СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПОРОЖНЕНИЯ ПОДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЖИДКОЙ ДОБАВКИ
METHOD AND DEVICE FOR EMPTYING CONVEYOR UNIT FOR A LIQUID ADDITIVE

Изобретение относится к способу и устройству для опорожнения подающего устройства для жидкой добавки.
Такие подающие устройства применяются, например, чтобы подавать водный раствор мочевины в качестве жидкой добавки в устройство для обработки отработавшего газа (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Водный раствор мочевины применяется в устройстве для обработки ОГ для очистки ОГ от соединений оксидов азота в рамках способа СКВ [СКВ = селективное каталитическое восстановление]. Обычно применяется 32,5-процентный водный раствор мочевины, который имеется в продаже под торговым наименованием AdBlue.
В таких подающих устройствах проблематичным является то, что жидкие добавки при длительных простоях подающих устройств могут замерзать. Описанный водный раствор мочевины замерзает, например, при -11°C. Такие низкие температуры могут иметь место, прежде всего, во время длительных стоянок автомобиля зимой.
Прежде всего, жидкие добавки на водной основе (как водный раствор мочевины) при замерзании расширяют свой объем. Это может повредить подающее устройство. Поэтому из уровня техники известно, что, когда эксплуатация автомобиля заканчивается, подающее устройство опорожняют. Обычно находящаяся в подающем устройстве жидкая добавка при опорожнении перемещается обратно в бак, в котором жидкая добавка хранится.
Проблематичным является то, что опорожнение подающего устройства обычно приводит к затратной конфигурации системы и/или повышенному расходу добавки. Повышенный расход, например, происходит, так как находящаяся в подающем устройстве жидкая добавка при опорожнении не может быть полностью восстановлена. При определенных условиях остаточное количество жидкой добавки остается в подающем трубопроводе. Остаточное количество там может испариться. В результате опорожнения также становится необходимым повторное наполнение подающего устройства при возобновлении эксплуатации. При этом повторном наполнении также может иметь место потеря жидкой добавки, например, так как при повторном наполнении возникает избыток жидкой добавки, который выходит из загрузочного устройства подающего устройства.
При определенных условиях также проблематичным является имеющий место в результате опорожнения износ подающего устройства. В результате опорожнения повышенному износу подвержен, прежде всего, насос подающего устройства.
Исходя из этого, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить или же, по меньшей мере, смягчить указанные в связи с уровнем техники технические проблемы. Прежде всего, должен быть раскрыт особенно подходящий способ опорожнения подающего устройства. Также должно быть указано просто выполненное и, при необходимости, доукомплектовываемое устройство для реализации способа. Прежде всего, способ и/или устройство должны быть пригодными для применения в системах обработки ОГ способом СКВ в автомобилестроении.
Эти задачи решены посредством способа в соответствии с признаками п. 1 формулы изобретения, а также подающим устройством по п. 9 формулы изобретения. Другие благоприятные варианты осуществления изобретения указаны в сформулированных как зависимые пунктах формулы изобретения. Приведенные в формуле изобретения отдельно признаки являются комбинируемыми между собой любым, технологически рациональным образом и могут быть дополнены поясняющими фактами из описания.
Изобретение относится к способу опорожнения подающего устройства для жидкой добавки, имеющему, по меньшей мере, следующие шаги:
а) установление электрического соединения с помощью обесточенного переключателя, который выполнен для того, чтобы устанавливать электрическое соединение, когда температура опускается ниже предельной температуры,
б) опорожнение подающего устройства, если на шаге а) было установлено электрическое соединение.
Подающее устройство, которое может быть опорожнено описанным способом, предпочтительно, имеет по меньшей мере один подающий трубопровод, который простирается от бака для жидкой добавки до подводящего устройства (сопла, инжектора, клапана или тому подобного) для подвода жидкой добавки в потребитель (например, устройство для обработки ОГ). Подающий трубопровод соединен с баком в точке отбора, чтобы жидкая добавка из бака могла входить в подающий трубопровод. В подающем трубопроводе, предпочтительно, расположен насос, который качает жидкую добавку по подающему трубопроводу. Подающий трубопровод и насос во время работы подающего устройства наполнены жидкой добавкой. Подающее устройство может иметь дополнительные наполненные жидкой добавкой компоненты.
Способ применяется именно тогда, когда подающее устройство и/или автомобиль деактивированы, то есть, например, зажигание выключено или двигатель не активен. За счет этого способ может быть активирован, например, когда деактивируется автомобиль.
Используемый на шаге а) переключатель, предпочтительно, отличается тем, что его работа не требует тока до того, как было установлено электрическое соединение. Предпочтительно, в переключателе используется механический и/или физический эффект, который устанавливает электрическое соединение. В качестве примеров соответственно используемых механических и/или физических эффектов могут быть указаны тепловое расширение материала или фазовые превращения материала. За счет этого переключатель перед шагом а) находится в обесточенном положении готовности. На шаге а) переключатель обозначен как обесточенный переключатель. Под этим, прежде всего, имеется в виду, что выключатель управляется не посредством электрического соединения. Прежде всего, не существует электрической управляющей линии, по которой электрический сигнал может доходить до переключателя, чтобы контролировать положение переключателя.
Переключатель, предпочтительно, выполнен так, что он устанавливает электрическое соединение, когда температура окружения переключателя достигает или снижается ниже (нижней) предельной температуры, причем эта предельная температура выше температуры замерзания используемой жидкой добавки. Предельная температура обусловлена конструкцией переключателя.
В принципе, переключатель может взаимодействовать с подающим устройством и/или является частью самого подающего устройства. Если подающее устройство интегрировано в автомобиль, то, при необходимости, переключатель также может быть предусмотрен в удаленном от подающего устройства положении. Положение переключателя должно быть выбрано, прежде всего, так, чтобы с помощью переключателя могла быть получена или прогнозирована характерная для актуального агрегатного состояния добавки информация. Для этого подающее устройство имеет, прежде всего, средство распознания, с помощью которого может быть детектировано актуальное состояние переключателя, прежде всего, обесточен ли он или находится под током. Разумеется, может быть рациональным предусмотреть несколько таких переключателей, которые тогда могут предоставлять информацию об окружающей температуре и/или агрегатном состоянии добавки, например, для разных участков подающего устройства. Полученная с помощью нескольких переключателей информация может быть использована для того, чтобы устанавливать, когда должно быть начато или проведено частичное/полное опорожнение.
Во время процесса опорожнения на шаге б), по меньшей мере, (значительная) часть добавки, а предпочтительно вся жидкая добавка, транспортируется из наполненных жидкой добавкой компонентов подающего устройства (прежде всего, в насосе и/или подающем трубопроводе). Является рациональным, чтобы выводилось столько жидкой добавки, что, при определенных условиях имеющийся, остающийся в подающем устройстве остаток жидкой добавки не может приводить к повреждению подающего устройства, если жидкая добавка замерзнет.
Благодаря описанному способу не является необходимым при каждой остановке эксплуатации подающего устройство или же автомобиля проводить опорожнение. Напротив, опорожнение может быть произведено в случае потребности, когда существует угроза замерзания жидкой добавки в связи с низкими наружными температурами. Водный раствор мочевины с 32,5% мочевины замерзает, например, при -11°C. Поэтому является благоприятным, если предельная температура переключателя установлена, например, в диапазоне от -7°C до -10°C, чтобы опорожнить подающее устройство, если существует угроза замерзания жидкой добавки.
Для описанного способа не требуется постоянного энергоснабжения (специфического и/или вышестоящего управления) во время простоя автомобиля. Пока не происходит опорожнение, при описанном способе не происходит (значительного) потребления тока. За счет этого переключатель используется, чтобы «разбудить» необходимые для опорожнения компоненты только тогда, когда достигнута заданная предельная температура снаружи или в термочувствительной области подающего устройства.
Благодаря описанному способу, прежде всего, также является возможным предотвращать всасывание загрязнений в подающий трубопровод подающего устройства. Во время опорожнения жидкая добавка, предпочтительно, подается против направления подачи из подающего устройства обратно в бак. При этом жидкая добавка замещается газом или же воздухом. Газ или же воздух при опорожнении, предпочтительно, засасывается через подводящее устройство. Если подводящее устройство расположено на устройстве для обработки ОГ, при определенных условиях, и загрязнения из ОГ всасываются в подающее устройство. За счет того, что опорожнение производится не при каждом деактивировании автомобиля, а только, когда имеющаяся температура делает это действительно необходимым, риск загрязнения подающего трубопровода загрязнениями из ОГ может быть значительно уменьшен.
Способ является особенно предпочтительным, если переключателем на шаге а) активируется блок управления, причем блок управления управляет опорожнением на шаге б).
Предпочтительно, переключателем на шаге а) активируется блок управления, который управляет процессом опорожнения. Для процесса опорожнения активируется, например, насос для опорожнения. При определенных условиях, дополнительно является рациональным открывать клапаны, через которые затем осуществляется опорожнение. Чтобы координировать управление насосом и, при необходимости, управление клапанами, является благоприятным, если применяется блок управления, который осуществляет координацию. Блоком управления может быть, например, блок управления двигателем автомобиля, который активируется или же возбуждается переключателем на шаге а).
Кроме того, описанный способ является благоприятным, если блок управления после проведения способа автоматически деактивируется.
За счет автоматического деактивации блока управления после проведения шага б) потребление тока в способе может быть дополнительно уменьшено. Для деактивации имеется, например, деактивирующий выключатель, который (как и обесточенный переключатель) выполнен для того, чтобы прерывать электрическое соединение. В отличие от обесточенного переключателя, деактивирующий выключатель приводится в действие не обесточенно в зависимости от температуры, а является управляемым от самого блока управления по сигнальной линии. Деактивирующий выключатель приводится в действие только тогда, когда подающий трубопровод уже опорожнен (в желательном объеме). Если был приведен в действие деактивирующий выключатель, активирование блока управления с помощью обесточенного переключателя больше не является возможным. Деактивирующий выключатель также может быть интегрирован в блоке управления. Другими словами, блок управления может иметь (внутреннее) самоотключение, которое деактивирует блок управления независимо от положения обесточенного переключателя.
Кроме того, способ является благоприятным, если между шагом а) и шагом б) с помощью температурного датчика производится измерение температуры, чтобы проверить, действительно ли не произошло снижение ниже предельной температуры, и жидкая добавка удаляется из подающего устройства на шаге б), если действительно произошло снижение ниже предельной температуры.
Для предотвращения ошибки в результате ложного срабатывания обесточенного переключателя на шаге а), является благоприятным, если блок управления дополнительно перед началом шага б) производит еще одну проверку температуры с помощью (по меньшей мере) одного (дополнительного и/или электрического) температурного датчика, чтобы опорожнять подающее устройство только тогда, когда если действительно произошло снижение ниже предельной температуры. Эта (сенсорно измеренная) предельная температура может отличаться от предельной температуры для активирования обесточенного переключателя на шаге а), чтобы, при необходимости, предотвратить ненужное опорожнение подающего устройства на шаге б). Например, предельная температура переключателя может быть установлена так, что активирование блока управления происходит уже при температуре -7°C. Если температура падает до -10°C, может быть произведено действительное опорожнение (шаг б), причем тогда оно инициируется результатом измерения, полученным на температурном датчике. Благодаря такой дополнительной проверке температуры ситуации, в которых требуется опорожнение подающего трубопровода, могут быть распознаны особенно надежно. Прежде всего, также является возможным, что точность предельной температуры обесточенного переключателя ниже, чем точность измерения температуры с помощью дополнительного температурного датчика. Например, предельная температура может иметь ненадежность более чем +/-3°C, в то время как точность дополнительного датчика составляет менее чем +/-1°C. Благодаря дополнительной проверке эта неточность обесточенного переключателя может быть, по меньшей мере, частично компенсирована.
Кроме того, способ является благоприятным, если после шага б) в памяти сохраняется, что подающее устройство опорожнено, и перед шагом а) и/или после шага а) на основе информации в памяти проверяется, опорожнена ли уже система, и если система не опорожнена, проводится, по меньшей мере, только шаг б).
Благодаря тому, что имеющееся состояние подающего устройства (опорожнено или не опорожнено) сохраняется в памяти, может быть предотвращено то, что описанный способ будет проводиться несколько раз во время одной (единственной) остановки эксплуатации. Прежде всего, может быть предотвращено то, что подающее устройство в результате попытки снова опорожнить уже опорожненное подающее устройство будет повреждено. Принятие во внимание (электронной) памяти для проверки, должен ли быть проведен шаг б), в качестве альтернативы или дополнительно может происходить для деактивации блока управления с помощью деактивирующего выключателя. Сохраненная в памяти информация о том, было ли произведено опорожнение или нет, прежде всего, может быть использована также при повторном запуске подающего устройства, чтобы, при необходимости, произвести повторное наполнение подающего устройства, если подающее устройство было опорожнено.
Кроме того, способ является благоприятным, если подающее устройство опорожняется путем обратного засасывания жидкой добавки назад в бак.
Обратное засасывание против обычного направления подачи является особенно благоприятным образом действия, чтобы опорожнять подающее устройство на шаге б). Обратное засасывание является возможным с помощью (отдельного) насоса, который может работать против обычного направления подачи. В соответствии с еще одним конструктивным вариантом также является возможным предусмотреть обратный трубопровод, который ответвляется от подающего трубопровода, так что опорожнение производится посредством циркуляции. Также является возможным для обратного засасывания использовать отдельный насос.
Предпочтительно, опорожнение происходит против (обычного) направления подачи подающего устройства, причем (обычное) направление подачи простирается от бака к подводящему устройству вдоль подающего трубопровода. Направление подачи насоса для этой цели реверсируется. В зависимости от конструкции насоса это может происходить путем реверсирования направления привода насоса или путем соответствующего переключения клапанов, который приданы насосу.
Прежде всего, при обратном засасывании существует опасность того, что через подводящее устройство (инжектор и т.п.) в подающее устройство будет всасываться воздух. Это подводящее устройство является тем же самым подводящим устройством, которое используется для того, чтобы подводить жидкую добавку потребителю (например, устройству для обработки ОГ). Также является возможным предусмотреть дополнительный клапан, через который при опорожнении воздух может всасываться в подающее устройство.
Еще одна возможность опорожнения на шаге б) заключается в том, чтобы с помощью воздуха продувать подающее устройство (частично) до опорожнения. Для этого может быть использован трубопровод сжатого воздуха, который соединен с подающим устройством или же трубопроводной системой.
Кроме того, способ является благоприятным, если переключатель является, по меньшей мере, переключателем из следующей группы:
- биметаллический переключатель,
- переключатель, содержащий сплав с эффектом памяти формы, и
- температурный переключатель с жидкостью,
- предварительно натяженный переключатель.
В биметаллическом переключателе расположены рядом друг с другом и соединены между собой два различных материала с разными коэффициентами теплового расширения. В результате изменения температуры изменяется форма/конфигурация биметаллической структуры. Например, структура сгибается. Изменение формы/конфигурации может быть использовано для того, чтобы механически замкнуть контакт. В результате этого может быть замкнуто электрическое соединение.
При сплаве с эффектом памяти формы форма детали изменяется в связи со сменой фаз, в результате чего может быть замкнуто электрическое соединение. В качестве примера сплава с эффектом памяти формы здесь указан сплав никеля с титаном. Для переключателя также могут применяться полимерные материалы, которые обладают свойствами памяти формы.
Температурный переключатель с жидкостью может, например, иметь наполненную жидкостью гильзу. Если жидкость замерзает, ее объем изменяется. Это изменение объема может быть использовано для того, чтобы тем самым замкнуть электрическое соединение.
Применяемый для описанного способа предварительно (механически) натяженный переключатель, предпочтительно, выполнен так, что при достижении предельной температуры он совершает резкое изменение формы, которое устанавливает электрический контакт. Такой переключатель может, например, содержать предварительно натяженный расширяющийся материал (например, предварительно механически натяженный металл), который до предельной температуры находится в первом положении, и который переходит во второе положение, когда достигается предельная температура. Предпочтительно, расширяющийся материал находится при этом в первом положении в предварительно натяженный (нестабильном) состоянии и предварительно натяжен (например, посредством упора). При превышении предельной температуры расширяющийся материал более не может удерживаться в первом положении и (резко) переходит во второе положение. При необходимости, дополнительно может иметься еще один исполнительный элемент, при помощи которого переключатель активно может быть снова переведен в предварительно натяженный первое положение. Кроме того, является благоприятным, если способ осуществляется во время фазы простоя ДВС. В этой связи также является особенно благоприятным, если опорожнение или же выполнение шага б) во время работы ДВС (активно) предотвращается.
Во время рабочей фазы ДВС обычно требуется подающее устройство, чтобы подавать жидкую добавку в устройство для обработки ОГ ДВС, чтобы обеспечивать эффективную очистку ОГ. Поэтому опорожнение, предпочтительно, происходить не должно. Поэтому является благоприятным, если неэлектронный переключатель во время работы ДВС перемыкается и/или блокируется.
Здесь также предлагается подающее устройство, которое имеет обесточенный переключатель, как он применяется для шага а) описанного способа. Представленные для описанного способа преимущества и конструктивные признаки являются аналогичным образом переносимыми на описанное подающее устройство. Подающее устройство, предпочтительно, имеет корпус, в котором находится насос, переключатель и по меньшей мере один участок подающего трубопровода. Дополнительно в корпусе также может быть предусмотрен блок управления, который выполнен для того, чтобы реализовывать описанный способ. Подающее устройство с переключателем представляет собой компонент, который может быть встроен в автомобиль (прежде всего, бак).
Далее в качестве примера описывается ход реализации способа в автомобиле.
Автомобиль ставится на стоянку при температурах выше точки замерзания мочевины, причем точка замерзания мочевины является точкой замерзания жидкой добавки. Блок управления находится в состоянии покоя (зажигание выключено). Если автомобиль ставится на стоянку на относительно длительный период времени, должно быть обеспечено, чтобы не происходило многократное опорожнение (активирование насоса и инжектора). Между двумя пусками двигателя можно произвести лишь однократное опорожнение. Поэтому могут быть приняты следующие меры:
а) посредством биметаллического переключателя (или другого механически срабатывающего контакта/переключателя), который при температуре около -9°C включает контакт, активируется блок управления и открывается инжектор, и система опорожняется. Сообщение о том, что было произведено опорожнение, вводится в память и вызывается при повторном пуске системы, так что система знает, что было проведено опорожнение.
б) без блока управления активируются насос и инжектор, и действие сохраняется в запоминающем устройстве определенного вида, так что эта информация может быть запрошена при пуске двигателя.
За счет этого обеспечивается соответствующее потребности опорожнение системы, и обратное всасывание происходит только тогда, когда система выпуска ОГ охлаждена, и тем самым была минимизирована опасность всасывания частиц.
Далее изобретение и технический контекст поясняются более детально на фигурах. На фигурах показаны особенно предпочтительные примеры осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. Прежде всего, следует указать на то, что фигуры и прежде всего представленные на фигурах соотношения размеров являются лишь схематическими. Показано на:
Фиг. 1: автомобиль с подающим устройством, который выполнен для реализации описанного способа,
Фиг. 2: первый конструктивный вариант обесточенного переключателя,
Фиг. 3: второй конструктивный вариант обесточенного переключателя,
Фиг. 4: третий конструктивный вариант обесточенного переключателя.
На фиг. 1 показан автомобиль 11, имеющий, по меньшей мере, ДВС 8 и устройство 12 для обработки ОГ для очистки ОГ ДВС 8. В устройстве 12 для обработки ОГ предусмотрен катализатор 14 СКВ, в котором ОГ из ДВС 8 могут очищаться. На катализаторе 14 СКВ с помощью жидкой добавки (такой, как водный раствор мочевины) может быть реализован способ селективного каталитического восстановления, которая может быть подведена в устройство 12 для обработки ОГ с помощью питающего устройства 13 на подающем устройстве 1. Питающее устройство 13 имеет насос 10 и подающий трубопровод 9. Подающий трубопровод 9 проходит от точки 17 отбора на баке 7 через насос 10 к питающему устройству 13. Направление от бака 7 к питающему устройству 13 называется направлением 18 подачи.
Кроме того, автомобиль 11 имеет блок 4 управления. С помощью блока 4 управления может быть произведено активное опорожнение подающего трубопровода 9 подающего устройства 1. Блок 4 управления посредством электрического соединения 2 снабжается электрической энергией и/или электрическими сигналами от источника 15. Это электрическое соединение 2 имеет переключатель 3, который приводится в действие в зависимости от температуры. При понижении температуры, так что достигается (заданная, нижняя) предельная температура, переключатель 3 замыкает электрическое соединение 2, чтобы активировать блок 4 управления. Дополнительно на электрическом соединении 2 также может быть предусмотрен деактивирующий выключатель 19, который блок 4 управления по деактивирующему проводу 20 позже может снова контролировать, чтобы добиться деактивации блока 4 управления независимо от положения переключателя 3. Блок 4 управления также может иметь (регистрирующую электрические данные и/или архивирующую) память 6, в которой хранится информация о том, опорожнено ли подающее устройство 1 или нет. Блок 4 управления посредством сигнальной линии 16 соединен с насосом 10, чтобы управлять насосом 10. Кроме того, является благоприятным, если переключатель 3 во время работы ДВС 8 может быть перемкнут с помощью перемычки 21 и/или блокирован. Автомобиль 11, предпочтительно, имеет также температурный датчик 5, который подсоединен к блоку 4 управления, и с помощью которого блок 4 управления может самостоятельно контролировать имеющуюся температуру, чтобы проверять, должно ли быть действительно произведено опорожнение подающего устройства 1 или нет.
На фиг. 2 показан походящий для описанного способа переключатель 3, который выполнен как биметаллический переключатель 23. Этот биметаллический переключатель 23 состоит из первого металла 24 и второго металла 25, которые прочно соединены между собой. Первый металл 24 и второй металл 25 имеют разные коэффициента теплового расширения. Поэтому биметаллический переключатель деформируется, когда изменяется температура. Биметаллический переключатель 23 рассчитан так, что электрические контакты 22 соприкасаются, когда достигнута предельная температура, чтобы установить электрическое соединение 2.
На фиг. 3 показан подходящий для описанного способа переключатель 3, который функционирует с помощью жидкости (расширяющейся жидкости 27). Переключатель 3 имеет резервуар 28, который наполнен расширяющейся жидкостью 27. Чтобы температура окружающей среды эффективно доходила до расширяющейся жидкости 27, переключатель 3 также имеет поглощающее температуру тело 26 для поглощения температуры окружающей среды и передачи температуры окружающей среды на расширяющуюся жидкость 27. Расширяющаяся жидкость 27 находится в соединении с поршнем 29. Если температура расширяющейся жидкости 27 уменьшается или увеличивается, поршень 29 перемещается. Если достигнута предельная температура, поршень 29 перемещен так, что электрические контакты 22 соприкасаются, и установлено электрическое соединение.
На фиг. 4 показан подходящий для описанного способа предварительно (механически) натяженный переключатель 3. Этот переключатель 3 имеет расширяющийся материал 35, который является, например, металлом, и который в зависимости от температуры окружающей среды удлиняется или укорачивается. Расширяющийся материал 35 смонтирован в рамке 31 и находится в первом положении 32, в котором он предварительно натяжен посредством упора 30. Представленный на фиг. 4 расширяющийся материал 35 расширяется, предпочтительно, тогда, когда температура окружающей среды падает. При достижении предельной температуры расширяющийся материал 35 расширился настолько, что он переходит из первого положения 32 во второе положение 33. Тогда между обоими электрическими контактами 22 устанавливается электрическое соединение. Предпочтительно, также предусмотрен исполнительный элемент 34, с помощью которого расширяющийся материал 35 активно может быть снова переведен обратно в первое положение 32.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ