DE102017211998A1 - Injection device for an exhaust aftertreatment system, exhaust aftertreatment system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung (3) für ein Abgasnachbehandlungssystem (1) einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Tank (8) zur Lagerung eines insbesondere flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, mit einem Dosiermodul (2) zum dosierten Ausgeben des Abgasnachbehandlungsmittels und mit einer Fördereinrichtung (4) zum Ausgeben des Abgasnachbehandlungsmittels von dem Tank (8) zu dem Dosiermodul (2), wobei die Fördereinrichtung (4) zumindest eine antreibbare Pumpe (6) und zumindest ein 4/2-Wege-Ventil (7) aufweist. Es ist vorgesehen, dass das 4/2-Wege-Ventil (7) derart mit dem Tank (8), dem Dosiermodul (2) und der Pumpe (6) verbunden ist, dass es in einer ersten Schaltstellung den Tank (8) mit einer Saugseite der Pumpe (6) und das Dosiermodul (2) mit einer Druckseite der Pumpe (6) verbindet, und in einer zweiten Schaltstellung das Dosiermodul (2) mit der Saugseite und den Tank (8) mit der Druckseite der Pumpe (6) verbindet.The invention relates to an injection device (3) for an exhaust gas aftertreatment system (1) of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a tank (8) for storing a particularly liquid exhaust aftertreatment agent, with a metering module (2) for metered emission of the exhaust aftertreatment agent and with a conveyor ( 4) for outputting the exhaust aftertreatment agent from the tank (8) to the metering module (2), wherein the conveyor (4) at least one drivable pump (6) and at least one 4/2-way valve (7). It is envisaged that the 4/2-way valve (7) is connected to the tank (8), the metering module (2) and the pump (6), that in a first switching position the tank (8) a suction side of the pump (6) and the metering module (2) with a pressure side of the pump (6) connects, and in a second switching position the metering module (2) with the suction side and the tank (8) with the pressure side of the pump (6) combines.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung für ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Tank zur Lagerung und Bereitstellung eines insbesondere flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, mit einem Dosiermodul zum dosierten Ausgeben des Abgasnachbehandlungsmittels und mit einer Fördereinrichtung zum Fördern des Abgasnachbehandlungsmittels von dem Tank zu dem Dosiermodul, wobei die Fördereinrichtung zumindest eine antreibbare Pumpe und zumindest ein 4/2-Wege-Ventil aufweist.The invention relates to an injection device for an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a tank for storing and providing a particular liquid exhaust aftertreatment agent, with a metering module for metered output of the exhaust aftertreatment agent and with a conveyor for conveying the exhaust aftertreatment agent from the tank to the metering module, wherein the conveyor has at least one drivable pump and at least one 4/2-way valve.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem mit einer derartigen Einspritzeinrichtung.Furthermore, the invention relates to an exhaust aftertreatment system with such an injector.
Stand der TechnikState of the art
Einspritzeinrichtungen und Abgasnachbehandlungssysteme der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So offenbart die Offenlegungsschrift
Aufgrund gesetzlicher Vorgaben muss das Abgas von Brennkraftmaschinen von Personenkraftwagen und Lastkraftwagen bestimmte Grenzwerte einhalten. Zur Erfüllung dieser Grenzwerte kommen stromabwärts der Brennkraftmaschine Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, deren Ziel es ist, insbesondere Partikel- und Stickoxidkonzentrationen im Abgas zu reduzieren. Dafür werden stromabwärts der Brennkraftmaschine Filter und Katalysatoren eingesetzt, die vom Abgas durchströmt werden. Außerdem ist es bekannt, mittels einer Einspritzeinrichtung ein Abgasnachbehandlungsmittel, insbesondere Oxidations-Reduktionsmittel, in den Abgasstrang einzubringen, das dann zusammen mit dem Abgas in einem Katalysator Emissionen reduzierend reagiert. Dies wird beispielsweise dazu genutzt, einen Diesel-Partikelfilter oder einen NOx-Speicherkatalysator zu regenerieren oder eine selektive katalytische Reduktion in einen SCR-Katalysator durchzuführen.Due to legal requirements, the exhaust gas of internal combustion engines of passenger cars and trucks must comply with certain limits. To meet these limits exhaust gas aftertreatment systems are used downstream of the engine, the aim of which is to reduce in particular particulate and nitrogen oxide concentrations in the exhaust gas. For this purpose, filters and catalysts are used downstream of the engine, which are flowed through by the exhaust gas. Moreover, it is known to introduce an exhaust gas aftertreatment agent, in particular oxidation-reducing agent, into the exhaust gas train by means of an injection device, which then reacts reducing emissions together with the exhaust gas in a catalytic converter. This is used, for example, to regenerate a diesel particulate filter or a NOx storage catalyst or perform a selective catalytic reduction in an SCR catalyst.
Durch diese Einspritzeinrichtung wird aus dem Tank das Abgasnachbehandlungsmittel zu dem Dosiermodul gefördert und bedarfsgerecht dem Abgas beigemischt.By this injection device, the exhaust aftertreatment agent is conveyed from the tank to the dosing and mixed as needed with the exhaust gas.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Einspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch eine einfache veränderte Verwendung des 4/2-WegeVentils die Eisdruckfestigkeit des Abgasnachbehandlungssystems verbessert wird. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Einspritzeinrichtung erlaubt es, dass auf einfache Art und Weise von dem Dosiermodul Abgasnachbehandlungsmittel zurück in den Tank verbringbar ist, ohne dass hierzu der Betrieb der Pumpe verändert werden müsste. Insbesondere eine Betriebsrichtung der Pumpe kann beibehalten werden, sodass beispielsweise ein die Pumpe antreibender Elektromotor zum Rücksaugen des Abgasnachbehandlungsmittels nicht einen Drehrichtungswechsel durchführen muss. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass 4/2-Wege-Ventil derart mit dem Tank, dem Dosiermodul und der Pumpe verbunden ist, dass es in einer ersten Schaltstellung den Tank mit einer Saugseite der Pumpe und das Dosiermodul mit einer Druckseite der Pumpe verbindet und in einer zweiten Schaltstellung das Dosiermodul mit der Saugseite und den Tank mit der Druckseite der Pumpe. Durch ein einfaches Verstellen des 4/2-Wege-Ventils von der ersten in die zweite Schaltstellung oder anders herum ist somit zwischen einem Förderbetrieb und einem Rücksaugbetrieb des Abgasnachbehandlungssystems beziehungsweise der Einspritzeinrichtung wechselbar.The injection device according to the invention with the features of
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das 4/2-Wege-Ventil ein zylinderförmiges Gehäuse, in dessen Mantelwand Anschlüsse für die Pumpe, den Tank und das Dosiermodul ausgebildet sind, sowie ein axial in dem Gehäuse verlagerbares, die Anschlüsse freigebendes oder verschließendes Ventilelement aufweist, wobei das Gehäuse und das Ventilelement aus Metall gefertigt sind. Das 4/2-Wege-Ventil ist somit als Schieberventil ausgebildet, dessen Anschlüsse durch das axial verlagerbare Ventilelement in Abhängigkeit der Position des Ventilelements verschlossen oder freigegeben werden. Je nach Stellung des Ventilelements werden dabei die Anschlüsse voneinander getrennt oder miteinander verbunden, um die oben beschrieben Verbindung zwischen Pumpe, Tank und Dosiermodul zu erhalten. Die vorteilhafte Ausbildung des Gehäuses und des Ventilelements aus Metall hat den Vorteil, dass ein Verschleiß der relativ zueinander beweglichen Teile verringert und dadurch die Lebensdauer des 4/2-Wege-Ventils und insbesondere der Einspritzeinrichtung insgesamt erhöht wird.Furthermore, it is preferably provided that the 4/2-way valve has a cylindrical housing, in the jacket wall connections for the pump, the tank and the metering module are formed, and an axially displaceable in the housing, the connections releasing or occluding valve element, wherein the housing and the valve element are made of metal. The 4/2-way valve is thus designed as a slide valve whose connections are closed or released by the axially displaceable valve element as a function of the position of the valve element. Depending on the position of the valve element while the connections are separated or connected to each other to obtain the above-described connection between the pump, tank and dosing. The advantageous embodiment of the housing and the valve element made of metal has the advantage that reduces wear of the relatively movable parts and thereby the life of the 4/2-way valve and in particular the injector as a whole is increased.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Saugseite und der Druckseite der Pumpe jeweils ein Rückschlagventil zugeordnet ist. Die Rückschlagventile sind dabei jeweils entgegen der Förderrichtung beziehungsweise Strömungsrichtung des Fluids mit einer Federkraft einer Rückstellfeder beaufschlagt. Dadurch wird ein Fehlbetrieb der Einspritzeinrichtung sicher verhindert.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the suction side and the pressure side of the pump is associated with a respective check valve. The check valves are in each case acted upon counter to the conveying direction or flow direction of the fluid with a spring force of a return spring. Thereby, a malfunction of the injector is reliably prevented.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem Ventilelement und dem Gehäuse mehrere Radialdichtungen durch jeweils eine Passung von Ventilelement und Gehäuse gebildet sind. Das Ventilelement weist zweckmäßigerweise mehrere axial voneinander beabstandet angeordnete Radialdichtringe auf, die derart breit ausgebildet und beabstandet zueinander angeordnet sind, dass die zuvor genannten Schaltstellungen des 4/2-WegeVentils ermöglicht sind. Durch den radialen Abstand von Ventilelement zu Gehäuseinnenwand werden dabei die Passungen gebildet, welche Anschlüsse voneinander trennen, verschließen oder ringförmige Kammern zwischen sich ausbilden, durch welche beispielsweise benachbarte Anschlüsse miteinander verbunden werden. Durch das Ausbilden der Radialdichtungen mittels Passungen ist eine einfache und verschleißfreie Variante des Ventils geboten.Furthermore, it is preferably provided that between the valve element and the housing a plurality of radial seals are formed by a respective fit of valve element and housing. The valve element expediently has a plurality of radial sealing rings arranged axially spaced from one another, which are configured so wide and spaced from one another that the aforementioned switching positions of the 4/2-way valve are made possible. Due to the radial distance from the valve element to the housing inner wall while the fits are formed, which terminals separate from each other, close or form annular chambers between them, through which, for example, adjacent terminals are connected together. By forming the radial seals by fits a simple and wear-free variant of the valve is required.
Besonders bevorzugt ist eine der Passungen als Überlaufpassung ausgebildet, durch welche eine Überströmmenge in den Tank zurückführbar ist. Eine der Passungen weist dazu insbesondere einen etwas größeren Abstand zu der Gehäuseinnenwand im Vergleich zu den übrigen Passungen auf, wodurch eine gewollte Leckage erreicht wird, die es erlaubt, dass Überströmmengen sicher aus dem Ventil und insbesondere zu dem Tank abgeführt werden können. Die übrigen Passungen sind zweckmäßigerweise derart gewählt, dass sich eine nur vernachlässigbare kleine Leckrate einstellt. Durch die vorteilhafte Überlaufpassung entfällt eine Aufteilung von Dosiermenge und Überströmmenge an dem Dosierventil, sodass eine Rücklaufleitung von dem Dosierventil zu dem Tank nicht mehr notwendig ist und vorzugsweise vermieden wird. Stattdessen ist die Rücklaufleitung nunmehr dem 4/2-Wege-Ventil zugeordnet, wodurch sich eine besonders kompakte Gestaltung der Einspritzeinrichtung ergibt, die besonders kurze Leitungen und damit auch ein besonders kleines in den Leitungen befindliches Volumen von Abgasnachbehandlungsmittel aufweist. Dadurch wird der Rücksaugprozess zur Herstellung der Eisdruckfestigkeit vereinfacht.Particularly preferably, one of the fits is designed as an overflow fit, by means of which an overflow quantity can be returned to the tank. In particular, one of the fits has a slightly greater distance to the inner wall of the housing in comparison to the other fits, whereby a desired leakage is achieved, which allows overflow quantities to be reliably removed from the valve and, in particular, to the tank. The remaining fits are expediently chosen such that sets only a negligible small leak rate. The advantageous overflow adjustment eliminates a division of dosing and overflow on the metering valve, so that a return line from the metering valve to the tank is no longer necessary and is preferably avoided. Instead, the return line is now assigned to the 4/2-way valve, resulting in a particularly compact design of the injector, which has particularly short lines and thus a particularly small located in the lines volume of exhaust aftertreatment agent. This simplifies the re-sucking process for producing ice crush resistance.
Alternativ oder zusätzlich weist zumindest eine der Radialdichtungen einen elastisch verformbaren Dichtring, insbesondere mit Dichtlippe auf. Der Dichtring steht insbesondere im Wirkkontakt mit der Gehäuseinnenwand des Gehäuses, sodass eine besonders dichte Radialdichtung gewährleistet ist. Durch die optionale Dichtlippe wird die Dichtleistung des Dichtrings verbessert und insbesondere eine Leckage an dieser Stelle vollkommen oder zumindest weitestgehend unterbunden.Alternatively or additionally, at least one of the radial seals has an elastically deformable sealing ring, in particular with a sealing lip. The sealing ring is in particular in operative contact with the housing inner wall of the housing, so that a particularly dense radial seal is ensured. By the optional sealing lip, the sealing performance of the sealing ring is improved and in particular a leakage at this point completely or at least largely prevented.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass dem Ventilelement einendig ein ansteuerbarer Aktuator und anderendig eine Rückstellfeder zugeordnet ist. Durch den Aktuator ist damit das Ventilelement entgegen der Federkraft der Rückstellfeder bewegbar, und die Rückstellfeder bewegt das Ventilelement in Richtung des Aktuators, wenn dieser nicht mehr betätigt wird. Dadurch ist eine besonders einfache Betätigung des 4/2-Wege-Ventils erreicht. Insbesondere ist der Aktuator dabei als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet, der effizient das Ventilelement entgegen der Rückstellfeder bewegen kann.Furthermore, it is preferably provided that the valve element is assigned at one end a controllable actuator and the other end a return spring. By the actuator so that the valve element against the spring force of the return spring is movable, and the return spring moves the valve element in the direction of the actuator when it is no longer actuated. As a result, a particularly simple operation of the 4/2-way valve is achieved. In particular, the actuator is designed as an electromagnetic actuator, which can efficiently move the valve element against the return spring.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das aus Metall gefertigte Ventilelement endseitig einen Anker des elektromagnetisch arbeitenden Aktuators bildet. Damit sind Anker und Ventilelement einstückig ausgebildet und eine besonders kompakte Ausführungsform der Einspritzeinrichtung geboten. Durch die einteilige Ausbildung kann auch auf eine dichtende Membran zwischen Anker und Ventilelement verzichtet werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass Anker und Ventilelement getrennt voneinander ausgebildet und durch eine flexible Membran mediendicht voneinander getrennt sind. So liegt die Membran beispielsweise zwischen Anker und Ventilelement, sodass sie von beiden mit einer Vorspannkraft beaufschlagt und durch Anker und Ventilelement mitbewegt wird.Particularly preferably, it is provided that the valve element made of metal forms an armature of the electromagnetically operating actuator. This anchor and valve element are integrally formed and offered a particularly compact embodiment of the injector. Due to the one-piece design can be dispensed with a sealing membrane between the armature and valve element. According to an alternative embodiment of the invention, it is preferably provided that armature and valve element are formed separately from each other and separated from each other by a flexible membrane media-tight. For example, the membrane lies between the armature and the valve element, so that it is acted on by both with a biasing force and moved by armature and valve element.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Rückstellfeder in einem Kompensationsraum des Gehäuses für Eisdruckbildung angeordnet ist. Das Gehäuse weist somit einen Kompensationsraum auf, in welchem sich befindliche Flüssigkeit bei Einfrieren ausdehnen kann, ohne dass ein Schaden entsteht. Durch Anordnung der Rückstellfeder in diesem Kompensationsraum wird eine Mehrfachnutzung des Raums erreicht und eine kompakte Ausführungsform des 4/2-Wege-Ventils gewährleistet.Furthermore, it is preferably provided that the return spring is arranged in a compensation space of the housing for Eisdruckbildung. The housing thus has a compensation space in which liquid can expand when frozen, without causing damage. By arranging the return spring in this compensation space a multiple use of the space is achieved and ensures a compact embodiment of the 4/2-way valve.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass von dem 4/2-Wege-Ventil zumindest eine Druckentlastungsleitung zum Tank führt, die insbesondere eine Drosseleinrichtung aufweist. Bevorzugt ist die Druckentlastungsleitung derart mit dem 4/2-Wege-Ventil verbunden, dass sie in den Raum mündet, welcher der Überströmpassung nachgeordnet ist, sodass das überströmende Medium durch die Druckentlastungsleitung zu dem Tank abgeführt werden kann. Hierzu weist das Ventil zweckmäßigerweise endseitig einen weiteren Anschluss auf, der jedoch durch das Ventilelement nicht schaltbar ist und lediglich als Leckageleitung beziehungsweise Druckentlastungsleitung wirkt. Durch die Druckentlastungsleitung und insbesondere die Überströmpassung wird außerdem erreicht, dass eine Beschädigung des 4/2-Wege-Ventils aufgrund eines zu hohen Hydraulikdrucks verhindert ist.Furthermore, it is preferably provided that leads from the 4/2-way valve at least one pressure relief line to the tank, which in particular has a throttle device. Preferably, the pressure relief line is connected to the 4/2-way valve so that it opens into the space which is arranged downstream of the overflow, so that the overflowing medium can be discharged through the pressure relief line to the tank. For this the valve expediently on the other end on a connection, which is not switchable by the valve element and acts only as a leakage line or pressure relief line. By the pressure relief line and in particular the overflow is also achieved that damage to the 4/2-way valve is prevented due to an excessive hydraulic pressure.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Einspritzeinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.The exhaust aftertreatment system according to the invention with the features of
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
-
1 ein Abgasnachbehandlungssystem in einer vereinfachten Darstellung, -
2A und2B einen Teil einer Einspritzeinrichtung des Abgasnachbehandlungssystem in unterschiedlichen Schaltzuständen, -
3A und3B die Einspritzeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Schaltzuständen.
-
1 an exhaust aftertreatment system in a simplified representation, -
2A and2 B a part of an injection device of the exhaust aftertreatment system in different switching states, -
3A and3B the injection device according to a further embodiment in different switching states.
Das Dosiermodul
Das 4/2-Wege-Ventil 7 weist vier Anschlüsse
Der Anschluss
Der Anschluss
In einer ersten Schaltstellung, wie in
Das
Das Ventilelement
Durch die Bereiche mit kleinerem Durchmesser beziehungsweise durch die Vertiefungen
Wird der Aktuator
Vorliegend ist der Anschluss
Im Normalzustand, also bei unbestromtem Aktuator
Bevorzugt ist zumindest eine der Passungen
Zusätzlich zu den Radialdichtungen
Gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel beträgt der Hub des Ventilelements
Wird auf die Überstrompassung
Alternativ zu der oben beschriebenen Ausführung, bei welcher das Ventilelement
Optional ist eine weitere Druckentlastungsleitung
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- DE 102014010119 A1 [0003]DE 102014010119 A1 [0003]
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