DE102017217891A1 - Fördermodul zur Förderung eines Fluids - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fördermodul (10) zur Förderung eines Fluids (13). Das Fördermodul (10) weist auf: eine Pumpe (14) zur Förderung des Fluids aus einem Tank (12) über eine Saugleitung, eine Förderleitung (16), welche mit einem Ausgang der Pumpe (14) verbunden ist, zur Förderung des Fluids (13) von der Pumpe (14) zu einem an das Fördermodul (10) anschließbaren Dosiermodul (20), und einen Druckspeicher (22), welcher mit der Förderleitung (16) zwischen der Pumpe (14) und dem Dosiermodul (20) verbunden ist. Ferner weist das Fördermodul (10) eine Rückleitung (30) auf, welche die Förderleitung (16) mit dem Tank (12) verbindet, wobei die Rückleitung (30) eine Drossel (32) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fördermodul zur Förderung eines Fluids.
  • Stand der Technik
  • Aufgrund stetig steigender gesetzlicher Anforderungen an die Emissionswerte von Verbrennungsmotoren werden zur Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte die Abgase aus Verbrennungsmotoren einer Nachbehandlung unterzogen. Zur Erfüllung dieser Grenzwerte kommen stromabwärts des Verbrennungsmotors Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, deren Ziel es ist, die Partikel- und Stickoxidkonzentration im Abgas zu senken. Die hierfür verwendeten Filter und Katalysatoren erfordern, dass bestimmte Oxidations-/Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht werden.
  • Typischerweise sind solche Mittel Kohlenwasserstoffe oder Harnstoff-Wasser-Lösungen. Die genannten Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Diesel-Kraftstoff, werden einerseits zur exothermen chemischen Umsetzung in einem Oxidationskatalysator (DOC) eingesetzt mit dem Ziel, einen Diesel-Partikelfilter (DPF) zu regenerieren.
  • Andererseits werden die oben genannten Kohlenwasserstoffe zur sogenannten Anfettung des Abgases mit dem Ziel der NOx-Speicherkatalysator-Regeneration eingesetzt bzw. zur Herbeiführung des sogenannten „DiAir“-Effekts.
  • Die oben genannten Harnstoff-Wasser-Lösungen werden zur selektiven katalytischen Reduktion in einem SCR-Katalysator eingesetzt. Die als Reduktionsmittel verwendete Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) wird mit Hilfe eines Fördermoduls im Dosiermodus aus einem Tank zu einem Dosiermodul gefördert, welches den notwendigen HWL-Mengenstrom als Spray in den Abgasstrang abgibt. Aufgrund des verwendeten Pumpenkonzepts sowie den Druck- und Dosiermengenanforderungen ist es erforderlich, den HWL-Kreislauf zwischen Fördermodul und Tank auch dann aufrecht zu erhalten, wenn sich das System nicht im Dosiermodus befindet. Dieser Rücklauf zum Tank erfolgt z. B. über eine Drossel oder über ein federbelastetes Rückschlagventil. Diese Elemente sind angepasst an das Soll-Druckniveau vor dem Injektor und die Pumpenleistung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Fördermodul zur Förderung eines Fluids weist eine Pumpe auf, welche dazu vorgesehen ist, das Fluid aus einem Tank über eine Saugleitung zu fördern.
  • Ferner weist das Fördermodul eine mit einem Ausgang der Pumpe verbundene Förderleitung auf, welche zur Förderung des Fluids von der Pumpe zu einem an das Fördermodul anschließbaren Dosiermodul vorgesehen ist.
  • Das Fördermodul weist ferner einen Druckspeicher auf, welcher mit der Förderleitung zwischen der Pumpe und dem Dosiermodul verbunden ist.
  • Das Fördermodul weist ebenfalls eine Rückleitung auf, welche die Förderleitung mit dem Tank verbindet. Die Rückleitung weist eine Drossel auf. Durch die Kombination der Rückleitung mit dem Druckspeicher können die Anforderungen an die Pumpe vorteilhafterweise reduziert werden.
  • Alternativ kann der Druckspeicher an oder in der Förderleitung angeordnet sein. Der Druckspeicher kann auch in der Rückleitung vor der Drossel angeordnet sein. Es ist jedoch bevorzugt, dass der Druckspeicher in der Nähe zur Drossel angeordnet ist, falls eine Kopplung zwischen dem Druckspeicher und der Drossel rein mechanisch erfolgen soll.
  • Der Druckspeicher ist bevorzugt ein Druck-Pulsations-Dämpfer oder Druck-Pulsations-Speicher.
  • Der Druck im Druckspeicher ist vom Umgebungsdruck unabhängig. Dies hat den Vorteil, dass keine luftdruckabhängige Dosiermengenverringerung, z.B. in großen Höhen, auftritt.
  • Der Druckspeicher trägt weiterhin vorteilhafterweise zu einer bedarfsgerechteren Bereitstellung des Betriebsdrucks und der Dosiermenge bei.
  • Die Pumpe des Fördermoduls kann bevorzugt eine Förderpumpe sein, welche bevorzugt als Membranpumpe ausgeführt ist. Es ist weiter bevorzugt, dass das Fördermodul eine Rückförderpumpe aufweist. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass das Fluid nicht nur zu einem Abgasnachbehandlungssystem gefördert werden kann, sondern auch überschüssiges Reduktionsmittel rückgefördert werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verbindet die Rückleitung die Förderleitung mit dem Tank zwischen dem Dosiermodul und der Pumpe.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drossel variabel oder einstellbar. Dies hat den Vorteil, dass man auf einen kontinuierlichen Pumpenbetrieb verzichten kann.
  • Ein Vorteil besteht darin, dass die Pumpenleistung und die Breite des Pumpendrehzahlbereichs reduziert werden können. Hierbei kann die Pumpe für einen sehr engen Arbeitsdrehzahlbereich optimiert werden. Sehr hohe Pumpendrehzahlen sind nicht mehr erforderlich, da Dosiermengenbedarfsspitzen durch das gemeinsame Wirken von Pumpe und Druckspeicher abgedeckt werden können. Weiterhin ist ein Anlaufen bzw. Betrieb der Pumpe bei sehr kleinen Drehzahlen nicht erforderlich, da kleine Dosiermengen ausschließlich aus dem Speicher bedient werden können.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für das Befüllen des Druckspeichers eine Pumpendrehzahl im mittleren Bereich genügt.
  • Aus dem oben Gesagten ergibt sich weiterhin, dass Pumpenenergie eingespart wird. Dies liegt daran, dass die Pumpe intermittierend, insbesondere mit Hysterese, betrieben wird. Z.B. erfolgt eine Aktivierung der Pumpe erst dann, wenn der Druck im Druckspeicher um 2 bar abgefallen ist.
  • Die Funktion des Druckspeichers wird durch die variable Drossel ergänzt oder unterstützt.
  • Durch die Drossel kann der Rücksaugmodus auch bei geschlossenem Dosierventil für eine Entleerung des Fördermoduls samt Druckspeicher sorgen. Dies wird z.B. zum Zwecke der Eisdruckvermeidung beim Einfrieren durchgeführt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Drosselwirkung der Drossel eine Funktion eines Drucks. Dies hat den Vorteil, dass die Wirkung der Drossel in Abhängigkeit des Systemdrucks sehr variabel verändert werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Drosselwirkung der Drossel in Abhängigkeit einer Befüllung des Druckspeichers verändert. Dies hat den Vorteil, dass die Wirkung der Drossel in Abhängigkeit der Befüllung des Druckspeichers sehr variabel verändert werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Korrelation zwischen der Drosselwirkung der Drossel und dem Druck positiv, negativ, linear, nichtlinear oder binär. Hierbei bedeutet positive Korrelation, dass eine Erhöhung des Drucks eine Vergrößerung der Öffnung der Drossel bewirkt. Dementsprechend bedeutet negative Korrelation, dass eine Erhöhung des Drucks eine Verkleinerung der Öffnung der Drossel bewirkt. Bei einer linearen Korrelation zwischen dem Druck und der Drosselwirkung der Drossel besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem Druck und der Drosselwirkung. Bei einer nichtlinearen Korrelation zwischen dem Druck und der Drosselwirkung der Drossel besteht zwischen dem Druck und der Drosselwirkung ein beliebiger funktionaler Zusammenhang. Bei einer binären Korrelation entspricht die Drosselstelle einem Schaltventil, welches in einem ersten definierten Druckbereich vollständig geschlossen ist und in einem zweiten definierten Druckbereich vollständig geöffnet ist und dabei einen konstanten Drosselquerschnitt freigibt.
  • Beispielsweise kann sich bei vollem Druckspeicher und ausgeschalteter Pumpe die Drossel vollständig schließen, so dass der Druck im System gehalten wird und ein Dosierbeginn zu einem beliebigen Zeitpunkt ausschließlich aus dem Druckspeicher bedient werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel öffnet sich ab einem bestimmten Druckniveau die Drossel bis zu einer definierten Weite, um bei vollgefülltem Druckspeicher Druckspitzen aus dem System abzuleiten zu können.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fördermodul einen Drucksensor in der Förderleitung oder der Rückleitung auf. Dort kann der für die Drosselung relevante Druck vorteilhafterweise am genausten gemessen werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Drossel mithilfe eines elektrischen Aktors eingestellt. Dadurch kann die Drosselwirkung der Drossel vorteilhafterweise in sehr variabler Weise eingestellt werden. So kann zum Beispiel auch falls zu unterschiedlichen Zeitenpunkten ein identischer Druck herrscht, eine unterschiedliche Drosselwirkung eingestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drossel mit dem Druckspeicher mechanisch gekoppelt oder verbunden. Besonders bevorzugt ist die Drossel mit dem Druckspeicher rein mechanisch gekoppelt oder verbunden. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine billig herzustellende und wartungsarme Kopplung oder Verbindung erreicht. Dies kann zum Beispiel durch eine dynamische Drossel erreicht werden. Der Druckspeicher erfüllt seine Funktion durch Aufnahme und Abgabe des Fluids, d.h. er muss mindestens ein bewegliches Bauteil haben, z.B. eine Membran oder einen Kolben. Diese Bewegung kann mit üblichen mechanischen Mitteln, z.B. Stangen, (Zahn-)Räder, Riemen, Federn, Züge, Hydraulikleitungen etc. auf die verstellbare Drossel übertragen werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fluid ein Reduktionsmittel oder Reaktionsmittel zur Abgasnachbehandlung. Im Falle eines SCR-Katalysators ist das Reduktionsmittel z.B. eine Harnstoff-Wasser-Lösung.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform weist ferner ein erstes Rückschlagventil in der Saugleitung und ein zweites Rückschlagventil in der Förderleitung auf. Dies hat den Vorteil, dass das Fluid nur dann in die Förderleitung gelangen kann, wenn die Pumpe einen genügend großen Druck aufgebaut hat. Ferner kann kein Fluid von der Förderleitung zurück zu Pumpe fließen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform weist ferner ein 4/2-Wegeventil auf, welches in einer ersten Schaltstellung einen ersten Abschnitt der Saugleitung mit einem zweiten Abschnitt der Saugleitung und einen ersten Abschnitt der Förderleitung mit einem zweiten Abschnitt der Förderleitung verbindet, und welches in einer zweiten Schaltstellung den ersten Abschnitt der Saugleitung mit dem ersten Abschnitt der Förderleitung und den zweiten Abschnitt der Förderleitung mit dem zweiten Abschnitt der Saugleitung verbindet. Durch Umschalten des Wegeventils kann vorteilhafterweise Fluid aus der Förderleitung in den Tank rückgepumpt werden.
  • Falls dieses Wegeventil zusammen mit den oben genannten Rückschlagventil benutzt wird, ist es ist bevorzugt, dass die Rückschlagventile pumpenseitig angeordnet sind.
  • Figurenliste
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fördermoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • In 1 zeigt ein Fördermodul 10. Das Fördermodul 10 ist hierbei mithilfe einer gestrichelten, geschlossenen Linie von einem Tank 12 und einem Dosiermodul 20 abgegrenzt. Eine Pumpe 14, welche hier eine Membranpumpe ist und über einen Motor 15 verfügt, fördert über eine Saugleitung 17 über einen Filter 11 gefiltertes Fluid 13, welches hier Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) ist, aus dem Tank 12. Nachdem die Saugleitung 17 in das Fördermodul 10 eingetreten ist, durchläuft das Fluid 13 einen weiteren Filter 11. Nach diesem Filter 11 ist die Saugleitung 17 mit einem 4/2-Wegeventil 40 verbunden. Vor dem Wegeventil 40 wird die Saugleitung 17 als erster Abschnitt 17.1 der Saugleitung 17 und nach dem Wegeventil 40 wird die Saugleitung 17 als zweiter Abschnitt 17.2 der Saugleitung 17 bezeichnet. Für den zweiten Anschluss des Wegeventils 40 wird eine Förderleitung 16 der Pumpe 14 benutzt. Hierbei wird der Abschnitt der Förderleitung 16, welcher von der Pumpe 14 in das Wegeventil 40 führt als zweiter Abschnitt 16.2 der Förderleitung 16 bezeichnet und der auf der anderen Seite des Wegeventils 40 gelegene Abschnitt als erster Abschnitt 16.1 der Förderleitung 16 bezeichnet.
  • Der zweite Abschnitt 17.2 der Saugleitung 17 führt vom Wegeventil 40 zu einem Rückschlagventil 36, wonach die Saugleitung in die Pumpe 14 mündet.
  • Das von der Pumpe 14 geförderte Fluid 13 verlässt die Pumpe 14 durch die Förderleitung 16 und trifft sodann auf ein weiteres Rückschlagventil 38. Nach diesem Rückschlagventil 38 liegt der oben genannte zweite Abschnitt 16.2 der Förderleitung 16.
  • In einer ersten Schaltstellung des 4/2-Wegeventils 40 ist der erste Abschnitt 17.1 der Saugleitung 17 mit dem zweiten Abschnitt 17.2 der Saugleitung 17 und der erste Abschnitt 16.1 der Förderleitung 16 mit dem zweiten Abschnitt 16.2 der Förderleitung 16 verbunden. In der ersten Schaltstellung fördert die Pumpe 14 Fluid 13 aus dem Tank in die Förderleitung 16.
  • In einer zweiten Schaltstellung des 4/2-Wegeventils 40 ist der erste Abschnitt 17.1 der Saugleitung 17 mit dem ersten Abschnitt 16.1 der Förderleitung 16 und der zweite Abschnitt 16.2 der Förderleitung 16 mit dem zweiten Abschnitt 17.2 der Saugleitung 17 verbunden. In der zweiten Schaltstellung pumpt die Pumpe 14 Fluid 13 aus der Förderleitung 16 zurück in den Tank 12.
  • Ein Druckspeicher 22 ist mit der Förderleitung 16 zwischen der Pumpe 14 und dem Dosiermodul 20 verbunden.
  • Eine Rückleitung 30 verbindet die Förderleitung 16 zwischen dem Druckspeicher 22 und dem Dosiermodul 20 mit dem Tank 12. Nach der Abzweigung der Rückleitung 30 von der Förderleitung 16 ist zunächst ein Drucksensor 34, danach ein weiterer Filter 11 und schließlich eine einstellbare Drossel 32 angeordnet. Zwischen dem Druckspeicher 22 und der Drossel 32 ist eine mechanische Verbindung 42 angeordnet, welche die Drossel 32 mit dem Druckspeicher 22 mechanisch koppelt.
  • An einem Ausgang 44 endet die Förderleitung 16. Das Dosiermodul 20 kann hier mit der Förderleitung 16 verbunden werden.

Claims (10)

  1. Fördermodul (10) zur Förderung eines Fluids (13), aufweisend: eine Pumpe (14) zur Förderung des Fluids aus einem Tank (12) über eine Saugleitung; eine Förderleitung (16), welche mit einem Ausgang der Pumpe (14) verbunden ist, zur Förderung des Fluids (13) von der Pumpe (14) zu einem an das Fördermodul (10) anschließbaren Dosiermodul (20); und einen Druckspeicher (22), welcher mit der Förderleitung (16) zwischen der Pumpe (14) und dem Dosiermodul (20) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Rückleitung (30), welche die Förderleitung (16) mit dem Tank (12) verbindet, wobei die Rückleitung (30) eine Drossel (32) aufweist.
  2. Fördermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückleitung (30) die Förderleitung (16) mit dem Tank (12) zwischen dem Dosiermodul (20) und dem Punkt, an dem der Druckspeicher (22) mit der Förderleitung verbunden ist, verbindet.
  3. Fördermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (32) variabel ist.
  4. Fördermodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselwirkung der Drossel (32) eine Funktion eines Drucks ist.
  5. Fördermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrelation zwischen der Drosselwirkung der Drossel (32) und dem Druck positiv, negativ, linear, nichtlinear oder binär ist.
  6. Fördermodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner aufweisend: einen Drucksensor (34) in der Förderleitung (16) oder der Rückleitung (30).
  7. Fördermodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (32) mithilfe eines elektrischen Aktors eingestellt wird oder mit dem Druckspeicher (22) mechanisch gekoppelt ist.
  8. Fördermodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (13) ein Reduktionsmittel oder Reaktionsmittel zur Abgasnachbehandlung ist.
  9. Fördermodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein erstes Rückschlagventil (36) in der Saugleitung (17) und ein zweites Rückschlagventil (38) in der Förderleitung (16).
  10. Fördermodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein 4/2-Wegeventil (40), welches in einer ersten Schaltstellung einen ersten Abschnitt (17.1) der Saugleitung (17) mit einem zweiten Abschnitt (17.2) der Saugleitung (17) und einen ersten Abschnitt (16.1) der Förderleitung (16) mit einem zweiten Abschnitt (16.2) der Förderleitung (16) verbindet, und welches in einer zweiten Schaltstellung den ersten Abschnitt (17.1) der Saugleitung (17) mit dem ersten Abschnitt (16.1) der Förderleitung (16) und den zweiten Abschnitt (16.2) der Förderleitung (16) mit dem zweiten Abschnitt (17.2) der Saugleitung (17) verbindet.
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