WO2012150103A1 - Pumpvorrichtung für dosiersystem - Google Patents

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WO2012150103A1
WO2012150103A1 PCT/EP2012/056137 EP2012056137W WO2012150103A1 WO 2012150103 A1 WO2012150103 A1 WO 2012150103A1 EP 2012056137 W EP2012056137 W EP 2012056137W WO 2012150103 A1 WO2012150103 A1 WO 2012150103A1
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WO
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throttle
fluid
pressure
line
pump
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Application number
PCT/EP2012/056137
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Schmid
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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]
    • 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
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1446—Means for damping of pressure fluctuations in the delivery system, e.g. by puffer volumes or throttling
    • 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
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1473—Overflow or return means for the substances, e.g. conduits or valves for the return path
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a pumping device for a metering system and a method for injecting fluid into the exhaust gas line of an internal combustion engine.
  • a known method for NO x reduction is the so-called SCR method, in which a liquid reducing agent, in particular an aqueous urea solution
  • AdBlue is introduced into the exhaust line of the internal combustion engine to reduce the NO x contained in the exhaust gases to N 2 and H 2 0.
  • the reducing agent usually at constant hydraulic pressure of a metering unit, the exhaust line of a
  • the liquid reducing agent is sucked by means of a pump unit from a corresponding reservoir (tank) and conveyed via a pressure line at a constant pressure to the metering unit.
  • the delivery rate of the pump unit is controlled by the pump unit at a constant hydraulic pressure.
  • a fixed flow, fixed flow, fixed throttle is usually used, arranged in a return line between the pressure line and the tank.
  • the return flow rate is constant, regardless of the actual metered amount. This leads in particular to small ones
  • the object of the invention is to provide an improved pumping device for a metering system and an improved method for injecting a fluid into the exhaust line of an internal combustion engine to reduce the useless return flow.
  • the pumping device also has a throttle, which is hydraulically connected to the pressure line in such a way that it permits outflow of fluid from the pressure line without the fluid flowing out through the throttle entering the injection and metering device arranged on the exhaust line of the internal combustion engine.
  • the throttle is designed as a controllable throttle, so that the amount of fluid flowing through the throttle is adjustable.
  • Internal combustion engine comprises the step of conveying fluid from a reservoir and delivering it under increased pressure through a pressure line to the injection and metering device, wherein at least a portion of the discharged fluid is discharged through a controllable throttle from the pressure line, without the injection and metering device to reach.
  • a device according to the invention and a method according to the invention make it possible to optimally adapt the amount of return flow discharged through the throttle to the respectively required metering quantity.
  • An inefficient operation of the pump, in which a large unused return amount is promoted, can be avoided.
  • the delivery rate of the pump is better utilized.
  • the adjustable throttle can be completely closed at high dosing, so that the entire flow rate of the pump is available as dosing.
  • the pump and in particular the pump motor can run over the whole Metering be operated in an optimal speed range, since the dosage when using a controllable throttle according to the invention is no longer dependent solely on the pump speed, but is additionally adjustable by regulating the throttle.
  • the throttle includes at least one deformable membrane. With a deformable membrane, a controllable throttle according to the invention is simple and inexpensive to implement.
  • the throttle includes at least one, for example
  • conically or spherically formed throttle body which is arranged so that it interacts functionally with a correspondingly shaped, corresponding throttle seat.
  • the throttle body is formed of metal or plastic.
  • a trained from metal throttle body is particularly resistant, especially against high temperatures and pressures.
  • Throttle body has a low weight and is particularly inexpensive to produce.
  • the controllable throttle on a drive for moving the membrane and / or the throttle body, so that the flow rate through the throttle by operating the drive is adjustable.
  • the drive comprises a spindle drive which can be controlled by an electric motor, in particular a stepping motor.
  • a spindle drive and / or a stepper motor By a spindle drive and / or a stepper motor, the membrane and / or the throttle body are exactly positioned, so that the flow rate of the throttle is adjustable with high accuracy.
  • the membrane and / or the throttle body are movable by a piezoelectric drive.
  • a piezoelectric drive provides a particularly low-maintenance drive for adjusting the flow rate of the throttle available, which has only a few moving parts and allows the
  • the throttle is arranged to allow backflow of fluid from the pressure line into the fluid reservoir.
  • the throttle is arranged and hydraulically connected to the pump so as to allow backflow of fluid from the pressure line directly to the suction side of the pump.
  • a device also comprises a control and regulating unit which is suitable for controlling the drive motor of the pump and the drive of the controllable throttle in such a way that a desired, specifiable pressure is set in the pressure line.
  • a pump device comprises a pressure sensor, which is designed to measure the pressure in the pressure line, and a pressure control device, which is designed to compare the pressure measured by the pressure sensor with a predetermined desired value and the pump and / or To control the throttle so that the measured value approaches the predetermined target value.
  • FIG. 1 shows a schematic functional diagram of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a first exemplary embodiment of a controllable throttle according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a second embodiment of a variable throttle according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic functional diagram of an inventive
  • the pump device 2 has the task of removing liquid reducing agent 6, such as an aqueous urea solution ("AdBlue”), from a reservoir (tank) 4 and supplying it under defined pressure to an injection and metering unit 24. During operation, the injection and metering unit injects the reducing agent 6 into an exhaust gas line (not shown in FIG. 1) of an internal combustion engine (also not shown).
  • liquid reducing agent 6 such as an aqueous urea solution (“AdBlue"
  • a pumping device 2 has for this purpose a pressure feed pump 10 which sucks the fluid 6 to be injected via a suction line 8 from the reservoir 4 and feeds the injection and metering unit 24 via an output side connected to the pressure feed pump 10 pressure line 12 under increased pressure.
  • the pressure feed pump 10 is preferably driven by an electric motor 14, which is controlled by an electrical control unit 16.
  • an electrical control unit 16 At / in the pressure line 12, a pressure sensor 22 is provided, which in the
  • Pressure line 12 prevailing fluid pressure measures and the measurement result in the form of a pressure measurement signal of a pressure control unit 20 is available.
  • the pressure control unit 20 compares the pressure measured by the pressure sensor 22 in the pressure line 12 with a predetermined target pressure and outputs a corresponding control signal to the
  • Control unit 16 off.
  • the control unit 16 controls the electric motor 14 of
  • Pressure feed pump 10 due to the control signal provided by the pressure control unit 20 provided such that the pressure feed pump 10 generates the desired target pressure in the pressure line 12. From the pressure line 12 branches off between the output of the pressure feed pump 10 and the injection and metering unit 24 from a return line 26, which leads in the embodiment shown in FIG. 1 back into the fluid reservoir 4. In an alternative embodiment, not shown, the return line 26 may open into the suction line 8 in a region between the fluid reservoir 4 and the pressure feed pump 10.
  • an adjustable throttle 28 according to the invention is provided in the return line 26 .
  • the controllable throttle 28 is over a
  • Control line 17 connected to the control unit 16, which the duck in the
  • Pressure line 12 so on the one hand by regulating the motor 14, the pressure feed pump 10th drives, as well as by adjusting the flow rate through the throttle 28 may vary.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through a first exemplary embodiment of an adjustable throttle 28a according to the invention.
  • the controllable throttle 28a has a base plate 30 in which fluid inlet channels 32 are formed, through which fluid from the return line 26 can be fed into the throttle 28a.
  • the embodiment of the throttle 28a shown in FIG. 2 is substantially rotationally symmetrical about an axis A, which extends horizontally in the illustration shown in FIG.
  • the fluid inlet channels 32 may, but need not be rotationally symmetrical about the axis A.
  • the drainage channel 34 is at its end shown in Fig. 2 right
  • a rotationally symmetrical about the axis A formed, elastic membrane 36 is fixed by means of a circulating around the drain passage 34 membrane holder 40.
  • the plane of the membrane 36 extends substantially at a right angle to the axis A parallel to the base plate 30th
  • the elastic membrane 36 has in its central region around the axis A on its side facing the base plate 30 (left) side a throttle body 38 a, which is formed substantially frusto-conical and at least partially in the
  • a throttle gap 37 Around the circumference of the frusto-conical throttle body 38a is formed between the throttle body 38a and the base plate 30, a throttle gap 37, the width of which is variable by moving the diaphragm 36.
  • the membrane 36 is fixed in a fluid-tight manner with the aid of the membrane holder 40 to the base plate 30, so that from the inlet channels 32, which around the drainage channel 34 into a through open the membrane 36 and the base plate 30 limited space on the right side of the base plate 30, outflowing fluid can flow only through the throttle gap 37 from the limited space in the drain passage 34.
  • the cross section of the throttle gap 37 is variable by moving the diaphragm 36 and the throttle body 38a parallel to the axis A.
  • a connecting element 42 which is mechanically connected to the throttle body 38 a and / or the membrane 36.
  • the connecting element 42 is in the embodiment shown in FIG. 2 a rotationally symmetrical about the axis A formed sleeve 42 which is provided with an internal thread 43.
  • the shaft 44 is connected to a servo motor 46, which is preferably designed as a stepper motor. Operation of the servomotor 46 causes rotation of the shaft 44 about the axis A.
  • trained internal thread 43 is when operating the servomotor 46 a
  • the connecting member 42 Since the connecting member 42 is fixedly connected to the elastic membrane 36 and / or the throttle body 38 a, the diaphragm 36 and the throttle body 38 a are moved in parallel with the axis A when operating the servomotor 46 and the size of the throttle gap 37 is varied.
  • the flow rate through the throttle gap 37 is adjustable by operating the servo motor 46 with high accuracy. If a microstepping motor is used as the servo motor 14, a cost-effective, realizable controllable choke 28a with a very precisely adjustable throttle behavior can be provided.
  • 3 shows a sectional view through an alternative exemplary embodiment of an adjustable throttle 28b according to the invention. Those features which correspond to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described again.
  • the throttle 28b in the second embodiment has a substantially spherical shape
  • Throttle body 38b on.
  • Throttle behavior i. the flow rate through the throttle 28a, 28b as a function of the position of the throttle body 38a, 38b along the axis A, are defined. Also, a throttle body 38a, 38b can be selected with a simple and inexpensive to produce form.
  • the throttle 28b of the second embodiment has no spindle drive 42, 44 with an electric servomotor 36. Instead, the side facing away from the base plate 30 side of the elastic membrane 36 is mechanically such with a
  • Piezoaktuator 48 connected that the position of the diaphragm 36 and the throttle body 38b by operating the piezo actuator 48 is parallel to the axis A variable.
  • a piezo actuator 48 provides a particularly low-maintenance drive, which has virtually no mechanical moving parts compared to a spindle drive 42, 44 with an electric servo motor 36 according to the first embodiment.
  • a controllable throttle 28b, which is driven by a piezo actuator 48, is therefore particularly reliable and requires little maintenance.
  • a spindle drive 42, 44 according to the first embodiment 28a can also be combined with a spherical throttle body 38b according to the second embodiment 28b, as a piezo actuator 48 according to the second embodiment 28b with a
  • frusto-conical throttle body 38a according to the first embodiment 28a can be combined.
  • An adjustable throttle 28a, 28b according to the invention as shown by way of example in FIGS. 2 and 3, is in comparison with the previously known variable throttles (Proportional valves) very inexpensive and can be used according to the invention for metering systems for exhaust gas reduction.

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Abstract

Eine Pumpvorrichtung (2) für ein Dosiersystem zum Einspritzen eines Fluids (6) in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors umfasst eine Pumpe (10), die ausgebildet ist, um Fluid (6) aus einem Reservoir (4) unter erhöhtem Druck in eine Druckleitung (12) auszugeben, und eine Drossel (28, 28a, 28b), die hydraulisch mit der Druckleitung (12) verbunden ist, um einen Abfluss von Fluid (6) aus der Druckleitung (12) zu ermöglichen. Die Drossel (28, 28a, 28b) ist als regelbare Drossel (28, 28a, 28b) derart ausgebildet, dass die Menge des aus der Druckleitung (12) durch die Drossel (28, 28a, 28b) abfliessenden Fluids (6) durch Regeln der Drossel (28, 28a, 28b) einstellbar ist.

Description

Beschreibung Titel
Pumpyorrichtung für Dosiersvstem
Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung für ein Dosiersystem und ein Verfahren zum Einspritzen von Fluid in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors.
Stand der Technik
Bei Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, muss aufgrund der
Abgasvorschriften unter anderem der in den Abgasen enthaltene Schadstoff NOx reduziert werden. Ein bekanntes Verfahren zur NOx-Reduzierung ist das so genannte SCR-Verfahren, bei dem ein flüssiges Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung
("AdBlue"), in den Abgasstrang des Verbrennungsmotors eingebracht wird, um die in den Abgasen enthaltenen NOx zu N2 und H20 zu reduzieren. Um das flüssige Reduktionsmittel unter definierten Bedingungen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors einzuspritzen, muss das Reduktionsmittel üblicherweise bei konstantem hydraulischen Druck einer Dosiereinheit, die am Abgasstrang eines
Verbrennungsmotors angeordnet ist, zugeführt werden. Dazu wird das flüssige Reduktionsmittel mit Hilfe einer Pumpeneinheit aus einem entsprechenden Reservoir (Tank) angesaugt und über eine Druckleitung bei konstantem Druck zur Dosiereinheit gefördert. Die von der Dosiermenge abhängige variable
Fördermenge der Pumpeneinheit wird dabei bei konstantem hydraulischen Druck von der Pumpeneinheit geregelt.
Um den konstanten hydraulischen Druck in der Druckleitung zu erzeugen und aufrecht zu erhalten, wird üblicherweise eine hydraulische Festdrossel mit konstantem Durchfluss verwendet, die in einer Rücklaufleitung zwischen der Druckleitung und dem Tank angeordnet ist. Bei einer derartigen Festdrossel ist die Rücklaufmenge unabhängig von der tatsächlichen Dosiermenge konstant. Dies führt insbesondere bei kleinen
Dosiermengen zu einer verhältnismäßig hohen, nutzlosen Rücklaufmenge. Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Pumpvorrichtung für ein Dosiersystem und ein verbessertes Verfahren zum Einspritzen eines Fluids in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, um die nutzlose Rücklaufmenge zu verringern.
Eine erfindungsgemäße Pumpvorrichtung für ein Dosiersystem zum Einspritzen eines Fluids in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors hat eine Pumpe, die ausgebildet ist, um Fluid aus einem Reservoir zu entnehmen und unter erhöhtem Druck in eine Druckleitung, die hydraulisch mit einer am Abgasstrang angeordneten Einspritz- und Dosiervorrichtung verbunden ist, auszugeben. Die Pumpvorrichtung hat auch eine Drossel, die hydraulisch derart mit der Druckleitung verbunden ist, dass sie einen Abfluss von Fluid aus der Druckleitung ermöglicht, ohne dass das durch die Drossel abfließende Fluid in die am Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnete Einspritz- und Dosiervorrichtung gelangt. Die Drossel ist dabei als regelbare Drossel ausgebildet, so dass die durch die Drossel abfließende Fluidmenge einstellbar ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bereitstellen von Fluid an eine Einspritz- und Dosiervorrichtung zum Einspritzen von Fluid in den Abgasstrang eines
Verbrennungsmotors umfasst den Schritt, Fluid aus einem Reservoir zu fördern und unter erhöhtem Druck durch eine Druckleitung an die Einspritz- und Dosiervorrichtung abzugeben, wobei wenigstens ein Teil des abgegebenen Fluids durch eine regelbare Drossel aus der Druckleitung abgeführt wird, ohne die Einspritz- und Dosiervorrichtung zu erreichen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglichen es, die durch die Drossel abgeführte Rücklaufmenge optimal an die jeweils benötigte Dosiermenge anzupassen. Ein ineffizienter Betrieb der Pumpe, bei dem eine große ungenutzte Rücklaufmenge gefördert wird, kann so vermieden werden. Die Förderleistung der Pumpe wird besser ausgenutzt. Insbesondere kann die einstellbare Drossel bei hohen Dosiermengen vollständig geschlossen werden, so dass die gesamte Fördermenge der Pumpe als Dosiermenge zur Verfügung steht. Die Pumpe und insbesondere der Pumpenmotor können über den gesamten Dosierbereich in einem optimalen Drehzahlbereich betrieben werden, da die Dosiermenge bei Verwendung einer erfindungsgemäßen regelbaren Drossel nicht mehr allein von der Pumpendrehzahl abhängig, sondern zusätzlich durch Regeln der Drossel einstellbar ist. In einer Ausführungsform enthält die Drossel wenigstens eine deformierbare Membran. Mit einer deformierbaren Membran ist eine erfindungsgemäße regelbare Drossel einfach und kostengünstig realisierbar.
In einer Ausführungsform enthält die Drossel wenigstens einen beispielsweise
kegelförmig oder sphärisch ausgebildeten Drosselkörper, der so angeordnet ist, dass er mit einem entsprechend ausgeformten, korrespondierenden Drosselsitz funktionell zusammenwirkt. Durch Zusammenwirken eines derartigen Drosselkörpers mit einem entsprechend ausgebildeten, korrespondierenden Drosselsitz ist die Durchflussmenge durch die Drossel einfach und mit hoher Genauigkeit einstellbar.
In einer Ausführungsform ist der Drosselkörper aus Metall oder Kunststoff ausgebildet. Ein aus Metall ausgebildeter Drosselkörper ist besonders widerstandsfähig, insbesondere gegenüber hohen Temperaturen und Drücken. Ein aus Kunststoff hergestellter
Drosselkörper hat ein geringes Gewicht und ist besonders kostengünstig herstellbar.
In einer Ausführungsform weist die regelbare Drossel einen Antrieb zum Bewegen der Membran und/oder des Drossel körpers auf, so dass die Durchflussmenge durch die Drossel durch Betreiben des Antriebs einstellbar ist. Insbesondere umfasst der Antrieb in einer Ausführungsform einen Spindelantrieb der von einem elektrischen Motor, insbesondere einem Schrittmotor, ansteuerbar ist. Durch einen Spindelantrieb und/oder einen Schrittmotor sind die Membran und/oder der Drosselkörper exakt positionierbar, so dass die Durchflussmenge der Drossel mit hoher Genauigkeit einstellbar ist.
In einer alternativen Ausführungsform sind die Membran und/oder der Drosselkörper durch einen piezoelektrischen Antrieb bewegbar. Ein piezoelektrischer Antrieb stellt einen besonders wartungsarmen Antrieb zum Einstellen der Durchflussmenge der Drossel zur Verfügung, der nur wenige bewegliche Teile aufweist und es ermöglicht, die
Durchflussmenge mit hoher Genauigkeit exakt einzustellen.
In einer Ausführungsform ist die Drossel so angeordnet, dass sie einen Rückfluss von Fluid aus der Druckleitung in das Fluidreservoir ermöglicht. In einer alternativen Ausführungsform ist die Drossel so angeordnet und hydraulisch mit der Pumpe verbunden, dass sie einen Rückfluss von Fluid aus der Druckleitung direkt zur Saugseite der Pumpe ermöglicht. Eine derartige Konstruktion ermöglicht es, die
Pumpeneinheit bei vollständig geschlossener Drossel über die Dosiereinheit zu entlüften. Bei herkömmlichen Pumpeneinheiten mit einer festen, nicht regelbaren Drossel muss zur Entlüftung der Pumpeneinheit der Rücklauf aus der Drossel immer zurück zum Reservoir erfolgen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst auch eine Steuer- und Regeleinheit, die geeignet ist, den Antriebsmotor der Pumpe und den Antrieb der regelbaren Drossel so anzusteuern, dass in der Druckleitung ein gewünschter, vorgebbarer Druck eingestellt wird. Vorzugsweise weist eine erfindungsgemäße Pumpvorrichtung einen Drucksensor, der ausgebildet ist, den Druck in der Druckleitung zu messen, und eine Druckregelvorrichtung auf, die ausgebildet ist, den von dem Drucksensor gemessenen Druck mit einem vorgegebenen Soll-Wert zu vergleichen und die Pumpe und/oder die Drossel so anzusteuern, dass sich der gemessene Wert dem vorgegebenen Soll-Wert annähert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 ein schematisches Funktionsschaltbild einer erfindungsgemäßen
Pumpvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen regelbaren Drossel; und
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen regelbaren Drossel.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Funktionsschaltbild einer erfindungsgemäßen
Pumpvorrichtung 2. Die Pumpvorrichtung 2 hat die Aufgabe, flüssiges Reduktionsmittel 6, wie z.B. eine wässrige Harnstofflösung ("AdBlue"), aus einem Reservoir (Tank) 4 zu entnehmen und unter definiertem Druck einer Einspritz- und Dosiereinheit 24 zuzuführen. Die Einspritz- und Dosiereinheit 24 spritzt im Betrieb das Reduktionsmittel 6 in einen in der Fig. 1 nicht gezeigten Abgasstrang eines ebenfalls nicht gezeigten Verbrennungsmotors ein.
Eine erfindungsgemäße Pumpvorrichtung 2 weist dazu eine Druckförderpumpe 10 auf, welche das einzuspritzende Fluid 6 über eine Saugleitung 8 aus dem Reservoir 4 ansaugt und über eine ausgangsseitig an die Druckförderpumpe 10 angeschlossene Druckleitung 12 unter erhöhtem Druck der Einspritz- und Dosiereinheit 24 zuführt.
Die Druckförderpumpe 10 wird vorzugsweise von einem Elektromotor 14 angetrieben, der von einer elektrischen Steuereinheit 16 angesteuert wird. An/in der Druckleitung 12 ist ein Drucksensor 22 vorgesehen, welcher den in der
Druckleitung 12 herrschenden Fluiddruck misst und das Messergebnis in Form eines Druckmesssignals einer Druckregeleinheit 20 zur Verfügung stellt. Die Druckregeleinheit 20 vergleicht den von dem Drucksensor 22 gemessenen Druck in der Druckleitung 12 mit einem vorgegebenen Solldruck und gibt ein entsprechendes Steuersignal an die
Steuereinheit 16 aus. Die Steuereinheit 16 steuert den Elektromotor 14 der
Druckförderpumpe 10 aufgrund des von der Druckregeleinheit 20 zur Verfügung gestellten Steuersignals derart an, dass die Druckförderpumpe 10 den gewünschten Solldruck in der Druckleitung 12 erzeugt. Von der Druckleitung 12 zweigt zwischen dem Ausgang der Druckförderpumpe 10 und der Einspritz- und Dosiereinheit 24 eine Rücklaufleitung 26 ab, die in dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zurück in das Fluidreservoir 4 führt. In einem nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel kann die Rücklaufleitung 26 auch in einem Bereich zwischen dem Fluidreservoir 4 und der Druckförderpumpe 10 in die Saugleitung 8 münden.
In der Rücklaufleitung 26 ist eine erfindungsgemäße regelbare Drossel 28 vorgesehen. Durch Regeln der Drossel 28 ist die durch die Rücklaufleitung 26 in das Fluidreservoir 4zurückfließende Fluidmenge einstellbar. Die regelbare Drossel 28 ist über eine
Steuerleitung 17 mit der Regelungseinheit 16 verbunden, welche den Duck in der
Druckleitung 12 so einerseits durch Regeln des Motors 14, der die Druckförderpumpe 10 antreibt, als auch durch Einstellen der Durchflussmenge durch die Drossel 28 variieren kann.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen regelbaren Drossel 28a.
Die regelbare Drossel 28a weist eine Grundplatte 30 auf, in der Fluid-Zulaufkanäle 32 ausgebildet sind, durch welche Fluid aus der Rücklaufleitung 26 in die Drossel 28a zuführbar ist.
Das in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Drossel 28a ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Achse A, die in der in der Fig. 2 gezeigten Darstellung waagerecht verläuft, ausgebildet. In der Grundplatte 30 ist ein Ablaufkanal 34
rotationssymmetrisch um die Achse A ausgebildet. Durch den Ablaufkanal 34 ist das Fluid aus der Drossel 28a abführbar.
Die Fluid-Zulaufkanäle 32 können, müssen aber nicht rotationssymmetrisch um die Achse A ausgebildet sein. Der Ablaufkanal 34 ist an seinem in der Fig. 2 rechts dargestellten Ende
kegelstumpfförmig aufgeweitet. Auf der in der Fig. 2 rechts dargestellten Seite der Grundplatte 30 ist mit Hilfe einer um den Ablaufkanal 34 umlaufenden Membranhalterung 40 eine rotationssymmetrisch um die Achse A ausgebildete, elastische Membran 36 befestigt. Die Ebene der Membran 36 verläuft im Wesentlichen in einem rechten Winkel zur Achse A parallel zur Grundplatte 30.
Die elastische Membran 36 weist in ihrem zentralen Bereich rund um die Achse A auf ihrer der Grundplatte 30 zugewandten (linken) Seite einen Drosselkörper 38a auf, der im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet und wenigstens teilweise in die
kegelstumpfförmige Aufweitung 35 des Ablaufkanals 34 eingeführt ist. Um den Umfang des kegelstumpfförmigen Drosselkörpers 38a ist so zwischen dem Drosselkörper 38a und der Grundplatte 30 ein Drosselspalt 37 ausgebildet, dessen Breite durch Bewegen der Membran 36 variierbar ist. Die Membran 36 ist mit Hilfe der Membranhalterung 40 fluiddicht an der Grundplatte 30 fixiert, so dass aus den Zulaufkanälen 32, die rund um den Ablaufkanal 34 in einen durch die Membran 36 und die Grundplatte 30 begrenzten Raum auf der rechten Seite der Grundplatte 30 münden, ausströmendes Fluid nur durch den Drosselspalt 37 aus dem begrenzten Raum in den Ablaufkanal 34 abfließen kann. Der Querschnitt des Drosselspaltes 37 ist durch Bewegen der Membran 36 und des Drosselkörpers 38a parallel zur Achse A variierbar.
An der von der Grundplatte 30 abgewandten Seite der Membran 36 befindet sich ein Verbindungselement 42, das mechanisch mit dem Drosselkörper 38a und/oder der Membran 36 verbunden ist.
Das Verbindungselement 42 ist in dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine rotationssymmetrisch um die Achse A ausgebildete Hülse 42, die mit einem Innengewinde 43 versehen ist.
In das Innengewinde 43 der Hülse 42 greift ein entsprechend ausgebildetes
Außengewinde 45 einer parallel zur Achse A angeordneten Welle 44 ein.
Die Welle 44 ist mit einem Stellmotor 46 verbunden, der vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet ist. Betreiben des Stellmotors 46 bewirkt eine Drehung der Welle 44 um die Achse A. Durch das Ineinandergreifen des auf dem Umfang der Welle 44 ausgebildeten Außengewindes 45 mit dem in dem hülsenförmigen Verbindungselement 42
ausgebildeten Innengewinde 43 wird beim Betreiben des Stellmotors 46 eine
translatorische Bewegung des Verbindungselements 42 in einer Richtung parallel zur Achse A bewirkt. Da das Verbindungselement 42 fest mit der elastischen Membran 36 und/oder dem Drosselkörper 38a verbunden ist, werden die Membran 36 und der Drosselkörper 38a beim Betreiben des Stellmotors 46 entsprechend parallel zur Achse A bewegt und die Größe des Drosselspaltes 37 wird variiert. Die Durchflussmenge durch den Drosselspalt 37 ist so durch Betreiben des Stellmotors 46 mit hoher Genauigkeit einstellbar. Wird als Stellmotors 14 ein Mikroschrittmotor verwendet, kann eine kostengünstige realisierbare regelbare Drossel 28a mit einem sehr genau einstellbaren Drosselverhalten bereitgestellt werden. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen regelbaren Drossel 28b. Diejenigen Merkmale, die denen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben. Im Gegensatz zu der Drossel 28a des ersten Ausführungsbeispiels weist die Drossel 28b im zweiten Ausführungsbeispiel einen im Wesentlichen sphärisch geformten
Drosselkörper 38b auf.
Es sind auch andere, in den Figuren nicht gezeigte, Formen für den Drosselkörper 38a, 38b möglich. Durch die Wahl der Form des Drosselkörpers 38a, 38b kann das
Drosselverhalten, d.h. die Durchflussmenge durch die Drossel 28a, 28b als Funktion der Position des Drosselkörpers 38a, 38b entlang der Achse A, definiert werden. Auch kann ein Drosselkörper 38a, 38b mit einer einfach und kostengünstig herstellbaren Form gewählt werden.
Die Drossel 28b des zweiten Ausführungsbeispiels weist keinen Spindelantrieb 42, 44 mit einem elektrischen Stellmotor 36 auf. Stattdessen ist die von der Grundplatte 30 abgewandte Seite der elastischen Membran 36 mechanisch derart mit einem
Piezoaktuator 48 verbunden, dass die Position der Membran 36 und des Drosselkörpers 38b durch Betreiben des Piezoaktuators 48 parallel zur Achse A veränderbar ist. Ein Piezoaktuator 48 stellt einen besonders wartungsarmen Antrieb zur Verfügung, der im Vergleich zu einem Spindelantrieb 42, 44 mit einem elektrischen Stellmotor 36 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel so gut wie keine mechanisch beweglichen Teile aufweist. Eine regelbare Drossel 28b, die von einem Piezoaktuator 48 angetrieben wird, ist daher besonders zuverlässig und wartungsarm.
Die Wahl der Form des Drosselkörpers 38a, 38b ist unabhängig von der Wahl des Antriebs, der zum Bewegen der Membran 36 verwendet wird. So kann ein Spindelantrieb 42, 44 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 28a ebenso mit einem sphärischen Drosselkörper 38b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel 28b kombiniert werden, wie ein Piezoaktuator 48 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel 28b mit einem
kegelstumpfförmigen Drosselkörpers 38a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 28a kombiniert werden kann. Eine erfindungsgemäße regelbare Drossel 28a, 28b, wie sie in den Figuren 2 und 3 beispielhaft gezeigt ist, ist im Vergleich zu den bisher bekannten variablen Drosseln (Proportionalventile) sehr kostengünstig und kann erfindungsgemäß für Dosiersysteme zur Abgasreduktion eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Pumpvorrichtung (2) für ein Dosiersystem zum Einspritzen eines Fluids (6) in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors mit: einer Pumpe (10), die ausgebildet ist, um Fluid (6) unter erhöhtem Druck in eine Druckleitung (12) auszugeben; einer Drossel (28, 28a, 28b), die hydraulisch mit der Druckleitung (12) verbunden ist, um einen Abfluss von Fluid (6) aus der Druckleitung (12) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (28, 28a, 28b) als regelbare Drossel (28, 28a, 28b) ausgebildet ist.
2. Pumpvorrichtung (2) nach Anspruch 1 , wobei die Drossel (28, 28a, 28b) eine bewegliche Membran (36) enthält.
3. Pumpvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drossel (28, 28a, 28b) einen Drosselkörper (38a, 38b) enthält, der vorzugsweise kegelförmig oder sphärisch ausgebildet ist.
4. Pumpvorrichtung (2) nach Anspruch 3, wobei der Drosselkörper (38a, 38b) aus Metall oder Kunststoff ausgebildet ist.
5. Pumpvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Drossel (28a) einen Antrieb (42, 44, 46) zum Bewegen der Membran (36) und/oder des Drosselkörpers (38a) aufweist, der vorzugsweise als Spindelantrieb (42, 44) mit einem elektrischen Stellmotor (46) ausgebildet ist.
6. Pumpvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Drossel (28b) einen piezoelektrischen Antrieb (48) aufweist, der zum Bewegen der Membran (36b) und/oder des Drosselkörpers (38b) ausgebildet ist.
7. Pumpvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Drossel (28, 28a, 28b) so angeordnet ist, dass sie einen Rückfluss von Fluid (6) in ein Reservoir (4) ermöglicht.
8. Pumpvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Drossel (28, 28a, 28b) so angeordnet ist, dass sie einen Rückfluss von Fluid (6) in eine Ansaugleitung (8) der Pumpe (10) ermöglicht.
9. Verfahren zum Einspritzen von Fluid (6) in den Abgasstrang eines
Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren umfasst, das Fluid (6) aus einem Reservoir (4) zu fördern und unter erhöhtem Druck in eine Druckleitung (12) auszugeben, wobei wenigstens ein Teil des Fluids (6) über eine Drossel (28, 28a, 28b) aus der Druckleitung (12) abgeführt wird, ohne in den Abgasstrang eingespritzt zu werden
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren einschließt, die Menge des durch die Drossel (28, 28a, 28b) abgeführten Fluids durch Einstellen der Drossel (28, 28a, 28b) zu regeln.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Durchflussmenge durch die Drossel (28, 28a, 28b) in Abhängigkeit von einer gewünschten Einspritzmenge und/oder einem gewünschten Druck in der Druckleitung (12) geregelt wird.
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