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DE102009029188A1 - dosing - Google Patents

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DE102009029188A1
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fluid
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fuel injection
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Matthias Burger
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

The dosing system is connected with a fuel injection system, which is formed for injecting fuel under pressure into a combustion chamber. The dosing system comprises a pumping unit (4), which is hydraulically connected with the fuel injection system, such that the fluid is injected into the exhaust tract by pressure produced in the fuel injection system.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zum Einspritzen eines Fluids in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a metering system for injecting a fluid into an exhaust line of an internal combustion engine.

Es ist bekannt, zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, eine Harnstofflösung in den Abgastrakt des Verbrennungsmotors einzuspritzen. Durch die Wechselwirkung des Harnstoffs mit den heißen Abgasen entwickelt sich Ammoniakgas, das unter Anwesenheit eines in dem Abgasstrang angeordneten Katalysators mit den Stickoxiden im Abgasstom reagiert.It is known to inject a urea solution into the exhaust gas tract of the internal combustion engine for selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides of an internal combustion engine, in particular of a diesel engine. Due to the interaction of the urea with the hot exhaust gases, ammonia gas develops which, in the presence of a catalyst arranged in the exhaust gas line, reacts with the nitrogen oxides in the exhaust gas stream.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Harnstofflösung in den Abgasstrang einzuspritzen. So ist es bekannt, die Harnstofflösung mit Hilfe von Druckluft in den Abgasstrang einzusprühen. Dabei kann die Harnstofflösung mit Hilfe der Druckluft sehr fein zerstäubt werden. Da für ein solches Verfahren Druckluft bereitgestellt werden muss, ist die Realisierung aufwändig und teuer.There are various ways to inject the urea solution into the exhaust system. So it is known to spray the urea solution by means of compressed air into the exhaust system. The urea solution can be very finely atomized with the help of compressed air. Since compressed air must be provided for such a method, the realization is complicated and expensive.

In einem alternativen Dosiersystem wird mittels einer mechanischen Pumpe, die bspw. elektrisch angetrieben wird, ein Einspritzdruck erzeugt und die unter Druck stehende Harnstofflösung wird mittels eines elektrisch angesteuerten Injektors in den Abgasstrang eingespritzt. Bei diesem Verfahren erwärmt sich der Injektor stark und muss durch Kühlrippen oder einen internen Kühlkreislauf gekühlt werden, um auch bei hohen Abgastemperaturen störungsfrei betrieben werden zu können. Die notwendige Kühlung macht auch ein soches Dosiersystem aufwendig und teuer.In an alternative metering system, an injection pressure is generated by means of a mechanical pump, which is, for example, electrically driven, and the pressurized urea solution is injected into the exhaust gas line by means of an electrically controlled injector. In this method, the injector heats up strongly and must be cooled by cooling fins or an internal cooling circuit in order to operate trouble-free even at high exhaust gas temperatures. The necessary cooling also makes such a dosing system consuming and expensive.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Dosiersystem zum Einspritzen eines Fluids in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, das betriebssicher, wartungsarm und kostengünstig realisierbar ist.An object of the invention is to provide an improved metering system for injecting a fluid into an exhaust line of an internal combustion engine, which is reliable, low maintenance and cost feasible.

Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Dosiersystem nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Dosiersystems.The object is achieved by an inventive dosing according to independent claim 1. The dependent claims describe advantageous embodiments of a metering system according to the invention.

Ein erfindungsgemäßes Dosiersystem zum Einspritzen eines Fluids in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, der mit einem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden ist, das ausgebildet ist, um Kraftstoff unter Druck zu setzen und in wenigstens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors einzuspritzen, umfasst eine Pumpvorrichtung, die derart ausgebildet und hydraulisch mit dem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden ist, dass das Fluid durch den in dem Kraftstoffeinspritzsystem erzeugten Druck in den Abgasstrang einspritzbar ist.A metering system according to the invention for injecting a fluid into an exhaust line of an internal combustion engine connected to a fuel injection system configured to pressurize and inject fuel into at least one combustion chamber of the internal combustion engine comprises a pumping device configured and hydraulically connected to the pump Fuel injection system is connected, that the fluid can be injected by the pressure generated in the fuel injection system in the exhaust line.

Ein solches Dosiersystem erfordert keine eigene elektrisch oder mechanisch angetriebene Pumpe, da zum Erzeugen des Einspritzdrucks, durch den das Fluid in den Abgasstrang eingespritzt wird, der im vorhandenen Kraftstoffeinspritzsystem erzeugte Kraftstoffeinspritzdruck benutzt wird. Ein erfindungsgemäßes Dosiersystem ist daher wesentlich einfacher aufgebaut als die bisher bekannten Fluideinspritzsysteme, die mit einer zusätzlichen elektrischen Pumpe oder Druckluft betrieben werden. Die Pumpe im Kraftstoffeinspritzsystem ist aufgrund der guten Schmiereigenschaften des Kraftstoffs, wie z. B. Dieselkraftstoff, wesentlich einfacher ausführbar als eine Pumpe für Medien ohne Schmiereigenschaften, wie z. B. wässrige Harnstofflösungen.Such a metering system does not require its own electrically or mechanically driven pump because the fuel injection pressure generated in the existing fuel injection system is used to generate the injection pressure through which the fluid is injected into the exhaust line. An inventive dosing is therefore much simpler structure than the previously known fluid injection systems that are operated with an additional electric pump or compressed air. The pump in the fuel injection system is due to the good lubricating properties of the fuel, such. As diesel fuel, much easier executable as a pump for media without lubricating properties, such. As aqueous urea solutions.

Die Verwendung einer gemeinsamen, ggf. größer dimensionierten, Pumpe für das Kraftstoffeinspritzsystem und das Dosiersystem ist auch aus energetischer Sicht günstig, da eine gemeinsame größere Pumpe mit einem höheren Wirkungsgrad betrieben werden kann als zwei separate, entsprechend kleiner dimensionierte Pumpen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Kraftstoffeinspritzpumpe elektrisch angetrieben wird und die Pumpleistung dem Bedarf entsprechend anpassbar ist.The use of a common, possibly larger-sized, pump for the fuel injection system and the metering system is also favorable from an energetic point of view, since a common larger pump can be operated with a higher efficiency than two separate, correspondingly smaller-sized pumps. This is especially true when the fuel injection pump is electrically powered and the pumping power is adaptable to the need.

In einer Ausführungsform weist das Kraftstoffeinspritzsystem einen Niederdruckbereich mit einem von einer Vorförderpumpe, die bspw. als Zahnradpumpe ausgebildet ist, erzeugten Förderdruck im Bereich von 5 bis 10 bar, insbesondere 6 bar, und einen Hochdruckbereich auf, in dem ein von einer Hochdruckpumpe erzeugter hoher Kraftstoffdruck von bis zu mehreren hundert Bar herrscht. Ein erfindungsgemäßes Dosiersystem ist vorteilhafterweise an den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems gekoppelt, da der Niederdruck von bis zu 10 bar zum Einspritzen des Fluids in den Abgasstrang ausreichend ist und eine Pumpvorrichtung im Niederdruckbereich einfacher und kostengünstiger realisierbar ist als im Hochdruckbereich.In one embodiment, the fuel injection system has a low-pressure region with a delivery pressure generated by a prefeed pump, which is designed, for example, as a gear pump, in the range from 5 to 10 bar, in particular 6 bar, and a high-pressure region in which a high fuel pressure generated by a high-pressure pump from up to several hundred bar prevails. An inventive metering system is advantageously coupled to the low-pressure region of the fuel injection system, since the low pressure of up to 10 bar for injecting the fluid into the exhaust line is sufficient and a pumping device in the low pressure range is easier and less expensive to implement than in the high pressure area.

In einer Ausführungsform ist die Pumpvorrichtung eine Membranpumpe mit zwei Kammern, die durch eine bewegliche Membran voneinander getrennt sind. Das Volumen der beiden Kammern ist durch Bewegen der Membran variierbar, wobei einer Vergrößerung des Volumens der ersten Kammer zu einer entsprechenden Verkleinerung des Volumens der zweiten Kammer führt und umgekehrt. Durch eine solche Membranpumpe ist eine Koppelung des Kraftstoffeinspritzsystems mit dem Dosiersystem einfach und kostengünstig realisierbar.In one embodiment, the pumping device is a diaphragm pump having two chambers separated by a movable diaphragm. The volume of the two chambers is variable by moving the membrane, wherein an increase in the volume of the first chamber leads to a corresponding reduction in the volume of the second chamber and vice versa. By means of such a diaphragm pump, a coupling of the fuel injection system with the metering system can be realized simply and inexpensively.

In einer Ausführungsform ist die erste Kammer hydraulisch mit dem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden und die zweite Kammer ist hydraulisch mit einem Fluidtank und einem Fluideinspritzorgan verbunden. Dadurch kann Fluid aus dem Fluidtank unter Ausnutzung des im Kraftstoffeinspritzsystem herrschenden Drucks unter Druck gesetzt und dem Fluideinspritzorgan zugeführt werden. Durch das Fluideinspritzorgan wird das Fluid in den Abgasstrang eingespritzt. In one embodiment, the first chamber is hydraulically connected to the fuel injection system and the second chamber is hydraulically connected to a fluid tank and a fluid injector. As a result, fluid can be pressurized from the fluid tank by utilizing the pressure prevailing in the fuel injection system and supplied to the fluid injector. By the fluid injection member, the fluid is injected into the exhaust line.

Mit einer solchen Anordnung kann das Fluid in den Abgasstrang eingespritzt werden, ohne dass eine zusätzliche elektrisch oder mechanisch angetriebene Pumpvorrichtung notwendig ist. Das Fluideinspritzorgan kann insbesondere als druckwellengesteuerter Fluid-Injektor ausgebildet sein, der keine eigene Aktorik aufweist. Ein solcher druckwellengesteuerter Fluid-Injektor ist besonders robust und benötigt keine aktive oder passive Kühlung. Ein Dosiersystem mit einem druckwellengesteuerten Fluid-Injektor ist daher besonders kostengünstig realisierbar.With such an arrangement, the fluid can be injected into the exhaust line without the need for an additional electrically or mechanically driven pumping device. The fluid injector can be designed, in particular, as a pressure wave-controlled fluid injector which does not have its own actuator system. Such a pressure wave-controlled fluid injector is particularly robust and requires no active or passive cooling. A metering system with a pressure wave-controlled fluid injector is therefore particularly cost feasible.

In einer Ausführungsform ist die Pumpvorrichtung über ein Umschaltventil hydraulisch mit dem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden. Durch geeignetes Ansteuern des Umschaltventils ist die Menge des in den Abgasstrang eingespritzten Fluids einstellbar.In one embodiment, the pump device is hydraulically connected to the fuel injection system via a changeover valve. By suitable control of the switching valve, the amount of injected into the exhaust line fluid is adjustable.

In einer Ausführungsform weist die Membranpumpe zusätzlich wenigstens einen Kolben auf, der so ausgebildet ist, dass er eine Kraft auf die Membran ausübt. Dadurch kann der auf das Fluid in der Membranpumpe ausgeübte Druck erhöht werden, wodurch eine größere Fluidmenge in einer kurzer Zeit in den Abgasstrang einspritzbar ist.In one embodiment, the diaphragm pump additionally includes at least one piston configured to apply a force to the diaphragm. Thereby, the pressure exerted on the fluid in the diaphragm pump pressure can be increased, whereby a larger amount of fluid can be injected into the exhaust system in a short time.

In einer Ausführungsform ist der Kolben beweglich zwischen einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe angeordnet. Die Hochdruckstufe ist hydraulisch mit dem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden, so dass der Kolben durch den im Kraftstoffeinspritzsystem erzeugten Druck bewegbar ist. Durch den Kolben kann das Fluid besonders effektiv unter einen erhöhten Druck gesetzt werden.In one embodiment, the piston is movably disposed between a low pressure stage and a high pressure stage. The high pressure stage is hydraulically connected to the fuel injection system so that the piston is movable by the pressure generated in the fuel injection system. The piston allows the fluid to be put under increased pressure particularly effectively.

In einer Ausführungsform ist in dem Kolben eine Kraftstoffbohrung ausgebildet, welche die Hochdruckstufe hydraulisch mit der ersten Kammer der Membranpumpe verbindet. Durch eine solche Bohrung ist die erste Kammer einfach mit Kraftstoff aus der Hochdruckstufe befüllbar. Eine Membranpumpe mit einem solchen Kolben ist besonders einfach und kostengünstig realisierbar.In one embodiment, a fuel bore is formed in the piston, which connects the high-pressure stage hydraulically with the first chamber of the diaphragm pump. By such a bore, the first chamber is easily filled with fuel from the high pressure stage. A diaphragm pump with such a piston is particularly simple and inexpensive to implement.

In einer Ausführungsform ist in der Membranpumpe ein Rückstellelement vorgesehen, das ausgebildet ist, eine Rückstellkraft auf den Kolben auszuüben. Dadurch ist der Kolben besonders schnell zurück in die Ausgangsposition verfahrbar, so dass die Membranpumpe mit einer hohen Frequenz betrieben werden kann.In one embodiment, a return element is provided in the diaphragm pump, which is designed to exert a restoring force on the piston. As a result, the piston can be moved back into the starting position particularly quickly, so that the diaphragm pump can be operated at a high frequency.

In einer Ausführungsform ist in der Membranpumpe wenigstens ein Anschlagelement vorgesehen, dass zur Begrenzung des Kolbenhubs ausgebildet ist. Durch ein solches Anschlagelement wird eine Beschädigung der Membranpumpe durch ein unkontrolliertes Anschlagen des Kolbens vermieden. Durch die Wahl eines entsprechend dimensionierten Anschlagelements kann das Fördervolumen der Membranpumpe eingestellt werden, wodurch eine exakte Dosierung des von der Membranpumpe geförderten Fluids möglich ist.In one embodiment, at least one stop element is provided in the diaphragm pump, which is designed to limit the piston stroke. By such a stop element damage to the diaphragm pump is avoided by an uncontrolled striking the piston. By selecting a correspondingly sized stop element, the delivery volume of the diaphragm pump can be adjusted, whereby an exact dosage of the funded by the diaphragm pump fluid is possible.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures. Showing:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dosiersystems; 1 a schematic representation of a first embodiment of a metering system according to the invention;

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dosiersystems; und 2 a schematic representation of a second embodiment of a metering system according to the invention; and

3 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung. 3 an alternative embodiment of a pump device according to the invention.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dosiersystems zum Einspritzen eines Fluids in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors in einer schematischen Darstellung. 1 shows a first embodiment of a metering system according to the invention for injecting a fluid into the exhaust line of an internal combustion engine in a schematic representation.

Ein nicht gezeigter Verbrennungsmotor ist mit einem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden, das ausgebildet ist, Kraftstoff in wenigstens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors einzuspritzen.An internal combustion engine, not shown, is connected to a fuel injection system configured to inject fuel into at least one combustion chamber of the internal combustion engine.

Das Kraftstoffeinspritzsystem weist einen Kraftstofftank 46 auf. Eine Vorförderpumpe 30 entnimmt über eine Entnahmeleitung 28 Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 46 und setzt den Kraftstoff unter einen erhöhten aber relativ niedrigen Druck von bis zu 10 bar. In der Kraftstoffleitung 29, die am Ausgang der Vorförderpumpe 30 angebracht ist, ist ein Drucksensor 32 vorgesehen, um den von der Vorförderpumpe 30 erzeugten Druck zu überwachen. Der Kraftstoff strömt aus der Vorförderpumpe 30 in eine Zumesseinheit 34, die eingerichtet ist, die in den folgenden Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems strömende Kraftstoffmenge zuzumessen. Aus der Zumesseinheit 34 strömt der Kraftstoff in eine Hochdruckpumpe 36, die den Druck des Kraftstoffs auf einen hohen Einspritzdruck von bis zu mehreren hundert Bar erhöht. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird einem Hochdruckverteiler (”Common Rail”) 36 zugeführt. Von dort strömt der Kraftstoff über Hochdruckverbindungsleitungen 40 zu unmittelbar am Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors angebrachten Kraftstoffinjektoren 42. Die Kraftstoffinjektoren 42 werden durch eine in der 1 nicht gezeigten Steuerung angesteuert, um den Kraftstoff wie gewünscht in wenigstens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors einzuspritzen. Überschüssiger Kraftstoff wird aus den Kraftstoffinjektoren 42 über ein Rücklaufleitung 44 zurück in den Kraftstofftank 46 geführt.The fuel injection system includes a fuel tank 46 on. A prefeed pump 30 removed via a sampling line 28 Fuel from the fuel tank 46 and puts the fuel under an elevated but relatively low pressure of up to 10 bar. In the fuel line 29 at the outlet of the pre-feed pump 30 is attached, is a pressure sensor 32 provided to that of the prefeed pump 30 monitor generated pressure. The fuel flows out of the pre-feed pump 30 in a metering unit 34 , which is arranged to meter the amount of fuel flowing into the following high pressure area of the fuel injection system. From the metering unit 34 the fuel flows into a high-pressure pump 36 , which increases the pressure of the fuel to a high injection pressure of up to several hundred bars. The high-pressure fuel is fed to a high-pressure distributor (common rail) 36 fed. From there, the fuel flows through high-pressure connection lines 40 to directly mounted on the combustion chamber of the internal combustion engine fuel injectors 42 , The fuel injectors 42 be through in the 1 not shown control to inject the fuel as desired in at least one combustion chamber of the internal combustion engine. Excess fuel gets out of the fuel injectors 42 via a return line 44 back to the fuel tank 46 guided.

Ein Fluideinspritzsystem gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst einen Fluidtank 16 zur Speicherung des in einen Abgasstrang des Verbrennungsmotors einzuspritzenden Fluids. Der Fluidtank 16 ist über eine Fluidleitung 18 und ein Ein-Wege-Ventil 14 mit einer Fluid-Pumpvorrichtung 4 verbunden. Die Fluid-Pumpvorrichtung 4 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Membranpumpe mit einer Kraftstoffkammer 8 und einer Fluidkammer 10, die durch eine bewegliche Membran 6 voneinander getrennt sind, ausgebildet. In der Membranpumpe 4 ist auch eine Feder 12 vorgesehen, die auf die Membran 6 eine Kraft ausübt, welche die Membran 6 in eine Position drückt, in der das Volumen der Fluidkammer 10 maximal und das Volumen der auf der anderen Seite der Membran 6 angeordneten Kraftstoffkammer 8 minimal ist. Wird die Membran 6 unter Einwirkung der Kraft der Feder 12 bewegt, vergrößert sich das Volumen der Fluidkammer 10 und Fluid strömt aus dem Fluidtank 16 durch die Fluidzulaufleitung 18 und das Ein-Wege-Ventil 14 in die Fluidkammer 10.A fluid injection system according to the in the 1 embodiment shown includes a fluid tank 16 for storing the fluid to be injected into an exhaust line of the internal combustion engine. The fluid tank 16 is via a fluid line 18 and a one-way valve 14 with a fluid pumping device 4 connected. The fluid pumping device 4 is in the embodiment shown as a diaphragm pump with a fuel chamber 8th and a fluid chamber 10 passing through a movable membrane 6 are separated from each other, formed. In the diaphragm pump 4 is also a spring 12 provided on the membrane 6 exerts a force on the membrane 6 pushes into a position in which the volume of the fluid chamber 10 maximum and the volume of the other side of the membrane 6 arranged fuel chamber 8th is minimal. Will the membrane 6 under the action of the force of the spring 12 moves, increases the volume of the fluid chamber 10 and fluid flows out of the fluid tank 16 through the fluid supply line 18 and the one-way valve 14 into the fluid chamber 10 ,

Die Kraftstoffkammer 8 ist über eine Dosiereinheit 24, die stromabwärts der Vorförderpumpe 30 an die Kraftstoffleitung 29 angeschlossen ist, hydraulisch mit der Kraftstoffleitung 29 verbunden. Die Dosiereinheit 24 weist ein Schaltventil 26 auf, durch das die hydraulische Verbindung zwischen der Kraftstoffleitung 29 des Kraftstoffeinspritzsystems und der Kraftstoffkammer 8 der Membranpumpe 4 herstellbar und unterbrechbar ist. Zusätzlich weist die Dosiereinheit 24 eine Drossel 50 auf, welche die Kraftstoffkammer 8 der Membranpumpe 4 hydraulisch mit dem Kraftstofftank 46 verbindet.The fuel chamber 8th is via a dosing unit 24 , downstream of the pre-feed pump 30 to the fuel line 29 is connected, hydraulically with the fuel line 29 connected. The dosing unit 24 has a switching valve 26 on, through which the hydraulic connection between the fuel line 29 the fuel injection system and the fuel chamber 8th the diaphragm pump 4 can be produced and interrupted. In addition, the dosing unit 24 a throttle 50 on which the fuel chamber 8th the diaphragm pump 4 hydraulically with the fuel tank 46 combines.

Bei geöffnetem Schaltventil 26 strömt Kraftstoff, der durch die Vorförderpumpe 30 auf einen erhöhten Druck von bis zu 10 bar gebracht worden ist, durch das Schaltventil 26 in die Kraftstoffkammer 8 der Membranpumpe 4. Dadurch steigt der Druck in der Kraftstoffkammer 8 der Membranpumpe 4 an und die Membran 6 wird gegen den Druck, der in der Fluidkammer 10 herrscht, und die Kraft der Feder 12 nach unten in Richtung der Fluidkammer 10 gedrückt. Das Ein-Wege-Ventil 14 verhindert ein Zurücklaufen des Fluids aus der Fluidkammer 10 in den Fluidtank 16. Das Fluid strömt aus der Fluidkammer 10 durch die Leitung 20 mit dem von der Membranpumpe 4 erzeugten Druck in den Fluid-Injektor 22. Der Fluid-Injektor 22 ist ein druckwellengesteuerter Injektor, der sich öffnet und das Fluid in einen nicht gezeigten Abgasstrang des Verbrennungsmotors einspritzt, wenn der Druck des Fluids in der Fluidleitung 20 einen vorgegebenen Wert erreicht.With opened switching valve 26 fuel flows through the pre-feed pump 30 has been brought to an elevated pressure of up to 10 bar, through the switching valve 26 in the fuel chamber 8th the diaphragm pump 4 , This increases the pressure in the fuel chamber 8th the diaphragm pump 4 on and the membrane 6 is against the pressure in the fluid chamber 10 prevails, and the power of the spring 12 down in the direction of the fluid chamber 10 pressed. The one-way valve 14 prevents backflow of the fluid from the fluid chamber 10 into the fluid tank 16 , The fluid flows out of the fluid chamber 10 through the pipe 20 with that of the diaphragm pump 4 generated pressure in the fluid injector 22 , The fluid injector 22 is a pressure wave controlled injector which opens and injects the fluid into an exhaust line (not shown) of the internal combustion engine when the pressure of the fluid in the fluid line 20 reaches a predetermined value.

Der Einspritzvorgang wird beendet, wenn die Membran 6 am unteren Rand der Fluidkammer 10 der Membranpumpe 4 anschlägt oder wenn das Schaltventil 26 geschlossen wird.The injection process is terminated when the membrane 6 at the bottom of the fluid chamber 10 the diaphragm pump 4 strikes or when the switching valve 26 is closed.

Bei geschlossenem Schaltventil 26 drückt das Federelement 12 die Membran 6 nach oben in Richtung der Kraftstoffkammer 8, so dass sich das Volumen der Fluidkammer 10 vergrößert und das Volumen der Kraftstoffkammer 8 verkleinert wird. Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 8 strömt durch die Drossel 50 und die Ablaufleitung 48 zurück in den Kraftstofftank 46. Fluid aus dem Fluidtank 16 strömt durch die Fluidzulaufleitung 18 und das Ein-Wege-Ventil 14 in die vergrößerte Fluidkammer 10 der Membranpumpe 4 und die Membranpumpe 4 ist für einen weiteren Einspritzvorgang bereit.With closed switching valve 26 pushes the spring element 12 the membrane 6 upwards in the direction of the fuel chamber 8th , so that the volume of the fluid chamber 10 increases and the volume of the fuel chamber 8th is reduced. Fuel from the fuel chamber 8th flows through the throttle 50 and the drain line 48 back to the fuel tank 46 , Fluid from the fluid tank 16 flows through the fluid supply line 18 and the one-way valve 14 in the enlarged fluid chamber 10 the diaphragm pump 4 and the diaphragm pump 4 is ready for another injection process.

Durch entsprechendes Ansteuern des Schaltventils 26 kann die Membranpumpe 4 so betrieben werden, dass bei jedem Förderhub der maximal mögliche Pumpenhub ausgenutzt wird. Eine solche Volumensteuerung, die durch die Frequenz, mit der das Schaltventil 26 angesteuert wird, erfolgt, ist sehr genau, da sich die Frequenz, mit der die Membranpumpe 4 angesteuert wird, und der maximale Pumpenhub und damit die maximale Fördermenge der Membranpumpe 4 sehr genau einstellen lassen.By appropriate activation of the switching valve 26 can the diaphragm pump 4 be operated so that with each delivery stroke the maximum possible pump stroke is utilized. Such a volume control, by the frequency with which the switching valve 26 is controlled, is very accurate, as is the frequency with which the diaphragm pump 4 is controlled, and the maximum pump stroke and thus the maximum flow of the diaphragm pump 4 be set very precisely.

Sind kleinere Volumenströme gefordert, kann die Membranpumpe 4 auch mit einem Teilhub betrieben werden, bei dem das Steuerventil 26 geschlossen wird, bevor die Membran 6 den unteren Anschlag erreicht. Die Fördermenge wird dabei über die Ansteuerzeit des Steuerventils 26 eingestellt. Diese Betriebsart erfordert eine hohe Genauigkeit des Steuerventils 26 und der Ansteuerzeit. Da die Fördermenge in diesem Fall auch vom Druck in der Kraftstoffleitung 29 abhängig ist, ist ein Drucksensor 32 in der Kraftstoffleitung 29 hilfreich, um die geförderte Fluid-Menge exakt zu bestimmen.If smaller volume flows are required, the diaphragm pump can 4 be operated with a partial stroke, in which the control valve 26 closed before the membrane 6 reached the lower stop. The flow rate is over the control time of the control valve 26 set. This mode requires a high accuracy of the control valve 26 and the driving time. As the flow rate in this case also from the pressure in the fuel line 29 depends is a pressure sensor 32 in the fuel line 29 helpful to accurately determine the amount of fluid delivered.

2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dosiereinheit 24. Die Dosiereinheit 24 weist anstelle des in der 1 gezeigten Schaltventils 26 und der Drossel 50 ein Umschaltventil 27 auf. Durch das Umschaltventil 27 ist die Kraftstoffkammer 8 der Membranpumpe 4 wahlweise mit der Kraftstoffleitung 29 des Kraftstoffeinspritzsystems oder mit der Kraftstoffrücklaufleitung 48, die in den Kraftstofftank 46 führt, verbindbar. 2 shows an alternative embodiment of a metering unit according to the invention 24 , The dosing unit 24 instead of in the 1 shown switching valve 26 and the throttle 50 a changeover valve 27 on. Through the switching valve 27 is the fuel chamber 8th the diaphragm pump 4 optionally with the fuel line 29 the fuel injection system or with the fuel return line 48 in the fuel tank 46 leads, connectable.

Ist die Kraftstoffkammer 8 mit der Kraftstoffleitung 29 verbunden, so strömt Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung 29 in die Kraftstoffleitung 8. Der erhöhte Druck in der Kraftstoffkammer 8 bewegt die Membran 6 nach unten und drückt Fluid aus der Fluidkammer 10 unter erhöhtem Druck in die Fluidleitung 20, wie im Zusammenhang mit der 1 beschrieben. Da die Fluidkammer 8 anders als in dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht mit dem Kraftstofftank 46 verbunden ist, wird eine parasitäre Kraftstoffströmung, die in dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Drossel 50 und die Ablaufleitung 48 ungenutzt in den Kraftstofftank 46 abfließt, in dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel vermieden. Dadurch ist die Menge an Kraftstoff, die zur Ansteuerung der Membranpumpe 4 aus der Kraftstoffleitung 29 entnommen wird, geringer als in dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die Vorderförderpumpe 30 kann daher kleiner dimensioniert werden als in dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel.Is the fuel chamber 8th with the fuel line 29 connected, so fuel flows from the Fuel line 29 in the fuel line 8th , The increased pressure in the fuel chamber 8th moves the membrane 6 down and pushes fluid out of the fluid chamber 10 under increased pressure in the fluid line 20 as related to the 1 described. Because the fluid chamber 8th unlike the one in the 1 embodiment shown not with the fuel tank 46 is connected, a parasitic fuel flow, which in the in the 1 shown embodiment by the throttle 50 and the drain line 48 unused in the fuel tank 46 drains, in which in the 2 shown embodiment avoided. This is the amount of fuel needed to drive the diaphragm pump 4 from the fuel line 29 less than that in the 1 shown embodiment. The front feed pump 30 can therefore be made smaller than in the embodiment shown in the figure.

Nach bzw. zur Beendigung des Fluid-Einspritzvorgangs wird das Umschaltventil 27 so geschaltet, dass die Kraftstoffkammer 8 über das Umschaltventil 27 und die Ablaufleitung 48 mit dem Kraftstofftank 46 verbunden ist, so dass Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 8 in den Kraftstofftank 46 abfließen kann. Da in diesem Ausführungsbeispiel keine Drossel 50 in der hydraulischen Verbindung zwischen der Kraftstoffkammer 8 und dem Kraftstofftank 46 angeordnet ist, kann der Kraftstoff besonders schnell aus der Kraftstoffkammer 8 abfließen. Die Membran 4 bewegt sich daher besonders schnell in die obere Ausgangsposition und die Membranpumpe 4 ist besonders schnell für einen weiteren Einspritzvorgang bereit. Fluid ist daher mit einer hohen Frequenz in den Abgasstrang einspritzbar.Upon completion of the fluid injection operation, the switching valve becomes 27 switched so that the fuel chamber 8th via the changeover valve 27 and the drain line 48 with the fuel tank 46 is connected, leaving fuel from the fuel chamber 8th in the fuel tank 46 can drain away. Since no throttle in this embodiment 50 in the hydraulic connection between the fuel chamber 8th and the fuel tank 46 is arranged, the fuel can be particularly fast from the fuel chamber 8th flow away. The membrane 4 therefore moves particularly fast in the upper starting position and the diaphragm pump 4 is particularly fast ready for another injection process. Fluid is therefore injectable at a high frequency in the exhaust system.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Membranpumpe 4. 3 shows a schematic representation of an alternative embodiment of a diaphragm pump according to the invention 4 ,

Auch dieses Ausführungsbeispiel einer Membranpumpe 4 weist wie die in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele eine Fluidkammer 10 und eine Kraftstoffkammer 8 auf, die durch eine bewegliche Membran 6 voneinander getrennt sind. Die Fluidkammer 10 ist über ein Ein-Wege-Ventil 14 und eine Zulaufleitung 18 mit einem Fluidtank 16 und über eine Ablaufleitung 20 mit einem nicht gezeigten Fluid-Injektor 22 verbunden.Also, this embodiment of a diaphragm pump 4 like the ones in the 1 and 2 embodiments shown a fluid chamber 10 and a fuel chamber 8th on, passing through a movable membrane 6 are separated from each other. The fluid chamber 10 is via a one-way valve 14 and a supply line 18 with a fluid tank 16 and via a drain line 20 with a fluid injector, not shown 22 connected.

Oberhalb der Kraftstoffkammer 8 und der Fluidkammer 10 ist ein Niederdruckvolumen 58 mit einem ersten Querschnitt Q1 ausgebildet. Oberhalb des Niederdruckvolumens 58 ist ein Hochdruckvolumen 60 mit einem zweiten Querschnitt Q2 ausgebildet, wobei der zweite Querschnitt Q2 kleiner als der erste Querschnitt Q1 ist. Das Niederdruckvolumen 58 ist durch eine Kolben-Bohrung 59 mit der Kraftstoffkammer 8 verbunden. In die Kolben-Bohrung 59 ist ein unterer Bereich 52a eines Druckkolbens 52 so eingeführt, dass das untere Ende des Druckkolbens 52 im Kontakt mit der Membran 6 steht. Ein oberer, der Kraftstoffkammer 8 abgewandter Bereich 52b des Druckkolbens 52 hat einen größeren Querschnitt als der untere 52a Bereich des Druckkolbens. Insbesondere ist der Querschnitt des oberen Bereichs 52b des Druckkolbens so gewählt, dass er im Wesentlichen fluiddicht in den Querschnitt Q1 des Niederdruckvolumens 58 eingepasst ist.Above the fuel chamber 8th and the fluid chamber 10 is a low pressure volume 58 formed with a first cross section Q1. Above the low pressure volume 58 is a high pressure volume 60 formed with a second cross section Q2, wherein the second cross section Q2 is smaller than the first cross section Q1. The low pressure volume 58 is through a piston bore 59 with the fuel chamber 8th connected. Into the piston bore 59 is a lower area 52a a pressure piston 52 so inserted that the lower end of the pressure piston 52 in contact with the membrane 6 stands. An upper, the fuel chamber 8th remote area 52b of the pressure piston 52 has a larger cross section than the lower one 52a Area of the pressure piston. In particular, the cross section of the upper area 52b of the pressure piston is selected so that it is substantially fluid-tight in the cross section Q1 of the low-pressure volume 58 is fitted.

Um den unteren Bereich 52a des Druckkolbens 52 ist ein Federelement 56, z. B. eine Spiralfeder, angeordnet, die sich jeweils auf dem unteren, der Kraftstoffkammer 8 zugewandten Ende des Niederdruckvolumens 58 und auf der dem unteren Ende des Niederdruckvolumens 58 zugewandten Unterseite des oberen Bereichs 52b des Druckkolbens 52 abstützt. Der Druckkolben 52 ist so durch das Federelement 56 elastisch in dem Niederdruckvolumen 58 gelagert.To the lower area 52a of the pressure piston 52 is a spring element 56 , z. B. a coil spring, arranged, each on the lower, the fuel chamber 8th facing the end of the low pressure volume 58 and on the lower end of the low pressure volume 58 facing lower side of the upper area 52b of the pressure piston 52 supported. The pressure piston 52 is so by the spring element 56 elastic in the low pressure volume 58 stored.

Über einen Ablauf 64 ist das Niederdruckvolumen 58 hydraulisch mit dem Kraftstofftank 46 verbunden.About a process 64 is the low pressure volume 58 hydraulically with the fuel tank 46 connected.

Oberhalb des Niederdruckvolumens 58 ist ein Hochdruckvolumen 60 ausgebildet, das über einen Zulauf 66 mit einer aus den 1 und 2 bekannten Dosiereinheit 24 hydraulisch verbunden ist, so dass unter Druck stehender Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung 29 des in der 3 nicht gezeigten Kraftstoffeinspritzsystems durch die Dosiereinheit 24 in das Hochdruckvolumen 60 einführbar ist. In dem Druckkolben 52 ist eine Kraftstoffbohrung 54 ausgebildet, die das Hochdruckvolumen 60 hydraulisch mit der Kraftstoffkammer 8 verbindet.Above the low pressure volume 58 is a high pressure volume 60 formed that over an inlet 66 with one of the 1 and 2 known dosing unit 24 hydraulically connected so that pressurized fuel from the fuel line 29 in the 3 Not shown fuel injection system through the metering unit 24 in the high pressure volume 60 is insertable. In the pressure piston 52 is a fuel hole 54 formed the high pressure volume 60 hydraulically with the fuel chamber 8th combines.

Bei geöffnetem Steuerventil 26, 27 in der Dosiereinheit 24 strömt unter Druck stehender Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung 29 des Kraftstoffeinspritzsystems durch den Zulauf 66 in das Hochdruckvolumen 60 und durch die Kraftstoffbohrung 54, die in dem Druckkolben 52 ausgebildet ist, weiter in die Kraftstoffkammer 8, so dass die Membran 6, wie im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben, nach unten gedrückt und das Volumen der Fluidkammer 10 verkleinert wird.With open control valve 26 . 27 in the dosing unit 24 pressurized fuel flows out of the fuel line 29 the fuel injection system through the inlet 66 in the high pressure volume 60 and through the fuel hole 54 in the pressure piston 52 is formed, further into the fuel chamber 8th so that the membrane 6 , as related to the 1 and 2 described, pressed down and the volume of the fluid chamber 10 is reduced.

Zusätzlich drückt der erhöhte Druck im Hochdruckvolumen 60 auch den Druckzylinder 52 gegen die Kraft des Federelements 56 nach unten, so dass eine zusätzliche, nach unten gerichtete Kraft auf die Membran 6 ausgeübt wird. Dadurch wird der Druck in der Fluidkammer 10 weiter erhöht, so dass das Fluid aus der Fluidkammer 10 unter erhöhtem Druck durch die Ablaufleitung 20 in den in der 3 nicht gezeigten Fluid-Injektor 22 strömt.In addition, the increased pressure in the high pressure volume pushes 60 also the printing cylinder 52 against the force of the spring element 56 down, giving an additional, downward force on the membrane 6 is exercised. This will cause the pressure in the fluid chamber 10 further increases, so that the fluid from the fluid chamber 10 under increased pressure through the drain line 20 in the in the 3 not shown fluid injector 22 flows.

Auf der unteren, dem Druckkolben 52 abgewandten Seite der Membran 6 ist ein Hubanschlag 64 angeordnet, der den Förderhub der Membran 6 begrenzt, indem er auf dem Boden der Fluidkammer 10 aufschlägt. Der Hubanschlag 64 kann elastisch ausgebildet sein, um den Einschlag der Membran 6 auf dem Boden der Fluidkammer 10 zu dämpfen und dadurch sowohl den Verschleiß als auch die beim Betrieb der Membranpumpe 4 entstehende Geräuschentwicklung zu minimieren.On the lower, the pressure piston 52 opposite side of the membrane 6 is a stroke stop 64 arranged, which the delivery stroke of the membrane 6 limited by being on the bottom of the fluid chamber 10 hits. The stroke stop 64 may be elastic, to the impact of the membrane 6 on the bottom of the fluid chamber 10 To dampen and thereby both the wear and the operation of the diaphragm pump 4 to minimize the development of noise.

Ist die Membran 6 fest mit der unteren Stirnseite des Druckkolbens 52 verbunden, so ist ein zusätzliches Federelement 12 in der Fluidkammer 10, das die Membran 6 nach der Beendigung des Förderhubs wieder nach oben drückt, nicht erforderlich, da die Membran 6 von dem Druckkolben 52 mit nach oben gezogen wird, wenn sich der Druckkolben 52 unter Einwirkung der Kraft des Federelements 56 zurück in seine obere Ausgangsposition bewegt.Is the membrane 6 firmly with the lower end face of the pressure piston 52 connected, so is an additional spring element 12 in the fluid chamber 10 that the membrane 6 after the completion of the delivery stroke pushes up again, not required because the diaphragm 6 from the pressure piston 52 is pulled up when the pressure piston 52 under the action of the force of the spring element 56 moved back to its upper starting position.

In dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Membranpumpe 4 wird der Einspritzdruck des Fluids auf einen Druck erhöht, der über dem von der Vorförderpumpe 30 des Kraftstoffsystems erzeugten Drucks liegt. Auch größere Fluidmengen können so innerhalb einer sehr kurzer Einspritzzeit in den Abgasstrang eingespritzt werden. Die maximale Einspritzmenge pro Förderhub ist durch die Dimensionierung des Hubanschlags 64 einstellbar.In the in the 3 shown embodiment of a diaphragm pump 4 the injection pressure of the fluid is increased to a pressure which is higher than that of the prefeed pump 30 the pressure generated by the fuel system. Even larger amounts of fluid can be injected into the exhaust system within a very short injection time. The maximum injection quantity per delivery stroke is determined by the dimensioning of the stroke stop 64 adjustable.

Claims (10)

Dosiersystem zum Einspritzen eines Fluids in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, der mit einem Kraftstoff-Einspritzsystem verbunden ist, das ausgebildet ist, Kraftstoff unter Druck in wenigstens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors einzuspritzen, wobei das Dosiersystem eine Pumpvorrichtung (4) umfasst, die derart ausgebildet und hydraulisch mit dem Kraftstoff-Einspritzsystem verbunden ist, dass das Fluid durch den im Kraftstoff-Einspritzsystem erzeugten Druck in den Abgasstrang einspritzbar ist.Dosing system for injecting a fluid into an exhaust line of an internal combustion engine, which is connected to a fuel injection system, which is designed to inject fuel under pressure into at least one combustion chamber of the internal combustion engine, wherein the dosing system comprises a pump device ( 4 ) which is designed and hydraulically connected to the fuel injection system such that the fluid can be injected into the exhaust gas line by the pressure generated in the fuel injection system. Dosiersystem nach Anspruch 1, wobei die Pumpvorrichtung (4) eine Membranpumpe mit zwei Kammern (8, 10) umfasst, die durch eine bewegliche Membran (6) voneinander getrennt sind.Dosing system according to claim 1, wherein the pump device ( 4 ) a diaphragm pump with two chambers ( 8th . 10 ), which by a movable membrane ( 6 ) are separated from each other. Dosiersystem nach Anspruch 2, wobei eine erste Kammer (8) hydraulisch mit dem Kraftstoff-Einspritzsystem verbunden ist und wobei eine zweite Kammer (10) hydraulisch mit einem Fluidtank (16) und einem Fluid-Einspritzorgan (22) verbunden ist.Dosing system according to claim 2, wherein a first chamber ( 8th ) is hydraulically connected to the fuel injection system and wherein a second chamber ( 10 ) hydraulically with a fluid tank ( 16 ) and a fluid injection member ( 22 ) connected is. Dosiersystem nach Anspruch 3, wobei die erste Kammer (8) über ein Umschaltventil (26; 27) hydraulisch mit dem Kraftstoff-Einspritzsystem verbunden ist.Dosing system according to claim 3, wherein the first chamber ( 8th ) via a switching valve ( 26 ; 27 ) is hydraulically connected to the fuel injection system. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das Fluid-Einspritzorgan (22) einen druckwellengesteuerten Injektor umfasst, der an dem Abgasstrang befestigt und hydraulisch mit der Membranpumpe (4) verbunden ist.Dosing system according to one of claims 3 or 4, wherein the fluid injection member ( 22 ) comprises a pressure wave-controlled injector which is attached to the exhaust line and hydraulically connected to the diaphragm pump ( 4 ) connected is. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Membranpumpe (4) wenigstens einen Kolben (52) umfasst, der ausgebildet ist, im Betrieb eine Kraft auf die Membran (6) auszuüben.Dosing system according to one of claims 2 to 5, wherein the diaphragm pump ( 4 ) at least one piston ( 52 ) configured to apply a force to the membrane during operation ( 6 ) exercise. Dosiersystem nach Anspruch 6, wobei der Kolben (52) beweglich zwischen einer Niederdruckstufe (58) und einer hydraulisch mit dem Kraftstoff-Einspritzsystem verbundenen Hochdruckstufe (60) angeordnet ist, so dass der Kolben (52) durch den im Kraftstoff-Einspritzsystem erzeugten Druck bewegbar ist.Dosing system according to claim 6, wherein the piston ( 52 ) movable between a low-pressure stage ( 58 ) and a hydraulically connected to the fuel injection system high-pressure stage ( 60 ) is arranged so that the piston ( 52 ) is movable by the pressure generated in the fuel injection system. Dosiersystem nach Anspruch 7, wobei in dem Kolben (52) eine Kraftstoffbohrung (54) ausgebildet ist, welche die Hochdruckstufe (60) hydraulisch mit der ersten Kammer (8) verbindet.Dosing system according to claim 7, wherein in the piston ( 52 ) a fuel hole ( 54 ) is formed, which the high-pressure stage ( 60 ) hydraulically with the first chamber ( 8th ) connects. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei in der Membranpumpe (4) ein Rückstellelement (12) vorgesehen ist, das ausgebildet ist, um eine elastische Rückstellkraft auf den Kolben (52) auszuüben.Dosing system according to one of claims 2 to 8, wherein in the diaphragm pump ( 4 ) a reset element ( 12 ) is provided which is adapted to an elastic restoring force on the piston ( 52 ) exercise. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, mit wenigstens einem Anschlagelement (64), das zur Begrenzung der Bewegung der Membran (6) ausgebildet ist.Dosing system according to one of claims 2 to 9, with at least one stop element ( 64 ), which limits the movement of the membrane ( 6 ) is trained.
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