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Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe zur Förderung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstofflösung, die zur Eindüsung in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion dient, wobei die Pumpe einen ersten Einlass mit einem ersten Einlassventil und einen Auslass aufweist.
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Aus der
DE 10 2004 048 075 A1 ist ein Dosiersystem zur Schadstoffreduktion in Kraftfahrzeugabgasen bekannt, welches u. a. eine Dosierpumpe aufweist sowie mindestens eine selbstöffnende Düse für die Einspritzung fluider Medien in ein Abgassystem. Insbesondere wird eine selbstöffnende Düse vorgeschlagen, welche einen Nadelraum mit einer Düsennadel und einen Federraum mit einem Federelement aufweist. Nadelraum und Federraum sind durch eine flexible Membran voneinander getrennt, welche verhindert, dass fluidische Medien vom Nadelraum in den Federraum eindringen können, und welche es weiterhin ermöglicht, dass sich im Nadelraum relativ zum Federraum ein Überdruck aufbauen kann, wodurch sich die Düsennadel entgegen einer Federkraft bewegt und eine Düsenöffnung freigibt.
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Aus der
EP 1 132 616 A1 ist eine Dosierpumpe bekannt. Die Pumpe zur mit einer proportional-volumetrischen Dosierungseinheit zur genau dosierbaren Förderung eines vorgegebenen Volumens einer Flüssigkeit in einem Bereich von weniger als etwa 1 ml weist einen Hohlraum zur Aufnahme der Flüssigkeit auf. Der Hohlraum ist einseitig von einer Membran begrenzt, welche zur Veränderung des Hohlraumvolumens mittels einer Hubeinrichtung bewegbar ist. Die Pumpe umfasst ein sperrbares Einlaufventil zwischen einem Flüssigkeitsvorrat und dem Hohlraum, ein sperrbares Auslassventil zwischen dem Hohlraum und einem Flüssigkeitsspender und ein sperrbares Entlüftungsventil zwischen dem Hohlraum und der Aussenatmosphäre. Die Pumpe eignet sich insbesondere zum präzisen, definierten und reproduzierbaren Aufbringen eines vorgegebenen Volumens eines Lackes oder eines Klebers auf eine Oberfläche eines scheibenförmigen Datenträgers zur Erzeugung eines dünnen Lack- oder Kleberfilmes.
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Aus der
DE 10 2007 030 555 A1 ist eine Einspritzpumpenanordnung und ein Verfahren zum Einspritzen eines Fluids bekannt, wobei die Einspritzpumpenanordnung mindestens aufweist: eine Zylindereinrichtung mit mindestens einem Kolben und mindestens zwei Hubräumen, eine Motoreinrichtung zur Verstellung des mindestens einen Kolbens und eine gemeinsame Ausgangsleitung zum Anschluss einer Einspritzdüseneinrichtung, wobei die mindestens zwei Hubräume an die gemeinsame Ausgangsleitung angeschlossen sind. Hierbei können insbesondere zwei Zylinder vorgesehen sein, von denen immer mindestens ein Zylinder im Arbeitshub ist, oder aber eine doppelseitige Kolbenpumpe mit zwei Hubräumen.
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Derartige Förderpumpen zur Förderung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstofflösung, kommen zum Einsatz bei Dosiersystemen zur Eindüsung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors. Dabei werden so genannte SCR-Katalysatoren eingesetzt, um die Stickoxyd-Emission von diesen Motoren zu vermindern. Hierzu wird das Reduktionsmittel in das Abgassystem mittels der Dosiervorrichtung eingedüst, d. h. zerstäubt. Als Reduktionsmittel dient Ammoniak.
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Da das Mitführen von Ammoniak in Fahrzeugen sicherheitskritisch ist, wird Harnstoff in wässriger Lösung eingesetzt, insbesondere Harnstofflösung gemäß DIN 70070 mit einem Harnstoffanteil von 32,5%.
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Die dabei eingesetzte Harnstofflösung gefriert bei Temperaturen von unter –11°C aufgrund des Wasseranteils.
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Problematisch ist somit, dass bei allen harnstoffführenden Bauteilen, insbesondere der Förderpumpe zur Förderung des Reduktionsmittels, derartiger Dosiersysteme Frostschäden bei tiefen Temperaturen auftreten können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Förderpumpe zur Förderung eines Reduktionsmittels derart weiterzubilden, dass diese auf einfache Weise frostsicher betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Förderpumpe gemäß Anspruch 1 respektive eine Anordnung gemäß Anspruch 9 gelöst.
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Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Förderpumpe zur Förderung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstofflösung, die zur Eindüsung in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion dient, wobei die Pumpe einen ersten Einlass mit einem ersten Einlassventil und einen Auslass aufweist, ist es, dass die Pumpe zumindest einen zweiten Einlass mit einem zweiten Einlassventil aufweist, wobei das zweite Einlassventil unabhängig vom ersten Einlassventil ansteuerbar und/oder betätigbar ist.
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Durch die Tatsache, dass die Pumpe ein zweites Einlassventil aufweist, welches unabhängig vom ersten Einlassventil ansteuerbar und/oder betätigbar ist, ist es möglich, an diesem zweiten Einlass eine Druckluftversorgung anzuschließen, um die Pumpe und die der Pumpe nachgeschalteten Anlagenbauteile bei einem Abschalten des Dosiersystems mittels Druckluft zu spülen und von der Harnstofflösung zu reinigen. Hierdurch kann der Frostschutz der Pumpe und der der Pumpe nachgeschalteten Bauteile die im Betrieb Harnstoff führen, durch eine einfache Belüftung nach Abschaltung der Dosierung garantiert werden.
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Die Tatsache, dass das zweite Einlassventil unabhängig vom ersten Einlassventil ansteuerbar und/oder betätigbar ist, bedeutet, dass ein Öffnen und Schließen der beiden Einlassventile vollständig unabhängig voneinander erfolgt und diese nicht etwa wie bei einem Mehrventilkopf eines Verbrennungsmotors kinematisch miteinander gekoppelt sind oder deren Betätigung sonstwie zwangsweise in gegenseitiger Abhängigkeit erfolgt.
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Somit kann die Pumpe über den ersten Einlass mit einem Reduktionsmitteltank verbunden werden und über den zweiten Einlass mit einem System gekoppelt werden, welches geeignet ist, Luft zur Spülung der Pumpe bereitzustellen.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Einlassventil und/oder bei dem zweiten Einlassventil um ein/mehrere Rückschlagventil/e.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Einlassventil um ein erstes druckbetätigtes Rückschlagventil, dessen Öffnungsdruck kleiner ist, als die bei einem Ansaugvorgang der Pumpe erzeugte Druckdifferenz.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem zweiten Einlassventil um ein zweites druckbetätigtes Rückschlagventil, dessen Öffnungsdruck größer ist, als die bei einem Ansaugvorgang der Pumpe erzeugte Druckdifferenz.
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Mit der bei dem Ansaugvorgang der Pumpe erzeugten Druckdifferenz ist gemeint der entstehende Unterdruck beim Zurückweichen des Kolbens im Falle einer Kolbenpumpe, respektive der Membran im Falle einer Membranpumpe. Vorzugsweise ist die Pumpe dementsprechend derart ausgebildet, dass am ersten Einlass der Pumpe die Reduktionsmittellösung über das erste druckbetätigte Rückschlagventil zugeführt wird, mit einem relativ niedrigen Öffnungsdruck. Am zweiten Einlassventil ist demgegenüber ein zweites druckbetätigtes Rückschlagventil mit einem hohen Öffnungsdruck vorgesehen, wobei der Öffnungsdruck dieses zweiten Rückschlagventils so hoch ist, dass dieses Ventil bei einem Ansaughub der Pumpe nicht öffnet. Im Dosierbetrieb erfolgt somit lediglich ein automatisches Öffnen des ersten Einlassventils, über das Reduktionsmittellösung in die Pumpe einströmt bei einem Ansaughub der Pumpe. Während eines solchen Ansaughubes der Pumpe im Dosierbetrieb bleibt jedoch das zweite Einlassventil geschlossen, da dieses einen höheren Öffnungsdruck aufweist.
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Erst wenn das Dosiersystem abgeschaltet wird, kann somit die reduktionsmittelführende Leitung abgesperrt werden und es wird über das zweite Einlassventil mittels Druckluft, deren Druck so hoch ist, dass das zweite Einlassventil öffnet, die Pumpe gespült.
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Im gewöhnlichen Betrieb, wenn die Pumpe Reduktionsmittellösung, insbesondere Harnstofflösung, ansaugt, ist der Öffnungsdruck des zweiten Rückschlagventils jedoch so hoch, dass dieses nicht durch den Ansaugvorgang der Pumpe geöffnet werden kann.
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Vorzugsweise ist der erste Einlass über eine Leitung, insbesondere eine absperrbare Leitung, mit einem Tank, aus dem Reduktionsmittel entnehmbar ist, verbunden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Einlass über eine Leitung, insbesondere eine absperrbare Leitung, mit einer Druckluftversorgung verbunden.
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Im Falle eines Nutzfahrzeuges, welches über eine eigene Druckluftversorgung verfügt, kann die Förderpumpe dementsprechend mit diesem Druckluftsystem des Nutzfahrzeuges verbunden werden, so dass bei Abschaltung des Dosiersystems und damit verbunden bei Abschaltung der Förderpumpe ein Spülen der Förderpumpe mittels Druckluft durchgeführt werden kann, nachdem die Reduktionsmittelleitung abgeklemmt wurde.
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Bei der Pumpe handelt es sich vorzugsweise um eine diskontinuierlich fördernde Pumpe, insbesondere eine Membranpumpe oder eine Kolbenpumpe.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Auslass der Pumpe zumindest ein Pulsationsdämpfer zum Ausgleich von Druckschwankungen nachgeschaltet, insbesondere ein gasgefüllter Pulsationsdämper.
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Es kann somit als Förderpumpe eine Membranpumpe oder Kolbenpumpe zum Einsatz kommen, um das Reduktionsmittel zu fördern, welches dann im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion zerstäubt wird.
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Um Druckschwankungen der diskontinuierlich fördernden Pumpe auszugleichen, kann auf der Druckseite der Pumpe ein Dämpfungsglied angeordnet sein, welches beispielsweise durch eine Gasblase gebildet wird. Die Anordnung des erfindungsgemäßen zweiten Einlassventils, über das die Pumpe mit Druckluft beschickbar ist, kann somit auch dem Füllen der Gasblase, welche das Dämpfungsglied bildet, dienen. Dieses Dämpfungsglied, welches der Pumpe nachgeschaltet ist und einen Pulsationsdämpfer bildet, dient somit dem Abfangen von Druckspitzen, die aufgrund der Arbeitsweise einer diskontinuierlich fördernden Membranpumpe oder Kolbenpumpe auftreten.
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Vorzugsweise ist am Auslass der Pumpe, d. h. auf der Druckseite, ebenfalls ein druckbetätigtes Rückschlagventil angeordnet, wodurch ein Rückströmen des Fluides in die Pumpe unterbunden wird.
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Die erfindungsgemäße Förderpumpe wird besonders vorteilhaft verwendet und angeordnet in einem Dosiersystem zur Einbringung eines Reduktionsmittels, insbesondere Harnstoff, insbesondere Harnstofflösung, in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das Dosiersystem mit einem Tank, aus dem Reduktionsmittel entnehmbar ist, verbindbar/verbunden ist, welches mittels der Pumpe gefördert wird, wobei das Dosiersystem einen ersten Reduktionsmittel führenden Strang aufweist und wobei das Dosiersystem eine Druckluftversorgung aufweist oder mit einer Druckluftversorgung verbindbar/verbunden ist und einen zweiten Druckluft führenden Strang und zumindest eine Düse aufweist, die mit beiden Strängen gekoppelt ist und die das Reduktionsmittel zusammen mit der Druckluft in den Abgasstrom eindüst.
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Durch eine solche erfindungsgemäße Anordnung wird einerseits eine kontinuierliche Förderung des Reduktionsmittels zur Zerstäuberdüse hin gewährleistet und andererseits steht die benötigte Druckluft bereit, die der Zerstäubung des Reduktionsmittels respektive der Reduktionsmittellösung dient.
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Hierdurch kann eine optimale Tröpfchengröße und ein optimiertes Spraybild einer luftunterstützen Düse erzielt werden.
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Eventuell auftretende Druckspitzen einer diskontinuierlich fördernden Pumpe können durch eine der Pumpe druckseitig nachgeschaltete Gasblase, die als Pulsationsdämpfer dient, abgefangen werden.
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Durch das zweite Einlassventil kann beim Freiblasen mit Druckluft direkt in den Hubraum der Pumpe Luft geblasen werden, d. h. dass die Pumpe und die der Pumpe nachgeschalteten Anlagenteile mit Luft gespült werden können, um die Anlage frostsicher zu machen. Dieses zweite Einlassventil kann nicht durch die Saugleistung der Pumpe geöffnet werden, da es einen höheren Öffnungsdruck aufweist, sondern es kann nur mit dem Luftdruck, der beim Freiblasen entsteht und der aus dem Druckluftsystem bereitgestellt wird, geöffnet werden.
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Hierdurch wird der Frostschutz der Pumpe und der der Pumpe nachgeschalteten Anlagenteile durch die Belüftungsroutine garantiert. Ferner kann die Pumpe belüftet werden, ohne ein zusätzliches Rückschlagventil für den Tank zu benötigen. Mit einem zusätzlichen Rückschlagventil vor dem Pumpeneinlassventil würde eine an dieser Stelle belüftete Pumpe mit geringem Unterdruck bzw. schwacher Saugleistung nicht mehr ansaugen können. Dies wird jedoch durch das erfindungsgemäße System vermieden. Es wird gewährleistet, dass jederzeit Reduktionsmittellösung unmittelbar vor dem ersten Einlassventil liegt, somit wird die Problematik des Trockenansaugens bei einer Belüftung vor der Pumpe umgangen. Hierdurch wird eine vorteilhafte und sehr preiswerte Möglichkeit des Frostschutzes geschaffen und es fallen keine weiteren Kosten für zusätzliche Frostschutzmaßnahmen an. Ferner kann durch dieses Prinzip auch das Luftpolster eines der Pumpe nachgeschalteten Dämpfungsgliedes befüllt bzw. nachgefüllt werden. Ein zusätzlicher Luftanschluss zur Befüllung des Dämpfungsgliedes ist somit nicht notwendig.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend erläutert.
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Es zeigt:
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1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Pumpe mit nachgeschaltetem Dämpfungsglied
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Förderpumpe 1. Bei der dargestellten Pumpe 1 handelt es sich um eine Kolbenpumpe. Die Kolbenpumpe 1 fördert mit jedem Hub 2 des Stößels 3 das über die Leitung 11 zugeführte Reduktionsmittel in Form einer Harnstofflösung. Bei jedem Hub 2 des Stößels 3 öffnet aufgrund des entstehenden Unterdruckes im Raum 4 das federbelastete Rückschlagventil 5 und lässt aus der Zuleitung 11, die mit einem nicht dargestellten Harnstofflösungstank verbunden ist, Harnstofflösung in den Hubraum 4 der Kolbenpumpe 1 einströmen.
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Mit Absenken des Kolbens 3 der Kolbenpumpe 1 schließt das Rückschlagventil 5 automatisch und das geförderte Fluid fließt aus dem sich verkleinernden Hubraum 4 über das nunmehr automatisch öffnende Rückschlagventil 7 am Auslass druckseitig aus der Pumpe 1 ab.
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Druckseitig ist der Pumpe 1 ein Dämpfungsglied in Form des Pulsationsdämpfers 8 nachgeschaltet. Dieser Pulsationsdämpfer 8 weist eine Gasblase 9 auf und ist somit geeignet, Druckspitzen des von der Kolbenpumpe 1 geförderten Fluides auszugleichen und das Fluid über die Druckleitung 10 zur nicht dargestellten Düse des Dosiersystems zur Eindüsung von Harnstofflösung in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors zuzuleiten.
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Neben dem ersten Einlassventil 5 in Form des selbsttätig schließenden Rückschlagventils 5 ist angeordnet ein zweites Einlassventil 6, bei dem es sich ebenfalls um ein selbsttätig schließendes Rückschlagventil handelt. Dieses zweite Einlassventil 6 hat jedoch einen deutlich höheren Öffnungsdruck als das erste Einlassventil 5, so dass dieses Einlassventil 6 nicht durch Anheben des Kolbens 3 bei einem Kolbenhub 2 öffnet.
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Der Öffnungsdruck des zweiten Einlassventils 6, bei dem es sich ebenfalls um ein federbelastetes Rückschlagventil handelt, liegt so hoch, dass dieser nur durch Beaufschlagung der Leitung 12 mittels Druckluft aus einem Druckluftsystem zu öffnen ist. Im normalen Dosierbetrieb ist somit das Rückschlagventil 6 geschlossen.
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Wird die Dosieranlage abgeschaltet, kann über die Leitung 12 das zweite Rückschlagventil 6 mit Druckluft beschickt werden, so dass der Hubraum 4 der Pumpe 1 sowie die druckseitig der Pumpe 1 folgenden Anlagenteile Auslassventil 7, Pulsationsdämpfer 8 und Druckleitung 10 mittels Druckluft gespült werden, so dass diese frostsicher sind.
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Ferner kann über die Leitung 12 und das Rückschlagventil 6 auch die Gasblase 9 des Dämpfungsgliedes 8 mit Luft beschickt werden.
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Die gesamte Anordnung gemäß 1 ist eingebunden in ein nicht dargestelltes Dosiersystem zur Eindosierung einer Harnstofflösung in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors.
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Die Zuleitung 11 ist dabei verbunden mit einem Harnstofflösungstank. Die Zuleitung 12 ist gekoppelt mit einem Druckluftversorgungssystem des Fahrzeuges.
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Alternativ kann es sich bei der Pumpe 1 auch um eine Membranpumpe handeln. Der Kern der Erfindung besteht somit darin, saugseitig an der Pumpe zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Einlassventile vorzusehen, bei dem der erste Einlass bereits unter einem geringeren Druck selbsttätig öffnet und mit Harnstofflösungsmittel beschickbar ist, wobei der zweite Einlass mit Druckluft beaufschlagbar ist und erst bei einem höheren Druck öffnet, d. h. im normalen Dosierbetrieb der Förderpumpe geschlossen ist. Druckseitig ist ein Auslass vorgesehen, zur Weiterleitung des geförderten Fluides.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Auslassventil 7 ebenfalls um ein federbelastetes Rückschlagventil, welches entweder durch den anliegenden Luftdruck aus der Druckluftleitung 12 geöffnet wird oder aber durch den Förderdruck der Pumpe 2 bei Absenken des Kolbens 3 und Verkleinerung des Hubraumes 4.
