlichen einen gleichen oder größeren Strömungsquerschnitt wie die Leitungen aufweist. Die Erfindung nutzt die Trägheit der Harnstofflösung in dem Leitungssystem, um ein sehr schnelles Rücksaugen der Flüssigkeit aus dem Dosiermodul 12 zu erreichen. Das Rücksaugen bzw. Entfernen der Flüssigkeit aus dem Dosiermodul, also insbesondere den Dosierventilen, ist erforderlich, um bei einem Gefrieren der Lösung durch die damit verbundene Volumenerhöhung Schädigungen durch den Eisdruck in dem Dosiermodul zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass nach Beendigung der Dosierung bei abgestellter Pumpe 11 und vollem Systemdruck das Entlastungsventil 14 zum Tank 10 hin geöffnet wird. Die in der Leitung unter Druck stehende Flüssigkeitssäule wird hierdurch entspannt. Bei nun erfolgender insbesondere kurzzeitiger Öffnung eines Dosierventils oder mehrerer Dosierventile des Dosiermoduls 12 wird Luft aus dem Abgastrakt (nicht dargestellt) in das Dosiermodul 12 gesaugt. Die hierbei angesaugte Luft von circa 1–8 cm2 ist ausreichend, um die Eisdruckfestigkeit des Ventils zu gewährleisten.This in 1 schematically shown dosing system for an SCR catalyst comprises a reducing agent tank 10 , a conveyor module 11 , a dosing module 12 and a pressure line 13 , Using the conveyor module 11 , in particular a pump, which is in the tank 10 stored aqueous urea solution from the tank 10 through the pressure line 13 and via one or more electronically controlled valve (s) as part (s) of the dosing module 12 Injected as needed into the exhaust system. For emptying the pipe system, a return throttle 15 be provided. According to the invention, the metering system has a relief valve 14 on, in the vicinity of the tank 10 is arranged. In particular, this is a two-way valve (2/2 valve), which has substantially the same or larger flow cross-section as the lines. The invention makes use of the inertia of the urea solution in the line system in order to ensure that the liquid from the metering module is sucked back very quickly 12 to reach. The sucking back or removal of the liquid from the metering module, that is to say in particular the metering valves, is necessary in order to avoid damage due to the ice pressure in the metering module when the solution freezes due to the associated increase in volume. According to the invention this is achieved in that after completion of the dosage when the pump is stopped 11 and full system pressure the relief valve 14 to the tank 10 is opened. The liquid column under pressure in the line is thereby relieved. With now occurring in particular short-term opening of a metering valve or more metering valves of the metering 12 Air from the exhaust tract (not shown) in the metering module 12 sucked. The sucked in air of about 1-8 cm 2 is sufficient to ensure the Eisdruckfestigkeit the valve.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Dosiersystem durch einen separaten Druckspeicher 16 am Dosiermodul ergänzt werden. Der Druckspeicher 16 kann beispielsweise als Elastomer-Membran oder federbelasteter Federbalg realisiert sein. Der Druckspeicher 16 ermöglicht eine Speicherung einer Federenergie, die bei der Druckentlastung des Systems eine weitere Beschleunigung der Flüssigkeit in der Druckleitung 13 bewirkt. Mit der damit erreichbaren höheren kinetischen Energie der Flüssigkeitssäule wird das eingesaugte Luftvolumen weiter erhöht. Ein weiterer besonderer Vorteil des separaten Druckspeichers 16 ist die Aufnahmemöglichkeit für Flüssigkeit oder Luft, welche bei der Ausdehnung der Flüssigkeit in der Druckleitung insbesondere bei Temperaturen um den Gefrierpunkt der Lösung in das Dosiermodul gedrückt wird. Die hierdurch erreichbare Begrenzung des Überdrucks in diesen Lastfällen ist eine weitere Maßnahme zur Vermeidung von Schäden an den Dosierventilen 12 und vermeidet zudem ein Zurücklaufen der Reduktionsmittellösung nach dem Einsaugen von Luft. Schließlich bewirkt der Druckspeicher 16 eine Dämpfung der Druckpulsationen und reduziert die positiven und negativen Druckspitzen durch eine Verminderung von Schwankungen in der Dosiermenge und verbessert damit die Sprayeigenschaften. Der Druckspeicher 16 kann beispielsweise derart ausgelegt sein, dass er zur Aufnahme von 1–10 cm3 geeignet ist. Diese Volumenauslegung ist beispielsweise für Druckänderungen zwischen 1 bar und 6 bar besonders geeignet.Furthermore, the dosing system according to the invention by a separate pressure accumulator 16 be added to the dosing module. The accumulator 16 can be realized for example as an elastomeric membrane or spring-loaded bellows. The accumulator 16 allows storage of a spring energy, which in the pressure relief of the system further acceleration of the liquid in the pressure line 13 causes. With the thus achievable higher kinetic energy of the liquid column, the sucked air volume is further increased. Another special advantage of the separate pressure accumulator 16 is the possibility of receiving liquid or air, which is pressed in the expansion of the liquid in the pressure line, in particular at temperatures around the freezing point of the solution in the dosing. The thereby achievable limitation of the overpressure in these load cases is another measure to avoid damage to the metering valves 12 and also avoids running back of the reducing agent solution after the intake of air. Finally, the pressure accumulator causes 16 dampening the pressure pulsations and reducing the positive and negative pressure spikes by reducing variations in the dosing amount and thereby improving the spray properties. The accumulator 16 For example, it can be designed so that it is suitable for receiving 1-10 cm 3 . This volume design is particularly suitable, for example, for pressure changes between 1 bar and 6 bar.

2 illustriert verschiedene Mess- und Betriebsgrößen bei dem Ansaugen von Luft in das Dosiermodul 12 innerhalb von weniger als einer Sekunde im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dargestellt sind die Geschwindigkeit der Förderpumpe 11 (A), die Flussgeschwindigkeit an dem Entlastungsventil 14 (B), der Druck am Dosiermodul 12 (C), die Flussrate am Dosiermodul 12 (D) und das eingesaugte Luftvolumen (E). 2 illustrates various measuring and operating variables when drawing air into the dosing module 12 within less than a second in the course of the method according to the invention. Shown are the speed of the feed pump 11 (A), the flow rate at the relief valve 14 (B), the pressure at the dosing module 12 (C), the flow rate at the dosing module 12 (D) and the volume of air sucked in (E).

Erfasst wurden die dargestellten Werte bei einem Versuchsaufbau mit einer Länge der Leitung von 9 Metern, wobei der innere Durchmesser des Leitungssystems 3,2 mm betrug. Zwischen 0,1 und 0,2 s wird die Geschwindigkeit der Förderpumpe 11 auf 0 heruntergefahren (A). Zum gleichen Zeitpunkt wird das Entlastungsventil 14 geöffnet, sodass die Durchflussfläche des Entlastungsventils 14 von 0 auf circa 3,6 mm2 steigt (B). Der Druck am Dosiermodul sinkt auf 0 ab (C), da sich die Flüssigkeitssäule durch das Öffnen des Entlastungsventils 14 entspannt. Durch Öffnen des Dosierventils steigt die Flussrate am Dosiermodul 12 (D). Hierbei wird Luft eingesaugt, sodass das Luftvolumen außerhalb des Leitungssystems abnimmt (E). Diese Luft wird in das Dosiermodul bzw. in das Dosierventil 12 eingesaugt. Insgesamt werden bei diesem Vorgang innerhalb von circa 0,3 s ungefähr 2 cm3 in das Dosierventil 12 eingesaugt. Diese innerhalb von kürzester Zeit in das Dosiermodul eingesaugte Luft gewährleistet eine Eisdruckfestigkeit des Ventils, da sich im Ventil keine Flüssigkeit mehr befindet.The values recorded were recorded in a test setup with a length of the pipe of 9 meters, the internal diameter of the pipe system being 3.2 mm. Between 0.1 and 0.2 s, the speed of the feed pump 11 Shut down to 0 (A). At the same time the relief valve 14 opened so that the flow area of the relief valve 14 from 0 to about 3.6 mm 2 rises (B). The pressure at the dosing module drops to 0 (C), as the liquid column opens by opening the relief valve 14 relaxed. Opening the dosing valve increases the flow rate at the dosing module 12 (D). Air is drawn in so that the air volume outside the piping system decreases (E). This air is in the dosing or in the metering valve 12 sucked. In total, approximately 2 cm 3 will be introduced into the dosing valve within approximately 0.3 s during this process 12 sucked. This air, which is sucked into the dosing module within a very short time, ensures that the valve is resistant to ice pressure because there is no liquid left in the valve.

Das Volumen der eingesaugten Luft kann durch verschiedene Maßnahmen weiter erhöht werden. Beispielsweise kann das Druckniveau im Leitungssystem durch eine Steuergerätfunktion über den regulären Systemdruck erhöht werden. Die Druckleitung kann mit besonders niedriger effektiver Steifigkeit realisiert werden. Der Innendurchmesser der Leitung kann größer, insbesondere größer als 3 mm, gewählt werden, um so den Strömungswiderstand während des Rücksaugens zu verringern.The volume of the sucked air can be further increased by various measures. For example, the pressure level in the piping system can be increased by a controller function over the regular system pressure. The pressure line can be realized with particularly low effective stiffness. The inner diameter of the pipe can be made larger, in particular greater than 3 mm, so as to reduce the flow resistance during the re-suction.

In besonders bevorzugter Weise kann das Verfahren um einen erneuten Druckaufbau durch Schließen des Dosierventils und des Entlastungsventils und den Betrieb der Dosierpumpe bis zum Erreichen des gewünschten Druckes erweitert werden. Der hierbei erreichbare Druck kann von dem nominalen Systemdruck abweichen. Nach Erreichen des vorgesehenen Drucks wird das System erneut entlastet und entleert. Durch die zusätzliche Federwirkung der bereits eingesaugten Luft im System ist die bei der Wiederholung zurückgesaugte Luftmenge größer als bei der nur einmaligen Durchführung des Verfahrens. Diese Wiederholung kann beliebig oft hintereinander durchgeführt werden.In a particularly preferred manner, the process can be extended by a renewed pressure build-up by closing the metering valve and the relief valve and the operation of the metering pump until reaching the desired pressure. The achievable pressure may differ from the nominal system pressure. After reaching the intended pressure, the system is again relieved and emptied. Due to the additional spring action of the already aspirated air in the system, the amount of air sucked back during the repetition is greater than when the process is carried out only once. This repetition can be performed as often as one after the other.

Claims (14)

Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems insbesondere für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmitteltank (10), einem Fördermodul (11), wenigstens einem Dosiermodul (12) und einer Druckleitung (13), dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung einer Dosierung bei geschlossenem Dosiermodul (12) und bestehendem Systemdruck zunächst wenigstens ein zwischen dem Reduktionsmitteltank (10) und der Druckleitung (13) angeordnetes Entlastungsventil (14) geöffnet und dann das Dosiermodul (12) geöffnet wird, sodass flüssiges Reduktionsmittel aus dem Dosiermodul (12) in die Druckleitung (13) zurückgesaugt wird.Method for operating a metering system, in particular for an SCR catalytic converter of an internal combustion engine with a reducing agent tank ( 10 ), a conveyor module ( 11 ), at least one dosing module ( 12 ) and a pressure line ( 13 ), characterized in that after completion of a dosing with closed dosing ( 12 ) and existing system pressure, at least one between the reducing agent tank ( 10 ) and the pressure line ( 13 ) arranged relief valve ( 14 ) and then the dosing module ( 12 ) is opened, so that liquid reducing agent from the dosing ( 12 ) into the pressure line ( 13 ) is sucked back. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil (14) einen Strömungsquerschnitt aufweist, der wenigstens so groß wie der Innendurchmesser der Druckleitung (13) ist.Method according to claim 1, characterized in that the relief valve ( 14 ) has a flow cross section which is at least as large as the inner diameter of the pressure line ( 13 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil (14) ein Zweiwege-Ventil ist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the relief valve ( 14 ) is a two-way valve. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (12) während des Anliegens eines Unterdrucks am Dosiermodul (12) geöffnet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the dosing module ( 12 ) during the application of a negative pressure on the dosing module ( 12 ) is opened. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck auf einen Druck oberhalb des Systemsdrucks im Normalbetrieb erhöht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the system pressure is increased to a pressure above the system pressure in normal operation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (13) zur Druckspeicherung ausgebildet ist, wobei die Druckleitung (13) vorzugsweise eine niedrige effektive Steifigkeit, insbesondere eine Steifigkeit < 250 N/mm2, vorzugsweise < 150 N/mm2, aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure line ( 13 ) is designed for pressure storage, wherein the pressure line ( 13 ) preferably has a low effective stiffness, in particular a rigidity <250 N / mm 2 , preferably <150 N / mm 2 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (13) bei der Druckentlastung einen vernachlässigbaren Reibungsverlust aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure line ( 13 ) has a negligible friction loss in the pressure relief. Verfahren nach einem der vorhergehenden. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Öffnung des Dosiermoduls (12) das Dosiermodul (12) und das Entlastungsventil (14) geschlossen und zum erneuten Druckaufbau das Fördermodul (11) betrieben wird, bevor das Entlastungsventil (14) und das Dosiermodul (12) erneut geöffnet werden.Method according to one of the preceding. Claims, characterized in that after the opening of the metering module ( 12 ) the dosing module ( 12 ) and the relief valve ( 14 ) and for renewed pressure build-up the delivery module ( 11 ) is operated before the relief valve ( 14 ) and the dosing module ( 12 ) are opened again. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erneute Druckaufbau wenigstens einmal wiederholt wird.A method according to claim 8, characterized in that the repressurization is repeated at least once. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssigkeits- und/oder Luftvolumen in einem dem Dosiermodul (12) zugeordneten separaten Druckspeicher (16) zwischengespeichert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a volume of liquid and / or air in a dosing module ( 12 ) associated with separate pressure accumulator ( 16 ) is cached. Dosiersystem insbesondere für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmitteltank (10), einem Fördermodul (11), wenigstens einem Dosiermodul (12) und einer Druckleitung (13) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reduktionsmitteltank (10) und der Druckleitung (13) wenigstens ein Entlastungsventil (14) vorgesehen ist.Dosing system, in particular for an SCR catalytic converter of an internal combustion engine with a reducing agent tank ( 10 ), a conveyor module ( 11 ), at least one dosing module ( 12 ) and a pressure line ( 13 ) for carrying out a method according to one of claims 1 to 10, characterized in that between the reducing agent tank ( 10 ) and the pressure line ( 13 ) at least one relief valve ( 14 ) is provided. Dosiersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dosiermodul (12) ein separater Druckspeicher zugeordnet ist.Dosing system according to claim 11, characterized in that the metering module ( 12 ) is assigned a separate accumulator. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft.Computer program that performs all the steps of a method according to one of claims 1 to 10, when the program runs on a computing device or a controller. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for performing a method according to one of claims 1 to 10, when the program is executed on a computing device or a control device.
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