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 DIN 70070 eingesetzt. Im Abgas zersetzt sich der Harnstoff bei Temperaturen oberhalb von 150° Celsius in gasförmiges Ammoniak und CO2. Parameter für die Zersetzung des Harnstoffes sind im wesentlichen Zeit (Verdampfungs- und Reaktionszeit), Temperatur und Tröpfchengröße der eingedüsten Harnstofflösung. In diesen SCR-Katalysatoren wird durch selektive katalytische Reduktion (englisch selective catalyic reduction, SCR) der Ausstoß von Stickoxyden um etwa 90% reduziert.Since the entrainment of ammonia in vehicles is safety-critical, urea is in aqueous solution with usually 32.5% urea content in particular according to DIN 70070 used. In the exhaust gas, the urea decomposes at temperatures above 150 ° Celsius into gaseous ammonia and CO 2 . Parameters for the decomposition of the urea are essentially time (evaporation and reaction time), temperature and droplet size of the injected urea solution. In these SCR catalysts, selective catalytic reduction (SCR) reduces the emission of nitrogen oxides by about 90%.

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 claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

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 DIN 70070 zum Einsatz. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.The terms reducing agent metering system or metering system are used synonymously in the context of the invention. The term reducing agent solution or reducing agent includes any reducing agent suitable for selective catalytic reduction, preferably a urea solution according to DIN 70070 for use. However, the invention is not limited thereto.

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 DIN 70070 gefriert aufgrund ihres Wassergehaltes bei ca. –11°C. Daher ist es erforderlich, eine Beheizungseinrichtung beispielsweise innerhalb des Tanks und/oder in thermischer Kopplung zur Saugleitung und/oder Druckleitung zur Beheizung der Reduktionsmittellösung für den Fall sehr niedriger Umgebungstemperaturen vorzusehen.The system preferably has a heating device for heating the reducing agent solution. The widely used reducing agent solution according to DIN 70070 freezes due to its water content at approx. -11 ° C. Therefore, it is necessary to provide a heating device, for example inside the tank and / or in thermal coupling to the suction line and / or pressure line for heating the reducing agent solution in the case of very low ambient temperatures.

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:

1 eine schematische Darstellung eines Reduktionsmitteldosiersystems; 1 a schematic representation of a Reduktionsmitteldosiersystems;

2 eine vergrößerte Darstellung des Dosiersystems nach 1 im Schnitt; 2 an enlarged view of the dosing according to 1 on average;

3 das bidirektionale Gummiventil nach den 1 und 2 in verschiedenen Ansichten; 3 the bidirectional rubber valve after the 1 and 2 in different views;

4 eine schematische Darstellung der Förderpumpe nach 2 im Schnitt; 4 a schematic representation of the feed pump according to 2 on average;

5 den Schnitt der Förderpumpe während der Phase B eines Förderhubs gemäß 9; 5 the section of the feed pump during the phase B of a delivery stroke according to 9 ;

6 den Schnitt der Förderpumpe während der Phase C eines Förderhubs gemäß 9; 6 the section of the feed pump during the phase C of a delivery stroke according to 9 ;

7 den Schnitt der Förderpumpe während der Phase D eines Förderhubs gemäß 9; 7 the section of the feed pump during the phase D of a delivery stroke according to 9 ;

8 den Schnitt der Förderpumpe während der Phase E eines Förderhubs gemäß 9; 8th the section of the feed pump during the phase E of a delivery stroke according to 9 ;

9 den Verlauf des Kolbenweges s und des PWM-Tastverhältnisses der Ansteuerung der Förderpumpe über der Zeit t während eines Fördertaktes der Förderpumpe; 9 the course of the piston travel s and the PWM duty cycle of the control of the feed pump over the time t during a delivery cycle of the feed pump;

1 zeigt eine schematische Darstellung des Reduktionsmitteldosiersystems 10 zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion. 1 shows a schematic representation of the Reduktionsmitteldosiersystems 10 for injecting a reducing agent into the exhaust gas flow of an internal combustion engine, not shown, for selective catalytic reduction.

Mittels der Förderpumpe 20 wird über die Saugleitung 30 Reduktionsmittellösung aus dem Tank 40 angesaugt und über die Druckleitung 50 zur Einspritzdüse 60 gefördert. Über die Einspritzdüse 60 wird das Reduktionsmittel in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingespritzt. Erfindungsgemäß ist in der Saugleitung 30 ein bidirektionales Gummiventil 70 angeordnet.By means of the feed pump 20 is via the suction line 30 Reducing agent solution from the tank 40 sucked in and over the pressure line 50 to the injection nozzle 60 promoted. About the injector 60 the reducing agent is injected into the exhaust gas flow of the internal combustion engine. According to the invention is in the suction line 30 a bidirectional rubber valve 70 arranged.

Eine vergrößerte Darstellung des Dosiersystems nach 1 zeigt 2 im Schnitt. Dabei ist die Pumpe 20 auf einem Komponententräger 15 angeordnet. In den Komponententräger 15 integriert sind die integrierte Saugleitung 30' und die integrierte Druckleitung 50'. Die Pumpe 20 sowie der Komponententräger 15 sind derart aufeinander angepasst, dass die in den Komponententräger 15 integrierte Saugleitung 30' unmittelbar in den Pumpeneinlass der Pumpe 20 mündet und ferner der Pumpenauslass der Pumpe 20 unmittelbar in die in den Komponententräger 15 integrierte Druckleitung 50' mündet.An enlarged view of the dosing according to 1 shows 2 on average. Here is the pump 20 on a component carrier 15 arranged. In the component carrier 15 integrated are the integrated suction line 30 ' and the integrated pressure line 50 ' , The pump 20 as well as the component carrier 15 are adapted to each other in such a way that in the component carrier 15 integrated suction line 30 ' directly into the pump inlet of the pump 20 opens and also the pump outlet of the pump 20 directly into the component carrier 15 integrated pressure line 50 ' empties.

Ferner ist in 2 erkennbar der in den Komponententräger 15 integrierte Ventilsitz 16 zur Aufnahme des bidirektionalen Gummiventils 70. Das bidirektionale Gummiventil 70 wird in dem Ventilsitz fixiert durch den Ventilträger 31, der wiederum integraler Bestandteil der Saugleitung 30 ist. Die Saugleitung 30 ist mit dem in 2 nicht dargestellten Tank verbunden. Der Ventilträger 31 wird gegen den Ventilsitz 16 in dem Komponententräger 15 mittels der Dichtfläche des bidirektionalen Gummiventils und zusätzlich mittels eines O-Rings 35 abgedichtet.Furthermore, in 2 recognizable in the component carrier 15 integrated valve seat 16 for receiving the bidirectional rubber valve 70 , The bidirectional rubber valve 70 is fixed in the valve seat by the valve carrier 31 , which in turn is an integral part of the suction line 30 is. The suction line 30 is with the in 2 not shown tank connected. The valve carrier 31 is against the valve seat 16 in the component carrier 15 by means of the sealing surface of the bidirectional rubber valve and additionally by means of an O-ring 35 sealed.

3 zeigt das bidirektionale Gummiventil 70 in einer Draufsicht sowie den Schnitt A-A. Erkennbar in der Draufsicht auf das Gummiventil 70 ist der Öffnungsschlitz 71. Bei Anliegen einer entsprechenden Druckdifferenz über dem bidirektionalen Gummiventil 70 öffnet der Öffnungsschlitz 71 automatisch. Umgekehrt schließt der Öffnungsschlitz 71 aufgrund seiner Rückstellkräfte automatisch in dem Moment, wenn die erforderliche Druckdifferenz über dem bidirektionalen Gummiventil 70 den erforderlichen Öffnungsdruck unterschreitet. 3 shows the bi-directional rubber valve 70 in a plan view and the section AA. Recognizable in the plan view of the rubber valve 70 is the opening slot 71 , When a corresponding pressure difference across the bidirectional rubber valve 70 opens the opening slot 71 automatically. Conversely, the opening slot closes 71 due to its restoring forces automatically at the moment when the required pressure difference across the bidirectional rubber valve 70 falls below the required opening pressure.

Die Anordnung dieses bidirektionalen Gummiventils 70 in der Saugleitung 30 des Dosiersystems 10 führt zu einer Dämpfung der Reduktionsmittelförderung insbesondere zum Ende eines Förderhubs, da ohne dieses integrierte bidirektionale Gummiventil 70 der Impuls in der Druckleitung 50 des Dosiersystems eine unerwünschte Nachförderung von Reduktionsmittel aus dem Tank bewirken würde. Durch das in die Saugleitung 30 auf der Saugseite der Pumpe 20 integrierte Ventil 70 wird diese unerwünschte Nachförderung zuverlässig unterbunden.The arrangement of this bidirectional rubber valve 70 in the suction line 30 of the dosing system 10 leads to an attenuation of the reducing agent promotion in particular to the end of a delivery stroke, as without this integrated bi-directional rubber valve 70 the pulse in the pressure line 50 the dosing would cause an undesirable Nachförderung of reducing agent from the tank. Through that into the suction line 30 on the suction side of the pump 20 integrated valve 70 This unwanted Nachförderung is reliably prevented.

In 4 ist eine Ansicht der Förderpumpe 20 im Schnitt dargestellt. Bei der Förderpumpe 20 handelt es sich um eine elektromagnetische Kolbenpumpe, bei der der Kolben 21 durch den Aufbau eines entsprechenden Magnetfeldes mittels eines Solenoids 22, das heißt durch das mittels einer Zylinderspule 22 erzeugte Magnetfeld und der daraus resultierenden auf den Kolben 21 wirkenden magnetischen Kraft bewegt wird.In 4 is a view of the pump 20 shown in section. At the pump 20 it is an electromagnetic piston pump in which the piston 21 by building up a corresponding magnetic field by means of a solenoid 22 that is, by means of a cylindrical coil 22 generated magnetic field and the resulting on the piston 21 is moved by acting magnetic force.

Der Antrieb des Kolbens 21 durch eine entsprechende Ansteuerung der Zylinderspule 22 erfolgt in Ausschubrichtung des Kolbens 21, das heißt während eines Förderhubs des Kolbens 21 in Richtung auf den oberen Totpunkt. Zurückgestellt wird der Kolben 21 mittels einer Feder 23, wie dies in 4 erkennbar ist.The drive of the piston 21 by a corresponding control of the solenoid 22 takes place in the extension direction of the piston 21 that is, during a delivery stroke of the piston 21 towards the top dead center. The piston is reset 21 by means of a spring 23 like this in 4 is recognizable.

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 24 erfolgt. Das eigentliche Fördervolumen der Pumpe 20 ist gebildet durch das Zylindervolumen 25.The space surrounding the piston with the solenoid is filled with hydraulic fluid, with lubrication of the piston and filling of the displacement via respective control bores 24 he follows. The actual delivery volume of the pump 20 is formed by the cylinder volume 25 ,

Das Ansaugen erfolgt über den Einlasskanal 26. Das Ausschieben erfolgt über den Auslasskanal 27. Den Einlasskanal 26 und den Auslasskanal 27 überdeckt die Membran 28.The suction takes place via the inlet channel 26 , The pushing out takes place via the outlet channel 27 , The inlet channel 26 and the outlet channel 27 covers the membrane 28 ,

Die Ansteuerung der Zylinderspule 22 in Abhängigkeit der Kolbenposition, Kolbengeschwindigkeit und Bewegungsrichtung wird nachfolgend anhand der weiteren Figuren erläutert.The control of the solenoid 22 depending on the piston position, piston speed and direction of movement will be explained below with reference to the other figures.

In den 4 bis 8 sind die jeweiligen Kolbenpositionen während eines Förderzyklusses erkennbar, die den einzelnen Phasen A bis G gemäß 9 entsprechen.In the 4 to 8th are the respective piston positions during a Förderzyklusses recognizable, the individual phases A to G according to 9 correspond.

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 4 dargestellten Position des Kolbens 21 erkennbar ist. Zu Beginn der Phase A befindet sich der Kolben 21 an dem unteren Totpunkt UT. Mit verbesserter Ansteuerung mittels einer Pulsweitenmodulation der Bestromung wird nun in der in 9 dargestellten Phase A mit einer großen Pulsweitenmodulation nur der Strom i eingestellt, der nötig ist, um das Magnetfeld so einzustellen, dass der Kolben 21 sich mit nur geringer Beschleunigung in Bewegung setzt.In a 100 percent control of the solenoid during a first phase A starting from the bottom dead center of the piston, the bias and the construction of a strong magnetic field by 100 percent driving the solenoid takes place. This results in a large acceleration of the piston from the bottom dead center UT at the beginning of a delivery stroke, as shown by the in 4 illustrated position of the piston 21 is recognizable. At the beginning of phase A is the piston 21 at the bottom dead center UT. With improved control by means of a pulse width modulation of the current is now in the in 9 Phase A shown with a large pulse width modulation only the current i set, which is necessary to adjust the magnetic field so that the piston 21 is moving with only a slight acceleration.

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 24 der Pumpe erfolgen, wie dies in 5 dargestellt und durch die Pfeile 24' schematisch angedeutet ist. Während dieser Bewegungsphase B während des Förderhubs fließt normalerweise die Hydraulikflüssigkeit nicht nur durch die davor vorgesehenen Steuerbohrungen 24 ab, sondern ein Teil auch zur Membrankammer hin. Um zu vermeiden, dass die Hydraulikflüssigkeit vor dem Kolben hergetrieben wird, anstatt in die dafür vorgesehenen Steuerbohrungen 24 abzufließen, wird der Kolben in der in 9 dargestellten Bewegungsphase B mit reduziertem Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation auf einer geringen Geschwindigkeit gehalten, wie dies durch die geringere Steigung des Wegstreckenverlaufs s des Kolbens über der Zeit t in 9 erkennbar ist. Die Position des Kolbens auf Höhe der Steuerbohrungen 24 während der Phase B ist in der Schnittzeichnung gemäß 5 entsprechend angedeutet. Ebenfalls in 5 eingetragen ist das Höhenniveau 25' entsprechend der Steuerkante 25' der Steuerbohrungen 24, bei dem das eigentliche Zylindervolumen der Kolbenpumpe beginnt und als Fördervolumen zur Membrankammer gedrückt wird.The first phase A with 100 percent control is followed by a second phase B at high speed of the piston. During phase B, a displacement of the hydraulic fluid in the designated control bores 24 take the pump, as in 5 represented and by the arrows 24 ' is indicated schematically. During this movement phase B during the delivery stroke, the hydraulic fluid normally flows not only through the control bores provided in advance 24 but also a part to the membrane chamber. To avoid that the hydraulic fluid is driven in front of the piston, rather than in the designated control bores 24 to drain, the piston is in the in 9 shown movement phase B with reduced duty cycle of the pulse width modulation kept at a low speed, as indicated by the lower slope of the travel curve s of the piston over the time t in 9 is recognizable. The position of the piston at the level of the pilot holes 24 during the phase B is in the sectional drawing according to 5 indicated accordingly. Also in 5 registered is the height level 25 ' according to the control edge 25 ' the tax holes 24 , in which the actual cylinder volume of the piston pump begins and is pressed as a delivery volume to the diaphragm chamber.

Nachdem der Kolben die Steuerbohrungen 24 und deren Steuerkanten 25' überstrichen hat und zu dem Beginn des eigentlichen Zylindervolumens 25 auf Höhe des Niveaus 25' gelangt, wie dies in 6 angedeutet ist, folgt sodann im weiteren zeitlichen Verlauf die Phase C gemäß 9. In dieser Phase C erfolgt wiederum eine Ansteuerung der Zylinderspule mit einem höheren Tastgrad, so dass der Kolben wieder beschleunigt wird, wie dies aus dem Weg-Zeit-Diagramm der 9 der Kolbenbewegung ablesbar ist sowie dem ebenfalls in 9 eingetragenen Tastverhältnis zu entnehmen ist. Während der Bewegungsphase C erfolgt die eigentliche Förderung des Zylindervolumens 25 der Pumpe 20.After the piston the control bores 24 and their control edges 25 ' and at the beginning of the actual cylinder volume 25 at the level of the level 25 ' arrives, as in 6 is indicated, then follows in the further course of time, the phase C according to 9 , In this phase C, in turn, a control of Cylinder coil with a higher duty cycle, so that the piston is accelerated again, as can be seen from the path-time diagram of the 9 the piston movement is readable and also in 9 Registered duty cycle can be seen. During the movement phase C, the actual promotion of the cylinder volume takes place 25 the pump 20 ,

Ein ungebremstes Anprallen des Kolbens 21 an der Prallplatte im oberen Totpunkt OT würde einen erheblichen Impuls in der Druckleitung 50 des Dosiersystems bewirken. Dieses Anprallen und auch der entstandene Impuls würde wiederum in der Dosierleitung so groß sein, dass das Einlassventil öffnet und Reduktionsmittel quer durch die Pumpe fließt, bis der Impuls abgebaut ist. Dies würde zu einer unerwünschten Nachförderung und somit zu einer unkontrollierten Dosierung führen.An unrestrained impact of the piston 21 At the baffle plate at top dead center OT would give a significant boost in the pressure line 50 effect the dosing. This impact and also the resulting pulse would in turn be so large in the dosing line that the inlet valve opens and reducing agent flows across the pump until the pulse has dissipated. This would lead to an undesirable Nachförderung and thus to an uncontrolled dosage.

Um diesen Effekt zu unterbinden, wird ein hartes Anprallen des Kolbens 21 an der Prallplatte im oberen Totpunkt OT dadurch verhindert, dass während der Bewegungsphase C zum Ende des Förderhubs der Kolben abgebremst wird, wie dies im Weg-Zeit-Diagramm der Kolbenbewegung gemäß 9 erkennbar ist. Das Abbremsen des Kolbens 21 vor dem oberen Totpunkt OT erfolgt wiederum zum Ende der Bewegungsphase C dadurch, dass der Tastgrad bei der pulsweitenmodulierten Ansteuerung der Zylinderspule extrem auf ein Minimum reduziert wird. Dies ist dem in 9 aufgetragenen Verlauf des Tastgrades während des Zeitabschnittes T4 entnehmbar.To prevent this effect, a hard impact of the piston 21 prevented at the baffle plate at top dead center OT, that during the movement phase C at the end of the delivery stroke of the piston is decelerated, as in the path-time diagram of the piston movement according to 9 is recognizable. The deceleration of the piston 21 before the top dead center OT again takes place at the end of the movement phase C in that the duty cycle in the pulse width modulated control of the solenoid is extremely reduced to a minimum. This is the in 9 plotted course of the duty cycle during the period T4 removed.

Nach Erreichen des oberen Totpunktes OT wird der Kolben 21 mittels der Feder 23 zum unteren Totpunkt zurückverlagert, wodurch ein entsprechendes Ansaugen von Reduktionsmittel über die Saugleitung 30 erfolgt.After reaching the top dead center OT, the piston 21 by means of the spring 23 moved back to the bottom dead center, whereby a corresponding suction of reducing agent via the suction line 30 he follows.

Die Phase D, angedeutet durch die Position des Kolbens 21 gemäß 7 am oberen Totpunkt OT bzw. dargestellt in 9 beginnt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt OT erreicht hat.Phase D, indicated by the position of the piston 21 according to 7 at top dead center OT or shown in 9 begins when the piston has reached top dead center OT.

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 24 dazu führt, dass weiterhin Hydraulikflüssigkeit von der Membran gesaugt wird und nicht nur aus den Steuerbohrungen 24, wie dies in 8 durch die Pfeile 24'' dargestellt ist, wird hier in den Phasen E und F gemäß 9 der Kolben während seiner Rückfahrt durch die Federkraft der Rückstellfeder ebenfalls durch eine entsprechende pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Zylinderspule im Bereich der Steuerbohrungen 24 abgebremst, wie dies in 9 während der Bewegungsphase E und F erkennbar ist. Deutlich ablesbar in 9 ist die geringere Kolbengeschwindigkeit auf der Höhe der Steuerbohrungen 24 ab der unteren Steuerkante 25' der Steuerbohrungen. Sobald der Kolben die Steuerbohrungen überstrichen hat, erfolgt durch die langsamere Kolbengeschwindigkeit mit dem geringen Tastverhältnis in Phase F ein leichteres Ansaugen von Hydraulikflüssigkeit aus den Steuerbohrungen 24, wie dies durch die Pfeile 24'' in 8 schematisch angedeutet ist.During the return travel of the piston in phase E by the spring force of the return spring, hydraulic fluid is sucked out of the diaphragm chamber during the stroke volume travel. Since too fast a piston movement when returning to bottom dead center UT in the area of the control bores 24 This causes hydraulic fluid to continue to be drawn from the diaphragm and not just from the control bores 24 like this in 8th through the arrows 24 '' is shown here in phases E and F according to 9 the piston during its return travel by the spring force of the return spring also by a corresponding pulse width modulated control of the solenoid in the field of control bores 24 slowed down as in 9 during the movement phase E and F can be seen. Clearly readable in 9 is the lower piston speed at the level of the control bores 24 from the lower control edge 25 ' the tax holes. As soon as the piston has swept over the control bores, the slower piston speed with the low duty cycle in phase F makes it easier to draw in hydraulic fluid from the control bores 24 like this by the arrows 24 '' in 8th is indicated schematically.

Der gesamte Bewegungszyklus ist in 9 in einer Gesamtübersicht dargestellt. Im oberen Teil nach 9 ist dargestellt das Weg-Zeit-Diagramm des Kolbenweges s über der Zeit t während eines gesamten Förder- und Ansaugzyklus. Eingetragen sind der untere Totpunkt UT, der obere Totpunkt OT sowie die Steuerkante 25' der Steuerbohrungen 24 der Pumpe. Erkennbar im Weg-Zeit-Diagramm sind die Abschnitte A–D während des Förderhubs sowie hieran anschließend die Phase E bis G entsprechend dem Ansaugtakt der Pumpe.The entire movement cycle is in 9 presented in a general overview. In the upper part after 9 is the path-time diagram of the piston stroke s over time t during an entire delivery and Ansaugzyklus. Entered are the bottom dead center UT, the top dead center OT and the control edge 25 ' the tax holes 24 the pump. Recognizable in the path-time diagram are the sections A-D during the delivery stroke and subsequently the phase E to G corresponding to the intake stroke of the pump.

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 9 der jeweilige Tastgrad bei der Ansteuerung der Zylinderspule erkennbar, das heißt es ist der Verlauf der Einschaltzeiten beziehungsweise Abschaltzeiten bei der Bestromung der Zylinderspule der Kolbenpumpe dargestellt.The corresponding pulse width modulated control of the solenoid, ie the respective change of the duty cycle, is out of phase with respect to the individual motion phases A to G, since on the one hand the corresponding magnetization must be done and further it requires a certain reaction time until the piston reacts to the changed magnetic field accordingly. This is in the lower part to 9 the respective duty cycle in the control of the solenoid can be seen, that is, it is the course of the turn-on or shutdown in the energization of the solenoid of the piston pump shown.

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 24 beginnend auf der Höhe der Steuerkante 25' herbeigeführt. Hieran schließt sich ein weiterer Zeitabschnitt T8 an, bei dem wiederum mit einem etwas reduzierten Tastgrad der Kolben auf geringe Geschwindigkeit gehalten wird, und zum unteren Totpunkt UT zurückgefahren wird. Kurz vor Auftreffen des Kolbens am unteren Totpunkt UT wird mit einem erhöhten Tastverhältnis in der Zeitspanne T9 der Kolben wiederum abgebremst, um auch hier ein Anprallen zu unterbinden. Nach Ende des Zyklus, das heißt nach Beendigung der Zeitspanne T9 beginnt nach einer entsprechenden Pausenzeit je nach Dosiermengenanforderung der Förderzyklus wieder von vorne.During a first time period T1, the required magnetization occurs with a high duty cycle resulting in a correspondingly small acceleration and low movement speed of the piston during phase A. This is followed by a constant low speed of the piston by a drive with a reduced duty cycle during a second time period T2 in the movement phase B on. This is followed by a drive with a slightly increased duty cycle during the period T3 approximately corresponding to the movement phase C, that is during the actual promotion of the reducing agent followed by a control of the solenoid with a minimum duty cycle during a period T4 to brake the piston at the end the movement phase C before reaching the top dead center OT. At the top dead center OT in the period T5 in the phase D, the duty cycle is increased again to prevent a collision and to ensure a secure holding of the piston. Starting from top dead center OT, the piston is activated by the spring force of the return spring in the direction of the bottom dead center UT retracted, wherein during a subsequent period T6 with a minimum duty cycle, the magnetic influence of the piston is almost omitted, whereby only the speed of the piston is somewhat limited. In the following period of time T7 with increased duty cycle, a deceleration of the piston at the level of the control bores 24 starting at the height of the control edge 25 ' brought about. This is followed by another period of time T8, in which the piston is again kept at a low speed with a somewhat reduced duty cycle, and is returned to the bottom dead center UT. Shortly before the impact of the piston at bottom dead center UT, the piston is braked again with an increased duty cycle in the time period T9 in order to prevent an impact here as well. After the end of the cycle, that is to say after the end of the time period T9, the delivery cycle starts again from the beginning after a corresponding pause time, depending on the dosing quantity requirement.

Durch diese variable pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Solenoids der Kolbenpumpe wird der Kolben an den Steuerbohrungen 24 langsam heran- und vorbeigeführt. Dadurch wird weniger Hydraulikflüssigkeit zu der Membrane gefördert und von der Membrane zurückgesaugt. Hieraus resultiert eine geradere Förderkennlinie über dem Pumpengegendruck, d. h. das System wird gegendruckunabhängiger. Da diese Ansteuerung den Kolben verlangsamt, wird die Periodendauer eines Kolbenhubes größer als bei einer konstanten nicht modulierten Ansteuerung der Zylinderspule. Die maximal mögliche Förderfrequenz nimmt dadurch ab. Da es sich aber gezeigt hat, dass bei hoher Frequenz ein Gegendruck in der Druckleitung des Dosiersystems durch die hohe Fördermenge aufgebaut wird, ist die Möglichkeit zur Reduktion der jeweiligen Tastverhältnisse in den einzelnen Zeitabschnitten in der Nähe der maximalen Förderfrequenz der Pumpe gegeben. Somit kann die maximale Förderfrequenz erreicht werden. Die dargestellten Werte der Tastverhältnisse, Zeiten und Wege sind nur symbolisch.This variable pulse width modulated control of the solenoid of the piston pump, the piston is at the control bores 24 slowly approached and passed. As a result, less hydraulic fluid is delivered to the membrane and sucked back from the membrane. This results in a straighter delivery characteristic over the pump back pressure, ie the system is counterpressure independent. Since this control slows the piston, the period of a piston stroke is greater than at a constant unmodulated control of the solenoid. The maximum possible delivery frequency decreases as a result. Since it has been shown that at high frequency, a back pressure in the pressure line of the metering system is built up by the high flow rate, the possibility for reducing the respective duty cycles in the individual periods is given in the vicinity of the maximum delivery frequency of the pump. Thus, the maximum delivery frequency can be achieved. The displayed values of the duty cycles, times and paths are only symbolic.

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.

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Claims (8)

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, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugleitung (30) ein bidirektionales Gummiventil (70) aufweist.Reducing agent dosing system ( 10 ) for injecting a reducing agent into the exhaust gas stream of a selective catalytic reduction internal combustion engine, 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 ) and via a pressure line ( 50 ) and via at least one nozzle ( 60 ) is introduced into the exhaust gas stream of the internal combustion engine, characterized in that the suction line ( 30 ) a bidirectional rubber valve ( 70 ) having. Dosiersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (50) eine Drossel aufweist.Dosing system ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the pressure line ( 50 ) has a throttle. Dosiersystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) einen Komponententräger (15) aufweist, auf dem die Förderpumpe (20) montiert ist und wobei in den Komponententräger (15) ein Saugkanal (30') zum Pumpeneinlass und ein an den Pumpenauslass anschließender Druckkanal (50') integriert sind, wobei der Komponententräger (15) einen Montagebereich (16) aufweist, in welchem das Ventil (70) strömungstechnisch in den Saugkanal (30') integriert montiert ist.Dosing system ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the system ( 10 ) a component carrier ( 15 ), on which the feed pump ( 20 ) and wherein in the component carrier ( 15 ) a suction channel ( 30 ' ) to the pump inlet and to the pump outlet subsequent pressure channel ( 50 ' ), the component carrier ( 15 ) a mounting area ( 16 ), in which the valve ( 70 ) fluidically into the suction channel ( 30 ' ) is integrated. Dosiersystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) einen Reduktionsmitteltank (40) aufweist, an welchen die Saugleitung (30) angeschlossen ist.Dosing system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the system ( 10 ) a reducing agent tank ( 40 ), to which the suction line ( 30 ) connected. Dosiersystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Druckluftversorgung aufweist und das Reduktionsmittel innerhalb oder außerhalb der Düse mittels Druckluft zerstäubt wird, insbesondere dass die Druckluftversorgung ein Schaltventil und/oder ein Druckregelventil aufweist.Dosing system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the system has a compressed air supply and the reducing agent is atomized inside or outside the nozzle by means of compressed air, in particular that the compressed air supply has a switching valve and / or a pressure control valve. Dosiersystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Düse (60) um eine außen mischende Zweistoffdüse handelt, bei der aus zumindest einer ersten Öffnung Reduktionsmittel austritt und aus zumindest einer zweiten Öffnung Druckluft austritt, wobei die zweite Öffnung derart positioniert, insbesondere unter einem Winkel gegenüber der Strahlrichtung der ersten Öffnung angestellt ist, dass mittels der aus der zweiten Öffnung austretenden Druckluft das aus der ersten Öffnung austretende Reduktionsmittel zerstäubt wird.Dosing system ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that it is at the nozzle ( 60 ) is an externally mixing two-fluid nozzle, in which emerges from at least one first opening reducing agent and at least one second opening compressed air exits, wherein the second opening is positioned, in particular at an angle to the beam direction of the first opening is employed that by means of the second opening escaping compressed air which is atomized from the first opening reducing agent. Dosiersystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (50) über ein Schaltventil oder Regelventil an eine Druckluftversorgung angeschlossen ist, um die Druckleitung (50) und die Düse (60) nach Beendigung der Dosierung mittels Druckluft von Reduktionsmittel zu befreien.Dosing system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure line ( 50 ) is connected via a switching valve or control valve to a compressed air supply to the pressure line ( 50 ) and the nozzle ( 60 ) After completion of the dosage by means of compressed air of reducing agent to free. Dosiersystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Förderpumpe (20) um eine Kolbenpumpe handelt, insbesondere um eine Magnetkolbenpumpe.Dosing system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the feed pump ( 20 ) is a piston pump, in particular a magnetic piston pump.
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