DE102012216283A1

DE102012216283A1 - Pumpe und Anordnung zur Abgasnachbehandlung mit Pumpe

Info

Publication number: DE102012216283A1
Application number: DE201210216283
Authority: DE
Inventors: Marie-Luies Ziegler; Markus Buerglin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-03-13

Abstract

Es wird eine Pumpe zum Dosieren eines Hilfsmittels zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Die Pumpe (10) umfaßt ein bewegliches Förderelement (22), wobei das Förderelement in einem Förderelementraum (27) angeordnet ist, wobei der Förderelementraum (27) mindestens einen Hilfsmittelanschluß (30) aufweist, wobei das als Membran ausgebildete Förderelement (22) innerhalb des Förderelementraums einen Hilfsmittelraum (26) begrenzt, in welchem der mindestens eine Hilfsmittelanschluß angeordnet (30) ist, wobei in zumindest einer Wand (73) des Förderelementraums (27) mindestens eine Vertiefung (76, 78) derart eingebracht ist, wobei auch bei im Betrieb der Pumpe an die betreffende Wand (73) des Förderelementraums (27) angelegter Membran (22) diese die Vertiefung (76, 78) abdecken, aber nicht auskleiden kann, und wobei die Vertiefung (76, 78) selbst keine Öffnung des Förderelementraums (27) zu Bereichen (52, 62) außerhalb des Förderelementraums (27) bildet. Des Weiteren wird eine Anordnung (13) zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Pumpe vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Pumpe zum Dosieren eines Hilfsmittels zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine bzw. einer Anordnung zur Nachbehandlung des Abgases der Brennkraftmaschine mit einer solchen Pumpe nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Zur Entstickung des Abgases von Dieselmotoren hat sich die SCR-Technik mit einer wässrigen Harnstofflösung, auch „AdBlue” genannt, als Hilfsmittel bzw. Reduktionsmittel bewährt. Hierbei wird die wässrige Harnstofflösung fein zerstäubt vor einem SCR-Katalysator in das Abgas eingesprüht. Um die Zerstäubungsgüte der wässrigen Harnstofflösung zu erhöhen, kann diese mit Druckluftunterstützung eingeblasen und fein vernebelt werden.
Aus der DE 19947198 ist eine Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen bekannt, die ein Fördermodul, ein Dosiermodul, eine Aerosolleitung und ein Dosierrohr aufweist. Im Fördermodul wird mittels einer kontinuierlich fördernden Pumpe die AdBlue unter Druck gesetzt und zum Dosiermodul gefördert. Im Dosiermodul wird die benötigte AdBlue Menge mit einem Magnetventil zugemessen und in eine Mischkammer geleitet. In der Mischkammer wird die AdBlue mit der Druckluft vermischt und mithilfe der Druckluft zum Dosierrohr gefördert, welches sich am Abgasrohr befindet und in dieses hineinragt. Beim Austritt aus dem Dosierrohr wird die AdBlue mithilfe der Druckluft fein zerstäubt und dem Abgas zugeführt.
Bekannt ist es beispielsweise aus der EP 0558452 , die wässrige Harnstofflösung erst im Bereich des Dosierrohrs mit der Druckluft zu vermischen. So kann im Fall kleiner Dosiermengen die wässrige Harnstofflösung nicht so leicht austrocknen bzw. kristallisieren, einfach weil keine Aerosolleitung vorhanden ist, in der die wässrige Harnstofflösung längere Zeit einer Druckluftbeaufschlagung ausgesetzt wäre. Auch aus der DE 10 2010 043 735 und der DE 10 2011 003 356 ist eine solche Vorgehensweise bekannt.
Aus der DE 10 2012 210 631 ist es bekannt, die AdBlue mit einer Dosierpumpe zuzumessen, was insbesondere bei kleinen Dosiermengen vorteilhaft ist, weil ein Umpumpen beispielsweise entfallen und somit ein Filter für die wässrige Harnstofflösung klein ausgeführt werden kann. Die als Membranpumpe ausgeführte Dosierpumpe gemäß DE 10 2012 210 631 besitzt keinen elektrischen Antrieb, sondern wird mit Druckluft aus einem separaten Luftkompressor bzw. einer separaten Kolbenpumpe angetrieben.
Aus der DE 10 2009 029 188 ist schon ein Dosiersystem zum Einspritzen eines Fluids in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem eine Pumpvorrichtung hierfür über einen Kraftstoffdruck des Kraftstoff-Einspritzsystems angetrieben wird.
Die DE 10 2011 006 187 beschreibt ein Dosiersystem zum Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Druckluftversorgung die Pumpe antreibt und eine Rückstellfeder der als Membranpumpe ausgebildeten Pumpe bei nicht angelegter Druckluft die Membran in eine Richtung drückt, die ein Ansaugen der wässrigen Harnstofflösung aus einem Vorratsbehälter bewirkt, so daß über die Druckluftversorgung, ohne einen Unterdruck bereitstellen zu müssen, eine Pumpbewegung der Membran stattfinden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Pumpe bzw. die erfindungsgemäße Anordnung zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil einer erhöhten Dosiermengengenauigkeit bzw. Genauigkeit in der nachmotorischen Zufuhr eines Hilfsmittels in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Pumpe bzw. Anordnung zur Abgasnachbehandlung möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, die Pumpe mit einem bereits an Bord befindlichen Druckluftsystem anstatt mit einem separaten Kompressor zu betreiben.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, ein Ansaugen des Hilfsmittels bzw. der wässrigen Harnstofflösung mithilfe einer Rückstellfunktionalität, insbesondere einer Rückstellfeder, anstatt über einen separat bereitszustellenden Luftunterdruck eines Luftkompressors zu gewährleisten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Anordnung zur Abgasnachbehandlung mit einer druckluftbetriebenen Membranpumpe,
2 die Membranpumpenkammer der Anordnung zur Abgasnachbehandlung in Detailansicht und
3 eine perspektivische Ansicht auf die Förderelementraumwand des Druckluftraums der Membranpumpenkammer.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Anordnung 13 zur Abgasnachbehandlung mit einem Fördermodul bzw. einer Pumpe 10, welche einerseits über eine Reduktionsmittelleitung 50 mit einem Reduktionsmitteltank 36 und andererseits über eine weitere Reduktionsmittelleitung 54 mit einem in eine Abgasleitung 44 einer Brennkraftmaschine ragenden Dosierrohr 38 verbunden ist. Die Dosierpumpenkammer 12 der Pumpe 10 enthält in ihrem Förderelementraum 27 als Förderelement eine Membran 22, welche zwischen einem ersten Gehäuseblock 21 und einem zweiten Gehäuseblock 23 der Dosierpumpenkammer eingespannt ist. Die Membran 22 unterteilt den Förderelementraum 27 in einen Hilfsmittel- bzw. Reduktionsmittelraum 26 und in einen Fluid- bzw. Druckluftraum 28. Dabei ist der Reduktionsmittelraum über einen Hilfsmittel- bzw. Reduktionsmittelanschluß 30 mit einer T-Stück-förmigen Leitung 52 verbunden, welche über für eine Pumpenfunktionalität in geeigneter Orientierung angeordnete Rückschlagventile 32 bzw. 34 den Reduktionsmittelraum einerseits mit dem Tank 36 und andererseits mit der Abgabestelle, also dem Dosierrohr 38, für das Hilfs- bzw. Reduktionsmittel, speziell die wässrige Harnstofflösung, verbindet. Zwischen der Hilfsmittelraumwand 74 und der Membran 22 ist eine Rückstellfeder angeordnet. Dabei ist die Rückstellfeder in einer zentrisch angeordneten Vertiefung 80 der Hilfsmittelraumwand 74 angeordnet, welche stufenförmig in den durchmesserkleinen Hilfsmittelanschluß 30 übergeht. Die Rückstellfeder stützt sich also an einem Ende an dem AdBlue-seitigen Gehäuseteil und am anderen Ende an der Membran ab. Zum Schutz der Membran gegen Durchstoßen der Feder kann fakultativ ein Teller oder eine Hülse zwischen Feder und Membran gelegt werden. Weitere Details der Dosierpumpenkammer sind in der 2 dargestellt und werden noch nachfolgend beschrieben. Der in 1 dargestellte Fluid- bzw. Druckluftraum 28 ist über einen zentrisch angeordneten Pneumatikanschluß 15 mit einem 3/2-Wege-Pneumatikventil 14 verbunden. In einer ersten (in 1 dargestellten) Schaltstellung verbindet das Pneumatikventil den Druckluftraum 28 über eine in einer Druckluftleitung 60 sich befindlichen ersten Drossel 18 mit einer Druckluftquelle 5, insbesondere einem Druckluftsystem des Kraftfahrzeugs, während in einer zweiten Schaltstellung die Verbindung zur Druckluftquelle unterbrochen ist und etwaiger Überdruck aus dem Druckluftraum 28 über einen Schalldämpfer 16 entweichen kann. Dabei ist zwischen dem Pneumatikventil 14 und der ersten Drossel 18 eine T-Stückförmige Druckluftleitung 62 angeordnet, welche die die Drossel 18 tragende Leitung 60 nicht nur mit dem Pneumatikventil 14, wie bereits beschrieben, sondern auch mit einer weiteren Druckluftleitung 64 verbindet, welche über eine zweite Drossel 20 Druckluft dem Dosierrohr 38 zuführt. Das Dosierrohr weist zu diesem Zweck eine äußere Leitung 66 auf, welche eine innere Leitung 56 des Dosierrohrs umgibt; dabei ist die innere Leitung mit der Reduktionsmittelleitung 54 und die äußere Leitung mit der Druckluftleitung 64 verbunden. An seinem in der Abgasleitung angeordneten Ende weist das Dosierrohr eine Mischkammer 40 auf, in welche sowohl die innere als auch die äußere Leitung münden, so daß aus der Mischkammer heraus sich ein druckluftzerstäubter Reduktionsmittel-Spritzstrahl 42 in die Abgasleitung 44 ergießt.
Insbesondere aus dem Druckluftsystem des Fahrzeugs kann die Druckluft entnommen und der Pumpe sowie dem Dosierrohr zugeführt werden. Mithilfe der Drossel 18 kann der Luftdruck im Dosiersystem reduziert werden, wodurch sich der Luftverbrauch reduziert. Ein nicht näher dargestelltes Steuergerät steuert bei einem erforderlichen Dosiervorgang das Pneumatikventil derart an, dass die Druckluft in die Pumpe hinein strömt. Hierdurch wird die Membran gegen die Kraft der Rückstellfeder 24 in Richtung des AdBlue Anschlusses 30 bewegt und die sich im Pumpenraum befindliche AdBlue wird über das Rückschlagventil 34 zum Dosierrohr gefördert. Das Rückschlagventil 32 ist aufgrund des AdBluedruckes geschlossen und ein Rückströmen in den Tank ist damit verhindert. Mithilfe der Drossel 20 wird der Luftdruck vor dem Dosierrohr reduziert, wodurch sichergestellt ist, dass der Luftdruck im Dosierrohr kleiner ist als der AdBlue Druck im Dosierrohr, damit ein Ausströmen der AdBlue in das Dosierrohr möglich ist. Nach Beendigung des Einzel-Fördervorgangs wird das Pneumatikventil in die andere Stellung umgeschaltet, so dass die Druckluft aus dem Pumpenraum über den Schalldämpfer 16 in die Umgebung ausströmen kann. Durch die Rückstellfeder der Pumpe wird die Membran 22 in Richtung der druckluftseitigen Pumpenraumwand bewegt und die Druckluft wird ausgeschoben. Gleichzeitig wird im AdBlue-Raum 26 durch die Membranbewegung ein Unterdruck erzeugt. Hierdurch schließt das Rückschlagventil 34 und das Rückschlagventil 32 öffnet. Somit wird die AdBlue aus dem Tank von der Pumpe angesaugt.
In einer vereinfachten Ausführungsform können die erste Drossel 18 und/oder der Schalldämpfer 16 auch weggelassen werden. In alternativen Ausführungsformen sind auch abgewandelte Zweistoffdüsen einsetzbar, solche, die eine Mischkammer aufweisen, als auch solche, bei denen die Vermischung der beiden transportierten Stoffe erst in der Abgasleitung 44 stattfindet.
In 2 ist eine Querschnittsansicht der Dosierpumpenkammer 12 dargestellt, die teilweise bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung zur 1 beschrieben wurde. Die Wände 73 des Förderelementraums 27 werden durch die den Druckluftraum 28 begrenzende Druckluftraumwand 72 und die den Reduktionsmittelraum 26 begrenzende Reduktionsmittelraumwand 74 gebildet. Die Reduktionsmittelraumwand 74 weist neben der zentrischen Vertiefung 80 zur Positionierung der Rückstellfeder eine vorzugsweise linienförmige Vertiefung, insbesondere eine Nut 78, auf, die sich beiderseits der zentrischen Vertiefung 80 von randständigen Bereichen 82 des Reduktionsmittelraums zu einem mittleren Bereich 81 des Reduktionsmittelraums erstreckt. Vorzugsweise mündet dabei die Nut 78 in der zentrischen Vertiefung 80 bzw. in unmittelbarer Nachbarschaft des Reduktionsmittelanschlusses 30, steht also eine Verbindung mit diesem. Die Druckluftraumwand 72 weist eine vorzugsweise linienförmige Vertiefung, insbesondere eine Nut 76, auf, die sich von randständigen Bereichen 86 des Druckluftraums zu einem mittleren Bereich 85 des Druckluftraums erstreckt. Vorzugsweise mündet dabei die Nut 76 in unmittelbarer Nachbarschaft des Pneumatikanschlusses 15, steht also in Verbindung mit diesem. Die Nuten 76 bzw. 78 sind vorzugsweise schmal und/oder tief ausgeführt. Die Wände 73 des Förderelementraums 27 besitzen in ihrer Begrenzung zum Förderelementraum vorzugsweise keine Kanten, sondern gerundete Übergänge, damit sich die Membran 22 spannungsfrei und ohne Knicke an die Förderelementraumwände anlegen kann. Hierdurch wird die Lebensdauer der Membran erhöht.
Die Nuten und auch die nicht näher dargestellten gerundeten Übergänge der Pumpenraumwände, insbesondere also die gerundeten Übergänge im Bereich der Nuten, erhöhen die Dosiergenauigkeit der Pumpe. Die gerundeten Übergänge ermöglichen es, dass sich die Membran komplett an die Pumpenraumwände anlegen kann, ohne dass Hohlräume zwischen Membran und Pumpenraumwand zurückbleiben, in denen nicht komplett ausgetriebenes Fluid (Druckluft) bzw. Hilfsmittel (Reduktionsmittel) zurückbleiben würde. Die Nuten ermöglichen es, dass das Fluid bzw. das Hilfsmittel auch aus vom Fluid- bzw. Hilfsmittelanschluss entfernten Bereichen ausströmen kann, auch wenn die Membran schon mittig am Fluid- bzw. Hilfsmittelanschluss anliegt. Ohne die Nuten 76 bzw. 78 könnte die Membran z.B. schon am Fluid- bzw. Hilfsmittelanschluss 15 bzw. 30 anliegen und diesen somit versperren, bevor sie sich komplett an die Pumpenraumwand angelegt hat. Hierdurch könnte das bis dahin noch nicht ausgeströmte Fluid- bzw. Hilfsmittel nicht mehr ausströmen, was zu einer Minderdosierung führen würde.
Diese Nuten und die gerundeten Kanten sind sowohl druckluftseitig wie auch AdBlue-seitig angebracht, weil sowohl ein Verbleiben von restlichem AdBlue zu einer Minderdosierung führt, wie auch ein Verbleiben von Druckluft zu einer Minderdosierung führt, weil beim Verbleiben von Druckluft dieser Raum nicht durch AdBlue eingenommen wird, wodurch die Füllung der Pumpe abnimmt. In vereinfachten Ausführungsformen können die Rundungen teilweise oder vollständig weggelassen werden. In einer weiteren vereinfachten Ausführungsform kann mindestens eine Vertiefung auch nur in einem der beiden Räume 26 bzw. 28 vorgesehen sein.
In 3 ist nochmals eine Förderelementraumwand dargestellt, hier speziell die Wand 72 des Fluid- bzw. Druckluftraums 28, in perspektivischer Sicht 90 „von außen”. In der hier dargestellten leicht variierten Ausführungsform weist dabei die Wand 72 in deren mittleren Bereich 85 einen abgeflachten Bereich 92 um den Pneumatikanschluß 15 herum auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19947198 [0003]
EP 0558452 [0004]
DE 102010043735 [0004]
DE 102011003356 [0004]
DE 102012210631 [0005, 0005]
DE 102009029188 [0006]
DE 102011006187 [0007]

Claims

Pumpe (10) zum Dosieren eines Hilfsmittels zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem beweglichen Förderelement (22), wobei das Förderelement in einem Förderelementraum (27) angeordnet ist, wobei der Förderelementraum (27) mindestens einen Hilfsmittelanschluß (30) aufweist, wobei das als Membran ausgebildete Förderelement (22) innerhalb des Förderelementraums einen Hilfsmittelraum (26) begrenzt, in welchem der mindestens eine Hilfsmittelanschluß angeordnet (30) ist, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einer Wand (73) des Förderelementraums (27) mindestens eine Vertiefung (76, 78) derart eingebracht ist, daß auch bei im Betrieb der Pumpe an die betreffende Wand (73) des Förderelementraums (27) angelegter Membran (22) diese die Vertiefung (76, 78) abdecken, aber nicht auskleiden kann, wobei die Vertiefung (76, 78) selbst keine Öffnung des Förderelementraums (27) zu Bereichen (52, 62) außerhalb des Förderelementraums (27) bildet.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Vertiefung (76, 78) durch eine Nut gebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Vertiefung im Hilfsmittelraum (26) angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmittelanschluß (30) in einem mittleren Bereich (81) des Hilfsmittelraums (26), insbesondere dort zentrisch, angeordnet ist und daß die mindestens eine Vertiefung sich von einem randständigen Bereich (82) des Hilfsmittelraums bis zum Hilfsmittelanschluß (30) erstreckt und mit diesem in Verbindung steht.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (5, 14, 18, 60) zum Bewegen des Förderelements mittels eines Fluiddrucks vorgesehen sind, wobei die Mittel mit einem Fluidraum (28) des Förderelementraums (27) wechselwirken, welcher sich auf der von dem Hilfsmittelraum (26) abgewandten Seite der Membran (22) befindet, wobei die Mittel zum Bewegen des Förderelements mit einem Fluidanschluß (15) des Fluidraums (28) verbunden sind.
Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Fluiddruck bereitstellende Fluid ein Gas, insbesondere Druckluft, beispielsweise Druckluft eines Druckluftsystems (5) des Kraftfahrzeugs ist, das zu anderen Zwecken ohnehin an Bord des Kraftfahrzeugs bereitgestellt ist, wobei die Mittel (5, 14, 18, 60) zum Bewegen des Förderelements ein schaltbares Pneumatikventil (14) umfassen.
Pumpe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellfunktionalität (22, 24) eingerichtet ist, welche bei nicht auf die Membran einwirkendem Fluiddruck die Membran in eine Ausgangsstellung zurückführt, wobei die Rückstellfunktionalität durch ein mit der Membran zusammenwirkendes elastisches Element (24) oder durch eine vorgespannte Anordnung der Membran (22) selbst gewährleistet ist, und wobei die Rückstellfunktionalität eingerichtet ist zum Ansaugen des Hilfsmittels aus einem Vorratsbehälter (36).
Pumpe nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Vertiefung (78, 76) oder mindestens eine weitere Vertiefung (76, 78) im Fluidraum angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidanschluß (15) in einem mittleren Bereich (85) des Fluidraums (28), insbesondere dort zentrisch, angeordnet ist und daß die mindestens eine Vertiefung (78, 76) bzw. die mindestens eine weitere Vertiefung (76, 78) sich von einem randständigen Bereich (86) des Fluidraums (28) bis zum Fluidanschluß (15) erstreckt und mit diesem in Verbindung steht.
Anordnung (13) zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine mit einem Vorratsbehälter (36) zur Bevorratung eines Hilfsmittels zur Abgasnachbehandlung, mit einer Pumpe (10) zum Fördern des Hilfsmittels aus dem Vorratsbehälter (36) und zum Dosieren des Hilfsmittels nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (10) das Hilfsmittel einem in eine Abgasleitung (44) der Brennkraftmaschine ragenden Dosierrohr (38) zuführt.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierrohr (38) eine innere Leitung (56) und eine die innere Leitung umgebende äußere Leitung (66) aufweist, daß die Pumpe (10) das Hilfsmittel der inneren Leitung (56) des Dosierrohrs zuführt, daß die Pumpe gemäß Anspruch 5 ausgebildet ist, daß die äußere Leitung (66) mit dem Fluid versorgt wird und daß das Dosierrohr (38) im Bereich der Abgasleitung (44) eine Mischkammer (40) aufweist, in welcher die innere (56) und die äußere (66) Leitung münden.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidversorgung der äußeren Leitung (66) im Vergleich zum Fluiddruck zum Bewegen des Förderelements gedrosselt (20) erfolgt.