WO2007017044A1 - Device for dosing a reducing agents - Google Patents

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WO2007017044A1
WO2007017044A1 PCT/EP2006/006944 EP2006006944W WO2007017044A1 WO 2007017044 A1 WO2007017044 A1 WO 2007017044A1 EP 2006006944 W EP2006006944 W EP 2006006944W WO 2007017044 A1 WO2007017044 A1 WO 2007017044A1
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reducing agent
injection nozzle
pressure
metering pump
valve
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PCT/EP2006/006944
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Leo Bakaj
Georg HÜTHWOHL
Christof LÜCKING
Wilhelm Malitsky
Bernd Maurer
Frank Noack
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Purem Abgassysteme Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a device for metering a reducing agent according to the preamble of claim 1.
  • the device has an injection nozzle to which a reducing agent is supplied from a tank via a pressure line by means of a metering pump.
  • the injection nozzle is arranged in an exhaust tract.
  • the pressure-controlled injection nozzle opens or closes automatically depending on the pressure of the reducing agent.
  • the injection nozzle which is preferably designed as a throttle pin nozzle, is distinguished by a comparatively large internal volume, which is filled with the reducing agent to be injected.
  • the injection nozzle which is surrounded by the exhaust gas in the exhaust gas tract, is cooled by the reducing agent in the injection nozzle.
  • the Reducing agent dissipates the heat of the injector during injection and is replaced by cooler reducing agent in the injector.
  • the disadvantage is that evaporation of the reducing agent in the injection nozzle can not be ruled out, whereby deposits are formed in the injection nozzle, which can lead to malfunction of the injection nozzle.
  • the object of the invention is in contrast to provide a device for metering a reducing agent of the type mentioned, can be avoided in the deposits in the injector and the atomization of the reducing agent is improved.
  • the device according to the invention is characterized by an injection nozzle in which a constant pressure of the reducing agent prevails, which is greater than a boiling pressure of the reducing agent.
  • the device essentially comprises an injection nozzle, a tank and a metering pump.
  • the metering pump delivers the reducing agent, preferably an aqueous urea solution, via a pressure line to the injection nozzle.
  • the spring-loaded injection nozzle opens or closes automatically upon reaching a certain pressure of the reducing agent.
  • the injection nozzle injects the reducing agent into an exhaust gas tract through which the exhaust gas of the internal combustion engine flows. By convection and radiation, the injector is heated by the exhaust gas. As a result, the reducing agent in the injection nozzle also heats up.
  • the injection nozzle opens or closes periodically in the cycle of a delivery pulse of the metering pump.
  • the dosing pump keeps the reducing agent in the injection nozzle at a constant pressure which exceeds the boiling pressure of the reducing agent.
  • the constant pressure rises above an opening pressure of the injection nozzle, the injection nozzle opens and the reducing agent is injected into the exhaust gas tract.
  • the pressure below the opening pressure drops to the constant pressure and the injection nozzle closes.
  • the injector has the sole function of optimizing the atomization.
  • the metering pump is designed as a Konstanthubpumpe with an adjustable stroke frequency.
  • the Konstanthubpumpe can be designed as a piston pump or diaphragm pump of conventional design.
  • a delivery volume per delivery stroke is always the same.
  • the injection quantity is adjustable by means of the stroke frequency.
  • the device is simple, since the metering and delivery of the reducing agent is carried out solely by the metering pump.
  • the metering pump has a temperature sensor.
  • the mass of the injected reducing agent is thus more accurately determinable.
  • the metering pump has a pressure sensor.
  • the pressure sensor measures the pressure in the pressure line of the device.
  • the injection nozzle on an outwardly opening valve element.
  • deposits and impurities are flushed out of the valve element during the spraying of reducing agent and a self-cleaning effect of the injection nozzle is achieved.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an apparatus for
  • Fig. 2 is a diagram of the pressure curve of a
  • FIG. 3 is a schematic representation of a valve element.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device 1 for metering reducing agent, in particular an aqueous urea solution, into an exhaust tract 2 of an internal combustion engine 3, in particular a diesel internal combustion engine.
  • a metering pump 4 sucks in the reducing agent via a suction line 5 from a tank 6.
  • the metering pump 4 delivers the reducing agent via a pressure line 7 to an injection nozzle 8.
  • the injection nozzle 8 has a fastening section 9 and a spray-discharge section 10 with a valve element 11.
  • the attachment portion 9 of the injection nozzle 8 is connected to the pressure line 7 and attached to a housing part of the exhaust tract 2, not shown.
  • a catalytic converter 12, in particular an SCR catalytic converter (“selective catalytic reduction”), is provided in the exhaust gas tract 2 downstream of the injection valve 8.
  • the injection nozzle 8 injects the reducing agent preferably in the flow direction of the exhaust gas (arrow direction) of the internal combustion engine 3 in front of the catalytic converter 12 ,
  • the valve element 11 of the injection nozzle 8 is designed to be spring-loaded, so that upon reaching a certain pressure of the reducing agent in the injection nozzle 8, the valve element 11 assumes an open position and falling pressure again its closed position.
  • the metering pump 4 is designed as a Konstanthubpumpe in the form of a piston pump or a diaphragm pump of conventional design. A delivery volume of the metering pump 4 is the same size for each Föderhub.
  • the metering pump 4 has an electric drive, not shown, a Temperature sensor 13 and a pressure sensor 14 on. The electric drive and the sensors 13, 14 are connected by means of electrical lines 15 to a control unit 16.
  • the control unit 16 controls a stroke frequency of the metering pump 4, whereby the injection quantity of the reducing agent per unit time is adjustable. With the help of the temperature sensor 13, moreover, the mass of the injected reducing agent can be determined.
  • the pressure sensor 14 the pressure in the pressure line 7 and in the injection nozzle 8 is adjustable and disturbances in the device 1, such as by leaks, determinable.
  • FIG. 2 schematically shows a pressure curve of the reducing agent conveyed by the metering pump 4 for two consecutive injections.
  • a metering pump 18 of the metering pump 4 exceeds an opening pressure 19 of the injector 8.
  • the valve element 11 of the injector 8 opens and the reducing agent injected in the exhaust tract 2 from.
  • the pressure of the delivery pulse 18 drops below the opening pressure 19 to the constant pressure 17 and the valve element 11 of the injection nozzle 8 closes.
  • a further injection takes place.
  • the injection nozzle 8 opens and closes in time with the delivery pulse 18 of the metering pump A 1 of the stroke frequency, ie, the number of strokes or injections per unit time determines the injection quantity or injection mass per unit time.
  • the injection nozzle 8 is heated by convection and radiation of the exhaust gas in the exhaust tract 2.
  • the reducing agent in the injector 8 receives the heat of the injector 8 and discharges it from the injection nozzle 8 during injection.
  • the temperature of the reducing agent in the injection nozzle 8 adjusts depending on the temperature of the exhaust gas in the exhaust tract 2 and the stroke frequency of the metering pump 4.
  • the reducing agent in the injection nozzle 8 starts to boil at a certain temperature.
  • the boiling causes evaporation of at least part of the reducing agent, which can lead to the formation of deposits in the injection nozzle 8 and to uncontrolled opening and closing of the injection nozzle 8.
  • the boiling temperature is dependent on the boiling pressure 20 of the reducing agent, the pressure at which the reducing agent begins to boil.
  • the constant pressure 17 in the injection nozzle 8 is higher than the boiling pressure 20.
  • the boiling temperature is higher than a temperature of the injection nozzle 8 and boiling or evaporation of the reducing agent is avoided.
  • valve element 11 of the injection nozzle 8 is shown schematically.
  • the valve element 11 has a valve housing 21, in which a valve needle 22 in a Valve bore 23 is movably guided.
  • the valve needle 22 is designed as a so-called poppet valve.
  • a valve seat 24 is formed by a valve plate 25 and a conically outwardly widening portion 26 of the valve bore 23.
  • valve element 11 opens when the acting on the valve plate 25 pressure of the reducing agent exceeds the spring force of the valve spring 27.
  • the valve needle 22 is pressed out of the valve housing 21 and an annular injection opening 29 forms between the valve plate 25 and the valve seat 24.
  • Injectors 8 with an outwardly opening valve element 11 are characterized by a small internal volume with small flow cross sections.
  • the flow rate of the reducing agent in the injection nozzle 8 during the injection is very high, whereby a further improved atomization of the reducing agent and a self-cleaning effect of the injection nozzle 8 is achieved.

Abstract

The invention relates to a device (1) for dosing a reducing agents, particularly an aqueous urea solution, into an exhaust tract (2) of an internal combustion engine (3), particularly a diesel internal combustion engine. The device comprises a dosing pump (4) for delivering the reducing agent from a tank (6) via a line (7) and to a spring-loaded injection nozzle (8), which automatically opens due to the pressure of the reducing agent and sprays the reducing agent into the exhaust tract (2), a constant pressure (17) of the reducing agent prevailing in the injection nozzle (8) which is greater than a boiling pressure (20) of the reducing agent. The inventive device is preferably provided for goods-carrying vehicles.

Description

Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels Device for metering a reducing agent
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.The invention relates to a device for metering a reducing agent according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, im Abgas von Dieselbrennkraftmaschinen enthaltene Stickoxide durch selektive katalytische Reduktion zu vermindern. Dazu wird dem Abgas vor einem SCR-Katalysator ein Reduktionsmittel, eine wässrige Harnstofflösung, fein zerstäubt in dosierter Menge in einen Abgastrakt der Dieselbrennkraftmaschinen eingespritzt .It is known to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas from diesel engines by selective catalytic reduction. For this purpose, the exhaust gas before a SCR catalyst, a reducing agent, an aqueous urea solution, finely atomized injected in metered quantity in an exhaust gas tract of the diesel engine.
Aus der gattungsbildenden Patentschrift DE 103 32 114 Al ist eine Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Vorrichtung weist eine Einspritzdüse auf, dem ein Reduktionsmittel aus einem Tank über eine Druckleitung mittels einer Dosierpumpe zugeführt wird. Die Einspritzdüse ist einem Abgastrakt angeordnet. Die druckgesteuerte Einspritzdüse öffnet bzw. schließt selbstständig in Abhängigkeit des Druckes des Reduktionsmittels. Die vorzugsweise als Drosselzapfendüse ausgeführte Einspritzdüse zeichnet sich durch ein vergleichsweise großes internes Volumen aus, das mit dem einzuspritzenden Reduktionsmittel gefüllt ist. Die von dem Abgas in dem Abgastrakt umspülte Einspritzdüse wird durch das Reduktionsmittel in der Einspritzdüse gekühlt. Das Reduktionsmittel führt die Wärme der Einspritzdüse bei der Einspritzung ab und wird durch kühleres Reduktionsmittel in der Einspritzdüse ersetzt. Nachteilig ist, dass ein Verdampfen des Reduktionsmittels in der Einspritzdüse nicht ausgeschlossen werden kann, wodurch in der Einspritzdüse Ablagerungen entstehen, die zu einer Fehlfunktion der Einspritzdüse führen können.From the generic patent DE 103 32 114 Al a device for metering of reducing agent to the exhaust gas of an internal combustion engine is known. The device has an injection nozzle to which a reducing agent is supplied from a tank via a pressure line by means of a metering pump. The injection nozzle is arranged in an exhaust tract. The pressure-controlled injection nozzle opens or closes automatically depending on the pressure of the reducing agent. The injection nozzle, which is preferably designed as a throttle pin nozzle, is distinguished by a comparatively large internal volume, which is filled with the reducing agent to be injected. The injection nozzle, which is surrounded by the exhaust gas in the exhaust gas tract, is cooled by the reducing agent in the injection nozzle. The Reducing agent dissipates the heat of the injector during injection and is replaced by cooler reducing agent in the injector. The disadvantage is that evaporation of the reducing agent in the injection nozzle can not be ruled out, whereby deposits are formed in the injection nozzle, which can lead to malfunction of the injection nozzle.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der Ablagerungen in der Einspritzdüse vermieden werden können und die Zerstäubung des Reduktionsmittels verbessert wird.The object of the invention is in contrast to provide a device for metering a reducing agent of the type mentioned, can be avoided in the deposits in the injector and the atomization of the reducing agent is improved.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device for metering a reducing agent having the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Einspritzdüse in der ein konstanter Druck des Reduktionsmittels herrscht, der größer ist als ein Siededruck des Reduktionsmittels. Die Vorrichtung weist im Wesentlichen eine Einspritzdüse, einen Tank und eine Dosierpumpe auf. Die Dosierpumpe fördert das Reduktionsmittel, vorzugsweise eine wässrige Harnstofflösung, über eine Druckleitung zu der Einspritzdüse. Die federbelastete Einspritzdüse öffnet bzw. schließt selbsttätig bei Erreichen eines bestimmten Druckes des Reduktionsmittels. Die Einspritzdüse spritzt das Reduktionsmittel in einen von Abgas der Brennkraftmaschine durchströmten Abgastrakt ab. Durch Konvektion und Strahlung wird die Einspritzdüse von dem Abgas aufgeheizt. Somit erhitzt sich auch das Reduktionsmittel in der Einspritzdüse. Ein Verdampfen des Reduktionsmittels und herauslösen von Bestandteilen aus dem Reduktionsmittel, die sich als Ablagerungen in der Einspritzdüse absetzten, setzt bei dem Sieden des Reduktionsmittels ein. Die Temperatur, die Siedetemperatur, bei der das Reduktionsmittel zu sieden beginnt, ist von dem Druck des Reduktionsmittels, der Siededruck, abhängig. Um ein Sieden des Reduktionsmittels in der Einspritzdüse zu vermeiden, ist in der Einspritzdüse ein konstanter Druck vorzusehen, der größer ist als der Siededruck. Damit liegt die Temperatur der Einspritzdüse unterhalb der Siedetemperatur. Vorteilhafterweise ist durch den hohen Druck in der Einspritzdüse eine hohe Zerstäubungsgüte des Reduktionsmittels sichergestellt.The device according to the invention is characterized by an injection nozzle in which a constant pressure of the reducing agent prevails, which is greater than a boiling pressure of the reducing agent. The device essentially comprises an injection nozzle, a tank and a metering pump. The metering pump delivers the reducing agent, preferably an aqueous urea solution, via a pressure line to the injection nozzle. The spring-loaded injection nozzle opens or closes automatically upon reaching a certain pressure of the reducing agent. The injection nozzle injects the reducing agent into an exhaust gas tract through which the exhaust gas of the internal combustion engine flows. By convection and radiation, the injector is heated by the exhaust gas. As a result, the reducing agent in the injection nozzle also heats up. An evaporation of the reducing agent and leaching out of components from the reducing agent, which settled as deposits in the injection nozzle, sets in the Boiling the reducing agent. The temperature, the boiling point at which the reducing agent begins to boil, is dependent on the pressure of the reducing agent, the boiling pressure. In order to avoid boiling of the reducing agent in the injection nozzle, a constant pressure is to be provided in the injection nozzle, which is greater than the boiling pressure. Thus, the temperature of the injection nozzle is below the boiling point. Advantageously, a high atomization quality of the reducing agent is ensured by the high pressure in the injection nozzle.
In Ausgestaltung der Erfindung öffnet bzw. schließt die Einspritzdüse sich periodisch in dem Takt eines Förderpulses der Dosierpumpe. Die Dosierpumpe hält das Reduktionsmittel in der Einspritzdüse unter einen konstanten Druck, der den Siededruck des Reduktionsmittels übersteigt. Durch einen Förderpuls steigt der konstante Druck über einen Öffnungsdruck der Einspritzdüse, die Einspritzdüse öffnet und das Reduktionsmittel wird in den Abgastrakt eingespritzt. Nach dem Einspritzvorgang sinkt der Druck unterhalb des Öffnungsdruckes auf den konstanten Druck und die Einspritzdüse schließt. Vorteilhafterweise hat die Einspritzdüse die alleinige Funktion, die Zerstäubung optimal zu gestalten.In an embodiment of the invention, the injection nozzle opens or closes periodically in the cycle of a delivery pulse of the metering pump. The dosing pump keeps the reducing agent in the injection nozzle at a constant pressure which exceeds the boiling pressure of the reducing agent. By means of a delivery pulse, the constant pressure rises above an opening pressure of the injection nozzle, the injection nozzle opens and the reducing agent is injected into the exhaust gas tract. After the injection process, the pressure below the opening pressure drops to the constant pressure and the injection nozzle closes. Advantageously, the injector has the sole function of optimizing the atomization.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Dosierpumpe als Konstanthubpumpe mit einer einstellbaren Hubfrequenz ausgebildet. Die Konstanthubpumpe kann als Kolbenpumpe oder Membranpumpe herkömmlicher Bauart ausgeführt sein. Ein Fördervolumen pro Förderhub ist immer gleich groß. Dadurch ist die Einspritzmenge ist mittels der Hubfrequenz einstellbar. Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung einfach aufgebaut, da die Dosierung und Förderung des Reduktionsmittels allein durch die Dosierpumpe erfolgt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Dosierpumpe einen Temperatursensor auf. Vorteilhafterweise ist die Masse des eingespritzten Reduktionsmittels damit genauer bestimmbar .In a further embodiment of the invention, the metering pump is designed as a Konstanthubpumpe with an adjustable stroke frequency. The Konstanthubpumpe can be designed as a piston pump or diaphragm pump of conventional design. A delivery volume per delivery stroke is always the same. As a result, the injection quantity is adjustable by means of the stroke frequency. Advantageously, the device is simple, since the metering and delivery of the reducing agent is carried out solely by the metering pump. In a further embodiment of the invention, the metering pump has a temperature sensor. Advantageously, the mass of the injected reducing agent is thus more accurately determinable.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Dosierpumpe einen Drucksensor auf. Der Drucksensor misst den Druck in der Druckleitung der Vorrichtung. Vorteilhafterweise sind dadurch der Druck in der Druckleitung und Fehlfunktionen der Vorrichtung erkennbar.In a further embodiment of the invention, the metering pump has a pressure sensor. The pressure sensor measures the pressure in the pressure line of the device. Advantageously, thereby the pressure in the pressure line and malfunction of the device can be seen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Einspritzdüse ein nach außen öffnendes Ventilelement auf. Vorteilhafterweise werden Ablagerungen und Verunreinigungen bei Abspritzen von Reduktionsmittel aus dem Ventilelement herausgespült und ein selbstreinigender Effekt der Einspritzdüse erreicht.In a further embodiment of the invention, the injection nozzle on an outwardly opening valve element. Advantageously, deposits and impurities are flushed out of the valve element during the spraying of reducing agent and a self-cleaning effect of the injection nozzle is achieved.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert.Further features and combinations of features result from the description and the drawings. A concrete embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawings and explained in more detail in the following descriptions.
Dabei zeigen:Showing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zurFig. 1 is a schematic representation of an apparatus for
Dosierung eines Reduktionsmittels in einenDosing a reducing agent in one
Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, Fig. 2 ein Diagramm des Druckverlaufs des von einerExhaust tract of an internal combustion engine, Fig. 2 is a diagram of the pressure curve of a
Dosierpumpe geförderten Reduktionsmittels und Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ventilelements. In der Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Dosierung von Reduktionsmittel, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgastrakt 2 einer Brennkraftmaschine 3, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, dargestellt.Fig. 3 is a schematic representation of a valve element. FIG. 1 shows a schematic illustration of a device 1 for metering reducing agent, in particular an aqueous urea solution, into an exhaust tract 2 of an internal combustion engine 3, in particular a diesel internal combustion engine.
Eine Dosierpumpe 4 saugt über eine Saugleitung 5 aus einem Tank 6 das Reduktionsmittel an. Die Dosierpumpe 4 fördert das Reduktionsmittel über eine Druckleitung 7 zu einer Einspritzdüse 8. Die Einspritzdüse 8 weist einen Befestigungsabschnitt 9 und einen Abspritzabschnitt 10 mit einem Ventilelement 11 auf. Der Befestigungsabschnitt 9 der Einspritzdüse 8 ist mit der Druckleitung 7 verbunden und an einem nicht näher dargestellten Gehäuseteil des Abgastrakts 2 angebracht. Der in den Abgastrakt 2 hineinragende Teil der Einspritzdüse 8 mit dem Abspritzabschnitt 10 weist das Ventilelement 11 auf. In dem Abgastrakt 2 stromab des Einspritzventils 8 ist ein Katalysator 12, insbesondere ein SCR-Katalysator („selectiv catalytic reduction"), vorgesehen. Die Einspritzdüse 8 spritzt das Reduktionsmittel vorzugsweise in Strömungsrichtung des Abgases (Pfeilrichtung) der Brennkraftmaschine 3 vor dem Katalysator 12 ab.A metering pump 4 sucks in the reducing agent via a suction line 5 from a tank 6. The metering pump 4 delivers the reducing agent via a pressure line 7 to an injection nozzle 8. The injection nozzle 8 has a fastening section 9 and a spray-discharge section 10 with a valve element 11. The attachment portion 9 of the injection nozzle 8 is connected to the pressure line 7 and attached to a housing part of the exhaust tract 2, not shown. The projecting into the exhaust tract 2 part of the injection nozzle 8 with the ejection section 10, the valve element 11 on. A catalytic converter 12, in particular an SCR catalytic converter ("selective catalytic reduction"), is provided in the exhaust gas tract 2 downstream of the injection valve 8. The injection nozzle 8 injects the reducing agent preferably in the flow direction of the exhaust gas (arrow direction) of the internal combustion engine 3 in front of the catalytic converter 12 ,
Das Ventilelement 11 der Einspritzdüse 8 ist federbelastet ausgeführt, so dass bei Erreichen eines bestimmten Druckes des Reduktionsmittels in der Einspritzdüse 8 das Ventilelement 11 eine Offenstellung und bei fallenden Druck wieder seine Schließstellung einnimmt.The valve element 11 of the injection nozzle 8 is designed to be spring-loaded, so that upon reaching a certain pressure of the reducing agent in the injection nozzle 8, the valve element 11 assumes an open position and falling pressure again its closed position.
Die Dosierpumpe 4 ist als Konstanthubpumpe in Form einer Kolbenpumpe oder einer Membranpumpe herkömmlicher Bauart ausgeführt. Ein Fördervolumen der Dosierpumpe 4 ist bei jedem Föderhub gleich groß. Die Dosierpumpe 4 weist einen nicht näher dargestellten elektrischen Antrieb, einen Temperatursensor 13 und eine Drucksensor 14 auf. Der elektrische Antrieb und die Sensoren 13, 14 sind mittels elektrischer Leitungen 15 mit einem Steuergerät 16 verbunden. Das Steuergerät 16 steuert eine Hubfrequenz der Dosierpumpe 4, wodurch die Einspritzmenge des Reduktionsmittels pro Zeiteinheit einstellbar ist. Mit Hilfe des Temperatursensors 13 ist darüber hinaus die Masse des eingespritzten Reduktionsmittels bestimmbar. Mit dem Drucksensor 14 ist der Druck in der Druckleitung 7 und in der Einspritzdüse 8 einstellbar und Störungen in der Vorrichtung 1, wie beispielsweise durch Undichtigkeiten, bestimmbar.The metering pump 4 is designed as a Konstanthubpumpe in the form of a piston pump or a diaphragm pump of conventional design. A delivery volume of the metering pump 4 is the same size for each Föderhub. The metering pump 4 has an electric drive, not shown, a Temperature sensor 13 and a pressure sensor 14 on. The electric drive and the sensors 13, 14 are connected by means of electrical lines 15 to a control unit 16. The control unit 16 controls a stroke frequency of the metering pump 4, whereby the injection quantity of the reducing agent per unit time is adjustable. With the help of the temperature sensor 13, moreover, the mass of the injected reducing agent can be determined. With the pressure sensor 14, the pressure in the pressure line 7 and in the injection nozzle 8 is adjustable and disturbances in the device 1, such as by leaks, determinable.
In der Fig. 2 ist ein Druckverlauf des von der Dosierpumpe 4 geförderten Reduktionsmittels für zwei aufeinander folgende Einspritzungen schematisch dargestellt. Die Dosierpumpe 4 fördert das Reduktionsmittel über die Druckleitung 7 und in die Einspritzdüse 8 und hält das Reduktionsmittel unter einen konstanten Druck 17. Ein Förderpuls 18 der Dosierpumpe 4 übersteigt einen Öffnungsdruck 19 der Einspritzdüse 8. Das Ventilelement 11 der Einspritzdüse 8 öffnet und das Reduktionsmittel spritzt in den Abgastrakt 2 ab. Im Verlauf der Einspritzung sinkt der Druck des Förderpulses 18 unterhalb des Öffnungsdruckes 19 auf den konstanten Druck 17 und das Ventilelement 11 der Einspritzdüse 8 schließt. Sobald ein weiterer, nachfolgender Förderpuls 18 die Einspritzdüse 8 erreicht, erfolgt eine weitere Einspritzung. Die Einspritzdüse 8 öffnet und schließt im Takt des Förderpulses 18 der Dosierpumpe A1 der Hubfrequenz, d.h., die Anzahl der Hübe bzw. der Einspritzungen pro Zeiteinheit bestimmt die Einspritzmenge bzw. Einspritzmasse pro Zeiteinheit.FIG. 2 schematically shows a pressure curve of the reducing agent conveyed by the metering pump 4 for two consecutive injections. A metering pump 18 of the metering pump 4 exceeds an opening pressure 19 of the injector 8. The valve element 11 of the injector 8 opens and the reducing agent injected in the exhaust tract 2 from. In the course of the injection, the pressure of the delivery pulse 18 drops below the opening pressure 19 to the constant pressure 17 and the valve element 11 of the injection nozzle 8 closes. As soon as a further, subsequent delivery pulse 18 reaches the injection nozzle 8, a further injection takes place. The injection nozzle 8 opens and closes in time with the delivery pulse 18 of the metering pump A 1 of the stroke frequency, ie, the number of strokes or injections per unit time determines the injection quantity or injection mass per unit time.
Die Einspritzdüse 8 wird durch Konvektion und Strahlung des Abgases in dem Abgastrakt 2 erhitzt. Das Reduktionsmittel in der Einspritzdüse 8 nimmt die Wärme der Einspritzdüse 8 auf und führt sie bei der Einspritzung aus der Einspritzdüse 8 ab. Die Temperatur des Reduktionsmittels in der Einspritzdüse 8 stellt sich in Abhängigkeit der Temperatur des Abgases in dem Abgastrakt 2 und der Hubfrequenz der Dosierpumpe 4 ein.The injection nozzle 8 is heated by convection and radiation of the exhaust gas in the exhaust tract 2. The reducing agent in the injector 8 receives the heat of the injector 8 and discharges it from the injection nozzle 8 during injection. The temperature of the reducing agent in the injection nozzle 8 adjusts depending on the temperature of the exhaust gas in the exhaust tract 2 and the stroke frequency of the metering pump 4.
Das Reduktionsmittel in der Einspritzdüse 8 beginnt ab einer bestimmten Temperatur an zu sieden. Durch das Sieden kommt es zum Verdampfen zumindest eines Teils des Reduktionsmittels, was zur Bildung von Ablagerungen in der Einspritzdüse 8 und zu unkontrollierten Öffnen und Schließen der Einspritzdüse 8 führen kann.The reducing agent in the injection nozzle 8 starts to boil at a certain temperature. The boiling causes evaporation of at least part of the reducing agent, which can lead to the formation of deposits in the injection nozzle 8 and to uncontrolled opening and closing of the injection nozzle 8.
Die Siedetemperatur, die Temperatur bei der das Reduktionsmittel zu sieden beginnt, ist abhängig von dem Siededruck 20 des Reduktionsmittels, dem Druck bei dem das Reduktionsmittel zu sieden beginnt.The boiling temperature, the temperature at which the reducing agent begins to boil, is dependent on the boiling pressure 20 of the reducing agent, the pressure at which the reducing agent begins to boil.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der konstante Druck 17 in der Einspritzdüse 8 höher als der Siededruck 20. Dadurch liegt die Siedetemperatur höher als eine Temperatur der Einspritzdüse 8 und Sieden bzw. Verdampfen des Reduktionsmittels wird vermieden.As shown in Fig. 2, the constant pressure 17 in the injection nozzle 8 is higher than the boiling pressure 20. As a result, the boiling temperature is higher than a temperature of the injection nozzle 8 and boiling or evaporation of the reducing agent is avoided.
Versuche haben gezeigt, dass ein konstanter Druck 17 des Reduktionsmittels von 10 bar in der Druckleitung 7 und der Einspritzdüse 8 zu eine Erhöhung der Siedetemperatur auf etwa 1800C führt. Selbstverständlich sind auch andere konstante Drücke 17 denkbar. Vorteilhafterweise führen die hohen Drücke in der Vorrichtung 1 zu einer verbesserten Zerstäubung des Reduktionsmittels .Experiments have shown that a constant pressure 17 of the reducing agent of 10 bar in the pressure line 7 and the injection nozzle 8 leads to an increase in the boiling point to about 180 0 C. Of course, other constant pressures 17 are conceivable. Advantageously, the high pressures in the device 1 lead to improved atomization of the reducing agent.
In der Fig. 3 ist schematisch das Ventilelement 11 der Einspritzdüse 8 dargestellt. Das Ventilelement 11 weist ein Ventilgehäuse 21 auf, in dem eine Ventilnadel 22 in einer Ventilbohrung 23 beweglich geführt ist. Die Ventilnadel 22 ist als so genanntes Tellerventil ausgeführt. Ein Ventilsitz 24 wird von einem Ventilteller 25 und einem konisch nach außen erweiternden Abschnitt 26 der Ventilbohrung 23 gebildet. Im geschlossenen Zustand der Einspritzdüse 8 bzw. des Ventilelements 11 wird der Ventilteller 25 der Ventilnadel 21 durch eine Ventilfeder 27 auf den Ventilsitz 24 gedrückt. Die Ventilfeder 27 stützt sich hierzu an einem dem Ventilteller 25 gegenüberliegenden Kopf 28 der Ventilnadel 22 und an dem Ventilgehäuse 21 ab. Das Ventilelement 11 öffnet wenn der an dem Ventilteller 25 angreifende Druck des Reduktionsmittels die Federkraft der Ventilfeder 27 übersteigt. Dadurch wird die Ventilnadel 22 aus dem Ventilgehäuse 21 herausgedrückt und zwischen dem Ventilteller 25 und dem Ventilsitz 24 bildet sich eine ringförmige Abspritzöffnung 29. Einspritzdüsen 8 mit einem nach außen öffnenden Ventilelement 11 zeichnen sich durch ein kleines internes Volumen mit kleinen Strömungsquerschnitten aus. Vorteilhafterweise ist die Strömungsgeschwindigkeit des Reduktionsmittels in der Einspritzdüse 8 während der Einspritzung sehr hoch, wodurch eine weiter verbesserte Zerstäubung des Reduktionsmittels und eine selbstreinigender Effekt der Einspritzdüse 8 erreicht wird. In Fig. 3, the valve element 11 of the injection nozzle 8 is shown schematically. The valve element 11 has a valve housing 21, in which a valve needle 22 in a Valve bore 23 is movably guided. The valve needle 22 is designed as a so-called poppet valve. A valve seat 24 is formed by a valve plate 25 and a conically outwardly widening portion 26 of the valve bore 23. When the injection nozzle 8 or the valve element 11 is closed, the valve disk 25 of the valve needle 21 is pressed onto the valve seat 24 by a valve spring 27. The valve spring 27 is supported for this purpose on a valve head 25 opposite the head 28 of the valve needle 22 and on the valve housing 21 from. The valve element 11 opens when the acting on the valve plate 25 pressure of the reducing agent exceeds the spring force of the valve spring 27. As a result, the valve needle 22 is pressed out of the valve housing 21 and an annular injection opening 29 forms between the valve plate 25 and the valve seat 24. Injectors 8 with an outwardly opening valve element 11 are characterized by a small internal volume with small flow cross sections. Advantageously, the flow rate of the reducing agent in the injection nozzle 8 during the injection is very high, whereby a further improved atomization of the reducing agent and a self-cleaning effect of the injection nozzle 8 is achieved.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Dosierpumpe zur Förderung des Reduktionsmittels aus einem Tank über eine Leitung zu einer federbelasteten Einspritzdüse, die sich selbsttätig durch den Druck des Reduktionsmittels öffnen kann und das Reduktionsmittel in den Abgastrakt abspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einspritzdüse (8) ein konstanter Druck (17) des Reduktionsmittels herrscht, der größer ist als ein Siededruck (20) des Reduktionsmittels.1. A device for metering a reducing agent, in particular an aqueous urea solution, in an exhaust tract of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with a metering pump for delivering the reducing agent from a tank via a line to a spring-loaded injector, which open automatically by the pressure of the reducing agent can and the reducing agent injected into the exhaust system, characterized in that in the injection nozzle (8) a constant pressure (17) of the reducing agent prevails, which is greater than a boiling pressure (20) of the reducing agent.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (8) sich periodisch in einem Takt eines Förderpulses (18) der Dosierpumpe (4) öffnet bzw. schließt .2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the injection nozzle (8) periodically in a cycle of a delivery pulse (18) of the metering pump (4) opens or closes.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (4) als Konstanthubpumpe mit einer einstellbaren Hubfrequenz ausgebildet ist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the metering pump (4) is designed as a Konstanthubpumpe with an adjustable stroke frequency.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (4) einen Temperatursensor (13) aufweist4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metering pump (4) has a temperature sensor (13)
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (4) einen Drucksensor (14) aufweist.5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metering pump (4) has a pressure sensor (14).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (8) ein nach außen öffnendes Ventilelement (11) aufweist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the injection nozzle (8) has an outwardly opening valve element (11).
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