DE102009002561A1

DE102009002561A1 - System zur Dosierung eines Reduktionsmittels

Info

Publication number: DE102009002561A1
Application number: DE102009002561A
Authority: DE
Inventors: Tomislav Stevanovic; Christoph Waletzek; Ralph Schmidt; Ossama Dreibati
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-10-28

Abstract

Ein System zur Dosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in eine Katalysatoranordnung zur Verminderung von Stickoxiden aus dem Abgas, insbesondere eines Dieselmotors, mit wenigstens einem Vorratsbehälter (130), einer Leitung (131) und einer Pumpeneinrichtung (120, 125), ist gekennzeichnet durch eine Verzögerungseinrichtung (140), die eine Einspritzung des Reduktionsmittels in die Katalysatoranordnung so lange verzögert, bis ein vorgebbarer Dosierdruck und eine vorgebbare minimale Dosiermenge erreicht sind, und ein Druckventil, das die Funktion eines Dosierventils (150) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Dosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in eine Katalysatoranordnung eines Dieselmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Um eine Verminderung von NOx-Bestandteilen in Abgasen zu erzielen, wurden insbesondere für Dieselmotoren Reduktionskatalysatoren entwickelt, die üblicherweise in sogenannte SCR-Katalysatoren (Englisch: „Selective Catalytic Reduction”) und Speicherkatalysatoren unterteilt werden. Die SCR-Katalysatoren werden mittels einer Harnstoff- (und/oder Ammoniak-)Reduktionsmittelzufuhr regeneriert, während die Speicherkatalysatoren mit Kohlenwasserstoffen des mitgeführten Brennkraftmaschinen-Brennstoffs in sogenannten Abgasfettphasen regeneriert werden.
Eine Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere Harnstoff oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in eine Katalysatoranordnung zur Entfernung von Stickoxiden aus dem Abgas, insbesondere eines Dieselmotors, geht beispielsweise aus der DE 100 47 512 A1 hervor.
Die Dosiervorrichtung umfasst eine Pumpeneinrichtung und ein Dosierventil. Hierbei ist das Dosierventil in der Nähe des Speicherkatalysators am Abgastrakt angeordnet, während die Pumpeneinrichtung von diesem entfernt und mit diesem über eine Leitung verbunden im Motorraum des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Reduktionsmittel wird aus einem Vorratsbehälter entnommen. Die Pumpe kann durch einen Elektromotor betrieben werden. Das Einspritzventil selbst wird durch beispielsweise einen Hubmagneten betätigt.
Darüber hinaus sind Vorrichtungen bekannt, bei denen das Dosierventil ein federbelastetes Rückschlagventil ist, das bei Aufbau eines Drucks durch die Pumpeneinrichtung öffnet. Durch den von der Pumpeneinrichtung hervorgerufenen Druckaufbau öffnet das Dosierventil, wodurch das Reduktionsmittel in den Abgastrakt eingespritzt wird. Da nun das Druckventil, d. h. das Dosierventil, Reduktionsmittel in den Abgastrakt des Fahrzeugs einspritzt, darf es erst geöffnet werden, wenn der aufgebaute Druck den Abgasdruck überschreitet. Darüber hinaus muss sichergestellt sein, dass die Fördermenge, den die Pumpe bereitstellt, gleich der Einspritzmenge ist, um eine Überdosierung des Reduktionsmittels zu vermeiden. Dies hat zur Folge, dass die Fördermenge der Pumpeneinheit pro Einspritzzyklus kleiner oder gleich der minimalen Einspritzmenge sein muss. Dieses Erfordernis ist jedoch technisch bei kleinen Dosiermengen nur schwer bzw. überhaupt nicht realisierbar, weil der aufgebaute Druck bei einer kleinen Fördermenge in den meisten Fällen unter dem erforderlichen Einspritzdruck liegt. Aus diesem Grunde ist die Verwendung einer Förderpumpe erforderlich, die einen Druck unabhängig von der Fördermenge aufbauen kann. Um dabei die überschüssige Fördermenge ablassen zu können, ist eine Rücklaufleitung zum Ansaugbereich der Pumpeneinheit vorgesehen, durch welche eine überschüssige Fördermenge in den Ansaugbereich der Pumpeneinrichtung zurückgeführt werden kann. Durch diese Rücklaufleitung wird eine überschüssige Menge bei einem Druck, der kleiner ist als der Abgasdruck, zum Ansaugbereich der Pumpeneinheit zurückgeführt. Dieses Erfordernis kann erfüllt werden durch die oben erwähnten, durch einen Hubmagneten ansteuerbaren Dosierventile.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems zur Dosierung eines Reduktionsmittel zur Verminderung von Stickoxiden aus dem Abgas von Dieselmotoren ist es nun möglich, auf ein separates Dosiermodul zu verzichten und die Dosierung direkt über das Druckventil der Pumpeneinheit zu realisieren.
Grundidee der Erfindung ist es, die Druckerzeugung durch die Pumpeneinheit, hervorgerufen beispielsweise durch eine Kolbenbewegung einer Kolbenpumpe, und die Einspritzung mittels des Druckventils zu entkoppeln und dadurch sicher zustellen, dass das Druckventil eine exakte Einspritzmenge unter einem vorgegebenen Einspritzdruck in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine einzuspritzen gestattet.
Dies geschieht erfindungsgemäß durch die Anordnung einer Verzögerungseinrichtung zwischen einer Kompressionskammer und dem Druckventil, die die Einspritzung des Reduktionsmittels in die Katalysatoranordnung so lange verzögert, bis ein vorgebbarer Dosierdruck erreicht ist. Dies bedeutet anders ausgedrückt, dass die Pumpeneinrichtung, beispielsweise eine Kolbenpumpe, zunächst eine Hubbewegung ausführt und dadurch eine Reduktionsmittelmenge unter einem bestimmten Druck bereitstellt, diese Reduktionsmittelmenge in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine jedoch nicht unmittelbar, sondern verzögert durch die Verzögerungseinrichtung eingespritzt wird und zwar mit Hilfe des Druckventils. Durch die gewissermaßen Entkopplung von Hubbewegungen der Pumpeneinrichtung und der Einspritzung des vorgespannten Druckventils sind auch kleine Mengen unter einem vorgebbaren Einspritzdruck in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine einspritzbar.
Die erfindungsgemäße Ausführung stellt ein technisch einfach zu realisierendes System zur Einspritzung und Dosierung eines Reduktionsmittels in die Katalysatoranordnung von Dieselfahrzeugen dar. Das System besteht aus einem Vorratsbehälter, einer Leitung und einer Einspritzvorrichtung, wobei die Einspritzvorrichtung eine Fördereinheit, beispielsweise eine Kolbenpumpe, mit integrierter Einspritzfunktion darstellt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Systems möglich.
So sieht beispielsweise eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das Druckventil ein federbelastetes Ventil ist und vom Pumpenantrieb angesteuert wird. Ein solches federbelastetes Ventil kann kleinbauend ausgeführt werden.
Die Verzögerungseinrichtung weist gemäß einer sehr vorteilhaften Ausführungsform einen Federspeicherzylinder und ein in einer stromabwärts des Federspeicherzylinders abzweigenden und in den Ansaugbereich der Pumpeneinrichtung führenden Rücklaufleitung angeordnetes federbelastetes Rückschlagventil auf, das mit der Federkonstanten der Feder des Federspeicherzylinders und der Federkonstanten der Feder des Dosierventils so zusammenwirkt, dass stromaufwärts des Druckventils ein vorgebbarer Dosierdruck einstellbar ist. Die Einstellung erfolgt durch Wahl der Federkonstanten.
Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Federkonstante des Druckventils viel größer ist als die Federkonstante der Feder des Federspeicherzylinders. Hierdurch wird die Verzögerungsfunktion realisiert. Der Federspeicherzylinder stellt also gewissermaßen ein Verzögerungsglied sowie ein Dämpfungsglied dar.
Das federbelastete Rückschlagventil der Rücklaufleitung führt eine vorgebbare Menge des Reduktionsmittels in den Ansaugbereich der Pumpeneinrichtung unter einem Druck zurück, der größer ist als der Dosierdruck. Das Zusammenspiel dieser federbelasteten Komponenten ermöglicht die präzise Einstellung des Einspritzdrucks und die präzise Einstellung der vorgegebenen Einspritzmenge des Reduktionsmittels.
Die Pumpeneinrichtung selbst kann als Kolben- oder Membranpumpe ausgeführt sein.
Das Druckventil, also das Dosierventil, lässt sich fern von der Kompressionskammer der Pumpeneinheit anordnen, damit die Pumpeneinheit vor der Abgastemperatur geschützt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, dass sämtliche Komponenten der Dosiervorrichtung kleinbauend und insoweit in einem einzigen Gehäuse untergebracht werden können. Dies erleichtert den Einbau und im Falle einer Störung den Austausch der Dosiervorrichtung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch ein erfindungsgemäßes System zur Dosierung eines Reduktionsmittels und
2 ein Ausführungsbeispiel einer Realisierung des in 1 dargestellten Systems.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist schematisch ein System zur Dosierung eines Reduktionsmittels in dem Abgasbereich 110 einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine dargestellt. Diese Vorrichtung umfasst einen Hubmagneten 120, der eine Spritzpumpe 125 sowie ein Druckventil 150 betätigt. Die Spritzpumpe 125 entnimmt über ein Einsaugventil 127 Reduktionsmittel aus einem Reduktionsmitteltank 130. Der Hubmagnet wirkt auf das Druckventil 150 über eine Verzögerungseinrichtung 140. Das Druckventil 150 ist mit einer so bezeichneten Steuerungseinrichtung 160 verbunden, welche durch ein in einer Rücklaufleitung angeordnetes Rückschlagventil 260 (2) gebildet wird und überschüssiges Dosiermittel in den Ansaugbereich, d. h. zum Einsaugventil 127 der Spritzpumpe 125 zurückführt. Die Wirkung des Hubmagneten 120 auf die Verzögerungseinrichtung 140 und dadurch auf das Druckventil 150 kann hydraulisch oder mechanisch erfolgen.
Die Funktion dieses Systems wird in Verbindung mit 2 nachfolgend beschrieben. Aus dem Reduktionsmitteltank 130 wird über eine Leitung 131 von einer Pumpeneinheit 210 Reduktionsmittel entnommen, wobei die Pumpeneinheit 210 über eine Leitung 211 dieses Reduktionsmittel einer Leitung 220 zuführt, in der ein Federspeicherzylinder 230 angeordnet ist, dessen Federkonstante mit einer Federkonstanten des nachfolgend auch als Dosierventil bezeichneten Druckventils 250 so zusammenwirkt, dass das Dosierventil oder Druckventil 250 erst geöffnet wird, wenn ein vorgebbarer Druck erreicht ist. Dieser Druck wird dadurch bestimmt, dass zunächst der Hubmagnet 215 während des Druckaufbaus den mit ihm verbundenen Federspeicherzylinder 230 mitschleppt. Das Dosierventil 250 ist bis zu diesem Zeitpunkt geschlossen. Dies bedeutet anders ausgedrückt, dass die Betätigung der Pumpeneinheit 210 nicht unmittelbar zu einer Dosierung des Reduktionsmittels durch das federbelastete Dosierventil 250 führt. Vielmehr ist die Dosierung mittels des Dosierventils 250 und die Förderung durch die Pumpeneinheit 210 gewissermaßen entkoppelt oder sie findet – anders ausgedrückt – verzögert statt, sodass der Federspeicherzylinder 230 auch als Ver zögerungseinrichtung bezeichnet werden kann. Erst wenn der Einspritzdruck erreicht ist, d. h. wenn die Hubbewegung eine vorgegebene Größe erreicht, wird der Federspeicherzylinder 230 komplett zusammengedrückt. Danach wird das Druckventil 250 vom Hubmagneten solange geöffnet, bis eine vorbestimmte Dosierung in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine erfolgt. Das Schließen des Dosierventils 250 erfolgt über dessen Feder. Überschüssiges Reduktionsmittel wird durch die Leitung 211 und das in dieser Leitung angeordnete federbelastete Rückschlagventil 260 wieder dem Ansaugbereich der Pumpeneinheit 210 zugeführt. Die Federkonstante des Dosierventils 250 wird größer gewählt als die Federkonstante des Federspeicherzylinders 230 und die Federkonstante des federbelasteten Rückschlagventils 230 wird auf die Federkonstanten des Federspeicherzylinders 230 und des Dosierventils 250 eingestellt.
Sehr vorteilhaft können sämtliche Komponenten in einer einzigen Baueinheit angeordnet werden.
Durch diese Vorrichtung können auch sehr kleine Dosiermengen eingestellt werden. Darüber hinaus ist die Dosierung bei einem vorgegebenen Druck möglich, der durch das Verzögerungssystem im Zusammenspiel mit dem federbelasteten Rückschlagventil 260 einstellbar ist. Durch die Anordnung der Komponenten in einer einzigen Baugruppe, die in der Nähe des Abgasbereichs der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wird eine minimale Zirkulierung des Reduktionsmittels erreicht. Hierdurch wird verhindert, dass sich die Eigenschaften des Reduktionsmittels aufgrund einer hohen Zirkulation verschlechtern. Es kann vorgesehen sein, die Federkonstante des federbelasteten Rückschlagventils 260 einzustellen und damit die Genauigkeit der Dosierung einzustellen.
Um die Fördereinrichtung, bestehend aus Pumpeneinheit 210, Einsaugventil 127, Federspeicherzylinder 230 und federbelastetem Rückschlagventil 260, vor hohen Temperaturen zu schützen, kann das Dosierventil 250 räumlich entfernt von der Fördervorrichtung und mit dieser durch eine entsprechend lange Leitung verbunden sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10047512 A1 [0003]

Claims

System zur Dosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in eine Katalysatoranordnung zur Verminderung von Stickoxiden aus dem Abgas, insbesondere eines Dieselmotors, mit wenigstens eines Vorratsbehälter (130), einer Leitung (131) und einer Pumpeneinrichtung (120, 125,), gekennzeichnet durch eine Verzögerungseinrichtung (140), die eine Einspritzung des Reduktionsmittels in die Katalysatoranordnung so lange verzögert, bis ein vorgebbarer Dosierdruck und eine vorgebbare minimale Dosiermenge erreicht sind und ein Druckventil, das die Funktion eines Dosierventils (150) aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierventil (150) ein federbelastetes Ventil (250) ist und von einem Pumpenantrieb (120) über die Verzögerungseinrichtung (140) betreibbar ist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungseinrichtung (140) einen zwischen einem Pumpenkompressionsraum und dem Dosierventil (150) angeordneten Federspeicherzylinder (230) und ein in einer stromabwärts des Federspeicherzylinders (230) abzweigenden und in den Ansaugbereich der Pumpeneinrichtung (120, 125, 210) führenden Rücklaufleitung (211) angeordnetes federbelastetes Rückschlagventil (260) umfasst, das mit der Federkonstanten der Feder des Federspeicherzylinders (230) und der Federkonstanten der Feder des Dosierventils (150) so zusammenwirkt, dass stromaufwärts des Dosierventils (150) ein vorgebbarer Dosierdruck einstellbar ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante des federbelasteten Ventils (250) größer ist als die Federkonstante der Feder des Federspeicherzylinders (230).
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante des federbelastenden Ventils (250) einstellbar ist.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das federbelastete Rückschlagventil (260) der Rücklaufleitung eine vorgebbare Menge des Reduktionsmittels in den Ansaugbereich der Pumpeneinrichtung (210) unter einem Druck zurückführt, der größer ist als der Dosierdruck.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinrichtung (120, 125) eine Kolben- oder Membranpumpe (210) ist.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinrichtung (120, 125), die Verzögerungseinrichtung (140) und die Rücklaufleitung mit dem federbelasteten Rückschlagventil (260) Teile eines einzigen Gehäuses sind.