DE102011014077B3

DE102011014077B3 - Dosiereinrichtung und Verfahren zu ihrem Betrieb

Info

Publication number: DE102011014077B3
Application number: DE102011014077A
Authority: DE
Inventors: Dr. Müller Axel; Michael Müller
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-03-17

Abstract

Dosiereinrichtung mit einer Dosierpumpe 1 zum Fördern und/oder Dosieren von Additiven und/oder Kraftstoffen für Verbrennungsmotoren mit einer Beheizung von Komponenten dieser Einrichtung. Zum Zweck der Beheizung wird dem zu dosierenden Fluid ein erwärmter Fluidstrom aus Gas von einem Kompressor 2 zugeführt. Die Beheizung erfolgt durch einen in seiner Betriebsweise verstellbaren Kompressor oder durch einen Wärmetauscher.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu ihrem Betrieb entsprechend den Ansprüchen 12 bis 14. Solche Dosiereinrichtungen werden insbesondere verwendet, um Additive oder Treibstoff in den Abgasstrang von Verbrennungsmotoren einzuspritzen.
Dosiereinrichtungen mit Einfrierschutz sind bekannt, ebenso Verfahren zum Betrieb derselben, zum Beispiel aus den Druckschriften EP 1 490923 B1 , EP 1 490 923 B1 , DE 10 2008 038 984 A1 , DE 10 2008 025 299 A1 und DE 10 2008 022 991 A1 .
Dosiereinrichtungen mit Vorrichtungen zum Beheizen der zugeführten Luft werden in den Druckschriften EP 1875051 A1 , DE 10 2005 0601 27 A1 und DE 10 2008 053 275 A1 beschrieben.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, in zuverlässiger und kostengünstiger Weise die Leitungen und den Injektor vor Schäden oder Störungen durch das Einfrieren der Betriebsflüssigkeit bei niedrigen Temperaturen zu schützen, sowohl beim Betrieb des Systems als auch in der Zeit nach dem Betrieb.
Dabei sollen die hohen Kosten oder der hohe elektrische Energieverbrauch der bekannten Systeme vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß werden die Leitungen durch einen zusätzlichen Fluidstrom beheizt. Dieser zusätzliche Fluidstrom wird durch einen Wärmetauscher oder durch den Kompressor, der diesen Fluidstrom in die Leitung pumpt, erwärmt. Derselbe Fluidstrom dient auch zum Freiblasen der Leitungen nach dem Betrieb, dabei wird bei Bedarf der Fluidstrom beheizt.
Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Systems wird die Heizleistung nur in dem Maße eingebracht, wie dies zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur erforderlich ist.
Dazu wird ein Regler mit einem oder mit mehreren Temperatursensoren verbunden, die die Temperatur an einer oder an mehreren kritischen Stellen des Systems messen. Der Regler vergleicht das Temperatursignal mit einem Sollwert und erzeugt aus der Differenz zwischen Ist- und Sollwert ein Stellsignal, mit dem zum Beispiel der Zulauf zum Wärmetauscher auf der Seite des wärmeren Fluids verstellt wird, oder mit dem in den Betrieb des Kompressors so eingegriffen wird, dass er mehr oder weniger Kompressionswärme an den Fluidstrom abgibt.
Ein Kompressor erzeugt immer auch Kompressionswärme bei seiner Arbeit, aber durch vergleichsweise leistungsarme Eingriffe in den Kompressor, zum Beispiel durch die Vergrößerung oder Verkleinerung eines Leckagepfads zwischen der Saug- und der Druckseite des Kompressors, kann man den Wirkungsgrad und damit den Anfall von Wärme beeinflussen. Andere beispielhafte Eingriffe sind die Veränderung der Steuerzeiten der Einlaß- oder der Auslaßventile oder die Änderung der Antriebsdrehzahl.
Die Leistungsaufnahme der Dosiereinrichtung läßt sich weiter vermindern, wenn man den Kompressor abschaltbar ausführt. Im Fall eines elektrisch angetriebenen Kompressor wird dazu die Stromzufuhr durch einen Schalter unterbrochen.
Die Kosten der Dosiereinrichtung lassen sich vermindern, wenn man den Kompressor nicht elektrisch sondern mechanisch antreibt, sofern dazu eine Ankopplung an den Verbrennungsmotor möglich ist. Zur Abschaltung ist dann eine elektrisch schaltbare Kupplung erforderlich.
Die Regeleinrichtung wird in vorteilhafter Weise für eine weitere Aufgabe eingesetzt, nämlich nach dem Ausschalten des Verbrennungsmotors die Leitungen freizublasen. Dazu werden in der Regeleinrichtung zwei Signale erzeugt, eines, das den elektrisch angetriebenen Kompressor für eine vorgegebene Zeit weiter in Betrieb hält, und ein zweites, das erforderlichenfalls die Wärmezufuhr durch den Wärmetauscher oder den Kompressor für dieselbe Zeit weiter in Betrieb hält. Das Erfordernis des Heizens richtet sich dabei nach der von den Sensoren gemessenen Temperatur an kritischen Stellen des Systems.
Bei einem mechanischen Antrieb des Kompressors ist allerdings der Funktionsumfang eingeschränkt, ein Freiblasen nach dem Abstellen des Motors ist bei dieser Ausführung nicht möglich.
Die Dosiereinrichtung läßt sich bei weiter eingeschränktem Funktionsumfang auch ohne die genannte Regeleinrichtung betreiben. Dazu nutzt man die Tatsache aus, dass bei sehr niedriger Temperatur in der Leitung zum Injektor die Viskosität der Flüssigkeit stark ansteigt. Das erzeugt einen höheren Druck in der Leitung und am Auslass des Kompressors. Durch diesen höheren Druck nimmt die Wärmeerzeugung im Kompressor zu, damit wird die komprimierte Luft stärker erwärmt. Dieser thermodynamische Effekt läßt sich durch einen vom Auslassdruck erzeugten Eingriff in die Arbeitsweise des Kompressors steigern, zum Beispiel durch eine gezielte Erhöhung der Leckage vom Auslass zum Einlass.
Die beschriebene Vorrichtung hat vor allem den Vorteil, dass eine elektrische Beheizung der Leitungen und gegebenenfalls anderer Komponenten des Systems vermieden werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht in der kostengünstigen Kombination von zwei Funktionen, nämlich dem Einfrierschutz im Betrieb und dem Freiblasen der Leitungen nach dem Betrieb.
Die Vorrichtung arbeitet wirtschaftlich, weil nur in dem erforderlichen Maß Wärme in das System eingebracht wird.
Vorrichtungen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 werden in Abgasreinigungsanlagen von Verbrennungsmotoren eingesetzt, insbesondere in solchen, die mit Zusatzflüssigkeit arbeiten, die einfrieren können, wie zum Beispiel wässrige Harnstofflösungen.
Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt die Anlage mit einem Wärmetauscher dar.
2 stellt die Anlage mit einem steuerbaren Kompressor dar.
Bevorzugte Ausführung 1 wie in 1 dargestellt:
Ein Dosiersystem mit einer Pumpe 1 fördert Flüssigkeit in einer Saugleitung 4 von einem Vorratsbehälter zu einem Einspritzsystem 6. Pumpe und Verbraucher sind durch eine Druckleitung 5 verbunden.
An die Druckleitung 5 ist auch ein Wärmetauscher 15 angeschlossen, durch den hindurch ein Kompressor 2 Luft fördert. Der Kompressor wird durch einen Elektromotor 7 angetrieben.
Die Anlage wird durch eine Steuerung 11 überwacht und gesteuert. Dazu misst ein Temperatursensor 8 die Temperatur an einer kritschen Stelle der Leitung. Das Temperatursignal 9 wird in der Regeleinrichtung 11 mit einer Grenztemperatur verglichen. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs sendet die Steuerung ein Stellsignal 10 an das Ventil 16, das den Wärmetauscher 15 mit mehr oder weniger Strom einer wärmeren Flüssigkeit versorgt. Diese Flüssigkeit wird von dem Kühlsystem des Verbrennungsmotors oder einer anderen Wärmequelle 17 zur Verfügung gestellt. In dem Wärmetauscher wird die Wärme der oben genannten Flüssigkeit auf den Luftstrom übertragen.
Ist keine Heizleistung erforderlich, schaltet die Regeleinrichtung 11 mittels des elektrischen Leistungsschalters 14 den Kompressor 2 ab. Damit wird erreicht, dass in Abhängigkeit von dem mittels des Temperatursensors ermittelten Bedarf das von der Dosierpumpe 1 geförderte Fluid und die Leitung 5 geheizt werden.
Zusätzlich ist die Steuerung 11 so eingerichtet, dass sie nach dem Ausschalten des Einspritzsystems 6, bei dem auch die Dosierpumpe 1 ausgeschaltet wird, den elektrisch angetriebenen Kompressor 2 noch eine vorbestimmte Zeit weiter arbeiten läßt, damit die Leitung 5 leergeblasen wird. Bei Bedarf, nämlich bei sehr niedriger Temperatur am Sensor 8, wird zusätzlich während dieses Leerblasens der Wärmetauscher 15 durch das Ventil 16 weiter mit warmer Flüssigkeit versorgt.
Bevorzugte Ausführung 2 wie in 2 dargestellt:
Ein Dosiersystem mit einer Pumpe 1 fördert Flüssigkeit in einer Saugleitung 4 von einem Vorratsbehälter zu einem Einspritzsystem 6. Pumpe und Verbraucher sind durch eine Druckleitung 5 verbunden.
An die Druckleitung 5 ist auch ein Kompressor 2 angeschlossen. Der Kompressor wird durch einen Elektromotor 7 angetrieben.
Die Anlage wird durch eine Steuerung 11 überwacht und gesteuert. Dazu misst ein Temperatursensor 8 die Temperatur an einer kritschen Stelle der Leitung. Das Temperatursignal 9 wird in der Regeleinrichtung 11 mit einer Grenztemperatur verglichen. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs sendet die Steuerung ein Stellsignal 10 an den Kompressor 2. Dieser Kompressor ist so eingerichtet, dass er in Abhängigkeit von dem Stellsignal 10 sein Betriebsverhalten so verändert, dass er mehr oder weniger Wärme erzeugt. Diese Wärme gibt der Kompressor an das geförderte Fluid ab.
Damit wird erreicht, dass in Abhängigkeit von dem mittels des Temperatursensors ermittelten Bedarf das von der Dosierpumpe 1 geförderte Fluid und die Leitung 5 geheizt werden.
Ist keine Heizleistung erforderlich, schaltet die Regeleinrichtung 11 mittels des elektrischen Leistungsschalters 14 den Kompressor 2 ab.
Zusätzlich ist die Steuerung 11 so eingerichtet, dass sie nach dem Ausschalten des Einspritzsystems 6, bei dem auch die Dosierpumpe 1 ausgeschaltet wird, den elektrisch angetriebenen Kompressor 2 noch eine vorbestimmte Zeit weiter arbeiten läßt, damit die Leitung 5 leergeblasen wird. Bei Bedarf, nämlich bei sehr niedriger Temperatur am Sensor 8, wird zusätzlich während dieses Leerblasens der Kompressor 2 auf ein Betriebsverhalten verstellt, bei dem zusätzliche Wärme erzeugt und an die Luft abgegeben wird.
Bezugszeichenliste

1: Dosierpumpe
2: Kompressor oder Pumpe
4: Leitung 1
5: Leitung 2
6: Einspritzsystem
7: Elektromotor
8: Temperatursensor
9: Temperatursignal
10: Stellsignal Heizen
11: Regeleinrichtung
12: Stellsignal Kompressorbetrieb
13: Stromregler
14: Elektrischer Leistungsschalter
15: Wärmetauscher
16: Ventil
17: Wärmequelle

Claims

Dosiereinrichtung mit einer Dosierpumpe (1) zum Fördern und/oder Dosieren von Additiven und/oder Kraftstoffen für Verbrennungs-motoren bei der dem zu dosierenden Fluid ein erwärmter Fluidstrom aus Gas von einem Kompressor (2) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zugeführte Fluidstrom durch einen Wärmetauscher (15), der dem Kompressor nachgeschaltet ist, oder durch die Abwärme des Kompressors erwärmt wird.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (2), der zur Einbringung der Wärme verwendet wird, ein Kompressor mit verstellbarer oder selbst verstellender Arbeitsweise ist.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der zugeführte Fluidstrom durch einen Wärmetauscher (15) erwärmt wird, der Wärme von einem anderen Fluid, zum Beispiel vom Kühlwasser des Verbrennungsmotor, auf das zugeführte Fluid überträgt.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Gas durch die Abwärme des Kompressors (2) erwärmt wird, wobei der Kompressor in seiner Arbeitsweise durch einen steuernden Eingriff eines Stellsignals (10) veränderlich ist.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (2) so eingerichtet ist, dass er auf eine Erhöhung des Drucks in der Leitung (5) mit einer im Vergleich zur thermodynamisch vorgegebenen Erhöhung der Wärmeerzeugung noch stärker erhöhten Wärmeerzeugung reagiert.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der steuernde Eingriff in die Arbeitsweise des Kompressors (2) automatisch in Abhängigkeit der Temperatur erfolgt, die in einer Leitung oder einer anderen Komponente des Dosiersystems durch einen Sensor (8) oder eine Mehrzahl von Sensoren gemessen wird.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (9) des Sensors (8) einer Regeleinrichtung (11) zugeführt wird, die das Temperatursignal (9) mit einem Sollwert vergleicht und aus dem Ergebnis des Vergleichs ein Stellsignal (10) erzeugt, das in die Arbeitsweise des Kompressors (2) eingreift.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass in einer Leitung oder einer anderen Komponente des Dosiersystems ein Temperatursensor (8) oder eine Mehrzahl von Temperatursensoren angebracht sind, deren Signal (9) in einer Regeleinrichtung (11) mit einem Sollwert verglichen wird.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung aus dem Ergebnis des Vergleichs ein Stellsignal (10) erzeugt, mit dem ein Ventil (16) verstellt wird, das den Zufluss von wärmeübertragendem Fluid von der Wärmequelle (17) zu dem Wärmetauscher (15) steuert.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Regeleinrichtung (11) nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors den genannten Kompressor (2) eine vorbestimmte Zeit lang weiterlaufen läßt.
Dosiereinrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) zwei Stellsignale erzeugt, ein erstes Stellsignal (10) zur Einstellung der Heizleistung und ein zweites Stellsignal (12), das über einen Leistungsschalter (14) auf den Betrieb des elektrisch angetriebenen Kompressors einwirkt.
Verfahren zum Betrieb einer Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) in Abhängigkeit von der Temperatur, die mittels des Sensors (8) gemessen wird, einen Wärmetauscher (15) oder einen verstellbaren Kompressor (2) so einstellt, dass im erforderlichen Maße erwärmte Luft in die Leitung (5) eingeblasen wird.
Verfahren zum Betrieb einer Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) nach dem Abstellen der Dosierpumpe (1) den Kompressor (2) noch eine vorbestimmte Zeit lang weiter laufen läßt.
Verfahren zum Betrieb einer Dosiereinrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) zusätzlich zum Kompressor (2) bei Unterschreiten einer Grenztemperatur durch die mittels des Sensors (8) gemessenen Temperatur auch eine der in Anspruch 12 genannten Vorrichtungen zur Einbringung von Wärme während der vorbestimmten Zeit weiter laufen läßt.