DE102010039103A1

DE102010039103A1 - Dosiersystem sowie 3/2-Wegeventil für ein Dosiersystem

Info

Publication number: DE102010039103A1
Application number: DE102010039103A
Authority: DE
Inventors: Ewgenij Landes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Dosiermodul (1), einen Reduktionsmittel-Vorratstank (2) und ein Fördermodul (3) zum Fördern des Reduktionsmittels über Leitungen (4) vom Vorratstank (2) zum Dosiermodul (1) sowie einer Ventilanordnung (5) zum Betrieb des Systems in einem Rücksaugmodus, um eine zumindest teilweise Entleerung des Systems zu ermöglichen. Erfindungsgemäß umfasst die Ventilanordnung (5) ein 3/2-Wegeventil (6), ein Wechselventil (7) oder zwei steuerbare Rückschlagventile (8). Die Erfindung betrifft ferner ein 3/2-Wegeventil für ein solches Dosiersystem.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Abgasnachbehandlung und betrifft im Besonderen ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges. Als Reduktionsmittel findet insbesondere eine wässrige Harnstofflösung Einsatz, welche im Abgasstrang die Bildung von Ammoniak bewirkt, der mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden in einem nachgeschalteten Katalysator zu harmlosem Stickstoff und Wasser reagiert. Dieser Vorgang ist auch unter der Bezeichnung selektive katalytische Reduktion bekannt. Der Stickoxidausstoss eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines solchen mit einem Dieselmotor, kann bei einer entsprechenden Nachbehandlung der Abgase deutlich abgesenkt werden.
Ein Nachteil der wässrigen Harnstofflösung besteht jedoch darin, dass sie bei Temperaturen von weniger als –11°C gefriert und sich dabei ausdehnt. Um mit wässriger Harnstofflösung gefüllte Leitungen und Komponenten eines Dosiersystems vor Eisdruck zu schützen, werden die Systeme bei Stillstand des Kraftfahrzeuges in der Regel zumindest teilweise entleert.
Stand der Technik
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Dosiersystem ist beispielhaft in den 1 und 2 dargestellt. Es umfasst ein Dosiermodul 1, einen Vorratstank 2, ein Fördermodul 3 sowie Leitungen 4 zur Verbindung der vorstehend genannten Komponenten. Über das Fördermodul 3 wird das im Vorratstank 2 bevorratete Reduktionsmittel dem Dosiermodul 1 zugeführt, mittels dessen es in den Abgasstrang eindosiert wird. Um Eisdruckschäden bei Stillstand der Brennkraftmaschine zu verhindern, ist das System zumindest teilweise entleerbar. Hierzu umfasst das System eine Ventilanordnung 5 in Form eines 4/2-Wegeventils, das in einer ersten Schaltstellung den Normalbetrieb (siehe 1) und in einer zweiten Schaltstellung einen Rücksaugbetrieb (siehe 2) bei gleichbleibender Förderrichtung des Fördermoduls 3 ermöglicht. Um in den Rücksaugbetrieb zu gelangen wird das 4/2-Wegeventil durch elektrische Betätigung geschaltet und in dieser Schaltstellung gehalten. Zugleich wird das Dosiermodul 1 geöffnet. Nunmehr wird Reduktionsmittel aus dem Druckbereich angesaugt und der Zulauf bzw. die Leitung 4 zwischen dem Vorratstank 2 und der Ventilanordnung 5 dient als Rücklauf.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels anzugeben, das zugleich robust aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Dosiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird ein 3/2-Wegeventil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, umfasst ein Dosiermodul, einen Reduktionsmittel-Vorratstank und ein Fördermodul zum Fördern des Reduktionsmittels über Leitungen vom Vorratstank zum Dosiermodul sowie einer Ventilanordnung zum Betrieb des Systems in einem Rücksaugmodus, um eine zumindest teilweise Entleerung des Systems zu ermöglichen. Erfindungsgemäß umfasst die Ventilanordnung des vorgeschlagenen Dosiersystems ein 3/2-Wegeventil, ein Wechselventil oder zwei steuerbare Rückschlagventile. Der Aufbau der Ventilanordnung kann dadurch vereinfacht werden. Die Ventilanordnung umfasst zudem weniger Bauteile und kann demnach kostengünstig hergestellt werden. Zugleich erweist sich ein solches Dosiersystem als äußerst robust.
Vorzugsweise ist über die Ventilanordnung eine Verbindung mit einer separaten Rücklaufleitung herstellbar, die ausschließlich als Rücklauf dient. Das heißt, dass im Rücksaugmodus der Zulauf weiterhin als Zulauf dienen kann, da der Rücklauf über eine separate Leitung sichergestellt ist. Die separate Rücklaufleitung ist vorzugsweise in Förderrichtung nach dem Fördermodul jedoch vor der Ventilanordnung angeordnet, so dass das rückzusaugende Medium die Ventilanordnung nur einmal zu durchströmen braucht.
Weiterhin vorzugsweise fördert das Fördermodul auch im Rücksaugmodus Reduktionsmittel aus dem Vorratstank. Das heißt, dass der Rücksaugbetrieb parallel zum Förderbetrieb geschaltet ist, wobei das aus dem Vorratstank geförderte Reduktionsmittel nicht dem Dosiermodul, sondern gemeinsam mit dem rückgesaugten Reduktionsmittel über die separate Rücklaufleitung wieder dem Vorratstank zugeführt wird.
Um die Fördermenge im Rücksaugbetrieb zu verringern, ist bevorzugt zwischen dem Vorratstank und dem Fördermodul eine Drossel angeordnet, die weiterhin bevorzugt in die Ventilanordnung integriert ist. Dadurch ist sichergestellt, dass eine Reduzierung der Fördermenge nur im Rücksaugbetrieb erfolgt.
Da eine Umkehr der Förderrichtung des Fördermoduls zum Betrieb des Dosiersystems im Rücksaugmodus nicht erforderlich ist, kann als Fördermodul auch eine Membranpumpe eingesetzt werden.
Weiterhin wird ein in ein erfindungsgemäßes Dosiersystem einsetzbares 3/2-Wegeventil vorgeschlagen. Dieses ist vorzugsweise elektrisch oder elektromagnetisch betätigbar und/oder zumindest teilweise in eine Ausnehmung eines Gehäuseteils des Fördermoduls einsetzbar. Somit ist ein eigenes Gehäuse zur Anordnung des Ventils entbehrlich. Das Betätigungsmittel kann eine elektrische Spule bzw. einen Elektromagneten umfassen, der mit dem Gehäuseteil vergossen und/oder umspritzt ist. Das Betätigungsmittel kann auch als separates Bauteil ausgebildet sein und/oder optional eine Heizfunktion besitzen. Die erforderlichen Dichtkonturen, Führungen und/oder Dichtungen des Ventils können in das Gehäuseteil integriert sein. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl der Bauteile weiter reduzieren, was sich wiederum günstig auf die Herstellungskosten auswirkt.
Vorzugsweise umfasst das 3/2-Wegeventil ferner einen Drucksensor, einen Durchflusssensor, eine Drossel und/oder eine Heizvorrichtung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Dosiersystems im normalen Betriebsmodus,
2 eine schematische Darstellung des Systems der 1 im Rücksaugmodus,
3 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Dosiersystems im normalen Betriebsmodus,
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Dosiersystems der 3 im Rücksaugmodus,
5 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Dosiersystems,
6 eine schematische Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen Dosiersystems,
7 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes 3/2-Wegeventil im normalen Betriebsmodus und
8 eine Schnittdarstellung durch das Ventil der 7 im Rücksaugmodus.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Hinsichtlich der 1 und 2, welche ein aus dem Stand der Technik bekanntes Dosiersystem betreffen, wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosiersystems ist den 3 und 4 zu entnehmen. Im Unterschied zu dem Dosiersystem der 1 und 2 weist das erfindungsgemäße System eine Ventilanordnung 5 auf, die als 3/2-Wegeventil 6 ausgebildet ist. Ferner ist eine separate Rücklaufleitung 9 vorgesehen, über welche das rückzusaugende Medium dem Vorratstank 2 zugeführt wird. In der Rücklaufleitung 9 ist ferner eine Drossel 10 angeordnet, die jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Eine weitere Drossel 10 befindet sich in der Leitung 4, welche den Vorratstank 2 mit dem Fördermodul 3 verbindet. Alternativ kann die Drossel 10 auch in die Ventilanordnung 5 in der Weise integriert sein, dass ausschließlich im Rücksaugbetrieb die Fördermenge gedrosselt wird. Der Normalbetrieb des in den 3 und 4 dargestellten Dosiersystems entspricht dem des in den 1 und 2 dargestellten bekannten Systems (siehe 3). Der unterschiedliche Aufbau kommt lediglich im Rücksaugmodus zum Tragen. Durch Betätigung der Ventilanordnung 5 bzw. des 3/2-Wegeventils 6 der Druckbereich mit dem Saugbereich verbunden und gleichzeitig der Druckbereich in Richtung der Pumpe verschlossen (siehe 4). Mit Öffnen des Dosiermoduls kann demnach der Druckbereich leer gesaugt und das abgesaugte Reduktionsmittel über die Rücklaufleitung 9 dem Vorratstank 2 zugeführt werden. Gleichzeitig wird weiteres Reduktionsmittel aus dem Vorratstank 2 angesaugt, was jedoch ebenfalls über die Rücklaufleitung 9 zurück in den Vorratstank 2 gelangt. Durch die Drossel 10 ist gewährleistet, dass die zusätzlich geförderte Menge gering gehalten wird.
Alternative Ausführungsformen sind in den 5 und 6 dargestellt. Sie unterscheiden sich von der der 3 und 4 lediglich dadurch, dass entweder zwei steuerbare Rückschlagventile 8 (siehe 5) oder ein steuerbares Wechselventil 7 (siehe 6) als Ventilanordnung 5 vorgesehen sind bzw. ist. Zur Ansteuerung sind die Rückschlagventile 8 und das Wechselventil 7 mit einer Steuereinheit verbindbar (siehe gestrichelte Linien).
Unabhängig von der jeweils gewählten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosiersystems kann dieses ferner wenigstens einen Filter 14 sowie wenigstens ein Rückschlagventil 13 umfassen. Vorzugsweise ist jeweils stromaufwärts und stromabwärts des Fördermoduls 3 ein Rückschlagventil 13 angeordnet, um ein Strömen des Mediums gegen die Förderrichtung des Fördermoduls 3 zu unterbinden. Darüber hinaus kann ein Drucksensor 15 vorgesehen sein.
Den 7 und 8 ist ein 3/2-Wegeventil 6 in unterschiedlichen Betriebsstellungen zu entnehmen, das in ein erfindungsgemäßes Dosiersystem einsetzbar ist. Das dargestellte Ventil besteht aus einer Ausnehmung 11 in einem Gehäuseteil 12, beispielsweise einem Gehäuseteil 12 des Fördermoduls 3, in welche ein mit der Federkraft einer Feder 23 in Richtung eines ersten Dichtsitzes beaufschlagter Anker 22 mit einem Dichtelement 20 angeordnet ist. Der mit dem Dichtelement 20 zusammenwirkende Dichtsitz wird durch eine im Gehäuseteil 12 ausgebildete Dichtkontur 19 gebildet. Zur Betätigung des Ankers 22 ist ferner ein Elektromagnet 24 zumindest teilweise in die Ausnehmung 11 des Gehäuseteils 12 eingesetzt. Bei Bestromung des Elektromagneten 24 wird der Anker 22 aus seinem Dichtsitz angehoben bis er an einer weiteren Dichtkontur 19 anliegt (siehe 8). Auf der Druckseite 16 ist in dieser Schaltstellung der Anschluss 18 zum Dosiermodul 1 versperrt. Das Dosiermodul 1 wird stattdessen über den Anschluss 18 entleert und über den offenen Dichtsitz der Saugseite 17 zugeführt. Gleichzeitig bewirkt eine in das Ventil 6 integrierte Drossel 10, dass die gleichzeitig aus dem Vorratstank 2 geförderte Menge an frischem Reduktionsmittel gedrosselt wird. In der Normalbetriebsstellung des Ventils 6 (siehe 7) entfaltet die Drossel 10 dagegen keine Wirkung. In das Ventil 6 bzw. in das Gehäuseteil 12 integrierte Dichtungen 21 stellen die Funktionsfähigkeit des Ventils 6 sicher.

Claims

Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Dosiermodul (1), einen Reduktionsmittel-Vorratstank (2) und ein Fördermodul (3) zum Fördern des Reduktionsmittels über Leitungen (4) vom Vorratstank (2) zum Dosiermodul (1) sowie einer Ventilanordnung (5) zum Betrieb des Systems in einem Rücksaugmodus, um eine zumindest teilweise Entleerung des Systems zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (5) ein 3/2-Wegeventil (6), ein Wechselventil (7) oder zwei steuerbare Rückschlagventile (8) umfasst.
Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Ventilanordnung (5) eine Verbindung mit einer separaten Rücklaufleitung (9) herstellbar ist, die ausschließlich als Rücklauf dient.
Dosiersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermodul (3) auch im Rücksaugmodus Reduktionsmittel aus dem Vorratstank (2) fördert.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Vorratstank (2) und dem Fördermodul (3) eine Drossel (10) angeordnet ist, die vorzugsweise in die Ventilanordnung (5) integriert ist.
Dosiersystem nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermodul (3) eine Membranpumpe ist.
3/2-Wegeventil für ein Dosiersystem nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es elektrisch oder elektromagnetisch betätigbar und/oder zumindest teilweise in eine Ausnehmung (11) eines Gehäuseteils (12) des Fördermoduls (3) einsetzbar ist.
3/2-Wegeventil für ein Dosiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Drucksensor, einen Durchflusssensor, eine Drossel und/oder eine Heizvorrichtung umfasst.