DE102011088670A1 - Overrun barrier, particularly for exhaust gas aftertreatment system for reducing nitrogen oxide in exhaust gas of internal combustion engine, has pressure line, injection port and storage chamber, in which valve element is received - Google Patents

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Abstract

The overrun barrier (10) has a pressure line (14), an injection port (16) and a storage chamber (19), in which a valve element (42) is received for opening and closing a valve seat (40). A liquid storage (36) is received between an air volume (34) and the storage chamber filled with reducing agent (52). The freezing point of the liquid storage lies above the freezing point of the reducing agent. The storage chamber is separated by a membrane element (24). The valve element has a piston element (22) which is guided in a guide (20) that acts as damping element.

Description

Stand der TechnikState of the art

Zur Reduzierung von NOx, welches im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen enthalten ist, kommen heute Nachbehandlungsverfahren, beispielsweise die selektive katalytische Reduktion zum Einsatz. Bei der selektiven katalytischen Reduktion wird ein Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel, beispielsweise Harnstoff oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung über ein Dosiermodul in den Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Dabei wird das im Abgas der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine enthaltene NOx in N2 und H2O aufgespalten. Die Anforderungen, die an die Abgasnachbehandlungssysteme gestellt werden steigen stetig; so ist demnächst eine weitere Verschärfung der Abgasvorschriften durch die Norm Euro 6 zu erwarten. To reduce NO x , which is contained in the exhaust gas of internal combustion engines, in particular self-igniting internal combustion engines, today aftertreatment, for example, the selective catalytic reduction are used. In the selective catalytic reduction, an operating / auxiliary substance, in particular a reducing agent, for example urea or a urea-water solution, is injected via a metering module into the exhaust gas tract of an internal combustion engine. In this case, the NO x contained in the exhaust gas of the internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine, is split into N 2 and H 2 O. The demands placed on exhaust aftertreatment systems are steadily increasing; Thus, a further tightening of the exhaust gas regulations by the Euro 6 standard is expected in the near future.

Der Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere das Reduktionsmittel, das im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion in den Abgastrakt von Verbrennungskraftmaschinen eingespritzt wird, hat die Eigenschaft, bei Temperaturen von etwa –11°C zu gefrieren. Beim Gefrieren dehnt sich das Reduktionsmittel, beispielsweise ein Harnstoff-Wasser-Lösung um bis zu 10% seines Volumens aus. Aufgrund dessen sind die Komponenten, in denen der Betriebs-/Hilfsstoff bevorratet wird, eisdruckfest auszulegen.The operating / auxiliary substance, in particular the reducing agent, which is injected into the exhaust tract of internal combustion engines as part of the selective catalytic reduction, has the property of freezing at temperatures of about -11 ° C. Upon freezing, the reducing agent, for example a urea-water solution, expands by up to 10% of its volume. Due to this, the components in which the operating / auxiliary substance is stored must be designed for ice pressure.

In der Regel umfassen die Dosiermodule zumindest einen Injektor sowie ein Gehäuse mit einer integrierten Kühlwasserkühlung. Zum Schutz der in Dosiermodulen zum Einbringen des Betriebs-/Hilfsstoffes in den Abgastrakt von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzten, nicht eisdruckfest ausgelegten Injektoren werden diese mit einer gewissen Menge eingesaugter Luft versehen, so dass innerhalb des Injektors zumindest ein Eisexpansionsvolumen ausgebildet ist. Dieses gewährt beim Gefrieren des Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere des Reduktionsmittels, die Eisdruckfestigkeit des an sich nicht eisdruckfest ausgebildeten Injektors eines Dosiermoduls. Eine geringe Menge an eingesaugter Luft, beispielsweise 1 ml bis 3 ml Luft, werden im Wege des Impulsrücksaugens in einen Hohlraum des im Dosiermodul eingesetzten Injektors rückgesaugt. Dieses Luftvolumen, was beim Gefrieren das Eisexpansionsvolumen darstellt, kann bei einer direkt an dieses angeschlossenen Druckleitung in eben diese entweichen und steht somit nicht mehr als Eisexpansionsvolumen zur Verfügung. Weiterhin könnte das Reduktionsmittel nachlaufen oder durch eine vereiste Leitung gefrierendes Reduktionsmittel von einer Druckleitung in das Dosiermodul transportiert werden. Damit geht zwangsläufig ein unerwünschtes „Wiederbefüllen“ des zuvor als Expansionsvolumen vorgehaltenen Hohlraumes einher, so dass der durch dieses gebildete Schutz verlorengeht und der Injektor beim Gefrieren des Betriebs-/Hilfsstoffes beschädigt wird. As a rule, the dosing modules comprise at least one injector and a housing with integrated cooling water cooling. To protect the injectors used in metering modules for introducing the operating / auxiliary substance into the exhaust gas tract of internal combustion engines, not designed to be pressure-resistant, these are provided with a certain amount of sucked-in air, so that at least one expansion volume of ice is formed inside the injector. This grants the freezing of the operating / auxiliary material, in particular the reducing agent, the ice crushing strength of the non-ice pressure resistant trained injector of a dosing. A small amount of aspirated air, for example 1 ml to 3 ml of air, are sucked back into a cavity of the injector used in the metering module in the way of impulse back suction. This volume of air, which during freezing represents the expansion volume of the egg, can escape into this directly when connected to this pressure line and is thus no longer available as egg expansion volume. Furthermore, the reducing agent could run after or be transported by an iced line freezing reductant from a pressure line in the metering module. This is inevitably accompanied by an unwanted "refilling" of the previously held as expansion volume cavity, so that the protection formed by this is lost and the injector is damaged during freezing of the operating / auxiliary material.

Dieser Zustand stellt eine höchst unbefriedigende Lösung dar, der abzuhelfen ist.This condition is a most unsatisfactory solution to be remedied.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Dosiermodul für einen Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein gefrierfähiges Reduktionsmittel durch Vorsehen einer Nachlaufsperre so auszulegen, dass ein Nachlaufen des Betriebs-/Hilfsstoffes zum Beispiel aus einem höher angeordneten Bevorratungstank vermieden werden kann. Unerwünschte Wiederbefüllungen des Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines gefrierfähigen Reduktionsmittels, die bei einem nachfolgenden Gefrierzyklus zu einer Eisdruckbelastung des Dosiermoduls führen würden, werden durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wirksam unterbunden. Die Nachlaufsperre wird zwischen einer Fördervorrichtung für den Betriebs-/Hilfsstoff, wie eine Förderpumpe, und dem Dosiermodul eingesetzt. Bevorzugt wird die Nachlaufsperre direkt vor dem Dosiermodul angeordnet. In vorteilhafter Weise umfasst die Nachlaufsperre eine Steuerkammer, in der einerseits ein Luftvolumen, welches ein Eisexpansionsvolumen darstellt, und andererseits ein Flüssigkeitsvorrat aufgenommen sind. Bei diesem Flüssigkeitsvorrat handelt es sich um einen Flüssigkeitsvorrat einer Flüssigkeit mit einem höheren Gefrierpunkt als der des Betriebs-/Hilfsstoffs, insbesondere des Reduktionsmittels. Diese Flüssigkeit gefriert bei Gefrierzyklen vor dem Reduktionsmittel und blockiert im Gefrierfalle eine Membran beaufschlagende Ventilfeder. Durch den sich einstellende Eisdruck beim Gefrieren des Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines gefrierfähigen Reduktionsmittels, wird ein Öffnen eines Ventilgliedes verhindert. Der Flüssigkeitsvorrat gefriert vor dem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere gefrierfähiges Reduktionsmittel und verhindert ein Öffnen eines Ventilgliedes, welches als Kugel oder als Konus beschaffen sein kann.According to the invention, it is proposed to design a metering module for an operating / auxiliary substance, in particular a freezable reducing agent, by providing a caster so that running-on of the operating / auxiliary material, for example from a higher-lying storage tank, can be avoided. Unwanted refills of the operating / auxiliary substance, in particular a freezable reducing agent, which would lead to a Eisdruckbelastung the dosing in a subsequent freezing cycle, are effectively prevented by the proposed solution according to the invention. The caster is used between a conveyor for the operating / auxiliary material, such as a feed pump, and the metering module. The caster is preferably arranged directly in front of the metering module. Advantageously, the caster includes a control chamber in which on the one hand an air volume, which is a Eissepansionsvolumen, and on the other hand, a liquid reservoir are added. This liquid reservoir is a liquid reservoir of a liquid with a higher freezing point than that of the operating / auxiliary substance, in particular of the reducing agent. This liquid freezes during freezing cycles in front of the reducing agent and blocked in the freezing trap a membrane acting valve spring. Due to the self-adjusting ice pressure during freezing of the operating / auxiliary substance, in particular a freezable reducing agent, opening of a valve member is prevented. The liquid supply freezes before the operating / auxiliary substance, in particular freezable reducing agent and prevents the opening of a valve member, which may be designed as a ball or a cone.

Bei dieser Flüssigkeit mit einem höheren Gefrierpunkt als der des eingesetzten Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, kann beispielsweise Wasser gewählt werden, welches ein Gefrierpunkt von 0°C aufweist. Wasser kann jedoch nur bei einem Betriebstemperaturniveau unterhalb 100°C eingesetzt werden, da es andernfalls verdampft. Ferner kann der Druck in der Steuerkammer der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Nachlaufsperre einen Betriebsdruck von ca. 9 bar betragen, bevorzugt zwischen 5 bar und 6 bar. Dieser Druck sollte nicht überschritten werden, damit ein Schließen des Konus im Betrieb nicht auftritt; Überdrücke könnten erforderlichenfalls im Betrieb durch das Luftvolumen in der Steuerkammer kompensiert werden, wobei sich dieses Luftvolumen vorzugsweise zwischen dem Flüssigkeitsvorrat und einer Wand der Steuerkammer befindet. In this liquid with a higher freezing point than that of the operating / auxiliary substance used, in particular a reducing agent, for example, water can be selected which has a freezing point of 0 ° C. However, water can only be used at an operating temperature level below 100 ° C, otherwise it will evaporate. Furthermore, the pressure in the control chamber of the caster lock proposed according to the invention can be an operating pressure of approximately 9 bar, preferably between 5 bar and 6 bar. This pressure should not be exceeded so that closing of the cone does not occur during operation; If necessary, overpressures could occur during operation the volume of air in the control chamber can be compensated, this volume of air preferably being located between the liquid reservoir and a wall of the control chamber.

Das Ventilglied, welches entweder als ein Konus oder auch als Kugel beschaffen sein kann, kann an einem Ventilschaft aufgenommen sein und beispielsweise mit einem Membranelement versehen sein. Das Membranelement, beispielsweise ausgebildet als Membranteller kann seinerseits von einem Federelement beaufschlagt sein, welches in Schließrichtung wirkt. Das Federelement stützt sich beispielsweise an der Oberseite des Daches der Steuerkammer ab und kann von dem Flüssigkeitsvorrat umschlossen sein, wobei die Flüssigkeit einen höheren Gefrierpunkt hat als der eingesetzte Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere das eingesetzte Reduktionsmittel. Bei diesem handelt es sich beispielsweise um Harnstoff oder um eine Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL). The valve member, which may be designed either as a cone or as a ball, may be accommodated on a valve stem and be provided, for example, with a membrane element. The membrane element, for example, designed as a diaphragm plate can in turn be acted upon by a spring element which acts in the closing direction. The spring element is supported for example on the top of the roof of the control chamber and can be enclosed by the liquid reservoir, wherein the liquid has a higher freezing point than the used operating / auxiliary material, in particular the reducing agent. This is, for example, urea or a urea-water solution (HWL).

In einer Ausführungsform wirkt der Ventilschaft an seiner Oberseite als Kolben, der in einer Kolbenführung aufgenommen ist. In der Kolbenführung ist ein Luftvorrat vorhanden, der als Dämpfungsglied wirkt. Die Kolbenführung umfasst eine Ventilentlüftung, so dass sich relativ schnelle Öffnungszeiten, die in der Größenordnung von wenigen Sekunden liegen, einstellen und ein schneller Druckaufbau erfolgen kann. Zusätzlich werden bei einem Druckabfall langsame Schließzeiten erreicht, die in der Größenordnung von ca. 90 s liegen können und ein komplettes Belüften des Systems bei Anwendung gewährleisten.In one embodiment, the valve stem acts on its upper side as a piston, which is accommodated in a piston guide. In the piston guide an air supply is present, which acts as an attenuator. The piston guide comprises a valve vent, so that set relatively fast opening times, which are on the order of a few seconds, and a rapid pressure build-up can take place. In addition, with a pressure drop, slow closing times are achieved, which can be on the order of about 90 s and ensure complete ventilation of the system when used.

Beim Start aus gefrorenem Zustand heraus wird die Nachlaufsperre beispielsweise durch Kühlwasser oder Abwärme der Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine aufgetaut und der Konus kann – den entsprechenden Druckaufbau vorausgesetzt – wieder aus seinem Sitz gehoben werden, so dass der unter Betriebsdruck stehende Betriebs-/Hilfsstoff über das geöffnete Ventilglied dem Dosiermodul und damit dem Injektor zuströmen kann. When starting from a frozen state, the caster is thawed, for example, by cooling water or waste heat of the exhaust system of the internal combustion engine and the cone can - assuming the appropriate pressure build-up be lifted from its seat, so that the operating under operating pressure / excipient on the open valve member can flow to the dosing and thus the injector.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 eine Darstellung der Steuerkammer der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Nachlaufsperre mit geschlossenem Ventilglied, 1 a representation of the control chamber of the inventively proposed caster with closed valve member,

2 das Ventilglied in seiner Öffnungsstellung bei Eindosierbetrieb und 2 the valve member in its open position in dosing and

3 ein durch einen gefrorenen Flüssigkeitsvorrat blockiertes Membranelement und ein durch dieses geschlossenes Ventilglied. 3 a blocked by a frozen fluid reservoir membrane element and a valve member closed by this.

Ausführungsvariantenvariants

1 zeigt eine Steuerkammer der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Nachlaufsperre mit geschlossenem Ventilglied. 1 shows a control chamber of the inventively proposed caster with closed valve member.

1 zeigt ein Absperrventil bzw. eine Nachlaufsperre 10, welches eine Steuerkammer 18 umfasst und auch als Nachlaufsperre bezeichnet werden kann. Die Steuerkammer 18 ist an einem Anschluss 12 mit einer einen Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel führenden Druckleitung 14 verbunden. In der Druckleitung 14 herrscht ein Betriebsdruck von beispielsweise 9 bar, oder auch ein reduziertes Druckniveau in der Größenordnung von 5 bar. Desweiteren ist an der Steuerkammer 18 ein Injektoranschluss 16 vorgesehen, über welchen bei geöffnetem Ventilglied 42 der Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein gefrierfähiges Reduktionsmittel, dem Injektoranschluss 16 bereitgestellt wird und über diesen in den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. In einer Vorratskammer 19 wird das Reduktionsmittel bevorratet. 1 shows a shut-off valve or a caster 10 which is a control chamber 18 includes and can also be referred to as a caster. The control chamber 18 is at a connection 12 with an operating / auxiliary substance, in particular a reducing agent leading pressure line 14 connected. In the pressure line 14 prevails an operating pressure of 9 bar, for example, or a reduced pressure level in the order of 5 bar. Furthermore, at the control chamber 18 an injector port 16 provided, over which with open valve member 42 the operating / auxiliary substance, in particular a freezable reducing agent, the injector port 16 is provided and injected via this in the exhaust tract of the internal combustion engine. In a pantry 19 the reducing agent is stored.

Wie aus 1 hervorgeht, umfasst die Steuerkammer 18 eine Kolbenführung 20, welche in einen Kolben 22, der Teil eines Ventilschaftes ist, eintaucht. In der Kolbenführung 20 ist ein Luftvolumen bevorratet, so dass die Kombination aus Kolbenführung 20 und in diesem eintauchenden Kolben 22 des Ventilschaftes, als Dämpfungsglied wirkt. Der Kolbenführung 20 ist ein Ventil 30 zugeordnet, über das sich schnelle Öffnungszeiten bei einem Druckaufbau in der Steuerkammer 18 einerseits und langsame Schließzeiten des Ventilgliedes 42 bei Druckabbau einstellen. Die Öffnungszeiten liegen in der Größenordnung einiger Sekunden, während die Schließzeit mehr als 90 s betragen kann.How out 1 indicates, includes the control chamber 18 a piston guide 20 which is in a piston 22 , which is part of a valve stem, dips. In the piston guide 20 is an air volume stored, so that the combination of piston guide 20 and in this submerged piston 22 the valve stem, acts as an attenuator. The piston guide 20 is a valve 30 associated with rapid opening times when pressure builds up in the control chamber 18 on the one hand and slow closing times of the valve member 42 adjust at pressure reduction. The opening times are in the order of a few seconds, while the closing time can be more than 90 s.

1 kann desweiteren entnommen werden, dass die Kolbenführung 20 bzw. der Ventilschaft von einem Federelement 32 umschlossen sind. Das Federelement 32 stützt sich einerseits an einer Begrenzungswand der Steuerkammer 18 und andererseits auf einem Membranteller 26 eines beispielsweise kreisförmig ausbildbaren Membranelementes 24 ab. Oberhalb des Membranelementes 24 befindet sich ein Flüssigkeitsvorrat 36. Der Flüssigkeitsvorrat wird durch eine Flüssigkeit gebildet, die einen höheren Gefrierpunkt aufweist, als der über die Druckleitung 14 zugeführte Betriebs-/Hilfsstoff – insbesondere ein gefrierfähiges Reduktionsmittel, wie beispielsweise Harnstoff oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung. Oberhalb des Flüssigkeitsvorrates 36 befindet sich in der Steuerkammer 18 des Absperrventiles oder der Nachlaufsperre 10 ein Luftvolumen 34, welches ein Eisexpansionsvolumen darstellt. 1 can be further found that the piston guide 20 or the valve stem of a spring element 32 are enclosed. The spring element 32 supported on the one hand on a boundary wall of the control chamber 18 and then on a membrane plate 26 a circular formable membrane element, for example 24 from. Above the membrane element 24 there is a liquid supply 36 , The liquid reservoir is formed by a liquid having a higher freezing point than that via the pressure line 14 supplied operating / auxiliary material - in particular a freezable reducing agent, such as urea or a urea-water solution. Above the liquid supply 36 is located in the control chamber 18 the shut-off valve or the overrun barrier 10 an air volume 34 which represents an egg expansion volume.

Der Flüssigkeitsvorrat 36 ist durch das Membranelement 24, welches über eine Anbindung 28 mit der Steuerkammer 18 verbunden ist, von dem Bereich der Steuerkammer 18 getrennt, der über die Druckleitung 14 mit dem Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere gefrierfähiges Reduktionsmittel beaufschlagt ist. Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass bei dem in einem Ventilsitz 40 gestellten konusförmig ausgebildeten Ventilglied 42, der Ventilsitz 40 geschlossen ist, solange der Druck, der über die Druckleitung 14 in der Steuerkammer 18 ansteht, die Schließkraft des Federelementes 32 nicht überschreitet. The liquid supply 36 is through the membrane element 24 which has a connection 28 with the control chamber 18 is connected from the area of the control chamber 18 disconnected, via the pressure line 14 with the operating / auxiliary substance, in particular freezable reducing agent is acted upon. From the illustration according to 1 it turns out that when in a valve seat 40 Asked cone-shaped valve member 42 , the valve seat 40 closed, as long as the pressure is above the pressure line 14 in the control chamber 18 is present, the closing force of the spring element 32 does not exceed.

Im Ausführungsbeispiel, welches in 1 dargestellt ist, ist das Ventilglied 42 als Konus ausgebildet und umfasst eine Mantelfläche 44, die eine Schließfläche in Bezug auf den Ventilsitz 40 im Boden der Steuerkammer 18 darstellt. Das Ventilglied 42 und das Membranelement 24 sind symmetrisch zur Symmetrieachse 46 eines einen kolbenförmigen Abschluss 22 aufweisenden Ventilschaftes ausgebildet. In the embodiment, which in 1 is shown, the valve member 42 formed as a cone and comprises a lateral surface 44 that has a closing surface in relation to the valve seat 40 in the bottom of the control chamber 18 represents. The valve member 42 and the membrane element 24 are symmetrical to the axis of symmetry 46 one a piston-shaped conclusion 22 having formed valve stem.

In der in 1 dargestellten Anordnung befindet sich der Flüssigkeitsvorrat 36 oberhalb des als Membranteller 26 ausgebildeten Membranelementes 24 in flüssigem Zustand 38. Ein Druckanstieg im unterhalb des Membranelementes 24 der Steuerkammer 18 liegenden Bereich über die Druckleitung 14 wird zu einer Auslenkung des als Membranteller 26 beschaffenen Membranelementes 24 und demzufolge zur Kompression der Schließfeder 32 und damit zum Öffnen des Ventilgliedes 42 führen, solange der Flüssigkeitsvorrat 36 sich im flüssigen Zustand 38 befindet. Mit Bezugszeichen 100 wird ein in 1 nur schematisch dargestelltes Dosiermodul bezeichnet, das über den Injektoranschluss 16 bei geöffnetem Ventilglied 42 der Nachlaufsperre 10 mit Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere dem gefrierfähigen Reduktionsmittel beaufschlagt wird. Das Dosiermodul 100 umfasst zumindest einen Injektor, der aufgrund fehlender Eisdruckfestigkeit vor nachlaufendem Betriebs-/Hilfsstoff geschützt werden muss.In the in 1 The arrangement shown is the liquid reservoir 36 above the as diaphragm plate 26 trained membrane element 24 in the liquid state 38 , An increase in pressure below the membrane element 24 the control chamber 18 lying area over the pressure line 14 becomes a deflection of the as a diaphragm plate 26 procured membrane element 24 and consequently for the compression of the closing spring 32 and thus for opening the valve member 42 perform as long as the fluid supply 36 in the liquid state 38 located. With reference number 100 becomes an in 1 only schematically illustrated metering module, via the injector port 16 with open valve member 42 the caster 10 with operating / auxiliary material, in particular the freezable reducing agent is applied. The dosing module 100 includes at least one injector, which must be protected from trailing operating / auxiliary material due to lack of ice crushing strength.

2 ist die Steuerkammer der Nachlaufsperre gemäß 1 bei geöffnetem und als Konus ausgebildeten Ventilglied zu entnehmen. 2 the control chamber is the caster according to 1 with open and designed as a cone valve member.

Wie 2 zeigt, strömt der Betriebs-/Hilfsstoff über die Druckleitung 14 in die Vorratskammer 19 ein und beaufschlagt das als Membranteller 26 ausgebildete Membranelement 24, so dass dieses einen leicht aufgewölbten Zustand 58 annimmt. Dadurch wird die in Schließrichtung des Ventilgliedes 42 wirkende Feder 32 komprimiert, der als Kolben 22 ausgebildete Abschluss des Ventilschaftes fährt in die Kolbenführung 20 ein, vergleiche Position 48, so dass das in der Kolbenführung 20 bevorratete Dämpfungsvolumen komprimiert wird. Bei der Einfahrbewegung des Kolbens 22 in die Kolbenführung 20 fährt das hier als Konus ausgebildete Ventilglied aus dem Ventilsitz 40 und der Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein gefrierfähiges Reduktionsmittel, kann gemäß der Pfeile 52 den geöffneten Ventilsitz 40 passieren und strömt durch den Injektoranschluss 16 zum Dosiermodul 100, das den Betriebs-/Hilfsstoff in den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine einbringt. Der geöffnete Zustand des Ventilsitzes 40 ist in der Darstellung gemäß 2 durch Bezugszeichen 50 dargestellt. Auch im in 2 dargestellten Zustand befindet sich der Flüssigkeitsvorrat 36, der sich oberhalb des als Membranteller 26 ausgebildeten Membranelementes 24 befindet, im flüssigen Zustand, angedeutet durch Bezugszeichen 38. Im aufgewölbten Zustand 58 gemäß der Darstellung in 2, wird das oberhalb des als Membranteller 26 ausgebildete Membranelement 24 bzw. oberhalb des Flüssigkeitsvorrates 36 bevorratete Luftvolumen 34 komprimiert. As 2 shows, the operating / auxiliary material flows through the pressure line 14 in the pantry 19 and acts as a diaphragm plate 26 trained membrane element 24 so that this is a slightly bulging condition 58 accepts. As a result, in the closing direction of the valve member 42 acting spring 32 compressed, as a piston 22 Trained completion of the valve stem moves into the piston guide 20 a, compare position 48 , so that in the piston guide 20 stockpiled damping volume is compressed. At the retraction movement of the piston 22 in the piston guide 20 moves the valve member designed as a cone out of the valve seat 40 and the operating / auxiliary substance, in particular a freezable reducing agent, can according to the arrows 52 the opened valve seat 40 pass and flows through the injector port 16 to the dosing module 100 which introduces the operating / auxiliary substance into the exhaust tract of the internal combustion engine. The opened state of the valve seat 40 is in the illustration according to 2 by reference numerals 50 shown. Also in the 2 shown state is the liquid supply 36 which is above the as diaphragm plate 26 trained membrane element 24 is, in the liquid state, indicated by reference numerals 38 , In the bulged state 58 as shown in 2 , that is above the as a diaphragm plate 26 trained membrane element 24 or above the liquid stock 36 stored air volume 34 compressed.

3 zeigt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Nachlaufsperre 10 bzw. dessen Steuerkammer 18 im gefrorenen Zustand des Systems. 3 shows the inventively proposed caster 10 or its control chamber 18 in the frozen state of the system.

Nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine und Abfall des Betriebsdruckes in der Druckleitung 14 verbleibt ein Vorrat von gefrierfähigem Betriebs-/Hilfsstoff in der Vorratskammer 19, die unterhalb der Anbindung 28 bzw. unterhalb des als Membranteller 26 beschaffenen Membranelementes 24 angeordnet ist. Fällt nun die Umgebungstemperatur ab, so friert aufgrund der einen entsprechenden Gefrierpunkt aufweisenden Flüssigkeit dieser Flüssigkeitsvorrat 36 ein und geht in einen vereisten Zustand 54 über. Im vereisten Zustand 54 ist eine Bewegung des Membranelementes 24 – hier ausgebildet als Membranteller 26 – in vertikale Richtung blockiert. Da sich das hier beispielsweise als Konus beschaffene Ventilglied 42 im Ventilsitz 40 befindet, ist dieser geschlossen, angedeutet durch Bezugszeichen 56. Nimmt der Betriebsdruck bei Abstellen der Verbrennungskraftmaschine in der Vorratskammer 19 unterhalb des Membranelementes 24 langsam ab, verlangsamt das Ventil 30 die Befüllung 20, 22 und es erfolgt ein langsames Schließen des Ventilgliedes 42, d.h. dessen Einfahren in den Ventilsitz 40, der damit geschlossen ist, vergleiche Position 56. Dadurch kann ein komplettes Rücksaugen bzw. Entleeren der Vorratskammer 19 erreicht werden. Anstelle des in den 1 bis 3 als Konus ausgebildeten Ventilgliedes 42, kann das Ventilglied 42 auch kugelförmig ausgebildet sein. After switching off the internal combustion engine and drop in operating pressure in the pressure line 14 remains a supply of freezer operating / excipient in the pantry 19 that are below the connection 28 or below the as a diaphragm plate 26 procured membrane element 24 is arranged. If the ambient temperature now drops, this fluid reservoir will freeze due to the fluid having a corresponding freezing point 36 and goes into a frozen state 54 above. In the icy state 54 is a movement of the membrane element 24 - designed here as a diaphragm plate 26 - blocked in vertical direction. Since here, for example, designed as a cone valve member 42 in the valve seat 40 is closed, this is closed, indicated by reference numerals 56 , Takes the operating pressure when stopping the internal combustion engine in the pantry 19 below the membrane element 24 slowly, slows down the valve 30 the filling 20 . 22 and there is a slow closing of the valve member 42 ie its retraction into the valve seat 40 that is closed, compare position 56 , This can be a complete suckback or emptying the pantry 19 be achieved. Instead of in the 1 to 3 designed as a cone valve member 42 , the valve member can 42 also be spherical.

Im in 3 dargestellten gefrorenen Zustand 38 des Flüssigkeitsvorrates 36 wird eine Bewegung des Membranelementes 24, hier ausgebildet als Membranteller 26, bzw. des Ventilgliedes 42 verhindert, so dass die Bewegung des den Kolben 22 aufweisenden Ventilschaftes unterbunden ist und das Ventilglied 42 nicht aus dem geschlossenen Ventilsitz 56 zurückgestellt werden kann. Als Flüssigkeitsvorrat 36 kann beispielsweise Wasser gewählt werden, welches einen Gefrierpunkt von 0°C hat, der oberhalb des Gefrierpunktes des eingesetzten Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels wie beispielsweise einem Harnstoff oder Harnstoff-Wasser-Lösung liegt, die einen Gefrierpunkt bei etwa –11°C aufweist. Wasser kann jedoch nur eingesetzt werden, solange das Betriebstemperaturniveau unterhalb von 100°C liegt, da es bei höheren Temperaturen in einen dampfförmigen Zustand übergeht. Im in 3 illustrated frozen state 38 of the liquid stock 36 becomes a movement of the membrane element 24 , here designed as a diaphragm plate 26 , or the valve member 42 prevents, so that the movement of the piston 22 having valve stem is prevented and the valve member 42 not from the closed valve seat 56 can be reset. As liquid stock 36 For example, water can be selected which has a freezing point of 0 ° C, which is above the freezing point of the operating / auxiliary used, in particular a reducing agent such as a urea or urea-water solution, the freezing point at about -11 ° C. having. However, water can only be used as long as the operating temperature level is below 100 ° C, as it goes into a vaporous state at higher temperatures.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist sichergestellt, dass Luft im Absperrventil oder der Nachlaufsperre 10 als Eisdruckkompensationsvolumen zurückgehalten wird, bzw. ein Öffnen des geschlossenen Ventilgliedes 42 durch in die Vorratskammer 18 nachlaufenden Betriebs-/Hilfsstoffes bei dessen Gefrieren unterbleibt. The inventively proposed solution ensures that air in the shut-off valve or the caster 10 is retained as Eisdruckkompensationsvolumen, or opening the closed valve member 42 through into the pantry 18 Trailing operating / auxiliary material is omitted during its freezing.

Durch die Erfindung wird ein Impulsrücksaugen oder normales Rücksaugen nicht verstärkt, was bedeutet, dass nicht mehr Luft beim Impulsrücksaugen eingebracht wird. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird ein Nachlaufen des Betriebs-/Hilfsstoffes in das zuvor belüftete Dosiermodul 100 vermieden; desweiteren wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein passives Verfahren eingesetzt, für das keine aktiv zu betätigenden Komponenten bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rückhaltemaßnahme erforderlich sind und die somit sehr kostengünstig ausgelegt werden kann.By the invention, a pulse back sucking or normal sucking back is not amplified, which means that no more air is introduced during the pulse back suction. With the proposed solution according to the invention, a running of the operating / auxiliary substance into the previously aerated metering module 100 avoided; Furthermore, a passive method is used by the proposed solution according to the invention, for which no active components to be actuated in the inventively proposed retention action are required and thus can be designed very cost-effective.

In vorteilhafter Weise werden durch das Dämpfungsglied, gebildet durch die Kolbenführung 20 und den Kolben 22 des Ventilschaftes mit Entlüftung durch das Ventil 30, schnelle Öffnungszeiten in der Größenordnung von wenigen Sekunden bei einem Aufbau des Betriebsdruckes erreicht. Andererseits können recht langsame Schließzeiten, die ca. 90 s betragen können, bei Abfall des Betriebsdruckes erreicht werden, so dass ein komplettes Rücksaugen des Betriebs-/Hilfsstoffes aus dem Bereich der Vorratskammer 19 unterhalb des als Membranteller 26 ausgebildeten Membranelementes 24 erfolgen kann. Somit kann ein komplettes Belüften des Dosiermoduls 100 erreicht werden. Das Entleeren dieses Bereiches der Vorratskammer 19 erfolgt durch Einsaugen von Luft bzw. Abgas durch das Dosiermodul 100. Beim Start aus dem gefrorenen Zustand heraus, wird gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung der im gefrorenen Zustand 38 befindliche Flüssigkeitsvorrat 36 durch Kühlwasser oder Abwärme der Abgasanlage aufgetaut und das als Konus oder Kugel ausgebildete Ventilglied 42 kann bei Druckaufbau, d.h. bei Erreichen des Betriebsdruckes, der vorteilhafterweise in einer Größenordnung zwischen 5 und 9 bar liegt, wieder aus dem Ventilsitz 40 gehoben werden. Advantageously, by the attenuator, formed by the piston guide 20 and the piston 22 the valve stem venting through the valve 30 , achieved fast opening times in the order of a few seconds with a build-up of operating pressure. On the other hand, quite slow closing times, which can be about 90 s, be achieved with a drop in operating pressure, so that a complete sucking back of the operating / auxiliary material from the area of the storage chamber 19 below the as diaphragm plate 26 trained membrane element 24 can be done. Thus, a complete venting of the metering module 100 be achieved. The emptying of this area of the pantry 19 takes place by sucking in air or exhaust gas through the metering module 100 , When starting from the frozen state, according to the invention proposed solution in the frozen state 38 liquid reservoir 36 thawed by cooling water or waste heat of the exhaust system and designed as a cone or ball valve member 42 can at pressure build-up, ie upon reaching the operating pressure, which is advantageously in the order of between 5 and 9 bar, again from the valve seat 40 be lifted.

Wie obenstehend bereits erwähnt, kann als Flüssigkeitsvorrat 36 – ein entsprechend geringes Temperaturniveau unterhalb von 100°C vorausgesetzt – Wasser eingesetzt werden. Als Flüssigkeitsvorrat 36 kann darüber hinaus auch ein anderes Medium, wie beispielsweise ein Gel, welches wesentlich bessere Hochtemperatureigenschaften aufweist, sinnvoll sein. Unter Hochtemperaturen sind im vorliegenden Zusammenhang Betriebstemperaturen zu verstehen, die oberhalb von 100°C liegen.As already mentioned above, can be used as a liquid supply 36 - Provided that a correspondingly low temperature level below 100 ° C - water are used. As liquid stock 36 In addition, another medium, such as a gel, which has much better high-temperature properties, may be useful. By high temperatures are meant in the present context operating temperatures that are above 100 ° C.

Claims (11)

Nachlaufsperre (10), insbesondere für ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reduzierung von NOx im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen, mit einer Druckleitung (14) und einem Injektoranschluss (16) und einer Vorratskammer (19), in der ein Ventilglied (42) zum Öffnen oder Verschließen eines Ventilsitzes (40) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Luftvolumen (34) und einer durch ein Membranelement (24) abgetrennten und mit Reduktionsmittel (52) befüllbaren Vorratskammer (19) ein Flüssigkeitsvorrat (36) aufgenommen ist, dessen Gefrierpunkt oberhalb des Gefrierpunktes des Reduktionsmittels (52) liegt. Caster lock ( 10 ), in particular for an exhaust aftertreatment system for reducing NO x in the exhaust gas of internal combustion engines, with a pressure line ( 14 ) and an injector port ( 16 ) and a pantry ( 19 ), in which a valve member ( 42 ) for opening or closing a valve seat ( 40 ), characterized in that between an air volume ( 34 ) and one through a membrane element ( 24 ) and with reducing agent ( 52 ) storable pantry ( 19 ) a liquid supply ( 36 ), whose freezing point is above the freezing point of the reducing agent ( 52 ) lies. Nachlaufsperre (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (42) ein Kolbenelement (22) aufweist, welches in einer Führung (20) geführt ist, die als Dämpfungsglied wirkt. Caster lock ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the valve member ( 42 ) a piston element ( 22 ), which in a guide ( 20 ) is guided, which acts as an attenuator. Nachlaufsperre (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führung (20) eine Ventilentlüftung (30) zugeordnet ist, welche schnelle Öffnungszeiten des Ventilgliedes (42) zwischen 1 und 2 s bei Druckaufbau in der Vorratskammer (19) und langsame Schließzeiten > 90 s des Ventilgliedes (42) bei Druckabfall in der Vorratskammer (19) ermöglicht.Caster lock ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the guide ( 20 ) a valve vent ( 30 ), which fast opening times of the valve member ( 42 ) between 1 and 2 s during pressure build-up in the storage chamber ( 19 ) and slow closing times> 90 s of the valve member ( 42 ) with pressure drop in the storage chamber ( 19 ). Nachlaufsperre (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorrat (36) durch H2O oder ein gefrierfähiges Gel gebildet wird, dessen Gefrierpunkt oberhalb des Gefrierpunktes des Betriebs-/Hilfsstoffes liegt und die Beweglichkeit des Kolbenelementes (22) in der Steuerkammer (18) unterbindet.Caster lock ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid reservoir ( 36 ) is formed by H 2 O or a freezable gel whose freezing point is above the freezing point of the operating / auxiliary substance and the mobility of the piston element ( 22 ) in the control chamber ( 18 ) stops. Nachlaufsperre (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorrat (36) durch das Membranelement (24) vom Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein gefrierfähiges Reduktionsmittel (52), der in der Vorratskammer (19) enthalten ist, getrennt ist. Caster lock ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid reservoir ( 36 ) through the membrane element ( 24 ) of the operating / auxiliary substance, in particular a freezable reducing agent ( 52 ) stored in the pantry ( 19 ) is separated. Nachlaufsperre (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranelement (24) als Membranteller (26) ausgebildet ist, der mittels mindestens einer Anbindung (28) mit der Steuerkammer (18) verbunden ist und den Flüssigkeitsvorrat (36) vom Reduktionsmittel separiert.Caster lock ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane element ( 24 ) as a diaphragm plate ( 26 ) is formed, which by means of at least one connection ( 28 ) with the control chamber ( 18 ) and the liquid supply ( 36 ) separated from the reducing agent. Nachlaufsperre (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (42) als Konus ausgebildet oder als kugelförmiges Schließelement ausgeführt ist.Caster lock ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve member ( 42 ) is designed as a cone or designed as a spherical closure element. Nachlaufsperre (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (42) einen Ventilschaft aufweist, an dem das Membranelement (24) angeordnet ist und einen Kolben (22) umfasst, der in einer Kolbenführung (20) ein Dämpfungselement bildet.Caster lock ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve member ( 42 ) has a valve stem on which the membrane element ( 24 ) is arranged and a piston ( 22 ), which in a piston guide ( 20 ) forms a damping element. Nachlaufsperre (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (20) für den Kolben (22) über das Ventil (30) entleerbar ist und ein schnelles Öffnen des Ventilgliedes (42) aus seinem Ventilsitz (40) durchführbar ist.Caster lock ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston guide ( 20 ) for the piston ( 22 ) over the valve ( 30 ) is emptied and a quick opening of the valve member ( 42 ) from its valve seat ( 40 ) is feasible. Nachlaufsperre (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft des Federelementes (32) derart eingestellt ist, dass das Ventilglied (42) bei Drücken ≥ 3 bar aus dem Ventilsitz (40) fährt. Caster lock ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the closing force of the spring element ( 32 ) is set such that the valve member ( 42 ) at pressures ≥ 3 bar from the valve seat ( 40 ) moves. Dosieranordnung zur nachmotorischen Zuführung eines Reduktionsmittels in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine über ein Dosiermodul, insbesondere über ein einen Injektor aufweisendes Dosiermodul, gekennzeichnet durch eine dem Dosiermodul vorgeordnete Nachlaufsperre nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Dosing arrangement for the subsequent motor supply of a reducing agent in the exhaust gas tract of an internal combustion engine via a metering module, in particular via a metering module having an injector, characterized by a caster upstream caster according to one of the preceding claims.
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