DE102011078001A1 - Apparatus for regulating pressure in fluid delivery system, has control valve that is integrated in pressure regulator for controlling throttle between two switching positions so as to generate negative pressure pulse in pressure line - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckregelung und/oder Druckentlastung in einem Fluidfördersystem, insbesondere einem Dosiersystem für eine Harnstoff-Wasser-Lösung zur Abgasnachbehandlung, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Dosiersystem mit einer solchen Vorrichtung.The present invention relates to a device for pressure control and / or pressure relief in a fluid delivery system, in particular a metering system for a urea-water solution for exhaust aftertreatment, with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a metering system with such a device.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Ferner ist in der
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer Drossel anzugeben, welche sowohl eine Druckregelung als auch eine Druckentlastung in einem Fluidfördersystem, insbesondere einem Dosiersystem für eine Harnstoff-Wasser-Lösung zur Abgasnachbehandlung, ermöglicht. Eine Druckleitung des Fluidfördersystems ist hierzu über die Drossel mit einem Rücklauf verbunden. Die Druckentlastung soll ferner die Realisierung einer Rücksaugfunktion ermöglichen, mittels welcher eine zumindest teilweise Entleerung des Systems bewirkbar ist. Bei Einsatz der Vorrichtung in einem Dosiersystem soll über die Rücksaugfunktion ferner ein Öffnen eines Dosierventils des Dosiersystems und die Ansaugung von Luft über das geöffnete Dosierventil bewirkt werden, wobei die Luft das System bei tiefen Temperaturen vor Schäden durch Eisdruck schützt.Based on the above-mentioned prior art, the present invention has the object to provide a device with a throttle, which allows both a pressure control and a pressure relief in a fluid delivery system, in particular a metering system for a urea-water solution for exhaust aftertreatment. A pressure line of the fluid delivery system is connected via the throttle with a return. The pressure relief should also allow the realization of a Rücksaugfunktion, by means of which an at least partial emptying of the system is effected. When the device is used in a metering system, it is also intended to effect opening of a metering valve of the metering system and suction of air via the opened metering valve via the suckback function, the air protecting the system from damage by ice pressure at low temperatures.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Drossel, über welche eine Druckleitung mit einem Rücklauf verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist die Drossel regelbar und weist ein integriertes Wegeventil auf. Das Wegeventil ermöglicht in einer ersten Schaltstellung eine Druckregelung und in einer zweiten Schaltstellung eine schlagartige Druckentlastung zur Erzeugung eines Unterdruckpulses in der Druckleitung.The proposed device for solving the problem comprises a throttle, via which a pressure line with a return line is connectable. According to the invention, the throttle is adjustable and has an integrated directional control valve. The directional control valve allows in a first switching position, a pressure control and in a second switching position, a sudden pressure relief for generating a negative pressure pulse in the pressure line.
Die regelbare Drossel der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist demnach über einen Teil des Regelbereiches eine weitgehend linear verlaufende Kennlinie auf.The controllable throttle of the device according to the invention therefore has a largely linear characteristic over a portion of the control range.
Am Rand des Regelbereiches wird über das integrierte Wegeventil ein Entlastungsquerschnitt geöffnet, der im Verhältnis zum regelbaren Drosselquerschnitt deutlich größer ist. Dadurch wird mit Schalten des Wegeventils von der ersten in die zweite Schaltstellung schlagartig eine Druckentlastung bewirkt. Die Kennlinie der Drossel verläuft daher am Rand des Regelbereiches nicht linear. Das Wegeventil ist vorzugsweise als 2/2-Wegeventil ausgebildet. Durch die Integration des Wegeventils in die Drossel ist nur ein angetriebener Aktuator zur Realisierung der Funktionen Druckregelung und Druckentlastung erforderlich.At the edge of the control range, a relief cross section is opened via the integrated directional control valve, which is significantly larger in relation to the controllable throttle cross section. As a result, a pressure relief is abruptly effected by switching the directional control valve from the first to the second switching position. The characteristic curve of the throttle therefore does not run linearly at the edge of the control range. The directional control valve is preferably designed as a 2/2-way valve. By integrating the directional valve in the throttle only a driven actuator to realize the functions pressure control and pressure relief is required.
Bei Einsatz der Vorrichtung in einem Dosiersystem für eine Harnstoff-Wasser-Lösung zur Abgasnachbehandlung bewirkt die schlagartige Druckentlastung bei Schalten des Wegeventils von der ersten in die zweite Schaltstellung, dass über das rückströmende Fluid aufgrund von Massenträgheitseffekten ein Unterdruckpuls vor dem Dosierventil des Dosiersystems aufgebaut wird. Das Dosierventil öffnet und Luft wird angesaugt. Die angesaugte Luft schützt das System vor Schäden durch Eisdruck bei tiefen Temperaturen.When using the device in a metering system for a urea-water solution for exhaust aftertreatment causes the sudden pressure relief when switching the directional control valve from the first to the second switching position that on the back-flowing fluid due to inertia effects, a vacuum pulse is established before the metering valve of the metering. The metering valve opens and air is sucked in. The intake air protects the system from damage due to ice pressure at low temperatures.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Drossel eine Drosselscheibe mit einer zentralen Ausnehmung sowie einen mit der Ausnehmung zusammenwirkenden, axial verstellbaren und zumindest teilweise konisch ausgebildeten Regelkolben. Der zwischen dem Regelkolben und der Ausnehmung der Drosselscheibe verbleibende Drosselquerschnitt ist über eine axiale Verstellung des Regelkolbens veränderbar. Die axiale Verstellung kann beispielsweise über einen Schrittmotor bewirkt werden. Alternativ oder ergänzend kann auch die Ausnehmung der Drosselscheibe zumindest teilweise konisch ausgebildet sein, so dass ggf. ein konisch ausgebildeter Abschnitt am Regelkolben entbehrlich ist. According to a preferred embodiment of the invention, the throttle comprises a throttle plate with a central recess and a cooperating with the recess, axially adjustable and at least partially conical control piston. The remaining between the control piston and the recess of the throttle plate throttle cross section is variable via an axial adjustment of the control piston. The axial adjustment can be effected for example via a stepper motor. Alternatively or additionally, the recess of the throttle plate may be at least partially conical, so that, if necessary, a conically formed portion on the control piston is unnecessary.
Weiterhin bevorzugt begrenzt die Drosselscheibe einen Druckraum, in dem Systemdruck herrscht. Der Systemdruck hält die Drosselscheibe in der ersten Schaltstellung des Wegeventils in Anlage mit einem Ventilsitz. Die Drosselscheibe dient demnach zugleich als Ventilschließelement, das in der ersten Schaltstellung des Wegeventils den Ventilsitz und damit den Entlastungsquerschnitt dicht verschließt. Zur Ausbildung des Ventilschließelementes kann die Drosselscheibe ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Vorzugsweise ist sie zumindest teilweise elastisch ausgebildet. Beispielsweise kann die Drosselscheibe in eine Membran eingespritzt sein. Damit im Druckraum Systemdruck herrscht, ist der Druckraum unmittelbar oder mittelbar mit der Druckleitung verbunden.Further preferably, the throttle plate limits a pressure chamber in which system pressure prevails. The system pressure holds the throttle disk in the first switching position of the directional valve in contact with a valve seat. Accordingly, the throttle disk also serves as a valve closing element, which tightly seals the valve seat and thus the relief cross section in the first switching position of the directional control valve. To form the valve closing element, the throttle disk can be designed in one or more parts. Preferably, it is at least partially elastic. For example, the throttle plate may be injected into a membrane. So that in the pressure chamber system pressure prevails, the pressure chamber is directly or indirectly connected to the pressure line.
Vorteilhafterweise ist die Drosselscheibe durch die Federkraft eines Federelementes gegenüber dem Ventilsitz axial vorgespannt. Muss beispielsweise zur Inbetriebnahme des Fluidfördersystems der Systemdruck im Druckraum erst aufgebaut werden, stellt die Federkraft der Feder die Anlage der Drosselscheibe am Ventilsitz sicher. Dadurch ist ein schneller Druckaufbau gewährleistet.Advantageously, the throttle plate is axially biased by the spring force of a spring element relative to the valve seat. If, for example, the system pressure in the pressure chamber first has to be established in order to start up the fluid delivery system, the spring force of the spring ensures the installation of the throttle plate on the valve seat. This ensures a quick pressure build-up.
Weiterhin bevorzugt besitzt der Ventilsitz eine ringförmige Dichtfläche, deren Innendurchmesser größer als der Öffnungsdurchmesser der zentralen Ausnehmung ist. Dadurch ist eine dichte Anlage der Drosselscheibe am Ventilsitz sichergestellt.Further preferably, the valve seat has an annular sealing surface whose inner diameter is greater than the opening diameter of the central recess. This ensures a tight contact of the throttle disk with the valve seat.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Ventilsitz an einem hülsenförmigen Bauteil ausgebildet ist, welches den axial verstellbaren Regelkolben umgibt und zur Ausbildung eines ringförmigen Ventilraumes zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt ist. Die ringförmige Dichtfläche des Ventilsitzes wird dann vorzugsweise von einer Stirnfläche des hülsenförmigen Bauteils gebildet. Alternativ oder ergänzend zur doppelwandigen Ausführung kann das hülsenförmige Bauteil einen radial überstehenden Flansch aufweisen, welcher mit einem Gehäuseteil der Vorrichtung derart zusammenwirkt, dass ein ringförmiger Ventilraum ausgebildet wird. Der ringförmige Ventilraum ist weiterhin vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar mit der Druckleitung verbunden, so dass im Ventilraum Systemdruck herrscht. Die Verbindung mit der Druckleitung kann beispielsweise über wenigstens eine Radialbohrung in der doppelten Wandung des hülsenförmigen Bauteils und/oder dem Gehäuseteil erfolgen.Furthermore, it is proposed that the valve seat is formed on a sleeve-shaped component, which surrounds the axially adjustable control piston and is at least partially double-walled to form an annular valve space. The annular sealing surface of the valve seat is then preferably formed by an end face of the sleeve-shaped component. Alternatively or in addition to the double-walled embodiment, the sleeve-shaped component may have a radially projecting flange which cooperates with a housing part of the device such that an annular valve space is formed. The annular valve space is furthermore preferably connected directly or indirectly to the pressure line, so that system pressure prevails in the valve space. The connection to the pressure line can be made for example via at least one radial bore in the double wall of the sleeve-shaped component and / or the housing part.
Der Ventilraum ist in der zweiten Schaltstellung des Wegeventils über den Ventilsitz mit dem Rücklauf verbindbar. Zur Verbindung des Ventilraums mit dem Rücklauf wird die Drosselscheibe von dem Ventilsitz angehoben. Die hierzu erforderliche Kraft wird von dem Regelkolben auf die Drosselscheibe aufgebracht, indem dieser mit einem Abschnitt in die Ausnehmung der Drosselscheibe einfährt, der einen größeren Außendurchmesser als der Öffnungsquerschnitt der Ausnehmung besitzt. Der Drosselquerschnitt wird auf diese Weise auf null reduziert, gleichzeitig öffnet das Wegeventil und gibt einen Entlastungsquerschnitt zur Druckentlastung in der Druckleitung frei. Öffnet das Wegeventil schlagartig, wird in der Druckleitung der erwünschte Unterdruckpuls zur Realisierung einer Rücksaugfunktion geschaffen.The valve chamber is connectable in the second switching position of the directional control valve via the valve seat with the return. To connect the valve chamber with the return, the throttle plate is lifted from the valve seat. The force required for this purpose is applied by the control piston on the throttle plate by this retracts with a portion in the recess of the throttle plate, which has a larger outer diameter than the opening cross-section of the recess. The throttle cross section is reduced in this way to zero, at the same time opens the directional control valve and releases a relief cross section for pressure relief in the pressure line. Opens the directional control valve abruptly, the desired negative pressure pulse for realizing a Rücksaugfunktion is created in the pressure line.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilraum über mehrere Bohrungen in der Drosselscheibe mit dem Druckraum auf der anderen Seite der Drosselscheibe verbunden. Auf diese Weise ist nur ein Anschluss der Vorrichtung an die Druckleitung erforderlich. Der Druckraum wird dabei vorzugsweise über den Ventilraum mit Systemdruck versorgt. Die mehreren Bohrungen sind weiterhin vorzugsweise ringförmig um die zentrale Ausnehmung der Drosselscheibe herum angeordnet.According to a further preferred embodiment of the invention, the valve chamber is connected via a plurality of bores in the throttle disk with the pressure chamber on the other side of the throttle disk. In this way, only one connection of the device to the pressure line is required. The pressure chamber is preferably supplied via the valve chamber with system pressure. The plurality of bores are furthermore preferably arranged annularly around the central recess of the throttle disk.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird weiterhin ein Dosiersystem für eine Harnstoff-Wasser-Lösung zur Abgasnachbehandlung mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Förderaggregat vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist dabei auf der Druckseite des Förderaggregats angeordnet und verbindet über eine Drossel eine Druckleitung mit einem Rücklauf. Die Vorteile, die sich aus dem Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Dosiersystem ergeben, sind vorstehend bereits angesprochen worden. Insbesondere erlaubt die Integration eines Wegeventils in die Drossel eine schlagartige Druckentlastung des Systems, so dass eine Rücksaugfunktion realisierbar ist. Dies macht den Einsatz eines einfachen und kostengünstigen Förderaggregats, wie beispielsweise einer Membranpumpe, möglich, da diese keine Umkehr der Förderrichtung zum Rücksaugen des Fluids mehr bewirken muss. In Schließstelllung des Wegeventils ist die Druckleitung über den Drosselquerschnitt zwischen der Drosselscheibe und dem Regelkolben weiterhin mit dem Rücklauf verbunden, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Druckregelung einsetzbar ist. Es kann demnach ferner eine Pumpe als Förderaggregat eingesetzt werden, die einen konstanten Volumenstrom fördert. Darüber hinaus kann der Regelkolben so weit in die Ausnehmung der Drosselscheibe eingefahren werden, dass der Drosselquerschnitt gleich Null ist. Dann ist die Verbindung der Druckleitung zum Rücklauf unterbrochen, um beispielsweise bei Wiederanfahren des Systems einen schnellen Druckaufbau zu ermöglichen.To achieve the object mentioned above, a metering system for a urea-water solution for exhaust gas aftertreatment with a device according to one of the preceding claims and a delivery unit is further proposed. The device is arranged on the pressure side of the delivery unit and connects via a throttle a pressure line with a return. The advantages which result from the use of a device according to the invention in a metering system have already been mentioned above. In particular, the integration of a directional control valve into the throttle allows a sudden pressure relief of the system, so that a Rücksaugfunktion can be realized. This makes it possible to use a simple and cost-effective delivery unit, such as a diaphragm pump, since this no longer has to effect a reversal of the conveying direction for sucking back the fluid. In the closing position of the directional control valve, the pressure line is above the throttle cross section between the throttle plate and the control piston continues to be connected to the return, so that the device according to the invention can also be used for pressure control. It can therefore also be used as a delivery unit, a pump that promotes a constant volume flow. In addition, the control piston can be retracted so far into the recess of the throttle disc, that the throttle cross section is equal to zero. Then the connection of the pressure line to the return line is interrupted to allow, for example, when restarting the system a rapid pressure build-up.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:A preferred embodiment of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Der Explosionszeichnung der
In der Drosselscheibe
Das Wegeventil umfasst demnach das hülsenförmige Bauteil
Noch deutlicher geht das Zusammenwirken der Komponenten aus den
Zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Vorrichtung wird auf die
In der
Das Fluid strömt im Regelbetrieb in Richtung der Pfeile
Werden sehr große Volumenstrommengen angefordert, kann die Drossel
Wird der Regelkolben
Nach erfolgtem Rücksaugen und bei erneuter Inbetriebnahme des Systems wird der Regelkolben
Die Erfindung ist in allen Systemen, in welchen ein Systemdruck konstant gehalten bzw. geregelt werden muss, einsetzbar. Zudem ist sie in allen Systemen verwendbar, in denen auf effiziente und kostengünstige Art und Weise eine schnelle Druckentlastung – gleich zu welchem Zwecke – erzielbar sein muss. Demzufolge ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in allen Druckregelkreisen mit Schnellabschaltung bzw. schneller Druckentlastung einsetzbar.The invention can be used in all systems in which a system pressure must be kept constant or regulated. In addition, it can be used in all systems in which an efficient and cost-effective manner, a rapid pressure relief - for whatever purpose - must be achievable. Consequently, the device according to the invention can be used in all pressure control circuits with rapid shutdown or rapid pressure relief.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Drosselthrottle
- 22
- Druckleitungpressure line
- 33
- Rücklaufreturns
- 44
- Wegeventilway valve
- 55
- Drosselscheibethrottle disc
- 66
- Ausnehmungrecess
- 77
- Regelkolbencontrol piston
- 88th
- Druckraumpressure chamber
- 99
- Ventilsitzvalve seat
- 1010
- Federelementspring element
- 1111
- Dichtflächesealing surface
- 1212
- hülsenförmiges Bauteilsleeve-shaped component
- 1313
- Ventilraumvalve chamber
- 1414
- Bohrungdrilling
- 1515
- Gehäuseteilhousing part
- 1616
- Dichtringseal
- 1717
- Membranmembrane
- 1818
- Schrittmotorstepper motor
- 1919
- Radialbohrungradial bore
- 2020
- Ringraumannulus
- 2121
- Flanschflange
- 2222
- Verstellrichtungadjustment
- 2323
- FluidströmungsrichtungFluid flow direction
- 2424
- zylinderförmiger Ansatzcylindrical approach
- 2525
- konisch verlaufender Abschnittconical section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 9017096 U1 [0003] DE 9017096 U1 [0003]
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2011
- 2011-06-22 DE DE102011078001A patent/DE102011078001A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |