СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОЗИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2016 года по МПК F01N3/20 

Изобретение относится к способу эксплуатации дозирующего устройства для обеспечения жидкой добавки. Дозирующее устройство может быть применено, например, для того, чтобы подавать жидкую добавку в устройство для очистки отработавшего газа (ОГ), где она используется для нейтрализации ОГ мобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего в автомобиле.

Устройства для очистки ОГ, в которые подается жидкая добавка, в последнее время находят все более широкое распространение. Особенно часто реализуемым в таких устройствах способом нейтрализации ОГ является способ селективного каталитического восстановления (способ СКВ), при котором соединения оксидов азота в ОГ восстанавливаются с помощью восстановителя. Восстановитель подается в устройство для очистки ОГ, как правило, в виде жидкой добавки. Особенно часто применяемой в этой связи жидкой добавкой является водный раствор мочевины. Водный раствор мочевины с содержанием мочевины 32,5% имеется в продаже под торговым названием AdBlue® и является широко распространенным. Водный раствор мочевины является лишь предшественником восстановителя и внешне относительно ОГ (в предусмотренном для этого реакторе) или внутри ОГ (в устройстве для очистки ОГ под воздействием ОГ) превращается в аммиак (восстановитель). Затем соединения оксидов азота в ОГ вместе с аммиаком в присутствии СКВ-катализатора восстанавливаются в безвредные вещества (воду, CO₂ и азот). Прежде всего в этой области техники изобретение находит применение.

Дозирующее устройство для обеспечения жидкой добавки (водного раствора мочевины) должно иметь как можно более простую конструкцию, быть как можно более стабильным в течение длительного времени и по возможности не требующим обслуживания, а также экономичным. В то же время является желательным, чтобы точность дозирования дозирующего устройства была особенно высокой. За счет этого, во-первых, может быть особенно точно установлено необходимое для превращения вредных компонентов в ОГ количество жидкой добавки. Кроме того, является возможным эффективно предотвращать передозировку.

Исходя из этого, задача изобретения состоит в том, чтобы решить или же, по меньшей мере, смягчить описанные в связи с уровнем техники технические проблемы. Прежде всего должен быть представлен особенно благоприятный способ эксплуатации дозирующего устройства для водного раствора мочевины.

Эти задачи решены посредством способа в соответствии с признаками п. 1 формулы изобретения. Другие благоприятные варианты осуществления изобретения указаны в сформулированных как зависимые пунктах формулы. Приведенные в формуле изобретения отдельно признаки являются комбинируемыми между собой любым технологически рациональным образом и могут быть дополнены поясняющими фактами из описания, причем показываются дополнительные варианты осуществления изобретения.

Изобретение относится к способу эксплуатации дозирующего устройства для обеспечения жидкой добавки, прежде всего водного раствора мочевины.

Дозирующее устройство имеет, по меньшей мере, следующее:

- по меньшей мере один насос для подачи добавки из бака в аккумулятор давления,

- дозирующий клапан, который выполнен для дозированного обеспечения имеющейся в аккумуляторе давления добавки, и

- обратный клапан, с помощью которого имеющаяся в аккумуляторе давления добавка может быть отведена обратно в бак.

Способ включает в себя, по меньшей мере, следующие шаги:

а) определение потребности в дозировании,

б) активирование насоса для создания давления в аккумуляторе давления,

в) установление давления в аккумуляторе давления на давление дозирования,

г) выдача добавки через дозирующее устройство,

д) понижение давления в аккумуляторе давления.

Дозирующее устройство особо предпочтительно служит для дозирования восстановителя (или же предшественника восстановителя, такого как водный раствор мочевины) в качестве жидкой добавки в устройство для очистки ОГ ДВС. Насос предпочтительно является мембранным насосом или поршневым насосом. Производительность насоса предпочтительно нерегулируема. Это означает, что не предусмотрен электронный блок регулировки или управления, с помощью которого может быть точно установлено подаваемое насосом количество добавки. Бак соединен с насосом предпочтительно посредством всасывающего трубопровода, из которого насос может засасывать жидкую добавку из бака. Аккумулятор давления предпочтительно расположен в направлении потока жидкой добавки из бака к дозирующему клапану за насосом. Созданное насосом давление имеется в аккумуляторе давления. Аккумулятор давления может быть выполнен, например, в виде гибкого трубопровода, который расширяется, как только жидкая добавка под давлением нагнетается насосом в гибкий трубопровод. Дозирующий клапан предпочтительно является электрически управляемым магнитным клапаном, который может открываться и закрываться посредством электрического привода, причем время открытия дозирующего клапана задает количество поданной жидкой добавки. К аккумулятору давления также примыкает обратный клапан. Обратный клапан предпочтительно посредством обратного трубопровода соединен обратно с баком, чтобы имеющаяся в аккумуляторе давления жидкая добавка могла быть отведена обратно в бак.

При определении потребности в дозировании на шаге а) идентифицируется предпочтительно электронный сигнал блока управления двигателя, который является репрезентативным для потребности в дозировании. Например, блок управления двигателя посылает сигнал, который соответствует определенному количеству требуемой жидкой добавки. Этот сигнал определяется или же идентифицируется как потребность в дозировании. Во время шага а) в аккумуляторе давления предпочтительно имеется давление, которое так низко, что обработка потребности в дозировании является невозможной. Предпочтительно во время шага а) в аккумуляторе давления имеется давление ниже 2 бар, особо предпочтительно ниже 1 бар и совершенно особо предпочтительно ниже 0,5 бар. На шаге б) активируется насос, чтобы создать в аккумуляторе давления давление, которое необходимо для того, чтобы с помощью дозирующего клапана могло произойти соответствующее дозирование. Для создания давления мембранный насос или поршневой насос эксплуатируется предпочтительно с числом тактов от 2 до 10. Число тактов работы насоса, которое необходимо, чтобы создать в аккумуляторе давления необходимое давление, зависит от гибкости аккумулятора давления и от разности давлений между давлением во время шага а) и давлением дозирования (шаг б). Чем более гибким является аккумулятор давления, тем больше жидкой добавки может быть подано в аккумулятор давления, чтобы создавалось необходимое давление. Чем больше разность давлений, тем больше жидкой добавки может быть подано в аккумулятор давления. Созданное в результате активирования насоса на шаге б) давление составляет предпочтительно от 3 до 10 бар, особо предпочтительно от 5 до 10 бар и совершенно особо предпочтительно от 6 до 8 бар. Созданное насосом на шаге б) давление типичным образом немного выше давления дозирования, которое необходимо, чтобы с помощью дозирующего клапана можно было произвести точное дозирование. Это объясняется тем, что насос предпочтительно нерегулируем. Это означает, что насос не деактивируется, когда достигается определенное давление, а после активирования сначала работает дальше независимо от того, насколько высоко имеющееся в аккумуляторе давления действующее против насоса давление.

За счет понижения давления в аккумуляторе давления на шаге д) становится возможным разгрузить аккумулятор давления между двумя случаями потребности в дозировании.

Соответствующий технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении срока службы (долговечности) дозирующего устройства.

Разгрузка аккумулятора давления в одном варианте осуществления может быть проведена активно. Обратный клапан, который ответвляется от аккумулятора давления, при необходимости, может быть открыт на шаге д), чтобы сделать возможным выход жидкой добавки из аккумулятора давления и таким образом обеспечить понижение давления в аккумуляторе давления. Этот обратный клапан может быть идентичен используемому на шаге в) способа обратному клапану и иметь дополнительную возможность активного открывания на шаге д). Но также является возможным то, что для шага д) предусмотрен дополнительный обратный клапан, который может быть активно открыт и предпочтительно расположен в параллельном втором обратном трубопроводе от аккумулятора давления к баку.

В одном варианте осуществления описанного способа насос прекращает работу, только когда давление в аккумуляторе давления так велико, что насос больше не может совершить дальнейшее повышение давления в аккумуляторе давления.

Особо предпочтительным способ является, если шаги а)-д) во время работы дозирующего устройства проводятся неоднократно, в частности циклически. Кроме того, способ является предпочтительным, если для установления давления на шаге в) давление уменьшается прежде всего за счет того, что открывается обратный клапан. Таким образом, чтобы установить в аккумуляторе давления точное давление, которое является желательным, чтобы с помощью дозирующего клапана можно было произвести точное дозирование, предпочтительно открывается обратный клапан.

Во время шага в) шаг б) предпочтительно происходит дальше. Обратный клапан остается открытым и активирован насос. За счет обратного потока жидкой добавки через обратный клапан давление в аккумуляторе давления остается постоянным.

Кроме того, способ является предпочтительным, если шаги в) и б) происходят, по меньшей мере частично, параллельно друг другу. Особо предпочтительно, даже шаги б), в) и г) происходят, по меньшей мере частично, параллельно (одновременно).

Для выдачи жидкой добавки через дозирующий клапан на шаге г) дозирующий клапан открывается. Тогда жидкая добавка течет из аккумулятора давления через дозирующий клапан к потребителю жидкой добавки. Потребителем жидкой добавки предпочтительно является устройство для очистки ОГ, в котором с помощью жидкой добавки реализуется способ селективного каталитического восстановления. Во время проведения шаги г), шаги б) и в) способа предпочтительно происходят дальше. Во время шага г) насос по-прежнему активирован и продолжает нагнетать жидкую добавку в аккумулятор давления. Также и обратный клапан во время шага г), предпочтительно, по-прежнему открыт и обеспечивает то, что давление в аккумуляторе давления устанавливается на необходимое для дозирования давление дозирования величиной, например, от 5 до 10 бар, например 7 бар. При этом обратный клапан открыт не всегда, а регулируемый давлением в каждом случае открывается, как только давление в аккумуляторе давления превышает давление дозирования. Тем самым давление в аккумуляторе давления в каждом случае снова и снова во время выдачи добавки через дозирующий клапан устанавливается на давление дозирования.

При выдаче добавки на шаге г) не требуется, чтобы дозирующий клапан был непрерывно открыт. Также является возможным то, что определенная на шаге а) потребность в дозировании выдается несколькими импульсами. При этом импульс соответствует в каждом случае одному процессу открывания и одному процессу закрывания дозирующего клапана.

Если способ во время работы дозирующего устройства реализуется неоднократно, после шага г) происходит предпочтительно соответственно одно деактивирование насоса. Насос повторно активируется только тогда, когда на повторном шаге а) определяется новая потребность в дозировании. Насос прежде всего во время эксплуатации подающего трубопровода и автомобиля, в котором расположено дозирующее устройство, работает не непрерывно, а регулярно активируется лишь тогда, когда имеется потребность в дозировании.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления способа также является возможным то, что активная разгрузка происходит посредством насоса подающего устройства. На шаге д), при необходимости, насос может работать против направления подачи, чтобы нагнетать жидкую добавку из аккумулятора давления обратно в бак, чтобы давление в аккумуляторе давления уменьшалось и аккумулятор давления таким образом разгружался.

Также является возможным то, что происходит пассивная разгрузка аккумулятора давления. Для этого через обратный клапан и/или через насос на шаге д) может течь поток утечки жидкой добавки обратно в бак, в результате которого давление в аккумуляторе давления понижается. При пассивной разгрузке на шаге д) давление в аккумуляторе давления понижается сравнительно медленно, так как поток утечки, как правило, является относительно небольшим. В противном случае воздействие потока утечки на давление в аккумуляторе давления во время дозирования на шаге г) было бы слишком большим.

Кроме того, благоприятным считается вариант способа, когда обратный клапан является пассивно открываемым клапаном, давление открывания которого соответствует давлению дозирования.

Обратный клапан, предпочтительно, является пассивно открываемым клапаном, который открывается при предварительно определенном или же заранее установленном предельном давлении, причем это предельное давление соответствует давлению дозирования (давлению, под которым дозируется добавка). Обратный клапан предпочтительно имеет стержень клапана и пружину клапана, которая предварительно натягивает стержень клапана. Обратный клапан открывается, когда прилагаемая к обратному клапану имеющейся в аккумуляторе давления жидкой добавкой сила превышает силу натяжения пружины в обратном клапане. Применение такого обратного клапана делает возможным особенно экономичное дозирующее устройство, так как не требуется (электрический) привод для дозирующего клапана, а также контрольное устройство для контроля обратного клапана.

Дозирующее устройство может быть выполнено без приводимого в действие электрически дозирующего клапана и/или без (активного) контрольного устройства обратного клапана.

Кроме того, способ является благоприятным, если обратный клапан является активно открываемым клапаном с приводом клапана, причем на аккумуляторе давления расположен датчик давления, а обратный клапан с помощью привода клапана управляется контрольным устройством для установления на шаге в) давления в аккумуляторе давления на желательное давление дозирования.

Привод клапана может быть, например, электромагнитом, который прилагает к якорю в обратном клапане силу, за счет которой обратный клапан может открываться и/или закрываться. Датчик давления может быть выполнен, например, как электронный датчик давления, который измеряет давление в аккумуляторе давления и в виде электронного сигнала передает его на контрольное устройство. Затем эта информация о давлении обрабатывается в контрольном устройстве, чтобы задать, открывается и/или закрывается ли обратный клапан (регулирующий контур).

Способ также является благоприятным, если насос имеет рабочую камеру и по меньшей мере один насосный клапан, который задает направление подачи. Рабочая камера насоса предпочтительно мембраной или поршнем насоса нагружается нагнетательным движением. В одной предпочтительной конструктивной форме предусмотрено два насосных клапана, которые в каждом случае являются пассивно открываемыми и в направлении потока жидкой добавки от бака к дозирующему клапану расположены перед рабочей камерой насоса и за ней.

В еще одной конструктивной форме предусмотрен только один насосный клапан. Тогда этот единственный насосный клапан, предпочтительно, предусмотрен в направлении потока за рабочей камерой насоса. Тогда поршень насоса выполнен для того, чтобы при нагнетательном движении (выталкивающем движении) выталкивать жидкую добавку в рабочей камере через насосный клапан. Тогда при направленном против нагнетательного движения обратном движении поршня насоса жидкая добавка течет в рабочую камеру насоса. Такой насос описан, например, в DE 102008010073 В4, прежде всего на фиг. 2 и 3, а также пояснениях к ним в абзацах [0038]-[0051], на которые здесь в полном объеме должна быть сделана ссылка.

Способ согласно изобретению находит применение прежде всего в дозирующем устройстве, которое, предпочтительно, на аккумуляторе давления не имеет датчика давления, с помощью которого электронным способом контролируется давление в аккумуляторе давления. Давление в аккумуляторе давления в этом случае регулируется только посредством обратного клапана. Обратный клапан действует предпочтительно механически.

Изобретение находит применение в автомобиле, имеющем ДВС, устройство для очистки ОГ для нейтрализации ОГ ДВС и дозирующее устройство, с помощью которого в устройство для очистки ОГ может подаваться жидкая добавка и которое выполнено и разработано для эксплуатации описанным способом. Автомобиль предпочтительно является легковым автомобилем или грузовым автомобилем. ДВС предпочтительно является дизельным двигателем. Устройство для очистки ОГ предпочтительно имеет СКВ-катализатор для проведения способа селективного каталитического восстановления. В качестве добавки в устройство для очистки ОГ выше по потоку от СКВ-катализатора предпочтительно подается восстановитель, и прежде всего водный раствор мочевины, а затем в устройстве для очистки ОГ осуществляется способ селективного каталитического восстановления, чтобы эффективно восстанавливать соединения оксидов азота в ОГ.

Изобретение, а также технический контекст далее поясняются более детально на фигурах. На фигурах показаны особо предпочтительные примеры осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. Прежде всего следует указать на то, что фигуры и прежде всего представленные отношения размеров являются лишь схематическими.

Показано на:

Фиг. 1: дозирующее устройство вместе с баком и устройством для очистки ОГ,

Фиг. 2: еще один конструктивный вариант дозирующего устройства вместе с баком и устройством для очистки ОГ,

Фиг. 3: автомобиль, имеющий дозирующее устройство,

Фиг.4: первая диаграмма процесса способа согласно изобретению, и

Фиг. 5: вторая блок-схема способа согласно изобретению.

На фиг. 1 показано дозирующее устройство 1 вместе с баком 3, устройством 11 для очистки ОГ. Дозирующее устройство 1 забирает из бака 3 жидкую добавку (водный раствор мочевины) в месте 17 забора. Начиная от места 17 забора, простирается нагнетательный трубопровод 18, который сначала проходит к насосу 2. Начиная от насоса 2, нагнетательный трубопровод 18 простирается дальше к дозирующему клапану 5, с помощью которого жидкая добавка может подаваться в поток 13 ОГ в устройстве 11 для очистки ОГ. Жидкая добавка за счет нагнетательного действия насоса 2 транспортируется из бака 3 по нагнетательному трубопроводу 18 к дозирующему клапану 5. За насосом 2 находится аккумулятор 4 давления. Аккумулятор 4 давления может быть частично образован нагнетательным трубопроводом 18, например, благодаря тому, что нагнетательный трубопровод 18 выполнен в виде гибкого шланга. Исходя из аккумулятора 4 давления, ответвляется обратный трубопровод 12, который ведет обратно в бак 3. В обратном трубопроводе расположен обратный клапан 6. С помощью такого дозирующего устройства способ согласно изобретению может быть реализован особенно благоприятным образом.

Конструктивный вариант дозирующего устройства согласно фиг. 2 по большей части совпадает с конструктивным вариантом согласно фиг. 1. Дополнительно здесь предусмотрен привод 19 клапана, с помощью которого может открываться и закрываться обратный клапан 6. К аккумулятору 4 давления примыкает датчик 20 давления, с помощью которого может быть измерено давление в аккумуляторе 4 давления. Информация о давлении, которая определяется с помощью датчика 20 давления, попадает в контрольное устройство 21 и там обрабатывается. Контрольное устройство 21 может по потребности открывать и закрывать обратный клапан 6 с помощью привода 19 клапана.

На фиг. 3 показан автомобиль 9, имеющий ДВС 10 и устройство 11 для очистки ОГ, с помощью которого могут быть нейтрализованы ОГ ДВС 10. ОГ ДВС 10 в виде потока 13 ОГ протекают через устройство 11 для очистки ОГ. На устройстве 11 для очистки ОГ предусмотрен дозирующий клапан 5, с помощью которого жидкая добавка может подаваться в устройство 11 для очистки ОГ. Дозирующий клапан 5 снабжается дозирующим устройством 1 жидкой добавкой из бака 3.

На фиг. 4 показана первая диаграмма процесса способа согласно изобретению. Можно видеть ось 14 времени и ось 15 давления диаграммы процесса. На оси 14 времени нанесена кривая 16 давления во время проведения способа согласно изобретению. Кривая 16 давления является репрезентативной для давления в аккумуляторе давления описанного дозирующего устройства. На шаге а) давление в аккумуляторе давления находится на низком постоянном уровне статического давления, которое составляет, например, меньше чем 2 бар. Во время шага а) определяется потребность в дозировании. Когда потребность в дозировании была определена, на шаге б) путем активирования насоса давление в аккумуляторе давления, как описано выше, повышается. Кривая 16 давления резко идет вверх. На шаге б) давление частично повышается так сильно, что оно превышает давление 8 дозирования. Путем открывания обратного клапана на шаге в) давление устанавливается на давление 8 дозирования, как описано выше. Затем на шаге г) происходит выдача жидкой добавки через дозирующий клапан, причем жидкая добавка имеет давление 8 дозирования. Затем осуществляется шаг д), на котором давление в аккумуляторе давления снова падает. Кривая 16 давления предпочтительно идет вниз обратно до статического давления 7 из шага а). Активное проведение шага д) (например, посредством активного открывания обратного клапана или обратного нагнетания с помощью насоса) не является необходимым. Является достаточным, если давление на шаге д) падает пассивно (например, в результате потока утечки через обратный клапан или через насос).

На фиг. 5 еще раз представлены шаги а), б), в), г) и д) способа. Видно, что шаги способа осуществляются регулярно повторяющимся образом в виде цикла.

Изобретение относится к способу эксплуатации дозирующего устройства для обеспечения жидкой добавки. Способ эксплуатации дозирующего устройства (1) для обеспечения жидкой добавки, имеющего по меньшей мере один насос (2) для подачи добавки из бака (3) в аккумулятор (4) давления, дозирующий клапан (5), который выполнен для дозированного обеспечения имеющейся в аккумуляторе (4) давления добавки, и обратный клапан (6), посредством которого имеющаяся в аккумуляторе (4) давления добавка может отводиться обратно в бак (3). Способ включает в себя, по меньшей мере, следующие шаги: определение потребности в дозировании; активирование насоса (2) для создания давления в аккумуляторе (4) давления; установление давления в аккумуляторе (4) давления на давление (8) дозирования; выдача добавки через дозирующий клапан (5); понижение давления в аккумуляторе (4) давления. Техническим результатом изобретения является повышение точности дозирования дозирующего устройства и эффективное предотвращение передозировки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ эксплуатации дозирующего устройства (1) для обеспечения жидкой добавки, имеющего по меньшей мере один насос (2) для подачи добавки из бака (3) в аккумулятор (4) давления, дозирующий клапан (5), который выполнен для дозированного обеспечения имеющейся в аккумуляторе (4) давления добавки, и обратный клапан (6), посредством которого имеющаяся в аккумуляторе (4) давления добавка может отводиться обратно в бак (3), причем способ включает в себя, по меньшей мере, следующие шаги:
а) определение потребности в дозировании,
б) активирование насоса (2) для создания давления в аккумуляторе (4) давления,
в) установление давления в аккумуляторе (4) давления на давление (8) дозирования,
г) выдача добавки через дозирующий клапан (5),
д) понижение давления в аккумуляторе (4) давления.

2. Способ по п. 1, причем шаги а) - д) способа во время эксплуатации дозирующего устройства (1) осуществляют в виде цикла повторяющимся образом.

3. Способ по п. 1 или 2, причем для установления давления на шаге в) открывают обратный клапан (6).

4. Способ по п. 1 или 2, причем, по меньшей мере, шаги в) и г) протекают, по меньшей мере частично, параллельно друг другу.

5. Способ по п. 1 или 2, причем обратный клапан (6) является пассивно открываемым клапаном, давление открывания которого соответствует давлению дозирования.

6. Способ по п. 1 или 2, причем обратный клапан (6) является активно открываемым клапаном с приводом (19) клапана, причем на аккумуляторе (4) давления расположен датчик (20) давления, а обратный клапан (6) управляется с помощью привода (19) клапана управляющим устройством (21) для установления на шаге в) давления в аккумуляторе (4) давления на давление (8) дозирования.

7. Способ по п. 1 или 2, причем насос (2) имеет рабочую камеру и по меньшей мере один насосный клапан, который задает направление подачи.

8. Автомобиль (9), имеющий двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (10), устройство (11) для очистки отработавшего газа (ОГ) в целях нейтрализации ОГ ДВС (10) и дозирующее устройство (1), с помощью которого в устройство (11) для очистки ОГ может подаваться жидкая добавка и которое выполнено и разработано для эксплуатации способом по одному из предшествующих пунктов.