DE102017201124A1 - Fördermodul für ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs sowie Dosiersystem - Google Patents

Fördermodul für ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs sowie Dosiersystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fördermodul (1) für ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe (2), die saugseitig über eine Saugleitung (3) mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank (4) und druckseitig über eine Förderleitung (5) mit einem Dosiermodul (6) verbunden oder verbindbar ist, wobei von der Förderleitung (5) eine zurück in den Vorratstank (4) führende Rücklaufleitung (7) abzweigt. Erfindungsgemäß ist saugseitig ein Filter (8) in das Fördermodul (1) integriert.Die Erfindung betrifft ferner ein Dosiersystem mit einem solchen Fördermodul (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fördermodul für ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Dosiersystem und mit einem solchen Fördermodul.
  • Stand der Technik
  • Aufgrund stetig steigender gesetzlicher Anforderungen an die Emissionswerte von Brennkraftmaschinen werden zur Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte die Abgase einer Nachbehandlung unterzogen. Zur Reduzierung des Stickoxidausstoßes, insbesondere bei Dieselmotoren, werden Reduktionskatalysatoren eingesetzt, mittels derer die Stickoxid-Emissionen (NOx) deutlich abgesenkt werden können. Bevor die Abgase in den Katalysator gelangen, wird ihnen ein Reduktionsmittel zugeführt, wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, welche die Bildung von Ammoniak bewirkt, das wiederum mit den Stickoxiden im nachgeschalteten Katalysator zu harmlosem Stickstoff und Wasser reagiert. Die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung erfolgt über Dosiersysteme, die regelmäßig einen Vorratstank zur Bevorratung des Reduktionsmittels, ein Dosiermodul zum Eindosieren des Reduktionsmittels sowie ein Fördermodul zur Förderung des Reduktionsmittels vom Vorratstank zum Dosiermodul umfassen.
  • Aus der DE 10 2009 045 721 A1 geht beispielhaft eine Fördereinrichtung für ein flüssiges Reduktionsmittel einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs hervor, welche einen Vorratstank für das flüssige Reduktionsmittel und ein durch Leitungen mit dem Vorratstank verbundenes Fördermodul sowie ein Dosiermodul umfasst. Das Dosiermodul ist als schaltbares Dosierventil ausgestaltet, mittels dessen das Reduktionsmittel in den Abgasstrang des Kraftfahrzeugs eindüsbar ist. Das Reduktionsmittel wird mittels einer Förderpumpe des Fördermoduls über eine Saugleitung aus dem Vorratstank angesaugt und über eine Förderleitung dem Dosierventil zugeführt. In der Förderleitung ist ein erster Filter angeordnet, um den Eintrag von Partikeln in das Dosierventil zu verhindern. Zum Schutz der Förderpumpe vor Partikeln ist am Anfang der Saugleitung innerhalb des Vorratstanks ein zweiter Filter angeordnet. Ein dritter Filter befindet sich in einer von der Förderleitung abzweigenden Rücklaufleitung, die dazu dient, überschüssiges Reduktionsmittel aus der Förderleitung zurück in den Vorratstank zu leiten.
  • Reduktionsmittel in Form einer wässrigen Harnstofflösung gefrieren bei tiefen Außentemperaturen, so dass regelmäßig die Gefahr von Schäden durch Eisdruck in den Komponenten und Leitungen eines Dosiersystems besteht. Um derartige Schäden zu verhindern, sind Dosiersysteme bekannt, die nicht nur in einem Dosiermodus, sondern ferner in einem Rücksaugmodus betrieben werden können. Im Rücksaugmodus wird das in den Komponenten und Leitungen vorhandene Reduktionsmittel zurück in den Vorratstank gefördert. Der Rücksaugmodus kann wahlweise durch eine Umkehr der Förderrichtung der Förderpumpe oder durch eine Ventilanordnung realisiert werden.
  • Im Rücksaugmodus wird das Dosiersystem in umgekehrter Richtung durchströmt. Dabei werden Schmutzpartikeln, die zuvor an einem Filter abgeschieden wurden, wieder gelöst. An Engstellen wesentlicher Funktionskomponenten, insbesondere an Ventilen, die der Förderpumpe und/oder der Ventilanordnung zur Realisierung der Strömungsumkehr zugeordnet sind, kann es somit zu einem erhöhten Verschleiß und damit zu Leckagen kommen. Dies wiederum kann zur Folge haben, dass der Druckaufbau im System mangelhaft ist und die erforderliche Reduktionsmittel-Durchflussrate nicht erreicht wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Schutz eines Dosiersystems vor schädlichen Partikeln zu verbessern. Auf diese Weise soll ein Dosiersystem geschaffen werden, das eine erhöhte Funktionssicherheit aufweist.
  • Zur Lösung der Aufgabe werden ein Fördermodul für ein Dosiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Dosiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das vorgeschlagene Fördermodul umfasst eine Pumpe, die saugseitig über eine Saugleitung mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank und druckseitig über eine Förderleitung mit einem Dosiermodul verbunden oder verbindbar ist, wobei von der Förderleitung eine zurück in den Vorratstank führende Rücklaufleitung abzweigt. Erfindungsgemäß ist saugseitig ein Filter in das Fördermodul integriert. Das heißt, dass auf der Saugseite der Pumpe ein Filter angeordnet ist, der die Pumpe sowie alle nachfolgenden Komponenten vor Partikeln schützt. Die Anordnung auf der Saugseite der Pumpe besitzt ferner den Vorteil, dass am Filter anhaftende Partikeln, die im Dosiermodus abgeschieden wurden, in einem nachfolgenden Rücksaugmodus nicht in Bereiche des Systems gelangen, in denen funktionsrelevante Komponenten angeordnet sind. Denn die Schmutzseite des Filters ist den funktionsrelevanten Komponenten abgewandt.
  • Bei dem saugseitig in das Fördermodul integrierten Filter kann es sich insbesondere um den Hauptfilter handeln. Das heißt, dass der üblicherweise druckseitig angeordnete Hauptfilter von der Druckseite der Pumpe auf die Saugseite verlegt wird. Darüber hinaus kann auf die Anordnung weiterer Filter verzichtet werden, da der saugseitig angeordnete Filter auch die Druckseite der Pumpe frei von Partikeln hält.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in Schwerkraftrichtung oberhalb des Filters ein Ausgleichsvolumen ausgebildet ist. Das oberhalb angeordnete Ausgleichsvolumen dient der Verbesserung der Filterentlüftung, da Luft in das Ausgleichsvolumen aufsteigen kann. Darüber hinaus schützt es vor Eisdruckschäden, da bei gefrierendem Reduktionsmittel ein vergrößertes Volumen zur Verfügung steht, in welches sich das Reduktionsmittel hinein ausdehnen kann. Um den Bauraumbedarf zu senken, wird vorgeschlagen, dass das Ausgleichsvolumen in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Filter angeordnet ist.
  • Bevorzugt zweigt von der Saugleitung eine zurück in den Vorratstank führende Bypass-Leitung zur Umgehung des Filters und/oder des Ausgleichsvolumens ab. Eine Umgehung des Filters verhindert, dass der Filter im Rücksaugmodus in umgekehrter Richtung durchströmt wird. Dadurch ist sichergestellt, dass keine bereits abgeschiedenen Partikeln vom Filter gelöst werden. Der Abzweig der Bypass-Leitung ist hierzu in Hauptströmungsrichtung nach dem Filter angeordnet. Andererseits kann ein Rückspülen des Filters ausdrücklich erwünscht sein, um das Filtergewebe zu reinigen. In diesem Fall ist der Abzweig in Hauptströmungsrichtung vor dem Filter, das heißt auf der Schmutzseite des Filters angeordnet. In Abhängigkeit von der Anordnung der abzweigenden Bypass-Leitung in Bezug auf das Ausgleichsvolumen kann zugleich eine Umgehung desselben erreicht werden, und zwar unabhängig davon, ob der Abzweig in Hauptströmungsrichtung nach oder vor dem Filter angeordnet ist. Eine Umgehung des Ausgleichsvolumens verhindert, dass dieses im Wechsel be- und entlüftet wird.
  • In der Bypass-Leitung ist vorzugsweise ein Rückschlagventil angeordnet, das im Dosiermodus geschlossen und im Rücksaugmodus geöffnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass lediglich über die Saugleitung Reduktionsmittel angesaugt wird, das angesaugte Reduktionsmittels den Filter passieren muss und im Dosiermodus kein Gas aus der Rücklaufleitung bzw. aus dem Vorratstank angesaugt wird.
  • Um ein ungewolltes Öffnen des Rückschlagventils im Dosiermodus zu verhindern, ist vorzugsweise der Öffnungsdruck des Rückschlagventils auf die vorliegenden statischen Druckverhältnisse abgestimmt. Weiterhin vorzugsweise liegt der Öffnungsdruck des Rückschlagventils unterhalb der Druckdifferenz, die sich aus der Höhendifferenz ΔH zwischen dem minimalen Füllstand im Vorratstank und der Position des Rückschlagventils ergibt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass im Rücksaugmodus nicht zuerst der Filter und/oder das Ausgleichsvolumen geleert bzw. entlüftet werden.
  • Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Saugleitung über einen Einlass an das Fördermodul angeschlossen ist und der Einlass in Schwerkraftrichtung oberhalb des Füllstands im Vorratstank angeordnet ist. Auf diese Weise können günstige statische Druckverhältnisse geschaffen werden, die einem ungewollten Öffnen des Rückschlagventils entgegenwirken. Denn in diesem Fall ergibt sich die relevante Druckdifferenz aus der Höhendifferenz ΔH zwischen dem Füllstand im Vorratstank und dem Einlass.
  • Bevorzugt ist in das Fördermodul ein 4/2-Wegeventil zum Umschalten vom Dosiermodus in den Rücksaugmodus und umgekehrt integriert. Das Umschalten erfordert in diesem Fall keine Umkehr der Pumpenarbeitsrichtung. Das heißt, dass auch einfache kostengünstige Pumpen zum Einsatz gelangen können.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpe eine Membranpumpe. Membranpumpen sind besonders robust und benötigen nur wenig Bauraum. Da sie nur eine Arbeitsrichtung aufweisen, wird bevorzugt die Membranpumpe in Verbindung mit einem 4/2-Wegeventil vorgeschlagen.
  • Darüber hinaus wird ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen. Das Dosiersystem umfasst einen Reduktionsmittel-Vorratstank, ein Dosiermodul sowie ein erfindungsgemäßes Fördermodul. Dank des erfindungsgemäßen Fördermoduls ist das Dosiersystem besser vor schädlichen Partikeln und damit vor Verschleiß an funktionsrelevanten Komponenten geschützt. Der verringerte Verschleiß wirkt Leckagen entgegen, so dass ein ausreichender Druckaufbau und eine ausreichende Durchflussmenge auch über die Zeit sichergestellt ist. Ferner wird die Entlüftung des Systems verbessert.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Dosiersystems mit einem erfindungsgemäßen Fördermodul gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
    • 2 eine schematische Darstellung eines Dosiersystems mit einem erfindungsgemäßen Fördermodul gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
    • 3 eine schematische Darstellung eines Dosiersystems mit einem erfindungsgemäßen Fördermodul gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
    • 4 eine schematische Darstellung eines Dosiersystems mit einem erfindungsgemäßen Fördermodul gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Das in der 1 dargestellte Dosiersystem umfasst einen Reduktionsmittel-Vorratstank 4, ein Dosiermodul 6, mittels dessen das Reduktionsmittel als Spray in einen Abgasstrang (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs eindosierbar ist, sowie ein Fördermodul 1, mittels dessen das Reduktionsmittel aus dem Vorratstank 4 dem Dosiermodul 6 zuführbar ist. Das Fördermodul 1 umfasst hierzu eine Pumpe 2, die über mehrere Leitungen mit dem Vorratstank 4 und dem Dosiermodul 6 verbunden ist.
  • Eine erste als Saugleitung 3 ausgelegte Leitung verbindet die Pumpe 2 mit dem Vorratstank 4. Über eine Förderleitung 5 ist eine Verbindung der Pumpe 2 mit dem Dosiermodul 6 hergestellt. Von der Förderleitung 5 zweigt eine Rücklaufleitung 7 ab, die überschüssiges Reduktionsmittel zurück in den Vorratstank 4 leitet. Der Abzweig ist im Bereich eines Ausgleichsvolumens 16 angeordnet, dem ein Drucksensor 17 zugeordnet ist. Eine in der Rücklaufleitung 7 angeordnete Drossel 15 verhindert, dass der Druck in der Förderleitung 5 unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt.
  • Die Pumpe 2 ist vorliegend als Membranpumpe ausgeführt, die einen Motor 19 als Antriebsmittel besitzt. Da eine Umkehr der Strömungsrichtung zur Entleerung des Systems mittels einer Membranpumpe nicht realisierbar ist, ist ferner ein 4/2-Wegeventil 14 vorgesehen, das über zwei Rückschlagventile 18 mit der Pumpe 2 verbunden ist. Die Rückschlagventile 18 definieren einen Einlass und einen Auslass der Pumpe 2. Je nach Schaltstellung des 4/2-Wegeventils 14 befindet sich das Dosiersystem in einem Dosiermodus oder in einem Rücksaugmodus.
  • Das Fördermodul 1 des Dosiersystems der 1 umfasst ferner einen Filter 8, der saugseitig angeordnet ist, das heißt in Hauptströmungsrichtung der Pumpe 2 und dem 4/2-Wegeventil 14 vorgeschaltet ist. Schaltet das 4/2-Wegeventil 14 vom Dosiermodus in den Rücksaugmodus um, kehrt sich die Strömungsrichtung in der Saugleitung 3 um. Dabei öffnet ein Rückschlagventil 12, das in einer Bypass-Leitung 11 zur Umgehung des Filters 8 angeordnet ist, so dass der Filter 8 nicht in umgekehrter Richtung durchströmt wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich bereits abgeschiedene Partikeln vom Filter lösen und wieder in den Vorratstank 4 gelangen. Eine Verschmutzung der funktionsrelevanten Komponenten wie der Pumpe 2, insbesondere der Rückschlagventile 18 der Pumpe 2, sowie des 4/2-Wegeventils 14 ist ebenfalls nicht zu befürchten, da die Schmutzseite auf der den Komponenten abgewandten Seite des Filters 8 liegt.
  • In der 2 ist eine Weiterbildung des Dosiersystems der 1 dargestellt. In Schwerkraftrichtung oberhalb des Filters 8 ist zusätzlich ein Ausgleichsvolumen 9 angeordnet, das der Entlüftung des Filters 8 dient. Ferner vermag das Ausgleichsvolumen 9 Schäden durch Eisdruck zu verhindern. Das Ausgleichsvolumen 9 ist gemeinsam mit dem Filter 8 in einem Gehäuse 10 angeordnet.
  • Eine Abwandlung des Dosiersystems der 2 ist in der 3 dargestellt. Die Bypass-Leitung 11 zweigt oberhalb des Filters 8 jedoch unterhalb des Ausgleichsvolumens 9 ab, so dass im Rücksaugmodus der Filter 8 rückgespült wird, das Ausgleichsvolumen 9 jedoch nicht geleert bzw. entlüftet wird. Das Rückspülen des Filters 8 dient Reinigungszwecken, wobei in Kauf genommen wird, dass aus dem Filter 8 gelöste Partikeln zurück in den Vorratstank 4 gelangen.
  • Eine weitere Abwandlung des Dosiersystems der 2 ist in der 4 dargestellt. Um ein ungewolltes Öffnen des in der Bypass-Leitung 11 angeordneten Rückschlagventils 12 zu verhindern, wird ein Einlass 13 des Fördermoduls 1 in eine Position gebracht, die sich in Schwerkraftrichtung oberhalb des Vorratstanks 4 befindet. Die für die statischen Druckverhältnisse relevante Flüssigkeitssäule ergibt sich in diesem Fall aus der Höhendifferenz ΔH zwischen dem Rückschlagventil 12 und dem Einlass 13. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ergibt sich die Flüssigkeitssäule aus der Höhendifferenz ΔH zwischen dem Rückschlagventil 12 und dem Füllstand im Vorratstank 4 (siehe 2). In beiden Fällen sollte jedoch der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 12 unterhalb des sich daraus ergebenden statischen Drucks liegen, um ein ungewolltes Öffnen und damit eine Entleerung des Filters 8 bzw. des Ausgleichsvolumens 9 zu vermeiden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009045721 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Fördermodul (1) für ein Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe (2), die saugseitig über eine Saugleitung (3) mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank (4) und druckseitig über eine Förderleitung (5) mit einem Dosiermodul (6) verbunden oder verbindbar ist, wobei von der Förderleitung (5) eine zurück in den Vorratstank (4) führende Rücklaufleitung (7) abzweigt, dadurch gekennzeichnet, dass saugseitig ein Filter (8) in das Fördermodul (1) integriert ist.
  2. Fördermodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schwerkraftrichtung oberhalb des Filters (8) ein Ausgleichsvolumen (9) ausgebildet ist, das vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse (10) mit dem Filter (8) angeordnet ist.
  3. Fördermodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Saugleitung (3) eine zurück in den Vorratstank (4) führende Bypass-Leitung (11) zur Umgehung des Filters (8) und/oder des Ausgleichsvolumens (9) abzweigt.
  4. Fördermodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypass-Leitung (11) ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist, das im Dosiermodus geschlossen und im Rücksaugmodus geöffnet ist.
  5. Fördermodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsdruck des Rückschlagventils (12) unterhalb der Druckdifferenz liegt, die sich aus der Höhendifferenz (ΔH) zwischen dem minimalen Füllstand im Vorratstank (4) und der Position des Rückschlagventils (12) ergibt.
  6. Fördermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugleitung (3) über einen Einlass (13) an das Fördermodul (1) angeschlossen ist und der Einlass (13) in Schwerkraftrichtung oberhalb des Füllstands im Vorratstank (4) angeordnet ist.
  7. Fördermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Fördermodul (1) ein 4/2-Wegeventil (14) zum Umschalten vom Dosiermodus in den Rücksaugmodus und umgekehrt integriert ist.
  8. Fördermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) eine Membranpumpe ist.
  9. Dosiersystem zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Reduktionsmittel-Vorratstank (4), einem Dosiermodul (6) und einem Fördermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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