EP2294294B1 - Dosiersystem für ein flüssiges medium, insbesondere harnstoff-wasser-lösung - Google Patents

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EP2294294B1
EP2294294B1 EP09765665A EP09765665A EP2294294B1 EP 2294294 B1 EP2294294 B1 EP 2294294B1 EP 09765665 A EP09765665 A EP 09765665A EP 09765665 A EP09765665 A EP 09765665A EP 2294294 B1 EP2294294 B1 EP 2294294B1
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EP
European Patent Office
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valve
dosing
check valve
pressure
metering
Prior art date
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EP09765665A
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Guenther Vogt
Stefan Loesch
Christian Basan
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
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    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7837—Direct response valves [i.e., check valve type]
    • Y10T137/7904—Reciprocating valves
    • Y10T137/7922—Spring biased

Definitions

  • the emission limit values for nitrogen oxides in motor vehicles whose weight exceeds a certain limit require exhaust aftertreatment devices which carry out a selective catalytic reduction (SCR) of the nitrogen oxides contained in the raw emissions of the internal combustion engine.
  • SCR selective catalytic reduction
  • An example of such an exhaust aftertreatment device is from the DE 10 2006 012 855 A1 known.
  • an aqueous urea solution is stored in a tank and injected by a metering pump and with the aid of a metering valve as needed in an exhaust pipe of the internal combustion engine.
  • That from the DE 10 2006 012 855 A1 known metering valve is pressure-actuated. This means that it opens as soon as a predetermined opening pressure is exceeded at the inlet of the metering valve. As soon as the opening pressure is fallen below, the dosing valve closes again.
  • the pressure-operated metering valve is a "passive" component that does not require its own control. Also, signal lines or control lines from a controller to the metering valve are not required.
  • the WO 02/079616 describes an apparatus for aftertreating exhaust gases with a mixing chamber for mixing reducing agent with air.
  • the invention has for its object to further develop a metering system of the type mentioned in that the performance characteristics, in particular the precision is injected with the reducing agent in the exhaust pipe, is improved.
  • tightness of the metering valve should be increased during operation and after switching off the internal combustion engine.
  • a metering system for a liquid medium for a liquid medium, in particular a liquid reducing agent, such as an aqueous urea-water solution
  • a liquid medium in particular a liquid reducing agent, such as an aqueous urea-water solution
  • a tank with a metering pump and with a metering valve
  • a pressure side of the diaphragm pump and the metering valve by a first line are connected to each other and wherein the tank and a suction side of the metering pump are connected to each other by a second line, achieved in that in the first line, a first check valve is provided.
  • the first check valve prevents the first line from draining between two actuations of the metering valve. This would mean that during the subsequent actuation of the metering pump, the quantity of urea-water solution predefined by an engine control unit is not injected. As a result, the quality of the exhaust aftertreatment would suffer and emissions would rise.
  • the first check valve is designed as a double-acting check valve, and that a second output or a second valve seat of the first check valve is hydraulically connected to the tank or the suction side of the metering pump via a connecting line. This prevents unintentional and reopening of the metering valve after switching off the metering pump.
  • the first check valve In the promotion of liquid reducing agent through the metering pump opens the first check valve and the reducing agent passes from the metering pump in the first line. After the delivery and injection of the reducing agent through the metering valve in the exhaust system, the first check valve closes again. The closing of the metering valve creates a pressure surge in the first line, which is reflected by a single-acting check valve and runs again to the metering valve. There, the pressure surge can trigger a brief opening of the metering valve. As a result, a non-negligible amount of the reducing agent is undesirably injected into the exhaust pipe. This effect increases with increasing closing speed of the metering valve.
  • the first check valve is designed as a double-acting check valve, then closes the check valve during the promotion of the metering pump, a connecting line between the first line and the tank of the dosing. In this position, the metering system behaves, not unlike a metering system according to the invention with a simply designed check valve.
  • a lifting movement of the metering pump is at least partially transmitted to the valve member of the first check valve.
  • the metering pump initially executes a delivery stroke and conveys the liquid reducing agent into the first conduit.
  • the valve member of the first check valve opens when the pressure in the metering pump is greater than the opening pressure of the first check valve, and the promotion of reducing agent to the metering valve begins.
  • the inventive transmission of the lifting movement of the metering pump on the valve member is namely guaranteed that the first check valve remains open during the suction stroke, regardless of the pressure conditions.
  • a predetermined amount of urea water solution from the first line is sucked back into the metering pump, so that a controlled and rapid pressure reduction takes place in the first line and in the metering valve.
  • the metering valve closes quickly and tightly, so that the dosage of the reducing agent is carried out with higher accuracy.
  • the lifting movements of the metering pump and the valve member are decoupled, so that the first check valve can fulfill its function known from the prior art and hydraulically separates the first line from the metering pump ,
  • the venting of the metering system is facilitated by the coupling of valve member and stroke of the metering pump.
  • a compressible medium such as air or steam
  • the first check valve is spring-loaded.
  • a pressure-holding valve in particular an adjustable pressure-holding valve, is provided in the connecting line.
  • the opening pressure of the pressure holding valve is chosen to be lower than the opening pressure of the metering valve, since only then can the reflection of pressure surges be reliably prevented. Due to the holding pressure of the pressure holding valve, it is possible to suppress the formation of vapor bubbles within the first conduit or of the metering system and thereby further improve the function and accuracy with which the reducing agent is injected and metered.
  • FIG. 1 is an internal combustion engine 1 with an exhaust aftertreatment device 3 greatly simplified and shown schematically.
  • the exhaust gas aftertreatment device 3 comprises an exhaust gas pipe 5, an oxidation catalytic converter 7 and an SCR catalytic converter 11.
  • the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas pipe 5 is indicated by arrows (without reference numerals).
  • a metering valve 13 for the reducing agent is arranged upstream of the SCR catalytic converter 11 on the exhaust gas pipe 5.
  • the metering valve 13 injects reducing agent upstream of the SCR catalyst 11 into the exhaust pipe 5 as needed.
  • the metering system comprises the metering valve 13, a metering pump 15 and a storage tank 17.
  • the metering pump 15 is in FIG. 1 only shown as "black box”. Details are given below with reference to Figures 2 and 3 explained.
  • a first line 19 is provided between the tank 17 and the metering pump 15 and the metering valve 13.
  • a second conduit 21 is provided between the tank 17 and the metering pump 15 and the metering valve 13.
  • control unit 29 controls the internal combustion engine 1 and among other things, the metering pump 15.
  • the line connection between the control unit 29 and the metering pump 15 is indicated by a dashed arrow (without reference numeral) in FIG. 1 shown.
  • the metering valve 13 is shown schematically as a spring-loaded valve.
  • the metering pump 15 is designed as a diaphragm pump with a membrane 31.
  • the diaphragm 31 of the metering pump 15 is actuated by an electromagnet comprising a coil 33 and an armature 35.
  • the coil 33 When the coil 33 is energized, the armature 35 and with it the membrane 31 moves in FIG. 2 up and performs a delivery stroke.
  • the first check valve 39 is in FIG. 2 shown as a flutter valve comprising a valve member 41 and a valve seat 43.
  • the valve member 41 is formed as an elastic membrane of a plastic, such as EPDM, or metal.
  • a spring 44 exerts a force in the closing direction of the first check valve 39 on the valve member 41.
  • the lifting movement of the diaphragm 31 is partially transmitted to the valve member 41 via a plunger 45. This happens because in the rest position of the membrane 31 and when the first check valve 39 is closed, the plunger 45 does not rest on the membrane 31.
  • a second check valve 46 is arranged, which prevents 15 reducing agent from the delivery chamber 37 in the second conduit 21 and the tank 17 can flow back during the delivery stroke of the metering pump.
  • This second check valve 46 is not spring-loaded as a rule. It will too often designed as a flutter valve, although it is in FIG. 2 and 3 symbolically represented as a ball valve.
  • the first check valve 39 is formed as a double-acting check valve and shown symbolically as a ball valve, although it is also usually a flutter or sniffer valve.
  • the first check valve 39 has not only the first valve seat 43, but also a second valve seat 47, the output of which is hydraulically connected to the tank 17 via a connecting line 49 and the second line 21.
  • the pressure in the delivery chamber 37 rises above the pressure prevailing in the first line 19.
  • the valve member 41 lifts off from the first valve seat 43 and closes the connection line 49 because it is sealingly pressed onto the second valve seat 47.
  • the delivery stroke is the same in the second embodiment, as in the first embodiment according to FIG. 2 explained.
  • the pressure conditions in the first check valve 39 ensure that the valve member 41 is pressed against the first valve seat 43 and thereby interrupted the hydraulic connection between the pumping chamber 37 and the first line 19 becomes.
  • a hydraulic connection between the first line 19, connecting line 49, second line 21 and tank 17 is opened, so that possibly run out of the metering valve 13 pressure surges run into the tank 17 and are dissipated there.
  • a pressure-maintaining valve 51 is provided in the connecting line 49.
  • the pressure holding valve 51 serves to maintain a minimum settable pressure in the first conduit 19 so that the boiling point of the reducing agent in the first conduit 19 is increased and the formation of vapor bubbles is suppressed.
  • the opening pressure of the pressure holding valve 49 is lower than the opening pressure of the metering valve 13, so that the closing movement and the sealing of the metering valve 13 are not prevented by the pressure-holding valve 51.
  • this pressure surges whose amplitude is higher than the opening pressure of the pressure holding valve 51 continue to flow almost unhindered in the tank 17 and are dissipated there.
  • the pressure holding valve 51 is adjustable with respect to its holding pressure, so that it can be adjusted according to the prevailing operating conditions. This makes it possible, for example, after stopping the engine to change the holding pressure, so that the first
  • Line 19 is completely relieved of pressure and thereby the metering valve 13 is completely sealed even over a longer period. If the risk of vapor bubble formation occurs during the operation of the internal combustion engine, the holding pressure of the pressure holding valve 51 can be increased accordingly.
  • FIG. 3b is a block diagram of the embodiment according to FIG. 3a shown.
  • various pressure sensors 53.1, 53.2 and 53.3 are shown, which are installed as required and connected to the control unit 29.

Description

    Stand der Technik
  • Die Immissionsgrenzwerte für Stickoxide erfordern bei Kraftfahrzeugen, deren Gewicht eine bestimmte Grenze überschreitet, Abgasnachbehandlungseinrichtungen, die eine selektive katalytische Reduktion (SCR) der in den Rohemissionen der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide vornimmt. Dieses sogenannte SCR-Verfahren zur Abgasreinigung ist aus dem Stand der Technik bekannt, sodass auf eine detaillierte Erläuterung der bei diesem Verfahren ablaufenden chemischen Vorgänge verzichtet werden kann.
  • Ein Beispiel einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung ist aus der DE 10 2006 012 855 A1 bekannt. Dort wird eine wässerige Harnstofflösung in einem Tank gespeichert und von einer Dosierpumpe und mit Hilfe eines Dosierventils bedarfsabhängig in ein Abgasrohr der Brennkraftmaschine eingedüst. Das aus der DE 10 2006 012 855 A1 bekannte Dosierventil ist druckbetätigt. Dies bedeutet, dass es öffnet, sobald an dem Eingang des Dosierventils ein vorgegebener Öffnungsdruck überschritten wird. Sobald der Öffnungsdruck unterschritten wird, schließt das Dosierventil wieder.
  • Das druckbetätigte Dosierventil ist ein "passives" Bauteil, das keine eigene Ansteuerung erfordert. Auch sind Signalleitungen bzw. Steuerleitungen von einem Steuergerät zum Dosierventil nicht erforderlich.
  • Die WO 02/079616 beschreibt eine Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen mit einer Mischkammer zum Mischen von Reduktionsmittel mit Luft.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt der Aufgabe zugrunde, ein Dosiersystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Gebrauchseigenschaften, insbesondere die Präzision mit dem Reduktionsmittel in das Abgasrohr eingedüst wird, verbessert wird. Außerdem sollen Dichtheit des Dosierventils während des Betriebs und nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erhöht werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Dosiersystem für ein flüssiges Medium, insbesondere einem flüssigen Reduktionsmittel, wie zum Beispiel eine wässerige Harnstoff-Wasser-Lösung, mit einem Tank, mit einer Dosierpumpe und mit einem Dosierventil, wobei eine Druckseite der Membranpumpe und das Dosierventil durch eine erste Leitung miteinander verbunden sind und wobei der Tank und eine Saugseite der Dosierpumpe durch eine zweite Leitung miteinander verbunden sind, dadurch gelöst, dass in der ersten Leitung ein erstes Rückschlagventil vorgesehen ist.
  • Das erste Rückschlagventil verhindert, dass sich die erste Leitung zwischen zwei Betätigungen des Dosierventils entleert. Dies hätte zur Folge, dass bei der darauf folgenden Betätigung der Dosierpumpe nicht die von einem Motorsteuergerät vorgegebene Menge an Harnstoffwasserlösung eingedüst wird. Dadurch würde die Qualität der Abgasnachbehandlung leiden und die Emissionen ansteigen.
  • Dabei ist vorgesehen, dass das erste Rückschlagventil als doppeltwirkendes Rückschlagventil ausgebildet ist, und dass ein zweiter Ausgang bzw. ein zweiter Ventilsitz des ersten Rückschlagventils mit dem Tank bzw. der Saugseite der Dosierpumpe über eine Verbindungsleitung hydraulisch in Verbindung steht. Dadurch wird ein ungewolltes und erneutes Öffnen des Dosierventils nach dem Abschalten der Dosierpumpe verhindert.
  • Bei der Förderung von flüssigem Reduktionsmittel durch die Dosierpumpe öffnet sich das erste Rückschlagventil und das Reduktionsmittel gelangt aus der Dosierpumpe in die erste Leitung. Nach der Förderung und Einspritzung des Reduktionsmittels durch das Dosierventil in die Abgasanlage schließt das erste Rückschlagventil wieder. Durch das Schließen des Dosierventils entsteht ein Druckstoß in der ersten Leitung, der an einem einfach wirkenden Rückschlagventil reflektiert wird und wieder zum dem Dosierventil läuft. Dort kann der Druckstoß eine kurzzeitige Öffnung des Dosierventils auslösen. In Folge dessen wird eine nicht vernachlässigbare Menge des Reduktionsmittels ungewollterweise in das Abgasrohr eingedüst. Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Schließgeschwindigkeit des Dosierventils zu.
  • Wenn nun das erste Rückschlagventil als zweifach wirkendes Rückschlagventil ausgebildet wird, dann verschließt das Rückschlagventil während der Förderung der Dosierpumpe eine Verbindungsleitung zwischen der ersten Leitung und dem Tank des Dosiersystems. In dieser Stellung verhält sich das Dosiersystem, nicht anders als ein erfindungsgemäßes Dosiersystem mit einem einfach ausgebildeten Rückschlagventil.
  • Wenn aber der Förderhub der Dosierpumpe beendet ist, wird das Ventilglied des zweifach wirkenden Rückschlagventils wieder in den Ventilsitz gedrückt und die hydraulische Verbindung zwischen Dosierpumpe und Dosierventil ist unterbrochen. Gleichzeitig wird über die Verbindungsleitung eine hydraulische Verbindung zwischen der ersten Leitung zum drucklosen Tank hergestellt, sodass ein vom Dosierventil ausgehender Druckstoß nicht am ersten Rückschlagventil reflektiert wird, sondern in den Tank läuft und dort dissipiert wird. Dadurch werden die oben geschilderten ungewollten Nachspritzer aufgrund von Druckstößen innerhalb des Dosiersystems vermieden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Hubbewegung der Dosierpumpe mindestens teilweise auf das Ventilglied des ersten Rückschlagventils übertragen wird.
  • Dies bedeutet, dass, ausgehend von einem Ruhezustand der Dosierpumpe zunächst die Dosierpumpe einen Förderhub ausführt und das flüssige Reduktionsmittel in die erste Leitung fördert. Bei einem Förderhub öffnet das Ventilglied des ersten Rückschlagventils sobald der Druck in der Dosierpumpe größer ist als der Öffnungsdruck des ersten Rückschlagventils, und die Förderung von Reduktionsmittel zum Dosierventil beginnt.
  • Durch die erfindungsgemäße Übertragung der Hubbewegung der Dosierpumpe auf das Ventilglied ist nämlich gewährleistet, dass das erste Rückschlagventil während des Saughubs unabhängig von den Druckverhältnissen geöffnet bleibt. Infolge dessen wird eine vorgegebene Menge von Harnstoffwasserlösung aus der ersten Leitung wieder in die Dosierpumpe zurückgesaugt, sodass ein kontrollierter und rascher Druckabbau in der ersten Leitung und im Dosierventil stattfindet. Dadurch schließt das Dosierventil rasch und dicht, sodass die Dosierung des Reduktionsmittels mit höherer Genauigkeit erfolgt.
  • Kurz bevor die Dosierpumpe ihren Ausgangspunkt erreicht hat und der Hub der Dosierpumpe gleich Null ist, werden die Hubbewegungen der Dosierpumpe und des Ventilglieds entkoppelt, sodass das erste Rückschlagventil seiner aus dem Stand der Technik bekannten Funktion nachkommen kann und die erste Leitung von der Dosierpumpe hydraulisch trennt.
  • Schließlich wird durch die Kopplung von Ventilglied und Hub der Dosierpumpe die Entlüftung des Dosiersystems erleichtert. Wenn sich ein kompressibles Medium, wie Luft oder Dampf, im einem Förderraum der Dosierpumpe befindet, kann durch die zwangsweise Öffnung des ersten Rückschlagventils gewährleistet werden, dass die in dem Förderraum der Dosierpumpe befindliche Luft bzw. der Dampf ausgeschoben wird in die erste Leitung und dadurch ein Entlüften der Dosierpumpe stattfindet. Sobald nur noch flüssiges Reduktionsmittel in der Dosierpumpe vorhanden ist, fördert diese wieder voll und schiebt auch die in der Saugleitung vorhandenen Dampfblasen bzw. Luftblasen im Laufe der Zeit durch das Dosierventil aus dem Dosiersystem aus.
  • Um ein sicheres Schließen und ein besseres Betriebsverhalten zu erreichen, ist weiter vorgesehen, dass das erste Rückschlagventil federbelastet ist.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Verbindungsleitung ein Druckhalteventil, insbesondere ein einstellbares Druckhalteventil, vorgesehen ist. Der Öffnungsdruck des Druckhalteventils wird so gewählt, dass er niedriger ist als der Öffnungsdruck des Dosierventils ist, da nur dann die Reflektion von Druckstößen sicher verhindert werden kann. Durch den Haltedruck des Druckhalteventils ist es aber möglich, die Dampfblasenbildung innerhalb der ersten Leitung bzw. des Dosiersystems zu unterdrücken und auch dadurch die Funktion und die Genauigkeit mit der das Reduktionsmittel eingedüst und dosiert wird, weiter zu verbessern.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dosiersystems,
    Figur 2
    ein Dosiersystem und
    Figur 3
    ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dosiersystems.
  • In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 stark vereinfacht und schematisch dargestellt. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 umfasst ein Abgasrohr 5, einen Oxidationskatalysator 7 und einen SCR-Katalysator 11. Die Strömungsrichtung des Abgases durch das Abgasrohr 5 ist durch Pfeile (ohne Bezugszeichen) angedeutet. Um den SCR-Katalysator 11 mit Reduktionsmittel zu versorgen, ist stromaufwärts des SCR-Katalysators 11 am Abgasrohr 5 ein Dosierventil 13 für das Reduktionsmittel angeordnet. Das Dosierventil 13 spritzt bei Bedarf Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators 11 in das Abgasrohr 5 ein.
  • Das erfindungsgemäße Dosiersystem umfasst das Dosierventil 13, eine Dosierpumpe 15 sowie einen Speicherbehälter 17. Die Dosierpumpe 15 ist in Figur 1 nur als "black-box" dargestellt. Details hierzu werden nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 erläutert.
  • Zwischen der Dosierpumpe 15 und dem Dosierventil 13 ist eine erste Leitung 19 vorgesehen. Zwischen dem Tank 17 und der Dosierpumpe 15 ist eine zweite Leitung 21 vorgesehen.
  • Der Vollständigkeit halber sei noch auf die in der Abgasanlage angeordneten Sensoren, nämlich einen NOX-Sensor 25, sowie Temperatur-Sensoren 23 und 27 hingewiesen. Diese Sensoren 23, 25 und 27 sind über Signalleitungen (ohne Bezugszeichen) mit einem Steuergerät 29 der Brennkraftmaschine verbunden. Dieses Steuergerät 29 steuert die Brennkraftmaschine 1 und unter anderem auch die Dosierpumpe 15. Die Leitungsverbindung zwischen dem Steuergerät 29 und der Dosierpumpe 15 ist durch einen gestrichelten Pfeil (ohne Bezugszeichen) in Figur 1 dargestellt.
  • Anhand der Figur 2 wird ein Dosiersystem dargestellt und erläutert. Gleiche Bauteile werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und das als bezüglich der Figur 1 gesagte entsprechend. Das Dosierventil 13 ist als federbelastetes Ventil schematisch dargestellt.
  • Die Dosierpumpe 15 ist als Membranpumpe mit einer Membran 31 ausgebildet. Die Membran 31 der Dosierpumpe 15 wird von einem Elektromagneten, umfassend eine Spule 33 und einen Anker 35, betätigt. Wenn die Spule 33 bestromt wird, bewegt sich der Anker 35 und mit ihm die Membran 31 in Figur 2 nach oben und führt einen Förderhub aus. Der Hub H ist in Figur 2 dargestellt. Die in Figur 2 dargestellte Ruheposition der Membran 31 und des Ankers 35 entspricht einem Hub H = 0.
  • Zwischen einem Förderraum 37 der Dosierpumpe 15 und der ersten Leitung 19 ist ein erstes Rückschlagventil 39 angeordnet. Das erste Rückschlagventil 39 ist in Figur 2 als Flatterventil umfassend ein Ventilglied 41 und einen Ventilsitz 43 dargestellt. Bei diesen Flatterventilen ist das Ventilglied 41 als elastische Membran aus einem Kunststoff, wie zum Beispiel EPDM, oder Metall ausgebildet. Eine Feder 44 übt eine Kraft in Schließrichtung des ersten Rückschlagventils 39 auf das Ventilglied 41 aus.
  • Die Hubbewegung der Membran 31 wird über einen Stößel 45 teilweise auf das Ventilglied 41 übertragen. Dies geschieht dadurch, dass in der Ruheposition der Membran 31 und bei geschlossenem ersten Rückschlagventil 39 der Stößel 45 nicht auf der Membran 31 aufliegt.
  • Zwischen dem der Membran 31 zugewandten Ende des Stößels 45 und der Membran 31 ist in diesem Zustand ein Abstand HMIN. Sobald der Hub H größer HMIN ist, hebt die Membran mit Hilfe des Stößels 45 das Ventilglied 41 vom Ventilsitz 43 ab. Diese Kopplung des Ventilglieds 41 mit dem Hub H der Membran 31 der Dosierpumpe führt dazu, dass das erste Rückschlagventil 39, unabhängig von den Druckverhältnissen in der ersten Leitung 19 und im Förderraum 37 während des Saughubs noch lang geöffnet bleibt. Infolge dessen wird durch die Saugbewegung der Membran 31 ein Teil des in der ersten Leitung 19 befindlichen Reduktionsmittels wieder in den Förderraum 37 zurückgesaugt. Dadurch findet ein Druckabbau in der Leitung 19 statt und das Dosierventil 13 schließt rasch und dicht.
  • Zwischen dem Förderraum 37 und der zweiten Leitung 21 ist ein zweites Rückschlagventil 46 angeordnet, welches verhindert, dass während des Förderhubs der Dosierpumpe 15 Reduktionsmittel aus dem Förderraum 37 in die zweite Leitung 21 und den Tank 17 zurückströmen kann. Dieses zweite Rückschlagventil 46 ist in aller Regel nicht federbelastet. Es wird ebenfalls häufig als Flatterventil ausgebildet, obwohl es in Figur 2 und 3 symbolisch als Kugelventil dargestellt ist.
  • In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dosiersystems dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Rückschlagventil 39 als doppeltwirkendes Rückschlagventil ausgebildet und symbolisch als Kugelventil dargestellt, obwohl es sich auch hier in aller Regel um ein Flatter- oder Schnüffelventil handelt. Das erste Rückschlagventil 39 weist nicht nur den ersten Ventilsitz 43 auf, sondern auch noch einen zweiten Ventilsitz 47, dessen Ausgang über eine Verbindungsleitung 49 und die zweite Leitung 21 mit dem Tank 17 hydraulisch in Verbindung steht. Sobald die Dosierpumpe 15 mit der Förderung von Reduktionsmittel beginnt, steigt der Druck im Förderraum 37 über den in der ersten Leitung 19 herrschenden Druck an. Infolge dessen hebt das Ventilglied 41 vom ersten Ventilsitz 43 ab und verschließt die Verbindungsleitung 49, weil es dichtend auf den zweiten Ventilsitz 47 gepresst wird. Gleichzeitig wird dadurch die hydraulische Verbindung zwischen Förderraum 37 und erster Leitung 19 freigegeben und die Förderung von reduktionsmittel in die erste Leitung 19 beginnt. Der Förderhub läuft bei dem zweiten Ausführungsbeispiel genauso ab, wie anhand des ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 erläutert.
  • Wenn nun die Förderung beendet wurde und die Membran 31 wieder in ihre Ausgangslage zurückkehrt, sorgen die Druckverhältnisse im ersten Rückschlagventil 39 dafür, dass das Ventilglied 41 wieder gegen den ersten Ventilsitz 43 gepresst wird und dadurch die hydraulische Verbindung zwischen Förderraum 37 und erster Leitung 19 unterbrochen wird. Gleichzeitig wird eine hydraulische Verbindung zwischen erster Leitung 19, Verbindungsleitung 49, zweiter Leitung 21 und Tank 17 geöffnet, sodass eventuell von dem Dosierventil 13 ausgehende Druckstöße in den Tank 17 laufen und dort dissipiert werden.
  • Optional ist in der Verbindungsleitung 49 ein Druckhalteventil 51 vorgesehen. Das Druckhalteventil 51 dient dazu, einen einstellbaren Mindestdruck in der ersten Leitung 19 aufrechtzuerhalten, sodass der Siedepunkt des Reduktionsmittels in der ersten Leitung 19 erhöht und die Bildung von Dampfblasen unterdrückt wird. Vorteilhafterweise ist der Öffnungsdruck des Druckhalteventils 49 niedriger als der Öffnungsdruck des Dosierventils 13, sodass die Schließbewegung und das Abdichten des Dosierventils 13 durch das Druckhalteventil 51 nicht verhindert werden. Außerdem können dadurch Druckstöße, deren Amplitude höher ist als der Öffnungsdruck des Druckhalteventils 51 nahezu ungehindert in den Tank 17 weiterlaufen und dort dissipiert werden.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckhalteventil 51 bezüglich seines Haltedrucks einstellbar, sodass es entsprechend den herrschenden Betriebsbedingungen eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, beispielsweise nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine den Haltedruck zu verändern, sodass die erste
  • Leitung 19 vollständig druckentlastet wird und dadurch das Dosierventil 13 auch über einen längeren Zeitraum vollständig dicht ist. Wenn die Gefahr der Dampfblasenbildung während des Betriebs der Brennkraftmaschine auftritt, kann der Haltedruck des Druckhalteventils 51 entsprechend erhöht werden.
  • In Figur 3b ist ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3a dargestellt. Zusätzlich sind noch verschiedene Drucksensoren 53.1, 53.2 und 53.3 dargestellt, die je nach Bedarf installiert und mit dem Steuergerät 29 verbunden werden.

Claims (9)

  1. Dosiersystem für ein flüssiges Medium, insbesondere einem flüssigen Reduktionsmittel, wie zum Beispiel eine wässrige Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL), mit einem Tank (17), mit einer Dosierpumpe (15) und mit einem Dosierventil (13), wobei eine Druckseite der Dosierpumpe (15) und das Dosierventil (13) durch eine erste Leitung (19) miteinander verbunden sind und wobei der Tank (17) und eine Saugseite der Dosierpumpe (15) durch eine zweite Leitung (21) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Leitung (19) ein erstes Rückschlagventil (39) vorgesehen ist, wobei das erste Rückschlagventil (39) als doppeltwirkendes Rückschlagventil ausgebildet ist, und wobei ein zweiter Ventilsitz (47) des ersten Rückschlagventils (39) mit dem Tank (17) oder der Saugseite der Dosierpumpe (15) über eine Verbindungsleitung (49) hydraulisch in Verbindung steht.
  2. Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hubbewegung der Dosierpumpe (15) mindestens teilweise auf das Ventilglied (41) des ersten Rückschlagventils (39) übertragen wird.
  3. Dosiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe eine Membran (31) umfasst, und dass die Hubbewegung (H) der Membran (31) mindestens teilweise auf das Ventilglied (41) des ersten Rückschlagventils (39) übertragen wird.
  4. Dosiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (41) des ersten Rückschlagventils (39) von einem ersten Ventilsitz (43) abgehoben wird, sobald die Hubbewegung der Dosierpumpe (15) einen Mindesthub (Hmin) übersteigt.
  5. Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (39) federbelastet ist.
  6. Dosiersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (49) ein Druckhalteventil, insbesondere ein einstellbares Druckhalteventil (51), vorgesehen ist.
  7. Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Leitung (21) ein zweites Rückschlagventil (46) vorgesehen ist.
  8. Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierventil (13) druckbetätigt ist.
  9. Dosiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranpumpe (15) von einem Stellglied eines Aktuators, insbesondere einem Anker (35) eines Elektromagneten (33) betätigt wird.
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