EP3368752B1 - Eisdruckfestes fluidfördermodul - Google Patents

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EP3368752B1
EP3368752B1 EP16763881.6A EP16763881A EP3368752B1 EP 3368752 B1 EP3368752 B1 EP 3368752B1 EP 16763881 A EP16763881 A EP 16763881A EP 3368752 B1 EP3368752 B1 EP 3368752B1
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pressure
pressure sensor
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pressure pulse
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Christoph Waletzek
Jochen Bebion
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • 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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
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    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/148—Arrangement of sensors

Definitions

  • the invention relates to a pressure-resistant fluid conveying module, in particular a pressure-resistant fluid conveying module for conveying a fluid reducing agent, which is used for exhaust aftertreatment.
  • SCR process selective catalytic reduction
  • a reduction catalyst in particular an aqueous urea solution
  • AdBlue aqueous urea solution
  • the reducing agent is taken from a tank by a fluid delivery device (pump) and injected into the exhaust gas flow of the internal combustion engine upstream of the reduction catalytic converter by an injector based on the pump / nozzle principle.
  • a pressure pulse damper is used to accommodate pressure fluctuations that occur during operation of the fluid delivery device.
  • Aqueous urea solution freezes at temperatures below -11 ° C, while the volume increases by about 10%. This volume increase must be compensated within the delivery module to prevent damage to the delivery module by the ice pressure.
  • ice pressure compensation elements are placed at suitable locations within the conveyor module, which are designed to deform in order to absorb the ice pressure.
  • Such Eisscherkompensationsieri as used for example in DE 10 2011 010 640 A1 have a preloaded and outwardly sealed elastic membrane that deforms as needed to release additional volume.
  • a delivery module for delivering a fluid in particular for delivering a fluid reducing agent which is used for exhaust aftertreatment, comprises a pressure pulse damper, which is designed to absorb pressure fluctuations of the fluid, and a pressure sensor.
  • the pressure sensor is arranged directly on the pressure pulse damper.
  • the pressure pulse damper comprises a cylindrical area formed about an axis, and the pressure sensor is arranged on the circumference of this cylindrically shaped area.
  • Such a structure allows a particularly compact construction, in which the pressure sensor is arranged directly on the pressure pulse damper.
  • the fluid communication between the pressure sensor and the pressure pulse damper has a constant cross section and no diameter jumps. It is also formed without angles or branches. In this way, it is achieved that the ice pressure arising during the freezing of the fluid can continue unhindered to the pressure pulse damper and can be compensated by this.
  • the pressure sensor is designed to be substantially rotationally symmetrical about a pressure sensor axis, which is aligned essentially at right angles to the axis of the cylinder-shaped region.
  • the wall of the cylindrical portion is at least partially elastic. In this way, the wall of the deform cylindrical portion to accommodate the ice pressure or the increase in volume of the freezing fluid.
  • the wall of the cylindrical portion is at least partially formed of a metal sheet.
  • a metal sheet provides an elastic and durable wall with a long service life.
  • the pressure pulse damper comprises an element that is elastically movable in the axial direction of the cylinder and thereby capable of compensating for pressure fluctuations of the fluid during operation of the delivery module.
  • a fluid channel for supplying and / or discharging fluid extends at a right angle to the longitudinal axis of the cylindrically shaped region. This allows a particularly compact design of the conveyor module.
  • the figure shows a perspective sectional view through a portion of a conveyor module 2 according to an embodiment of the invention, in which a pressure pulse damper 6 and a pressure sensor 14 are arranged.
  • the delivery module 2 comprises a horizontally extending fluid channel 4 which opens into a cavity 5 extending in a vertical direction.
  • the cavity 5 is bounded at its bottom by a web 18 and closed on its upper side by a lid 16 in a fluid-tight manner.
  • a pressure pulse damper 6 is arranged, which is formed substantially cylindrically around an axis A extending in the vertical direction.
  • the pressure pulse damper 6 comprises an outer sleeve, which is formed in particular with an elastic wall 7.
  • the elastic wall 7 is designed as an elastomer spout or formed of a thin sheet metal, so that it is elastically deformable in the radial direction, ie, in a direction which is aligned transversely to the axis A.
  • a parallel to the axis A movable, piston-shaped pressure compensating element 10 is arranged in the outer sleeve.
  • the pressure compensation element 10 is elastically supported in the outer sleeve by an elastic spring element 8, in particular a spiral spring, which is formed about the axis A. Pressure and volume fluctuations of the fluid in the fluid channel 4 can therefore be compensated by compressing the elastic spring element 8 and moving the pressure compensation element 10 parallel to the axis A.
  • a flange 12 is laterally formed, in which a pressure sensor 14 is arranged.
  • the pressure sensor 14 is formed substantially rotationally symmetrical about an axis B, which is aligned at a right angle to the axis A of the pressure pulse damper 6.
  • the fluid communication 20 between the inner end face of the pressure sensor 14 facing the pressure pulse damper 6 and the outer circumference of the cylindrical portion of the pressure pulse damper 6 is rectilinear, d. H. without angle, and formed with a constant cross-section.
  • the volume of the fluid, which is located between the pressure sensor 14 and the pressure pulse damper 6, is reduced to a minimum. In this way, the increase in volume to be compensated for when freezing the fluid is also reduced, so that a relatively small compensating volume is sufficient to completely compensate for the volume increase of the freezing fluid.
  • the elastic wall 7 of the cylindrical portion of the pressure pulse damper 6 returns after the thawing of the fluid and the associated volume reduction in a short time back to their original position.
  • the pressure pulse damper 6 is therefore always ready for operation even during freezing and thawing operations, which succeed one another at short time intervals, and is able to compensate for an increase in volume which occurs when the fluid freezes again.
  • the piston 10 Due to the action of the elastic element 8, the piston 10 also quickly returns to its initial position after the thawing of the fluid and the associated volume reduction. The piston 10 is therefore ready for both pressure pulsation during operation and for volume compensation during a re-freeze cycle.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein eisdruckfestes Fluidfördermodul, insbesondere ein eisdruckfestes Fluidfördermodul zur Förderung eines fluiden Reduktionsmittels, das zur Abgasnachbehandlung eingesetzt wird.
  • Bei Kraftwagen mit Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, muss unter anderem der Schadstoff NOx reduziert werden. Eine Methode, die dabei zur Anwendung kommt, ist das Verfahren der sogenannten selektiven katalytischen Reduktion ("SCR-Verfahren"), bei dem NOx unter zu Hilfenahme eines Reduktionskatalysators und eines flüssigen Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung ("AdBlue"®), zu N2 und H2O reduziert wird.
  • Das Reduktionsmittel wird von einer Fluidfördervorrichtung (Pumpe) aus einem Tank entnommen und von einer Einspritzvorrichtung, die auf dem Pumpe/Düse-Prinzip beruht, stromaufwärts des Reduktionskatalysators in die Abgasströmung des Verbrennungsmotors eingedüst. Zur Aufnahme von Druckschwankungen, die beim Betrieb der Fluidfördervorrichtung auftreten, wird ein Druckpulsdämpfer eingesetzt.
  • Wässrige Harnstofflösung gefriert bei Temperaturen unter -11 °C, dabei nimmt das Volumen um ca. 10 % zu. Dieser Volumenzuwachs muss innerhalb des Fördermoduls kompensiert werden, um Beschädigungen des Fördermoduls durch den Eisdruck zu verhindern.
  • Dazu werden beispielsweise an geeigneten Stellen innerhalb des Fördermoduls Eisdruckkompensationselemente platziert, die ausgebildet sind, sich zu deformieren, um den Eisdruck aufzunehmen. Solche Eisdruckkompensationselemente, wie sie beispielsweise in DE 10 2011 010 640 A1 beschrieben werden, verfügen über eine vorgespannt und nach außen abgedichtete elastische Membran, die sich bei Bedarf verformt, um ein zusätzliches Volumen freizugeben.
  • Es ist wünschenswert, die Eisdruckkompensation zu optimieren und insbesondere den Aufbau eines Fluidmoduls so zu vereinfachen, dass auch ohne den Einsatz von Eisdruckkompensationselementen eine ausreichende Kompensation des Volumenzuwachses gefrierenden Fluids realisiert werden kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Fördermodul zur Förderung eines Fluids, insbesondere zur Förderung eines fluiden Reduktionsmittels, das zur Abgasnachbehandlung eingesetzt wird, einen Druckpulsdämpfer, der zur Aufnahme von Druckschwankungen des Fluids ausgebildet ist, und einen Drucksensor. Der Drucksensor ist unmittelbar an dem Druckpulsdämpfer angeordnet.
  • Durch eine erfindungsgemäße Anordnung des Drucksensors unmittelbar am Druckpulsdämpfer werden die Volumina der Verbindungsleitungen zwischen dem Drucksensor und dem Druckpulsdämpfer auf ein Minimum reduziert. In der Folge wird auch das beim Einfrieren des Fluids zu kompensierende Volumen reduziert, so dass der Volumenzuwachs des gefrierenden Fluids von dem Druckpulsdämpfer aufgenommen werden kann.
  • Auf ein zusätzliches Eisdruckkompensationselement kann daher verzichtet werden. Der Aufbau der Fördermoduls wird vereinfacht, und das Fördermodul kann kostengünstig hergestellt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Druckpulsdämpfer einen zylinderförmig um eine Achse ausgebildeten Bereich, und der Drucksensor ist am Umfang dieses zylinderförmig ausgebildeten Bereichs angeordnet. Eine solche Struktur ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau, bei dem der Drucksensor unmittelbar am Druckpulsdämpfer angeordnet ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist die Fluidverbindung zwischen dem Drucksensor und dem Druckpulsdämpfer einen konstanten Querschnitt und keine Durchmessersprünge auf. Sie ist auch ohne Winkel oder Abzweigungen ausgebildet. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich der beim Gefrieren des Fluids entstehende Eisdruck ungehindert zum Druckpulsdämpfer fortsetzen und von diesem kompensiert werden kann.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Drucksensorachse ausgebildet, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Achse des zylinderförmig ausgebildeten Bereichs ausgerichtet ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist die Wand des zylindrischen Bereichs wenigstens teilweise elastisch ausgebildet. Auf diese Weise kann sich die Wand des zylindrischen Bereichs deformieren, um den Eisdruck bzw. den Volumenzuwachs des gefrierenden Fluids aufzunehmen.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist die Wand des zylindrischen Bereichs wenigstens teilweise aus einem Metallblech ausgebildet. Durch ein Metallblech wird eine elastische und zugleich widerstandsfähige Wand mit hoher Lebensdauer zur Verfügung gestellt.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Druckpulsdämpfer ein Element, das in der Axialrichtung des Zylinders elastisch beweglich und dadurch in der Lage ist, Druckschwankungen des Fluids im Betrieb des Fördermoduls zu kompensieren.
  • In einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich ein Fluidkanal zum Zu- und/oder Abführen von Fluid in einem rechten Winkel zur Längsachse des zylinderförmig ausgebildeten Bereichs. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau des Fördermoduls.
    • Figurenbeschreibung:
  • Die Figur zeigt eine perspektivische Schnittansicht durch einen Bereich eines Fördermoduls 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem ein Druckpulsdämpfer 6 und ein Drucksensor 14 angeordnet sind.
  • Das Fördermodul 2 umfasst einen sich in horizontaler Richtung erstreckenden Fluidkanal 4, der sich in einen Hohlraum 5 öffnet, der sich in einer vertikalen Richtung erstreckt. Der Hohlraum 5 ist an seinem Boden durch einen Steg 18 begrenzt und auf seiner Oberseite durch einen Deckel 16 fluiddicht verschlossen.
  • In dem Hohlraum 5 ist ein Druckpulsdämpfer 6 angeordnet, der im Wesentlichen zylinderförmig um eine sich in vertikaler Richtung erstreckende Achse A ausgebildet ist.
  • Der Druckpulsdämpfer 6 umfasst eine äußere Hülse, die insbesondere mit einer elastischen Wand 7 ausgebildet ist. Die elastische Wand 7 ist als Elastomere-Tülle ausgeführt oder aus einem dünnem Metallblech geformt, so dass sie in radialer Richtung, d. h., in einer Richtung, die quer zur Achse A ausgerichtet ist, elastisch deformierbar ist.
  • In der äußeren Hülse ist ein parallel zur Achse A bewegliches, kolbenförmig ausgebildetes Druckkompensationselement 10 angeordnet. Das Drucckompensationselement 10 ist durch ein elastisches Federelement 8, insbesondere eine Spiralfeder, die um die Achse A ausgebildet ist, elastisch in der äußeren Hülse abgestützt. Druck- und Volumenschwankungen des Fluids im Fluidkanal 4 können daher durch Komprimieren des elastischen Federelements 8 und Bewegen des Druckkompensationselements 10 parallel zur Achse A kompensiert werden.
  • An dem Hohlraum 5, in dem der Druckpulsdämpfers 6 angeordnet ist, ist seitlich ein Flansch 12 ausgebildet, in dem ein Drucksensor 14 angeordnet ist.
  • Der Drucksensor 14 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Achse B ausgebildet, die in einem rechten Winkel zur Achse A des Druckpulsdämpfers 6 ausgerichtet ist.
  • Die Fluidverbindung 20 zwischen der dem Druckpulsdämpfer 6 zugewandten inneren Stirnseite des Drucksensors 14 und dem äußeren Umfang des zylindrischen Bereichs des Druckpulsdämpfers 6 ist geradlinig, d. h. ohne Winkel, und mit einem konstanten Querschnitt ausgebildet.
  • Wenn sich das Fluid, dass sich in diesem Bereich zwischen dem Drucksensor 14 und dem Druckpulsdämpfer 6 befindet, beim Gefrieren ausdehnt, wird die Zunahme seines Volumens dadurch ausgeglichen, dass sich die elastische Wand 7 des zylindrischen Bereichs des Druckpulsdämpfers 6 in radialer Richtung deformiert und auf diese Weise im Hohlraum 5 zusätzliches Volumen für das sich ausdehnende Fluid freigibt.
  • Dadurch, dass sich der Drucksensor 14 in unmittelbarer Nähe des Druckpulsdämpfers 6 befindet, ist das Volumen des Fluids, das sich zwischen dem Drucksensor 14 und dem Druckpulsdämpfer 6 befindet, auf ein Minimum reduziert. Auf diese Weise wird auch die beim Gefrieren des Fluids zu kompensierende Zunahme des Volumens reduziert, so dass ein relativ geringes Kompensationsvolumen ausreicht, um die Volumenzunahme des gefrierenden Fluids vollständig zu kompensieren.
  • Aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften kehrt die elastische Wand 7 des zylindrischen Bereichs des Druckpulsdämpfers 6 nach dem Auftauen des Fluids und der damit verbundenen Volumenreduktion in kurzer Zeit in ihre Ausgangslage zurück. Der Druckpulsdämpfer 6 ist daher auch bei Einfrier- und Auftauvorgängen, die in kurzen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgenden, stets betriebsbereit und in der Lage, eine bei einem erneuten Einfrieren des Fluids auftretende Volumenzunahme zu kompensieren.
  • Zusätzlich zur beschriebenen radialen Deformation der elastischen Wand 7 kann durch eine axiale Bewegung des Kolbens 10 entlang der Achse A des Druckpulsdämpfers 6 eine weitere Volumenzunahme des Fluids, das sich im Fluidkanal 4 und/oder im Hohlraum 5 befindet, kompensiert werden.
  • Aufgrund der Einwirkung des elastischen Elements 8 kehrt auch der Kolben 10 nach dem Auftauen des Fluids und der damit verbundenen Volumenreduktion schnell in seine Ausgangslage zurück. Der Kolben 10 steht daher sowohl zur Druckpulsdämpfung im Betrieb als auch zur Volumenkompensation während eines erneuten Gefrierzyklus bereit.

Claims (6)

  1. Fördermodul (2) zur Förderung eines Fluids, insbesondere zur Förderung eines fluiden Reduktionsmittels zur Abgasnachbehandlung, mit
    einem Druckpulsdämpfer (6), der zur Kompensation von Druckschwankungen des Fluids ausgebildet ist; und
    einem Drucksensor (14), der unmittelbar an dem Druckpulsdämpfer (6) angeordnet ist,
    wobei der Druckpulsdämpfer (6) einen zylinderförmig um eine Achse (A) ausgebildeten Bereich umfasst und der Drucksensor (14) am Umfang des zylinderförmig ausgebildeten Bereichs angeordnet ist,
    wobei der Drucksensor (14) im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Drucksensorachse (B) ausgebildet ist, und die Drucksensorachse (B) im Wesentlichen rechtwinklig zur Achse (A) des zylinderförmig ausgebildeten Bereichs ausgerichtet ist, und
    wobei der Druckpulsdämpfer (6) ein in der Axialrichtung des zylinderförmig ausgebildeten Bereichs elastisch bewegliches Element (10) umfasst.
  2. Fördermodul (2) nach Anspruch 1, wobei die Wand (7) des zylindrischen Bereichs wenigstens teilweise elastisch ausgebildet ist.
  3. Fördermodul (2) nach Anspruch 2, wobei die Wand (7) des zylindrischen Bereichs wenigstens teilweise aus einem Elastomer oder einem Metallblech ausgebildet ist.
  4. Fördermodul (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich ein Fluidkanal (4) in einem rechten Winkel zur Längsachse des zylinderförmig ausgebildeten Bereichs erstreckt.
  5. Fördermodul (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fluidverbindung (20) zwischen dem Drucksensor (14) und dem Druckpulsdämpfer (6) geradlinig ausgebildet ist.
  6. Fördermodul (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fluidverbindung (20) zwischen dem Drucksensor (14) und dem Druckpulsdämpfer (6) einen konstanten Querschnitt aufweist.
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