EP2951438A1 - Vorrichtung zur bereitstellung eines flüssigen additivs - Google Patents

Vorrichtung zur bereitstellung eines flüssigen additivs

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Publication number
EP2951438A1
EP2951438A1 EP14700258.8A EP14700258A EP2951438A1 EP 2951438 A1 EP2951438 A1 EP 2951438A1 EP 14700258 A EP14700258 A EP 14700258A EP 2951438 A1 EP2951438 A1 EP 2951438A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump chamber
pump
drive
liquid additive
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14700258.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP2951438A1 publication Critical patent/EP2951438A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/1238—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action using only one roller as the squeezing element, the roller moving on an arc of a circle during squeezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • 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
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/123—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action using an excenter as the squeezing element

Definitions

  • the invention relates to a device for providing a liquid additive.
  • Such devices are used for example in the automotive field to supply a liquid additive of the exhaust treatment device of a combustion skraftmaschine.
  • exhaust treatment devices are widely used in which nitrogen oxide compounds are reduced in the exhaust gas of an internal combustion engine by means of a reducing agent.
  • the reducing agent is typically ammonia. The ammonia reacts with the nitrogen oxide compounds on an SCR catalyst in the exhaust gas treatment device.
  • ammonia is not directly supplied to the exhaust treatment device, but in the form of a precursor solution that can be stored and provided as a liquid additive.
  • This precursor solution is converted into ammonia in the exhaust gas.
  • a particularly frequently used precursor solution is urea-water solution, which is available, for example, under the trade name AdBlue® with a urea content of 32.5%.
  • a device for providing liquid additive typically has a pump.
  • such a pump should be as inexpensive as possible and, on the other hand, should enable the device to operate as reliably as possible.
  • the operation of the device results in various requirements for the pump. First, it should be possible to adjust the delivery rate of the pump during operation to different operating conditions of the exhaust gas treatment device. In addition, it may be necessary for the pump to be used produced delivery pressure as precisely as possible corresponds to a predetermined pressure range.
  • a device for providing liquid additive must be quickly ready for use, even with frozen additive.
  • a urea-water solution freezes at temperatures below -11 ° C.
  • there is a volume expansion which can damage the lines in a device for providing liquid additive.
  • Such low temperatures occur in motor vehicles, especially during long periods of inactivity.
  • a device for providing liquid additive should therefore be designed and / or set up so that it is not damaged by the volume expansion of the liquid additive during freezing. This can be realized, for example, by emptying the device during the stop of operation. It is also possible that the device is designed so that it compensates for the volume expansion.
  • a device for providing liquid additive with at least one first pump chamber for conveying the liquid additive and a rotary drive wherein the first pump chamber is arranged around a drive axis of the rotary drive and within the first pump chamber at least one seal is formed which can be displaced from the rotary drive around the drive axis, the device having at least one second pump chamber, which is arranged along the drive axis adjacent to the first pump chamber.
  • the device for providing liquid additive is preferably used in a tank bottom of a tank for the liquid additive.
  • the device preferably has a housing, which forms a portion of the tank bottom of the tank in the tank when installed.
  • On the housing of the device is preferably a suction point, where liquid additive can be removed from the tank.
  • the device preferably has a discharge point at which the device provides the liquid additive and to which an (external) line for the liquid additive can be connected.
  • the device is set up to provide a required flow rate of liquid additive.
  • a required flow rate results, for example, from a corresponding requirement of a control device of a motor vehicle.
  • the required flow rate is, for example, the amount of liquid additive needed to effectively purify the exhaust gases in an exhaust treatment device of the motor vehicle (at that time or load).
  • the device can change the delivery rate of the liquid additive, for example by adjusting the power of the rotary drive, so that the amount of liquid additive delivered with the device corresponds to the required delivery rate.
  • the device may also have additional components that allow or improve the adjustment of the flow rate.
  • the device may have its own control unit, which converts an external request of a control unit of the motor vehicle with respect to a required flow rate into electrical signals for the appropriate activation of the rotary drive of the device.
  • the liquid additive is preferably the urea-water solution described above. From the suction point to the delivery point (at least) a delivery channel extends through the device, through which the liquid additive is conveyed. A pump chamber forms a portion of this conveyor channel. In the pump chamber, the promotion of the liquid additive takes place. This means in particular that in the pump chamber the liquid additive required for the promotion of mechanical energy is supplied.
  • the rotational drive of the device is preferably designed as an electric motor, which can generate a rotational movement.
  • the rotary drive can be referred to together with the pump chamber as a pump of the device.
  • the drive axle of the rotary drive is an (imaginary) axis which extends along the rotational axis of the rotary drive.
  • the first pump chamber is preferably not arranged directly around the rotary drive but in an extension of the drive axle starting from the rotary drive around the drive axle.
  • At least one seal is formed in the pump chamber.
  • at least one closed delivery volume is formed within the pump chamber. Due to the displacement of the seal within the pump chamber, this closed delivery volume is displaced (spatially). This leads to a promotion of the liquid additive.
  • a transmission means is preferably formed, which transmits a movement on the drive axle to the seal.
  • This translation means may be, for example, a cam and / or a cam.
  • the second pumping chamber is preferably arranged at a distance along the drive axis adjacent to the first pumping chamber. For example, this distance can be between 1 cm [centimeter] and 10 cm.
  • This embodiment of the device leads, in particular, to a plurality of (parallel and / or separately applied) pump chambers (temporally) being able to be operated jointly with one (individual) rotary drive.
  • a technically simple and compact design of the device is specified.
  • a significant increase in the delivery rate is made possible, in particular for so-called metering pumps (delivery of constant delivery volume), as will be explained in more detail below.
  • the device when the second pump chamber is constructed as the first pump chamber.
  • the second pump chamber also has at least one seal, which forms at least one closed delivery volume within the second pump chamber.
  • the first pump chamber and the second pump chamber are preferably all other and in particular the features listed here, the first pump chamber and the second pump chamber.
  • the device is advantageous if the second pump chamber can be connected in parallel with the first pump chamber in order to increase the delivery rate of the device.
  • a first part of the liquid additive can flow through the first pump chamber and a second part of the liquid additive through the second pump chamber.
  • the first pumping chamber and the second pumping chamber form two parallel branches of the conveying channel from the suction point to the discharge point. If the preferred embodiment of the device is realized with identically constructed first pump chamber and second pump chamber, the flow rate of the device is approximately doubled by the parallel connection of the first pump chamber and the second pump chamber. It is preferred that this parallel circuit is permanently set up or can only be canceled (temporarily) by additional operation of adjusting means. If only the first pump chamber is used for delivery, the energy required for delivery is reduced because the second pump chamber does not need to be operated. This allows a particularly energy-efficient operation of the device, when the required flow rate is low.
  • the device is advantageous if a separable coupling is provided between the first pump chamber and the second pump chamber, with which the second pump chamber can be uncoupled from the drive axle.
  • Such a separable coupling may for example be designed in the manner of a dog clutch, in the manner of a friction clutch and / or in the manner of an electromagnetic clutch.
  • This coupling can be operated for example by means of an electromagnetic actuator.
  • the separation of the second pump chamber by means of such a separable coupling allows a particularly good shutdown of the drive of the second pump chamber to allow a particularly energy-efficient operation of the device when the required delivery rate of the device is low.
  • the device has its own control unit, which is adapted to actuate the separable coupling as needed. If the required flow rate is large and the control device of the device receives a corresponding request, the separable coupling is closed, so that a parallel operation of the first pump chamber and the second pump chamber takes place. If the required flow rate is low and the control device of the device receives a corresponding request, the separable coupling is opened, so that only the first pump chamber is operated and the second pump chamber is disconnected.
  • no program code components relating to the separable coupling are stored in the control unit of a motor vehicle. The beta Release of the separable coupling can be completely taken over by the control device of the device.
  • the device is advantageous if the second pump chamber can be connected in series with the first pump chamber in order to increase the delivery pressure of the device.
  • the (entire) liquid additive flows through the device first through the device, first the first pump chamber and then the second pump chamber.
  • the pressure of the liquid additive is first increased in the first pump chamber, in order subsequently to be further increased in the second pump chamber.
  • a particularly greatly increased delivery pressure of the device is required, for example, in order to achieve special spray formation on a supply device for supplying the liquid additive to an exhaust gas treatment device.
  • a supply device has, for example, a nozzle. The higher the pressure of the liquid additive on the feeder, the finer the spray produced on a nozzle of the feeder.
  • a separable coupling may be provided, with which the second pump chamber can be disconnected from the drive axle.
  • This separable coupling can have all the properties described above.
  • the device is designed so that the first pump chamber and the second pump chamber can alternatively be connected in series or in parallel. In this case, an increase of the delivery rate (with a parallel connection of the pump chambers) or an increase of the delivery pressure (with a series connection of the pump chambers) is possible. Furthermore, the device is advantageous if the first pump chamber is at least partially delimited by a deformable membrane which forms the at least one seal, wherein the membrane for displacing the seal can be deformed by an eccentric drive connected to the rotary drive.
  • the membrane is preferably made of a (sufficiently thick) elastic material which can be deformed under the action of the eccentric drive.
  • the membrane is preferably between 2 mm [mm] and 20 mm thick.
  • the membrane is preferably designed in the manner of a tube and inserted in a ring in a housing.
  • the membrane has an approximately circular cross-section, a length of 5 mm to 30 mm, a wall thickness of 2 mm to 20 mm and an inner diameter of 30 mm to 200 mm.
  • the wall thickness corresponds to the above-mentioned thickness of the membrane.
  • the eccentric drive is connected to the rotary drive and can deform this membrane so that portions of the diaphragm are forced into the circular housing to form the seals.
  • the eccentric drive preferably acts on an inner side of the annular or tubular membrane on the membrane in order to deform it.
  • the pumping chamber preferably has an inlet and an outlet for the liquid additive.
  • a static sealing element is preferably formed in the direction of rotation of the rotary drive, which can be, for example, a protruding nose of the housing. This lug ensures that a sealing point is always formed between the outlet and the inlet, so that liquid additive does not flow from the outlet of the pump chamber directly to the inlet of the pump chamber. chamber can flow.
  • the membrane is deformed by the nose.
  • Such a trained pump chamber is particularly reliable and particularly energy efficient to operate.
  • a plurality of such pump chambers can be arranged in a particularly advantageous manner adjacent to one another along a drive axis of the rotary drive. Therefore, this structure allows the particularly advantageous design of a device for providing liquid additive with a plurality of pump chambers.
  • the device is advantageous when the first pump chamber is at least partially formed by a hose, wherein the at least one seal is formed by the fact that the hose is compressed in sections by a pinch disc connected to the rotary drive, wherein the hose for shifting the seal of the Quetschlot can be deformed.
  • the seals of the pump chambers are displaced by continuously displacing the pinched portions of the hose along a conveying direction from an inlet of the pump chamber to an outlet of the pump chamber.
  • the bruises are formed near the inlet of the pump chamber.
  • the bruises are displaced along the pump chamber to be subsequently dissolved again at the outlet of the pump chamber.
  • closed delivery volumes are formed in each case.
  • Such a structure of a pump chamber of a device for providing liquid additive can be realized in a particularly simple and cost-effective manner.
  • a plurality of pump chambers adjacent to one another along a drive axis of a rotary drive of the device.
  • a tube having a plurality of windings may be passed around the drive axis of the rotary drive of the device to form a plurality of adjacent pump chambers of the device.
  • 3, 4, 5 or more (parallel and / or serial) pump chambers can be operated with the common rotary drive.
  • the device is advantageous if the first pump chamber and the second pump chamber surround the drive axle in the manner of a circular arc segment in each case for at least 250 [angular degree].
  • the device is advantageous if it has at least one valve, with which at least one connecting line between the first pump chamber and the second pump chamber can be switched.
  • connection lines between the individual pump chambers for parallel connection and / or for series connection can be selectively released and closed.
  • a special valve with three different positions and two input lines as well as two output lines: In a first position, a first input line is connected to a first output line, while a second input line and a second output line are respectively closed.
  • the first input line is connected to the second output line.
  • the second input line is connected to the first output line.
  • both the first input line and the second input line are connected to the first output line.
  • the second output line is closed at the same time.
  • the special valve described can also be realized by a special interconnection of several conventional valve types (two-way valves and / or three-way valves).
  • pump chambers are arranged along the drive axis adjacent to the first pump chamber and the second pump chamber.
  • a third pump chamber or even a third pump chamber and a fourth pump chamber may be provided.
  • the flow rate and / or the delivery pressure of the device can be further varied, so that a more accurate adaptation of the delivery to a need for liquid additive is possible.
  • a motor vehicle with an internal combustion engine and an exhaust gas treatment device for purifying the exhaust gases of the combustion engine is also proposed, wherein a device described here for supplying a liquid additive to the exhaust gas treatment device is provided.
  • an SCR catalyst is preferably provided, on which nitrogen oxide compounds in the exhaust gas of the internal combustion engine can be reduced by means of a reducing agent.
  • the reducing agent can be supplied to the exhaust gas treatment device with a feed device in the form of a liquid additive.
  • the delivery device is supplied from a tank by a described device with liquid additive.
  • the supply device and the described device can be controlled by a control device of the motor vehicle.
  • the supply device may have a nozzle for the finely atomized addition of the liquid additive to the exhaust gas treatment device and / or an injector for controlling the metering of the liquid additive.
  • FIGS. show particularly preferred exemplary embodiments, but to which the invention is not limited.
  • the figures and in particular the magnitudes shown are only schematically. Show it:
  • 1 shows a described device for providing a liquid additive
  • 2 shows a sectional view transversely to the drive axis through a first embodiment of a pump for a device described
  • FIG. 3 is a sectional view transversely to the drive axle through a second embodiment variant of a pump for a device described
  • FIG. 5 is a schematic representation of a second embodiment of a
  • Fig. 8 a motor vehicle having a device described.
  • a device 1 for providing a liquid additive can be seen, which is inserted into a here only partially shown tank bottom 16 of a tank.
  • the device 1 has a housing 15 which seals with the tank bottom 16.
  • a suction point 17 at which the device 1 can remove liquid additive from the tank and convey it to a discharge point 18.
  • the device 1 has a pump 2. From the suction point 17 to the discharge point 18, a delivery channel 13 extends through the device first
  • a designed as a hose 29 first pump chamber 3 can be seen.
  • This hose 29 forms a delivery channel 13 out.
  • the tube 29 is deformed in sections by a crimping disc 31, so that seals 6 are formed within the pump chamber 3. Between the seals 6, the tube forms each closed delivery volume 34.
  • the Quetschlot 31 is aligned according to the drive shaft 5 of a (not shown here) rotary drive of the pump 2.
  • the pump chamber 3 and the delivery channel 13 through a pump housing 35 and a disposed within the pump housing 35 membrane 28 is formed.
  • the membrane 28 is deformed by an eccentric drive 30, so that at least one seal 6 is formed between the pump housing 35 and the membrane 28.
  • closed delivery volumes 34 are formed within the pump chamber 3.
  • the eccentric drive 30 is aligned with a drive axle 5.
  • the diaphragm 28 is deformed and the seal 6 is moved so that the closed delivery volumes 34 shift and liquid additive through the pump chamber 3 and along the delivery channel 13 in the conveying direction 14 from an inlet 26 to an outlet 27 is conveyed.
  • a seal formed as a nose 32, which prevents a backflow of liquid additive against the conveying direction 14 from the outlet 27 to the inlet 26 is possible.
  • This nose 32 is designed as an element that presses into the membrane 28 and regardless of the angle of rotation of the eccentric drive 30 creates a fluid-tight connection to the membrane 28.
  • the rotary drive 4 via the drive shaft 5 with a first Pump chamber 3 and a second pump chamber 7 connected.
  • the second pump chamber 7 can be decoupled from the drive axle 5 with the aid of a clutch 8.
  • the first pump chamber 3 and the second pump chamber 7 are connected to a delivery channel 13 and can be connected in parallel with each other by means of a connecting line 33.
  • the connecting line 33 can be opened and closed with a valve 10.
  • the first pump chamber 3 and the second pump chamber 7 are likewise connected via a drive axle 5 to a rotary drive 4.
  • the second pump chamber 7 can also be decoupled from the drive axle 5 with the aid of a clutch 8.
  • the first pump chamber 3 and the second pump chamber 7 are connected to a delivery channel 13.
  • a connecting line 33 By means of a connecting line 33, the first pump chamber 3 and the second pump chamber 7 can be connected in series.
  • a special valve 10 is provided, with which the second pump chamber can optionally be integrated into the delivery channel 13 or removed.
  • the rotary drive 4 is also connected via the drive shaft 5 with a first pump chamber 3 and a second pump chamber 7.
  • the second pump chamber 7 can be decoupled with the clutch 8 of the drive axle 5.
  • the valves 10 connecting lines 33 for connecting the second pump chamber 7 to the delivery channel 13 can be unlocked.
  • the valves have different valve positions, which enable a parallel connection of the first pump chamber 3 and the second pump chamber 7 as well as a series connection of the first pump chamber 3 and the second pump chamber 7.
  • a valve 10 is provided for this purpose, which enables both a separation of the second pump chamber 7 and a connection of the second pump chamber 7 with the first pump chamber 3.
  • a valve 10 with three different positions (a first valve position 36, a second valve position 37 and a third valve position 38), which is explained in more detail above.
  • This valve 10 can also be replaced by a combination of several, conventional two-way valves and / or three-way valves.
  • a third pump chamber 25 is provided in addition to the first pump chamber 3 and the second pump chamber 7.
  • a fourth pump chamber may additionally be present.
  • any number of pump chambers can be provided for a parallel circuit.
  • the first pump chamber 3, the second pump chamber 7 and the third pump chamber 25 are connected via a drive shaft 5 to a rotary drive 4.
  • Couplings 8 are provided between the individual pump chambers, with which the second pump chamber 7 and the third pump chamber 25 can be uncoupled from the drive axle 5.
  • the first pump chamber is connected to a delivery channel 13. Via valves 10, connection lines 33 to the second pump chamber 7 and the third pump chamber 25 can be released to selectively enable a parallel operation of the first pump chamber 3, the second pump chamber 7 and the third pump chamber 25.
  • the pump can optionally be operated with a pump chamber, with two pump chambers or with three pump chambers.
  • FIG. 8 shows a motor vehicle 11 with an internal combustion engine 22 and an exhaust gas treatment device 12 for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine 22.
  • an SCR catalytic converter 24 is provided with which nitrogen oxide compounds in the exhaust gas of the internal combustion engine can be reduced.
  • the exhaust gas treatment device 12 is for this purpose a liquid additive with a supply device 20 can be fed.
  • the supply device 20 is supplied via a line 21 from a device 1 with a liquid additive from a tank 19.
  • the motor vehicle 11 also has a control unit 23 with which the device 1 and the supply device 20 can be controlled.
  • the invention described here makes possible a particularly advantageous device for the provision of liquid additive, in which the delivery of the device can be adapted particularly well to the operating requirements of an exhaust gas treatment device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs mit mindestens einer ersten Pumpenkammer (3) zur Förderung des flüssigen Additivs und einem Rotationsantrieb (4), wobei die erste Pumpenkammer (3) um eine Antriebsachse (5) des Rotationsantriebes (4) herum angeordnet ist und innerhalb der ersten Pumpenkammer (3) mindestens eine Abdichtung (6) ausgebildet ist, die von dem Rotationsantrieb (4) um die Antriebsachse (5) herum verlagert werden kann, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine zweite Pumpenkammer (7) aufweist, die entlang der Antriebsachse (5) benachbart zu der ersten Pumpenkammer (3) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs. Derartige Vorrichtungen finden beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich Einsatz, um ein flüssiges Additiv der Abgasbehandlungsvorrichtung einer Verbrennung skraftmaschine zuzuführen. Beispielsweise sind Abgasbehandlungsvorrichtungen weit verbreitet, bei denen Stichstoffoxidverbindungen im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine mit Hilfe eines Reduktionsmittels reduziert werden. Das entsprechende Abgasreinigungsverfahren wird SCR- Verfahren genannt [SCR = selective catalytic reduction] . Als Reduktionsmittel wird typischerweise Ammoniak eingesetzt. Das Ammoniak rea- giert mit den Stickstoffoxidverbindungen auf einem SCR- Katalysator in der Abgasbehandlung s Vorrichtung .
Ammoniak wird der Abgasbehandlungsvorrichtung oft nicht direkt zugeführt, sondern in Form einer Vorläuferlösung, die als flüssiges Additiv gespeichert und bereitgestellt werden kann. Diese Vorläuferlösung wird im Abgas in Ammoniak umgesetzt. Eine besonders häufig eingesetzte Vorläuferlösung ist Harnstoff- Wasser-Lösung, die beispielsweise unter dem Handelsnamen AdBlue® mit einem Harnstoffgehalt von 32,5 % erhältlich ist. Zur Förderung von flüssigem Additiv weist eine Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv typischerweise eine Pumpe auf. Eine solche Pumpe sollte einerseits möglichst kostengünstig sein und andererseits einen möglichst zuverlässigen Betrieb der Vorrichtung ermöglichen. Durch den Betrieb der Vorrichtung ergeben sich verschiedene Anforderungen an die Pumpe. Zunächst sollte die Möglichkeit bestehen, die Fördermenge der Pumpe während des Betriebs an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Abgasbehandlungsvorrichtung anzupassen. Darüber hinaus ist es gegebenenfalls erforderlich, dass der von der Pumpe erzeugte Förderdruck möglichst präzise einem vorgegebenen Druckbereich entspricht.
Gleichzeitig muss eine Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv selbst bei gefrorenem Additiv schnell wieder einsatzbereit sein. Eine Harnstoff- Wasser- Lösung gefriert beispielsweise bei Temperaturen unterhalb von -11 °C. Dabei findet eine Volumenausdehnung statt, die die Leitungen in einer Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv beschädigen kann. Derart niedrige Temperaturen treten bei Kraftfahrzeugen insbesondere während langer Stillstandsphasen auf. Eine Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv sollte also so gestaltet und/oder eingerichtet sein, dass diese durch die Volumenausdehnung des flüssigen Additivs beim Einfrieren nicht beschädigt wird. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Vorrichtung beim Betriebsstopp entleert wird. Auch ist möglich, dass die Vorrichtung so gestaltet ist, dass diese die Volumenausdehnung kompensiert.
Ausgehend von diesen verschiedenen Anforderungen ist es daher Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv vorgestellt werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv mit mindestens einer ersten Pumpenkammer zur Förderung des flüssigen Additivs und einem Rotationsantrieb, wobei die erste Pumpenkammer um eine Antriebsachse des Rotationsantriebs herum angeordnet ist und innerhalb der ersten Pumpenkammer mindestens eine Abdichtung ausgebildet ist, die von dem Rotationsantrieb um die Antriebsachse herum verlagert werden kann, wobei die Vorrich- tung mindestens eine zweite Pumpenkammer aufweist, die entlang der Antriebsachse benachbart zu der ersten Pumpenkammer angeordnet ist.
Die Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv ist vorzugsweise in einen Tankboden eines Tanks für das flüssige Additiv eingesetzt. Die Vorrichtung weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, welches im eingebauten Zustand im Tank einen Abschnitt des Tankbodens des Tanks ausbildet. An dem Gehäuse der Vorrichtung befindet sich vorzugsweise eine Ansaugstelle, an welcher flüssiges Additiv aus dem Tank entnommen werden kann. Darüber hinaus hat die Vorrichtung vorzugsweise eine Abgabestelle, an der die Vorrichtung das flüssige Additiv be- reitstellt und an der eine (äußere) Leitung für das flüssige Additiv angeschlossen werden kann.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, jeweils eine benötigte Fördermenge an flüssigem Additiv bereit zu stellen. Eine benötigte Fördermenge ergibt sich beispielsweise aus einer entsprechenden Anforderung eines Steuergerätes eines Kraftfahrzeugs. Die benötigte Fördermenge ist beispielsweise die Menge an flüssigem Additiv, die zur effektiven Reinigung der Abgase in einer Abgasbehandlungsvorrichtung des Kraftfahrzeuges (zu dieser Zeit bzw. Last) benötigt wird. Die Vorrichtung kann die Fördermenge des flüssigen Additivs bei- spielsweise durch Anpassung der Leistung des Rotationsantriebs verändern, so dass die mit der Vorrichtung geförderte Menge an flüssigem Additiv der benötigten Fördermenge entspricht. Die Vorrichtung kann auch zusätzliche Komponenten aufweisen, die die Anpassung der Fördermenge ermöglichen bzw. verbessern. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein eigenes Steuergerät aufweisen, welches eine externe Anfrage eines Steuergerätes des Kraftfahrzeuges bezüglich einer benötigten Fördermenge in elektrische Signale zur geeigneten Aktivierung des Rotationsantriebs der Vorrichtung umsetzt. Das flüssige Additiv ist vorzugsweise die oben beschriebene Harnstoff-Wasser- Lösung. Von der Ansaugstelle zu der Abgabestelle erstreckt sich (mindestens) ein Förderkanal durch die Vorrichtung, durch den das flüssige Additiv gefördert wird. Eine Pumpenkammer bildet einen Abschnitt dieses Förderkanals aus. In der Pumpenkammer findet die Förderung des flüssigen Additivs statt. Hiermit ist insbesondere gemeint, dass in der Pumpenkammer dem flüssigen Additiv die zur Förderung notwendige mechanische Energie zugeführt wird. Der Rotationsantrieb der Vorrichtung ist vorzugsweise als Elektromotor ausgeführt, der eine Rotationsbe- wegung erzeugen kann. Der Rotationsantrieb kann zusammen mit der Pumpenkammer als Pumpe der Vorrichtung bezeichnet werden.
Die Antriebsachse des Rotationsantriebs ist eine (gedachte) Achse, welche sich entlang der Rotationsachse des Rotationsantriebs erstreckt. Die erste Pumpen- kammer ist vorzugsweise nicht unmittelbar um den Rotationsantrieb herum sondern in einer Verlängerung der Antriebsachse ausgehend von dem Rotationsantrieb um die Antriebsachse herum angeordnet.
In der Pumpenkammer ist mindestens eine Abdichtung ausgebildet. Durch die Abdichtung ist innerhalb der Pumpenkammer mindestens ein abgeschlossenes Fördervolumen gebildet. Durch die Verlagerung der Abdichtung innerhalb der Pumpenkammer wird dieses abgeschlossene Fördervolumen (räumlich) verschoben. Dies führt zu einer Förderung des flüssigen Additivs. An der Antriebsachse der Pumpe ist vorzugsweise ein Übersetzungsmittel ausgebildet, welches eine Bewegung an der Antriebsachse auf die Abdichtung überträgt. Dieses Übersetzungsmittel kann beispielsweise eine Kurvenscheibe und/oder eine Nockenscheibe sein.
Die zweite Pumpenkammer ist vorzugsweise in einem Abstand entlang der An- triebsachse benachbart zu der ersten Pumpenkammer angeordnet. Dieser Abstand kann beispielsweise zwischen 1 cm [Zentimeter] und 10 cm betragen. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung führt insbesondere dazu, dass mit einem (einzelnen) Rotationsantrieb mehrere (parallele und/oder getrennt angeströmte) Pumpenkammern (zeitlich) gemeinsam betrieben werden können. Somit ist ein technisch einfacher und kompakter Aufbau der Vorrichtung angegeben. Weiter- hin wird insbesondere für so genannte Dosierpumpen (Förderung von konstanten Fördervolumen) eine signifikante Erhöhung der Fördermenge ermöglicht, wie dies nachfolgend noch genauer erläutert wird.
Besonders vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn die zweite Pumpenkammer wie die erste Pumpenkammer aufgebaut ist.
Vorzugsweise weist die zweite Pumpenkammer also auch mindestens eine Abdichtung auf, die innerhalb der zweiten Pumpenkammer mindestens ein geschlossenes Fördervolumen ausbildet. Darüber hinaus entsprechen sich vorzugsweise auch alle anderen und insbesondere die hier aufgeführten Merkmale der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn die zweite Pumpenkammer mit der ersten Pumpenkammer parallel geschaltet werden kann, um die Fördermenge der Vorrichtung zu erhöhen.
Bei einer Parallelschaltung der zweiten Pumpenkammer mit der ersten Pumpenkammer kann also ein erster Teil des flüssigen Additivs durch die erste Pumpenkammer und ein zweiter Teil des flüssigen Additivs durch die zweite Pumpen- kammer strömen. Die erste Pumpenkammer und die zweite Pumpenkammer bilden zwei parallel verlaufende Zweige des Förderkanals von der Ansaugstelle zu der Abgabestelle. Wenn die bevorzugte Ausführungsvariante der Vorrichtung mit identisch aufgebauter erster Pumpenkammer und zweiter Pumpenkammer realisiert ist, wird durch die Parallelschaltung der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer die Fördermenge der Vorrichtung annähernd verdoppelt. Bevorzugt ist, dass diese Parallelschaltung dauerhaft eingerichtet ist oder nur durch zusätzlichen Betrieb von Stellmitteln (zeitweise) aufgehoben werden kann. Wenn nur die erste Pumpenkammer zur Förderung genutzt wird, ist die zur Förderung notwendige Energie reduziert, weil die zweite Pumpenkammer nicht betrie- ben werden muss. Dies ermöglicht eine besonders energieeffiziente Betriebsweise der Vorrichtung, wenn die benötigte Fördermenge gering ist.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn zwischen der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer eine trennbare Kupplung vorgesehen ist, mit der die zweite Pumpenkammer von der Antriebsachse abgekuppelt werden kann.
Eine solche trennbare Kupplung kann beispielsweise nach Art einer Klauenkupplung, nach Art einer Reibschlusskupplung und/oder nach Art einer elektromagnetischen Kupplung ausgebildet sein. Diese Kupplung kann beispielsweise mit Hilfe eines elektromagnetischen Aktuators betrieben werden. Die Trennung der zweiten Pumpenkammer mit Hilfe einer derartigen trennbaren Kupplung ermöglicht eine besonders gute Abschaltung des Antriebs der zweiten Pumpenkammer, um einen besonders energieeffizienten Betrieb der Vorrichtung zu ermöglichen, wenn die benötigte Fördermenge der Vorrichtung gering ist.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Vorrichtung weist die Vorrichtung ein eigenes Steuergerät auf, welches dazu eingerichtet ist, die trennbare Kupplung bedarfsgerecht zu betätigen. Wenn die benötigte Fördermenge groß ist und das Steuergerät der Vorrichtung eine entsprechende Anforderung erhält, wird die trennbare Kupplung geschlossen, so dass ein paralleler Betrieb der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer erfolgt. Wenn die benötigte Fördermenge gering ist und das Steuergerät der Vorrichtung eine entsprechende Anforderung erhält, wird die trennbare Kupplung geöffnet, so dass nur die erste Pumpenkammer betrieben wird und die zweite Pumpenkammer abgekoppelt ist. Vorzugsweise sind in dem Steuergerät eines Kraftfahrzeuges gar keine Programmcodebestandteile bezüglich der trennbaren Kupplung hinterlegt. Die Betä- tigung der trennbaren Kupplung kann vollständig vom dem Steuergerät der Vorrichtung übernommen werden.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn die zweite Pumpenkammer mit der ersten Pumpenkammer in Serie geschaltet werden kann, um den Förderdruck der Vorrichtung zu erhöhen.
Bei einer solchen Serienschaltung durchströmt das (gesamte) flüssige Additiv entlang des Förderkanals durch die Vorrichtung zunächst die erste Pumpenkam- mer und anschließend die zweite Pumpenkammer. Beim Betrieb der Vorrichtung bei einer Serienschaltung der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer wird der Druck des flüssigen Additivs zunächst in der ersten Pumpenkammer erhöht, um anschließend in der zweiten Pumpenkammer weiter erhöht zu werden. Ein besonders stark erhöhter Förderdruck der Vorrichtung wird bei- spielsweise benötigt, um eine besondere Spraybildung an einer Zufuhrvorrichtung zur Zufuhr des flüssigen Additivs zu einer Abgasbehandlungsvorrichtung zu erreichen. Eine derartige Zufuhrvorrichtung weist beispielsweise eine Düse auf. Je höher der Druck des flüssigen Additivs an der Zufuhrvorrichtung ist, umso feiner ist das Spray, welches an einer Düse der Zufuhrvorrichtung produziert wird.
Auch in dem Fall, wenn die erste Pumpenkammer und die zweite Pumpenkammer in Serie geschaltet sind, kann eine trennbare Kupplung vorgesehen sein, mit der die zweite Pumpenkammer von der Antriebsachse abgekuppelt werden kann. Diese trennbare Kupplung kann alle weiter oben beschriebenen Eigenschaften auf- weisen.
Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die erste Pumpenkammer und die zweite Pumpenkammer alternativ in Serie oder parallel geschaltet werden können. In diesem Fall ist wahlweise eine Erhöhung der Förder- menge (mit einer Parallelschaltung der Pumpenkammern) oder eine Erhöhung des Förderdrucks (mit einer Serienschaltung der Pumpenkammern) möglich. Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn die erste Pumpenkammer zumindest teilweise von einer verformbaren Membran begrenzt ist, die die mindestens eine Abdichtung ausbildet, wobei die Membran zur Verlagerung der Abdichtung von einem mit dem Rotationsantrieb verbundenen Exzenterantrieb verformt wer- den kann.
Die Membran ist vorzugsweise aus einem (ausreichend dicken) elastischen Material, welches unter Einwirkung des Exzenterantriebs verformt werden kann. Die Membran ist vorzugsweise zwischen 2 mm [Millimeter] und 20 mm dick. Die Membran ist vorzugsweise nach Art eines Rohres ausgeführt und ringförmig in ein Gehäuse eingelegt. Vorzugsweise hat die Membran einen etwa runden Querschnitt, eine Länge von 5 mm bis 30 mm, einer Wandstärke von 2 mm bis 20 mm und einem Innendurchmesser von 30 mm bis 200 mm. Die Wandstärke entspricht dabei der oben angegebenen Dicke der Membran. Der Exzenterantrieb ist an den Rotationsantrieb angeschlossen und kann diese Membran verformen, so dass Abschnitte der Membran in das kreisförmigen Gehäuses gedrückt werden, um die Abdichtungen auszubilden. Der Exzenterantrieb wirkt vorzugweise an einer Innenseite der ringförmigen bzw. rohrförmigen Membran auf die Membran ein, um diese zu verformen.
Bei einer Rotationsbewegung des Exzenterantriebs verlagert sich die Abdichtung. Durch diese Verlagerung der Abdichtung verlagern sich die abgeschlossenen Fördervolumen in der Pumpenkammer(n). So tritt eine Förderung des flüssigen Additivs durch eine Bewegung des Rotationsantriebs bzw. durch eine Bewegung des Exzenter antrieb s auf. Die Pumpenkammer weist für das flüssige Additiv vorzugsweise einen Einlass und einen Auslass auf. Zwischen dem Auslass und dem Einlass ist in Rotationsrichtung des Rotationsantriebs vorzugsweise ein statisches Abdichtungselement ausgebildet, welches beispielsweise eine hervorstehende Nase des Gehäuses sein kann. Diese Nase sorgt dafür, dass zwischen dem Auslass und dem Einlass immer eine Abdichtungs stelle ausgebildet ist, so dass flüssiges Additiv nicht vom Auslass der Pumpenkammer direkt zum Einlass der Pumpen- kammer strömen kann. Zur Ausbildung dieser Abdichtung wird die Membran von der Nase verformt.
Eine derartig ausgebildete Pumpenkammer ist besonders zuverlässig und beson- ders energieeffizient zu betreiben. Darüber hinaus können mehrere derartige Pumpenkammern in besonders vorteilhafter Weise entlang einer Antriebsachse des Rotationsantriebs benachbart zueinander angeordnet sein. Daher ermöglicht dieser Aufbau die besonders vorteilhafte Gestaltung einer Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv mit mehreren Pumpenkammern.
Weiterhin vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn die erste Pumpenkammer zumindest teilweise von einem Schlauch gebildet ist, wobei die mindestens eine Abdichtung dadurch ausgebildet ist, dass der Schlauch abschnittsweise von einer mit dem Rotationsantrieb verbundenen Quetschscheibe zusammengedrückt ist, wobei der Schlauch zur Verlagerung der Abdichtung von der Quetschscheibe verformt werden kann.
Bei einer solchen Gestaltung einer Pumpenkammer werden die Abdichtungen der Pumpenkammern dadurch verschoben, dass die zusammengequetschten Stellen des Schlauchs entlang einer Förderrichtung von einem Einlass der Pumpenkammer zu einem Auslass der Pumpenkammer kontinuierlich verschoben werden. Die Quetschungen werden in der Nähe des Einlasses der Pumpenkammer ausgebildet. Dann werden die Quetschungen entlang der Pumpenkammer verschoben, um anschließend am Auslass der Pumpenkammer wieder aufgelöst zu werden. Zwi- sehen den einzelnen Quetschungen bzw. den einzelnen Abdichtungen sind jeweils geschlossene Fördervolumina ausgebildet.
Ein derartiger Aufbau einer Pumpenkammer einer Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv lässt sich besonders einfach und kostengünstig realisieren. Darüber hinaus ist es bei einem derartigen Aufbau einer Pumpenkammer besonders vorteilhaft möglich, mehrere Pumpenkammern entlang einer Antriebsachse eines Rotationsantriebs der Vorrichtung benachbart zueinander anzuordnen. Bei- spielsweise kann ein Schlauch mit mehreren Wicklungen um die Antriebsachse des Rotationsantriebs der Vorrichtung herumgeführt werden, um mehrere benachbarte Pumpenkammern der Vorrichtung auszubilden. Jedenfalls können beispielsweise auch 3, 4, 5 oder mehr (parallele und/oder serielle) Pumpenkammern mit dem gemeinsamen Rotationsantrieb betrieben werden.
Weiterhin vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn die erste Pumpenkammer und die zweite Pumpenkammer die Antriebsachse nach Art eines Kreisbogensegments jeweils für mindestens 250° [Winkelgrad] umgeben.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Umfang der Antriebsachse des Rotationsantriebs nahezu vollständig für die Pumpenkammer ausgenutzt wird, um eine möglichst gute Übertragung der Antriebsleistung des Rotationsantriebs auf die Pum- penkammer zu ermöglichen. Eine vollständige Umschlingung der Antriebsachse der Pumpenkammer ist regelmäßig nicht möglich, weil auch Platz für den Einlass und den Auslass der Pumpenkammer vorgesehen sein muss. Daher hat sich herausgestellt, dass insbesondere Kreisbogensegmente zwischen 250° und 320° für die Ausbildung der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer vor- teilhaft sind.
Weiterhin ist die Vorrichtung vorteilhaft, wenn diese mindestens ein Ventil aufweist, mit dem mindestens eine Verbindungsleitung zwischen der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer geschaltet werden kann.
Durch ein derartiges Ventil ist es möglich, dass Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Pumpenkammern zur Parallelschaltung und/oder zur Serienschaltung wahlweise freigegeben und verschlossen werden können. Hier beschrieben werden soll ein spezielles Ventil mit drei verschiedenen Stellungen und zwei Eingangsleitungen sowie zwei Ausgangsleitungen: In einer ersten Stellung ist eine erste Eingangsleitung mit einer ersten Ausgangsleitung verbunden, während eine zweite Eingangsleitung und eine zweite Ausgangsleitung jeweils verschlossen sind.
In einer zweiten Stellung ist die erste Eingangsleitung mit der zweiten Ausgangsleitung verbunden. Gleichzeitig ist die zweite Eingangsleitung mit der ersten Ausgangsleitung verbunden.
In einer dritten Stellung sind sowohl die erste Eingangsleitung als auch die zweite Eingangsleitung mit der ersten Ausgangsleitung verbunden. Die zweite Ausgangsleitung ist gleichzeitig verschlossen.
Mit diesem speziellen Ventil können wahlweise ein Betrieb nur mit einer ersten Pumpenkammer (erste Stellung), ein serieller Betrieb der Pumpenkammern (zweite Stellung) oder ein paralleler Betrieb der Pumpenkammern (dritte Stellung) ausgeführt werden. Das beschriebene spezielle Ventil kann auch durch eine spezielle Verschaltung mehrerer üblicher Ventiltypen (Zwei-Wege- Ventile und/oder Drei- Wege- Ventile) realisiert sein.
Es ist allerdings auch möglich, dass eine Parallelschaltung der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer ermöglicht wird, ohne dass überhaupt ein Ventil in der Vorrichtung notwendig ist. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Abdichtungen innerhalb der Pumpenkammern dafür sorgen, dass eine Rückströmung von flüssigem Additiv durch eine Pumpenkammer entgegen der Förderrichtung von der Ansaugstelle zu der Abgabestelle verhindert wird. Dafür muss allerdings gewährleistet sein, dass die Abdichtungen innerhalb der Pumpenkammern sich durch den auftretenden Druckunterschied zwischen dem Einlas s und dem Auslass nicht verschieben. Dies ist üblicherweise durch die innere Reibung des Rotationsantriebs und die innere Reibung innerhalb der Pumpenkammer gegeben.
Es ist auch möglich, dass entlang der Antriebsachse benachbart zu der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer noch weitere Pumpenkammern angeordnet sind. Beispielsweise können eine dritte Pumpenkammer oder sogar eine dritte Pumpenkammer und eine vierte Pumpenkammer vorgesehen sein. Durch solche Gestaltungen können die Fördermenge und/oder der Förderdruck der Vorrichtung noch weiter variiert werden, so dass eine genauere Adaption der Fördermenge an einen Bedarf an flüssigem Additiv möglich ist. Hier wird zudem ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennung skraftmaschine vorgeschlagen, wobei eine hier beschriebene Vorrichtung zur Zufuhr eines flüssigen Additivs zu der Abgasbehandlungsvorrichtung vorgesehen ist.
In der Abgasbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise ein SCR-Katalysator vorgesehen, an dem Stickstoffoxidverbindungen im Abgas der Verbrennungskraftmaschine mit Hilfe eines Reduktionsmittels reduziert werden können. Das Reduktionsmittel kann der Abgasbehandlungsvorrichtung mit einer Zufuhrvorrichtung in Form eines flüssigen Additivs zugeführt werden. Die Zufuhrvorrichtung wird von einer beschriebenen Vorrichtung mit flüssigem Additiv aus einem Tank versorgt. Die Zufuhrvorrichtung und die beschriebene Vorrichtung können von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs gesteuert werden. Die Zufuhrvorrichtung kann eine Düse zur fein zerstäubten Zugabe des flüssigen Additivs zu der Abgas- behandlungsvorrichtung und/oder einen Injektor zur Steuerung der Dosierung des flüssigen Additivs aufweisen.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbei- spiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größen Verhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1: eine beschriebene Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Addi- tivs, Fig. 2: eine Schnittdarstellung quer zur Antriebsachse durch eine erste Ausführungsvariante einer Pumpe für eine beschriebene Vorrichtung,
Fig. 3: eine Schnittdarstellung quer zur Antriebsachse durch eine zweite Aus- führungs Variante einer Pumpe für eine beschriebene Vorrichtung,
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante einer
Pumpe für eine beschriebene Vorrichtung, Fig. 5: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante einer
Pumpe für eine beschriebene Vorrichtung,
Fig. 6: eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante einer
Pumpe für eine beschriebene Vorrichtung,
Fig. 7: eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsvariante einer
Pumpe für eine beschriebene Vorrichtung, und
Fig. 8: ein Kraftfahrzeug aufweisend eine beschriebene Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs zu erkennen, die in einen hier nur abschnittsweise dargestellten Tankboden 16 eines Tanks eingesetzt ist. Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 15 auf, welches mit dem Tankboden 16 abdichtet. An der Vorrichtung 1 ist eine Ansaugstelle 17 vor- gesehen, an welcher die Vorrichtung 1 flüssiges Additiv aus dem Tank entnehmen und zu einer Abgabestelle 18 fördern kann. Dazu hat die Vorrichtung 1 eine Pumpe 2. Von der Ansaugstelle 17 zu der Abgabestelle 18 erstreckt sich ein Förderkanal 13 durch die Vorrichtung 1.
Bei der Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsvariante einer Pumpe 2 für eine beschriebene Vorrichtung in Fig. 2 ist eine als Schlauch 29 ausgeführte erste Pumpenkammer 3 zu erkennen. Dieser Schlauch 29 bildet einen Förderkanal 13 aus. Der Schlauch 29 wird durch eine Quetschscheibe 31 abschnittsweise verformt, so dass Abdichtungen 6 innerhalb der Pumpenkammer 3 ausgebildet sind. Zwischen den Abdichtungen 6 bildet der Schlauch jeweils geschlossene Fördervolumen 34. Die Quetschscheibe 31 ist entsprechend der Antriebsachse 5 eines (hier nicht dargestellten) Rotationsantriebs der Pumpe 2 ausgerichtet. Durch Drehung der Quetschscheibe 31 um die Antriebsachse 5 findet eine Verlagerung des (konstanten) Fördervolumens 34 und somit eine Förderung des flüssigen Additivs durch die erste Pumpenkammer 3 bzw. den Schlauch 29 in Förderrichtung 14 von einem Einlas s 26 zu einem Auslas s 27 statt.
Bei der zweiten Ausführungsvariante einer Pumpe 2 für eine beschriebene Vorrichtung in Fig. 3 ist die Pumpenkammer 3 bzw. der Förderkanal 13 durch ein Pumpengehäuse 35 und eine innerhalb des Pumpengehäuses 35 angeordnete Membran 28 ausgebildet. Die Membran 28 wird von einem Exzenterantrieb 30 verformt, so dass mindestens eine Abdichtung 6 zwischen dem Pumpengehäuse 35 und der Membran 28 ausgebildet ist. Durch diese Abdichtung 6 werden geschlossene Fördervolumina 34 innerhalb der Pumpenkammer 3 ausgebildet. Der Exzenterantrieb 30 ist an einer Antriebsachse 5 ausgerichtet. Durch eine Rotation des Exzenterantriebs 30 um die Antriebsachse 5 wird die Membran 28 verformt und die Abdichtung 6 bewegt, so dass die geschlossenen Fördervolumina 34 sich verschieben und flüssiges Additiv durch die Pumpenkammer 3 bzw. entlang des Förderkanals 13 in Förderrichtung 14 von einem Einlass 26 zu einem Auslass 27 gefördert wird. Zwischen Auslass 27 und dem Einlass 26 der Pumpenkammer 3 befindet sich eine als Nase 32 ausgebildete Abdichtung, welche verhindert, dass eine Rückströmung von flüssigem Additiv entgegen der Förderrichtung 14 von dem Auslass 27 zu dem Einlass 26 möglich ist. Diese Nase 32 ist dazu als Element ausgebildet, dass sich in die Membran 28 eindrückt und unabhängig vom Drehwinkel des Exzenterantriebs 30 eine fluiddichte Verbindung an der Membran 28 erzeugt.
Bei der Ausführungsvariante einer Pumpe 2 für eine beschriebene Vorrichtung gemäß Fig. 4 ist der Rotationsantrieb 4 über die Antriebsachse 5 mit einer ersten Pumpenkammer 3 und einer zweiten Pumpenkammer 7 verbunden. Die zweite Pumpenkammer 7 kann mit Hilfe einer Kupplung 8 von der Antriebsachse 5 abgekoppelt werden. Die erste Pumpenkammer 3 und die zweite Pumpenkammer 7 sind an einen Förderkanal 13 angeschlossen und können mit Hilfe einer Verbin- dungsleitung 33 parallel zueinander geschaltet werden. Zu diesem Zweck kann die Verbindungsleitung 33 mit einem Ventil 10 geöffnet und geschlossen werden.
Bei der Ausführungsvariante einer Pumpe 2 gemäß Fig. 5 sind die erste Pumpenkammer 3 und die zweite Pumpenkammer 7 ebenfalls über eine Antriebsachse 5 mit einem Rotationsantrieb 4 verbunden. Die zweite Pumpenkammer 7 kann auch hier mit Hilfe einer Kupplung 8 von der Antriebsachse 5 abgekoppelt werden. Die erste Pumpenkammer 3 und die zweite Pumpenkammer 7 sind an einen Förderkanal 13 angeschlossen. Mit Hilfe einer Verbindungsleitung 33 können die erste Pumpenkammer 3 und die zweite Pumpenkammer 7 in Serie geschaltet werden. Dazu ist ein spezielles Ventil 10 vorgesehen, mit dem die zweite Pumpenkammer wahlweise in den Förderkanal 13 integriert werden oder entfernt werden kann.
Bei der Ausführungsvariante einer Pumpe 2 gemäß Fig. 6 ist der Rotations antrieb 4 ebenfalls über die Antriebsachse 5 mit einer ersten Pumpenkammer 3 und einer zweiten Pumpenkammer 7 verbunden. Auch hier kann die zweite Pumpenkammer 7 mit der Kupplung 8 von der Antriebsachse 5 abgekoppelt werden. Durch die Pumpenkammer 3 verläuft ein Förderkanal 13. Mit Hilfe der beiden Ventile 10 können Verbindungsleitungen 33 zur Anbindung der zweiten Pumpenkammer 7 an den Förderkanal 13 freigeschaltet werden. Die Ventile verfügen dazu über ver- schiedene Ventilstellungen, die sowohl eine Parallelschaltung der ersten Pumpenkammer 3 und der zweiten Pumpenkammer 7 als auch eine Serienschaltung der ersten Pumpenkammer 3 und der zweiten Pumpenkammer 7 ermöglichen. Am Einlass 26 in die erste Pumpenkammer 3 ist dazu ein Ventil 10 vorgesehen, welches sowohl eine Abtrennung der zweiten Pumpenkammer 7 als auch eine Ver- bindung der zweiten Pumpenkammer 7 mit der ersten Pumpenkammer 3 ermöglicht. Am Auslas s 27 der Pumpe 2 ist ein Ventil 10 mit drei verschiedenen Stellungen (einer ersten Ventilstellung 36, einer zweiten Ventilstellung 37 und einer dritten Ventilstellung 38) angeordnet, welches weiter oben näher erläutert ist. Dieses Ventil 10 kann auch durch eine Kombination mehrerer, üblicher Zwei- Wege- Ventile und/oder Drei- Wege- Ventile ersetzt werden. Bei der Ausführungsvariante einer Pumpe 2 gemäß Fig. 7 ist neben der ersten Pumpenkammer 3 und der zweiten Pumpenkammer 7 auch noch eine dritte Pumpenkammer 25 vorgesehen. Optional kann zusätzlich auch noch eine hier nicht dargestellte vierte Pumpenkammer vorhanden sein. Insgesamt können mit der in Fig. 7 dargestellten Anordnung beliebig viele Pumpenkammern für eine Parallel- Schaltung vorgesehen sein. Die erste Pumpenkammer 3, die zweite Pumpenkammer 7 und die dritte Pumpenkammer 25 sind über eine Antriebsachse 5 an einen Rotationsantrieb 4 angeschlossen. Zwischen den einzelnen Pumpenkammern sind jeweils Kupplungen 8 vorgesehen, mit welchen die zweite Pumpenkammer 7 und die dritte Pumpenkammer 25 von der Antriebsachse 5 abgekoppelt werden kön- nen. Die erste Pumpenkammer ist an einem Förderkanal 13 angeschlossen. Über Ventile 10 können Verbindungsleitungen 33 zu der zweiten Pumpenkammer 7 und der dritten Pumpenkammer 25 freigeschaltet werden, um einen parallelen Betrieb der ersten Pumpenkammer 3, der zweiten Pumpenkammer 7 und der dritten Pumpenkammer 25 selektiv zu ermöglichen. Je nach Förderbedarf der Pumpe 2 kann die Pumpe wahlweise mit einer Pumpenkammer, mit zwei Pumpenkammern oder mit drei Pumpenkammern betrieben werden.
Fig. 8 zeigt ein Kraftfahrzeug 11 mit einer Verbrennungskraftmaschine 22 und einer Abgasbehandlungsvorrichtung 12 zur Reinigung der Abgase der Verbren- nungskraftmaschine 22. In der Abgasbehandlungsvorrichtung ist ein SCR- Katalysator 24 vorgesehen, mit dem Stickstoffoxidverbindungen im Abgas der Verbrennungskraftmaschine reduziert werden können. Der Abgasbehandlungsvorrichtung 12 ist dazu ein flüssiges Additiv mit einer Zufuhrvorrichtung 20 zuführbar. Die Zufuhrvorrichtung 20 wird über eine Leitung 21 von einer Vorrichtung 1 mit flüssigem Additiv aus einem Tank 19 versorgt. Das Kraftfahrzeug 11 weist auch ein Steuergerät 23 auf, mit welchem die Vorrichtung 1 und die Zufuhrvorrichtung 20 gesteuert werden können. Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Additiv, bei der die Förderung der Vorrichtung besonders gut an die Betriebsanforderungen einer Abgasbehandlungsvorrich- tung angepasst werden kann.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung
Pumpe
erste Pumpenkammer
Rotationsantrieb
Antriebsachse
Abdichtung
zweite Pumpenkammer
Kupplung
Kreisbogensegment
Ventil
Kraftfahrzeug
Abgasbehandlungsvornchtung
Förderkanal
Förderrichtung
Gehäuse
Tankboden
Ansaugstelle
Abgabestelle
Tank
Zufuhrvorrichtung
Leitung
Verbrennungskraftmaschine
Steuergerät
SCR-Katalysator
dritte Pumpenkammer
Einlas s
Auslas s
Membran
Schlauch
Exzenterantrieb Quetschscheibe Nase
Verbindungsleitung Fördervolumen Pumpengehäuse erste Ventilstellung zweite Ventilstellung dritte Ventilstellung

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines flüssigen Additivs mit mindestens einer ersten Pumpenkammer (3) zur Förderung des flüssigen Additivs und einem Rotationsantrieb (4), wobei die erste Pumpenkammer (3) um eine Antriebsachse (5) des Rotationsantriebes (4) herum angeordnet ist und innerhalb der ersten Pumpenkammer (3) mindestens eine Abdichtung (6) ausgebildet ist, die von dem Rotationsantrieb (4) um die Antriebsachse herum (5) verlagert werden kann, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine zweite Pumpenkammer (7) aufweist, die entlang der Antriebsachse (5) benachbart zu der ersten Pumpenkammer (3) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 1, wobei die zweite Pumpenkammer (7) wie die erste Pumpenkammer (3) aufgebaut ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zweite Pumpenkammer (7) mit der ersten Pumpenkammer (3) parallel geschaltet werden kann, um die Fördermenge der Vorrichtung (1) zu erhöhen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zwischen der ersten Pumpenkammer (3) und der zweiten Pumpenkammer (7) eine trennbare Kupplung (8) vorgesehen ist, mit der die zweite Pumpenkammer (7) von der Antriebsachse (5) abgekuppelt werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zweite Pumpenkammer (7) mit der ersten Pumpenkammer (3) in Serie geschaltet werden kann, um den Förderdruck der Vorrichtung (1) zu erhöhen.
Vorrichtung (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei zumindest die erste Pumpenkammer (3) zumindest teilweise von einer verformbaren Membran (28) begrenzt ist, die die mindestens eine Abdichtung (6) ausbildet, wobei die Membran (28) zur Verlagerung der Abdichtung (6) von ei- nem mit dem Rotationsantrieb (4) verbundenen Exzenterantrieb (30) verformt werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei zumindest die erste Pumpenkammer (3) zumindest teilweise von einem Schlauch (29) gebildet ist, wobei die mindestens eine Abdichtung (6) dadurch ausgebildet ist, dass der Schlauch (29) abschnittsweise von einer mit dem Rotationsantrieb (4) verbundenen Quetschscheibe (31) zusammengedrückt ist, wobei der Schlauch (29) zur Verlagerung der Abdichtung (6) von der Quetschscheibe (31) verformt werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die erste Pumpenkammer (3) und die zweite Pumpenkammer (7) die Antriebsachse (5) nach Art eines Kreisbogensegments (9) jeweils für mindestens 250 Winkelgrad umgeben.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, aufweisend mindestens ein Ventil (10) mit dem mindestens eine Verbindungsleitung (33) zwischen der ersten Pumpenkammer (3) und der zweiten Pumpenkammer (7) geschaltet werden kann.
Kraftfahrzeug (11) mit einer Verbrennungskraftmaschine (22) und einer Abgasbehandlungsvorrichtung (12) zur Reinigung der Abgase der Verbrennung skraftmaschine (22) und einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche zur Zufuhr eines flüssigen Additivs zu der Abgasbehandlungsvorrichtung (12).
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