DE102007030555A1 - Fuel injection pump arrangement for use in commercial vehicle to dispense urea solution for exhaust gas treatment, has common output line in contact with injection valve device such that cylinder capacities are connected to output line - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einspritzpumpenanordnung und ein Verfahren zum Einspritzen eines Fluids. Als Fluid kann insbesondere eine Harnstofflösung in einen Abgastrakt eines Fahrzeuges eingespritzt werden.The The invention relates to an injection pump assembly and a method for injecting a fluid. As a fluid, in particular a urea solution in an exhaust tract of a vehicle to be injected.
Zur Abgasnachbehandlung von Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, wird bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden eine Harnstofflösung aus einem vom Fahrzeug mitgeführten Harnstofflösungstank entnommen und in den Abgasstrang vor dem SCR-Katalysator eingespritzt. Die Einspritzung erfolgt im Allgemeinen mittels einer Pumpe und einem Injektor, der von einer Steuereinrichtung entsprechend z. B. der momentanen Drehzahl und dem momentanen Drehmoment des Motors angesteuert wird.to Exhaust gas aftertreatment of vehicles, in particular commercial vehicles, becomes in the selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides a urea solution from one carried by the vehicle Urea solution tank taken and injected into the exhaust line in front of the SCR catalyst. Injection is generally by means of a pump and an injector, the z. As the current speed and the current torque of the engine is controlled.
Hierbei ist zum einen eine genaue Dosierung der Einspritzmenge erforderlich. Die hierfür verwendeten Einspritzpumpen sind in der Regel relativ groß dimensioniert und kostspielig. Die Einspritzpumpen führen die Harnstofflösung im Allgemeinen einer elektrisch betätigten Einspitzdüse zu, die die erforderliche genaue Dosierung übernimmt. Somit ist ein komplexes Einspritzsystem aus Einspritzpumpe und elektrisch betätigter Einspritzdüse erforderlich.in this connection On the one hand, a precise metering of the injection quantity is required. The one for this used injection pumps are usually relatively large dimensions and expensive. The injection pumps carry the urea solution in Generally an electrically operated injection nozzle to, which takes over the required exact dosage. Thus, a complex one Injection system from injection pump and electrically operated injector required.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzpumpenanordnung und ein Verfahren zum Einspritzen eines Fluids zu schaffen, die eine kostengünstige Herstellung und einen sicheren Betrieb ermöglichen.Of the Invention is based on the object, an injection pump arrangement and to provide a method of injecting a fluid, the a cost-effective Manufacture and enable safe operation.
Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzpumpenanordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.These The object is achieved by an injection pump arrangement according to claim 1 and a method according to claim 9 solved. Describe the dependent claims preferred developments.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch einen Kolbenpumpensystem mit zwei oder mehr Hubräumen einen gewissen Einspritzdruck auf einer Ausgangsleitung zur Verfügung zu stellen.Of the Invention is based on the idea, by a piston pump system with two or more displacements a certain injection pressure on an output line available put.
Hierbei kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Einspritzdruck ständig bzw. fortlaufend zur Verfügung gestellt werden, z. B. durch zueinander versetzte, sich teilweise überlappende Arbeitshübe von zwei Hubräumen zweier Kolbenpumpen. Bei einem derartigen System ist somit die Zwischenschaltung eines Druckspeichers grundsätzlich nicht erforderlich, so dass bei kleiner Dimensionierung dennoch ein hoher Druck bzw. eine hohe Einspritzdynamik erreicht wird. Hierbei können die beiden Kolbenpumpen insbesondere auch derartig taktversetzt bzw. im Prozesszyklus versetzt betrieben werden, dass sich ihre den Einspritzdruck liefernden Arbeitshübe in der Anfangs- und/oder Endphase überlappen, so dass fortwährend zumindest eine Kolbenpumpe bzw. ein Zylinder im Arbeitshub ist.in this connection can according to a first embodiment the injection pressure constantly or continuously available be put, z. B. by staggered, partially overlapping strokes of two displacements two piston pumps. In such a system is thus the interposition a pressure accumulator basically not required, so with small dimensions nevertheless a high pressure or a high injection dynamics is achieved. in this connection can the two piston pumps in particular also clock-offset or be operated in the process cycle offset that their the injection pressure supplying working strokes overlap in the beginning and / or end phases, so that at least continuously a piston pump or a cylinder is in the working stroke.
Bei sich überlappenden Anfangs- und/oder Endphasen wird somit die Leistung eines Motors kurz vor seinem Totpunkt langsam auf Null heruntergefahren und die hierdurch auftretende erforderliche Restleistung durch die anfahrende andere Pumpe übernommen. Hierdurch kann das Auftreten von drucklosen Totphasen vermieden werden.at overlapping Initial and / or final phases thus becomes the power of an engine just before his dead center slowly shut down to zero and the As a result, required residual power due to the approaching taken over another pump. As a result, the occurrence of non-pressurized dead phases can be avoided become.
Erfindungsgemäß kann der Rückhub insbesondere mit einer höheren Kolbengeschwindigkeit, d. h. einer höheren Motorfrequenz als der Arbeitshub durchgeführt werden, so dass am Ende des Arbeitshubes noch ausreichend Reserve für die kontinuierliche Übernahme der Hubarbeit für die Übernahme durch den anderen Zylinder verbleibt.According to the invention of return stroke especially with a higher one Piston speed, d. H. a higher motor frequency than the Working stroke performed so that at the end of the working stroke still sufficient reserve for the continuous takeover the lifting work for the takeover by the other cylinder remains.
Erfindungsgemäß kann auch die Rückseite des Zylinders, d. h. der rückseitige Kolbenraum, mit dem Arbeitsmedium bzw. dem Fluid gefüllt sein. Hierdurch wird eine dynamische Dichtung mit entsprechenden Leckagen und dadurch entstehender Kristallisation des Harnstoffes vermieden. Der rückseitige Kolbenraum saugt somit während des Arbeitshubes das Fluid an und gibt es während des Rückstellhubes drucklos bzw. lediglich mit dem vom Tank vorgegebenen Druck ab.Also according to the invention the back of the Cylinder, d. H. the back Piston space to be filled with the working fluid or the fluid. This will create a dynamic seal with corresponding leaks and thereby avoiding crystallization of urea avoided. The back piston chamber so sucks while the working stroke, the fluid and there are during the Rückstellhubes depressurized or only with the pressure specified by the tank.
Anstelle von zwei Motoren kann z. B. auch ein gemeinsamer Motor zum Antrieb der mindestens zwei Zylinder vorgesehen sein, wobei diese entsprechend über eine Getriebeeinrichtung geeignet miteinander gekoppelt werden, so dass immer eine entsprechende Fördermenge, vorzugsweise eine gleichmäßige Fördermenge, ausgegeben wird. Die Fördermenge selbst kann hierbei über die Motordrehzahl eingestellt werden.Instead of of two engines can z. B. also a common motor to the drive the at least two cylinders may be provided, these correspondingly having a Gear device are suitably coupled together, so that always a corresponding flow rate, preferably a uniform flow rate, is issued. The delivery rate itself can over here the engine speed can be adjusted.
Bei Einsatz von mehr als zwei Kolbenpumpen bzw. Zylinder-Kolben-Einheiten können die Arbeitshübe jeweils zueinander versetzt sein, so dass die zwischen zwei Zylindern auftretenden Übergangsphasen jeweils durch den dritten Motor abgedeckt werden; somit sind bei derartigen Ausbildungen keine allmählich in der Geschwindigkeit variierten Übergänge erforderlich.at Use of more than two piston pumps or cylinder-piston units can the strokes each offset to each other, so that between two cylinders occurring transition phases each covered by the third motor; thus are at such training no gradual in speed varied transitions required.
Bei einer zweiten Ausführungsform kann erfindungsgemäß auch eine doppelseitige Kolbenpumpe verwendet werden, bei der die beiden Seiten eines verstellten Kolbens jeweils ein Hubraum gebildet wird und beide Hubräume alternierend in Arbeitshüben die Förderung der Harnstofflösung bewirken. Somit kann eine kleinbauende sehr kostengünstige Lösung mit lediglich einem Zylinder erreicht werden. Hierbei tritt zwar in den jeweiligen mechanischen Umkehrpunkten ein kurzzeitiger Abfall des Förderdrucks auf. Dies kann gegebenenfalls erfindungsgemäß jedoch durch eine Überkompensation durch kurzzeitige Druckerhöhung vor dem mechanischen Umkehrpunkt, und/oder durch eine Druckspeicherung in der Ausgangsleitung als Tiefpass erreicht werden. Hierbei reicht gegebenenfalls bereits das Tiefpassverhalten des Ausgangsleitungssystems, oder des Katalysators, oder es wird gegebenenfalls ein kleiner Druckspeicher eingebaut. Bei einem derartigen System kann ein selbsttätiges Entlüften bei erster Inbetriebnahme durch eteratives erhöhen der Verstellwege unter Messung des Ausgangsdrucks erfolgen.In a second embodiment, according to the invention, a double-sided piston pump can be used, in which the two sides of an adjusted piston in each case a displacement is formed and cause both displacements alternately in working strokes, the promotion of urea solution. Thus, a small-sized very cost-effective solution can be achieved with only one cylinder. In this case, although a brief drop in the delivery pressure occurs in the respective mechanical reversal points. This may optionally erfindungsge However, be achieved by overcompensation by brief pressure increase before the mechanical reversal point, and / or by a pressure storage in the output line as a low-pass. In this case, the low-pass behavior of the outlet line system, or the catalyst, may already be sufficient, or a small pressure accumulator may be installed, if necessary. In such a system, an automatic venting at first commissioning by eteratives increase the adjustment carried out under measurement of the output pressure.
Bei beiden Ausführungsform können die ein oder mehreren Kolbenpumpen insbesondere über eine Elektromotoreinrichtung und ein oder zwei Spindelgetriebe angetrieben werden. Hierbei können insbesondere ein oder zwei Schrittmotoren verwendet werden, die jeweils eine Kolbenpumpe so antreiben, dass der für die jeweilige Betriebssituation des Verbrennungsmotors erforderliche Einspritzdruck zur Verfügung gestellt wird.at both embodiment can the one or more piston pumps, in particular via an electric motor device and one or two spindle gears are driven. This can in particular One or two stepper motors are used, each one Drive the piston pump so that it is suitable for the respective operating situation the injection engine required injection pressure provided becomes.
Bei Verwendung von Schrittmotoren wird eine Sensierung des Verstellhubes ermöglicht, indem die nicht bestromten Wicklungen des jeweiligen Schrittmotors den tatsächlichen Vollzug des Schrittes sensieren.at Using stepper motors will sense the adjustment stroke allows by the non-energized windings of the respective stepping motor the actual Sensation of the step.
Weiterhin kann in der zweizylindrigen Ausführungsform bei Verwendung von Schrittmotoren der Motor beim Rückstellhub gegen einen mechanischen Anschlag fahren, woraufhin er nachfolgend in einem kürzerem Zeitintervall verbleibende Schritte ohne eine mechanische Verstellung ausführt, bevor er in den Arbeitshub umgeschaltet wird.Farther can in the two-cylinder embodiment When using stepper motors, the motor during Rückstellhub go against a mechanical stop, whereupon he subsequently in a shorter time Time interval remaining steps without a mechanical adjustment executing, before it is switched to the working stroke.
Eine entsprechende Ventilbeschaltung kann erfindungsgemäß den Fluidstrom sicher stellen, wobei z. B. Tankanschlüsse der Hubräume über Rückschlagventile an den Tank angeschlossen sind, so dass sie während des Arbeitshubes des jeweiligen Hubraums das Fluid nicht an den Tank zurück geben können. Bei der zweizylindrigen Ausführungsform erfolgt der Anschluss an die rückseitigen Kolbenräume ohne derartige Ventile. Weiterhin sind Arbeitsausgänge der Hubräume vorteilhafterweise über jeweils ein Rückschlagventil an die gemeinsame Ausgangsleitung angeschlossen, so dass eine Druckbeaufschlagung der Ausgangsleitung ohne eine Rückführung des Fluids vom sich im Arbeitshub befindenden Zylinder zu dem anderen Zylinder möglich ist.A corresponding Ventilbeschaltung can according to the invention the fluid flow make sure, with z. B. tank connections of the displacement via check valves connected to the tank, so that they during the working of the respective displacement can not return the fluid to the tank. at the two-cylinder embodiment the connection is made to the back Piston chambers without such valves. Furthermore, working outputs of the displacements are advantageously above each a check valve connected to the common output line, allowing pressurization the output line without a return of the Fluids from the cylinder in the working stroke to the other Cylinder possible is.
Die erfindungsgemäße Einspritzpumpenanordnung ermöglicht insbesondere auch die Verwendung einer Einspritzdüse ohne elektrische Betätigung. Hierbei kann sowohl eine direkte mechanische Einspritzung als auch eine Zerstäuberdüse mit zusätzlicher Druckluftzufuhr verwirklicht werden, wobei diese z. B. durch Rückschlagventile und Düsen bzw. Drosseln ausgebildet werden können. Bei Einspritzung in eine Venturi-Düse oder ähnliche Druckminderungseinrichtung kann der Luftdruck, gegen den das Fluid einzuspritzen ist, geringer gehalten werden.The injection pump assembly according to the invention allows in particular, the use of an injector without electrical actuation. This can be both a direct mechanical injection and an atomizer nozzle with additional Compressed air supply can be realized, this z. B. by check valves and nozzles or chokes can be formed. When injecting into one Venturi nozzle or similar Pressure reduction device can be the air pressure against which the fluid is to be injected, kept low.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the accompanying drawings on some embodiments explained. Show it:
Eine
Einspritzpumpenanordnung
Entsprechend
treibt der zweite Schrittmotor
Die
beiden Zylinder
Die
Hubräume
Die
Ausgangsanschlüsse
Erfindungsgemäß werden
die beiden Schrittmotoren
Gemäß
Nach
dem der zweite Schrittmotor
Am
Ende des Arbeitshubes des jeweiligen Zylinders
In
den als Ansaughüben
dienenden Rückstellhuben
RH1 und RH2, d. h. in der gezeigten Ausführungsform der Rechtslaufansteuerung,
ist kein langsamer Anstieg der Geschwindigkeit erforderlich. Die
Rückstellung
erfolgt somit schnell und mit hoher Geschwindigkeit, so dass für die Arbeitshübe mehr Zeit
zur Verfügung
steht und der erfindungsgemäße Überlapp
des Betriebes beider Schrittmotoren
Die
unter Druck stehende Harnstofflösung wird über das
Rückschlagventil
R1 zur Ausgabedüse
Das Rückschlagventil R2 verhindert das Eindringen von Harnstoff in das Druckluftsystem.The check valve R2 prevents the penetration of urea into the compressed air system.
Für das Ausblasen
der Ausgangsleitung
Ein
wesentlicher Vorteil der Ausführungsform
der
Statt
der Schrittmotoren
Insbesondere bei bipolarer Schrittmotoransteuerung kann eine zusätzliche Sensorwicklung in den Schrittmotor integriert sein, die die Zahl der tatsächlich vollzogenen Schritte sensiert.Especially with bipolar stepper motor control, an additional Sensor winding integrated in the stepper motor, which is the number the actual completed steps sensed.
In
den
Die
Kolbenstange
Der
Schrittmotor
Auch
bei dieser Ausführungsform
kann die Kristallisation von durch Undichtigkeiten in der Kolbenstangenführung austretende
Harnstofflösung durch
ergänzende
Maßnahmen
sicher verhindert werden. Zunächst
ist im Zylinder
Grundsätzlich kann
der Anschluss des Faltenbalgs
Gemäß
Gemäß der Ausführungsform
der
In
den
Bei
der ersten Inbetriebnahme ist die Anlage bzw. die Einspritzpumpenanordnung
zunächst
mit Harnstofflösung
zu befüllen,
d. h. zu entlüften.
Hierzu wird der Schrittmotor
Beim
jeweiligen Betriebsbeginn, d. h. nach Starten des Verbrennungsmotors,
wird der Schrittmotor
Der
Drucksensor
Die
Einspritzpumpenanordnung kann grundsätzlich auch ohne Drucksensor
Bei
der zweiten Ausführungsform
fällt im
Umkehrpunkt der Kolbenpumpe
Die
zwischen t13 und t14 zusätzlich
eingespritzte Einspritzmenge kann in einem an die Ausgangsleitung
Da
der rechte Hubraum
Claims (40)
Priority Applications (1)
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DE102007030555A DE102007030555A1 (en) | 2007-06-30 | 2007-06-30 | Fuel injection pump arrangement for use in commercial vehicle to dispense urea solution for exhaust gas treatment, has common output line in contact with injection valve device such that cylinder capacities are connected to output line |
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