DE102010012651A1 - Abgasnachbehandlungseinrichtung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
- Aus der
DE 10 2008 012 780 A1 ist bereits eine Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt, bei welcher eine Pumpeinheit mit einer Pumpe eine Harnstoff-Wasser-Lösung unter Druck setzt und zu einem Dosierventil für einen Abgasstrom fördert. Der Druck ist dabei mittels eines Druckbegrenzungsventils begrenzt, dass in einer Pumpeinheit angeordnet ist. Dieses Druckbegrenzungsventil weist ein Begrenzergehäuse auf, innerhalb dessen sich eine Begrenzermembran über eine zentrale Stütz- und Führungsscheibe und eine Schraubendruckfeder elastisch an einem Einstellelement abstützt. - Die
DE 20 2006 009 403 U1 betrifft ein Druckbegrenzungsventil, das zwei Gehäuseteile aufweist, die gegeneinander verstellbar sind und durch ein Sicherungselement gegeneinander fixierbar sind. Das wird dadurch erreicht, dass die beiden Gehäuseteile über ein Gewinde miteinander verbunden sind. Durch das Verstellen der Gehäuseteile gegeneinander kann eine unterschiedliche Vorspannung einer Druckfeder erreicht werden, die den Öffnungs- bzw. Schliessdruck des Druckbegrenzungsventils definiert. Damit wird eine Justierung des Öffnungsdrucks ermöglicht. Das Sicherungselement ist im gezeichneten Ausführungsbeispiel als eine Verstemmung dargestellt. Zudem ist in der Vorteilsangabe aufgeführt, dass auch eine Kontermutter, ein in Bohrungen einsteckbarer Splint oder Klebstoff die beide Gehäuseteile gegeneinander fixieren kann, damit ein unbeabsichtigtes Verstellen des Öffnungs- bzw. Schließdrucks verhindert wird. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zu schaffen, mit welcher die einzuspritzende Harnstoff-Wasser-Lösung exakt dosierbar ist.
- 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 ist der Druck in der Abgasnachbehandlungseinrichtung sehr exakt auf einen Grenzdruck auslegbar, da ein Druckbegrenzungsventil Anwendung findet, welches genau einstellbar ist. Dazu ist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, welches eine Feder aufweist, die sich an einer Einstellschraube abstützt. Die Vorspannkraft dieser Feder bestimmt damit den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils. Zur Einstellung dieser Vorspannkraft ist die axiale Position dieser Einstellschraube somit festlegbar. Deren Außengewinde ist mit einem korrespondierenden Innengewinde stoffschlüssig verbindbar, so dass auch die Vorspannkraft der Schraubendruck festlegbar ist. Diese stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch Erhitzen erzeugt werden, wobei dazu sowohl das Außengewinde der Einstellschraube als auch das korrespondierende Innengewinde aus einem Thermoplasten gefertigt sind. Solche Thermoplasten werden unter Erhitzung zähflüssig, so dass sie sich nach dem Erkalten wieder gemeinsam verfestigen. Thermoplasten ermöglichen dabei infolge deren thermischer Isolation eine örtlich begrenzte Erwärmung, so dass das umgebende Gewinde nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Diese thermische Begrenzung der Schmelzzone hat zum einen den Vorteil, dass die stoffschlüssige Verbindung unter entsprechendem Kraftaufwand wieder lösbar gemacht werden kann. Zum anderen hat die thermische Begrenzung den Vorteil, dass die nicht angeschmolzenen Gewindegänge noch die Federkraft abstützen und sich die belastete Einstellschraube nicht axial verschiebt, was ansonsten eine Veränderung der Vorspannung zur Folge hätte.
- Das Gewinde kann zur Verbesserung der Genauigkeit der Einstellbarkeit und zur Erschwerung der ungewollten Verstellung als Feingewinde ausgeführt sein.
- Um die stoffschlüssige Verbindung wieder lösbar zu machen, ist ein entsprechend großes Drehmoment zum Ausschrauben der Einstellschraube notwendig. Aus diesem Grund ist an der Einstellschraube eine Mitnahmeprofil in Vielrundform von Vorteil.
- Das Mitnahmeprofil ist zudem notwendig, um die Vorspannung der Feder einzustellen.
- In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vor dem Ventilsitz eine Drosselblende vorgesehen, welche bei schlagartig öffnendem Druckbegrenzungsventil die Druckschwankungen sowohl von der Pumpe als auch zur Pumpe dämpft.
- Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
- Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert.
- In der Zeichnung zeigen:
-
1 schematisch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem Druckbegrenzungsventil, -
2 das Druckbegrenzungsventil aus1 in einem Detail, wobei ein Heizdraht zur Herstellung eines stoffschlüssigen Verbundes ersichtlich ist und -
3 das Druckbegrenzungsventil aus2 mit hergestelltem stoffschlüssigen Verbund. -
1 zeigt schematisch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit welcher eine HWL in einen Abgasstrom1 eines Dieselmotors2 eingespritzt wird. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist dabei eine Pumpeinheit3 auf, welche die HWL ansaugt und diese HWL unter Druck setzt und sie unter Druck an eine Dosiereinheit4 weiterleitet, welche einen Teil der HWL in den heißen Abgasstrom1 einspritzt. Außerdem wird die Dosiereinheit4 von der im Kreislauf zwischen der Pumpeinheit3 und der Dosiereinheit4 umlaufenden HWL gekühlt. - Die Pumpeinheit
3 umfasst eine Pumpe5 , einen Druckfilter6 und eine Steuerungseinheit7 . - Die Pumpe
5 ist als Membranpumpe ausgeführt und umfasst einen bürstenlosen Elektromotor8 mit einem ähnlich einem Kurbeltrieb arbeitenden Excentergetriebe9 . Dieses Excentergetriebe9 bewegt den mittigen Bereich einer Membran10 hin und her, welche an deren Umfang in einem Gehäuse11 eingespannt ist. In diesem Gehäuse11 sind außerdem zwei Rückschlagventile12 ,13 eingesetzt. Das eine Rückschlagventil12 öffnet in die eine Richtung, so dass ein von der Membran10 unter Druck setzbarer Druckraum14 unter Druck stehende HWL abgeben kann. Das andere Rückschlagventil13 öffnet in die entgegen gesetzte Richtung, so dass der Druckraum14 HWL ansaugen kann. Von jedem Rückschlagventil12 ,13 geht ein eigener in das Gehäuse11 eingearbeiteter Kanal ab. Das HWL ansaugende Rückschlagventil13 saugt die HWL über einen Saugkanal15 von einem HWL-Sauganschluss16 an. - Aus dem Druckraum
14 wird die HWL von der Membran10 über das andere Rückschlagventil12 und den von diesem abgehenden Druckkanal18 zu dem Druckfilter6 geleitet. Dabei geht vom Druckkanal18 eine Bohrung im Gehäuse11 ab, in die ein Druckbegrenzungsventil41 eingepresst ist. Dieses Druckbegrenzungsventil41 öffnet bei einem Grenzdruck und leitet die HWL zu einem Abströmkanal43 , der die HWL wieder in den Saugkanal15 einspeist. Um die sehr kriechfähige HWL mit Sicherheit davon abzuhalten, in die Umwelt zu gelangen, ist zum einen ein in2 ersichtlicher Dichtring45 am Druckbegrenzungsventil vorgesehen. Zum anderen verschließt ein zusätzlicher Deckel44 die Bohrung für das Druckbegrenzungsventil41 , der eine zusätzliche Dichtungsmaßnahme gegenüber dem Gehäuse11 aufweist. - Von diesem Druckfilter
3 wird die HWL zu einem HWL-Druckanschluss17 geleitet. Mit diesem Druckfilter3 wird die Dosiereinheit4 vor Schmutzpartikeln und damit vor Verstopfung geschützt. Der dem Druckfilter6 folgende HWL-Druckanschluss17 ist mit einer HWL-Leitung37 verbunden. Über diese externe HWL-Leitung37 ist der HWL-Druckanschluss17 mit der Dosiereinheit4 verbunden. Über die HWL-Leitung19 ist der HWL-Sauganschluss16 der Pumpeinheit3 mit einem Tank21 der HWL verbunden. Dabei ist in dieser HWL-Leitung19 ein Unterdruckventil39 und ein Schutzkörper40 angeordnet. - Über eine weitere HWL-Leitung
22 ist die Dosiereinheit4 mit dem Tank21 verbunden, so dass sich mit dem Fluss über eine Rücklaufblende23 in der Dosiereinheit4 ein Kreislauf bildet. - Die Pumpeinheit
3 weist zwei Kühlwasseranschlüsse24 ,25 auf. Diese beiden Kühlwasseranschlüsse24 ,25 führen an die beiden Enden eines Kühlkanals, der in das Gehäuse11 eingearbeitet ist. Da die beiden Kühlwasseranschlüsse24 ,25 andererseits in einen Kühlwasserkreislauf26 des Dieselmotors2 geschaltet sind, kann somit die Pumpeinheit3 durch das heiße Kühlwasser vom Kühlwasserkreislauf26 aufgetaut bzw. in betriebswarmer Temperatur gehalten werden. - Die Dosiereinheit
4 umfasst das elektromagnetische Dosierventil27 . Dieses elektromagnetische Dosierventil27 weist einen Elektromagneten28 mit einem Anker29 auf, der eine Schraubendruckfeder30 gegen deren Federkraft zusammendrücken kann, so dass der HWL-Druck eine Nadel31 in die geöffnete Stellung schieben kann. Wird der Elektromagnet28 nicht über seine Anschlüsse32 bestromt, so drückt die Schraubendruckfeder30 die Nadel31 wieder gegen einen Ventilsitz33 in eine geschlossene Stellung. Die Nadel31 ist dabei relativ lang in einem Kühlkanal34 angeordnet, der den Kreislauf zwischen zwei Dosiereinheitanschlüssen35 ,36 schließt. Diese Dosiereinheitanschlüsse35 ,36 sind dazu an den HWL-Leitungen22 ,37 angeschlossen. Wird die HWL im bestromten Zustand des Elektromagneten28 durch eine zentrale Öffnung im Ventilsitz33 hindurch gelassen, so wird die HWL durch eine Zerstäuberdüse geleitet. Diese Zerstäuberdüse ist als Dralldüse mit Düsenscheiben ausgeführt. Durch deren Formgebung erfährt die ausströmende HWL einen Drall, der die HWL beim Austritt zerstäubt. - Eingedüst wird die HWL in einen Bereich des Abgasstranges
1 , der vor einem Katalysator38 liegt. - Im Bereich der HWL-Leitung
37 ist der Druck und die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels eines Druck- und Temperatursensors48 ermittelbar. - Die Dosiereinheit
4 weist im Bereich des Dosiereinheitanschlusses36 die Rücklaufblende23 auf. Über diese Rücklaufblende36 wird die ständige Durchströmung der Dosiereinheit4 mit HWL sichergestellt. Dadurch wird zum einen die Temperatur der Dosiereinheit4 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.
-
2 zeigt das Druckbegrenzungsventil41 als Einzelteil. Dabei weist es einen Grundkörper46 auf, an dessen vorderem Ende eine Ringnut64 vorgesehen ist, in die ein der Dichtring45 eingesetzt ist, welcher als O-Ring ausgeführt ist. Dieser O-Ring liegt an der Innenseite der Bohrung des Gehäuses11 dichtend an und klemmt auch das Druckbegrenzungsventil41 in seiner axialen Position fest. Eine Passung am Außendurchmesser des Grundkörpers46 und der in1 ersichtliche Deckel44 können zusätzliche axial sichernde Funktion haben. Der Dichtring45 dichtet zudem eine Einlassöffnung47 gegen eine Ablassausnehmung57 ab. Diese Einlassöffnung47 ist an der Stirnseite des Druckbegrenzungsventils41 angeordnet, die über eine Drosselblende49 zu einem konischen Ventilsitz50 führt, an dem ein kugelförmiger Verschlusskörper51 unter eine Federkraft einer Schraubendruckfeder52 anliegt. Dazu stützt sich die Schraubendruckfeder52 an einer Einstellschraube53 ab, welche einen leicht konischen Aufnahmedorn58 für die Schraubendruckfeder52 aufweist. Die Einstellschraube53 ist dabei in ein Innengewinde54 einer fluchtend zur Einlassöffnung47 und zum Ventilsitz50 ausgerichteten zentralen Ausnehmung55 eingeschraubt. - Zwischen dieser Ausnehmung
55 und dem Ventilsitz50 liegt ein Aufnahmeraum56 für den Verschlusskörper51 . Von diesem Aufnahmeraum56 geht eine Ablassausnehmung57 ab, die durchgehend senkrecht zur Rotationsachse des Grundkörpers46 ausgerichtet ist. - Der Verschlusskörper
51 wird dabei vom Ventilsitz50 gegen die Kraft der vorgespannten Schraubendruckfeder52 abgehoben, sobald der Druck einen Grenzdruck überschreitet, der beispielsweise bei 12 bis 14 bar liegen kann. Bei abgehobenem Verschlusskörper51 wird die vom Druckkanal18 in die Einlassöffnung47 kommende HWL über die Drosselblende49 und den Ventilsitz50 zur Ablassausnehmung57 in den Abströmkanal43 geleitet. - Die Einstellschraube
53 weist an deren von dem Verschlusskörper51 abgewandter Seite ein Schrauben-Mitnahmeprofil63 in Vielrundform auf. Damit kann die Einstellschraube53 eingeschraubt werden, bis die Schraubendruckfeder52 die notwendige Vorspannkraft erreicht hat. Für eine sehr genaue Einstellung ist die Gewindepaarung zwischen dem Innengewinde54 und einem Außengewinde62 der Einstellschraube53 als Feingewinde ausgeführt. - Der Verschlusskörper
51 ist aus Edelstahl gefertigt, wohingegen der Grundkörper46 und die Einstellschraube53 aus Thermoplast gefertigt sind. Solche Thermoplasten sind beispielsweise unter den Markennamen Ultramid oder Grivory erhältlich. - Ist die Vorspannkraft eingestellt, so wird ein Heizdraht
59 zu einem dünnwandigen Bereich60 des Grundkörpers46 geführt. Dieser Bereich60 Liegt radial außerhalb von dem Innengewinde54 , so dass der Heizdraht59 den Bereich60 derart erhitzen kann, dass es zu einem örtlich begrenztem Verschmelzen von der Einstellschraube53 und dem Innengewinde54 kommt. Damit bildet sich dort ein stoffschlüssiger Verbund61 . Der Heizdraht59 hat zur Erwärmung eine Temperatur von über 400°C und wird mit einer erhöhten Kraft F über einen Weg Δs in den Bereich60 eingefahren, um den in3 ersichtlichen stoffschlüssigen Verbund61 im verschmolzenen Bereich zu unterstützen. - Der Heizdraht
59 kann als eine Art Lötspitze in eine Montage-/Prüfvorrichtung des Druckbegrenzungsventils41 integriert werden. - Der dünnwandige Bereich
60 kann eine Radialbohrung sein. Alternativ kann der dünnwandige Bereich auch eine Längsnut sein, die sich parallel zur Längsachse des Druckbegrenzungsventils41 erstreckt. Eine Längsnut ermöglicht einen variableren Angriffspunkt für den Heizdraht59 . - 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 NOx-Reduktion besonders notwendig. Zum anderen sind die Bauraumverhältnisse und Beschleunigungen bei einem solchen schweren Nutzfahrzeug derart, dass sich die Anordnung einer infolge des Elektromagneten
28 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. - Dem Ventilsitz kann eine Dralldüse folgen. Anstelle der Dralldüse kann jedoch auch eine andere Zerstäuberdüse vorgesehen sein.
- Ein mögliches und weit verbreitetes Schrauben-Mitnahmeprofil in Vielrundform ist unter dem Markennamen Torx erhältlich.
- Die aus der Ablassausnehmung
57 abgeführte HWL kann auch unmittelbar in den Tank21 oder in dessen Nahbereich abgeführt werden. - 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.
-
- 1
- Abgasstrom
- 2
- Dieselmotor
- 3
- Pumpeinheit
- 4
- Dosiereinheit
- 5
- Pumpe
- 6
- Druckfilter
- 7
- Steuerungseinheit
- 8
- Elektromotor
- 9
- Excentergetriebe
- 10
- Membran
- 11
- Gehäuse
- 12
- Rückschlagventil
- 13
- Rückschlagventil
- 14
- Druckraum
- 15
- Saugkanal
- 16
- Sauganschluss
- 17
- HWL-Druckanschluss
- 18
- Druckkanal
- 19
- HWL-Leitung
- 20
- Motorsteuergerät
- 21
- Tank
- 22
- HWL-Leitung
- 23
- Rücklaufblende
- 24
- Kühlwasseranschluss
- 25
- Kühlwasseranschluss
- 26
- Kühlwasserkreislauf
- 27
- Dosierventil
- 28
- Elektromagnet
- 29
- Anker
- 30
- Schraubendruckfeder
- 31
- Nadel
- 32
- Anschluss
- 33
- Ventilsitz
- 34
- Kühlkanal
- 35
- Dosiereinheitanschluss
- 36
- Dosiereinheitanschluss
- 37
- HWL-Leitung
- 38
- Katalysator
- 39
- Unterdruckventil
- 40
- Schutzkörper
- 41
- Druckbegrenzungsventil
- 42
- Einfüllstutzen
- 43
- Abströmkanal
- 44
- Deckel
- 45
- Dichtring
- 46
- Grundkörper
- 47
- Einlassöffnung
- 48
- Druck- und Temperatursensor
- 49
- Drosselblende
- 50
- Ventilsitz
- 51
- Verschlusskörper
- 52
- Schraubendruckfeder
- 53
- Einstellschraube
- 54
- Innengewinde
- 55
- Ausnehmung
- 56
- Aufnahmeraum
- 57
- Ablassausnehmungen
- 58
- Aufnahmedorn
- 59
- Heizdraht
- 60
- dünnwandiger Bereich
- 61
- Verbund
- 62
- Außengewinde
- 63
- Mitnahmeprofil
- 64
- Ringnut
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102008012780 A1 [0002]
- - DE 202006009403 U1 [0003]
Claims (9)
- Abgasnachbehandlungseinrichtung bei welcher eine Pumpe (
5 ) eine Harnstoff-Wasser-Lösung unter Druck setzt und zu einem Dosierventil (27 ) für einen Abgasstrom (1 ) fördert, wobei der Druck mittels eines Druckbegrenzungsventils (41 ) begrenzt ist, bei welchem ein Verschlusskörper (51 ) unter einer Federkraft dicht an einem Ventilssitz (50 ) anliegt, wobei die Federkraft mittels einer Einstellschraube (53 ) aus einem Thermoplasten einstellbar ist, die in ein Innengewinde (54 ) aus einem Thermoplasten eingeschraubt und mit diesem stoffschlüssig verbunden ist. - Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (
53 ) und das Innengewinde (54 ) an einem örtlich begrenzten Bereich eines Außengewindes (62 ) der Einstellschraube (53 ) infolge einer thermischen Einwirkung verbunden sind. - Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Paarung aus dem Außengewinde (
62 ) und dem Innengewinde (54 ) ein Feingewinde ist. - Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (
54 ) an einen Grundkörper (46 ) des Druckbegrenzungsventils (41 ) vorgesehen ist, in welchem eine fluchtend zur Federkraftrichtung ausgerichtete Einlassöffnung (47 ) und eine quer zu dieser Federkraftrichtung ausgerichtete Ablassausnehmung (57 ) vorgesehen sind. - Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (
50 ) einteilig mit dem Grundkörper (46 ) ist. - Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einlassöffnung (
47 ) und dem Ventilsitz (50 ) eine Drosselblende (49 ) vorgesehen ist. - Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (
53 ) auf deren dem Verschlusskörper (51 ) abgewandter Seite ein Mitnahmeprofil (63 ) in Vielrundform aufweist. - Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (
5 ) einer Pumpeinheit (3 ) mit einem Gehäuse (11 ) zugehörig ist, wobei das Druckbegrenzungsventil (41 ) in eine Bohrung dieses Gehäuses (11 ) eingesetzt ist und wobei die Bohrung nach außen mittels eines Deckels (44 ) abgedichtet ist. - Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtring (
45 ) in eine Ringnut (64 ) des Druckbegrenzungsventils (41 ) eingesetzt ist, der eine Einlassöffnung (47 ) gegen eine Ablassausnehmung (57 ) abdichtet.
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