DE102021200702A1 - Filter assembly for a metering system, metering system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Filter-Baugruppe (1) für ein Dosiersystem zum Eindosieren einer wässrigen Harnstofflösung in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, umfassend eine Filtereinheit (2) mit einem hohlzylinderförmigen Siebabschnitt (3) sowie mindestens ein der Filtereinheit (2) vor- und/oder nachgeschaltetes wärmeleitendes Element (4), das einen Strömungspfad (7) für die wässrige Harnstofflösung begrenzt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Dosiersystem mit einer solchen Filter-Baugruppe (1).
The invention relates to a filter assembly (1) for a metering system for metering an aqueous urea solution into an exhaust line of an internal combustion engine, comprising a filter unit (2) with a hollow-cylindrical screen section (3) and at least one of the filter unit (2) in front and/or downstream thermally conductive element (4) which delimits a flow path (7) for the aqueous urea solution.
The invention also relates to a dosing system with such a filter assembly (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Filter-Baugruppe für ein Dosiersystem, das der Eindosierung einer wässrigen Harnstofflösung in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors dient. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Dosiersystem mit einer solchen Filter-Baugruppe.The invention relates to a filter assembly for a dosing system that serves to dose an aqueous urea solution into an exhaust system of an internal combustion engine. In addition, the invention relates to a dosing system with such a filter assembly.
Stand der TechnikState of the art
Die Abgase von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen müssen aufgrund gesetzlicher Vorgaben bestimmte Schadstoff-Grenzwerte einhalten. Zur Einhaltung dieser Grenzwerte kommen Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, mittels welcher die Partikel- und/oder Stickoxidkonzentration im Abgas gesenkt werden kann. Der Betrieb eines solchen Abgasnachbehandlungssystems erfordert in der Regel das Einbringen eines Oxidations- und/oder Reduktionsmittels, beispielsweise einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgasstrang des Verbrennungsmotors. Die wässrige Harnstofflösung bewirkt im Abgasstrang die Bildung von Ammoniak, der mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden in einem nachgeschalteten Katalysator zu harmlosem Stickstoff und Wasser reagiert („selektive katalytische Reduktion“). Entsprechend sinkt die Stickoxidkonzentration im Abgas.The exhaust gases from internal combustion engines in vehicles must comply with certain pollutant limits due to legal requirements. To comply with these limit values, exhaust aftertreatment systems are used, by means of which the concentration of particles and/or nitrogen oxides in the exhaust gas can be reduced. The operation of such an exhaust aftertreatment system generally requires the introduction of an oxidizing and/or reducing agent, for example an aqueous urea solution, into an exhaust system of the internal combustion engine. The aqueous urea solution causes the formation of ammonia in the exhaust line, which reacts with the nitrogen oxides contained in the exhaust gas in a downstream catalytic converter to form harmless nitrogen and water (“selective catalytic reduction”). The nitrogen oxide concentration in the exhaust gas falls accordingly.
Zum Einbringen der wässrigen Harnstofflösung in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors wird in der Regel ein Dosiersystem verwendet, das einen Tank, ein Fördermodul und ein Dosiermodul umfasst. Mit Hilfe des Fördermoduls kann die wässrige Harnstofflösung dem Tank entnommen und dem Dosiermodul zugeführt werden. Mit Hilfe des Dosiermoduls kann die wässrige Harnstofflösung als Spray in den Abgasstrang des Verbrennungsmotors eindosiert werden. Um das Dosiermodul vor dem Eintrag schädlicher Partikel zu schützen, ist in der Regel ein Filter vorgesehen, der dem Dosiermodul vorgeschaltet ist.To introduce the aqueous urea solution into an exhaust line of an internal combustion engine, a metering system is generally used, which includes a tank, a delivery module and a metering module. With the help of the delivery module, the aqueous urea solution can be removed from the tank and fed to the dosing module. With the help of the dosing module, the aqueous urea solution can be dosed as a spray into the exhaust system of the combustion engine. In order to protect the dosing module from the entry of harmful particles, a filter is generally provided, which is connected upstream of the dosing module.
Ein Dosiersystem der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
Da die wässrige Harnstofflösung bei Temperaturen unter -11°C gefriert, wird zum Schutz vor Eisdruckschäden das Dosiersystem bei abgestelltem Verbrennungsmotor in der Regel vollständig entleert. Je nach Ausgestaltung des Systems kann jedoch eine vollständige Entleerung problematisch sein, so dass eine Restmenge im System verbleibt. Gefriert diese Restmenge, kann dies zu Eisdruckschäden und damit zu Undichtigkeiten im System führen. Ferner verschlechtert sich die Kaltstartfähigkeit des Systems, da die gefrorene Restmenge erst aufgetaut werden muss.Since the aqueous urea solution freezes at temperatures below -11°C, the dosing system is usually completely emptied when the combustion engine is switched off to protect against ice pressure damage. Depending on the design of the system, however, complete emptying can be problematic, so that a residual amount remains in the system. If this residual amount freezes, this can lead to ice pressure damage and thus to leaks in the system. Furthermore, the cold start capability of the system deteriorates since the frozen residue must first be thawed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen. Zur Lösung der Aufgabe wird die Filter-Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird ein Dosiersystem mit einer solchen Filter-Baugruppe angegeben.The object of the present invention is to remedy this. To solve the problem, the filter assembly with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die für ein Dosiersystem zum Eindosieren einer wässrigen Harnstofflösung in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgeschlagene Filter-Baugruppe umfasst eine Filtereinheit mit einem hohlzylinderförmigen Siebabschnitt sowie mindestens ein der Filtereinheit vor- und/oder nachgeschaltetes wärmeleitendes Element, das einen Strömungspfad für die wässrige Harnstofflösung begrenzt.The filter assembly proposed for a metering system for metering an aqueous urea solution into an exhaust system of an internal combustion engine comprises a filter unit with a hollow-cylindrical screen section and at least one heat-conducting element upstream and/or downstream of the filter unit, which delimits a flow path for the aqueous urea solution.
Beim Einbau der Filter-Baugruppe in das Dosiersystem kann die Filter-Baugruppe derart angeordnet werden, dass das wärmeleitende Element der Filter-Baugruppe einen Überlappungsbereich mit einer Wärmequelle aufweist. Als Wärmequelle kann beispielsweise ein Abgasstrang dienen, der zu reinigendes, heißes Abgas führt. Über das wärmeleitende Element wird dann die Wärme bis zur Filtereinheit der Filter-Baugruppe geleitet, so dass diese bei tiefen Außentemperaturen nicht gefrieren kann oder - bei bereits erfolgter Eisbildung - schneller aufgetaut werden kann.When installing the filter assembly in the dosing system, the filter assembly can be arranged such that the thermally conductive element of the filter assembly has an area of overlap with a heat source. For example, an exhaust line that carries hot exhaust gas to be cleaned can serve as a heat source. The heat is then conducted via the heat-conducting element to the filter unit of the filter assembly, so that it cannot freeze at low outside temperatures or - if ice has already formed - can be thawed more quickly.
Mit Hilfe der vorgeschlagenen Filter-Baugruppe kann selbst dann eine externe Wärmequelle zum Auftauen der Filtereinheit genutzt werden, wenn sich diese nicht unmittelbar an der Filtereinheit befindet. Denn die Wärme der externen Wärmequelle wird der Filtereinheit über das wärmeleitende Element zugeführt.With the help of the proposed filter assembly, an external heat source can be used to thaw the filter unit even if it is not located directly on the filter unit. This is because the heat from the external heat source is fed to the filter unit via the heat-conducting element.
Bevorzugt ist das wärmeleitende Element der Filtereinheit vorgeschaltet, so dass sichergestellt ist, dass diese mit wässriger Harnstofflösung versorgbar ist. Alternativ oder ergänzend kann das wärmeleitende Element der Filtereinheit nachgeschaltet sein. Auf diese Weise kann der Abfluss von wässriger Harnstofflösung aus der Filtereinheit sichergestellt werden. Vorteilhafterweise kann die Strömungsrichtung der wässrigen Harnstofflösung durch die Filter-Baugruppe umgekehrt werden.The thermally conductive element is preferably connected upstream of the filter unit, so that it is ensured that it can be supplied with an aqueous urea solution. Alternatively or additionally, the thermally conductive element can be connected downstream of the filter unit. In this way, the outflow of aqueous urea solution from the filter unit can be ensured. Advantageously, the direction of flow of the aqueous urea solution through the filter assembly can be reversed.
Die für ein Dosiersystem vorgeschlagene Filter-Baugruppe kann nicht nur zur Filtration einer wässrigen Harnstofflösung eingesetzt werden, sondern auch zur Filtration anderer Flüssigkeiten. Insofern erweitern sich die Einsatzmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Filter-Baugruppe.The filter assembly proposed for a dosing system can not only be used to filter an aqueous urea solution, but also to filter other liquids. Inso far expand the possible uses of a filter assembly according to the invention.
Das wärmeleitende Element der vorgeschlagenen Filter-Baugruppe ist bevorzugt ganz oder teilweise aus Metall oder einem thermisch leitfähigen Kunststoff gefertigt. Denn diese Werkstoffe weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und eignen sich daher besonders gut zur Ausbildung eines wärmeleitenden Elements. Thermisch leitfähige Kunststoffe sind hierzu mit einem wärmeleitenden Füllstoff gefüllt, beispielsweise mit Metallpartikeln, Ruß oder Graphit. Auf diese Weise kann auch auf Basis eines Kunststoffs ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit erzielt werden.The thermally conductive element of the proposed filter assembly is preferably made entirely or partially of metal or a thermally conductive plastic. Because these materials have a high thermal conductivity and are therefore particularly well suited for forming a heat-conducting element. For this purpose, thermally conductive plastics are filled with a thermally conductive filler, for example metal particles, carbon black or graphite. In this way, a material with a high thermal conductivity can also be achieved on the basis of a plastic.
Zur Optimierung der Wärmeübertragung vom wärmeleitenden Element auf die Filtereinheit wird vorgeschlagen, dass die Filtereinheit und das wärmeleitende Element verbunden, vorzugsweise verpresst, sind. Beispielsweise können die Filtereinheit und das wärmeleitende Element abschnittsweise ineinander gesetzt sein, so dass sie in axialer Richtung einen gemeinsamen Überlappungsbereich aufweisen. Zum Verpressen kann der Überlappungsbereich mit einem Pressübermaß ausgebildet werden.In order to optimize the heat transfer from the thermally conductive element to the filter unit, it is proposed that the filter unit and the thermally conductive element be connected, preferably pressed. For example, the filter unit and the heat-conducting element can be placed one inside the other in sections, so that they have a common overlapping area in the axial direction. For pressing, the overlapping area can be formed with an oversize pressing.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Filtereinheit und das wärmeleitende Element in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen. Das gemeinsame Gehäuse ermöglicht eine Vormontage der Baugruppe und erhöht die Robustheit der Anordnung.According to a preferred embodiment of the invention, the filter unit and the heat-conducting element are accommodated in a common housing. The common housing enables pre-assembly of the assembly and increases the robustness of the arrangement.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Filtereinheit und das wärmeleitende Element zumindest abschnittsweise von einem Isoliermaterial umgeben sind. Das Isoliermaterial verhindert, dass Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Das heißt, dass Wärmeverluste reduziert werden. Im Ergebnis kann somit der Filtereinheit mehr Wärme zugeführt werden. Bei dem Isoliermaterial kann es sich beispielsweise um einen Mantel oder Schlauch aus einem Isoliermaterial, beispielsweise Schaumgummi, handeln.In a development of the invention, it is proposed that the filter unit and the heat-conducting element be surrounded at least in sections by an insulating material. The insulating material prevents heat from being released to the environment. This means that heat losses are reduced. As a result, more heat can be supplied to the filter unit. The insulating material can be, for example, a jacket or tube made of an insulating material, such as foam rubber.
Um die Wärmeübertragung von der externen Wärmequelle auf das wärmeleitende Element sicherzustellen, ist vorzugsweise das wärmeleitende Element im Überlappungsbereich mit der externen Wärmequelle nicht von einem Isoliermaterial umgeben. Im Falle eines Mantels oder Schlauchs aus Isoliermaterial ist dieser im Überlappungsbereich ausgespart.In order to ensure the transfer of heat from the external heat source to the heat-conducting element, the heat-conducting element is preferably not surrounded by an insulating material in the region of overlap with the external heat source. In the case of a jacket or tube made of insulating material, this is cut out in the overlapping area.
Das wärmeleitende Element der vorgeschlagenen Filter-Baugruppe kann zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgebildet sein und mindestens eine Radialbohrung aufweisen. Die mindestens eine Radialbohrung ermöglicht eine Verbindung eines radial innen angeordneten Strömungspfads mit einem radial außen angeordneten Strömungspfad. Die wässrige Harnstofflösung kann demnach das wärmeleitende Element zumindest abschnittsweise durchströmen, dann über die mindestens eine Radialbohrung nach außen geführt werden, so dass das wärmeleitende Element von der wässrigen Harnstofflösung ferner umströmt wird. Die Filtereinheit wird vorzugsweise von radial außen nach radial innnen durchströmt, so dass das Filtrat zentral abgeleitet werden kann.The heat-conducting element of the proposed filter assembly can be designed in the form of a hollow cylinder, at least in sections, and have at least one radial bore. The at least one radial bore enables a flow path arranged radially on the inside to be connected to a flow path arranged radially on the outside. The aqueous urea solution can therefore flow through the heat-conducting element at least in sections, then be guided outwards via the at least one radial bore, so that the heat-conducting element is also flowed around by the aqueous urea solution. The flow through the filter unit is preferably from radially outside to radially inside, so that the filtrate can be discharged centrally.
Das wärmeleitende Element kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Die mehrteilige Ausführung besitzt den Vorteil, dass beispielsweise ein Endabschnitt zur Verbindung mit der Filtereinheit als separates Teil ausgeführt werden kann. Dies vereinfacht die Herstellung und ermöglicht zudem die Verwendung eines anderen Werkstoffs. Bei einer mehrteiligen Ausführung des wärmeleitenden Elements sind vorzugsweise die mehreren Teile in axialer Richtung gekoppelt. Die Kopplung kann beispielsweise ebenfalls über eine Pressverbindung realisiert werden.The thermally conductive element can be designed in one or more parts. The multi-part design has the advantage that, for example, an end section for connection to the filter unit can be designed as a separate part. This simplifies production and also allows the use of a different material. In a multi-part design of the heat-conducting element, the multiple parts are preferably coupled in the axial direction. The coupling can also be implemented via a press connection, for example.
Bevorzugt ist die Filtereinheit der vorgeschlagenen Filter-Baugruppe in einem Außenumfangsbereich von mindestens einem Dichtring oder einer Dichtlippe umgeben. Der Dichtring bzw. die Dichtlippe leitet die wässrige Harnstofflösung in Richtung Siebabschnitt, so dass diese vollständig gefiltert wird. Zugleich dichtet sich den Strömungspfad der wässrigen Harnstofflösung nach außen ab. Der den Dichtring bzw. die Dichtlippe aufweisende Außenumfangsbereich der Filtereinheit ist daher bevorzugt in Strömungsrichtung der wässrigen Harnstofflösung stromabwärts des Siebabschnitts angeordnet.The filter unit of the proposed filter assembly is preferably surrounded by at least one sealing ring or one sealing lip in an outer peripheral area. The sealing ring or the sealing lip directs the aqueous urea solution in the direction of the screen section so that it is completely filtered. At the same time, the flow path of the aqueous urea solution is sealed off from the outside. The outer peripheral area of the filter unit that has the sealing ring or the sealing lip is therefore preferably arranged downstream of the screen section in the direction of flow of the aqueous urea solution.
Darüber hinaus wird ein Dosiersystem zum Eindosieren einer wässrigen Harnstofflösung in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen. Das Dosiersystem umfasst eine erfindungsgemäße Filter-Baugruppe, wobei die Filter-Baugruppe einem Fördermodul für die wässrige Harnstofflösung nachgeschaltet oder in das Fördermodul integriert ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Filter-Baugruppe kann insbesondere das Kaltstartverhalten des Dosiersystems verbessert werden.In addition, a metering system for metering an aqueous urea solution into an exhaust system of an internal combustion engine is proposed. The dosing system includes a filter assembly according to the invention, the filter assembly being downstream of a delivery module for the aqueous urea solution or being integrated into the delivery module. In particular, the cold start behavior of the dosing system can be improved with the aid of the filter assembly according to the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Filter-Baugruppe, -
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Filter-Baugruppe, -
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte erfindungsgemäße Filter-Baugruppe und -
4 einen schematischen Längsschnitt durch eine vierte erfindungsgemäße Filter-Baugruppe.
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1 a schematic longitudinal section through a first filter assembly according to the invention, -
2 a schematic longitudinal section through a second filter assembly according to the invention, -
3 a schematic longitudinal section through a third filter assembly according to the invention and -
4 a schematic longitudinal section through a fourth filter assembly according to the invention.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Die in der
Das wärmeleitende Element 4 der in der
Eine vereinfachte Ausführung einer erfindungsgemäßen Filter-Baugruppe 1 ist in der
Der
Die in der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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