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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Fördermodul zur Förderung einer Flüssigkeit, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Dosiersystem mit einem solchen Fördermodul.
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Stand der Technik
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Aufgrund stetig steigender gesetzlicher Anforderungen an die Emissionswerte von Verbrennungsmotoren werden zur Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte die Abgase aus Verbrennungsmotoren einer Nachbehandlung unterzogen. Zur Reduzierung des Stickoxidausstosses, insbesondere bei Dieselmotoren, werden Reduktionskatalysatoren eingesetzt, mittels derer die Stickoxid-Emissionen (NOx) deutlich abgesenkt werden können. Bevor die Abgase in den Katalysator gelangen, wird ihnen ein Reduktionsmittel zugeführt, wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, welche die Bildung von Ammoniak bewirkt, das wiederum mit den Stickoxiden im nachgeschalteten Katalysator zu harmlosem Stickstoff und Wasser reagiert. Die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung erfolgt über Dosiersysteme, die in der Regel einen Vorratstank zur Bevorratung des Rdeuktionsmittels, und ein Dosiermodul, wie beispielsweise eine Dosierpumpe oder ein Dosierventil, umfassen. Ferner bedarf es eines Fördermoduls, um das im Vorratstank bevorratete Reduktionsmittel dem Dosiermodul zuzuführen.
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Bei den Dosiersystemen der vorstehend genannten Art handelt es sich in der Regel um druckgeregelte hydraulische Systeme. Ein solches Dosiersystem wird beispielsweise in der
DE 10 2004 054 238 A1 beschrieben. Um ein Einfrieren der wässrigen Harnstofflösung bei niedrigen Außentemperaturen und damit ggf. eine Beschädigung des Systems zu verhindern, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, wenigstens einen mit Flüssigkeit beaufschlagten Bereich zwischen einer Dosierstelle und einem Vorratstank entgegengesetzt zu einer Normalbetrieb-Förderrichtung der Flüssigkeit zu entleeren. Hierzu weist das Dosiersystem vorzugsweise eine Förderpumpe mit umkehrbarer Förderrichtung auf. Alternativ wird eine Umkehr der Förderrichtung durch Einsatz geeigneter Ventile, beispielsweise 4/2-Wege-Ventile, vorgeschlagen. Ein 4/2-Wege-Ventil ist in Abhängigkeit von der jeweiligen Ventilstellung in die eine oder in die andere Förderrichtung durchlässig. Ferner wird der Einsatz von Heizelementen vorgeschlagen, um ein Einfrieren der Flüssigkeit im Leitungssystem zu verhindern.
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Des Weiteren geht aus der vorstehend genannten Druckschrift ein Bypass-Ventil zur Umgehung der Förderpumpe hervor, welches bei einem zu hohen Druck in einer Normalbetrieb-Förderrichtung stromab der Förderpumpe öffnet. Über das Bypass-Ventil und eine Bypass-Leitung zur Aufnahme des Bypass-Ventils kann somit ein Druckausgleich erfolgen.
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Es kann bei Dosiersystemen zur Druckregelung des druckgesteuerten hydraulischen Systems eine Rücklaufleitung zum Vorratstank vorgesehen sein, wobei die Rücklaufleitung stromab der Förderpumpe über ein Rückschlagventil an das Leitungssystem angeschlossen ist. Auch die Rücklaufleitung kann mit Heizelementen beheizt werden, um ein Einfrieren der in der Rücklaufleitung befindlichen Flüssigkeit zu verhindern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fördermodul für eine Flüssigkeit, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, bereit zu stellen, das bauraumschonend und einfach aufgebaut ist. Insbesondere soll das Fördermodul eine reduzierte Anzahl hydraulischer Komponenten umfassen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fördermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Fördermodul umfasst wenigstens eine Förderpumpe, deren Förderrichtung mittels eines 4/2-Wege-Ventils änderbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Fördermodul ferner eine parallel zur Förderpumpe geschaltete Drossel als Druckregler umfasst, welche in das 4/2-Wege-Ventil integriert ist. Im Normalbetrieb des Fördermoduls bzw. der Förderpumpe ermöglicht die parallel geschaltete Drossel durch eine gezielt herbeigeführte interne Leckage einen Druckausgleich und damit eine Regelung des hydraulischen Drucks. Aufgrund der im 4/2-Wege-Ventil angeordneten Drossel ist eine aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannte, separate Rücklaufleitung sowie ein Rückschlagventil zum Anschluss der Rücklaufleitung an das Leitungssystem entbehrlich. Die Integration der Drossel in das 4/2-Wege-Ventil und der Verzicht auf eine separate Rücklaufleitung einschließlich Rückschlagventil führen nicht nur zu einem geringeren Bauvolumen, sondern vereinfachen zudem die Monatge. Ferner können mit der Rücklaufleitung in Zusammenhang stehende weitere Komponenten, wie beispielsweise Heizelemente und/oder Anschlussbauteile, entfallen. Ein solches Fördermodul zeichnet sich demnach auch duch eine kostengünstige Herstellung aus. Die Reglung des hydraulischen Drucks erfolgt bei einem erfindungsgemäßen Fördermodul über die im 4/2-Wege-Ventil intergrierte Drossel, die eine gezielte interne Leckage bewirkt. Dabei führt die Anordnung der Drossel im 4/2-Wege-Ventil zu einer kompaktbauenden Ausgestaltung des Fördermoduls.
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Vorzugsweise ist die im 4/2-Wege-Ventil integrierte Drossel in einem parallel zu einem Strömungsweg des Ventils geschalteten weiteren Strömungsweg ausgebildet. Über den weiteren Strömungsweg erfolgt dann die gezielte interne Leckage. Das heißt, dass im Normalbetrieb des Fördermoduls bzw. der Förderpumpe über den parallel geschalteten Strömungsweg und der hierin ausgebildeten Drossel ein Druckausgleich dadurch bewirkt wird, dass ein Teil der zu fördernden Flüssigkeit entgegengesetzt zur Förderrichtung über den parallelen Strömungsweg und die Drossel abgeführt wird. Im Rücksaugbetrieb dagegen besitzt die Drossel aufgrund der Parallelschaltung keine negativen Auswirkungen auf das Rücksaugverhalten.
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Vorteilhafterweise umfasst das Fördermodul ferner einen Drucksensor. Der Drucksensor ist bevorzugt stromab der Förderpumpe angeordnet und erfasst den dort anstehenden hydraulischen Druck. Die über den Drucksensor erfassten Messwerte können zur Regelung des hydraulischen Drucks eingesetzt werden, indem die zum Druckausgleich erforderliche Abflussmenge bestimmt wird.
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Um das Fördermodul kompaktbauend zu halten ist vorzgusweise der Drucksensor ebenfalls in das 4/2-Wege-Ventil integriert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drucksensor im Deckel des 4/2-Wege-Ventils aufgenommen. Durch eine entsprechende Anordnung kann das Bauvolumen des Fördermoduls weiterhin deutlich reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Fördermodul ferner einen Filter. Durch die Anordnung eines Filters können etwaige in der Flüssigkeit enthaltene unerwünschte Partikel vor Erreichen des Dosiermoduls herausgefiltert werden, so dass das Dosiermodul einem geringeren Verschleiß unterliegt.
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Weiterhin vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Fördermodul Bestandteil eines Dosiersystems zum Eindosieren einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine. Das Dosiersystem umfasst ferner ein Dosiermodul, beispielsweise ein Dosierventil, mittels dessen die wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrom vorzugsweise eingesprüht oder eingespritzt werden kann. Denn beim Sprühen oder Spritzen bilden sich feine Tröpfchen, die eine besonders gleichmäßige Verteilung des Reduktionsittels im Abgasstrom bewirken.
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Des Weiteren umfasst ein solches Dosiersystem ein Leitungssystem zur Verbindung des Dosiermoduls mit dem Fördermodul und zum Anschluss des Fördermoduls an einen Vorratstank, in dem die wässrige Harnstofflösung bevorratet ist. Eine Reihenschaltung der Module wird durch das 4/2-Wege-Ventil ermöglicht, da über die jeweilige Schaltstellung des Ventils die Förderrichtung geändert werden kann, so dass die Flüssigkeit in Normalbetrieb-Förderrichtung und in Rücksaugbetrieb-Förderrichtung durch das Leitungssystem gefördert werden kann. Die Ausbildung eines kreislaufbildenden Leitungssystems ist damit entbehrlich und Leitungswege können eingespart werden.
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Das vorgeschlagene Dosiersystem bildet selbst bei reduzierter Anzahl hydraulischer Komponenten ein vollständiges, druckgeregeltes hydraulisches System aus, das in der Lage ist, ein Medium in zwei Richtungen zu fördern. Das System umfasst als wesentliche hydraulische Komponenten wenigstens ein Fördermodul mit einem 4/2-Wege-Ventil und einer Drossel sowie ein Dosiermodul.
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Zur Druckregelung wird die im 4/2-Wege-Ventil integrierte Drossel eingesetzt. Über einen parallel zu den eigentlichen Strömungswegen geschalteten weiteren Strömungsweg wird über eine gezielte interne Leckage ein Druckausgleich bewirkt. Zur Änderung der Förderrichtung wird das 4/2-Wege-Ventil betätigt, dessen Schaltstellungen einen Normalbetrieb und einen Rücksaugbetrieb ermöglichen. Die wenigen hydraulischen Komponenten bewirken, dass das System kompaktbauend und einfach gestaltet werden kann.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Dosiersystems,
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2a und b eine schematische Darstellung der Strömungswege im Bereich eines Fördermoduls und
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3a und b eine schematische Darstellung der Strömungswege im Bereich eines erfindungsgemäßen Fördermoduls.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Der 1 ist ein Dosiersystem zu entnehmen, das der Zuführung einer wässrigen Harnstofflösung als Reduktionsmittel in den Abgasstrom 12 einer Brennkraftmaschine dient. Zur Bevorratung der wässrigen Harnstofflösung ist ein Vorratstank 5 vorgesehen, der über ein Leitungssystem 4 in Verbindung mit einem Dosierventil als Dosiermodul 6 in Verbindung steht. Ein zwischen dem Vorratstank 5 und dem Dosiermodul 6 angeordnetes Fördermodul 1 dient der Förderung der wässrigen Harnstofflösung durch das Leitungssystem 4. Das Fördermodul 1 umfasst eine Förderpumpe 2 sowie ein 4/2-Wege-Ventil 3, das in Abhängigkeit von der jeweiligen Schaltstellung des Ventils 3 eine Änderung der Förderrichtung bewirkt. In einer ersten, den Normalbetrieb darstellenden Schaltstellung wird wässrige Harnstofflösung vom Vorratstank 5 zum Dosiermodul 6 gefördert, während in einer zweiten, den Rücksaugbetrieb darstellenden Schaltstellung die Förderrichtung entgegengesetzt ist. Letztere ermöglicht eine Entleerung des Leitungssystems 4, beispielsweise um bei niedrigen Außentemperaturen ein Einfrieren der wässrigen Harnstofflösung und eine ggf. damit verbundene Beschädigung des Systems zu verhindern. Der Eisbildung im Leitungssystem 4 wird auch dadurch entgegen gewirkt, dass ein Wärmeeintrag in das Leitungssystem 4 über Heizelemente 13 erfolgt. Hierzu werden um bestimmte Abschnitte des Leitungssystems 4 Wärmeleithülsen gelegt.
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Darüber hinaus weist das in 1 dargestellte Dosiersystem eine direkt mit dem Vorratstank 5 verbundene Rücklaufleitung 14 auf, die über ein Rückschlagventil 15 an das Leitungssystem 4 angeschlossen ist. Bei einem zu hohen hydraulischen Druck im Bereich stromab der Förderpumpe 2 kann über das Rückschlagventil 15 und die Rücklaufleitung 14 ein Teil der wässrigen Harnstofflösung zurück in den Vorratstank 5 geführt werden, so dass das System druckausgeglichen ist. Ferner kann in der Rücklaufleitung 14 eine Drossel 7 angeordnet sein (siehe 1, 2a und 2b). Die Komponenten Drossel, Rückschlagventil und Rücklaufleitung dienen vorrangig dem Erhalt einer gewissen Leerlaufdrehzahl.
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Das Fördermodul 1 des Dosiersystems der 1 umfasst des Weiteren einen Drucksensor 10 zur Erfassung des hydraulischen Drucks innerhalb des Leitungssystems 4 sowie einen Filter 11, der unerwünschte Partikel aus der wässrigen Harnstofflösung entfernt bevor die wässrige Harnstofflösung dem Dosierventil zugeführt wird.
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Die Funktionsweise eines solchen Dosiersystems wird anhand der 2a und 2b dargestellt. Im Normalbetrieb (siehe 2a) wird über eine Förderpumpe 2 wässrige Harnstofflösung aus einem Vorratstank 5 angesaugt und einem Dosiermodul 6 zugeführt. Über das Dosiermodul 6 wird die wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrom 12 einer Brennkraftmaschine eingesprüht bzw. eingespritzt (siehe 1). Der beim Anfahren einer gewünschten Dosiermenge erforderlichen Druck wird über eine Drossel 7 sichergestellt, die in einer Rücklaufleitung 14 angeordnet ist, da die Drossel 7 und die Rücklaufleitung 14 den Erhalt einer gewissen Leerlaufdrehzahl der Förderpumpe 2 ermöglichen. Der Drossel 7 ist ein Rückschlagventil 15 vorgeschaltet, das nur bei einem erforderlichen Druckausgleich öffnet.
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2b zeigt die Schaltstellung des 4/2-Wege-Ventils 3 im Rücksaugbetrieb. Die Förderrichtung im Rücksaugbetrieb ist entgegengesetzt zur Förderrichtung im Normalbetrieb. Die Förderpumpe 2 wird somit in umgekehrter Richtung durchströmt. Bei einer entsprechenden Schaltstellung des 4/2-Wege-Ventils 3, das heißt im Rücksaugbetrieb, ist eine vollständige Entleerung des Leitungssystems 4 möglich. Dies ist besonderes dann von Vorteil, wenn ein Einfrieren der wässrigen Harnstofflösung bei niedrigen Außentemperaturen verhindert werden soll. Die vorstehend in Zusammenhang mit der 2a beschriebenen Funktionen der Drossel 7, des Rückschlagventils 15 und der Rücklaufleitung 14 bleiben erhalten. Dies ist unabhängig davon, ob zur Änderung der Förderrichtung ein 4/2-Wege-Ventil 3 (wie in den 2a und 2b dargestellt) oder anstelle eines solchen Ventils 3 eine Förderpumpe 2 mit umkehrbarer Förderrichtung Einsatz findet. Zur Realisierung eines Rücksaugbetriebes kann als weitere Möglichkeit auch eine zweite Pumpe mit entgegengesetzter Förderrichtung eingesetzt werden.
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Den 3a und 3b ist ein erfindungsgemäßes Fördermodul 1 zu entnehmen. Es unterscheidet sich von dem der 2a und 2b durch eine Verlagerung der Drossel 7 in das 4/2-Wege-Ventil 3. Die Anordung der Drossel 7 erfolgt in einem weiteren Strömungsweg 9, der parallel zu den eigentlichen Strömungswegen 8 des Ventils 3 geschaltet ist, so dass im Normalbetrieb (siehe 3a) des Fördermoduls 1 die Förderpumpe 2 umgangen werden kann. Auf diese Weise wird eine gezielte interne Leckage über den Strömungsweg 9 bewirkt, wobei die Leckagemenge wieder dem 4/2-Wege-Ventil 3 im Bereich der Ansaugseite des Fördermoduls 1 zugeführt wird. Die Anordnung einer separaten Rücklaufleitung 14 und eines Rückschlagventils 15 ist somit entbehrlich. Das dargestellte Fördermodul 1 zeichnet sich daher nicht nur durch eine Verlagerung der Drossel 7, sondern auch durch eine Reduzierung der Anzahl der hydraulischen Komponenten aus.
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Aufgrund der Parallelschaltung zum eigentlichen Strömungsweg 8 des Ventils 3 hat die Drossel 7 im Rücksaugbetrieb (siehe 3b) des Fördermoduls 1 keinen Einfluss auf die Fördermenge. Das heißt, dass eine Entleerung des Leitungssystems 4 in derselben Weise wie bei dem in der 2b dargestellten Beispiel erfolgen kann, da der freigeschaltete Strömungsweg 8 eine Umgehung der Drossel 7 ermöglicht.
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Das vorgeschlagene erfindungsgemäße Fördermodul 1 ist in allen druckgeregelten, hydraulischen Systemen mit einem 4/2-Wege-Ventil einsetzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004054238 A1 [0003]
