DE102008012780A1

DE102008012780A1 - Abgasnachbehandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE102008012780A1
Application number: DE102008012780A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Zapf; Heico Stegmann; Andreas Lannig; Klaus Lang; Christian Schmidt; Alexandre Branco
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Cummins Ltd
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-03-06
Also published as: DE102008012780B4; KR20090095522A; US20090229258A1; US8959895B2; US8201393B2; FR2928412B1; US20120180460A1; FR2928412A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer Steuerungseinheit (4) zur Steuerung einer Membranpumpe (2), die eine Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Kreislauf ansaugt und über einen Druckfilter (3) zu einer Dosiereinheit mit einer Zerstäuberdüse zur Zerstäubung der Harnstoff-Wasser-Lösung in einem Abgasstrom pumpt. Die Dosiereinheit umfasst in vorteilhaften Ausgestaltungen ein Dosierventil inklusive einer Zerstäuberdüse, einen Druck- und Temperatursensor, eine Heizung und eine Rücklaufblende.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Aus der DE 10 2006 014 074 A1 ist bereits eine Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt. Diese weist eine Membranpumpe auf. Es ist eine separat zu dieser ausgeführten Steuerungseinheit vorgesehen, welche eine Harnstoff-Wasser-Lösung mittels einer Düse in einem Abgasstrom verteilt.
Die DE 101 50 518 C1 betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer Membranpumpe, die Harnstoff-Wasser-Lösung oder Ammoniak-Wasser-Lösung zu einem Dosierventil pumpt, welches an eine Mischkammer angeschlossen ist. An dieser Druckkammer ist auch ein Druckgasanschluss, so dass die Harnstoff-Wasser-Lösung bzw. die Ammoniak-Wasser-Lösung in den Abgasstrom zur Abgasnachbehandlung eingeblasen werden kann.
Die DE 101 61 132 A1 betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer Membranpumpe, die eine Harnstoff-Wasser-Lösung direkt zu einem Dosierventil pumpt, welches die Harnstoff-Wasser-Lösung in einen Abgasstrom einspritzt. Die Membranpumpe umfasst dabei einen mit der Membran verbundenen Stützkörper, der mit einer Ankerplatte verbunden ist, so dass die Membran mittels eines Elektromagneten vor und zurück beweglich ist. Die Membran ist ringförmig und mit deren Innenkante im Stützkörper eingespannt und mit deren Außenkante bewegungsfest gegenüber dem Gehäuse der Membranpumpe eingespannt.
Die DE-AS 22 11 096 betrifft eine Membranpumpe zur Vakuumerzeugung. Die Membran ist eine geschlossene Scheibe, die am Rand in einem Kurbelgehäuse eingespannt ist und in der Mitte an einem Pleuel eines Kurbeltriebes befestigt ist.
Ferner ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2007 004 687 bereits eine Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt, bei der eine Harnstoff-Wasser-Lösung in einen Abgasstrang eingespritzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige Abgasnachbehandlungseinrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Im folgenden wird die Harnstoff-Wasser-Lösung kurz als HWL bezeichnet.
Gemäß einem Vorteil der Erfindung wird eine Membranpumpe verwendet, welche den Pumpenantrieb aufgrund der abdichtenden Membran im besonderen Maße vor der aggressiven HWL schützt.
Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung weist die Dosiereinheit zur Zerstäubung der HWL im Abgasstrom eine Zerstäuberdüse auf. 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.
Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung ist in der Pumpeinheit ein feiner Druckfilter vorgesehen, der die Zerstäuberdüse der Dosiereinheit vor Verstopfung schützt. Dabei ist dieser feine Druckfilter im HWL-Fluss nach der Membranpumpe angeordnet. Damit macht sich der Druckverlust am feinen Druckfilter weniger bemerkbar, als wenn dieser Druckfilter im Saugkanal vor der Membranpumpe angeordnet wäre. Die Membran 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 Membranpumpe – insbesondere sind deren Rückschlagventile – vor Schmutzpartikeln geschützt. Somit kann die Funktionssicherheit der Membranpumpe im besonders hohen Maße gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Membranpumpe in die Pumpeinheit integriert. Eine thermisch belastete Platine dieser Steuerungseinheit kann dabei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung staubgeschützt innerhalb eines Gehäuses an einer nach außen gerichteten Metallplatte befestigt sein, so dass die Hitze der Platine aus dem Gehäuse heraus geleitet wird. Um diese Abkühlung der Platine zu verstärken, kann die Metallplatte außerhalb des Gehäuses mit Kühlrippen versehen sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Membran der Membranpumpe von einem Kurbeltrieb bzw. von einem Excentergetriebe vor und zurück bewegt. Mit einem solchen Antrieb der Membranpumpe lassen sich sehr hohe Drücke erzielen, was eine noch feinere Zerstäubung der HWL im Abgasstrom mit den zuvor genannten Vorteilen ermöglicht.
Eine Zerstäuberdüse kann beispielsweise mittels mehrerer Scheiben verwirklicht werden, die derartige Schlitze und/oder Löcher aufweisen, welche die HWL mehrfach umleiten, so dass die HWL beim Austritt aus der Zerstäuberdüse einen starken Drall bekommt. Dieser Drall sorgt für eine Zerstäubung der HWL beim Eintritt in den Abgasstrom. Solche Dralldüsen sind aus dem gattungsfremden Gebiet der Heizbrenner bekannt. Dralldüsen werden als Fachausdruck auch mit der englischen Bezeichnung „pressure swirl atomizer” versehen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Membran mit einer zusätzlichen Stützscheibe oder einer ausgerundeten Anpresshülse gestützt werden, um eine Durchbiegung bzw. erhöhte Walkarbeit beim Druckaufbau zu verhindern.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Pumpeinheit an den Kühlwasserkreislauf des Kraftfahrzeugantriebsmotors angeschlossen sein. Somit kann beispielsweise die HWL und oder die Steuerungseinheit vom Kühlwasserkreislauf des Kraftfahrzeugantriebsmotors aufgetaut werden.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung auch ohne Energiezufuhr einfriersicher nach dem Abschalten ausgeführt sein. Demzufolge ist kein Leerpumpen oder Ventilöffnen notwendig.
Beim Gegenstand gemäß Patentanspruch 13 ist in besonders vorteilhafter Weise auch nach dem Abschalten des Systems sicher gestellt, dass sich in der Abgasnachbehandlungseinrichtung keine unter Druck stehende HWL mehr befindet. Dies ist auch dann sichergestellt, wenn kein Pumpennachlauf mehr möglich ist, weil der Fahrer des Fahrzeug beispielsweise mittels Notaus oder Abklemmen der Fahrzeugbatterie die Stromversorgung zur Abgasnachbehandlungseinrichtung unterbrochen hat. Solche Vorrichtungen wie

– „Notaus” oder
– einer Schnell-Abklemmvorrichtung der Batterie mittels Hebels

Patentanspruch 14 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche deren Funktion nach dem Auftauen eingefrorener HWL sicherstellt.
Patentanspruch 18 zeigt eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit der eine besonders hohe Dosiergenauigkeit erreicht wird. Bei dieser wird der Druck und die Temperatur der Harnstoff-Wasser-Lösung direkt in örtlicher Nähe vor der Eindüsung in den Abgasstrom gemessen. Dazu ist in der Dosiereinheit ein Druck- und Temperatursensor vorgesehen.
Patentanspruch 19 zeigt eine elektrische Heizung für die Dosiereinheit zum schnellen Auftauen, falls die Dosiereinheit bei niedrigen Temperaturen eingefrorenen sein sollte.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Pumpeinheit für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung,
2a in einer ersten Ansicht eine Dosiereinheit, welche über in 3 dargestellte HWL-Leitungen mit der Pumpeinheit gemäß 1 verbunden ist,
2b die Dosiereinheit aus 2a in einer zweiten Ansicht,
3 die Abgasnachbehandlungseinrichtung,
4 eine Düsenscheibe einer Zerstäuberdüse, welche Anwendung in der Dosiereinheit gemäß 2a und 2b findet,
5 eine weitere Düsenscheibe, welche zusammen mit der Düsenscheibe gemäß 4 ein Düsenscheibenpaket bildet,
6 eine Adapterplatte welche zwischen dem Düsenscheibenpaket und einem Ventilsitz aus 2a und 2b angeordnet ist,
7 ein Detail der Pumpeinheit im Bereich einer Membran,
8 ein Stanzgitter, welches vom Kunststoff der Pumpeinheit umspritzt ist,
9 die Pumpeinheit gemäß Pfeil IX aus 1 in einer Ansicht von oben, wobei die Pumpeinheit im Bereich eines komprimierbaren Ausgleichselements ausgebrochen dargestellt ist,
10 die Pumpeinheit gemäß Pfeil X aus 1 in einer Ansicht von oben, wobei die Pumpeinheit im Bereich eines Kühlwasseranschlusses ausgebrochen dargestellt ist,
11 die Pumpeinheit gemäß Pfeil XI aus 1 in einer Ansicht von unten, wobei die Pumpeinheit im Bereich von HWL-Anschlüssen und einem Druckbegrenzungsventil ausgebrochen dargestellt ist und
12 die Dosiereinheit aus 2a und 2b in einer perspektivischen Ansicht, wobei ein Deckel entfernt ist.
1 zeigt eine Pumpeinheit 1 für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit welcher eine HWL in einen Abgasstrom eines Dieselmotors eingespritzt wird. Die Pumpeinheit 1 saugt dabei diese HWL an, setzt diese unter Druck und leitet sie unter Druck an eine in 2a und 2b gezeigte Dosiereinheit 100 weiter, welche einen Teil der HWL in den heißen Abgasstrom einspritzt. Außerdem wird die Dosiereinheit 100 von der im Kreislauf zwischen der Pumpeinheit 1 und der Dosiereinheit 100 umlaufenden HWL gekühlt.
Die Pumpeinheit 1 umfasst eine Pumpe 2, einen Druckfilter 3 und eine Steuerungseinheit 4.
Die Pumpe 2 ist als Membranpumpe ausgeführt und umfasst einen bürstenlosen Elektromotor 5 mit einem ähnlich einem Kurbeltrieb arbeitenden Excentergetriebe 6. Dieses Excentergetriebe 6 bewegt den mittigen Bereich einer Membran 7 hin und her, welche an deren Umfang in einem Zwischengehäuse 8 eingespannt ist. In diesem Zwischengehäuse 8 sind außerdem zwei im Detail 7 näher ersichtliche Kunststoffscheiben 207, 208 eingelegt, die als Spritzgussteile ausgeführt sind. Dabei ist die obere Kunststoffscheibe 207 auf die untere Kunststoffscheibe 208 gelegt, so dass sich infolge zungenartiger Ausformungen im Kontaktbereich der beiden Kunststoffscheiben 207, 208 zwei Rückschlagventile 9, 10 bilden. Diese beiden Rückschlagventile 9, 10 sind als Flatterventile ausgeführt. In die Kunststoffscheiben 207, 208 sind ferner die für den HWL-Durchfluss notwendigen Kanäle vorgesehen. Das eine Rückschlagventil 10 öffnet in die eine Richtung, so dass ein von der Membran 7 unter Druck setzbarer Druckraum 190 unter Druck stehende HWL abgeben kann. Das andere Rückschlagventil 9 öffnet in die entgegen gesetzte Richtung, so dass der Druckraum 190 HWL ansaugen kann. Von jedem Rückschlagventil 9, 10 geht ein eigener in das Zwischengehäuse 8 eingearbeiteter Kanal ab. Diese Kanäle sind mittels O-Ringen 240, 241 abgedichtet. Von diesen Kanälen ist in 1 und 7 nur ein Teilstück 11 ersichtlich. Das HWL ansaugende Rückschlagventil 9 saugt die HWL über das Teilstück 11 und einen von diesem abgehenden weiteren Kanal 242 von einem HWL-Sauganschluss 12 an. Dieser weitere Kanal 242 und ein davor angeordneter Saugfilter 243 sind in 11 ersichtlich. Der Saugfilter 243 schützt dabei die Pumpe 2 vor grober Verschmutzung. Dieser Saugfilter 243 ist im HWL-Sauganschluss 12 eingebaut.
Aus dem Druckraum 190 wird die HWL von der Membran 7 über das andere Rückschlagventil 10 und den von diesem abgehenden nicht näher ersichtlichen Kanal zu dem Druckfilter 3 geleitet, der somit als Druckfilter ausgeführt ist. Von diesem Druckfilter 3 wird die HWL zu einem in 11 ersichtlichen HWL-Druckanschluss 153 geleitet. Mit diesem Druckfilter 3 wird die Dosiereinheit 100 vor Schmutzpartikeln und damit vor Verstopfung geschützt. Der dem Druckfilter 3 folgende HWL-Druckanschluss 153 ist in 3 schematisch ersichtlich. Über die in dieser 3 ebenfalls ersichtliche externe HWL-Leitung 150 ist der HWL-Druckanschluss 153 mit der Dosiereinheit 100 verbunden. Über die HWL-Leitung 151 ist der HWL-Sauganschluss 12 der Pumpeinheit 1 mit einem HWL-Tank 200 verbunden und mit einer weiteren HWL-Leitung 201 ist die Dosiereinheit 100 mit dem HWL-Tank 200 verbunden, so dass sich mit dem Strom über eine Rücklaufblende 223 in der Dosiereinheit 100 ein Kreislauf bildet.
Der Druckfilter 3 umfasst eine Filterpatrone 15, die in einen Topf 16 eingesetzt ist. Dieser Topf 16 weist dabei ein Außengewinde 17 auf, welches in ein Innengewinde 14 einer Hülse 13 eingeschraubt ist. Das Innengewinde 14 ist dabei an dem einen Ende der Hülse 13 angeordnet. An deren anderem Ende ist die Hülse 13 bewegungsfest mit dem Zwischengehäuse 8 verbunden. Somit wird die Filterpatrone 15 dicht gegen das Zwischengehäuse 8 gezogen.
Um die Membran 7 hin und zurück zu biegen, dreht sich der Elektromotor 5, der platzsparend als Außenläufer ausgeführt ist. Demzufolge ist ein ruhender Stator 18 des Elektromotors 5 radial innerhalb eines Rotors 19 von letzterem umschlossen. Der Stator 18 weist Spulen mit Leitungen 20 auf, die zu einer Motorsteuerungsplatine 205 innerhalb der Steuerungseinheit 4 führen. Der Rotor 19 ist auf der vom Excentergetriebe 6 abgewandten Seite mit einer zentral gelochten Scheibe 21 verbunden, durch deren zentrales Loch eine Welle 22 derart gesteckt ist, dass der Rotor 19 und die Welle 22 drehfest zueinander sind. Die Welle 22 ist im Bereich des Excentergetriebes 6 in zwei Wälzlagern 23, 24 wälzgelagert. Diese beiden Wälzlager 23, 24 sind in einem Lagergehäuse 25 aufgenommen, welches bewegungsfest mit dem Zwischengehäuse 8 verbunden ist. Dazu ist eine Verschraubung 26 vorgesehen. Dabei wird die Membran 7 mittels dieser Verschraubung 26 zwischen einer Trägerplatte 206 des Lagergehäuses 25 und der oberen Kunststoffscheibe 207 eingespannt. Im Bereich zwischen den beiden Wälzlagern 23, 24 ist ein Excenter 27 reibschlüssig auf die Welle 22 gepresst. Die Zentralachse dieses Excenters 27 ist parallel versetzt zur Rotationsachse der Welle 22. Koaxial auf dem Excenter 27 ist ein Wälzlager 28 eines Pleuels 29 angeordnet. Dessen anderes Ende ist über einen Gewindebolzen 30 mit einer Stützbuchse 31 verschraubt, welche bewegungsfest mit einer ausgerundeten Anpresshülse 32 verbunden ist. Die Stützbuchse 31 ist in die Membrane einvulkanisiert. Die Anpresshülse 32 dient zur Abstützung der Membran 7 beim Druckhub. Der Gewindebolzen 30 ist mittig mit einem Sechskant 33 versehen, und weist an dessen beiden Enden Gewinde auf.
Die Wälzlager 23, 24 und 28 weisen zur Schmierung eine Dauerfettfüllung auf.
Die Steuerungseinheit 4 ist innerhalb eines Steuergehäuses 37 angeordnet, welches einteilig mit einem Pumpengehäuse 38 ausgeführt ist. Das Steuergehäuses 37 ist mittels einer Trennwand 39 öldicht vom Pumpengehäuse 38 getrennt, wobei die besagten Leitungen 20 der Spulen mittels Leiterbahnen 40, die in den Spitzguss-Kunststoffwerkstoff des Pumpengehäuses 38 eingelegt sind, mit der Motorsteuerungsplatine 205 verbunden sind. Auf einer weiteren Platine 41 befinden die Funktionen Dosiersteuerung, Druckregelung, Sensorauswertung und CAN-Kommunikation. Die weitere Platine 41 ist auf eine Seite einer Aluminiumplatte 42 geschraubt, auf deren anderer Seite Kühlrippen 43 angeordnet sind. Diese Aluminiumplatte 42 ist derart in eine Öffnung des Steuergehäuses 37 gesetzt, dass die Kühlrippen 43 nach außen weisen und so die Wärme von der Platine 41 mit der Elektronik hinfort nach außen leiten. Zur Verbindung von

– der Motorsteuerungsplatine 205,
– der weiteren Platine 41 und
– dem CAN-Bus des Fahrzeuges

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100

– Steuerung bzw. Stromversorgung von deren Dosierventil 34,
– Steuerung bzw. Stromversorgung von einer elektrischer Heizung 265,
– Stromversorgung von einem Druck- und Temperatursensor 221 und
– Signalaufnahme von deren Druck- und Temperatursensor 221.

Der 7-polige Kontaktstecker 212 stellt die Verbindung zur Fahrzeugelektronik und zur Spannungsversorgung her. Die Kommunikation erfolgt dabei über CAN-Bus-Signale.
Auf der dem Sauganschluss 12 gegenüber liegenden Seite des Zwischengehäuses 8 sind zwei Kühlwasseranschlüsse 46, 154 vorgesehen, die insbesondere in 9 bis 11 ersichtlich sind. Diese beiden Kühlwasseranschlüsse 46, 154 führen an die beiden Enden eines Kühlkanals 47, der in das Zwischengehäuse 8 eingearbeitet ist. Da die beiden Kühlwasseranschlüsse 46, 154 andererseits in einen in 3 ersichtlichen Kühlwasserkreislauf 227 eines Kraftfahrzeugantriebsmotors 155 geschaltet sind, kann somit die Pumpeinheit 1 durch das heiße Kühlwasser vom Kühlwasserkreislauf 227 des Kraftfahrzeugantriebsmotors 155 aufgetaut bzw. in betriebswarmer Temperatur gehalten werden.
Die in 2a und 2b näher dargestellte Dosiereinheit 100 umfasst das elektromagnetische Dosierventil 34. Dieses elektromagnetische Dosierventil 34 weist einen Elektromagneten 158 mit einem Anker 159 auf, der eine Schraubendruckfeder 161 gegen deren Federkraft zusammendrücken kann, so dass der HWL-Druck eine Nadel 160 in die geöffnete Stellung schieben kann. Die Schraubendruckfeder 161 stützt sich dabei an einem Gewindebolzen 191 ab, mit welchem die Verspannung der Schraubendruckfeder 161 einstellbar ist. Wird der Elektromagnet 158 nicht über seine Anschlüsse 162 bestromt, so drückt die Schraubendruckfeder 161 die Nadel 160 wieder gegen einen Ventilsitz 102 in eine geschlossene Stellung. Die Nadel 160 ist dabei relativ lang und einerseits in einem Linear-Gleitlagern 163 geführt. Andererseits erfolgt die Führung mittels einer Dichtungsmembran 164, die den Elektromagneten 158 vor der aggressiven HWL schützt. Zwischen diesen beiden Führungen ist ein Kühlkanal 165 vorgesehen, der den Kreislauf zwischen zwei Dosiereinheitanschlüssen 156, 157 schließt. Diese Dosiereinheitanschlüsse 156, 157 sind dazu an den HWL-Leitungen 150, 201 angeschlossen. Von dem einen als Zulauf ausgebildeten Dosiereinheitanschluss 157 wird die HWL über ein Filtersieb 260 durch mehrere Ausnehmungen im vorderen Linear-Gleitlager 163 zum Ventilsitz 102 geleitet. Wird die HWL im bestromten Zustand des Elektromagneten 158 durch eine zentrale Öffnung im Ventilsitz 102 hindurch gelassen, so wird die HWL durch eine Zerstäuberdüse 101 geleitet. Diese Zerstäuberdüse 101 ist als Dralldüse ausgeführt und weist die beiden in 4 und 5 dargestellten übereinander gelegten Düsenscheiben 167, 168 auf. Diese beiden Düsenscheiben 167, 168 sind dabei mittels eines Austrittsdüseneinsatzes 169 gegen den Ventilsitz 102 gespannt, wobei noch eine in 6 ersichtliche Adapterplatte 170 zwischen den Düsenscheiben 167, 168 und dem Ventilsitz 102 verspannt ist. Zur Herstellung der Verspannung der Adapterplatte 170 und der Düsenscheiben 167, 168 ist eine nicht näher dargestellte Verbördelung am Austrittsdüseneinsatz 169 vorgesehen. Dieser Austrittsdüseneinsatz 169 weist einen – nicht näher ersichtlichen – sich trichterförmig aufweitendem Austritt auf. Durch die Formgebung von Öffnungen 180, 181 der Düsenscheiben 167, 168 erfährt die ausströmende HWL einen Drall, der die HWL beim Austritt zerstäubt.
Eingedüst wird die HWL entsprechend 3 in einen Bereich des Abgasstranges 177, der vor einem Katalysator 178 liegt.
Die Dosiereinheit 100 ist über einen 8-poligen Kontaktstecker 166, eine elektrische Leitung 174 und den 8-poligen Kontaktstecker 212 mit der Pumpeinheit 1 verbunden. Dabei umfasst die Elektronik der Steuereinheit 4 eine Endstufe, so dass an die über die 8-poligen Kontaktstecker 212, 166 angeschlossenen Anschlüsse 162 des Elektromagneten 158 direkt die Spannung zum Öffnen des elektromagnetischen Dosierventils 34 anlegbar ist. 12 zeigt die Dosiereinheit 100 ohne einen Deckel 266. Aus dieser 12 ist dabei ersichtlich, dass der 8-polige Kontaktstecker 166 der Dosiereinheit 100 nicht nur mit den Anschlüssen 162 des Elektromagneten 158 verbunden ist. Der 8-polige Kontaktstecker 166 ist auch mit der elektrischen Heizung 265 des Dosierventils 34 und dem Druck- und Temperatursensor 221 verbunden. Die Pumpeinheit 1 erhält über eine Signalleitung 176 Informationen von einem Steuergerät 175, das mit der Motorsteuerung des Kraftfahrzeugantriebsmotors 155 kommuniziert. Diese Signalleitung leitet unter anderem CAN-Bus-Signale weiter.
Die Dosiereinheit 100 weist vor dem Dosiereinheitanschluss 156 in einem Rücklaufkanal 222 die Rücklaufblende 223 auf. Über diese Rücklaufblende 223 wird die ständige Durchströmung der Dosiereinheit 100 mit HWL sichergestellt. Dadurch wird zum einen die Temperatur der Dosiereinheit 100 niedrig gehalten. Zum anderen wird beim Ausschalten der Stromversorgung der Druck in der Abgasnachbehandlungseinrichtung auf Tankdruck abgebaut, ohne das dafür Energie zum Öffnen eines Ventils notwendig ist.
Alle Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung sind so ausgeführt, dass ein Einfrieren der drucklosen HWL nicht zu Beschädigungen führt.
Dies gilt so für die Dosiereinheit 100. Im elektromagnetischen Dosierventil 34 kann sich die HWL gegen die Dichtungsmembran 164 ausdehnen. Im Druck- und Temperatursensor 221 ist ein Faltenbalg 224 aus Metall eingebaut, der sich gegen eine Druckfeder 225 ausdehnen kann.
Dies gilt aber auch für die Pumpeinheit 1. In dieser Pumpeinheit 1 kann sich die HWL gegen

– die Membran 7,
– eine in 11 ersichtliche Begrenzermembran 244 und
– ein in 9 ersichtliches komprimierbares Ausgleichselement 245

Die in 11 ersichtliche Begrenzermembran 244 ist einem Druckbegrenzungsventil 246 zugehörig. Auf der vom Druckbegrenzungsventil 246 abgewandten Seite der Begrenzermembran 244 ist ein Stichkanal 252 vorgesehen, der in den HWL-Fluss im Zwischengehäuse 8 eingebunden ist. Das Druckbegrenzungsventil 246 weist ein Begrenzergehäuse 250 auf, dass fest mit dem Zwischengehäuse 8 verschraubt ist. Innerhalb des Begrenzergehäuses 250 stützt sich die Berenzermembran 244 über eine zentrales Stütz- und Führungsscheibe 247 und eine Schraubendruckfeder 248 elastisch an einem Einstellelement 249 ab. Dieses Einstellelement 249 ist von außen in das Begrenzergehäuse 250 eingeschraubt. Mittels Ein- und Ausschrauben lässt sich die Vorspannung der Schraubendruckfeder 248 einstellen.
Das in 9 ersichtliche komprimierbare Ausgleichselement 245 wird mittels eines Deckels 251 in einer Aussparung des Zwischengehäuses 8 gehalten. Mittels eines Stichkanals 253 ist das komprimierbare Ausgleichselement 245 in dem HWL-Fluss zum HWL-Druckanschluss 153 eingebunden. Um einen Austritt der aggressiven HWL zu verhindern, ist ein O-Ring zwischen dem Deckel 251 und dem Zwischengehäuse 8 dichtend angeordnet.
Ein komprimierbares Ausgleichselement ähnlich dem Ausgleichselement 245 kann auch im oder neben dem Druckfilter 3 angeordnet sein.
Die übrigen Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung, d. h. insbesondere

– der Tank 200,
– die HWL-Leitungen 150, 151, 201,
– der HWL-Sauganschluss 12,
– der HWL-Druckanschluss 153 und
– die Dosiereinheitanschlüsse 156, 157

Sind einzelne oder sämtliche Komponenten in einer alternativen Ausführungsform nicht einfriersicher ausgestaltet, so kann auch eine Vorrichtung vorgesehen sein, die es ermöglicht, die HWL aus der Pumpeinheit abzusaugen oder abzupumpen, so dass bei Außentemperaturen unter dem Nullpunkt nicht die Gefahr einer Zerstörung infolge sich ausdehnender HWL besteht.
Die beiden Dosiereinheitanschlüsse 156, 157 sind in einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst, die mit einer zentralen Schrauben mit der Dosiereinheit 100 verschraubt ist. Ebenso sind die Kühlwasseranschlüsse 46, 154 in einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst, die mit einer zentralen Schrauben mit der Pumpeinheit 1 verschraubt ist. Die beiden Baueinheiten können aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden. So bietet sich neben Kunststoff auch Aluminium oder Edelstahl an.
Die dargestellte Abgasnachbehandlungseinrichtung kann insbesondere bei einem schweren Nutzfahrzeug Anwendung finden, da dieses zum einen zumeist mit einem Dieselmotor ausgeführt ist. Bei Dieselmotoren ist die NO_x-Reduktion besonders notwendig. Zum anderen sind die Bauraumverhältnisse und Beschleunigungen bei einem solchen schweren Nutzfahrzeug derart, dass sich die Anordnung einer infolge des Elektromagneten 158 relativ großen und schweren Dosiereinheit anbietet. Die Erfindung kann jedoch auch bei kleinen Personenkraftwagen Anwendung finden. Ferner kann die Erfindung auch bei Benzinmotoren Anwendung finden.
Anstelle der Dralldüse kann auch eine andere Zerstäuberdüse vorgesehen sein.
Das Pumpeinheitgehäuse muss sich nicht aus den getrennten Gehäuseteilen Pumpengehäuse, Zwischengehäuse und Hülse zusammensetzen. Es kann auch ein einteiliges Pumpeinheitgehäuse vorgesehen sein. Auch kann nur der Druckfilter und das Zwischengehäuse einteilig ausgeführt sein. Oder das Zwischengehäuse ist nur mit dem Pumpengehäuse einteilig ausgeführt. Ferner kann eine Trennung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Steuergehäuse vorgesehen sein.
In einer alternativen Ausgestaltung ist kein Gewindebolzen 30 vorgesehen. Stattdessen ist die Anpresshülse 32 unmittelbar mit dem Pleuel verschraubt.
Anstelle des Wälzlagers 28 kann auch ein Gleitlager Anwendung finden.
Die beiden Platinen der Pumpeinheit können auch zu einer Platine zusammengefasst sein.
Die elektrische Heizung des Dosierventils kann als PTC-Heizung ausgeführt sein. Alternativ kann diese Heizung auch als Kanal ausgeführt sein, der in den Kühlwasserkreislauf des Kraftfahrzeugantriebsmotors eingebunden ist.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006014074 A1 [0002]
- DE 10150518 C1 [0003]
- DE 10161132 A1 [0004]
- DE 2211096 [0005]
- DE 102007004687 [0006]

Claims

Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer Steuerungseinheit (4) zur Steuerung einer Membranpumpe (2), die eine Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Kreislauf ansaugt und über einen Druckfilter (3) zu einer Dosiereinheit (100) mit einer Zerstäuberdüse (101) zur Zerstäubung der Harnstoff-Wasser-Lösung in einen Abgasstrom (177) pumpt.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpeinheit (1) vorgesehen ist, welche die Membranpumpe (2), den Druckfilter (3) und die Steuerungseinheit (4) umfasst.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Harnstoff-Wasser-Lösung vom Druckfilter (3) – zu einem Druckanschluss (153) der Pumpeinheit (1), – einer Harnstoff-Wasser-Leitung (150) und – einem Dosiereinheitanschluss (156) zur Dosiereinheit (100) geführt wird.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäuberdüse (101) im Abgasstrom (177) ein Katalysator (178) folgt.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäuberdüse (101) eine Dralldüse ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Membranpumpe (2) und dem Druckfilter (3) ein Gehäuseteil eines Pumpeinheitgehäuses vorgesehen ist, innerhalb dessen der Kanäle verlaufen.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Pumpeinheit (1) ein Kühlwasserkanal (47) vorgesehen ist, der mit einem Kühlwasserkreislauf (227) eines Kraftfahrzeugantriebsmotors (155) verbunden ist, so dass die Harnstoff-Wasser-Lösung innerhalb der Pumpeinheit (1) aufgetaut werden kann.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Druck in einem Druckraum (190) aufbauende Membran (7) der Membranpumpe (2) als geschlossenes Bauteil ausgeführt ist, an dem einseitig ein Abstützelement (32) eines Pleuels (29) anliegt.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (4) in einem Steuergehäuse (37) angeordnet ist und eine Platine (41) umfasst, die derart auf einer Metallplatte (42) befestigt ist, dass Wärme nach außen geleitet wird.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatte (42) zumindest eine nach außen gerichtete Rippe (43) aufweist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (7) von einem Excentergetriebe (6) vor und zurück bewegt wird.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfilter (15) dicht an der Pumpeinheit (1) verschraubt ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (100) ein Dosierventil (34) umfasst, dass zusammen mit einem Tank (200) in einen Kreislauf der umlaufenden Harnstoff-Wasser-Lösung eingebunden ist, so dass das Dosierventil (34) gekühlt wird und ein Druck in der Harnstoff-Wasser-Lösung auch ohne Stromversorgung über eine Rücklaufblende (223) im Fluss vom Dosierventil (34) zum Tank (200) abbaubar ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Pumpeinheit (1) die Membran (7) der Membranpumpe (2), in der Dosiereinheit (100) zumindest ein kompressibles Bauteil (224, 164), im Tank (200) eine Druckentlastungsvorrichtung und elastisch verformbare Harnstoff-Wasser-Lösung-Leitungen (150, 151, 201) vorgesehen sind.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das kompressible Bauteil der Dosiereinheit (100) eine Dichtungsmembran (164) ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Patentanspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das kompressible Bauteil der Dosiereinheit (100) ein Faltenbalg (224) ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Patentansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Pumpeinheit (1) Kanäle zur Leitung der Harnstoff-Wasser-Lösung vorgesehen sind, die in Verbindung mit einem komprimierbaren Ausgleichselement (245) stehen.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dosiereinheit (100) ein Druck- und Temperatursensor (221) zur Messung des Drucks und der Temperatur der Harnstoff-Wasser-Lösung vorgesehen ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (100) eine elektrische Heizung (265) aufweist.