DE102005060127B4

DE102005060127B4 - Dosing system for dosing an aerosol-like mixture

Info

Publication number: DE102005060127B4
Application number: DE102005060127.8A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Hermann Thomas; Dipl.-Ing. Wandel Ralf
Original assignee: Daimler Truck AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2025-04-17
Anticipated expiration: 2025-12-17
Also published as: DE102005060127A1

Abstract

Dosiersystem zur Dosierung einer aerosolartigen Mischung von Luft und einer Flüssigkeit in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors, umfassend einen Mischbereich (11), dem ein Luftanteil der Mischung über eine Luftzufuhrleitung (3) und ein Flüssigkeitsanteil über eine Flüssigkeitszufuhrleitung (2) getrennt zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass Heizmittel zur Aufheizung eines dem Mischbereich (11) strömungsmäßig vorgeschalteten Abschnitts der Luftzufuhrleitung (3) vorgesehen sind und die Heizmittel ein im Inneren der Luftzufuhrleitung (3) angeordnetes elektrisches Heizelement umfassen und ein Trennelement (15) zur Verhinderung einer Rückströmung eingangsseitig des Mischbereichs (11) in der Luftzufuhrleitung (3) angeordnet ist und das Trennelement (15) einen endseitigen Abschnitt der Luftzufuhrleitung (3) bildet und in den Mischbereich (11) ausmündet, wobei das Trennelement (15) als überkritische Düse ausgebildet ist.

Dosing system for dosing an aerosol-like mixture of air and a liquid into an exhaust system of a motor vehicle internal combustion engine, comprising a mixing region (11) to which an air portion of the mixture can be separately supplied via an air supply line (3) and a liquid portion can be separately supplied via a liquid supply line (2), characterized in that heating means are provided for heating a section of the air supply line (3) arranged upstream of the mixing region (11) in terms of flow, and the heating means comprise an electrical heating element arranged inside the air supply line (3), and a separating element (15) for preventing backflow is arranged on the inlet side of the mixing region (11) in the air supply line (3), and the separating element (15) forms an end section of the air supply line (3) and opens into the mixing region (11), wherein the separating element (15) is designed as a supercritical nozzle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zur Dosierung einer aerosolartigen Mischung von Luft und einer Flüssigkeit in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugverbrennungs-motors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a dosing system for dosing an aerosol-like mixture of air and a liquid into an exhaust system of a motor vehicle internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.

Zur fein verteilten Zugabe einer Flüssigkeit in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors, hat es sich bewährt, die Flüssigkeit vor der Zugabe in die Abgasanlage zu einem Aerosol aufzubereiten. In der DE 42 30 056 A1 wird hierzu vorgeschlagen, einen Mischraum die Flüssigkeit und Druckluft zuzuführen und die Flüssigkeit mittels der zugeführten Druckluft zu einem Aerosol zu vermischen. Das erzeugte Aerosol wird sodann über eine Gemischleitung einer Zerstäuberdüse zugeleitet, von welcher es in die Abgasanlage abgegeben wird. Vorteilhaft für eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit in der Abgasanlage ist eine möglichst gute Vorvermischung. Diesbezüglich wird in der DE 42 30 056 A1 vorgeschlagen, die Druckluft dem Mischraum tangential zuzuführen.For the finely distributed addition of a liquid into the exhaust system of a motor vehicle combustion engine, it has proven effective to prepare the liquid into an aerosol before adding it to the exhaust system. DE 42 30 056 A1 It is proposed to supply the liquid and compressed air to a mixing chamber and to mix the liquid into an aerosol using the supplied compressed air. The generated aerosol is then fed via a mixture line to an atomizer nozzle, from which it is discharged into the exhaust system. For an even distribution of the liquid in the exhaust system, the best possible premixing is advantageous. In this regard, DE 42 30 056 A1 It is suggested that the compressed air be supplied tangentially to the mixing chamber.

In DE 26 33 216 C2 wird eine Einrichtung und ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Flüssigkeit, bevorzugt in der Landwirtschaft, Gartenbau oder auf ähnlichem Gebiet, mit besonders großen Tropfen versprüht wird, so dass ein gezieltes Ausbringen und Auftragen der Flüssigkeitstropfen auf Flächen ermöglicht und ein Verwehen feiner Tropfen vermieden wird. Dabei wird die Flüssigkeit mit einem Druck, ideal von 1,4 bar bis maximal 2 bar durch einen Verwirbelungsraum geführt. Dabei entsteht eine Sprühschicht im Austritt aus der Düse. Ab diesem Bereich der Erfindung wird heißes Gas, auch Abgas eines Verbrennungsmotors des landwirtschaftlichen Fahrzeugs, zugeführt, so dass das gewünschte Verhalten der Flüssigkeit zum Versprühen mit niedrigen Drücken erreicht wird. Heiße Abgase von Verbrennungsmotoren scheinen einen positiven Effekt auf den Sprühverlauf zu nehmen.In DE 26 33 216 C2 A device and a method are described in which a liquid, preferably in agriculture, horticulture or similar fields, is sprayed with particularly large droplets, so that the targeted application of the liquid droplets to surfaces is possible and the dispersion of fine droplets is avoided. The liquid is passed through a swirling chamber at a pressure, ideally between 1.4 bar and a maximum of 2 bar. This creates a spray layer at the outlet from the nozzle. From this area of the invention, hot gas, also exhaust gas from an internal combustion engine of the agricultural vehicle, is supplied so that the desired behavior of the liquid for spraying at low pressures is achieved. Hot exhaust gases from internal combustion engines appear to have a positive effect on the spray pattern.

In DE 44 32 577 A1 wird ein Flüssigkeitseindüsungssystem beschrieben. Es eignet sich besonders für die Aufbereitung von wässriger Harnstofflösung für die Abgasreinigung eines Diesel Verbrennungsmotors. Ziel der Erfindung ist es, Vereisen und Ablagerungen nach dem Betrieb zu vermeiden. Das System umfasst beheizte Komponenten, wie die Leitungen und den Tank sowie ein druckluftbetriebenes Spülsystem, welches durch ein Mehr-Wege Ventil, als Spülventil genutzt, gesteuert wird. Auf diese Weise kann Luft nach Abstellen des Motors in Richtung des Injektors sowie auch in Richtung des Tanks zur Reinigung der Komponenten eingeblasen werden. Auf diese Weise gelingt es das Problem von Frostschäden oder Ablagerungen in den Leitungen oder ein Einfrieren bei Temperaturen unter -11°C (Taupunkt von 32%iger Harnstofflösung) zu vermeiden. Die relative Nähe des Mehr-Wege Ventils zur Injektionsdüse in den Abgaskanal wird als Merkmal hervorgehoben. Die in diesem System genutzte Druckluft dient somit nicht zur Mediumaufbereitung oder Zerstäubung im Fahrbetrieb, das Mehrwegeventil blockiert im Motorbetrieb die Druckluftzuführung.In DE 44 32 577 A1 A liquid injection system is described. It is particularly suitable for the treatment of aqueous urea solution for exhaust gas purification from a diesel internal combustion engine. The aim of the invention is to prevent icing and deposits after operation. The system comprises heated components, such as the lines and the tank, as well as a compressed air-operated purging system, which is controlled by a multi-way valve used as a purge valve. In this way, after the engine has been switched off, air can be blown towards the injector as well as towards the tank to clean the components. In this way, the problem of frost damage or deposits in the lines or freezing at temperatures below -11°C (dew point of 32% urea solution) can be avoided. The relative proximity of the multi-way valve to the injection nozzle in the exhaust duct is highlighted as a feature. The compressed air used in this system is therefore not used for medium treatment or atomization during driving; the multi-way valve blocks the compressed air supply during engine operation.

In DE 101 50 518 C1 wird ein Harnstoff Dosiersystem für eine Brennkraftmaschine beschrieben, das als Weiterentwicklung der oben genannten Schrift angesehen werden kann. Zwei Aspekte werden wesentlich verbessert, Druckluft wird zur Medienaufbereitung genutzt sowie auch zum bestmöglichen Abstellen der Brennkraftmaschine und des Abgasnachbehandlungssystems bei niedrigen Temperaturen. Dabei werden Teile der Dosierelemente aktiv ansteuert, geregelt und zur Reinigung des Systems betrieben. Diese Schrift stellt eine Weiterentwicklung des in DE 44 32 577 A1 beschriebenen Systems dar. Das System vermag sogar aktiv die Pumpe zu reinigen. Dafür wird das durch eine Hilfsmittelpumpe, aus Umgebungsluft erzeugte Druckgas, in einem Druckspeicher bevorratet, über einen Druckminderer und ein Druckgasventil in eine nicht weiter beschriebene Mischkammer eingebracht. Die Dosiermenge der Medien wird durch ein dafür vorgesehenes Steuergerät oder das Motorsteuergerät im Motorbetrieb berechnet und geregelt. Im speziellen Fall des Abstellens der Brennkraftmaschine, wird weiter Druckgas in die Mischkammer gefördert, so dass der Pfad zwischen Dosierventil im Abgaskanal und Mischkammer, sowie diese selbst gereinigt, mit Druckluft ausgeblasen werden kann. Weiterhin wird die stillstehende Harnstoffpumpe mit einem schaltbaren Bypass umgangen, so dass die eingebrachte Druckluft die Anschlussleitungen zwischen Pumpe und Tank spülen kann. Im Anschluss daran wird beschrieben, wie die Harnstoffpumpe aktiviert wird, sie Druckluft ansaugen kann und damit auch dieser Bereich des Harnstoffdosiersystems gesäubert wird, so dass Ablagerungen oder Frostschäden vermieden werden. Abweichend zu DE 44 32 577 A1 wird von einer Beheizung von Elementen des Dosiersystems abgesehen. Es wird erklärt, dass die ausreichende Präsenz von Luft / Gas in den Komponenten, einen ausreichenden Frostschutz gegen die Volumenzunahme der gefrierenden Harnstofflösung bei Einfrieren darstellt und somit keine Heizung notwendig ist.In DE 101 50 518 C1 A urea dosing system for an internal combustion engine is described, which can be considered a further development of the above-mentioned document. Two aspects are significantly improved: compressed air is used for media treatment and also for the best possible shutdown of the internal combustion engine and the exhaust aftertreatment system at low temperatures. Parts of the dosing elements are actively controlled, regulated, and operated to clean the system. This document represents a further development of the DE 44 32 577 A1 The system can even actively clean the pump. For this purpose, the compressed gas generated from ambient air by an auxiliary pump is stored in a pressure accumulator and fed via a pressure reducer and a compressed gas valve into a mixing chamber (not further described). The metered amount of the media is calculated and regulated by a dedicated control unit or the engine control unit during engine operation. In the special case of the internal combustion engine being switched off, compressed gas continues to be pumped into the mixing chamber so that the path between the metering valve in the exhaust duct and the mixing chamber, as well as the mixing chamber itself, can be cleaned and blown out with compressed air. Furthermore, the stationary urea pump is bypassed by a switchable bypass so that the introduced compressed air can flush the connecting lines between the pump and the tank. Following this, it is described how the urea pump is activated, how it can draw in compressed air, and thus also clean this area of the urea dosing system, thus preventing deposits or frost damage. DE 44 32 577 A1 Heating of elements of the dosing system is omitted. It is explained that the sufficient presence of air/gas in the components provides sufficient frost protection against the volume increase of the freezing urea solution during freezing, and therefore no heating is necessary.

In US 6 878 359 B1 wird ein NOx Reduktionssystem für eine Gasturbine beschrieben, das mit einer separaten Pumpe einen Teil des Abgasstromes der Gasturbine abtrennt und aufbereitet. In einem dafür vorgesehenen Mischbereich wird das Abgas mit Harnstoff-lösung durchmengt und in einem Katalysator geleitet, dort aufbereitet, so dass die Gasmischung final wieder dem Hauptabgasstrom der Gasturbine in das Gehäuse vor den SCR Katalysator zugeführt wird. Die in den Hauptpfad des Abgases vor den SCR-Katalysator eingedüste Abgasmischung mit Ammoniak, wird zur Reinigung des gesamten Abgasstromes genutzt. Als eine alternative Lösung des Problems der Aufbereitung der Harnstofflösung wird in dem Zweigpfad anstelle des Abgases der Gasturbine, die Verwendung von Luft vorgeschlagen, die durch Wärmetauscher auf eine erhöhte Temperatur aufbereitet wird und somit die Mischung und Aufbereitung einer Harnstoff-lösung im Nebenpfad ermöglicht. Als zusätzliches Feature wird ein Loop System beschrieben, dass durch eine weitere Pumpe betrieben, das aufbereitete Gasgemisch erneut in und durch einen weiteren Wärmetauscher dem Aufbereitungspfad zuführen kann, bis die gewünschte Qualität oder Quantität für den Hauptabgasstrom der Gas-turbine erreicht ist. In dieser Erfindung wird der Aufbereitung der wässrigen Harnstoff-lösung Rechnung getragen. Die benötigte Zusatzenergie wird entweder direkt durch heißes Abgas oder durch Wärmetauscher aus dem heißen Abgas in aufbereitete kompri-mierte Luft übertragene Wärme, bereitgestellt. Die Mischung der Gase im Mischraum des Nebenpfades nach Aufbereitungskatalysators wird nicht beschrieben.In US 6 878 359 B1 A NOx reduction system for a gas turbine is described, which uses a separate pump to separate and process a portion of the gas turbine's exhaust gas flow. In a dedicated mixing area, the exhaust gas is mixed with urea solution and passed through a catalyst, where it is processed so that the gas mixture is finally returned to the main exhaust gas flow of the gas turbine. turbine into the housing upstream of the SCR catalyst. The exhaust gas mixture with ammonia injected into the main exhaust gas path upstream of the SCR catalyst is used to clean the entire exhaust gas stream. As an alternative solution to the problem of processing the urea solution, the use of air in the branch path instead of the exhaust gas from the gas turbine is proposed. This air is processed to an elevated temperature by heat exchangers, thus enabling the mixing and processing of a urea solution in the secondary path. As an additional feature, a loop system is described that, operated by an additional pump, can feed the processed gas mixture back into and through another heat exchanger into the processing path until the desired quality or quantity for the main exhaust gas stream of the gas turbine is achieved. This invention takes the processing of the aqueous urea solution into account. The required additional energy is provided either directly by hot exhaust gas or by heat transferred from the hot exhaust gas to the treated compressed air through heat exchangers. The mixing of the gases in the mixing chamber of the secondary path after the treatment catalyst is not described.

In US 2005 / 0 150 211 A1 wird die Problematik der Aufheizung der Abgase eines amerikanischen Nutzfahrzeugdieselmotors, mit geteilter Abgasanlage und Abgasnachbehandlung, durch die Nutzung von Brennstoff und einem HC-Brenner beschrieben. Abweichend der bisher zitierten Schriften wird in US 2005 / 0 150 211 A1 die Reduktion von Partikeln als Ziel angestrebt, nicht die Reduktion der NOx Konzentration im Abgas. Das Problem der Aufheizung des Abgases, dessen Temperatur nach Motor deutlich über der, auch bei winterlichen Bedingungen, Umgebungstemperatur liegt, jedoch unterhalb der Reaktionstemperatur des Dieselpartikelfilters und somit dessen Funktion nicht ermöglicht, wird durch die Erfindung gelöst. Die gewonnene Wärme aus der Verbrennung des Kraftstoffs im Brenner ermöglicht die Reduktion der Partikel des Abgases in den nachgeschalteten Partikelfiltern der beiden Abgaspfade.In US 2005 / 0 150 211 A1 The problem of heating the exhaust gases of an American commercial vehicle diesel engine with a split exhaust system and exhaust aftertreatment is described by the use of fuel and an HC burner. In contrast to the previously cited documents, US 2005 / 0 150 211 A1 The goal is to reduce particulate matter, not the NOx concentration in the exhaust gas. The problem of heating the exhaust gas, whose temperature after the engine is significantly higher than the ambient temperature, even in winter conditions, but below the reaction temperature of the diesel particulate filter and thus prevents its function, is solved by the invention. The heat obtained from the combustion of the fuel in the burner enables the reduction of exhaust gas particles in the downstream particulate filters of the two exhaust paths.

Die Schrift WO 01 / 06 098 A1 beschreibt die Lösung für ein Frostproblem eines Elements eines SCR Systems, den Drucksensor. Die Membran soll bei kalten Temperaturen im Bereich und unterhalb des Gefrierpunktes vor Schäden geschützt werden. Dafür wird auf der Membran des Sensors aus keramischem Aluminium(3)Oxid, eine Anordnung von Widerständen vorgesehen, die einmal zur Erfassung der Temperatur des Reduktions-mittels dienen, sowie auch als Heizelemente für die Membran Verwendung finden. Die Aktivierung erfolgt im Bereich um 0°C.The writing WO 01 / 06 098 A1 describes a solution to a freezing problem with an element of an SCR system, the pressure sensor. The membrane needs to be protected from damage at cold temperatures around and below freezing. For this purpose, an array of resistors is provided on the sensor's membrane, made of ceramic aluminum(3) oxide. These resistors serve both to measure the temperature of the reducing agent and to act as heating elements for the membrane. Activation occurs in the range around 0°C.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dosiersystem der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine weiter verbesserte und zuverlässigere Dosierung ermöglicht.The object of the invention is to provide a dosing system of the type mentioned at the beginning, which enables further improved and more reliable dosing.

Diese Aufgabe wird durch ein Dosiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.This object is achieved by a dosing system having the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Dosiersystem zeichnet sich dadurch aus, dass Heizmittel zur Aufheizung eines dem Mischbereich strömungsmäßig vorgeschalteten Abschnitts der Luftzufuhrleitung vorgesehen sind. Die Aufheizung eines dem Mischbereich vorgeschalteten Luftzufuhrleitungsabschnitts ermöglicht einerseits eine verbesserte Aufbereitung der Flüssigkeit mit Blick auf das zu erzeugende Aerosol. Andererseits können Ablagerungen insbesondere im beheizten Leitungsabschnitt aber auch in den angrenzenden Bereichen vermieden bzw. entfernt werden, was die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit der Dosierung verbessert. Das erfindungsgemäße Dosiersystem ist mit Vorteil zur Erzeugung und Dosierung nahezu beliebiger Luft-Flüssigkeitsmischungen, wie beispielsweise zur Erzeugung einer Mischung von Luft und flüssigen Mineralölkraftstoffen geeignet. Insbesondere ist es geeignet zur Dosierung einer aerosolartigen Mischung von Luft und wässeriger Harnstofflösung oder einer anderen Lösung eines festen Stoffes, insbesondere zur katalytischen Stickoxidverminderung. Infolge der erfindungsgemäßen Aufheizung stromauf des Mischbereichs, kann gegebenenfalls erwärmtes Aerosol erzeugt werden, Lösungsmittelbestandteile können zumindest teilweise verdampft werden und Feststoffablagerungen vermieden und/oder beseitigt werden. Weiterhin können Störungen bei der Vermischung von Luft und Flüssigkeit vermieden werden, so dass insgesamt ein verbesserter und zuverlässigerer Betrieb des Dosiersystems und somit eine verbesserte und zuverlässigere Abgasreinigung ermöglicht ist. Bei Einsatz von Harnstoff-Wasser-Lösung als Flüssigkeit erfolgt eine Aufheizung vorzugsweise auf eine Temperatur, die über dem Schmelz-, Sublimations- oder Zersetzungspunkt von Harnstoff liegt. Besonders bevorzugt ist eine Aufheiztemperatur von über 130°C, insbesondere von etwa 150°C. Die Aufheizung kann sowohl beim normalen Betrieb des Dosiersystems, als auch außerhalb des normalen Betriebs, insbesondere bei abgeschalteter Luftzufuhr vorgesehen sein. Vorzugsweise werden die Heizmittel nur zeitweise betätigt. Vorzugsweise ist für die Betätigungszeit eine feste Zeitspanne vorgegeben, welche auch einstellbar sein kann. Ist die Aufheizung hinsichtlich der beabsichtigten Wirkung erfolglos geblieben, so kann eine mehrfach wiederholte Aufheizung vorgesehen sein, wobei es vorteilhaft ist, wenn in den Aufheizungspausen die Luftzufuhr aktiviert wird.The dosing system according to the invention is characterized in that heating means are provided for heating a section of the air supply line located upstream of the mixing area in terms of flow. Heating a section of the air supply line located upstream of the mixing area enables, on the one hand, improved preparation of the liquid with regard to the aerosol to be generated. On the other hand, deposits can be avoided or removed, particularly in the heated line section but also in the adjacent areas, which improves the reliability and accuracy of the dosing. The dosing system according to the invention is advantageously suitable for generating and dosing virtually any air-liquid mixture, such as for generating a mixture of air and liquid mineral oil fuels. In particular, it is suitable for dosing an aerosol-like mixture of air and aqueous urea solution or another solution of a solid substance, in particular for catalytic nitrogen oxide reduction. As a result of the heating according to the invention upstream of the mixing area, heated aerosol can be generated if necessary, solvent components can be at least partially evaporated, and solid deposits can be avoided and/or removed. Furthermore, disruptions during the mixing of air and liquid can be avoided, thus enabling improved and more reliable operation of the dosing system and thus improved and more reliable exhaust gas purification. When using urea-water solution as the liquid, heating preferably takes place to a temperature above the melting, sublimation, or decomposition point of urea. A heating temperature of above 130°C, in particular of approximately 150°C, is particularly preferred. Heating can be provided both during normal operation of the dosing system and outside of normal operation, in particular when the air supply is switched off. Preferably, the heating means are only activated temporarily. Preferably, a fixed period of time is specified for the activation time, which can also be adjustable. If the heating has not achieved the intended effect, repeated heating can be provided several times, wherein it is advantageous if the air supply is activated during the heating pauses.

Der dem beheizbaren Luftzufuhrleitungsabschnitt nachgeschaltete Mischbereich ist vorzugsweise innerhalb einer Dosiereinheit angeordnet und kann als spezielle Mischkammer oder als Teil eines dem Dosiersystem zugeordneten Leitungssystems ausgebildet sein. Vorzugsweise ist dem Mischbereich im Betrieb des Dosiersystems der Luftanteil für die Mischung gleichmäßig und unter Druck zuführbar. Die Zumessung der Flüssigkeit erfolgt bevorzugt nach Maßgabe einer Bedarfsanforderung über ein geeignetes Dosierventil, vorzugsweise ebenfalls unter Druck.The mixing area downstream of the heatable air supply line section is preferably arranged within a dosing unit and can be designed as a special mixing chamber or as part of a line system associated with the dosing system. During operation of the dosing system, the air portion for the mixture can preferably be supplied to the mixing area evenly and under pressure. The liquid is preferably metered in accordance with a demand via a suitable dosing valve, preferably also under pressure.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Trennelement zur Verhinderung einer Rückströmung eingangsseitig des Mischbereichs in der Luftzufuhrleitung angeordnet. Das Trennelement bildet somit einen Abschnitt der Luftzufuhrleitung. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Trennelement direkt in den Mischbereich ausmündet. Insbesondere bildet es den von der Aufheizung erfassten Abschnitt. Neben der Verhinderung des Eindringens der Flüssigkeit in die zum Mischbereich geführte Luftzufuhrleitung kann das Trennelement ferner für eine verbesserte Aerosolbildung, etwa durch Ausbildung einer vorteilhaften Strömungsverteilung im Mischbereich ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn das Trennelement in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als Düse ausgebildet ist. Dadurch kann dem Mischbereich Luft mit großer Strömungsgeschwindigkeit zugeführt werden, was die Vermischung verbessert. Vorzugsweise ist die Düse als überkritische Düse ausgebildet, in deren Bereich die Luftströmung Überschallgeschwindigkeit erreicht. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen besonders gleichmäßigen und von Druckschwankungen stromab der Düse unabhängigen Luftdurchsatz.In one embodiment of the invention, a separating element is arranged in the air supply line on the inlet side of the mixing area to prevent backflow. The separating element thus forms a section of the air supply line. It is preferably provided that the separating element opens directly into the mixing area. In particular, it forms the section affected by the heating. In addition to preventing the liquid from penetrating the air supply line leading to the mixing area, the separating element can also be designed for improved aerosol formation, for example by creating an advantageous flow distribution in the mixing area. In this context, it is particularly advantageous if the separating element is designed as a nozzle in a further embodiment of the invention. This allows air to be supplied to the mixing area at a high flow velocity, which improves mixing. The nozzle is preferably designed as a supercritical nozzle, in the region of which the air flow reaches supersonic speed. This design enables a particularly uniform air throughput that is independent of pressure fluctuations downstream of the nozzle.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Heizmittel zur Aufheizung der Luftzufuhrleitung im Bereich des Trennelements ausgebildet. Durch diese Maßnahme können Ablagerungen speziell im Bereich des Trennelements wirksam verhindert werden. Da das Trennelement bei üblicher Auslegung eine Engstelle für die dem Mischbereich zugeführte Luft darstellt, kann ein Verstopfen durch Ablagerungen in diesem diesbezüglich gefährdeten Leitungsabschnitt wirksam verhindert und/oder Ablagerungen beseitigt werden.In a further embodiment of the invention, the heating means for heating the air supply line are arranged in the area of the separating element. This measure can effectively prevent deposits, especially in the area of the separating element. Since the separating element, in a conventional design, represents a bottleneck for the air supplied to the mixing area, clogging by deposits in this vulnerable line section can be effectively prevented and/or deposits removed.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Heizmittel ein im Inneren der Luftzufuhrleitung angeordnetes elektrisches Heizelement. Diese Ausführungsform ist besonders platzsparend und kann gegebenenfalls auch bei bestehenden Dosiersystemen im Zuge einer Nachrüstung realisiert werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, das Heizelement im Bereich des Trennelements im Inneren der Luftzufuhrleitung anzuordnen, da so mittels des Heizelements Ablagerungen in diesem diesbezüglich kritischen Bereich besonders wirksam verhindert und/oder entfernt werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das im Inneren der Luftzufuhrleitung angeordnete elektrische Heizelement als Hitzdraht ausgebildet ist. Auf diese Weise kann mittels des Heizelements der Luftdurchsatz durch die Luftzufuhrleitung erfasst werden.In a further embodiment of the invention, the heating means comprise an electrical heating element arranged inside the air supply line. This embodiment is particularly space-saving and can, if necessary, also be implemented in existing dosing systems as part of a retrofit. In particular, it is advantageous to arrange the heating element in the region of the separating element inside the air supply line, since in this way, deposits in this critical area can be particularly effectively prevented and/or removed by means of the heating element. It is particularly advantageous if the electrical heating element arranged inside the air supply line is designed as a hot wire. In this way, the air flow through the air supply line can be detected by means of the heating element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Heizmittel ein bezüglich der Luftzufuhrleitung außen liegendes elektrisches Heizelement. Das Heizelement kann beispielsweise als Widerstandsheizer ausgebildet sein, der in Wärmeübergangskontakt mit der Luftzufuhrleitung steht. Auf Grund seiner selbstregelnden Eigenschaften ist ein so genanntes PTC-Element besonders vorteilhaft. Im Fall einer im zu beheizenden Bereich aus einem ferromagnetischem Material gefertigten Luftzufuhrleitung kann das Heizelement auch als Induktivheizer in Form einer um den betreffenden Leitungsabschnitt gewickelten Spule ausgebildet sein, welche mit Wechselstrom versorgt werden kann. In diesem Fall wird Wärmeenergie in dem vom Magnetfeld des Induktivheizers erfassten Leitungsabschnitt selbst freigesetzt. Eine Beheizung der Luftzufuhrleitung von außen ist mit geringem Aufwand zu realisieren und daher kostengünstig. Insbesondere kann vorgesehen sein, das Heizelement im Bereich des Trennelements anzuordnen.In a further embodiment of the invention, the heating means comprise an electrical heating element located externally with respect to the air supply line. The heating element can, for example, be designed as a resistance heater that is in heat-transfer contact with the air supply line. Due to its self-regulating properties, a so-called PTC element is particularly advantageous. In the case of an air supply line made of a ferromagnetic material in the area to be heated, the heating element can also be designed as an inductive heater in the form of a coil wound around the relevant line section, which can be supplied with alternating current. In this case, thermal energy is released in the line section itself captured by the magnetic field of the inductive heater. Heating the air supply line from the outside can be implemented with little effort and is therefore cost-effective. In particular, the heating element can be arranged in the area of the separating element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Heizmittel eine Zufuhreinrichtung zur Zufuhr eines Brennstoffes in die Luftzufuhrleitung. In diesem Fall ist vorgesehen, dass der Brennstoff an einem im Inneren der Luftzufuhrleitung angeordneten Heizelement entzündet und verbrannt wird, so dass auf diese Weise die Luftzufuhrleitung wenigstens abschnittsweise beheizt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, der Luftzufuhrleitung stromauf des Mischbereichs einen erhitzten Gasstrom zuzuführen, so dass sich eine Aufheizung des entsprechenden Abschnitts der Luftzufuhrleitung ergibt.In a further embodiment of the invention, the heating means comprise a supply device for supplying a fuel to the air supply line. In this case, it is provided that the fuel is ignited and burned on a heating element arranged inside the air supply line, thus heating at least a portion of the air supply line. Alternatively, a heated gas stream can be supplied to the air supply line upstream of the mixing region, resulting in heating of the corresponding portion of the air supply line.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizmittel im Zusammenhang mit einer beim bestimmungsgemäßen Betrieb des Dosiersystems auftretenden Verringerung des Luftdurchsatzes gegenüber einem normalerweise vorgesehenen Luftdurchsatz aktivierbar sind. Die Heizmittel werden somit nur dann aktiviert, wenn ein Absinken des Luftdurchsatzes beobachtet wird, was als Verstopfung der Luftzufuhrleitung interpretiert wird. Durch die Aufheizung können diese Verstopfungen beseitigt werden, so dass sich der normale Luftdurchsatz und damit der normale Betriebszustand des Dosiersystems wieder einstellt. Da die Aufheizung nur im Bedarfsfall aktiviert wird, ergibt sich ein verminderter Energiebedarf. Dabei kann ein Absinken des Luftdurchsatzes in einfacher Weise durch Überwachung des über dem Trennelement vorhandenen Differenzdrucks erfolgen.In a further embodiment of the invention, it is provided that the heating means can be activated in connection with a reduction in the air flow rate compared to the normally intended air flow rate that occurs during the intended operation of the dosing system. The heating means are thus only activated when a drop in the air flow rate is observed, which is interpreted as a blockage of the air supply line. By heating, these blockages can be removed, so that the normal air flow rate and thus the normal operating state of the dosing system is restored. Since the heating is only activated when necessary, this results in a reduced energy requirement. A drop in the air flow rate can be easily by monitoring the differential pressure across the separating element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Aktivierung der Heizmittel vor einer jeweiligen Inbetriebnahme des Dosiersystems vorgesehen. Auf diese Weise können Ablagerungen, die sich bei einem insbesondere länger andauernden Stillstand des Systems bilden können, entfernt werden, so dass das Dosiersystem mit einwandfreier Funktion in Betrieb gehen kann.In a further embodiment of the invention, the heating means are activated before the dosing system is put into operation. This allows for the removal of deposits that may form during a system shutdown, particularly for extended periods, so that the dosing system can be put into operation with flawless function.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Aufheizung durch Verbrennung eines dem Luftanteil zugegebenen Brennstoffs. Hierfür ist vorzugsweise ein Heizelement in der Luftzufuhrleitung vorgesehen, an welchem sich der zugeführte Brennstoff entzündet. Auf diese Weise kann eine besonders effektive Aufheizung der hinter der Entzündungsstelle angeordneten Leitungsteile erfolgen. Die Zufuhr erwärmter Luft zum Mischbereich kann außerdem die Aufbereitung der Flüssigkeit verbessern. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn als Brennstoff ein zum Betrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehener Kraftstoff verwendet wird. Als Heizelement kann in einfacher Weise eine Glühkerze dienen.In a further embodiment of the invention, heating occurs through the combustion of a fuel added to the air portion. For this purpose, a heating element is preferably provided in the air supply line, at which the supplied fuel ignites. In this way, particularly effective heating of the line sections located downstream of the ignition point can occur. The supply of heated air to the mixing area can also improve the processing of the liquid. It is particularly advantageous if a fuel intended for operating the motor vehicle is used as the fuel. A glow plug can easily serve as the heating element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt im Zusammenhang mit einer Aufheizung eine gepulste Luftzufuhr zum Mischbereich. Diese Vorgehensweise hat sich insbesondere zur Entfernung hartnäckiger Ablagerungen als vorteilhaft erwiesen.In a further embodiment of the invention, a pulsed air supply to the mixing area is provided in conjunction with heating. This procedure has proven particularly advantageous for removing stubborn deposits.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the drawings and described below. The features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the respective combination of features specified, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosiersystems,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosiersystems und
3 eine schematische Darstellung einer dritten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosiersystems.

Showing:

1 a schematic representation of a first advantageous embodiment of the dosing system according to the invention,
2 a schematic representation of a second advantageous embodiment of the dosing system according to the invention and
3 a schematic representation of a third advantageous embodiment of the dosing system according to the invention.

In der in 1 schematisch dargestellten ersten vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Dosiersystem 1 eine Flüssigkeitszufuhrleitung 2 für eine zu dosierende Flüssigkeit. In der Flüssigkeitszufuhrleitung 2 sind ein getaktet betätigbares Dosierventil 4 sowie eine einstellbare Justierdrossel 5 und ein erster Drucksensor 6 angeordnet. Die Flüssigkeitszufuhrleitung 2 mündet ebenso wie eine Luftzufuhrleitung 3 zur Zufuhr von Druckluft in einen Mischbereich 11 des Dosiersystems 1. Im Mischbereich 11 erfolgt eine innige Vermischung von zugeführter Druckluft und Flüssigkeit derart, dass eine aerosolartige Mischung mit möglichst kleinen Flüssigkeitströpfchen erzeugt wird. Der Mischbereich 11 kann als separate Mischkammer oder als integraler Bestandteil der Flüssigkeitszufuhrleitung 2 oder der Luftzufuhrleitung 3 ausgebildet sein.In the 1 In the schematically illustrated first advantageous embodiment, the dosing system 1 according to the invention comprises a liquid supply line 2 for a liquid to be dosed. Arranged in the liquid supply line 2 are a cyclically actuated dosing valve 4, an adjustable adjusting throttle 5, and a first pressure sensor 6. The liquid supply line 2, as well as an air supply line 3 for supplying compressed air, opens into a mixing area 11 of the dosing system 1. In the mixing area 11, the supplied compressed air and liquid are intimately mixed to produce an aerosol-like mixture with the smallest possible liquid droplets. The mixing area 11 can be designed as a separate mixing chamber or as an integral component of the liquid supply line 2 or the air supply line 3.

Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Flüssigkeit um eine wässerige Harnstofflösung handelt, welche in die Abgasanlage stromauf eines so genannten SCR-Katalysators zur Stickoxidentfernung in Form der aerosolartigen Mischung mittels einer Zugabedüse eingedüst werden kann, was im einzelnen nicht dargestellt ist. Das erfindungsgemäße Dosiersystem 1 ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern kann prinzipiell auch zur Dosierung eines beliebigen anderen flüssigen Zusatzstoffes eingesetzt werden.In the following, it is assumed that the liquid is an aqueous urea solution, which can be injected into the exhaust system upstream of a so-called SCR catalyst for nitrogen oxide removal in the form of an aerosol-like mixture using a dosing nozzle, which is not shown in detail. However, the dosing system 1 according to the invention is not limited to this application, but can in principle also be used to dose any other liquid additive.

Die Einspeisung der Harnstofflösung in die Flüssigkeitszufuhrleitung 2 erfolgt vorzugsweise mittels einer Pumpe aus einem Vorratsbehälter, was im Einzelnen ebenfalls nicht dargestellt ist. Dabei wird durch die Pumpe ein Vordruck p_HWL in der Flüssigkeitszufuhrleitung 2 stromauf des Dosierventils 4 erzeugt und/oder aufrechterhalten, der vom ersten Drucksensor 6 erfasst wird. Das Dosierventil 4 ist vorzugsweise in der Art eines 2/2-Wege-Magnetventils ausgeführt. Es ist vorgesehen, dass das Dosierventil 4 derart betreibbar ist, dass es entweder geöffnet oder geschlossen ist, wozu es entsprechend angesteuert wird.The urea solution is preferably fed into the liquid supply line 2 by means of a pump from a storage tank, which is also not shown in detail. The pump generates and/or maintains a pre-pressure p _HWL in the liquid supply line 2 upstream of the metering valve 4, which is detected by the first pressure sensor 6. The metering valve 4 is preferably designed as a 2/2-way solenoid valve. It is provided that the metering valve 4 can be operated in such a way that it is either open or closed, for which purpose it is controlled accordingly.

Die Justierdrossel 5 dient der Einstellung eines günstigen Arbeitspunktes hinsichtlich des Flüssigkeitsdurchsatzes durch das geöffnete Dosierventil 4 bei den vorherrschenden Druckverhältnissen. Vorzugsweise ist die Justierdrossel 5 wie in 1 dargestellt stromauf des Dosierventils 4 und stromab des ersten Drucksensors 6 in der Flüssigkeitszufuhrleitung 2 angeordnet. Eine Anordnung an einer anderen Stelle der Flüssigkeitszufuhrleitung 2, insbesondere stromauf des Mischbereichs 11, ist ebenfalls möglich.The adjusting throttle 5 is used to set a favorable operating point with regard to the fluid flow rate through the open metering valve 4 under the prevailing pressure conditions. Preferably, the adjusting throttle 5 is as shown in 1 shown arranged upstream of the metering valve 4 and downstream of the first pressure sensor 6 in the liquid supply line 2. An arrangement at another location in the liquid supply line 2, in particular upstream of the mixing area 11, is also possible.

Bei geöffnetem Dosierventil 4 strömt die Harnstofflösung durch dieses hindurch und vermischt sich mit der zugeführten Druckluft im Mischbereich 11 bzw. wird infolge der Druckluftzufuhr im Mischbereich vernebelt. Es ist vorgesehen, dass bei laufendem Betrieb des Dosiersystems 1 ständig, also auch bei geschlossenem Dosierventil 4, Druckluft gefördert wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei einer Inbetriebnahme des Dosiersystems 1 mit einer Zumessung von Harnstofflösung erst begonnen wird, wenn ein hinreichender Luftdurchsatz vorhanden ist. Zur Druckluftversorgung wird vorzugsweise auf einen nicht dargestellten Druckluftspeicher oder einen Kompressor zurückgegriffen. When the dosing valve 4 is open, the urea solution flows through it and mixes with the supplied compressed air in the mixing area 11 or is nebulized as a result of the compressed air supply in the mixing area. It is intended that during operation of the dosing system 1, pressure is constantly maintained, even when the dosing valve 4 is closed. air is conveyed. In particular, it is intended that when the dosing system 1 is put into operation, metering of urea solution only begins when a sufficient air flow is available. A compressed air reservoir (not shown) or a compressor is preferably used for the compressed air supply.

Vorzugsweise wird ein vorgegebener Luftdruck, beispielsweise über einen ebenfalls nicht dargestellten Druckminderer, eingestellt.Preferably, a predetermined air pressure is set, for example via a pressure reducer (also not shown).

Der Massendurchsatz der Harnstofflösung durch das geöffnete Dosierventil 4 ist hauptsächlich vom über dem Dosierventil 4 vorhandenen Differenzdruck Δp abhängig. Selbst bei einem konstanten Vordruck p_HWL in der Flüssigkeitszufuhrleitung 2 können sich jedoch Schwankungen des Differenzdrucks Δp infolge eines schwankenden Dosierdrucks p_L stromab des Dosierventils 4 ergeben. Letztere werden hauptsächlich von in Abhängigkeit vom Motorbetrieb schwankenden Druckverhältnissen in der Abgasanlage verursacht, welche in die Flüssigkeitszufuhrleitung 2 bis zur Ausgangsseite des Dosierventils 4 zurückwirken können. Es ist daher vorgesehen, mittels eines zweiten Drucksensors 7 den Dosierdruck p_L stromab des Dosierventils 4, vorzugsweise im Mischbereich 11 zu erfassen, und so laufend den aktuellen Differenzdruck Δp zu ermitteln. Eine Anordnung für den zweiten Drucksensor 7 an einer anderen Stelle stromab des Dosierventils 4 ist ebenfalls möglich.The mass flow rate of the urea solution through the open metering valve 4 depends primarily on the differential pressure Δp present across the metering valve 4. However, even with a constant pre-pressure p _HWL in the liquid supply line 2, fluctuations in the differential pressure Δp can occur as a result of a fluctuating metering pressure p _L downstream of the metering valve 4. The latter are mainly caused by pressure conditions in the exhaust system that fluctuate depending on engine operation, which can feed back into the liquid supply line 2 up to the outlet side of the metering valve 4. It is therefore provided to detect the metering pressure p _L downstream of the metering valve 4, preferably in the mixing area 11, by means of a second pressure sensor 7, and thus to continuously determine the current differential pressure Δp. An arrangement for the second pressure sensor 7 at a different location downstream of the metering valve 4 is also possible.

Zur Verhinderung einer Rückströmung der Harnstofflösung in die Luftzufuhrleitung 3 ist eingangsseitig des Mischbereichs 11 in der Luftzufuhrleitung 3 ein Trennelement 15 angeordnet. Vorzugsweise bildet das Trennelement 15 den endseitigen Abschnitt der Luftzufuhrleitung 3 und mündet in den Mischbereich 11 aus. Obschon das Trennelement beispielsweise auch in der Art eines Rückschlagventils ausgeführt sein kann, ist es bevorzugt, dass das Trennelement als Düse, insbesondere als so genannte überkritische Düse ausgebildet ist, mit welcher sich eine Luftströmung mit Überschallgeschwindigkeit erreichen lässt. Auf diese Weise wird ein Eindringen der Harnstofflösung in die Luftzufuhrleitung 3 weitgehend vermieden. Ferner ist eine starke Verwirbelung im Mischbereich 11 ermöglicht. Durch die mit hoher Geschwindigkeit in den Mischbereich 11 einströmende Luft wird die dem Mischbereich 11 zugeführte Harnstofflösung fein vermischt bzw. vernebelt, und es wird eine aerosolartige Mischung erzeugt. Darüber hinaus ermöglicht die Ausführung des Trennelements 15 als überkritische Düse eine Vergleichmäßigung der Luftströmung. Zur Unterstützung einer gleichmäßigen Luftströmung ist es außerdem vorgesehen, einen möglichst konstanten Luftdruck eingangsseitig der Luftzufuhrleitung 3 bzw. stromauf des Trennelements 15 einzustellen. Vorteilhaft ist ein Überdruck von ca. 5 bar.To prevent the urea solution from flowing back into the air supply line 3, a separating element 15 is arranged in the air supply line 3 on the inlet side of the mixing area 11. The separating element 15 preferably forms the end section of the air supply line 3 and opens into the mixing area 11. Although the separating element can also be designed, for example, in the manner of a check valve, it is preferred that the separating element be designed as a nozzle, in particular as a so-called supercritical nozzle, with which an air flow at supersonic speed can be achieved. In this way, penetration of the urea solution into the air supply line 3 is largely prevented. Furthermore, strong turbulence is enabled in the mixing area 11. The air flowing into the mixing area 11 at high speed finely mixes or atomizes the urea solution supplied to the mixing area 11, and an aerosol-like mixture is generated. Furthermore, the design of the separating element 15 as a supercritical nozzle enables a more uniform air flow. To support a uniform air flow, it is also intended to set the air pressure as constant as possible on the inlet side of the air supply line 3 or upstream of the separating element 15. An overpressure of approximately 5 bar is advantageous.

Der zweite Drucksensor 7 ermöglicht einerseits zusammen mit dem ersten Drucksensor 6 eine Ermittlung des über der Serienschaltung von Justierdrossel 5 und Dosierventil 4 vorhandenen Differenzdrucks Δp und andererseits im Zusammenhang mit dem voreingestellten Luftdruck eine Ermittlung des über dem Trennelement 11 abfallenden Differenzdrucks. Dadurch kann einerseits die vom Dosierventil 4 zugemessene Flüssigkeitsmenge und andererseits die Luftdurchsatzmenge ermittelt werden. Auf diese Weise kann eine genaue Dosierung der Mischung bzw. der Harnstofflösung erreicht werden.The second pressure sensor 7, together with the first pressure sensor 6, enables the determination of the differential pressure Δp present across the series connection of the adjusting throttle 5 and the metering valve 4, and, in conjunction with the preset air pressure, the determination of the differential pressure across the separating element 11. This allows the determination of the fluid quantity metered by the metering valve 4 and the air flow rate. This allows for precise metering of the mixture or urea solution.

Über eine Gemischleitung 2b wird die im Mischbereich 11 erzeugte Mischung der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors zugeführt. Die Druckluft dient dabei als Transportmedium. Obschon normalerweise nicht bevorzugt, ist es möglich, anstelle der Druckluft auch ein anderes Transportmedium wie beispielsweise Stickstoff oder Abgas einzusetzen.The mixture generated in the mixing area 11 is fed to the exhaust system of a motor vehicle internal combustion engine via a mixture line 2b. Compressed air serves as the transport medium. Although not normally preferred, it is possible to use another transport medium, such as nitrogen or exhaust gas, instead of compressed air.

Zur Steuerung bzw. Regelung des Dosiersystems 1 ist ein nicht dargestelltes Dosiersteuergerät vorgesehen, an welches die Drucksensoren 6, 7 und das Dosierventil 4 über Schnittstellen 8, 9, 10 angeschlossen sind. Das Dosiersteuergerät ist vorzugsweise in der Art eines Mikrocomputers mit Ein-/Ausgabeeinheit, Recheneinheit und Speichereinheit ausgeführt, um die zur Steuerung des Dosiersystems 1 erhaltenen Daten und Messwerte verarbeiten zu können, und entsprechende Steuersignale ermitteln und ausgeben zu können.For controlling or regulating the dosing system 1, a dosing control unit (not shown) is provided, to which the pressure sensors 6, 7 and the dosing valve 4 are connected via interfaces 8, 9, 10. The dosing control unit is preferably designed as a microcomputer with an input/output unit, a computing unit, and a memory unit in order to be able to process the data and measured values obtained for controlling the dosing system 1 and to determine and output corresponding control signals.

Erfindungsgemäß sind Mittel zur Aufheizung eines Abschnitts der zum Mischbereich 11 geführten Luftzufuhrleitung 3 vorgesehen. In dem in 1 dargestellten Beispiel wird die Aufheizung durch ein elektrisches Heizelement 12 bewirkt, welches im Bereich der Düse 15 angeordnet ist. Das Heizelement 12 kann jedoch auch an einer anderen Stelle der Luftzufuhrleitung 3 stromauf des Mischbereichs angeordnet sein. In einer bevorzugten Anordnung ist vorgesehen, das Heizelement 12 so auszuführen, dass die Luftzufuhrleitung 3 beim Betrieb der Heizmittel lediglich abschnittsweise beheizt wird, insbesondere auf einem vergleichsweise kurzen Leitungsabschnitt. Das Heizelement 12 kann dabei sowohl im Außenbereich der Luftzufuhrleitung 3 bzw. der Düse 15 als auch in deren Innerem angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Heizelement 12 als Widerstandsheizung ausgebildet, welche über Anschlüsse 14 an eine Stromversorgung angeschlossen ist. Mittels eines Schalters 13 kann die Bestromung des Heizelements 12 an- und ausgeschaltet werden. Um eine kontrollierte Aufheizung der Luft zu ermöglichen, kann eine nicht dargestellte Heizungssteuerung vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist ein als PTC-Element ausgeführtes Heizelement, da dessen bauelementspezifischer Widerstandskennlinienverlauf eine vereinfachte Temperaturregelung ermöglicht.According to the invention, means are provided for heating a section of the air supply line 3 leading to the mixing area 11. In the 1 In the example shown, heating is effected by an electric heating element 12, which is arranged in the region of the nozzle 15. However, the heating element 12 can also be arranged at a different location on the air supply line 3 upstream of the mixing area. In a preferred arrangement, the heating element 12 is designed such that the air supply line 3 is only heated in sections during operation of the heating means, in particular on a comparatively short line section. The heating element 12 can be arranged both in the outer region of the air supply line 3 or the nozzle 15 and in the interior thereof. Preferably, the heating element 12 is designed as a resistance heater, which is connected to a power supply via connections 14. The power supply to the heating element 12 can be switched on and off by means of a switch 13. In order to enable controlled heating of the air, a heating control (not shown) A heating element designed as a PTC element is particularly preferred, since its component-specific resistance characteristic enables simplified temperature control.

Obschon es vorteilhaft sein kann, beim Betrieb des Dosiersystems 1 das Heizelement 12 ständig aktiviert zu halten und somit die dem Mischbereich 11 zugeführte Luft kontinuierlich bzw. über einen längeren Zeitraum hinweg aufzuheizen, ist es bevorzugt, eine Aufheizung punktuell dann vorzunehmen, wenn ein unzulässiges Absinken des Luftdurchsatzes gegenüber dem für einen normalen Betrieb des Dosiersystems 1 typischen Wert eintritt. Festgestellt werden kann dies beispielsweise durch eine Überwachung des über der Düse 15 abfallenden Differenzdrucks. Bei einer starken Verstopfung sinkt der mittels des zweiten Drucksensors ermittelte Druck stark ab, im Extremfall auf den am Auslass der Gemischleitung 2b vorhandenen Druck im Abgassystem. Zur Erfassung des Luftdurchsatzes kann jedoch auch eine nicht dargestellte Luftmengenmesseinrichtung in der Luftzufuhrleitung 3 vorgesehen sein. Vorzugsweise wird dann das Heizelement 12 derart aktiviert, dass zumindest das Trennelement auf eine vorgebbare Temperatur aufgeheizt wird. Vorzugsweise liegt diese über der Schmelz-, Sublimations- oder Zersetzungstemperatur von Harnstoff oder seiner typischen Umwandlungsprodukte. Typischerweise erfolgt eine Aufheizung der Luft auf etwa 130 °C bis 180 °C. Besonders bevorzugt ist eine Temperatur von etwa 150°C. Auf diese Weise können durch Harnstoff verursachte Ablagerungen in der Luftzufuhrleitung 3 stromauf des Mischbereichs 11 entfernt werden. Vorzugsweise wird während der Aufheizung die Luftzufuhr abgestellt. Die Luftzufuhr kann jedoch auch gepulst betrieben werden, was sich als besonders wirksam zur Entfernung von Ablagerungen erwiesen hat. Während der Beheizung wird vorzugsweise auch die Flüssigkeitszufuhr abgestellt.Although it may be advantageous to keep the heating element 12 constantly activated during operation of the dosing system 1 and thus heat the air supplied to the mixing area 11 continuously or over a longer period of time, it is preferable to carry out heating selectively when an impermissible drop in the air flow rate occurs compared to the value typical for normal operation of the dosing system 1. This can be determined, for example, by monitoring the differential pressure across the nozzle 15. In the event of severe blockage, the pressure determined by the second pressure sensor drops significantly, in extreme cases to the pressure present in the exhaust system at the outlet of the mixture line 2b. However, an air flow measuring device (not shown) can also be provided in the air supply line 3 to detect the air flow rate. The heating element 12 is then preferably activated in such a way that at least the separating element is heated to a predeterminable temperature. This temperature is preferably above the melting, sublimation, or decomposition temperature of urea or its typical conversion products. Typically, the air is heated to approximately 130°C to 180°C. A temperature of approximately 150°C is particularly preferred. In this way, deposits caused by urea in the air supply line 3 upstream of the mixing area 11 can be removed. The air supply is preferably shut off during heating. However, the air supply can also be operated in a pulsed manner, which has proven particularly effective for removing deposits. The liquid supply is preferably also shut off during heating.

Es ist vorgesehen, dass nach einer vorgebbaren und gegebenenfalls einstellbaren Zeitspanne von beispielsweise 5 min die Beheizung beendet und das Heizelement 12 deaktiviert wird.It is intended that after a predeterminable and, if necessary, adjustable period of time of, for example, 5 minutes, the heating is terminated and the heating element 12 is deactivated.

Daraufhin wird der normale Luftdruck eingangs der Luftzufuhrleitung 3 wieder eingestellt. Ergeben sich daraufhin die für einen normalen Betrieb vorgesehenen Druck- bzw. Durchsatzverhältnisse, so ist die Ursache der Luftdurchsatzverringerung beseitigt worden und der normale Dosierbetrieb wird wieder aufgenommen. Ergeben sich jedoch die für einen normalen Betrieb vorgesehenen Druck- bzw. Durchsatzverhältnisse nicht, so wird vorzugsweise die Prozedur wiederholt, gegebenenfalls mehrfach. Nach einer vorgebbaren Anzahl von vergeblichen Versuchen, die Ursache der eingetretenen Luftdurchsatzverringerung zu beheben, kann vorgesehen sein, eine entsprechende Meldung zu erzeugen und zur Überprüfung des Dosiersystems 1 aufzufordern.The normal air pressure at the inlet of the air supply line 3 is then restored. If the pressure or flow rate conditions required for normal operation are then achieved, the cause of the reduced air flow rate has been eliminated, and normal dosing operation is resumed. However, if the pressure or flow rate conditions required for normal operation are not achieved, the procedure is preferably repeated, if necessary several times. After a predefined number of unsuccessful attempts to eliminate the cause of the reduced air flow rate, a corresponding message can be generated and a request to check the dosing system 1.

Obschon infolge der hohen Einströmgeschwindigkeit der dem Mischbereich 11 zugeführten Luft die Gefahr des Eindringens der Harnstofflösung in die Luftzufuhrleitung 3 gering ist, kann dies dennoch in bestimmten Betriebssituationen auftreten. Der in die Luftzufuhrleitung 3 eingedrungene Harnstoff kann sich in der Luftzufuhrleitung 3 ablagern, was insbesondere im Bereich der Düse 15 zu einer unerwünschten Verstopfung führen kann. Insbesondere besteht eine diesbezügliche Gefahr in einer Stillstandsphase des Dosiersystems 1. Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, wenn vor einer Inbetriebnahme des Dosiersystems 1 oder in regelmäßigen Abständen die oben beschriebene Prozedur durchgeführt wird. Besonders vorteilhaft ist es, die Durchführung einer Beiheizungsphase an den Startvorgang des entsprechenden Kraftfahrzeugs zu koppeln. Dabei kann die Luftzufuhr abgeschaltet sein oder es kann eine gepulste Luftzufuhr erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann der beschriebene Vorgang auch im Anschluss an ein Abstellen des Dosiersystems 1 bzw. des Fahrzeugs vorgenommen werden. Dadurch wird Ablagerungen wirksam vorgebeugt und/oder Ablagerungen beseitigt, bevor diese mit unerwünschten Wirkungen in Erscheinung treten. Auf diese Weise sind ein störungsfreier und sicherer Betrieb des Dosiersystems 1 ermöglicht.Although the risk of urea solution penetrating the air supply line 3 is low due to the high inflow velocity of the air supplied to the mixing area 11, this can still occur in certain operating situations. The urea that has penetrated the air supply line 3 can deposit in the air supply line 3, which can lead to undesirable blockage, particularly in the area of the nozzle 15. This risk is particularly high during a standstill phase of the dosing system 1. For this reason, it is particularly advantageous to carry out the procedure described above before commissioning the dosing system 1 or at regular intervals. It is particularly advantageous to couple the implementation of a preheating phase to the starting process of the corresponding motor vehicle. The air supply can be switched off or a pulsed air supply can be provided. Additionally or alternatively, the described process can also be carried out after switching off the dosing system 1 or the vehicle. This effectively prevents and/or removes deposits before they cause undesirable effects. This enables trouble-free and safe operation of the dosing system 1.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen eines Dosiersystems mit Aufheizung eines Abschnitts der Luftzufuhrleitung stromauf des Mischbereichs zur Erzeugung einer aerosolartigen Mischung sind in 2 und 3 dargestellt, wobei in Bezug auf 1 gleichwirkende bzw. gleichartige Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Nachfolgend wird lediglich auf die wesentlichen Unterschiede im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform eingegangen.Further advantageous embodiments of a dosing system with heating of a section of the air supply line upstream of the mixing area to produce an aerosol-like mixture are described in 2 and 3 shown, with reference to 1 Components of the same function or type are marked with the same reference symbols. The following only refers to the essential differences compared to the 1 illustrated embodiment.

In 2 ist eine zweite vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosiersystems 1 dargestellt, bei welcher anstelle einer Aufheizung mittels eines Heizelements im Bereich des Trennelements 15 eine Aufheizung weiter stromauf 11 erfolgt. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierfür in der Luftzufuhrleitung 3 stromauf des Mischbereichs 11 ein Heizelement 16 angeordnet, welches beispielsweise als Glühkerze ausgebildet sein kann. Diese Ausführungsform kann Einbauvorteile mit sich bringen und ist auf einfache Weise realisierbar. Auch in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise vorgesehen, das Heizelement bedarfsweise, d.h. bei einem unerwünschten Absinken des Luftdurchsatzes zu aktivieren. Analog kann auch vorgesehen sein, das Heizelement 16 bei eingeschalteter Luftzufuhr zu aktivieren, gegebenenfalls auch dauernd oder wiederkehrend in vorgebbaren Zeitabständen. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich damit der Vorteil, dass dem Mischbereich 11 aufgeheizte Luft zugeführt wird, was die Aufbereitung der zugeführten Flüssigkeit verbessern kann.In 2 a second advantageous embodiment of the dosing system 1 according to the invention is shown, in which heating takes place further upstream 11 instead of by means of a heating element in the region of the separating element 15. In the 2 In the embodiment shown, a heating element 16, which can be designed as a glow plug, is arranged in the air supply line 3 upstream of the mixing area 11. This embodiment can offer installation advantages and is easy to implement. 2 In the exemplary embodiment shown, it is preferably provided that the heating element is activated as needed, ie in the event of an undesired drop in the air flow rate. Analogously, it can also be provided that the heating element 16 is switched air supply, if necessary also continuously or recurringly at predefined time intervals. In the 2 The embodiment shown has the advantage that heated air is supplied to the mixing area 11, which can improve the treatment of the supplied liquid.

Eine hinsichtlich der Wirksamkeit weiter verbesserte Möglichkeit einer Aufheizung ist in 3 schematisch dargestellt. In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, der Luftzufuhrleitung 3 stromauf des Heizelements 16 über eine Brennstoffleitung 17 einen Brennstoff zuzuführen. A further improved heating option with regard to effectiveness is available in 3 shown schematically. In this embodiment, it is provided to supply a fuel to the air supply line 3 upstream of the heating element 16 via a fuel line 17.

Der zugeführte Brennstoff kann sich am aktivierten Heizelement 16 entzünden, wodurch die dem Mischbereich 11 zugeführte Luft und die entsprechenden Leitungsteile sowie der Mischbereich 11 selbst aufgeheizt werden. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei einem vergleichsweise hohen Luftdurchsatz vorteilhaft, da mit geringen Brennstoffmengen eine große Wärmemenge freigesetzt werden kann. Eine Aufheizung des elektrischen Heizelements 16 auf eine zur Entzündung des Brennstoffs notwendige Temperatur ist mit vergleichsweise geringer elektrischer Leistung möglich. Der Aufwand zur Bereitstellung von elektrischer Energie ist dadurch vermindert, was entsprechende Vorteile bei der Dimensionierung des elektrischen Heizelements und der Stromversorgung mit sich bringt. Diese Art der Beheizung kann jedoch selbstverständlich ebenfalls lediglich bedarfsweise, d.h. bei Auftreten eines verringerten Luftdurchsatzes oder von Zeit zu Zeit vorgenommen werden.The supplied fuel can ignite at the activated heating element 16, heating the air supplied to the mixing area 11 and the corresponding line components, as well as the mixing area 11 itself. This embodiment is particularly advantageous with a comparatively high air throughput, since a large amount of heat can be released with small amounts of fuel. Heating the electrical heating element 16 to a temperature necessary to ignite the fuel is possible with comparatively low electrical power. The effort required to provide electrical energy is thereby reduced, which brings corresponding advantages in the dimensioning of the electrical heating element and the power supply. However, this type of heating can of course also be carried out only as needed, i.e. when a reduced air throughput occurs or from time to time.

Die anhand der 1 bis 3 und 2 erläuterten Möglichkeiten für eine Aufheizung eines stromauf des Mischbereichs 11 liegenden Leitungsabschnitts können natürlich auch kombiniert angewendet werden.The 1 to 3 and 2 The options explained for heating a pipe section upstream of the mixing area 11 can of course also be used in combination.

Claims

Dosing system for dosing an aerosol-like mixture of air and a liquid into an exhaust system of a motor vehicle internal combustion engine, comprising a mixing region (11) to which an air portion of the mixture can be fed separately via an air supply line (3) and a liquid portion can be fed separately via a liquid supply line (2), characterized in that heating means are provided for heating a section of the air supply line (3) arranged upstream of the mixing region (11) in terms of flow, and the heating means comprise an electrical heating element arranged inside the air supply line (3), and a separating element (15) for preventing backflow is arranged on the inlet side of the mixing region (11) in the air supply line (3), and the separating element (15) forms an end section of the air supply line (3) and opens into the mixing region (11), wherein the separating element (15) is designed as a supercritical nozzle.

Dosing system according to Claim 1 , characterized in that the heating means for heating the air supply line (3) are formed in the region of the separating element (15).

Dosing system according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the heating means comprise an electrical heating element located externally with respect to the air supply line (3).

Dosing system according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the heating means comprise a supply device for supplying a fuel into the air supply line (3).