Dosiersystem und Verfahren zum Eindosieren eines Reduktionsmittels

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5.

Aufgrund stetig steigender gesetzlicher Anforderungen an die Emissionswerte von Verbrennungsmotoren werden zur Einhaltung vorgegebener Grenzwerte die Abgase aus Verbrennungsmotoren in der Regel einer Nachbehandlung unterzogen. In der Fahrzeugtechnik werden zur Reduzierung des Stickoxidausstoßes bei Dieselmotoren beispielsweise Reduktionskatalysatoren eingesetzt, mittels derer die Stickoxid (NO _x )-Emissionen deutlich abgesenkt werden können. Hierzu wird den Abgasen bevor sie in den Katalysator gelangen eine wässrige Harnstofflösung zugeführt, welche die Bildung von Ammoniak bewirkt, das wiederum mit den Stickoxiden im nachgeschalteten Katalysator zu harmlosen Stickstoff und Wasser reagiert. Die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung erfolgt über Dosiersysteme, die in der Regel einen Vorratstank zur Bevorratung der wässrigen Harnstofflösung oder eines sonstigen Reduktionsmittels und eine Dosiereinrichtung, beispielsweise eine Dosierpumpe oder ein Dosierventil, zum Eindosieren des Reduktionsmittels in eine Abgasleitung umfassen. In der Regel bedarf es ferner wenigstens eines Fördermoduls zum Fördern des Reduktionsmittels und/oder zur Druckerzeugung. Stand der Technik

Die Offenlegungsschrift DE 100 47 519 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoffwasserlösung, zur Entfernung von Stickoxiden aus Abgasen. Die Vorrichtung umfasst neben einem Harnstofftank, einer Pumpe und einem Dosierventil einen Massesensor zur Messung des Reduktionsmittelmassenstroms in einer Katalysatorenanordnung. Der Massesensor ist hierzu zwischen der Pumpe und dem Dosierventil in einer Harnstoffleitung angeordnet. Der Massesensor erkennt die durchströmende Masse an Harnstoffwasserlösung und gibt den Messwert an ein Steuergerät weiter, das über einen geschlossenen Regelkreis den Ist- Massenstrom erfasst und über eine entsprechende Ansteuerung des Dosierventils mit einem Soll-Massenstrom abgleicht.

Der Einsatz derartiger Massenstromsensoren zur Erfassung von Dosiermengenabweichungen kann sich als problematisch darstellen. Dies gilt insbesondere, wenn die Dosiermengenabweichung weniger als 50% beträgt. Da Massenstromsensoren in der Regel einen Mindestmassen- bzw. Mindestvolumenfluss zur Durchführung der Messung benötigen, können geringe Abweichungen, wie sie bei kleinen Dosiermassen auftreten, oftmals nicht erfasst werden. Insbesondere bei kleinen Massenströmen weisen derartige Massenstromsensoren demnach eine hohe Messunsicherheit auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels anzugeben, das derart gestaltet ist, dass auch geringe Dosiermengenabweichungen erfasst werden. Dadurch soll eine hohe Messsicherheit erreicht werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Dosiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Eindosieren eines Reduktionsmittels mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. Offenbarung der Erfindung

Das vorgeschlagene Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in eine Abgasleitung einer

Brennkraftmaschine umfasst einen Reduktionsmittel-Vorratstank, ein Fördermodul und eine Dosiereinrichtung, welche über eine Reduktionsmittelzuführleitung verbunden sind. In der Reduktionsmittelzuführleitung ist dabei auf der Druckseite des Fördermoduls ein Massenstromsensor angeordnet. Erfindungsgemäß zweigt stromabwärts des Massenstromsensors eine Rücklaufleitung von der Reduktionsmittelzuführleitung ab, so dass sich der Reduktionsmittelmassenstrom stromabwärts des Massenstromsensors in einen Dosiermassenstrom und einen Rücklaufmassenstrom teilt. Indem die Rücklaufleitung stromabwärts des Massestromsensors angeordnet ist, wird zwangsläufig der gesamte Reduktionsmittelmas- senstrom bestehend aus Dosiermassenstrom und Rücklaufmassenstrom durch den Massenstromsensor geführt. Auf diese Weise wird der erforderliche Mindestmassen- bzw. Mindestvolumenfluss als Messbedingung des Massenstromsensors erreicht, so dass auch geringe Dosiermengenabweichungen bei kleinen Dosiermassenströmen über den Massenstromsensor erfasst werden. Dadurch ist eine hohe Messsicherheit gegeben. Ferner ist es möglich, einfache und damit kostengünstige Massenstromsensoren einzusetzen. Darüber hinaus gehende Anpassungen der Komponenten des Dosiersystems sind in der Regel nicht erforderlich, so dass herkömmliche Fördermodule und/oder Dosiereinrichtungen verwendet werden können. Zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung gilt es im Wesentlichen die Leitungsführung anzupassen. Insbesondere gilt es die Rücklaufleitung stromabwärts des Massenstromsensors an die Reduktionsmittelzuführleitung anzuschließen.

Vorteilhafterweise ist das Fördermodul über die Reduktionsmittelzuführleitung an die Rücklaufleitung angeschlossen. D.h., dass das Fördermodul keinen separaten Anschluss an die Rücklaufleitung besitzt, um den gesamten Reduktionsmittelmassenstrom dem Massenstromsensor zuzuführen.

Sofern das Fördermodul einen Rücklaufanschluss besitzt, wie dies bei herkömm- liehen Fördermodulen oftmals der Fall ist, ist dieser in einem erfindungsgemäßen

Dosiersystem verschlossen. Dadurch wird verhindert, dass ein Teil des Redukti- onsmittelmassenstroms bereits vor dem Massenstromsensor in die Rücklaufleitung abströmt.

Weiterhin bevorzugt ist die Rücklaufleitung, welche stromabwärts des Massen- stromsensors von der Reduktionsmittelzuführleitung abzweigt, derart geführt, dass sie in den Reduktionsmittel-Vorratstank mündet. Auf diese Weise steht das über die Rücklaufleitung rückgeführte Reduktionsmittel weiter zur Verfügung.

Ferner wird ein Verfahren zum Eindosieren eines Reduktionsmittels in eine Ab- gasleitung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welchem das Reduktionsmittel über ein Fördermodul aus einem Reduktionsmittel-Vorratstank angesaugt und über eine Reduktionsmittelzuführleitung einer Dosiereinrichtung zugeführt wird. Bei diesem Verfahren wird ferner der Reduktionsmittelmassenstrom über einen in der Reduktionsmittelzuführleitung integrierten Massenstromsensor erfasst. Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass zur Vergrößerung des durch den Massenstromsensor geleiteten Reduktionsmittelmassenstroms dieser erst stromabwärts des Massenstromsensors über eine von der Reduktionsmittelzuführleitung abzweigende Rücklaufleitung in einen Dosiermassenstrom und einen Rücklaufmassenstrom geteilt wird. Der gesamte über das Fördermodul geförderte Reduktionsmittelmassenstrom wird demnach durch den Massenstromsensor geführt, um bei kleinen Dosiermassenströmen selbst geringe Dosiermengenabweichungen über den Massenstromsensor zu erfassen. Denn der Massenstromsensor erfordert zur Messung einen Mindestmassenbzw. Mindestvolumenfluss, der regelmäßig nicht garantiert ist, wenn die Dosiermassenströme klein sind. Das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem die Massenströme erfasst werden, weist demnach eine hohe Messsicherheit auf.

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass der Massenstromsensor in der Reduktionsmittelzuführleitung bei Nulldosierung, d.h. in den Dosierpausen, zur Zustandsüberwachung in der Rücklaufleitung eingesetzt wird. Denn der durch den Massenstromsensor geleitete Reduktionsmittelmassenstrom entspricht dann dem Rücklaufmassenstrom, so dass dieser erfasst und mit einem Sollwert verglichen werden kann. Das Ergebnis des Vergleiches lässt Rückschlüsse auf den Zustand des Rücklaufs zu, so dass ggf. partielle Blockaden in- nerhalb der Rücklaufleitung erkannt werden können. Schließlich wird die Verwendung eines erfindungsgemäßen Dosiersystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, da bei dem erfindungsgemäßen Dosiersystem die Rücklaufleitung stromabwärts des Mas- senstromsensors von der Reduktionsmittelzuführleitung abzweigt, ist dieses zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Im Übrigen können herkömmliche Komponenten, insbesondere Fördermodule, Dosiereinrichtungen und Massenstromsensoren, verwendet werden, so dass auf die Komponenten im Einzelnen vorliegend nicht näher eingegangen wird. Im Wesentlichen bedarf die Verwirklichung der Erfindung eine Veränderung der Leitungsführung bzw. der Hydraulik, so dass sichergestellt ist, dass zusätzlich zum Dosiermassenstrom der Rücklaufmassenstrom durch den Massenstromsensor geführt wird. Dadurch ist sichergestellt, dass der Mindestmassen- bzw. Mindestvolumenfluss erreicht wird, den der Massenstromsensor benötigt, um die Messung durchzuführen. Ferner können auch Messungen bei Nulldosierung, d.h. in den Dosierpausen, durchgeführt werden, da der Reduktionsmittelmassenstrom vollständig als Rücklaufmassenstrom erfassbar ist. Mit der Anhebung der Massenströme wird eine hohe Genauigkeit der Massenstrombestimmung - selbst bei kleinen oder ausbleibenden Dosiermassenströmen - erreicht. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Dosiersystems nach dem

Stand der Technik und

Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dosiersystems.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Der Figur 1 ist ein bekanntes Dosiersystem in Form einer schematischen Darstellung zu entnehmen. Das Dosiersystem umfasst einen Reduktionsmittel- Vorratstank 1 , von welchem aus eine Reduktionsmittelzuführleitung 4 zu einem Fördermodul 2 und von dem Fördermodul 2 zu einer Dosiereinrichtung 3 führt. Die Dosiereinrichtung 3 kann beispielsweise ein Dosierventil umfassen, über welche das Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, in ei- ner Abgasleitung einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) eindosiert werden kann. Vom Fördermodul 2 aus führt eine Rücklaufleitung 6 zurück in den Reduktionsmittel-Vorratstank 1. Ferner weist das Dosiersystem der Figur 1 einen Mas- senstromsensor 5 auf, welcher in der Reduktionsmittelzuführleitung 4 zwischen 5 dem Fördermodul 2 und der Dosiereinrichtung 3 angeordnet ist. Der Massen- stromsensor 5 dient der Erfassung von Dosiermengenabweichungen. Hierzu werden über den Massenstromsensor 5 Ist-Werte erfasst, die mit Soll-Werten verglichen werden, um entsprechend der Auswertung die Dosiermenge anzuheben oder zu verringern. Der Massenstromsensor ist hierzu mit einer Steuerein- l o heit verbindbar (nicht dargestellt).

Während bei dem Dosiersystem der Figur 1 ein Rücklaufmassenstrom über einen Rücklaufanschluss des Fördermoduls 2 unmittelbar zurück in den Reduktionsmittel-Vorratstank 1 geführt wird, wird ein Dosiermassenstrom über die Reis duktionsmittelzuführleitung 4 vom Fördermodul 2 der Dosiereinrichtung 3 zugeführt. Dabei passiert der Dosiermassenstrom den Massenstromsensor 5. Indem bei dem Dosiersystem der Figur 1 der Massenstromsensor lediglich den Dosiermassenstrom erfasst, besteht bei kleinen Dosiermengen die Gefahr, dass ein zur Messung erforderlicher Mindestmassenstrom bzw. Mindestvolumenfluss nicht er- 20 reicht wird. Bei Nulldosierung findet keine Messung statt bzw. ist der Messwert gleich Null.

Bei dem in der Figur 2 dargestellten erfindungsgemäßen Dosiersystem, das ebenfalls ein Reduktionsmittel-Vorratstank 1 , ein Fördermodul 2, eine Dosierein-

25 richtung 3 sowie einen Massenstromsensor 5 zwischen dem Fördermodul 2 und der Dosiereinrichtung 3 in einer Reduktionsmittelzuführleitung 4 umfasst, wurde die Leitungsführung derart geändert, dass die Rücklaufleitung 6 stromabwärts des Massenstromsensors 5 in die Reduktionsmittelzuführleitung 4 mündet. Ein Rücklaufanschluss 7 des Fördermoduls 2 wurde von der Rücklaufleitung 6 ge-

30 trennt und verschlossen. Dadurch ist sichergestellt, dass der gesamte Reduktionsmittelmassenstrom, der über das Fördermodul 2 aus dem Reduktionsmittel- Vorratstank 1 angesaugt wird, vollständig durch den Massenstromsensor 5 geführt wird, wodurch gewährleistet ist, dass der zur Messung erforderliche Mindestmassenstrom bzw. Mindestvolumenfluss erreicht wird. Denn erst stromab- 35 wärts des Massenstromsensors 5 wird der Reduktionsmittelmassenstrom in einen Dosiermassenstrom und einen Rücklaufmassenstrom geteilt. Über den ver- schlossenen Rücklaufanschluss 7 des Fördermoduls 2 ist sichergestellt, dass stromaufwärts des Massenstromsensors 5 kein Reduktionsmittel in die Rücklaufleitung 6 abfließt. Die Anhebung des Massenstroms, welcher durch den Massen- stromsensor 5 hindurchgeführt wird, bewirkt, dass selbst bei kleinen Dosiermassenmengen noch Messungen durchgeführt werden könne. Ferner kann selbst bei Nulldosierung die durch den Massenstromsensor 5 geführte Menge der Zu- standsüberwachung der Rücklaufleitung 6 dienen. Denn selbst bei Nulldosierung wird ein Massenstrom durch den Massenstromsensor 5 geführt.

Auch bei dem in der Figur 2 dargestellten Dosiersystem ist vorteilhafterweise der Massenstromsensor 5 an einer Steuereinheit (nicht dargestellt) angeschlossen bzw. anschließbar, um mittels der Steuereinheit eine Auswertung der über den Massenstromsensor 5 erfassten Werte zu ermöglichen. Ferner kann die Auswertung mit einer Anpassung der Steuersignale der Steuereinheit einhergehen, um Abweichungen auszugleichen. Die Steuereinheit (nicht dargestellt) ist daher vorzugsweise ferner mit dem Fördermodul 2 und/oder der Dosiereinrichtung 3 verbunden.