DE102008055013B4

DE102008055013B4 - Harnstofflösungspumpe und Harnstofflösungsinjektionssystem

Info

Publication number: DE102008055013B4
Application number: DE102008055013.2A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Sekijima; Masatoshi Kuroyanagi; Yoshiaki Nishijima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2028-12-20
Also published as: JP4853472B2; JP2009150343A; DE102008055013A1

Abstract

Harnstofflösungspumpe (14) mit Folgendem:einem Pumpenabschnitt (21), der eine Harnstofflösung mit Druck beaufschlagt;einem Motorabschnitt (22), der den Pumpenabschnitt (21) antreibt;einem Ansaugeinlass (26), über den die Harnstofflösung in den Pumpenabschnitt (21) gesaugt wird;einem Ausstoßauslass (35), über den die Harnstofflösung, die durch den Pumpenabschnitt (21) mit Druck beaufschlagt wird, aus der Harnstofflösungspumpe (14) ausgestoßen wird; undeinem Ansaugrohr (50), das ein erstes Ende, das mit dem Ansaugeinlass (26) in Fluidverbindung steht, und ein zweites Ende (52) hat, über das die Harnstofflösung in das Ansaugrohr (50) gesaugt wird, wobei das Ansaugrohr (50) ebenso einen darin ausgebildeten Ansaugdurchgang (53) hat, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Ansaugrohrs (50) erstreckt,wobei zumindest ein Abschnitt des Ansaugdurchgangs (53) vertikal höher als der Pumpenabschnitt (21) positioniert ist;dadurch gekennzeichnet, dassdas Ansaugrohr (50) ferner eine Öffnung (58) hat, die durch einen Wandabschnitt (57) des Ansaugrohrs (50) hindurch ausgebildet ist, der vertikal niedriger als sowohl das erste als auch das zweite Ende des Ansaugrohrs (50) positioniert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technischer Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Harnstofflösungspumpen und Harnstofflösungsinjektionssysteme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Harnstofflösungspumpe und ein Harnstofflösungsinjektionssystem, die zum Hinzufügen einer Harnstofflösung als Reduktionsmittel zu dem Abgas von einer Brennkraftmaschine ausgelegt sind.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
SCR-Systeme (Systeme mit selektiver katalytischer Reduktion) zum Reduzieren von NOx (insbesondere Stickstoffoxide), die in Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselkraftmaschinen enthalten sind, sind bekannt.
Ein typisches SCR-System ist zum Injizieren einer Harnstofflösung als Reduktionsmittel in ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine konfiguriert, um dadurch NOx, das in dem Abgas enthalten ist, das in dem Abgasrohr strömt, zu Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) zu reduzieren. Die Harnstofflösung wird im Allgemeinen in einem Tank gespeichert. Die Menge der Harnstofflösung, die in dem Tank übrig bleibt, wird beispielsweise unter Verwendung eines Flüssigkeitsniveausensors erfasst (Bezug kann auf die JP 2006 - 90 334 A genommen werden).
Die Harnstofflösung hat eine Eigenschaft, dass dann, wenn sie der Luft ausgesetzt wird, der Harnstoff, der darin gelöst ist, aus dieser als Harnstoffkristalle ausfallen kann. Die Harnstoffkristalle können ein Harnstofflösungszufuhrrohr verstopfen, wodurch es unmöglich wird, eine ausreichende Menge der Harnstofflösung zu dem Abgasrohr der Kraftmaschine zuzuführen. Um dieses Problem zu lösen offenbart die JP 2006 - 132 384 A ein Verfahren, bei dem ein Druckregulator den Innendruck des Harnstofflösungstanks (oder des Behälters) reguliert, um dadurch die ausgefallenen Harnstoffkristalle aus dem Harnstofflösungszufuhrrohr zu entfernen. Jedoch können die Harnstoffkristalle nicht nur in dem Harnstofflösungszufuhrrohr sondern ebenso in einer Harnstofflösungspumpe abgelagert werden, die die Harnstofflösung, die in dem Harnstofflösungstank gespeichert wird, zu dem Abgasrohr der Kraftmaschine über das Harnstofflösungszufuhrrohr zuführt.
Beispielsweise kann während eines lang andauernden Betriebs der Kraftmaschine das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank durch Verdampfung von Wasser abgesenkt werden, das in der Harnstofflösung enthalten ist. Somit kann die Menge der Harnstofflösung, die in der Harnstofflösungspumpe verbleibt, demgemäß verringert werden.
Die Harnstofflösungspumpe weist beispielsweise ein Laufrad und ein Gehäuse auf, das das Laufrad aufnimmt. Das Laufrad ist so konfiguriert, dass es sich mit einem geringen Abstand zum Gehäuse dreht. Wenn die Harnstoffkristalle zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse abgelagert werden, können daher die Harnstoffkristalle, das Laufrad und/oder das Gehäuse beschädigen oder abnutzen und können manchmal das Laufrad in dem Gehäuse blockieren, wodurch es unmöglich wird, die Harnstofflösungspumpe normal zu betreiben.
Die WO 2007/ 141 312 A1 offenbart eine Harnstofflösungspumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die vorangehend genannten Probleme zu lösen, wird eine Harnstofflösungspumpe gemäß Anspruch 1 geboten. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Harnstofflösungspumpe (14) vorgesehen, die einen Pumpenabschnitt (21), einen Motorabschnitt (22), einen Ansaugeinlass (26), einen Ausstoßauslass (35) und ein Ansaugrohr (50) aufweist. Der Pumpenabschnitt (21) beaufschlagt die Harnstofflösung mit Druck. Der Motorabschnitt (22) treibt den Pumpenabschnitt (21) an. Die Harnstofflösung wird in den Pumpenabschnitt (21) über den Ansaugeinlass (26) angesaugt. Nachdem sie durch den Pumpenabschnitt (21) mit Druck beaufschlagt ist, wird die Harnstofflösung aus der Harnstofflösungspumpe (14) über den Ausstoßauslass (35) ausgestoßen. Das Ansaugrohr (50) hat ein erstes Ende, das in Fluidverbindung mit dem Ansaugeinlass (26) steht, und ein zweites Ende (52), über das die Harnstofflösung in das Ansaugrohr (50) gesaugt wird. Das Ansaugrohr (50) hat ebenso einen Ansaugdurchgang (53), der in diesem ausgebildet ist, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Ansaugrohrs (50) erstreckt. Die Harnstofflösungspumpe (14) ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des Ansaugdurchgangs (53) vertikal höher als der Pumpenabschnitt (21) positioniert ist.
Wenn mit der vorstehend genannten Konfiguration ein Betrieb der Harnstofflösungspumpe (14) angehalten wird, wird das Niveau der Harnstofflösung, die in dem Ansaugdurchgang (53) verbleibt, vertikal höher als der Pumpenabschnitt (21) liegen. Daher wird die Harnstofflösung, die in dem Pumpenabschnitt (21) bleibt, nicht aus dem Pumpenabschnitt (21) über den Ansaugdurchgang (53) ausgestoßen werden. Folglich wird die Harnstofflösung sowohl in dem Pumpenabschnitt (21) als auch in dem Ansaugdurchgang (53) gehalten. Als Folge kann die Ablagerung von Harnstoffkristallen in dem Pumpenabschnitt (21) effektiv unterrückt werden, wodurch eine Abnutzung und eine Beschädigung des Pumpenabschnitts (21) zuverlässig verhindert wird und ein normaler Betrieb des Pumpenabschnitts (21) sichergestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Ausstoßauslass (35) vertikal höher als der Pumpenabschnitt (21) positioniert. Der Motorabschnitt (22) hat einen Ausstoßdurchgang (34), der darin ausgebildet ist, der den Pumpenabschnitt (21) in Fluidverbindung mit dem Ausstoßauslass (35) bringt. Der Abschnitt des Ansaugdurchgangs (53) ist vertikal höher als der Ausstoßauslass (35) positioniert.
Wenn mit der vorstehend genannten Konfiguration der Betrieb der Harnstofflösungspumpe (14) angehalten wird, wird die Harnstofflösung nicht nur in dem Pumpenabschnitt (21) und dem Ansaugdurchgang (53) gehalten sondern ebenso in dem Motorabschnitt (22). Als Folge kann die Ablagerung von Harnstoffkristallen in dem Motorabschnitt (22) ebenso effektiv unterdrückt werden, wodurch eine Abnutzung und Beschädigung des Motorabschnitts (22) zuverlässig verhindert wird und ein normaler Betrieb des Motorabschnitts (22) sichergestellt wird.
Es ist vorzuziehen, dass das Ansaugrohr (50) eine einfache Struktur hat. Beispielsweise kann das Ansaugrohr (50) zweimal gebogen sein, sodass es eine obere Biegung (54) und eine untere Biegung (55) hat, die vertikal niedriger als die obere Biegung (54) positioniert ist. In diesem Fall kann die obere Biegung (54) den Abschnitt des Ansaugrohrs (50) darstellen, der vertikal höher als der Pumpenabschnitt (21) positioniert ist.
Gemäß der Erfindung hat das Ansaugrohr (50) ferner eine Öffnung (58), die durch einen Wandabschnitt (57) des Ansaugrohrs (50) ausgebildet ist, der vertikal niedriger als sowohl das erste als auch das zweite Ende des Ansaugrohrs (50) positioniert ist.
Mit der vorstehend genannten Konfiguration ist es in einigen bestimmten Fällen, in denen die Harnstofflösung nicht in das Ansaugrohr (50) über das zweite Ende (52) angesaugt werden kann, jedoch noch möglich, die Harnstofflösung in das Ansaugrohr (50) über die Öffnung (58) anzusaugen.
Ferner ist es vorzuziehen, dass die Harnstofflösungspumpe (14) ein Rückschlagventil (59) aufweist, das gestattet, dass die Harnstofflösung von außen nach innen des Ansaugrohrs (50) über die Öffnung (58) strömt, aber das unterbindet, dass die Harnstofflösung von innen nach außen des Ansaugrohrs (50) über die Öffnung (58) strömt.
Mit dem Rückschlagventil (59) ist es möglich, während des angehaltenen Betriebs der Harnstofflösungspumpe (14) die Harnstofflösung, die aus dem Ansaugrohr (50) über die Öffnung (58) strömt, zu blockieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenso ein Harnstofflösungsinjektionssystem (10) vorgesehen, das die Harnstofflösungspumpe (14) gemäß der Erfindung aufweist, einen Harnstofflösungstank (11), einen Flüssigkeitsniveausensor (12), einen Harnstofflösungsinjektor (13) und eine Steuerung (15). Der Harnstofflösungstank (11) speichert die Harnstofflösung und hat die Harnstofflösungspumpe (14), die in diesem aufgenommen ist. Der Flüssigkeitsniveausensor (12) misst das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank (11). Der Harnstofflösungsinjektor (13) ist mit dem Ausstoßauslass (35) der Harnstofflösungspumpe (14) in Fluidverbindung, um die Harnstofflösung, die aus der Harnstofflösungspumpe (14) ausgestoßen wird, in ein Abgasrohr (16) einer Brennkraftmaschine zu injizieren. Die Steuerung (15) steuert Betriebe der Harnstofflösungspumpe (14) und des Harnstofflösungsinjektors (13) auf der Grundlage des Niveaus der Harnstofflösung, das durch den Flüssigkeitsniveausensor (12) erfasst wird.
Wenn beispielsweise das Niveau der Harnstofflösung, das durch den Flüssigkeitsniveausensor (12) gemessen wird, vertikal niedriger als das zweite Ende (52) des Ansaugrohrs (50) liegt, hält die Steuerung (15) sowohl den Betrieb der Harnstofflösungspumpe (14) als auch den Betrieb des Harnstofflösungsinjektors (13) an.
Als Folge ist es möglich, die Harnstofflösung in dem Pumpenabschnitt (21) und dem Ansaugdurchgang (53) der Harnstofflösungspumpe (14) zu halten, wenn das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank (11) sich auf unterhalb des zweiten Endes (52) des Ansaugrohrs (50) abgesenkt hat.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird aus der im Folgenden angegebenen detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung vollständig verstanden, die jedoch nicht zum Beschränken der Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden sollten, sondern lediglich den Zweck der Erklärung und des Verständnisses haben.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen Folgendes:

1 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Harnstofflösungsinjektionssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Harnstofflösungsinjektionssystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
3 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Harnstofflösungsinjektionssystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Teil eines Ansaugrohrs des Harnstofflösungsinjektionssystems von 3 zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 - 4 beschrieben.
Es ist anzumerken, dass zur Verbesserung der Klarheit und des Verständnisses identische Bauteile mit identischen Funktionen in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung möglichst mit denselben Bezugszeichen in den entsprechenden Figuren bezeichnet sind.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
1 zeigt die Gesamtkonfiguration eines Harnstofflösungsinjektionssystems 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Harnstofflösungsinjektionssystem 10 ist ausgelegt, um Harnstofflösung in ein Abgasrohr 16 einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel einer Benzinkraftmaschine, einer Dieselkraftmaschine oder einer Gasturbinenkraftmaschine zu injizieren.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das Harnstofflösungsinjektionssystem 10 einen Harnstofflösungstank 11, einen Flüssigkeitsniveausensor 12, einen Harnstofflösungsinjektor 13, eine Harnstofflösungspumpe 14 und eine Steuerung 15 auf.
Der Harnstofflösungstank 11 ist vorgesehen, um die Harnstofflösung darin zu speichern.
Der Flüssigkeitsniveausensor 12 ist an dem Harnstofflösungstank 11 montiert. Der Flüssigkeitsniveausensor 12 misst das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 und gibt ein Signal, das das gemessene Niveau der Harnstofflösung angibt, an die Steuerung 15 ab.
Der Harnstofflösungsinjektor 13 ist an dem Abgasrohr 16 der Kraftmaschine montiert. Der Harnstofflösungsinjektor 13 injiziert die Harnstofflösung in das Abgasrohr 16, um dadurch die Harnstofflösung zu dem in dem Abgasdurchgang 17 strömenden Abgas hinzuzugeben, der in dem Abgasrohr 16 definiert ist.
Genauer gesagt weist der Harnstofflösungsinjektor 13 ein (nicht gezeigtes) Solenoidventil auf, das gemäß einem Antriebssignal geöffnet und geschlossen wird, das von der Steuerung 15 abgegeben wird. Die Injektion der Harnstofflösung durch den Harnstofflösungsinjektor 13 wird vorgenommen, wenn das Solenoidventil geöffnet wird, und wird unterbrochen, wenn selbiges geschlossen wird.
Die Harnstofflösungspumpe 14 ist in dem Harnstofflösungstank 11 aufgenommen. Die Harnstofflösungspumpe 14 weist einen Pumpenabschnitt 21 und einen Motorabschnitt 22 auf.
Der Pumpenabschnitt 21 ist mit einem Gehäuse 23 und einem Laufrad 24 konfiguriert. Das Gehäuse 23 hat eine darin ausgebildete Pumpenkammer 25, in der das Laufrad 24 aufgenommen ist. Das Gehäuse 23 hat ebenso einen darin ausgebildeten Ansaugeinlass 26 und einen Pumpenkammerauslass 27, die mit einem unterem Abschnitt bzw. einem oberen Abschnitt der Pumpenkammer 25 in Fluidverbindung stehen.
Das Laufrad 24 hat eine Scheibenform und ist an eine Drehwelle 31 gesetzt, so dass diese sich mit dieser dreht. Das Laufrad 24 hat ebenso eine Vielzahl von darin ausgebildeten Strömungsdurchgängen 24A, durch die die Harnstofflösung von der Seite des Ansaugeinlasses 26 zu der Seite des Pumpenkammerauslasses 27 strömt. Ferner ist das Laufrad 24 innerhalb der Pumpenkammer 25 mit einem geringfügigen axialen Zwischenraum zwischen sich selbst und dem Gehäuse 23 angeordnet.
Mit der vorstehend genannten Anordnung dreht sich das Laufrad 24 gemeinsam mit der Drehwelle 31, während es in Gleitkontakt mit dem Gehäuse 23 an beiden axialen Enden des Laufrads 24 steht. Darüber hinaus wird mit der Drehung des Laufrads 24 die Harnstofflösung in die Pumpenkammer 25 über den Ansaugeinlass 26 angesaugt, in der Pumpenkammer 25 mit Druck beaufschlagt und aus der Pumpenkammer 25 über den Pumpenkammerauslass 27 ausgestoßen.
Zusätzlich ist anzumerken, dass der Pumpenabschnitt 21 jede Art Pumpe, wie zum Beispiel eine Zentrifugalpumpe, eine Axialströmungspumpe und eine Pumpe mit gemischter Strömung sein kann.
Der Pumpenabschnitt 21 ist innerhalb des Gehäuses 23 vorgesehen, das einen Ausstoßdurchgang 34 zwischen dem Motorabschnitt 22 und dem Gehäuse 23 ausbildet.
Der Motorabschnitt 22 ist mit einem Rotor 32 konfiguriert, der an der Drehwelle 31 vorgesehen ist, und mit einem Stator 33, der den Rotor 32 umgibt. Es ist anzumerken, dass der Motorabschnitt 22 jede Art eines Motors sein kann, wie zum Beispiel ein DC-Motor oder ein AC-Motor.
Wenn der Motorabschnitt 22 energiebeaufschlagt wird, dreht sich die Drehwelle 31 gemeinsam mit dem Rotor 32 und dem Laufrad 24. Die Harnstofflösung, die aus der Pumpenkammer 25 ausgestoßen wird, strömt in den Ausstoßdurchgang 34 über den Pumpenkammerauslass 27 und strömt weitergehend aus dem Ausstoßdurchgang 34 über einen Ausstoßauslass 35, der in dem Gehäuse 23 an der entgegengesetzten Seite des Ansaugeinlasses 26 ausgebildet ist.
Der Ausstoßauslass 35 ist in Fluidverbindung mit dem Harnstofflösungsinjektor 13 über ein Zufuhrrohr 36. Daher wird die Harnstofflösung, die aus dem Ausstoßauslass 35 der Harnstofflösungspumpe 14 ausgestoßen wird, zu dem Harnstofflösungsinjektor 13 über das Zufuhrrohr 36 zugeführt.
Die Steuerung 15 ist mit einem Mikrocomputer konfiguriert, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und I/O-Vorrichtungen aufweist.
Die Steuerung 15 empfängt Signale, die von einem Drehzahlsensor 41 und einem Beschleunigerpedalpositionssensor 42 abgegeben werden. Der Drehzahlsensor 41 misst die Drehzahl der Kraftmaschine und gibt das Signal ab, das die gemessene Drehzahl angibt. Der Beschleunigerpedalpositionssensor 42 misst die Position eines Beschleunigerpedals (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs, das durch die Kraftmaschine angetrieben wird, und gibt das Signal ab, das die gemessene Position angibt.
Die Steuerung 15 ist ebenso elektrisch mit sowohl dem Solenoidventil (nicht gezeigt) des Harnstofflösungsinjektors 13 als auch dem Motorabschnitt 22 der Harnstofflösungspumpe 14 verbunden. Die Steuerung 15 gibt an das Solenoidventil das Antriebssignal ab, das sowohl eine Injektionsmenge als auch eine Injektionszeitabstimmung für den Harnstofflösungsinjektor 13 ab, um die Harnstofflösung in das Abgasrohr 16 zu injizieren. Die Steuerung 15 steuert ebenso eine Energiebeaufschlagung des Motorabschnitts 22 der Harnstofflösungspumpe 14. Genauer gesagt steuert die Steuerung den Betrag des elektrischen Stroms, der zu dem Motorabschnitt 22 zugeführt wird.
Zusätzlich bestimmt die Steuerung 15 ebenso das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 auf der Grundlage des Signals, das von dem Flüssigkeitsniveausensor 12 abgegeben wird.
Nachdem die Gesamtkonfiguration des Harnstofflösungsinjektionssystems 10 beschrieben wurde, werden die Details der Harnstofflösungspumpe 14 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 weist die Harnstofflösungspumpe 14 ein Ansaugrohr 50 auf, von dem ein Ende in Fluidverbindung mit dem Ansaugeinlass 26 steht. Das andere Ende des Ansaugrohrs 50 bildet ein Ansaugende 52, das zu dem Innenraum des Harnstofflösungstanks 11 über einen Filter 51 mündet. Die Ansaugpumpe 50 definiert darin einen Ansaugdurchgang 53, der das Ansaugende 52 mit dem Ansaugeinlass 26 in Fluidverbindung bringt. Der Filter 51 ist vorgesehen, um Fremdstoffe einzufangen, die in der Harnstofflösung enthalten sind, die in den Ansaugdurchgang 53 angesaugt wird.
Das Ansaugrohr 50 ist zweimal gebogen, so dass es eine obere Biegung 54 und eine untere Biegung 55 hat, die vertikal niedriger als die obere Biegung 54 positioniert ist. Ferner ist die obere Biegung 54 vertikal höher als sowohl das Ansaugende 52 als auch der Ansaugeinlass 26 positioniert. An dem anderen Ende ist die untere Biegung 55 vertikal höher als das Ansaugende 52, jedoch vertikal niedriger als der Ansaugeinlass 26 positioniert.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die obere Biegung 54 des Ansaugrohrs 50 vertikal höher als der Pumpenabschnitt 21 positioniert. Genauer gesagt ist die obere Biegung 54 vertikal höher als der Pumpenkammerauslass 27 positioniert. Anders gesagt ist zumindest ein Teil des Ansaugdurchgangs 53 vertikal höher als der Pumpenabschnitt 21 positioniert.
Als nächstes wird der Betrieb des Harnstofflösungsinjektionssystems 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wenn die Kraftmaschine gestartet ist und die NOx-Konzentration in dem Abgasdurchgang 17 angestiegen ist, so dass sie einen vordefinierten Wert übersteigt, steuert die Steuerung 15 den Harnstofflösungsinjektor 13, so dass dieser die Harnstofflösung in das Abgasrohr 16 injiziert.
Insbesondere hängt die NOx-Konzentration in dem Abgasdurchgang 17 von der Kraftstoffeinspritzmenge in die Kraftmaschine ab; ferner hängt die Kraftstoffeinspritzmenge von der Last der Kraftmaschine ab. Daher bestimmt die Steuerung 15 zuerst die Drehzahl und die Last der Kraftmaschine auf der Grundlage von den jeweiligen Signalen, die von dem Drehzahlsensor 41 und dem Beschleunigerpedalpositionssensor 42 abgegeben werden. Dann bestimmt die Steuerung 15 auf der Grundlage der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine sowohl eine Injektionsmenge als auch eine Injektionszeitabstimmung für die Injektion der Harnstofflösung durch den Harnstofflösungsinjektor 13. Darauf erzeugt die Steuerung 15 das Antriebssignal, das sowohl die Injektionsmenge als auch die Injektionszeitabstimmung angibt, und gibt das Antriebssignal an das Solenoidventil des Harnstofflösungsinjektors 13 ab.
Beim Empfang des Antriebssignals wird das Solenoidventil des Harnstofflösungsinjektors 13 gemäß dem Antriebssignal geöffnet und geschlossen, wodurch die Injektionsmenge der Harnstofflösung in das Abgasrohr 16 bei der Injektionszeitabstimmung injiziert wird.
Die Harnstofflösung, die in das Abgasrohr 16 injiziert wird, wird mit dem Abgas gemischt, das in dem Abgasdurchgang 17 strömt, und strömt gemeinsam mit dem Abgas zu einem (nicht gezeigten) NOx-Reduktionskatalysator. Dann reagiert die Harnstofflösung mit dem NOx, das in dem Abgas enthalten ist, mit der Hilfe des NOx-Reduktionskatalysators, wodurch das NOx in Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) reduziert wird.
Unterdessen steuert die Steuerung 15 ebenso die Harnstofflösungspumpe 14, so dass diese die Harnstofflösung zu dem Harnstofflösungsinjektor 13 zuführt. Genauer gesagt steuert die Steuerung 15 die Energiebeaufschlagung des Motorabschnitts 22 der Harnstofflösungspumpe 14 auf der Grundlage der Injektionsmenge der Harnstofflösung, um dadurch die Drehzahl der Drehwelle 31 zu steuern.
Das Laufrad 24 des Pumpenabschnitts 21 der Harnstofflösungspumpe 14 dreht sich gemeinsam mit der Drehwelle 31. Mit der Drehung des Laufrads 24 wird die Harnstofflösung, die in dem Harnstofflösungstank 11 gespeichert ist, in die Pumpenkammer 25 über den Ansaugdurchgang 53 und den Ansaugeinlass 26 angesaugt, in der Pumpenkammer 25 mit Druck beaufschlagt und aus der Pumpenkammer 25 zu dem Harnstofflösungsinjektor 13 über den Pumpenkammerauslass 27, den Ausstoßdurchgang 34, den Ausstoßauslass 35 und das Zufuhrrohr 36 ausgestoßen.
Die vorstehend beschriebene Harnstofflösungspumpe 14 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die folgenden Vorteile.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die obere Biegung 54 des Ansaugrohrs 50, die bei dem Ansaugrohr 50 am höchsten liegt, vertikal höher als der Pumpenkammerauslass 27 positioniert.
Wenn mit der vorstehend genannten Konfiguration das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 auf unterhalb des Ansaugendes 52 des Ansaugrohrs 50 abgesenkt wird, kann das Niveau der Harnstofflösung in dem Ansaugdurchgang 53 auf dem niedrigsten Punkt 56 des Ansaugdurchgangs 53 an der oberen Biegung gehalten werden. Demgemäß kann die Harnstofflösung in dem Gehäuse 23 der Harnstofflösungspumpe 14 auf einem Niveau gehalten werden, dass so hoch wie der niedrigste Punkt 56 ist.
Daher kann ungeachtet des Niveaus der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstanks 11 die Pumpenkammer 25 der Harnstofflösungspumpe 14 ständig von der Harnstofflösung eingenommen werden. Folglich kann die Ablagerung von Harnstoffkristallen zwischen dem Gehäuse 23, dem Laufrad 24 und der Drehwelle 31 effektiv unterdrückt werden.
Als Folge ist es möglich, zuverlässig zu verhindern, dass der Pumpenabschnitt 21 sich abnutzt und beschädigt wird. Ebenso ist es möglich, zuverlässig zu verhindern, dass das Laufrad 24 in dem Gehäuse 23 blockiert wird, was einen normalen Betrieb des Pumpenabschnitts 21 sicherstellt.
Zusätzlich liegt der niedrigste Punkt 56 des Ansaugdurchgangs 53 an der oberen Biegung 54 nicht notwendigerweise höher als der Pumpenkammerauslass 27. Beispielsweise kann der niedrigste Punkt 56 niedriger als der Pumpenkammerauslass 27 aber höher als das Laufrad 24 gelegen sein. Jedoch ist es für die zuverlässige Verhinderung einer Ablagerung von Harnstoffkristallen zwischen dem Gehäuse 23 und dem Laufrad 24 vorzuziehen, dass der niedrigste Punkt 56 höher als der Pumpenkammerauslass 27 gelegen ist.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
2 zeigt die Gesamtkonfiguration eines Harnstofflösungsinjektionssystems 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die obere Biegung 54 des Ansaugrohrs 50 vertikal höher als der Ausstoßauslass 35 der Harnstofflösungspumpe 14 gelegen. Genauer gesagt ist der niedrigste Punkt 56 des Ansaugdurchgangs 53 an der oberen Biegung 54 vertikal höher als der Ausstoßauslass 35 gelegen.
Wenn mit der vorstehend genannten Konfiguration das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 auf unterhalb des Ansaugendes 52 des Ansaugrohrs 50 abgesenkt ist, kann das Niveau der Harnstofflösung in dem Ansaugdurchgang 53 auf dem niedrigsten Punkt 56 des Ansaugtanks 53 an der oberen Biegung 54 gehalten werden. Demgemäß kann die Harnstofflösung die gesamte Pumpenkammer 25, den gesamten Ausstoßdurchgang 34 und einen Teil des Zufuhrrohrs 36 auf einem Niveau einnehmen, das so hoch wie der niedrigste Punkt 56 ist.
Daher können ungeachtet des Niveaus der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 sowohl die Pumpenkammer 25 als auch der Ausstoßdurchgang 34 ständig durch die Harnstofflösung eingenommen werden.
Folglich ist es möglich, die Ablagerung von Harnstoffkristallen zwischen dem Gehäuse 23, dem Laufrad 24 und der Drehwelle 31 effektiv zu unterdrücken; ebenso ist es möglich, eine Ablagerung von Harnstoffkristallen zwischen dem Rotor 32, dem Stator 33 und der Drehwelle 31 effektiv zu unterdrücken.
Als Folge ist es möglich, eine Abnutzung und eine Beschädigung von sowohl dem Pumpenabschnitt 21 als auch dem Motorabschnitt 22 zuverlässig zu verhindern. Es ist ebenso möglich, die Blockierung von sowohl dem Laufrad 24 als auch dem Rotor 32 in dem Gehäuse 23 zuverlässig zu verhindern, was einen normalen Betrieb der gesamten Harnstofflösungspumpe 14 sicherstellt.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
3 zeigt die Gesamtkonfiguration eines Harnstofflösungsinjektionssystems 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die untere Biegung 55 des Ansaugrohrs 53 vertikal niedriger als sowohl der Ansaugeinlass 26 als auch das Ansaugende 52 positioniert. Genauer gesagt ist ein niedrigster Wandabschnitt 57 des Ansaugrohrs 50, der die untere Biegung 55 definiert, vertikal niedriger als das untere Ende des Filters 51 positioniert, der an dem Ansaugende 52 montiert ist.
Ferner hat, wie in 4 gezeigt ist, das Ansaugrohr 50 eine Öffnung 58, die durch den niedrigsten Wandabschnitt 57 des Ansaugrohrs 50 ausgebildet ist.
Ferner ist ein Rückschlagventil 59 vorgesehen, um die Öffnung 58 zu öffnen und zu schließen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Rückschlagventil 59 die Form einer Kugel und ist innerhalb des Ansaugrohrs 50 angeordnet, um die Öffnung 58 gemäß der Differenz des Drucks zwischen innen und außen des Ansaugrohrs 50 zu öffnen und zu schließen. Das Rückschlagventil 59 gestattet, dass die Harnstofflösung von außen nach innen des Ansaugrohrs 50 über die Öffnung 58 strömt, aber unterbindet, dass diese von innen nach außen des Ansaugrohrs 50 über die Öffnung 58 strömt.
Wenn beispielsweise, wie in 3 gezeigt ist, nur eine geringe Menge der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 übrig bleibt und das Fahrzeug an einer Steigung fährt oder angehalten ist, ist die Oberfläche der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 demgemäß mit Bezug auf die Bodenwand des Harnstofflösungstanks 11 geneigt. In diesem Fall gelangt die Oberfläche der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 unter das untere Ende des Filters 51, und somit ist es unmöglich, die Harnstofflösung in das Ansaugrohr 50 über das Ansaugende 52 anzusaugen.
Jedoch ist in diesem Fall die untere Biegung 55 des Ansaugrohrs 50 noch in die Harnstofflösung eingetaucht und es somit möglich, die Harnstofflösung in das Ansaugrohr 50 über die Öffnung 58 zu saugen, die in der unteren Biegung 55 ausgebildet ist. Folglich ist es möglich, den normalen Betrieb der Harnstofflösungspumpe 14 aufrecht zu erhalten.
Wenn darüber hinaus der Betrieb der Harnstofflösungspumpe 14 angehalten ist, schließt das Rückschlagventil 59 die Öffnung 58, wodurch unterbunden wird, dass die Harnstofflösung, die in dem Ansaugdurchgang 53 und dem Pumpenabschnitt 21 verbleibt, aus dem Ansaugrohr 50 über die Öffnung 58 ausströmt.
Während die vorstehend angegebenen besonderen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedenartige Abwandlungen, Änderungen und Verbesserungen ohne abweichend von dem Grundgedanken der Erfindung vorgenommen werden können.
[Abwandlung 1]
In dem ersten Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerung 15 das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 auf der Grundlage des Signals, das von dem Flüssigkeitsniveausensor 12 abgegeben wird.
Die Steuerung 15 kann ferner so abgewandelt werden, dass sie sowohl den Betrieb des Harnstofflösungsinjektors 13 als auch den Betrieb der Harnstofflösungspumpe 14 anhält, wenn das bestimmte Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 vertikal niedriger als das Ansaugende 52 des Ansaugrohrs 50 liegt.
Mit einer derartigen Abwandlung ist es möglich, die Harnstofflösung zuverlässig in der Pumpenkammer 25 und dem Ansaugdurchgang 53 der Harnstofflösungspumpe 14 zu halten, wenn das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 auf unter das Ansaugende 52 des Ansaugrohrs 50 abgefallen ist.
Wenn der Harnstofflösungsinjektor 13 und die Harnstofflösungspumpe 14 in Betrieb gehalten werden, wenn das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 11 auf unter das Ansaugende 52 des Ansaugrohrs 50 abgefallen ist, würde die Harnstofflösung, die in der Pumpenkammer 25 und dem Ansaugrohr 53 der Harnstofflösungspumpe 14 verbleibt, anderenfalls vollständig zu dem Harnstofflösungsinjektor 13 ausgestoßen werden. Folglich wäre es unmöglich, die Harnstofflösung in der Pumpenkammer 25 und dem Ansaugdurchgang 53 zurückzuhalten.
[Abwandlung 2]
In den vorausgehenden Ausführungsbeispielen ist das Ansaugrohr 50 zweimal gebogen, so dass es die obere Biegung 54 und die untere Biegung 55 hat.
Jedoch kann das Ansaugrohr 50 so abgewandelt werden, dass es jede andere Form hat, vorausgesetzt, dass es möglich ist, zumindest einen Abschnitt des Ansaugdurchgangs 53 vertikal höher als den Pumpenabschnitt 21 zu positionieren.
[Abwandlung 3]
In dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 58 durch den untersten Wandabschnitt 57 des Ansaugrohrs 50 hindurch ausgebildet, der die untere Biegung 55 definiert.
Jedoch kann die Öffnung 58 ebenso durch jeden anderen Wandabschnitt des Ansaugrohrs 50 hindurch ausgebildet werden, der vertikal niedriger als sowohl der Ansaugeinlass 26 als auch das Ansaugende 52 positioniert ist.
[Abwandlung 4]
In dem dritten Ausführungsbeispiel weist das Harnstofflösungsinjektionssystem 10 nur einen Filter, insbesondere den Filter 51 auf, der an dem Ansaugende 52 des Ansaugrohrs 50 montiert ist.
Jedoch kann das Harnstofflösungsinjektionssystem 10 ebenso abgewandelt werden, dass es einen weiteren Filter aufweist, der zum Abdecken der Öffnung 58 montiert wird.
[Anderes]
Es ist ebenso möglich, eine der Konfigurationen der Harnstofflösungsinjektionssysteme 10 gemäß den vorangehenden Ausführungsbeispielen mit einer anderen zu kombinieren.
Somit weist die Harnstofflösungspumpe 14 einen Pumpenabschnitt 21, einen Motorabschnitt 22, einen Ansaugeinlass 26, einen Ausstoßauslass 35 und ein Ansaugrohr 50 auf. Der Pumpenabschnitt 21 beaufschlagt eine Harnstofflösung mit Druck. Ein Motorabschnitt 22 treibt den Pumpenabschnitt 21 an. Die Harnstofflösung wird in dem Pumpenabschnitt 21 über den Ansaugeinlass 26 angesaugt und aus der Harnstofflösungspumpe 14 über den Ausstoßauslass 35 ausgestoßen. Das Ansaugrohr 50 hat ein erstes Ende, das mit dem Ansaugeinlass 26 in Fluidverbindung steht, und ein zweites Ende 52, über das die Harnstofflösung in das Ansaugrohr 50 gesaugt wird. Das Ansaugrohr 50 hat ebenso einen Ansaugdurchgang 53, der darin ausgebildet ist. Der Ansaugdurchgang 53 erstreckt sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Ansaugrohrs 50 und hat zumindest einen Abschnitt, der vertikal höher als der Pumpenabschnitt 21 positioniert ist.

Claims

Harnstofflösungspumpe (14) mit Folgendem: einem Pumpenabschnitt (21), der eine Harnstofflösung mit Druck beaufschlagt; einem Motorabschnitt (22), der den Pumpenabschnitt (21) antreibt; einem Ansaugeinlass (26), über den die Harnstofflösung in den Pumpenabschnitt (21) gesaugt wird; einem Ausstoßauslass (35), über den die Harnstofflösung, die durch den Pumpenabschnitt (21) mit Druck beaufschlagt wird, aus der Harnstofflösungspumpe (14) ausgestoßen wird; und einem Ansaugrohr (50), das ein erstes Ende, das mit dem Ansaugeinlass (26) in Fluidverbindung steht, und ein zweites Ende (52) hat, über das die Harnstofflösung in das Ansaugrohr (50) gesaugt wird, wobei das Ansaugrohr (50) ebenso einen darin ausgebildeten Ansaugdurchgang (53) hat, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Ansaugrohrs (50) erstreckt, wobei zumindest ein Abschnitt des Ansaugdurchgangs (53) vertikal höher als der Pumpenabschnitt (21) positioniert ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugrohr (50) ferner eine Öffnung (58) hat, die durch einen Wandabschnitt (57) des Ansaugrohrs (50) hindurch ausgebildet ist, der vertikal niedriger als sowohl das erste als auch das zweite Ende des Ansaugrohrs (50) positioniert ist.
Harnstofflösungspumpe (14) gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: der Ausstoßauslass (35) vertikal höher als der Pumpenabschnitt (21) positioniert ist; der Motorabschnitt (22) einen darin ausgebildeten Ausstoßdurchgang (34) hat, der den Pumpenabschnitt (21) mit dem Ausstoßauslass (35) in Fluidverbindung bringt; und der Abschnitt des Ansaugdurchgangs (53) vertikal höher als der Ausstoßauslass (35) positioniert ist.
Harnstofflösungspumpe (14) gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: das Ansaugrohr (50) zweimal gebogen ist, sodass es eine obere Biegung (54) und eine untere Biegung (55) hat, die vertikal niedriger als die obere Biegung (54) positioniert ist; und wobei die obere Biegung (54) des Ansaugrohrs (50) vertikal höher als der Pumpenabschnitt (21) positioniert ist.
Harnstofflösungspumpe (14) gemäß Anspruch 1, ferner mit einem Rückschlagventil (59), das gestattet, dass die Harnstofflösung von außen nach innen des Ansaugrohrs (50) über die Öffnung (58) strömt, aber das unterbindet, dass die Harnstofflösung von innen nach außen des Ansaugrohrs (50) über die Öffnung (58) strömt.
Harnstofflösungsinjektionssystem (10) mit Folgendem: der Harnstofflösungspumpe (14) gemäß Anspruch 1; einem Harnstofflösungstank (11), der die Harnstofflösung speichert und der die darin aufgenommene Harnstofflösungspumpe (14) hat; einem Flüssigkeitsniveausensor (12), der das Niveau der Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank (11) misst; einem Harnstofflösungsinjektor (13), der mit dem Ausstoßauslass (35) der Harnstofflösungspumpe (14) in Fluidverbindung steht, um die aus der Harnstofflösungspumpe (14) ausgestoßene Harnstofflösung in ein Abgasrohr (16) einer Brennkraftmaschine zu injizieren; und einer Steuerung (15), die Betriebe der Harnstofflösungspumpe (14) und des Harnstofflösungsinjektors (13) auf der Grundlage des durch den Flüssigkeitsniveausensor (12) gemessenen Niveaus der Harnstofflösung steuert.
Harnstofflösungsinjektionssystem (10) gemäß Anspruch 5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Niveau der durch den Flüssigkeitsniveausensor (12) gemessenen Harnstofflösung vertikal niedriger als das zweite Ende (52) des Ansaugrohrs (50) ist, die Steuerung (15) sowohl den Betrieb der Harnstofflösungspumpe (14) als auch den Betrieb des Harnstofflösungsinjektors (13) anhält.