DE10139139A1 - Dosiersystem zur Dosierung eines Reduktionsmittels für eine Abgasnachbehandlung - Google Patents

Dosiersystem zur Dosierung eines Reduktionsmittels für eine Abgasnachbehandlung

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere von Harnstoff bzw. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, zur Reduktion von in dem Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxiden bzw. eine Fördereinrichtung zur Beförderung eines Reduktionsmittels vorgeschlagen, wobei die Fördereinrichtung eingerichtet ist zur Befestigung am oder im Vorratsbehälter und die Fördereinrichtung ein von einer ein Dosierventil enthaltenden Zumesseinrichtung, die über eine Reduktionsmittelleitung mit der Fördereinrichtung verbindbar ist, getrenntes Modul bildet.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels beziehungsweise einer Fördereinrichtung zur Beförderung eines Reduktionsmittels nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Es ist schon eine solche Vorrichtung beziehungsweise eine solche Fördereinrichtung aus der DE 199 47 197 bekannt, die eine Dosiermittelpumpe beziehungsweise ein Dosierventil aufweisen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemässe Vorrichtung beziehungsweise die erfindungsgemässe Fördereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, als modulares Dosiersystem je nach verwendeter Zumesseinrichtung mit oder ohne Luftunterstützung betrieben werden zu können. Dabei ist in vorteilhafter Weise die Fördereinrichtung für beide Varianten identisch. Die erfindungsgemässe Vorrichtung bzw. Fördereinrichtung ist für verschiedene Hilfsmittel im Rahmen einer Abgasnachbehandlung verwendbar, beispielsweise für eine als Reduktionsmittel verwendete Harnstoff-Wasser-Lösung zum Zwecke einer selektiven katalytischen Reduktion oder für eine Zudosierung von Kraftstoff für Speicherkatalysatoren. Das erfindungsgemässe System hat einen kompakten Aufbau, und über eine variable Verbindungsleitung sind grosse Entfernungen zwischen Dosierpumpe und Zumesseinrichtung möglich. Im Falle einer luftunterstützten Dosierung eines Hilfsmittels zur Abgashachbehandlung ergibt sich durch eine drastisch reduzierte Leitungslänge zwischen Mischkammer und Sprührohr ein besseres Dynamik- und Nachlaufverhalten des Dosiersystems. Der modulare Aufbau des Systems führt zu hohen Stückzahlen und damit niedrigen Herstellungskosten für die Fördereinrichtung, die sowohl für luftunterstützte als auch für Dosierverfahren ohne Luftunterstützung eingesetzt werden kann. Infolge der Trennung zwischen Pump- und Dosiermodul sind auch grosse Höhenunterschiede zwischen Reduktionsmitteltank und Dosierstelle am Abgastrakt realisierbar.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung aufgeführten weiteren Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen möglich.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Fördereinrichtung, Fig. 2 eine Zumesseinrichtung und Fig. 3 eine Zumesseinrichtung mit Luftunterstützung.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Fig. 1 zeigt eine Fördereinrichtung 10 zum Heraussaugen einer als Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine verwendeten Harnstoff- Wasser-Lösung 13 aus einem Vorratsbehälter beziehungsweise Tank 12. Die Fördereinrichtung weist einen aus Metall und/oder Kunststoff bestehenden Grundkörper 11 auf, der über Befestigungselemente 16 gegebenenfalls schwingungsentkoppelt am Vorratsbehälter 12 befestigt ist. Auf dem Grundkörper ist eine über einen elektrischen Pumpenmotor 15 antreibbare Pumpe 14 angeordnet sowie ein Filter 18 angeschraubt, die über eine als Bohrung im Grundkörper ausgeführte Reduktionsmittelleitung 28 miteinander in Verbindung stehen. An ihrem einen Ende ist die Reduktionsmittelleitung mit dem Tank 12 verbunden, an ihrem anderen Ende weist sie einen Anschluß 29 zur Befestigung einer Verbindungsleitung auf, über die das Reduktionsmittelfördermodul mit einer Zumesseinrichtung beziehungsweise einem Reduktionsmittelzumessmodul verbunden werden kann. Zum Filter 18 ist ein Ventil 26 parallel geschaltet. Zwischen der Pumpe 14 und dem Anschluß 29 ist an der Reduktionsmittelleitung 28 ein Drucksensor 24 angeordnet, der über eine nicht näher dargestellte elektrische Leitung mit einem auf dem Grundkörper befestigten Steuergerät 20 verbunden ist. Das Steuergerät ist zusammen mit der Pumpe 14 von einem Deckel beziehungsweise Gehäuse 22 umgeben, wobei in dem Gehäuse eine Aussparung zur Durchführung elektrischer Anschlüsse 21 des Steuergeräts vorgesehen ist. Die elektrischen Anschlüsse führen zur nicht näher dargestellten Stromversorgung beziehungsweise zu einer Dosierpumpe und/oder Sensorikeinrichtungen einer nachfolgend näher beschriebenen Zumesseinrichtung.
  • Die im Folgenden auch als Reduktionmittelfördermodul bezeichnete Fördereinrichtung ist nahe am Reduktionsmitteltank untergebracht, so dass die Pumpe über eine kurze Wegstrecke über das Filter 18 das Reduktionsmittel aus dem Tank 12 ansaugen kann. Hierbei regelt das Steuergerät die zu fördernde Reduktionsmittelmenge über eine elektrische Ansteuerung des Pumpenmotors 15. Darüber hinaus steuert das Steuergerät die Funktion eines in einer nachfolgend näher beschriebenen Zumesseinrichtung integrierten Dosierventils. Das Ventil 26 des Reduktionsmittelfördermoduls dient zur Umgehung des Filters 18 und öffnet bei Unterdruck auf der Saugseite der Pumpe.
  • Alternativ kann das Reduktionsmittelfördermodul auch innerhalb des Tanks angebracht sein. Das Steuergerät kann wahlweise auch am Deckel statt auf dem Grundkörper befestigt sein. Der Deckel kann auch zur Befestigung von beschriebenen oder weiteren Ventilen und/oder Sensoren dienen. Wahlweise kann eine elektrisch betreibbare Heizung und ein Temperatursensor, beispielsweise im Grundkörper integriert, vorgesehen sein, um insbesondere die Reduktionsmittelleitung im Grundkörper immer auf genügend hohen Temperaturen zu halten, um ein Einfrieren des Reduktionsmittels zu unterbinden. Wahlweise kann die Beheizung auch durch Motorkühlwasser des Kraftfahrzeugmotors bewerkstelligt werden, das durch hierfür in der Grundplatte vorzusehende Kanäle fliesst. Auch das Filter 18 kann wahlweise elektrisch beheizbar ausgeführt sein. Die Mengenregelung des zu fördernden Reduktionsmittels kann anstelle einer Verwendung einer Dosierpumpe, wie oben beschrieben, wahlweise auch über eine einfache Pumpe in Kombination mit einem Druckregelventil erfolgen, das die Reduktionsmittelleitung 28 über eine nicht näher dargestellte Leitung mit dem Tank verbindet, sofern der Drucksensor 24 einen zu hohen Druck registriert. Wahlweise kann in einer vereinfachten Ausführungsform hierzu auch ein Überdruckventil ausreichen. Das Steuergerät kann zusätzlich wahlweise die Regelung einer optionalen Beheizungseinrichtung für die Verbindungsleitung und/oder eine Zumesseinrichtung übernehmen.
  • Fig. 2 zeigt eine im Folgenden als Zumessmodul bezeichnete, an einem Abgasrohr 30 angeordnete Zumesseinrichtung 32, wobei elektrische Leitungen beispielsweise zur Ansteuerung des Dosierventils und gegebenenfalls auch zur Ansteuerung der nachfolgend beschriebenen Kühleinrichtung nicht näher dargestellt sind. Das Dosierventil 34 des Zumessmoduls, dessen Austrittsöffnung 36 in das Abgasrohr 30 hineinragt, weist einen Anschluss 41 auf, an dem die mit dem Reduktionmittelfördermodul verbindbare Verbindungsleitung 38 angeschlossen werden kann. Eine Kühleinrichtung 39 umgibt das Dosierventil 34, die vom Reduktionsmittel durchströmbar ist und über einen Anschluss 42 mit einer Rückführleitung 62 verbindbar ist, die an den Reduktionsmitteltank angeschlossen werden kann. Dosierventil und Kühleinrichtung sind in einem Gehäuse 40 untergebracht, das direkt am Abgasrohr montiert werden kann; die genannten Anschlüsse 40 und 41 sind an der der Aussenseite des Gehäuses angeordnet.
  • Das vom Reduktionsmittelfördermodul aus dem Tank angesaugte Reduktionsmittel gelangt über die Verbindungsleitung 38 zum Zumessmodul 32 und kann hier über das Dosierventil 34 dosiert in den Abgasstrom eingebracht werden. Die Kühleinrichtung zweigt einen Teil des über die Verbindungsleitung zulaufenden Reduktionsmittels ab zur Kühlung des Dosierventils, und die Rückführleitung 62 führt das ausschließlich zur Kühlung verwendete Reduktionsmittel zurück zum Reduktionsmitteltank 12.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann die Kühleinrichtung auch mit separatem Kühlmittel versorgt werden; in diesem Fall stellt die in Fig. 2 dargestellte Leitung 62 keine Reduktionsmittel-Rückführleitung, sondern eine Doppelleitung zur Zu- beziehungsweise Abfuhr von Kühlmittel, beispielsweise dem Kühlwasser des Kraftfahrzeugs, dar. Beispielsweise am Gehäuse des Zumessmoduls können Steckverbinder zum Anschluss von Abgassensoren für Stickoxide, Ammoniak und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder von Abgastemperatursensoren angebracht sein, die über weitere beispielsweise parallel zur Verbindungsleitung 38 geführte elektrische Leitungen die Sensoren mit dem Steuergerät verknüpfen. Darüber hinaus kann die Verbindungsleitung mit einer elektrischen Heizung ausgestattet sein, um ein Einfrieren des Reduktionsmittels sicher zu unterbinden.
  • Fig. 3 illustriert eine ebenfalls am oder nahe am Abgastrakt angebrachte alternative Zumesseinrichtung 52, in deren Gehäuse 53 ein Dosierventil 54 angeordnet ist, dessen Austrittsöffnung in eine Mischkammer 60 hineinragt. Das Dosierventil ist ebenso wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel über den Anschluss 41 mit der Verbindungsleitung 38 verbindbar. Zwischen dem Anschluss 41 und dem Dosierventil 5 ist ein Entlüftungsventil 58 angebracht, das über den Anschluss 42 an der Rückführleitung 62 angeschlossen ist, die wie in der in der Fig. 2 gezeigten Anordnung zum Reduktionsmitteltank zurückführt. An dem dem Dosierventil gegenüberliegenden Ende der Mischkammer ist ein Sprührohr 56 angeordnet, das die Mischkammer mit dem Abgasrohr 30 verbindet. Eine mit einem nicht dargestellten Druckluftspeicher verbundene Druckluftleitung 64 ist über einen Anschluss 70 und ein Druckregelventil 66 ebenfalls mit der Mischkammer 60 verbunden, wobei zwischen dem Druckregelventil 66 und der Mischkammer 60 ein Luftdrucksensor 68 vorgesehen ist. Elektrische Leitungen zur Stromversorgung und zur Ansteuerung der Ventile beziehungsweise zur Datenauswertung des Luftdrucksensors sind in Fig. 3 nicht dargestellt.
  • Anders als beim Zumessmodul ohne Luftunterstützung gemäß Fig. 2 wird bei der Anordnung nach Fig. 3 das Reduktionsmittel zunächst in die Mischkammer 60 eingespritzt, um es mit separat zugeführter Druckluft zu vermischen und ein Aerosol zu erzeugen, das anschließend über das Sprührohr in den Abgastrakt vor einem Entstickungskatalysator zur Reduktion von Stickoxiden eingeführt wird. Um eine Überhitzung des Zumessmoduls zu vermeiden, ist es thermisch entkoppelt vom Abgasrohr angeordnet, so dass nur das Sprührohr in direktem Kontakt mit dem Abgastrakt ist. Die Druckluftzufuhr kann neben der Bildung eines Aerosols auch zum Freiblasen der Mischkammer und des Sprührohrs von Reduktionsmittelresten verwendet werden, um ein Auskristallisieren von beispielsweise Harnstoff zu vermeiden.
  • Alternativ zu oder in Kombination mit einer thermischen Entkopplung des Zumessmoduls vom Abgastrakt kann ähnlich wie in einer Anordnung nach Fig. 2 auch ein Kühlmittelkreislauf vorgesehen sein, wobei als Kühlmittel entweder das Reduktionsmittel selbst oder beispielsweise auch das Kühlwasser des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Im Luftpfad kann beispielsweise zwischen dem Drucksensor 68 und der Mischkammer zusätzlich ein Abschaltventil vorgesehen sein. Das Entlüftungsventil 58 kann alternativ auch durch eine Drossel ersetzt werden. Als weitere Option kann eine beispielsweise elektrisch betreibbare Heizung zur Erwärmung des Zumessmoduls vorgesehen werden. Beispielsweise am Gehäuse des Zumessmoduls können, wie bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der Fig. 2 beschrieben, Steckverbinder zum Anschluss von Abgassensoren für Stickoxide, Ammoniak und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder von Abgastemperatursensoren angebracht sein, die über weitere beispielsweise parallel zur Verbindungsleitung 38 geführte elektrische Leitungen die Sensoren mit dem Steuergerät verknüpfen.
  • In allen beschriebenen Ausführungsbeispielen können Datenleitungen, insbesondere auch die Sensorleitungen, als optische Leitungen ausgeführt sein, wenn hierfür entsprechend geeignete Sensorbauelemente beziehungsweise sonstige mechatronische und/oder optoelektronische Bauelemente statt der oben beschriebenen elektrisch steuer- bzw. regelbaren Komponenten verwendet werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere von Harnstoff bzw. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, zur Reduktion von in dem Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxiden, mit einer Fördereinrichtung zur Beförderung des Reduktionsmittels von einem Vorratsbehälter zu einem das Abgas führenden Abgasrohr und mit einer Zumesseinrichtung zur dosierten Zufuhr in das Abgasrohr, wobei die Fördereinrichtung eine Pumpe und die Zumesseinrichtung ein Dosierventil mit einem Austrittselement enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumeßeinrichtung (32; 52) eingerichtet ist zur Befestigung nahe oder am Abgasrohr (30), so dass das Austrittselement (36; 56) in das Abgasrohr hineinragen kann, und dass die Fördereinrichtung (10) eingerichtet ist zur Befestigung am oder im Vorratsbehälter (12), und dass die Fördereinrichtung (10) und die Zumesseinrichtung (32; 52) voneinander getrennte, über eine Verbindungsleitung (38) verbundene Module bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung einen am Vorratsbehälter insbesondere schwingungsentkoppelt (16) befestigbaren Grundkörper (11) aufweist, wobei die Pumpe (14, 15) am Grundkörper angebracht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung ein Filter (18) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (18) am Grundkörper (11) befestigt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduktionsmittelleitung (28), vorzugsweise in Form einer Bohrung, im Grundkörper integriert ist, wobei die Reduktionsmittelleitung an ihrem einen Ende mit dem Vorratsbehälter und an ihrem anderen Ende mit der Verbindungsleitung verbindbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe elektrisch betreibbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung ein Steuergerät (20) zur Ansteuerung der Pumpe und/oder des Dosierventils (34; 54) umfasst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung einen Drucksensor (24) aufweist zur Messung des in der Leitung herrschenden Reduktionsmitteldrucks.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung einen am Grundkörper befestigbaren Deckel (22) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinrichtung eine Kühlreinrichtung (39) zur Kühlung des Dosierventils aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinrichtung Mittel (60, 66, 68, 70) zur Mischung des Reduktionsmittels mit zuführbarer Druckluft aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Mischung eine Mischkammer (60) enthalten, aus der das nachgeordnete Austrittselement (56) gespeist werden kann.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Mischung eine an ein Druckluftversorgungssystem anschließbare Druckluftleitung mit einem Luftdruckregelventil (66) und einem Luftdrucksensor (68) enthalten.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Austrittselement durch die Austrittsöffnung des Dosierventils (36) oder durch ein an die Austrittsöffnung angeschlossenes Sprührohr beziehungsweise durch ein Sprührohr (56) einer an die Austrittsöffnung angeschlossenen Mischkammer gebildet ist.
15. Fördereinrichtung zur Beförderung eines Reduktionsmittels, insbesondere von Harnstoff bzw. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, zur Reduktion von in dem Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxiden, von einem Vorratsbehälter zu einem das Abgas führenden Abgasrohr, mit einer Pumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (10) eingerichtet ist zur Befestigung am oder im Vorratsbehälter, wobei die Fördereinrichtung ein von einer ein Dosierventil (34; 54) enthaltenden Zumesseinrichtung (32; 52), die über eine Verbindungsleitung (38) mit der Fördereinrichtung verbindbar ist, getrenntes Modul bildet.
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