DE102012103695A1 - Exhaust gas after treatment device for use in both passenger cars and commercial vehicles, has urea-water channel with gas collecting pocket, in which gas, promoting in one direction by pump, is set under pressure - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung. Gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch 14 betrifft die Erfindung ein Verfahren für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung.The invention relates according to the one-
Im Folgenden wird Harnstoff-Wasser-Lösung als HWL bezeichnet.Hereinafter, urea-water solution is referred to as HWL.
Aus der
Aus der
Die nicht vorveröffentlichte
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zu schaffen, die auch ohne Stromversorgung zuverlässig einfriergesichert ist.The object of the invention is to provide an exhaust gas aftertreatment device which is reliably freeze-protected even without a power supply.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und 14 gelöst.This object is achieved with the features of
Die Erfindung kann sowohl bei Personenkraftwagen als auch bei Nutzfahrzeugen Anwendung finden, da die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung ohne Pressluft auskommt. Solche anderen „air-assisted-Systeme” mit Pressluft werden bei markterhältlichen Nutzfahrzeugen zum Eindüsen der HWL in den Abgasstrang genutzt.The invention can be found both in passenger cars and commercial vehicles application, since the exhaust gas aftertreatment device according to the invention requires no compressed air. Such other "air-assisted systems" with compressed air are used in commercially available commercial vehicles for injecting the HWL into the exhaust gas system.
Nutzfahrzeugen werden vielfach mit dem für Gefahrguttransporte vorgeschriebenen „Notaus-Schalter” verkauft, der das gesamte Bordnetz von der Stromversorgung trennt. Ohne Stromversorgung besteht jedoch das Problem, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht mehr von der Pumpe leergepumpt werden kann, so dass bei kalter Witterung einfrierende HWL die Abgasnachbehandlungseinrichtung mit jedem Einfrierzyklus mehr und mehr zerstört.Commercial vehicles are often sold with the "emergency stop button" prescribed for transporting dangerous goods, which separates the entire vehicle electrical system from the power supply. Without power supply, however, there is the problem that the exhaust aftertreatment device can not be pumped from the pump, so that in cold weather freezing HWL destroys the exhaust aftertreatment device more and more with each freezing cycle.
Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung umgeht das Problem, indem bereits
- – beim Einschalten des Bordnetzes über den Zündschlüssel oder
- – beim Einschalten des Bordnetzes über eine „schlüssellos-Zugangskarte” oder
- – beim Motorstart
- - when switching on the electrical system via the ignition key or
- - When switching on the electrical system via a "keyless access card" or
- - at engine start
Die einfriergefährdeten Bauteile können beispielsweise das besagte Einspritzventil, die Düse, verschiedene Filter, verschiedene Sensoren, insbesondere Druck-/Temperatursensoren, ein Druckspeicher, starre Leitungsabschnitte des HWL-Kanals oder Schlauchkupplungen des HWL-Kanals sein. Das einfriergefährdete Bauteil kann auch eine Versorgungseinheit sein, welcher die Pumpe zugehörig ist.The freeze-endangered components may be, for example, the said injection valve, the nozzle, various filters, various sensors, in particular pressure / temperature sensors, a pressure accumulator, rigid line sections of the HWL channel or hose couplings of the HWL channel. The freeze-endangered component can also be a supply unit to which the pump is associated.
In einer Ausgestaltung sind mehrere Gasfangtaschen vorgesehen, so dass jedes gefährdete Bauteil für sich geschützt ist und/oder das Gasvolumen zum Heraustreiben der HWL besonders groß ist.In one embodiment, a plurality of gas collecting pockets are provided, so that each vulnerable component is protected for itself and / or the gas volume for driving out the HWL is particularly large.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Gas bei „rückwärts” – d. h. in der zweiten Richtung – laufender Pumpe über ein geöffnetes Ventil durch einen separaten Ansaugkanal angesaugt. Dieser Ansaugkanal führt dabei zu von Schmutzteilchen gereinigtem Gas. Damit wird verhindert, dass Schmutzteilchen in den HWL-Kanal eindringen können und die Düse oder einen der Filter zusetzen können. Auch werden empfindliche Sensoren oder das Einspritzventil vor Schmutzteilchen geschützt. Das gereinigte Gas kann beispielsweise aus dem Tank für die HWL kommen. Der Ansaugkanal kann aber auch zu einem Filter führen. Demzufolge kann das Gas Luft oder ein Gasgemisch sein, das sich in dem Tank bildet.In a further embodiment, the gas is sucked in "backwards" - ie in the second direction - running pump through an open valve through a separate intake passage. This intake channel leads to purified by dirt particles gas. This prevents that Dirt particles can penetrate into the HWL channel and can clog the nozzle or one of the filters. Also, sensitive sensors or the injector are protected from debris. The purified gas can come, for example, from the tank for the HWL. The intake duct may also lead to a filter. As a result, the gas may be air or a gas mixture that forms in the tank.
Das Ventil zum separaten Ansaugkanal kann insbesondere ein Rückschlagventil sein. Dieses ist dann derart angeordnet ist, dass es bei in der ersten Richtung fördernden Pumpe sperrt und bei in der zweiten Richtung fördernder Pumpe öffnet. Ein solches Rückschlagventil ist besonders kostengünstig und leicht, da keine elektrischen Komponenten notwendig sind. Ein Beispiel für ein Rückschlagventil ist das Kugelrückschlagventil. Es ist jedoch auch möglich, das Ventil als elektromagnetisches Ventil sowohl normal offen als auch normal geschlossen auszuführen.The valve to the separate intake passage may in particular be a check valve. This is then arranged so that it blocks in the first direction pump and pumping in the second direction promotional pump opens. Such a check valve is particularly inexpensive and easy, since no electrical components are necessary. An example of a check valve is the ball check valve. However, it is also possible to perform the valve as an electromagnetic valve both normally open and normally closed.
Vom HWL-Kanal kann ein Druckspeicher abgehen, der eine Gasfangtasche aufweist. Dieser Druckspeicher kann dabei auch „in-line” angeordnet sein. Der Druckspeicher kompensiert Druckschwankungen, ermöglicht einen intermittierenden Betrieb der Pumpe und bildet eine sehr große Gasfangtasche.From the HWL channel can go off a pressure accumulator, which has a gas collecting pocket. This accumulator can also be arranged "in-line". The pressure accumulator compensates for pressure fluctuations, allows intermittent operation of the pump and forms a very large gas collecting pocket.
Die Gasfangtaschen sind insbesondere so ausgeführt, dass sie in Einbaulage oberhalb des HWL-Kanals liegen, so dass sich das Gas dort sammelt und die HWL daran vorbei strömt.The gas collecting bags are in particular designed so that they lie in the installed position above the HWL channel, so that the gas collects there and the HWL flows past it.
Die Pumpe kann derart ausgeführt sein, dass auch das Gas förderbar ist. Damit ist es möglich, das Gas zur Betriebsstartphase bis in den Tank zu fördern, so dass nach anschließender Richtungsumkehr große Mengen Gas in den HWL-Kanal gefördert werden.The pump can be designed such that the gas is conveyed. This makes it possible to promote the gas to the operating start phase into the tank, so that after subsequent reversal of direction large quantities of gas are conveyed into the HWL channel.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Förderung der HWL als Pumpe eine Zahnradpumpe verwendet. Diese Zahnradpumpe kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung als Außenzahnradpumpe ausgeführt sein. Das Profil der Zahnräder kann insbesondere mit einer Evolvente ausgeführt sein. Dabei wird die HWL in Räumen zwischen den Zähnen und einem Gehäuse von einem Eingang zu einem Ausgang gefördert. Diese Pumpe ist durch den einfachen Aufbau kostengünstig, langlebig und unempfindlich gegenüber einfrierender HWL.In an advantageous embodiment of the invention, a gear pump is used to promote the HWL as a pump. This gear pump can be designed in a particularly advantageous embodiment as external gear pump. The profile of the gears can be designed in particular with an involute. Here, the HWL is promoted in spaces between the teeth and a housing from an input to an output. Due to its simple construction, this pump is inexpensive, durable and insensitive to freezing HWL.
Die Pumpe kann in besonders vorteilhafter Weise in einer Versorgungseinheit angeordnet sein. Diese Versorgungseinheit enthält dann auch eine Vorrichtung zum Einbringen des Gases für den Frostschutz der Komponenten. Diese Komponenten sind beispielsweise auch die Zentraleinheit und die Dosiereinheit. Auch kann die Versorgungseinheit mit dem Dieselmotorkühlmittelkreislauf verbunden sein, so dass die Versorgungseinheit die Auftaufunktion für den Tank und die Pumpe übernimmt. Somit werden das Kühlmittel und die Kühlmittelpumpe des Dieselmotors verwendet. Für die Steuerung/Regelung des Kühlmittels ist in/an der Versorgungseinheit ein Elektromagnetventil vorgesehen.The pump can be arranged in a particularly advantageous manner in a supply unit. This supply unit then also contains a device for introducing the gas for frost protection of the components. These components are, for example, the central unit and the dosing unit. Also, the supply unit may be connected to the diesel engine coolant circuit, so that the supply unit takes over the defrost function for the tank and the pump. Thus, the coolant and the coolant pump of the diesel engine are used. For the control / regulation of the coolant, a solenoid valve is provided in / on the supply unit.
Zum Antrieb des einen Zahnrades kann ein bürstenloser Gleichstrommotor angewendet werden. Bei diesem finden keine dem Verschleiß unterworfene Bürsten bzw. Graphitstäbe zur Stromwendung Anwendung. Stattdessen wird eine elektronische Schaltung verwendet. Ein solcher bürstenloser Gleichstrommotor hat einen Außenläufer und lässt sich leicht steuern.To drive the one gear, a brushless DC motor can be applied. In this no subject to wear brushes or graphite rods for current application. Instead, an electronic circuit is used. Such a brushless DC motor has an external rotor and is easy to control.
Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung weist die Dosiereinheit zur Zerstäubung der HWL im Abgasstrom eine Düse auf, die als Zerstäuberdüse ausgeführt ist. Die Zerstäubung hat gegenüber dem Spritzen eines kaum verteilten HWL-Strahls auf eine heiße Fläche des Abgasrohres den Vorteil einer erheblich besseren Verteilung mit einer entsprechend großen reaktiven Oberfläche der HWL. Damit wird ein sehr hoher Anteil der HWL vollständig umgesetzt, so dass bei geringem HWL-Verbrauch besonders gute Abgaswerte erreicht werden. Auch ist keine heiße Fläche notwendig, die beim Startvorgang bzw. in der Warmlaufphase zusätzlich beheizt werden müsste.According to a further advantage of the invention, the metering unit for atomizing the HWL in the exhaust stream to a nozzle which is designed as a spray nozzle. The atomization has the advantage of a significantly better distribution with a correspondingly large reactive surface of the HWL compared to the spraying of a barely distributed HWL beam on a hot surface of the exhaust pipe. Thus, a very high proportion of the HWL is fully implemented, so that with low HWL consumption particularly good emissions are achieved. Also, no hot surface is necessary, which would have to be additionally heated during the starting process or in the warm-up phase.
Als Zerstäuberdüse kann in besonders vorteilhafter Weise eine sogenannte Dralldüse ausgeführt sein, die auch als „pressure swirl atomizer” bezeichnet wird. Eine solche Dralldüse ist beispielsweise aus der
- – einerseits so groß und schwer sind, dass sie nicht mit dem Abgasstrom mitgerissen werden bevor sie vor dem Katalysator chemisch umgesetzt werden und
- – andererseits so klein sind, dass sie gänzlich chemisch umgesetzt werden können.
- - On the one hand are so big and heavy that they are not entrained with the exhaust stream before they are chemically reacted before the catalyst and
- - on the other hand, are so small that they can be completely chemically implemented.
Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung ist als Hauptfilter nach der Pumpe ein feiner Druckfilter vorgesehen, der die Zerstäuberdüse der Dosiereinheit vor Verstopfung schützt. Demzufolge ist dieser feine Druckfilter im HWL-Fluss stromabwärts der Pumpe angeordnet. Damit macht sich der Druckverlust am feinen Druckfilter weniger bemerkbar, als wenn dieser Druckfilter im Saugkanal vor der Pumpe angeordnet wäre. Die Pumpe selbst kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung mittels eines groben Ansaugfilters vor grober Verschmutzung geschützt sein, wobei an diesem groben Ansaugfilter nur ein geringer Druckverlust auftritt. Damit ist auch die Pumpe vor Schmutzpartikeln geschützt. Somit kann die Funktionssicherheit der Pumpe im besonders hohen Maße gewährleistet werden.According to a further advantage of the invention, a fine pressure filter is provided as the main filter after the pump, which protects the atomizer nozzle of the dosing unit from clogging. As a result, this fine pressure filter is downstream in the HWL flow arranged the pump. This makes the pressure loss on the fine pressure filter less noticeable than if this pressure filter were arranged in the suction channel in front of the pump. The pump itself can be protected in an advantageous embodiment by means of a coarse suction filter from coarse contamination, with only a slight pressure loss occurs at this coarse suction filter. This also protects the pump from dirt particles. Thus, the reliability of the pump can be guaranteed to a particularly high degree.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung auch ohne Energiezufuhr einfriersicher nach dem Abschalten ausgeführt sein. Demzufolge ist kein Leerpumpen oder Ventilöffnen notwendig.The exhaust gas aftertreatment device can be designed in a particularly advantageous embodiment, even without energy supply freezing after the shutdown. As a result, no pumping or valve opening is necessary.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatur der HWL direkt in örtlicher Nähe vor der Eindüsung in den Abgasstrom gemessen. Dazu ist in der Dosiereinheit ein Temperatursensor vorgesehen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the temperature of the HWL is measured directly in local proximity before the injection into the exhaust gas flow. For this purpose, a temperature sensor is provided in the dosing unit.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.Further advantages of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is explained below with reference to an embodiment.
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Die unter Druck gesetzte HWL in einer ersten Richtung
Der Leitungsabschnitt
Der HWL-Kanal
Von dem Leitungsabschnitt
Damit in der ca. 10 Sekunden dauernden Betriebsstartphase nicht HWL durch den Ansaugkanal
Da das Gehäuseteil
Der in einem perspektivischen Schnitt über einen Teilabschnitt in
- – Luftstrom
aus dem Gebläse 22 als auch - – die HWL als auch
- – die elektrischen Leitungen
25 fürden Elektromagneten 24 als auch - – in
4 und 7 ersichtliche Signalleitungen 36 desTemperatursensors 17 .
- - Air flow from the
blower 22 as well as - - the HWL as well
- - the
electric wires 25 for theelectromagnet 24 as well as - - in
4 and7 apparent signal lines 36 of thetemperature sensor 17 ,
Die HWL wird über den zentral angeordneten HWL-Schlauch
Die Mantelhülle
Der Abstandshalter
In
Die zentrale Recheneinheit ECU
Es ist auch die Dosiereinheit
- –
der Pumpe 2 , - – der ersten Gasfangtasche
79 , - –
einem Zulaufkanal 62 für die HWL, - –
einem Ablaufkanal 63 für die HWL, - – einem Anschluss für
den Ansaugkanal 9 mit dem Rückschlagventil 8 , - –
einem Kühlmitteleingang 80 , - –
einem Kühlmittelausgang 81 , - –
einem Elektromagnetventil 82 zur Steuerung/Regelung des Kühlmittels und - – dem zeichnerisch nicht ersichtlichen Gleichstrommotor
4 .
- - the
pump 2 . - - the first
gas catch bag 79 . - - An
inlet channel 62 for the HWL, - - a
drainage channel 63 for the HWL, - - a connection for the
intake duct 9 with the check valve8th . - - a
coolant inlet 80 . - - a
coolant outlet 81 . - - a
solenoid valve 82 for controlling / regulating the coolant and - - The graphically not visible DC motor
4 ,
Der Gleichstrommotor
Die erste Gasfangtasche
Das Elektromagnetventil
Der Hauptfilter
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.The described embodiments are only exemplary embodiments. A combination of the described features for different embodiments is also possible. Further, in particular not described features of the device parts belonging to the invention are to be taken from the geometries of the device parts shown in the drawings.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Tanktank
- 22
- Pumpepump
- 33
- Vorfilterprefilter
- 44
- GleichstrommotorDC motor
- 55
- Hauptfiltermain filter
- 66
- Leitungsabschnittline section
- 77
- Druckspeicheraccumulator
- 88th
- Rückschlagventilcheck valve
- 99
- Ansaugkanalintake port
- 1010
- flexibler Schlauchflexible hose
- 1111
- Schlauchkupplunghose coupling
- 1212
- Schlauchkupplunghose coupling
- 1313
- Leitungsabschnittline section
- 1414
- Drucksensorpressure sensor
- 1515
- HWL-SchlauchHWL hose
- 1616
- EinspritzventilInjector
- 1717
- Temperatursensortemperature sensor
- 1818
- Abgasstrangexhaust gas line
- 1919
- zweite Richtungsecond direction
- 2020
- erste Richtungfirst direction
- 2121
- Zentraleinheitcentral processing unit
- 2222
- Gebläsefan
- 2323
- Dosiereinheitdosing
- 2424
- Elektromagnetelectromagnet
- 2525
- elektrische Leitungelectrical line
- 2626
- Ende des KombischlauchsEnd of the combination hose
- 2727
-
Anschlussstecker Temperatursensor
17 Connectionplug temperature sensor 17 - 2828
-
Anschlussstecker Gebläse
22 Connectingplug blower 22 - 2929
-
Anschlussstecker HWL-Schlauch
15 Connector forHWL hose 15 - 3030
- KombischlauchCombihose
- 3131
- Mantelhülleliner shell
- 3232
- Deckelcover
- 3333
- Gehäuseteilhousing part
- 3434
- Anschlusskupplungconnection coupling
- 3535
- Weiterer AnschlusssteckerFurther connection plug
- 3636
- Elektrische SignalleitungElectrical signal line
- 3737
- Abstandshalterspacer
- 3838
- Felgerim
- 3939
- Materialschwächungmaterial weakening
- 4040
- Clipverbindungclip connection
- 4141
- Nabehub
- 4242
- Nabenhälftehub half
- 4343
- Nabenhälftehub half
- 4444
- Speichespoke
- 4545
- Speichespoke
- 4646
- Speichespoke
- 4747
- Speichespoke
- 4848
- Felgenhälfterim half
- 4949
- Felgenhälfterim half
- 5050
- Steuereinheitcontrol unit
- 5151
- 24 V-Stromversorgung24V power supply
- 5252
- Speicherbausteinmemory chip
- 5353
- ECUECU
- 5454
- 5 V-Leitung5V line
- 5555
- Versorgungseinheitsupply unit
- 5656
- zweite Gasfangtaschesecond gas catching bag
- 5757
- HWL-KanalHWL Channel
- 5858
- Fahrzeugzündungvehicle ignition
- 5959
- Motorsteuerungmotor control
- 6060
- Zahnradgear
- 6161
- Zahnradgear
- 6262
- Zulaufkanalinlet channel
- 6363
- Ablaufkanaldrain channel
- 6464
- Pumpengehäusepump housing
- 6565
- Deckelcover
- 6666
- LüftungsausnehmungenLüftungsausnehmungen
- 6767
- Kühlrippencooling fins
- 6868
- Kanalchannel
- 6969
- Dichtringseal
- 7070
- Düsejet
- 7171
- VersorgungseinheitsgehäuseSupply unit housing
- 7272
- Katalysatorcatalyst
- 7373
- Ringkanalannular channel
- 7474
- durchmessererweiterter Bereichdiameter-extended range
- 7575
- vierte Gasfangtaschefourth gas catching bag
- 7676
- fünfte Gasfangtaschefifth gas catching bag
- 7777
- Ventilsitzvalve seat
- 7878
- sechste Gasfangtaschesixth gas catching bag
- 7979
- erste Gasfangtaschefirst gas catch bag
- 8080
- KühlmitteleingangCoolant inlet
- 8181
- KühlmittelausgangCoolant outlet
- 8282
- ElektromagnetventilSolenoid valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2009/010569 A1 [0003, 0003] WO 2009/010569 A1 [0003, 0003]
- DE 102009037564 A1 [0003] DE 102009037564 A1 [0003]
- US 2009/0205316 [0004] US 2009/0205316 [0004]
- DE 102011053742 [0005] DE 102011053742 [0005]
- EP 1698768 A1 [0022] EP 1698768 A1 [0022]
- WO 96/11335 [0022] WO 96/11335 [0022]
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Cited By (1)
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