DE102008000594A1

DE102008000594A1 - Vorrichtung zum Entleeren einer Reduktionsmittelvorrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008000594A1
Application number: DE102008000594A
Authority: DE
Inventors: Uwe Liskow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entleeren einer Reduktionsmittelvorrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere von deren Abgasanlage, wobei die Vorrichtung bei einer Abschaltung der Reduktionsmittelvorrichtung Reduktionsmittel in einen Reduktionsmitteltank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich der Vorrichtung oder der Reduktionsmittelvorrichtung zurückführt. Es ist vorgesehen, dass eine mechanische Saug- und/oder Druckvorrichtung (37), deren Saug- und/oder Druckorgan (38) mittels mindestens eines mechanischen Energiespeichers, insbesondere Feder (31), für einen das Reduktionsmittel in den Reduktionsmitteltank (2) und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich befördernden Saug- und/oder Druckvorgang beaufschlagbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entleeren einer Reduktionsmittelvorrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung bei einer Abschaltung der Reduktionsmittelvorrichtung Reduktionsmittel in einen Reduktionsmitteltank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich der Vorrichtung oder der Reduktionsmittelvorrichtung zurückführt. Es ist vorgesehen, dass das Reduktionsmittel mittels eines von einem mechanischen Energiespeicher betätigten oder ausgeführten Saug- oder Druckvorgangs in den Reduktionsmitteltank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich rückgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entleeren einer Reduktionsmittelvorrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung bei einer Abschaltung der Reduktionsmittelvorrichtung Reduktionsmittel in einen Reduktionsmitteltank zurückführt.
Stand der Technik
Abgasreinigungssysteme moderner Fahrzeuge weisen beispielsweise Stickstoffoxyd-Reduktionssysteme (DeNOx-Systeme) auf. Im Stand der Technik ist es hierbei geläufig, solchen DeNOx-Systemen ein Reduktionsmittel zuzuführen, beispielsweise eine Harnstoffwasserlösung für AdBlue-Anwendungen. Solche Dosiersysteme werden nach dem Abstellen des Motors weitgehend leer gesaugt, um ein eventuelles Einfrieren zu verhindern, da das Reduktionsmittel einen relativ hoch liegenden Gefrierpunkt hat. Um Schäden beispielsweise am Dosierventil durch eventuell auftretenden Eisdruck zu vermeiden, erfolgt demzufolge eine Entleerung des Systems. Im Stand der Technik geschieht dies durch Umschalten der Förderrichtung der Förderpumpe beziehungsweise Dosierpumpe oder durch Ventile an der Förderpumpe, die entsprechend elektrisch betätigt werden. Die im Stand der Technik bekannten Anwendungen zum Entleeren der Reduktionsmittelvorrichtung setzen voraus, dass die Bordspannung auch nach Abschalten des Fahrzeugs (also in einem Zustand, in dem das Entleeren der Reduktionsmittelvorrichtung erfolgen soll) die Bordspannung anliegt. Moderne Fahrzeuge weisen aber zunehmend eine Not-Aus-Schaltung auf, die beispielsweise bei Unfällen die Bordspannung von elektrischen und elektronischen Einrichtungen des Fahrzeugs trennt, um unerwünschte Kurzschlüsse oder nachteilige elektrische Erscheinungen zu verhindern; zunehmend gibt es Fahrzeuge mit von einem Bediener zu betätigenden Not-Aus-Schaltern, wie beispielsweise Gefahrguttransporter. In diesen Fällen wird das gesamte Bordnetz spannungsfrei geschaltet, sodass ein Entleeren der Reduktionsmittelvorrichtung durch Umkehren der Förderrichtung der Förderpumpe nicht möglich ist, da die zu deren Betrieb erforderliche Bordspannung nicht mehr anliegt. In solchen Fällen kann im Stand der Technik eine nachteilige Auswirkung auf die Reduktionsmittelvorrichtung durch fehlendes Entleeren derselben nicht ausgeschlossen werden.
Ziel der Erfindung ist es, auch bei Fahrzeugen mit Not-Aus-Schaltungen oder -schaltern eine zuverlässige Entleerung der Reduktionsmittelvorrichtung bewirken zu können, um nachteilige Auswirkungen von Reduktionsmittel nach Abstellen des Fahrzeugs auf das feinmechanisch konstruierte, empfindliche Dosierventil zu vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Hierzu wird eine Vorrichtung zum Entleeren einer Reduktionsmittelvorrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere von deren Abgasanlage, vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung bei einer Abschaltung der Reduktionsmittelvorrichtung Reduktionsmittel in einen Reduktionsmitteltank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich der Vorrichtung oder der Reduktionsmittelvorrichtung zurückführt. Hierbei ist vorgesehen, dass eine mechanische Saug- und/oder Druckvorrichtung, deren Saug- und/oder Druckorgan mittels mindestens eines mechanischen Energiespeichers, insbesondere Feder, für einen das Reduktionsmittel in den Reduktionstank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich fördernden Saug- und/oder Druckvorgang beaufschlagbar ist. Anders als im Stand der Technik wird also keine elektrische Energie aufgewendet, wie sie beim Umschalten der Förderrichtung und beim entsprechenden Betrieb der Förderpumpe des Reduktionsmittels benötigt wird, sondern die mechanische Energie, wie sie in dem mechanischen Energiespeicher, beispielsweise einer Feder, gespeichert ist. Der mechanische Energiespeicher beaufschlagt hierbei eine mechanische Saug- und/oder Druckvorrichtung, die das Saug- und/oder Druckorgan aufweist und das Reduktionsmittel in den Reduktionsmitteltank befördert. Mit Reduktionsmitteltank ist hierbei nicht notwendig der zur Bevorratung des Reduktionsmittels dienende Reduktionsmitteltank gemeint, es kommt auch eine Zwischenspeichereinrichtung in Betracht oder ein gegen Einfrieren unempfindlicher Bereich der Reduktionsmittelvorrichtung oder der Vorrichtung. Beim Betrieb der Reduktionsmittelvorrichtung wird demzufolge mechanische Energie im mechanischen Energiespeicher vorgehalten, die dann die mechanische Saug- und/oder Druckvorrichtung beaufschlagt, wenn beispielsweise nach Abschalten der Brennkraftmaschine, oder bei einem Not-Aus derselben, das Reduktionsmittel in den Reduktionsmitteltank zurückbefördert werden soll.
In einer Ausbildung der Erfindung ist das Saug- und/oder Druckorgan eine Kolben-Zylinder-Einheit. Kolben-Zylinder-Einheiten sind als Saug- und/oder Druckorgane bekannt. Je nach Anbindung wird das zu befördernde Medium entweder abgesaugt oder gedrückt. In einer bevorzugten Ausbildung des Saug- und/oder Druckorgans ist die Kolben-Zylinder-Einheit derart ausgeführt, dass sie mit einer einzigen Kolbenhubbewegung das gesamte leer zu fördernde Volumen der Reduktionsmittelvorrichtung leeren kann. Das Volumen im entsprechenden Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit ist demzufolge so groß wie oder größer als das leer zu saugende Volumen der Reduktionsmittelvorrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit von dem mechanischen Energiespeicher beaufschlagt ist. In dieser Ausführungsform wird demzufolge der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit durch Energiefreisetzung aus dem mechanischen Energiespeicher betätigt. Die Beaufschlagung kann direkt oder indirekt erfolgen, also durch direktes Angreifen des mechanischen Energiespeichers am Kolben oder über ein Betätigungsmittel.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Feder (als mechanischer Energiespeicher) eine Druckfeder, insbesondere eine Schraubendruckfeder. Eine solche Schraubendruckfeder lässt sich in der Kolben-Zylinder-Einheit sehr vorteilhaft anordnen, beispielsweise dergestalt, dass der Kolben als Stufenkolben ausgebildet ist und sich die Schraubendruckfeder an einer Kolbenstufe des Stufenkolbens einerseits und an einem Boden, insbesondere Stufenboden, des Zylinders andererseits abstützt. Auf diese Weise lässt sich eine sehr einfache und kostengünstige, dabei sehr betriebssichere Bauform erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Reduktionsmittelvorrichtung eine elektrische Reduktionsmittel-Förderpumpe auf. Die elektrische Reduktionsmittel-Förderpumpe dient im Betrieb der Reduktionsmittelvorrichtung der Zuführung von Reduktionsmittel. Diese wird der einfachen Ansteuerbarkeit und Regelbarkeit innerhalb der Brennkraftmaschine zugeordeter Regelsysteme halber elektrisch betrieben.
Weiter ist vorgesehen, dass die Reduktionsmittel-Förderpumpe mit dem Kolben zum Spannen der Feder über eine Reduktionsmittelleitung wirkverbunden ist. Im Betrieb der Reduktionsmittel-Förderpumpe wird durch einseitige Beaufschlagung des im Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit geführten Kolbens mit dem Pumpendruck ein Spannen der Feder als dem mechanischen Energiespeicher bewirkt. Der Kolben wird demzufolge entgegen der Wirkungsrichtung der Feder gedrückt, solange die Reduktionsmittel-Förderpumpe im Betrieb ist. Hierdurch findet eine Energiezufuhr zum mechanischen Energiespeicher statt. Wird die Reduktionsmittel-Förderpumpe abgeschaltet, entfällt diese Druckbeaufschlagung des Kolbens, so dass dieser unter Abgabe dieser Energie entsprechend der Druckwirkung der Feder in die entgegengesetzte Bewegung bewegt wird und das Saug- und/oder Druckorgan, das hierbei ausgebildet ist, das Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelvorrichtung in die Vorrichtung saugt und über eine zwischen dieser und dem Reduktionsmitteltank befindliche Rückführleitung in den Reduktionsmitteltank befördert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der einen Seite des Kolbens eine Saug- oder eine Druckkammer für das Entfernen von Reduktionsmittel ausgebildet, während auf der anderen Seite des Kolbens eine Druckkammer für von der Reduktionsmittel-Förderpumpe gefördertes Reduktionsmittel ausgebildet ist. Der Kolben ist demzufolge beidseitig wirksam, nämlich einerseits über die Druckkammer für von der Reduktionsmittel-Förderpumpe gefördertes Reduktionsmittel zum Spannen der Feder, also zur Energiezufuhr zum mechanischen Energiespeicher, und auf der anderen Seite als Saug- oder Druckkammer, bevorzugt als Saugkammer, für das Entfernen von Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelvorrichtung. Hierdurch lässt sich eine besonders einfache und wirksame Ausführung erreichen.
Weiter wird ein Verfahren zum Entleeren einer Reduktionsmittelvorrichtung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung bei einer Abschaltung der Reduktionsmittelvorrichtung Reduktionsmittel in einen Reduktionsmitteltank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich der Vorrichtung oder der Reduktionsmittelvorrichtung zurückführt. Dabei ist vorgesehen, dass das Reduktionsmittel mittels eines von einem mechanischen Energiespeicher betätigten oder ausgeführten Saug- oder Druckvorgangs in den Reduktionsmitteltank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich rückgeführt wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und Kombinationen derselben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt
die Figur eine Vorrichtung zum Entleeren einer Reduktionsmittelvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Die Figur zeigt eine Reduktionsmittelvorrichtung 1 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine, insbesondere für deren Abgasanlage, eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, mit einem Reduktionsmitteltank 2, einer diesem angeschlossenen Saugleitung 3, einer in der Saugleitung 3 stromabwärts des Reduktionsmitteltanks 2 angeordneten Förderpumpe 4 mit einem elektrischen Pumpenmotor 5 und einem der Förderpumpe 4 stromabwärts nachgeschalteten, über einen Fernschalter 6 betätigbaren Absperrventil 7, und einem dem Absperrventil 7 stromabwärts nachgeschalteten Dosiermodul 8, das ein Dosierventil 9 zur Reduktionsmitteleinspritzung in einen nicht dargestellten Reduktionskatalysator aufweist. Die elektrischen Komponenten der Reduktionsmittelvorrichtung 1, nämlich der Pumpenmotor 5 für die Förderpumpe 4 und der Fernschalter 6, liegen in einem elektrischen Kreislauf 10, der mittels eines Steuergerätes 11 gesteuert und/oder geschaltet wird. In dieser Ausführung entspricht die Reduktionsmittelvorrichtung 1, wie sie mit einer gepunkteten Linie als Baugruppe zusammengefasst ist, im Wesentlichen dem Stand der Technik. Der Reduktionsmittelvorrichtung 1 ist erfindungsgemäß eine Entleervorrichtung 12 zugeordnet, also eine Vorrichtung zum Entleeren der Reduktionsmittelvorrichtung 1. Diese weist einen als Stufenzylinder 13 ausgebildeten Zylinder 14 auf, in dem ein als Stufenkolben 15 ausgebildeter Kolben 16 axial verschieblich gelagert ist. Zylinder 14 und Kolben 16 bilden zusammen eine Kolben-Zylinder-Einheit 17, die mittels dreier Leitungen 18 an die Reduktionsmittelvorrichtung 1 angeschlossen ist, als Saug- und/oder Druckorgan 38. Der Zylinder 14 ist als Stufenzylinder 13 in seinem vorderen, durchmesserkleineren Bereich 19 als Saugkammer 20 und in seinem durchmessergrößeren Bereich 21 als Druckkammer 22 ausgebildet. Die Druckkammer 22 ist über eine der Leitungen 18, nämlich eine Reduktionsmittelleitung 23, mit einem Leitungsabschnitt 24 verbunden, der zwischen der Förderpumpe 4 und dem Absperrventil 7, also stromabwärts der Förderpumpe 4, angeordnet ist. Stromabwärts des Absperrventils 7 ist in der Leitung 18 ein T-Stück 25 angeordnet, von dem aus eine Verbindung zur Saugkammer 20 der Kolben-Zylinder-Einheit 17 hergestellt wird. Über eine weitere Leitung 18 wird eine Verbindung zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit 17 und dem Reduktionsmitteltank 2 hergestellt, wobei diese Leitung 18 als Entleerungsleitung 26 ausgebildet ist. Der Stufenkolben 15 bildet mit seinem durchmessergrößeren Kolbenabschnitt 27, der mit einer umlaufenden Dichtung 28, beispielsweise einem O-Ring 29, versehen ist, eine Druckabdichtung zwischen Saugkammer 20 und Druckkammer 22 aus. Hierdurch wird eine mechanische Saug- und/oder Druckvorrichtung 37 ausgebildet. Wird über die Reduktionsmittelleitung 23, die eine Druckleitung 30 ist, die Druckkammer 22 im Betrieb der Förderpumpe 4 mit Reduktionsmittel beziehungsweise mit Druck beaufschlagt, bewegt sich der durchmessergrößere Kolbenabschnitt 27 in Richtung auf den durchmesserkleineren Bereich 19 des Stufenzylinders 13 zu und spannt eine dazwischen angeordnete Feder 31, nämlich eine Schraubendruckfeder 32, die sich an einer Kolbenstufe 33 des Stufenkolbens 15, also dem Bereich, in dem der Stufenkolben 13 als durchmessergrößerer Kolbenbereich 27 ausgebildet ist, einerseits und an einer Zylinderstufe 34 andererseits abstützt, wobei die Zylinderstufe 34 ein solcher Bereich ist, der im Wesentlichen quer, insbesondere senkrecht zu einer Zylinderlängsachse 35 verläuft, an dem der Stufenzylinder 13 vom durchmesserkleineren Bereich 19 in den durchmessergrößeren Bereich 21 übergeht. Bei Druckbeaufschlagung der Druckkammer 22 wird demzufolge durch Axialbewegung des Stufenkolbens 15 die Schraubendruckfeder 32 als mechanischer Energiespeicher 36 gespannt, dem mechanischen Energiespeicher 36 folglich Energie zugeführt. Bei Abschalten der Förderpumpe 4 und/oder Schließen des Absperrventils 7 über den Fernschalter 6, gesteuert vom Steuergerät 11 oder beispielsweise durch einen Ausfall des elektrischen Kreislaufs 10 bewirkt, hört die Druckbeaufschlagung der Druckkammer 22 auf, wobei darin befindliches, zuvor hinein gefördertes Reduktionsmittel über die Druckleitung 30 zurück in den Leitungsabschnitt 24 zwischen Absperrventil 7 und Förderpumpe 4 gefördert und, bei entsprechender konstruktiver Ausgestaltung der Förderpumpe 4, durch diese mechanisch rückwärts (also ohne Pumpenbetätigung) in den Reduktionsmitteltank 2 zurückströmen kann. Bei Wegfall der Druckbeaufschlagung des durchmessergrößeren Kolbenabschnitts 27 wird durch die im mechanischen Energiespeicher 36 gespeicherte mechanische Energie, nämlich ein Entspannen der Schraubendruckfeder 32, der Stufenkolben 15 axial zurück in den Bereich der Druckkammer 22 hinein bewegt, wodurch sich das Volumen der Saugkammer 20 vergrößert. Da die Saugkammer 20 über das T-Stück 25 mit den Leitungen 18, insbesondere mit dem Dosiermodul 8 und dem empfindlichen Dosierventil 9 verbunden ist, wird in dem Dosiermodul 8 und im Dosierventil 9 befindliches Reduktionsmittel in die Saugkammer 20 eingesaugt, jedenfalls aber der Bereich des Dosiermoduls 8 und des Dosierventils 9 stark evakuiert, so dass ein eventuelles Gefrieren und die damit einhergehende Volumenvergrößerung von Reduktionsmittel nicht mehr zu einer Beschädigung der mechanisch empfindlichen Bauteile im Dosiermodul 8, insbesondere des Dosierventils 9, führen kann. In die Saugkammer 20 eingesaugtes Reduktionsmittel wird über die Entleerungsleitung 26 in den Reduktionsmitteltank 2 zurückgeführt; insbesondere dann, wenn sich aus der Saugkammer 20 Reduktionsmittel in den durchmessergrößeren Bereich 21 des Stufenzylinders 13 verschleicht. Das Reduktionsmittel kann in der Saugkammer 20 verbleiben, wenn dieses hinreichend unempfindlich gegen Einfrieren ist. In der Saugkammer 20 befindliches Reduktionsmittel wird bei erneutem Einschalten der Förderpumpe 4 und damit Druckbeaufschlagung der Druckkammer 22 mit entsprechender Vorwärtsbewegung des Stufenkolbens 15 auch in den Bereich der Saugkammer hinein aus dieser herausgedrückt und über das T-Stück 25 wieder dem Dosiermodul 8 zugeführt. Auf diese Weise wird eine zuverlässige, rein mechanisch wirkende Entleerung des Reduktionsmittelvorrichtung 1 in den empfindlichen Bereichen, insbesondere Dosiermodul 8 und Dosierventil 9, bewirkt, wobei durch die rein mechanische Wirkungsweise die Entleervorrichtung 12 auch bei einem beabsichtigten oder unbeabsichtigten Ausfall des elektrischen Kreislaufs 10 sicher wirksam ist.

Claims

Vorrichtung zum Entleeren einer Reduktionsmittelvorrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere von deren Abgasanlage, wobei die Vorrichtung bei einer Abschaltung der Reduktionsmittelvorrichtung Reduktionsmittel in einen Reduktionsmitteltank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich der Vorrichtung oder der Reduktionsmittelvorrichtung zurückführt, gekennzeichnet durch eine mechanische Saug- und/oder Druckvorrichtung (37), deren Saug- und/oder Druckorgan (38) mittels mindestens eines mechanischen Energiespeichers, insbesondere Feder (31), für einen das Reduktionsmittel in den Reduktionsmitteltank (2) und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich befördernden Saug- und/oder Druckvorgang beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Saug- und/oder Druckorgan (38) eine Kolben-Zylinder-Einheit (17) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) der Kolben-Zylinder-Einheit (17) von dem mechanischen Energiespeicher (36) beaufschlagt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (31) eine Druckfeder, insbesondere eine Schraubendruckfeder (32) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelvorrichtung (1) eine elektrische Reduktionsmittel-Förderpumpe (4) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittel-Förderpumpe (4) mit dem Kolben (16) zum Spannen der Feder (31) über eine Reduktionsmittel-Leitung (23) wirkverbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Seite des Kolbens (16) eine Saug- oder eine Druckkammer (22) für das Entfernen von Reduktionsmittel ausgebildet ist und dass auf der anderen Seite des Kolbens (16) eine Druckkammer (22) für von der Reduktionsmittel-Förderpumpe (4) gefördertes Reduktionsmittel ausgebildet ist.
Verfahren zum Entleeren einer Reduktionsmittelvorrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung bei einer Abschaltung der Reduktionsmittelvorrichtung Reduktionsmittel in einen Reduktionsmitteltank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich der Vorrichtung oder der Reduktionsmittelvorrichtung zurückführt, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel mittels eines von einem mechanischen Energiespeicher betätigten oder ausgeführten Saug- oder Druckvorgangs in den Reduktionsmitteltank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich rückgeführt wird.