DE102014010948A1 - Reduktionsmitteldosiersystem with damping of the reducing agent promotion - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmitteldosiersystem (10) zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, mit einer Förderpumpe (20), mittels derer Reduktionsmittel aus einem Reduktionsmitteltank (40) über eine Saugleitung (30) aus dem Tank (40) angesaugt und über eine Druckleitung (50) gefördert und über zumindest eine Düse (60) in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeleitet wird, wobei die Saugleitung (30) ein bidirektionales Gummiventil (70) aufweist.The invention relates to a reducing agent metering system (10) for injecting a reducing agent into the exhaust gas flow of an internal combustion engine for selective catalytic reduction, with a delivery pump (20), by means of which reducing agent from a reducing agent tank (40) via a suction line (30) from the tank (40). sucked and conveyed via a pressure line (50) and via at least one nozzle (60) is introduced into the exhaust gas stream of the internal combustion engine, wherein the suction line (30) has a bidirectional rubber valve (70).
Description
Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmitteldosiersystem zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, mit einer Förderpumpe, mittels derer Reduktionsmittel aus einem Reduktionsmitteltank über eine Saugleitung aus dem Tank angesaugt und über eine Druckleitung gefördert und über zumindest eine Düse in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeleitet wird.The invention relates to a Reduktionsmitteldosiersystem for injection of a reducing agent in the exhaust stream of an internal combustion engine for selective catalytic reduction, with a feed pump, sucked by means of which reducing agent from a reducing agent tank via a suction line from the tank and conveyed via a pressure line and via at least one nozzle in the exhaust stream of the Internal combustion engine is initiated.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsmitteldosiersystems zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, mit einer Magnetkolbenpumpe als Förderpumpe, mittels derer Reduktionsmittel aus einem Reduktionsmitteltank über eine Saugleitung aus dem Tank angesaugt und über eine Druckleitung gefördert und über zumindest eine Düse in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeleitet wird, wobei die Kolbenbewegung durch Ansteuerung einer oder mehrerer Zylinderspulen herbeigeführt wird.Furthermore, the invention relates to a method for operating a Reduktionsmitteldosiersystems for injecting a reducing agent into the exhaust stream of an internal combustion engine for selective catalytic reduction, with a magnetic piston pump as a feed pump, sucked by means of which reducing agent from a reducing agent tank via a suction line from the tank and conveyed via a pressure line and over at least one nozzle is introduced into the exhaust gas flow of the internal combustion engine, wherein the piston movement is brought about by driving one or more cylindrical coils.
Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion, sogenannte SCR-Katalysatoren (englisch: selective catalyic reduction, abgekürzt: SCR) werden eingesetzt, um die Stickoxydemission von Dieselmotoren, Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Industrieanlagen und dergleichen zu vermindern. Hierzu wird ein Reduktionsmittel in das Abgassystem mit einer Dosiervorrichtung eingedüst. Als Reduktionsmittel dient Ammoniak oder eine Ammoniaklösung oder ein anderes Reduktionsmittel.Selective Catalytic Reduction (SCR) catalysts are used to reduce the NOx emissions of diesel engines, combustion plants, incinerators, industrial plants, and the like. For this purpose, a reducing agent is injected into the exhaust system with a metering device. The reducing agent used is ammonia or an ammonia solution or another reducing agent.
Da das Mitführen von Ammoniak in Fahrzeugen sicherheitskritisch ist, wird Harnstoff in wässriger Lösung mit üblicherweise 32,5% Harnstoffanteil insbesondere gemäß
Bei den bekannten Reduktionsmitteldosiersystemen zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion wird die Reduktionsmittellösung mittels einer Magnetkolbenpumpe zur Düse gefördert. Dabei hat sich gezeigt, dass durch den Impuls in der Förderleitung nach einem Förderhub der Magnetkolbenpumpe eine unkontrollierte Nachförderung des Reduktionsmittels erfolgt. Ferner hat sich gezeigt, dass aufgrund einer hohen Kolbengeschwindigkeit bei einem Förderhub die Hydraulikflüssigkeit nicht wie gewünscht über die Steuerbohrungen aus dem Zylinder abfließt, sondern stattdessen Hydraulikflüssigkeit schon vor Verschließen der Steuerbohrungen gefördert wird, woraus ein Fördern von zuviel Reduktionsmittel aufgrund einer erhöhten Auslenkung der Fördermembrane erfolgt, was eine exakte Dosierung erschwert.In the known Reduktionsmitteldosiersystemen for injecting a reducing agent in the exhaust stream of an internal combustion engine for selective catalytic reduction, the reducing agent solution is conveyed by means of a magnetic piston pump to the nozzle. It has been shown that occurs by the pulse in the delivery line after a delivery stroke of the magnetic piston pump uncontrolled subsequent delivery of the reducing agent. Furthermore, it has been shown that due to a high piston speed in a delivery stroke, the hydraulic fluid does not flow as desired through the control bores out of the cylinder, but instead hydraulic fluid is conveyed even before closing the control bores, resulting in a promotion of too much reducing agent due to increased deflection of the conveyor diaphragm , which makes an exact dosage difficult.
Ferner hat sich gezeigt, dass aufgrund einer hohen Kolbengeschwindigkeit nach einem Förderhub die Hydraulikflüssigkeit nicht wie gewünscht über die Steuerbohrungen dem Zylinder und Kolben zugeführt wird, sondern statt dessen Hydraulikflüssigkeit noch aus der Membrankammer angesaugt wird, woraus ein Ansaugen von zuviel Reduktionsmittel erfolgt, was eine exakte Dosierung erschwert.Furthermore, it has been shown that due to a high piston speed after a delivery stroke, the hydraulic fluid is not supplied as desired via the control bores the cylinder and piston, but instead hydraulic fluid is still sucked from the diaphragm chamber, resulting in a suction of too much reducing agent, which is an exact Dosage difficult.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reduktionsmitteldosiersystem der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden und ein Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsmitteldosiersystems anzugeben, sodass eine exakte Dosierung des Reduktionsmittels ermöglicht und eine unerwünschte Überförderung oder Nachförderung nach einem Förderhub zuverlässig verhindert wird.The object of the invention is to form a Reduktionsmitteldosiersystem of the type mentioned on and provide a method for operating a Reduktionsmitteldosiersystems, so that an exact dosage of the reducing agent allows and unwanted over-promotion or Nachförderung after a delivery stroke is reliably prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Reduktionsmitteldosiersystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a Reduktionsmitteldosiersystem according to
Besonders vorteilhaft bei dem Reduktionsmitteldosiersystem zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, mit einer Förderpumpe, mittels derer Reduktionsmittel aus einem Reduktionsmitteltank über eine Saugleitung aus dem Tank angesaugt und über eine Druckleitung gefördert und über zumindest eine Düse in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeleitet wird, ist es, dass die Saugleitung ein bidirektionales Gummiventil aufweist.Particularly advantageous in the Reduktionsmitteldosiersystem for injecting a reducing agent in the exhaust stream of an internal combustion engine for selective catalytic reduction, sucked with a feed pump by means of which reducing agent from a reducing agent tank via a suction line from the tank and conveyed via a pressure line and at least one nozzle in the exhaust stream of It is that the suction line has a bidirectional rubber valve.
Insbesondere kann das Reduktionsmitteldosiersystem eine die Förderpumpe enthaltende Pumpeneinheit aufweisen. Diese Pumpeneinheit kann zusätzlich zu der Förderpumpe weitere Bauteile, insbesondere Schaltventile und/oder Sensoren aufweisen.In particular, the reducing agent metering system may comprise a pump unit containing the feed pump. This pump unit may have additional components, in particular switching valves and / or sensors, in addition to the delivery pump.
Mit dem Begriff der Saugleitung ist dabei die Förderleitung vom Reduktionsmitteltank zum Saugmund der Förderpumpe bezeichnet. In dieser Saugleitung ist ein bidirektionales Gummiventil angeordnet. Bei einem solchen bidirektionalen Gummiventil handelt es sich um ein passives Bauteil, welches bei Auftreten einer entsprechenden Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des bidirektionalen Gummiventils automatisch öffnet und den Strömungskanal freigibt und umgekehrt bei Unterschreitung der geforderten Druckdifferenz zu beiden Seiten des bidirektionalen Gummiventils den Strömungskanal wieder automatisch verschließt. Hierdurch wird ein unerwünschtes Nachfördern des Reduktionsmittels aufgrund des Impulses in der Förderleitung nach einem Förderhub der Förderpumpe zuverlässig verhindert.The term "suction line" designates the delivery line from the reducing agent tank to the suction mouth of the delivery pump. In this suction line a bidirectional rubber valve is arranged. Such a bi-directional rubber valve is a passive component which automatically opens upon occurrence of a corresponding pressure difference between the two sides of the bidirectional rubber valve and the Flow channel releases and vice versa falls below the required pressure difference to both sides of the bidirectional rubber valve again automatically closes the flow channel. As a result, an undesired Nachfördern the reducing agent due to the pulse in the delivery line after a delivery stroke of the feed pump is reliably prevented.
Mit dem Begriff der Druckleitung ist dabei jene Förderleitung bezeichnet, in welche die Druckseite der Förderpumpe mündet und über welche das Reduktionsmittel von der Pumpe zu der Düse gefördert wird.With the term of the pressure line while that conveying line is referred to, in which the pressure side of the feed pump opens and via which the reducing agent is conveyed from the pump to the nozzle.
Die Begriffe Reduktionsmitteldosiersystem bzw. Dosiersystem werden im Sinne der Erfindung synonym verwendet. Mit dem Begriff der Reduktionsmittellösung oder des Reduktionsmittels ist jedes zur selektiven katalytischen Reduktion geeignete Reduktionsmittel umfasst, vorzugsweise kommt hierzu eine Harnstofflösung gemäß
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Druckleitung eine Drossel auf. Es hat sich gezeigt, dass besonders die Anordnung eines bidirektionalen Gummiventils in der Saugleitung in Kombination mit einer Drossel in der Druckleitung eine besonders exakte Dosierung des Reduktionsmittels ermöglicht und eine unerwünschte Überförderung oder Nachförderung nach einem Förderhub zuverlässig verhindert.In a preferred embodiment, the pressure line has a throttle. It has been shown that especially the arrangement of a bidirectional rubber valve in the suction line in combination with a throttle in the pressure line allows a particularly accurate dosing of the reducing agent and reliably prevents unwanted over-delivery or Nachförderung after a delivery.
Vorzugsweise weist das System einen Komponententräger auf, auf dem die Förderpumpe montiert ist und wobei in den Komponententräger ein Saugkanal zum Pumpeneinlass und ein an den Pumpenauslass anschließender Druckkanal integriert sind, wobei der Komponententräger einen Montagebereich aufweist, in welchem das Gummiventil strömungstechnisch in den Saugkanal integriert montiert ist.The system preferably has a component carrier on which the delivery pump is mounted, and wherein a suction channel to the pump inlet and a pressure channel adjoining the pump outlet are integrated into the component carrier, wherein the component carrier has a mounting region in which the rubber valve is integrated into the suction channel is.
Durch einen derartigen Komponententräger ist eine besonders vorteilhafte Anordnung der Pumpe sowie des bidirektionalen Gummiventils in der Saugleitung möglich. Dabei ist es möglich, die an und/oder auf dem Komponententräger angeordneten Komponenten zu einer Baugruppe vorzumontieren. Hierdurch ergibt sich eine einfachere Montage des Dosiersystems und eine Einsparung des benötigten Bauraumes durch Zusammenfassung mehrerer Komponenten zu einer platzsparenden Baugruppe.By such a component carrier, a particularly advantageous arrangement of the pump and the bidirectional rubber valve in the suction line is possible. It is possible to pre-assemble the components arranged on and / or on the component carrier to form an assembly. This results in a simpler installation of the dosing and a saving of the required space by combining several components to a space-saving assembly.
In einer bevorzugten Gesamtanordnung weist das Reduktionsmitteldosiersystem einen Tank auf, an welchen die Saugleitung angeschlossen ist. Dabei wird die Reduktionsmittellösung in den Tank eingefüllt und für den Betrieb des Systems in dem Tank bevorratet. Zur Dosierung wird die Reduktionsmittellösung aus dem Tank entnommen und mittels der Förderpumpe gefördert und über zumindest eine Düse in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeleitet.In a preferred overall arrangement, the reducing agent metering system has a tank to which the suction line is connected. In this case, the reducing agent solution is filled into the tank and stored in the tank for the operation of the system. For dosing, the reducing agent solution is removed from the tank and conveyed by means of the feed pump and introduced via at least one nozzle in the exhaust gas stream of the internal combustion engine.
Besonders bevorzugt weist das System eine Druckluftversorgung auf und das Reduktionsmittel wird innerhalb oder außerhalb der Düse mittels Druckluft zerstäubt. Dabei kann die Druckluftversorgung ein Schaltventil und/oder ein Druckregelventil aufweisen. Dieses Schaltventil dient der Steuerung, d. h. der Ein- und Abschaltung der Druckluftversorgung für das gesamte oder einen Teil des Dosiersystems.Particularly preferably, the system has a compressed air supply and the reducing agent is atomized inside or outside the nozzle by means of compressed air. In this case, the compressed air supply may have a switching valve and / or a pressure regulating valve. This switching valve is used to control, d. H. the switching on and off of the compressed air supply for all or part of the dosing system.
Alternativ oder kumulativ kann die Druckluftversorgung ein Druckregelventil aufweisen. Hierdurch kann die Druckluft auf ein zur Zerstäubung des Reduktionsmittels mittels Druckluft gewünschtes Druckniveau eingestellt werden. Die Druckluft selbst kann aus einem bordeigenen Druckluftsystem, beispielsweise eines Nutzfahrzeuges, in dessen Abgastrakt das Dosiersystem angeordnet ist, entnommen werden, ohne dass der in dem Druckluftsystem vorherrschende Systemdruck eine Einschränkung darstellt, da der Druck der Druckluft auf den gewünschten Druck abgesenkt werden kann.Alternatively or cumulatively, the compressed air supply may have a pressure regulating valve. In this way, the compressed air can be adjusted to a desired level for atomization of the reducing agent by means of compressed air pressure level. The compressed air itself can be taken from an on-board compressed air system, such as a commercial vehicle, in the exhaust system, the dosing is arranged without the prevailing system pressure in the compressed air system is a limitation, since the pressure of the compressed air can be lowered to the desired pressure.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Reduktionsmitteldosiersystems ist demnach eine Druckluftversorgung vorgesehen, wobei das Reduktionsmittel innerhalb oder außerhalb der Düse mittels Druckluft zerstäubt wird. Zur Zerstäubung des Reduktionsmittels kann eine Mischkammer vorgesehen sein, innerhalb derer eine Zerstäubung des Reduktionsmittels mittels der Druckluft bereits vor der Einleitung in den Abgastrakt erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch die Düse als außen mischende Zweistoffdüse ausgebildet, bei der aus einer ersten Düsenöffnung die Reduktionsmittellösung austritt und aus einer zweiten Düsenöffnung Druckluft austritt, wobei die beiden Düsenöffnungen derart zueinander ausgerichtet sind, dass die Druckluft das Reduktionsmittel außerhalb der Düse zerstäubt, so dass die Düse als außenmischende Zweistoffdüse ausgebildet ist und die Aerosolbildung außerhalb der Düse erfolgt. Insbesondere ist die zweite Öffnung der Düse derart positioniert, insbesondere unter einem Winkel gegenüber der Strahlrichtung der ersten Öffnung der Düse angestellt, dass mittels der aus der zweiten Öffnung austretenden Druckluft das aus der ersten Öffnung austretende Reduktionsmittel zerstäubt wird.In a preferred embodiment of the Reduktionsmitteldosiersystems therefore a compressed air supply is provided, wherein the reducing agent is atomized inside or outside the nozzle by means of compressed air. For atomizing the reducing agent, a mixing chamber may be provided, within which an atomization of the reducing agent by means of the compressed air takes place even before the introduction into the exhaust gas tract. In a preferred embodiment, however, the nozzle is designed as an externally mixing two-substance nozzle in which the reducing agent solution emerges from a first nozzle opening and compressed air emerges from a second nozzle opening, wherein the two nozzle openings are aligned with one another such that the compressed air atomizes the reducing agent outside the nozzle, so that the nozzle is designed as an external mixing two-fluid nozzle and the aerosol formation takes place outside the nozzle. In particular, the second opening of the nozzle is positioned in such a way, in particular positioned at an angle relative to the jet direction of the first opening of the nozzle, that by means of the compressed air emerging from the second opening, the reducing agent emerging from the first opening is atomized.
Vorzugsweise ist die Druckleitung über ein Schaltventil oder Regelventil an eine Druckluftversorgung angeschlossen, um die Druckleitung und die Düse nach Beendigung der Dosierung mittels Druckluft von Reduktionsmittel zu befreien.Preferably, the pressure line is connected via a switching valve or control valve to a compressed air supply to free the pressure line and the nozzle after completion of the dosage by means of compressed air from reducing agent.
In dieser bevorzugten Ausführungsform des Reduktionsmitteldosiersystems ist somit eine Druckluftversorgung vorgesehen, wobei die Reduktionsmittel fördernde Druckleitung und damit auch die Düse über ein Schaltventil an die Druckluftversorgung angeschlossen sind, um sie nach Beendigung der Dosierung mittels Druckluft von Reduktionsmittel zu befreien. In this preferred embodiment of the Reduktionsmitteldosiersystems thus a compressed air supply is provided, wherein the reducing agent-conveying pressure line and thus the nozzle are connected via a switching valve to the compressed air supply to free them after completion of the dosage by means of compressed air from reducing agent.
Hierdurch können die Reduktionsmittel fördernde Druckleitung und die Düse und/oder eine Dosierkammer und/oder die Dosierleitung nach Beendigung der Dosierung mittels der Druckluft von der Reduktionsmittellösung befreit werden, um ein Einfrieren oder Auskristallisieren der Reduktionsmittellösung zu verhindern. Hierdurch kann Frostschäden und Verstopfungen effektiv vorgebeugt werden.As a result, the reducing agent-conveying pressure line and the nozzle and / or a metering chamber and / or the dosing can be freed after completion of the dosage by means of the compressed air from the reducing agent solution to prevent freezing or crystallization of the reducing agent solution. This can effectively prevent frost damage and blockage.
Die Druckluft kann somit alternativ oder kumulativ zur Zerstäubung des Reduktionsmittels im Abgasstrang und zur Reinigung der Reduktionsmittel führenden Leitungen nach Beendigung der Dosierung genutzt werden.The compressed air can thus be used alternatively or cumulatively for atomizing the reducing agent in the exhaust line and for cleaning the reducing agent-carrying lines after the end of the dosage.
Vorzugsweise wird der Druck in der Druckleitung mittels eines Drucksensors erfasst und überwacht. Durch eine derartige Erfassung und Überwachung des Druckes in der Reduktionsmittel führenden Druckleitung kann auch die korrekte Arbeitsweise der Förderpumpe und die Dosierung kontinuierlich überwacht werden.Preferably, the pressure in the pressure line is detected and monitored by means of a pressure sensor. By such detection and monitoring of the pressure in the reducing agent leading pressure line and the correct operation of the feed pump and the dosage can be monitored continuously.
Vorzugsweise weist das System eine Beheizungseinrichtung zur Beheizung der Reduktionsmittellösung auf. Die vielfach eingesetzte Reduktionsmittellösung gemäß
Bei der Förderpumpe handelt es sich vorzugsweise um eine Kolbenpumpe, insbesondere um eine Magnetkolbenpumpe. Bei einer solchen Magnetkolbenpumpe sind eine oder mehrere Zylinderspulen, mittels derer ein Magnetfeld erzeugt wird, angeordnet. Die Kolbenbewegung des magnetischen Kolbens wird durch das mittels der Spulen erzeugte Magnetfeld gesteuert.The feed pump is preferably a piston pump, in particular a magnetic piston pump. In such a magnetic piston pump, one or more cylindrical coils, by means of which a magnetic field is generated, arranged. The piston movement of the magnetic piston is controlled by the magnetic field generated by the coils.
Bei einer Magnetkolbenpumpe ist es besonders vorteilhaft, dass diese durch eine entsprechende Ansteuerung der das Magnetfeld erzeugenden Spulen, exakt betätigt und angesteuert werden kann.In the case of a magnetic piston pump, it is particularly advantageous that it can be actuated and controlled precisely by a corresponding control of the coils producing the magnetic field.
Dementsprechend besteht die Möglichkeit, bei einem Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsmitteldosiersystems zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, mit einer Magnetkolbenpumpe als Förderpumpe, mittels derer Reduktionsmittel aus einem Reduktionsmitteltank über eine Saugleitung aus dem Tank angesaugt und über eine Druckleitung gefördert und über zumindest eine Düse in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeleitet wird, wobei die Kolbenbewegung durch Ansteuerung einer oder mehrerer Zylinderspulen, mittels derer ein Magnetfeld erzeugt wird, gesteuert wird, es vorzusehen, dass eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung des/der Zylinderspule/n in Abhängigkeit der aktuellen Position, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Kolbens erfolgt.Accordingly, in a method for operating a reducing agent metering system for injecting a reducing agent into the exhaust gas stream of a selective catalytic reduction internal combustion engine, it is possible to suck it from a reducing agent tank via a suction line from the tank and convey it via a pressure line by means of a magnetic piston pump and is introduced via at least one nozzle in the exhaust stream of the internal combustion engine, wherein the piston movement is controlled by driving one or more cylindrical coils, by means of which a magnetic field is generated, to provide that a pulse-width modulated control of the / the solenoid / n depending on the current Position, speed and direction of movement of the piston takes place.
Mit dem Begriff der Ansteuerung des/der Zylinderspule/n ist dabei die zeitlich variable Bestromung der Spule/n gemeint, durch die jeweils ein resultierendes Magnetfeld erzeugt wird, welches eine resultierende Kraft auf den magnetischen Kolben ausübt. Durch die resultierende magnetische Kraft wird der Kolben in dem Zylinder der Magnetkolbenpumpe zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt hin- und herbewegt und dabei beschleunigt oder abgebremst.By the term of the control of the / the cylindrical coil / n is meant the time-variable energization of the coil / n, by each of which a resulting magnetic field is generated, which exerts a resultant force on the magnetic piston. By the resulting magnetic force of the piston is reciprocated in the cylinder of the magnetic piston pump between the top dead center and the bottom dead center and thereby accelerated or decelerated.
Durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung des/der Zylinderspule/n wird das Tastverhältnis, d. h. der Quotient von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer der Bestromung des/der Zylinderspule/n während eines Zyklus, variiert, woraus ein zeitlich veränderliches resultierendes Magnetfeld des/der Zylinderspule/n resultiert. Hieraus folgt wiederum eine zeitlich variierende auf den Kolben wirkende resultierende magnetische Kraft und der daraus resultierenden variablen Kolbenbeschleunigung bzw. Kolbengeschwindigkeit. Durch Variation des Tastgrades lässt sich der arithmetische Mittelwert der elektrischen Spannung ändern. Dementsprechend kann durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Zylinderspule/n einer Magnetkolbenpumpe die resultierende auf den Kolben einwirkende magnetische Kraft gesteuert werden.By a pulse-width modulated control of the / the solenoid / n the duty cycle, d. H. the ratio of duty cycle to power-off duration of the solenoid (s) during a cycle varies, resulting in a time-varying resulting magnetic field of the solenoid (s). This in turn follows a time-varying resulting on the piston resulting magnetic force and the resulting variable piston acceleration or piston speed. By varying the duty cycle, the arithmetic mean of the electrical voltage can be changed. Accordingly, by a pulse width modulated control of the solenoid / n a magnetic piston pump, the resulting force acting on the piston magnetic force can be controlled.
Die Anwendung des Verfahrens zum Betrieb eines Reduktionsmitteldosiersystems kann dabei alternativ zu der erfindungsgemäßen Weiterbildung auch bei einem gattungsgemäßen Reduktionsmitteldosiersystem gemäß des Standes der Technik erfolgen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsmitteldosiersystems kumulativ bei einem erfindungsgemäß weitergebildeten Reduktionsmitteldosiersystem anzuwenden.The application of the method for operating a Reduktionsmitteldosiersystems can be done alternatively to the development of the invention also in a generic Reduktionsmitteldosiersystem according to the prior art. However, it is also possible to apply the method for operating a reducing agent metering system cumulatively in a reducing agent metering system developed according to the invention.
Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung des/der Zylinderspule/n derart, dass der Kolben während eines Förderhubes auf Höhe der Steuerbohrungen, über die Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird, verlangsamt wird. The control of the cylinder coil (s) is preferably carried out such that the piston is slowed down during a delivery stroke at the level of the control bores via which hydraulic fluid is supplied.
Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung des/der Zylinderspule/n derart, dass der Kolben während eines Saughubes auf Höhe der Steuerbohrungen, über die Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird, verlangsamt wird.The control of the cylinder coil (s) is preferably carried out such that the piston is slowed down during a suction stroke at the level of the control bores via which hydraulic fluid is supplied.
Bevorzugt erfolgt die Ansteuerung des/der Zylinderspule/n derart, dass der Kolben zum Abschluss eines Förderhubes vor dem oberen Totpunkt abgebremst wird.Preferably, the control of the / of the cylinder / n is such that the piston is decelerated to complete a delivery stroke before top dead center.
Durch eine Verlangsamung des Kolbens auf Höhe der Steuerbohrungen, über die Hydraulikflüssigkeit zum Zylinder, in dem der Kolben geführt ist, zugeführt und abgeführt wird, wird der gewünschte Fluss der Hydraulikflüssigkeit über die Steuerbohrungen optimiert, da bei zu großen Kolbengeschwindigkeiten beim Ansaugtakt ein unerwünschtes Ansaugen von zu viel Hydraulikflüssigkeit aus der Membrankammer während eines Saughubes zu beobachten ist, während beim Fördertakt infolge einer zu hohen Kolbengeschwindigkeit eine unerwünschte Förderung von Hydraulikflüssigkeit in die Membrankammer erfolgt. Diese unerwünschten Effekte sowohl bei einem Saughub als auch bei einem Förderhub lassen sich durch eine entsprechende pulsweitenmodulierte Ansteuerung des/der Zylinderspule/n und ein Abbremsen des Kolbens im Bereich der Steuerbohrungen deutlich reduzieren.By slowing down the piston at the level of the control bores via which hydraulic fluid is supplied and discharged to the cylinder in which the piston is guided, the desired flow of the hydraulic fluid through the control bores is optimized, since at too high piston speeds in the intake stroke, an undesired suction of too much hydraulic fluid is to be observed from the diaphragm chamber during a suction stroke, while during the delivery cycle due to an excessive piston speed, an undesired delivery of hydraulic fluid into the diaphragm chamber. These unwanted effects both during a suction stroke and during a delivery stroke can be significantly reduced by a corresponding pulse-width-modulated control of the / of the cylindrical coil / s and a braking of the piston in the region of the control bores.
Ein ungebremstes Anprallen des Kolbens an der Prallplatte zum Ende eines Förderhubes führt zu einem erheblichen Impuls in der Druckleitung des Dosiersystems mit der Folge, dass aufgrund dieses Impulses das Einlassventil öffnet und eine unkontrollierte und unerwünschte Förderung von Reduktionsmittel erfolgt. Dieser unerwünschte Effekt kann durch ein Abbremsen des Kolbens kurz vor dem oberen Totpunkt unterdrückt werden. Durch die Vermeidung eines harten Anprallens des Kolbens an die Prallplatte wird der auftretende Impuls in der Druckleitung verringert, sodass ein unerwünschtes Weiterfördern von Reduktionsmittel nach Abschluss des Förderhubs unterbleibt. Zum Abbremsen des Kolbens erfolgt eine entsprechende Reduktion des Tastgrades der Bestromung des/der Zylinderspule/n.An unrestrained impact of the piston on the baffle plate to the end of a delivery stroke leads to a significant impulse in the pressure line of the metering system, with the result that due to this pulse, the inlet valve opens and an uncontrolled and unwanted promotion of reducing agent. This undesirable effect can be suppressed by braking the piston just before top dead center. By avoiding a hard impact of the piston on the baffle plate of the occurring pulse is reduced in the pressure line, so that an undesired further conveying of reducing agent after completion of the delivery stroke is omitted. To decelerate the piston, a corresponding reduction of the duty cycle of the current supply of the / the cylindrical coil / n.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is illustrated in the figures and will be explained in more detail below. Show it:
Mittels der Förderpumpe
Eine vergrößerte Darstellung des Dosiersystems nach
Ferner ist in
Die Anordnung dieses bidirektionalen Gummiventils
In
Der Antrieb des Kolbens
Der den Kolben umgebende Raum mit der Zylinderspule ist mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, wobei eine Schmierung des Kolbens und das Füllen des Hubraumes über entsprechende Steuerbohrungen
Das Ansaugen erfolgt über den Einlasskanal
Die Ansteuerung der Zylinderspule
In den
Bei einer 100prozentigen Ansteuerung der Zylinderspule während einer ersten Phase A ausgehend vom unteren Totpunkt des Kolbens erfolgt die Vormagnetisierung und der Aufbau eines starken Magnetfeldes durch die 100prozentige Ansteuerung der Zylinderspule. Hieraus resultiert eine große Beschleunigung des Kolbens ausgehend vom unteren Totpunkt UT zu Beginn eines Förderhubs, wie dies anhand der in
An die erste Phase A mit 100prozentiger Ansteuerung schließt sich eine zweite Phase B mit großer Geschwindigkeit des Kolbens an. Während der Phase B soll eine Verdrängung der Hydraulikflüssigkeit in die dafür vorgesehenen Steuerbohrungen
Nachdem der Kolben die Steuerbohrungen
Ein ungebremstes Anprallen des Kolbens
Um diesen Effekt zu unterbinden, wird ein hartes Anprallen des Kolbens
Nach Erreichen des oberen Totpunktes OT wird der Kolben
Die Phase D, angedeutet durch die Position des Kolbens
Während der Rückfahrt des Kolbens in Phase E durch die Federkraft der Rückstellfeder wird während des Hubvolumenweges Hydraulikflüssigkeit aus der Membrankammer gesaugt. Da eine zu schnelle Kolbenbewegung beim Zurückfahren zum unteren Totpunkt UT im Bereich der Steuerbohrungen
Der gesamte Bewegungszyklus ist in
Die entsprechende pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Zylinderspule, d. h. die jeweiligen Wechsel der Tastgrade, erfolgt phasenverschoben gegenüber den einzelnen Bewegungsphasen A bis G, da einerseits die entsprechende Magnetisierung erfolgen muss und ferner es einer gewissen Reaktionszeit bedarf, bis der Kolben auf das veränderte Magnetfeld entsprechend reagiert. Hierzu ist im unteren Teil nach
Während eines ersten Zeitabschnittes T1 erfolgt mit einem hohen Tastgrad die nötige Magnetisierung resultierend in einer entsprechend kleinen Beschleunigung und niedrigen Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens während der Phase A. Hieran schließt sich eine konstante niedrige Geschwindigkeit des Kolbens durch eine Ansteuerung mit einem reduzierten Tastgrad während eines zweiten Zeitabschnitts T2 in der Bewegungsphase B an. Hieran schließt sich eine Ansteuerung mit einem leicht erhöhten Tastgrad während des Zeitabschnitts T3 in etwa entsprechend der Bewegungsphase C an, das heißt während der eigentlichen Förderung des Reduktionsmittels gefolgt von einer Ansteuerung der Zylinderspule mit einem minimalen Tastgrad während einer Zeitspanne T4 zum Abbremsen des Kolbens am Ende der Bewegungsphase C vor Erreichen des oberen Totpunktes OT. Am oberen Totpunkt OT wird in der Zeitspanne T5 in der Phase D das Tastverhältnis wieder erhöht, um ein Anprallen zu verhindern und ein sicheres Halten des Kolbens zu gewährleisten. Ausgehend vom oberen Totpunkt OT wird der Kolben durch die Federkraft der Rückstellfeder in Richtung auf den unteren Totpunkt UT zurückgefahren, wobei während einer hierauf folgenden Zeitspanne T6 mit einem minimalen Tastgrad die magnetische Beeinflussung des Kolbens nahezu unterlassen wird, wodurch lediglich die Geschwindigkeit des Kolbens etwas begrenzt wird. In der darauf folgenden Zeitspanne T7 wird mit erhöhten Tastgrad ein Abbremsen des Kolbens auf Höhe der Steuerbohrungen
Durch diese variable pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Solenoids der Kolbenpumpe wird der Kolben an den Steuerbohrungen
Durch die spezielle pulsweitenmodulierte Ansteuerung wird die Dosiergenauigkeit einer Membran- oder Kolbenpumpe erhöht. Ferner wir durch die spezielle pulsweitenmodulierte Ansteuerung die Fördergeschwindigkeit des Reduktionsmittels während eines Förderhubes einer Membran- oder Kolbenpumpe reduziert und somit ist die Bildung eines feineren Sprays mit einer Zweistoffdüse gegeben.The special pulse width modulated control increases the dosing accuracy of a diaphragm or piston pump. Further, we reduce the conveying speed of the reducing agent during a delivery stroke of a diaphragm or piston pump by the special pulse width modulated control and thus the formation of a finer spray is given with a two-fluid nozzle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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