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Die Erfindung betrifft eine Druckspeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, das einen Zylinder aufweist, wobei in dem Zylinder ein Kolben axial verschiebbar und radial dichtend angeordnet ist, wobei dem Kolben ein Federelement zugeordnet ist, das den Kolben in Richtung einer durch Kolben und Zylinder gebildeten Druckkammer drängt, wobei der Druckkammer eine Sensoreinrichtung zum Bestimmen eines in der Druckkammer vorliegenden Drucks zugeordnet ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Tank zur Bereitstellung eines insbesondere flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, mit einem Dosierventil zum dosierten Einbringen des Abgasnachbehandlungsmittels in einen Abgasstrang und mit einer Fördereinrichtung zum Fördern des Abgasnachbehandlungsmittels von dem Tank zu dem Dosierventil.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Abgasnachbehandlungssystem.
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Stand der Technik
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Druckspeichervorrichtungen, Abgasnachbehandlungssysteme und Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Aufgrund gesetzlicher Vorgaben muss das Abgas von Kraftfahrzeugen vorgegebene Grenzwerte in Bezug auf Schadstoffemissionen einhalten. Zur Erfüllung dieser Grenzwerte kommen häufig stromabwärts des Verbrennungsmotors Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, deren Ziel es ist, die Partikel- und Stickoxid-Konzentration im Abgas zu senken. Dabei werden bevorzugt Filter und Katalysatoren eingesetzt, die bestimmte Oxidations-/Reduktionsmittel zur Erfüllung ihrer Funktion benötigen. Derartige Mittel sind üblicherweise Kohlenwasserstoffe und Harnstoff-Wasser-Lösungen. Um derartige Abgasnachbehandlungsmittel in das Abgas oder in den Abgasstrang einzubringen, weisen derartige Abgasnachbehandlungssysteme ein Dosierventil, insbesondere Injektor, auf. Durch eine Fördereinrichtung wird das Dosiermittel dem Injektor zugeführt. Um stets einen ausreichenden Förderdruck zu gewährleisten, weisen derartige Fördereinrichtungen außerdem regelmäßig eine Druckspeichervorrichtung auf, wie beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 103 46 220 A1 gezeigt, die einen in einem Zylinder axial verlagerbaren und mit Federkraft beaufschlagten Kolben umfassen kann. Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Druckspeichereinrichtung und für vorteilhafte Diagnosefunktionen ist es bekannt, der Druckspeichereinrichtung einen Drucksensor zuzuordnen, der den in der Druckkammer vorliegenden Hydraulikdruck überwacht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Druckspeichereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf einen teuren Drucksensor, der direkt den Druck in der Druckkammer ermittelt, verzichtet werden kann. Stattdessen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Druck indirekt ermittelt wird. Dazu ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, eine Schiebeposition des Kolbens in dem Zylinder zu erfassen, sodass in Abhängigkeit von der erfassten Schiebeposition und insbesondere der bekannten Federeigenschaften des Federelements der Druck in der Druckkammer berechnet wird. Ein derartiger Sensor ist kostengünstiger als ein Drucksensor realisierbar und einfach und bauraumsparend in die Druckspeichervorrichtung integrierbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung eine koaxial zu dem Kolben gehäusefest angeordnete Spule und ein mit dem Kolben mitbewegtes Magnetelement aufweist, das mit der Spule induktiv zusammenwirkt. Wird der Kolben in dem Zylinder axial verlagert beziehungsweise verschoben, so induziert er eine Stromänderung in der Spule, die auf einfache Art und Weise durch eine entsprechende Messeinrichtung erfassbar und auswertbar ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung eine Messeinrichtung aufweist, die eine durch eine Bewegung des Kolbens erzeugte Stromänderung eines durch die Spule fließenden Stroms erfasst. Die Messeinrichtung beaufschlagt insbesondere die Spule mit einem Messstrom, wobei durch eine Bewegung des Magnetelements entlang der Spule eine Stromänderung erfolgt, die von der Messeinrichtung erfassbar ist. In Abhängigkeit von der Stromänderung kann dann auf eine Position des Kolbens in dem Zylinder und damit auf das aktuelle Volumen der Druckkammer und auf den in der Druckkammer herrschenden Druck geschlossen werden.
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Bevorzugt bildet der Kolben das Metallelement. In diesem Fall ist der Kolben also aus Metall gefertigt. Hierdurch ergibt sich eine einfache und bauraumsparende Integration der Sensoreinrichtung in die Druckspeichereinrichtung.
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Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung wenigstens einen Endschalter zum Erfassen einer Schiebeendposition des Kolbens aufweist. Durch den Endschalter kann somit erfasst werden, wenn der Kolben durch das Federelement maximal weit verlagert und dadurch das Volumen in der Druckkammer maximal weit reduziert ist, oder wenn der Kolben aufgrund des in der Druckkammer vorherrschenden Drucks maximal weit entgegen der Kraft des Federelements verlagert ist. Der Endschalter ist insbesondere mechanisch betätigbar, beispielsweise in der Art eines Druckknopfes. Bevorzugt sind zum Erfassen beider Schiebeendposition zwei Endschalter vorhanden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der jeweilige Endschalter in dem Gehäuse der Druckspeichereinrichtung angeordnet ist. Damit ist auch insbesondere ein elektrischer Anschluss des Endschalters dem Gehäuse zugeordnet und muss nicht mit dem Kolben mitbewegt werden. Hierdurch ergibt sich eine einfache und kostengünstige Integration des Endschalters in die Druckspeichereinrichtung.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Endschalter in der Druckkammer auf einer einer Kolbenstirnfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Damit kann durch den Endschalter die Schiebeendstellung des Kolbens erfasst werden, in welcher das minimale Volumen der Druckkammer erreicht ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kolben an seiner Kolbenstirnfläche einen Axialvorsprung aufweist, der zur Betätigung des Endschalters dient. Besonders bevorzugt ist der Endschalter in einer Axialvertiefung des Gehäuses angeordnet, sodass er nur dann betätigbar ist, wenn der Axialvorsprung des Kolbens in die Axialvertiefung des Gehäuses eingeführt ist. Der Endschalter ist somit geschützt in der Axialaussparung des Gehäuses angeordnet.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung als kapazitiver oder resistiver Sensor, als optischer Sensor oder als mit Ultraschall arbeitender Entfernungssensor zum Bestimmen der Position des Kolbens ausgebildet ist. Hierdurch kann insbesondere stufenlos die aktuelle Position des Kolbens in dem Zylinder ermittelt und damit auch stufenlos der Druck in der Druckkammer bestimmt werden.
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Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Druckspeichereinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die zuvor bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein Abgasnachbehandlungssystem mit einer Druckspeichereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
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2 das Abgasnachbehandlungssystem mit einer Druckspeichereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Abgasnachbehandlungssystem 1 eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Abgasnachbehandlungssystem 1 weist einen Tank 2 zur Lagerung und Bereitstellung eines flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels auf. Weiterhin weist das Abgasnachbehandlungssystem 1 eine Fördereinrichtung 3 auf, welche das flüssige Abgasnachbehandlungsmittel von dem Tank 2 zu einem Dosierventil 4 fördert, das als Einspritzventil oder Injektor ausgebildet ist, um das Abgasnachbehandlungsmittel in einen Abgasstrang des Kraftfahrzeugs einzuspritzen. Der Fördereinrichtung 3 ist eine Druckspeichereinrichtung 5 zugeordnet, die in 1 in einer vergrößerten Schnittdarstellung gezeigt ist. Die Druckspeichereinrichtung 5 kann der Fördereinrichtung 3 nachgeschaltet oder in diese integriert ausgebildet sein. Die Druckspeichereinrichtung 5 weist ein Gehäuse 6 auf, in dem ein Zylinder 7 in der Art einer Zylinderbohrung ausgebildet ist. In dem Zylinder 7 ist axial verschiebbar ein Kolben 8 gelagert, der radial dichtend mit dem Gehäuse 6 zusammenwirkt.
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Eine Stirnfläche 9 des Kolbens 8 begrenzt zusammen mit dem Gehäuse 6 eine Druckkammer 10 der Druckspeichereinrichtung 5. An der dem Kolben 8 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 6 weist dieses einen Zulauf 11 für das Abgasnachbehandlungsmittel stirnseitig und einen Ablauf 12 des Abgasnachbehandlungsmittels mantelwandseitig auf. Auf der der Druckkammer 10 abgewandten Seite ist weiterhin ein Federelement 13 angeordnet, das sich einerseits an dem Kolben 8 und andererseits an dem Gehäuse 6 abstützt, um den Kolben 8 in Richtung der Druckkammer 10 zu verlagern.
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Wird das Abgasnachbehandlungsmittel durch die Fördereinrichtung 3 in die Druckkammer 10 gefördert, und kein Abgasnachbehandlungsmittel durch das Dosierventil 4 abgegeben, so steigt der Druck in der Druckkammer 10 an und der Kolben 8 wird entgegen der Kraft des Federelements 13 zurückgedrängt. Es wird somit ein Hydraulikdruck in der Druckkammer 10 gespeichert. Der Druckspeichereinrichtung ist weiterhin eine Sensoreinrichtung 14 zugeordnet, die eine Spule 15 aufweist, welche koaxial zu dem Kolben 8 an dem Gehäuse 6 angeordnet ist, sowie eine mit der Spule 15 verbundene Messeinrichtung 16. Der Kolben 8 ist beispielsweise aus ferromagnetischem Metall gefertigt und beeinflusst somit elektromagnetisch das Verhalten der Spule 15 in Abhängigkeit seiner Schiebeposition innerhalb des Zylinders 7. Die Messeinrichtung 16 beaufschlagt bevorzugt die Spule 15 mit einem Messstrom und erfasst Stromänderungen, die sich aus einer Verlagerung des Kolbens 8 in dem Zylinder 7 ergeben. In Abhängigkeit von den erfassten Stromänderungen ermittelt die Messeinrichtung 16 die Position des Kolbens 8 in dem Zylinder 7 und berechnet in Abhängigkeit der ermittelten Position den in der Druckkammer 10 vorliegenden Hydraulikdruck des Abgasnachbehandlungsmittels.
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Der metallische Kolben induziert somit eine Stromänderung in der Spule, wenn er bewegt wird beziehungsweise seine Schiebestellung/-Position verändert. Bevorzugt wird ein zeitlicher Verlauf einer Stromänderung beziehungsweise einer Veränderung der Kolbenposition überwacht, um Rückschlüsse auf die Geschwindigkeit und Position des Kolbens 8 zu ziehen. Insbesondere der Zustand eines voll aufgepumpten Speichervolumens beziehungsweise einer voll aufgepumpten Druckkammer 10, dass wenn der Kolben an einen Anschlag auf der der Druckkammer 10 gegenüberliegenden Seite stoppt, kann an einem plötzlichen Stromeinbruch erkannt werden. Umgekehrt kommt es an der druckbeaufschlagten Seite der Hydraulikkammer zu einem mechanischen Anschlag des Kolbens, wenn der Speicher beziehungsweise die Druckkammer 10 vollständig geleert ist.
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Federelemente und ihre Vorspannung sind üblicherweise toleranzbehaftet. Durch die beschriebene eindeutige Zuordnung der Auffälligkeiten im Stromverlauf zu entsprechenden mechanischen Ereignissen der Druckspeichereinrichtung 5, insbesondere der Schiebeposition des Kolbens 8, kann dieses Problem gelöst werden: Mit grenzlagigen Federelementen, das heißt am unteren und/oder oberen Ende des Toleranzbereichs, wird zuvor der Zusammenhang zwischen dem hydraulischen Druck und der Zeit zwischen den Anschlagereignissen ermittelt. Zwischen den Ergebnissen für die grenzlagigen Federn kann später für beliebige Serienfedern interpoliert werden. Ein Drucksensor ist somit bei der eigentlichen Verwendung nicht mehr erforderlich.
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Die erwähnte zeitliche Überwachung kann außerdem dazu verwendet werden, eine Alterung von Komponenten oder eine Leckage des Abgasnachbehandlungssystems 1 zu detektieren. So kann beispielweise ein verspäteter Anschlag beim Aufpumpen auf eine erhöhte beziehungsweise verschleißbedingte Leckage zwischen Kolben 8 und Gehäuse 6 oder auf eine verringerte Leistung der Fördereinrichtung 3 hindeuten. Ein verspäteter Anschlag während der Druckentlastung kann auf einen verstopften Injektor oder ein beschädigtes Federelement hindeuten.
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2 zeigt das Abgasnachbehandlungssystem 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei aus 1 bereits bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und insofern auf die oben stehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen werden.
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Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinrichtung 14 nun dazu ausgebildet, eine Schiebeendstellung des Kolbens 8 in dem Zylinder 7 zu erfassen. Dazu ist in dem Gehäuse 6 ein Endschalter 17 angeordnet, der in einer Axialvertiefung 18 des Gehäuses 6 dem Kolben 8 gegenüberliegend angeordnet ist. Der Kolben 8 weist an seiner Stirnfläche 9 einen Axialvorsprung 19 auf, der dazu ausgebildet ist, in die Axialaussparung 18 eingeführt zu werden, um dort den Endschalter 17 zu betätigen, wenn der Kolben 8 entsprechend weit in die Druckkammer 10 hineinverschoben ist. In dieser Schiebeendstellung ist das Volumen in der Druckkammer 10 minimal und es ist mit anderen Worten kein Druck in der Druckspeichervorrichtung 5 gespeichert. Dadurch, dass in diesem Zustand der Endschalter 17 betätigt wird, ist durch die Messeinrichtung 16 auf einfache Art und Weise erfassbar, dass die Druckspeichereinrichtung 5 befüllt werden kann oder soll, oder dass ein Fehler, beispielsweise ein Leck, in dem Abgasnachbehandlungssystem 1 vorliegt. In jedem Fall ermittelt die Messeinrichtung 16 auf Basis des betätigten Endschalters 17, dass der Druck in der Druckkammer 10 insbesondere einen kritischen Grenzwert unterschritten hat. Bei einer entsprechenden Ausgestaltung entspricht der Hydraulikdruck in der Druckkammer 10 in diesem Zustand beispielsweise dem Umgebungsdruck, sodass die Messeinrichtung 16 bei Betätigung des Endschalters 17 auf Umgebungsdruck erkennt.
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Insbesondere zur Erkennung der Zustände „Speicher leer“ und „Speicher voll“ ist zusätzlich zu dem Endschalter 17 ein weiterer Endschalter auf der der Druckkammer 10 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses dem Kolben 8 zugeordnet angeordnet, um beide Extremzustände durch das Betätigen des jeweiligen Endschalters zu erfassen. Beide Endschalter können entweder direkt durch den Kolben 8 oder durch Axialvorsprünge oder auf dem Kolben 8 angeordnete Betätigungselemente betätigt werden.
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Weitere, hier nicht dargestellte Möglichkeiten zur Bestimmung der Kolbenposition basieren auf weiteren physikalischen Effekten, wie beispielweise kapazitive, resistive und optische Verfahren oder auch berührungsfreie Verfahren zur Distanzmessung. So kann beispielsweise auch durch einen Ultraschallsensor die Position des Kolbens 8 berührungsfrei ermittelt und in Abhängigkeit der Position der Hydraulikdruck berechnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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