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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eindosierungsvorrichtung für ein Medium in eine Leitung, insbesondere für Kraftstoff in eine Abgasleitung stromaufwärts eines Oxidationskatalysators, aufweisend eine Versorgungseinrichtung und eine Zumesseinheit für das Medium in die Leitung, wobei zwischen der Versorgungseinrichtung und der Zumesseinheit eine Drossel angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Eindosierungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Eine derartige Eindosierungsvorrichtung ist aus der
DE 10 2008 040 463 A1 bekannt. Diese Eindosierungsvorrichtung ist zur Eindosierung von Kraftstoff in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine stromaufwärts eines in die Abgasleitung eingebauten Oxidationskatalysators ausgelegt. Die Eindosierungsvorrichtung weist eine Versorgungseinrichtung auf, die den Kraftstoff aus einem Tank einer Zumesseinheit zuführt, die wiederum den zugeführten Kraftstoff dosiert und die dosierte Menge der Einspritzeinheit zuführt, die den Kraftstoff in die Abgasleitung einspeist.
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Alternativ kann die gegebenenfalls vorhandene Versorgungseinrichtung der Hochdruckpumpe des Einspritzsystems der entsprechenden Brennkraftmaschine zur Kraftstoffversorgung genutzt werden.
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Eine solche Eindosierungsvorrichtung wird vornehmlich bei Brennkraftmaschinen eingesetzt, um eine Reduktion von schädlichen Abgaskomponenten in dem Abgas der Brennkraftmaschine zu bewirken. Dies schließt ein, dass eine Regenation von schädliche Abgaskomponenten aufnehmenden Einrichtungen, beispielsweise einem Rußfilter, ermöglicht werden muss. So weist eine derartige Eindosierungsvorrichtung neben einer mit einem Vorratstank verbundenen Versorgungseinrichtung eine Zumesseinheit und eine Einspritzeinheit mit einem Einspritzventil auf, das in eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingebaut ist und wobei durch das Einspritzventil Kraftstoff in die Abgasleitung eingespritzt wird, um beispielsweise einen Dieselpartikelfilter zu regenerieren. Dabei ist das Einspritzventil vorzugsweise vor einem Oxidationskatalysator angeordnet und spritzt eine genau dosierte Menge Kraftstoff vor dem Oxidationskatalysator in die Abgasleitung ein. Dadurch steigt die Abgastemperatur beim Durchströmen des Oxidationskatalysators deutlich an, so dass der in dem nachgeordneten Partikelfilter gespeicherte Ruß abbrennt. Durch eine Variation der Durchflussrate von Kraftstoff durch die Eindosierungsvorrichtung, die von der Zumesseinheit gesteuert wird, wird entsprechend den aktuellen Anforderungen die von dem eingespritzten Kraftstoff bewirkte Temperaturänderung in der Abgasleitung variiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Eindosierungsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Eindosierungsvorrichtung anzugeben, die/das die Auswirkungen von Druckschwankungen in der Eindosierungsvorrichtung auf eine von einer Zumesseinheit der Eindosierungsvorrichtung in eine Leitung eingebrachte Menge eines Mediums gering hält.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Drossel eine variable Drossel ist. Das entsprechende Verfahren zum Betreiben der Eindosierungsvorrichtung sieht vor, dass eine zwischen der Versorgungseinrichtung und der Zumesseinheit angeordnete variable Drossel so eingestellt wird, dass zwischen der Versorgungsseinrichtung und der Zumesseinheit ein geringer Druckabfall und zumindest angenähert konstanter Druck herrscht. Dieser Ausgestaltung und diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Druck des Mediums in der Versorgungseinrichtung starken Schwankungen unterliegen kann, so dass er sowohl knapp über dem zulässigen Mindest-Zulaufdruck, als auch deutlich über dem zulässigen Maximal-Zulaufdruck zu der Zumesseinheit liegt. Dadurch ergibt sich bei hohem Druck in der Versorgungseinrichtung eine sehr große Überströmmenge, die über eine dafür vorgesehene Rücklaufleitung in einem Tank zurückgeführt werden muss. Ursache dafür ist, dass der Durchmesser der Drossel vor der Zumesseinheit so groß gewählt werden muss, dass bei minimalen Druck in der Versorgungseinrichtung bei einem geschlossenen in die Rücklaufleitung eingebauten Überströmventil der durch eine der Zumesseinheit nachgeschalteten Einspritzvorrichtung hindurchströmende Einspritzmenge verursachte Druckabfall so gering sein muss, dass der minimale Zulaufdruck zu der Zumesseinheit nicht unterschritten wird. Ein entsprechend großer Durchmesser hat zur Folge, dass, wenn ein großer Druckabfall erforderlich ist, weil der Druck in der Versorgungseinrichtung deutlich über dem maximalen zulässigen Zulaufdruck zu der Zumesseinheit liegt, eine große Menge über die Drossel und somit über das Überströmventil zurück in den Tank fließen muss. Diese Menge wird unnötiger Weise gefördert, beziehungsweise kann je nach Förderleistung einer der Versorgungseinrichtung zugeordneten Pumpe gar nicht bereitgestellt werden. Da erfindungsgemäß die Drossel vor der Zumesseinheit mit einem beispielsweise variablen Durchmesser beziehungsweise Drosselquerschnitt ausgeführt wird, kann je nach erforderlichem Druckabfall ein größerer oder kleinerer Durchmesser eingestellt werden. Somit ist es möglich, bei einem geringen Druck in der Versorgungseinrichtung den Druckabfall ausreichend klein zu halten, ohne bei hohem Versorgungsdruck eine große Überströmmenge zu verursachen. Dabei ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren für alle Medien geeignet, die in eine Leitung eingespeist werden sollen. Bevorzugt wird der Gegenstand der Erfindung aber bei einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine eingesetzt, bei dem mittels der Eindosierungsvorrichtung Kraftstoff in eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine stromaufwärts eines Oxidationskatalysators zur Erzielung der zuvor beschriebenen Effekte eingespritzt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Drossel in eine Verbindungsleitung zwischen der Versorgungseinrichtung und der Zumesseinheit eingesetzt. Grundsätzlich kann die variable Drossel auch in die Versorgungseinrichtung oder die Zumesseinheit eingebaut sein. Der Einbau in die Verbindungsleitung zwischen den genannten Bauteilen hat sich aber als besonders zweckmäßig erwiesen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die variable Drossel eine schaltbare Stufendrossel und/oder die variable Drossel weist einen stufenlos einstellbaren Drosselquerschnitt auf. Bei der Ausbildung der Drossel als Stufendrossel weist diese bevorzugt zwei Durchflussquerschnitte auf, zwischen denen geschaltet werden kann. Bei der Ausführung der Drossel mit einem stufenlos einstellbaren Drosselquerschnitt erfolgt die Einstellung des Durchflussquerschnitts über einen geeigneten Aktuator, beispielsweise über einen Elektromagneten. In diesem Fall kann die Drossel auch die Funktion eines Absperrventils beziehungsweise das entsprechend angesteuerte Absperrventil kann die Funktion der Drossel übernehmen. Normalerweise wird mit dem Absperrventil die Zufuhr von Kraftstoff zu der Zumesseinheit gänzlich abgestellt oder ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist stromabwärts der Drossel eine Überströmeinrichtung angeordnet. Die Überströmeinrichtung ist wiederum in weiterer Ausgestaltung ein Überströmventil oder aber eine Überströmdrossel. Weiterhin kann die Überströmeinrichtung in die Verbindungsleitung zwischen der Versorgungseinrichtung und der Zumesseinheit oder aber direkt in die Zumesseinheit integriert sein. Im Falle der Integration der Überströmeinrichtung in die Zumesseinheit kann diese vor einem in die Zumesseinheit eingebauten Absperrventil oder zwischen dem Absperrventil und einem nachgeschalteten Dosierventil der Zumesseinheit angebracht sein. Im Falle der Ausbildung der Überströmeinrichtung als Überströmdrossel fließt auch bei geringem Druck immer eine gewisse Menge des Mediums zurück in einen Rücklauf. Durch die variable Drossel im Zulauf zu der Zumesseinheit kann diese Menge jedoch in allen Betriebspunkten so gering wie möglich gehalten werden.
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Für den Fall, dass die variable Drossel das Schaltventil – beziehungsweise umgekehrt – ersetzt, kann die Drossel auch durch ein hochfrequent moduliertes Schaltventil gebildet werden, wobei durch ständiges Öffnen und Schließen des Schaltventils bzw. durch eine Variation des Verhältnisses der offenen und geschlossenen Zeit des Schaltventils eine variable Drossel nachgebildet wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eindosierungsvorrichtung,
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2 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eindosierungsvorrichtung,
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3 in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eindosierungsvorrichtung,
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4 in schematischer Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eindosierungsvorrichtung, und
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5 in schematischer Darstellung ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eindosierungsvorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Eindosierungsvorrichtung für Kraftstoff in eine Abgasleitung 1 einer Brennkraftmaschine. Der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise mittels eines Common-Rail-Einspritzsystem Kraftstoff, insbesondere mit Dieselkraftstoff, zugeführt und wird als selbstzündende Brennkraftmaschine betrieben. Die Brennkraftmaschine weist ein Abgassystem mit einer Abgasleitung 1 auf, durch die die bei der Verbrennung von Kraftstoff und Brennluft entstandenen Abgase abgeleitet werden. Um schädliche Bestandteile des Abgases zu verringern, ist in die Abgasleitung 1 eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung eingebaut, die beispielsweise einen Oxidationskatalysator und einen den Oxidationskatalysator nachgeschalteten Russfilter beinhaltet. In dem Russfilter werden in dem Abgas der Brennkraftmaschine mitgeführte Russpartikel angelagert, die bedarfsweise entsorgt werden müssen. Dazu wird mittels einer Eindosierungsvorrichtung Kraftstoff in die Abgasleitung 1, der in dem Oxidationskatalysator chemische Reaktionen bewirkt, die unter Anderem eine Temperaturerhöhung des Abgases bewirken. Diese Temperaturerhöhung des Abgases löst in dem Partikelfilter einen Abbrennvorgang des abgelagerten Rußes aus, so dass der Partikelfilter wieder regeneriert wird.
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Die Eindosierungsvorrichtung weist eine Versorgungseinrichtung 2 auf, die beispielsweise mittels einer Pumpe Kraftstoff aus einem Tank 3, der vorzugsweise der Brennstofftank der Brennkraftmaschine ist, in eine Verbindungsleitung 4 zwischen der Versorgungseinrichtung 2 und einer Zumesseinheit 5 fördert. Die Zumesseinheit 5 bestimmt die Kraftstoffmenge, die einer Einspritzeinheit 6 zugeführt wird und die insbesondere ein Einspritzventil 7 aufweist, das zumindest eine in die Abgasleitung 1 einmündende Spritzöffnung aufweist. Beim Betrieb der Eindosierungsvorrichtung wird folglich geregelt beziehungsweise gesteuert Kraftstoff durch das Einspritzventil 7 in die Abgasleitung 1 eingespritzt.
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Die Zumesseinheit 5 weist eingangsseitig ein elektrisch betätigtes Schaltventil 8 auf, dessen elektrische Betätigung durch die unterhalb des Schaltventils dargestellten Symbole wiedergeben ist. An das Schaltventil 8 schließt ein Druck- und Temperatursensor 9 an, dessen Signalleitung mit einer Steuerungseinrichtung für die Eindosierungsvorrichtung verbunden ist. Auf den Druck- und Temperatursensor 9 folgt stromabwärts in einer die Zumesseinheit durchquerenden Kraftstoffverbindung ein Dosierventil 10, das wiederum elektrisch betätigt wird. Mit dem Dosierventil 10 wird die der Einspritzeinheit 6 bzw. dem Einspritzventil 7 zugeführte Kraftstoffmenge eingestellt. An das Dosierventil 10 schließt ein Drucksensor 11 an, der dem Druck des Kraftstoffs misst, wobei das entsprechende Signal wieder der Steuerungseinrichtung geführt und in dieser ausgewertet wird. Alternativ ist auch ein System mit nur einem oder gar keinem Drucksensor möglich. In diesem Fall müssen die für die Dosierung und Diagnose notwendigen Druckinformationen aus anderen vorliegenden Sensorsignalen abgeleitet werden.
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Zwischen der Versorgungseinrichtung 2 mit der Pumpe ist in die Verbindungsleitung 4 zu der Zumesseinheit 5 die erfindungsgemäß ausgebildete variable Drossel 12 eingebaut, die ebenfalls – wie durch die unterhalb der Drossel 12 wiedergegebene Symbole elektrisch oder elektromagnetisch ansteuerbar ist. Dabei kann die Drossel 12 so ausgebildet sein, dass der Drosselquerschnitt beziehungsweise der Durchflussquerschnitt durch die Drossel 12 stufenlos eingestellt werden kann oder aber die Drossel 12 ist als Stufendrossel ausgebildet, bei der beispielsweise zwei Durchflussquerschnitte fest einstellbar sind. Gegebenenfalls ist die Drossel auch so ausgebildet, dass die Einstellung von mehr als zwei Durchflussquerschnitten möglich ist.
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Stromabwärts hinter der Drossel 12 zweigt eine Überströmleitung 13 von der Verbindungsleitung 4 ab, wobei in die Überströmleitung 13 ein Überströmventil 14 eingebaut ist. Die Überströmleitung 13 mündet wiederum in den Tank 3.
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Mit der Drossel 12 kann je nach erforderlichem Druckabfall in der Verbindungsleitung 4 ein größerer oder kleinerer Durchmesser eingestellt werden, so dass es möglich ist, bei einem geringen von der Versorgungseinrichtung 2 bereitgestellten Kraftstoffdruck den Druckabfall ausreichend klein zu halten, ohne dass bei einem hohen von der Versorgungseinrichtung 2 erzeugten Versorgungsdruck eine große Überströmmenge verursacht wird, die durch die Überströmleitung 13 und das Überströmventil 14 zurück in den Tank 3 geleitet werden muss.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die Überströmleitung 13 und das Überströmventil 14 in die Zumesseinheit 5 stromaufwärts des Schaltventils 8 integriert, wobei der Tank 3 und eine entsprechende Tankleitung selbstverständlich außerhalb der Zumesseinheit angeordnet sind. Der weitere Aufbau und die weitere Funktion dieses Ausführungsbeispiels ist wie auch bei den noch nachfolgenden Figuren (bis auf die beschriebenen Unterschiede) gleich zu der zuvor bezugnehmend auf 1 beschriebenen Eindosierungsvorrichtung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist die Überströmleitung 13 und das Überströmventil 14 zwischen dem Schaltventil 8 und dem Dosierventil 10 vor dem Druck- und Temperatursensor 9 angeordnet.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist die Überströmleitung 13 anstelle eines Überströmventils eine Überströmdrossel 15 auf, die vor oder innerhalb der Zumesseinheit 5 angeordnet ist. In diesem Fall fließt auch bei geringem Druck immer eine gewisse Menge Kraftstoff über die Überströmleitung 13 zurück in den Tank 3. Bei dieser Variante kann die Drossel 12 auch als Festdrossel ausgebildet sein, wenn der Zulaufdruck nur geringen Schwankungen unterliegt. Nur in diesem Falle können die Durchmesser der Drossel 12 und der Überströmdrossel 15 optimal aufeinander abgestimmt werden. Insbesondere bei dieser Ausführungsform kann die Drossel 12 auch in die Zumesseinheit 5 integriert sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist die variable Drossel 12 in das Schaltventil 8 integriert. Dabei ist das die Drossel 12 bildende Schaltventil 8 als ein Ventil mit variablem Durchflussquerschnitt ausgebildet, das entsprechend elektrisch oder elektromagnetisch gestellt werden kann. Beispielsweise kann aber auch ein vorhandenes Schaltventil 8 hochfrequent moduliert angesteuert werden, so dass durch ständiges Öffnen und Schließen des Schaltventils 8 die variable Drossel 12 nachgebildet wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung auch beliebige Kombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele gegebenenfalls auch nur mit Teilmarkmalen möglich und vorgesehen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008040463 A1 [0002]
