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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung zur Einbringung eines Reduktionsmittels in ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine, wobei die Dosiervorrichtung ein in ein Gehäuse eingesetztes Dosiermodul mit einem Dosierventil aufweist, und wobei das Dosiermodul über einen hydraulischen Anschluss mit einer Druckleitung und eine Fördereinrichtung mi einem Tank verschaltet ist und die Dosiereinrichtung eine Einrichtung zur Rückführung von Reduktionsmittel aus dem Dosierventil zumindest in die Druckleitung aufweist.
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Stand der Technik
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Eine derartige Dosiereinrichtung ist aus der
DE 10 2008 000 594 A1 bekannt. Diese Dosiereinrichtung weist eine Einrichtung zum Entleeren der Dosiereinrichtung in einen Tank und/oder einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich der Einrichtung oder der Dosiereinrichtung auf. Diese Einrichtung wird bei einer Abschaltung der Dosiereinrichtung wirksam. Dabei ist vorgesehen, dass diese Einrichtung eine mechanische Saug- und/oder Druckvorrichtung aufweist, deren Saug- und/oder Druckorgan mittels mindestens eines mechanischen Energiespeichers, insbesondere einer Feder, für einen das Reduktionsmittel in den Tank und/oder in einen gegen Einfrieren unempfindlichen Bereich befördernden Saug- und/oder Druckvorgang beaufschlagbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiereinrichtung zur Einbringung eines Reduktionsmittels in ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine anzugeben, deren Eisdruckbeständigkeit verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Dosiermodul eine Eisdruckkompensationseinrichtung aufweist und dass die Eisdruckkompensationseinrichtung eine erste Volumenvergrößerungseinrichtung und eine zweite Volumenvergrößerungseinrichtung aufweist. Zunächst einmal ist bei dieser Dosiereinrichtung eine Einrichtung zur Rückführung von Reduktionsmittel aus dem Dosierventil zumindest bis in die Druckleitung vorgesehen, wobei diese Einrichtung insbesondere beim außerplanmäßigen Abstellen der Brennkraftmaschine bzw. der Dosiereinrichtung wirksam wird. Auch in einem solchen Betriebszustand soll sichergestellt sein, dass insbesondere in dem Dosiermodul befindliches Reduktionsmittel aus diesem entfernt wird, um mögliche Beschädigungen des Dosiermoduls bei gefrierendem Reduktionsmittel (der Phasenübergang des Dosiermittels, das insbesondere eine wässrige Harnstofflösung ist, vom flüssigen in den gefroren Zustand liegt bei –11°C), zu vermeiden. Diese Einrichtung zur Rückführung von Reduktionsmittel ist beispielsweise als sogenannte Impulsrückführsaugeinrichtung oder so, dass die Fördereinrichtung zum Rücksaugen verwendet wird, ausgebildet und saugt eine geringe Menge, beispielsweise 1–3 ml, Abgas aus dem Abgasrohr in das Dosierventil. Dieses Abgas kann bei direkt an den hydraulischen Anschluss des Dosiermoduls angeschlossener Druckleitung in diese entweichen. Damit ist da Dosiermodul zunächst einmal von dem Reduktionsmittel größtenteils entleert. Es hat sich aber herausgestellt, dass Dosiermittel nachläuft oder gefrierendes Reduktionsmittel in der Druckleitung in das Dosiermodul transportiert wird. Das Dosiermodul und insbesondere das Dosierventil kann durch diese Wiederbefüllung mit Reduktionsmittel sehr schnell seinen Schutz wegen der Kompressibilität des Luftpolsters beziehungsweise Gaspolsters verlieren und beschädigt werden. Diesen beschriebenen Nachteil vermeidet die vorliegende Dosiereinrichtung, indem das Dosiermodul zusätzlich eine Eisdruckkompensationseinrichtung aufweist und diese eine erste und eine zweite Volumenvergrößerungseinrichtung aufweist. Dabei werden die beiden Volumenvergrößerungseinrichtungen nacheinander bei unterschiedlichem Eisvolumen beziehungsweise Eisdruck aktiv. Darüber hinaus weist die erste Volumenvergrößerungseinrichtung noch eine nachfolgend beschriebene Funktion zur erhöhten Rückführung von Reduktionsmittel in die Druckleitung auf. Insgesamt ist durch diese Ausgestaltung die Eisdruckbeständigkeit der Dosiereinrichtung und insbesondere des Dosiermoduls deutlich verbessert und zusätzlich ohne nennenswerten weiteren Bauaufwand die in die Druckleitung zurückgeführte Menge von Reduktionsmittel erhöht.
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In Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die erste Volumenvergrößerungseinrichtung ein erstes Volumen von beispielsweise 5 cm3 und ist bei einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck, beispielsweise zwischen 1 bar und 9 bar, geschaltet. Die erste Volumenvergrößerungseinrichtung umfasst einen gegenüber dem Dosiermodul in einer Schiebeführung beweglichen hydraulischen Anschluss, der federgestützt ist. Eine erste Funktion dieser Volumenvergrößerungseinrichtung ist zum verbesserten Rücksaugen von Reduktionsmittel ausgelegt. Dies erste Funktion ist später detailliert beschrieben. Nach der Ausführung der ersten Funktion ist der hydraulische Anschluss für eine Volumenvergrößerung von einer Feder gegen einen Anschlag an einer Schutzhaube hin zu einem verkleinerten Innenvolumen in dem Dosiermodul gedrückt. Dehnt sich nun das in dem Dosiermodul befindliche Reduktionsmittel durch den Phasenübergang zum Einfrieren bei unter –11°C aus, wird der hydraulische Anschluss gegen die Kraft der Feder um eine Wegstrecke s1 bewegt und vergrößert so das Volumen in dem Dosiermodul. Zur Abdichtung des Innenraums ist der hydraulische Anschluss über einen Balg mit dem eigentlichen Dosierventil dicht verbunden. Dieser Balg kann insbesondere eine Längenänderung ausführen.
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In Weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Volumenvergrößerungseinrichtung vorgesehen, die ein zweites Volumen, dass beispielsweise 25 cm3 beinhaltet und bei einem Druck von oberhalb eines Betriebsdrucks gegebenenfalls unter Einbezug einer Sicherheitsreserve, beispielsweise von mehr als 15 bar, geschaltet ist. Reicht folglich die erste Volumenvergrößerung nicht aus und der Druck in dem Dosiermodul steigt durch gefrierendes Reduktionsmittel weiter an, wird die zweite Volumenvergrößerungseinrichtung aktiv. Diese ist durch die Schutzhaube gebildet, die im Ruhezustand mit einem Flansch von einer Schutzhaubenfeder gegen ein Gehäuse des Dosiermoduls gedrückt wird. Wird durch gefrierendes Reduktionsmittel in dem Dosiermodul ein Druck von beispielsweise mehr als 15 bar aufgebaut, wird die Schutzhaube mitsamt dem hydraulischen Anschluss um eine Wegstrecke s2 zu einer weiteren Volumenvergrößerung in dem Dosiermodul von dem Dosierventil wegbewegt. Auch hierbei ermöglicht der Balg die weitere Längenänderung. Bei tauendem Reduktionsmittel wird durch die Feder, die Schutzhaubenfeder und den Balg die Längenänderung rückgängig gemacht. Neben der angegebenen zahlenmäßigen Auslegung ist im Rahmen der Erfindung auch eine andere Auslegung mit abweichenden Volumina und Schaltdrücken vorgesehen.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die erste Volumenvergrößerungseinrichtung neben der Schaltung zu einer Volumenvergrößerung für die Darstellung der ersten Funktion eine Rückführschaltungsstellung für Reduktionsmittel auf. In dieser Rückführschaltungsstellung ist die Feder vorgespannt und der hydraulische Anschluss ist zur Vergrößerung des Volumens in dem Dosiermodul (wie bei der Endstellung der ersten Volumenvergrößerung) nach oben gedrückt. Wird nun die Rücksaugeinrichtung beispielsweise elektrisch oder mechanisch aktiviert, wird der so vorgespannte hydraulische Anschluss freigegeben und bewegt sich durch die Kraft der Feder schlagartig um die Wegstrecke s1 zu einer Verkleinerung des Volumens in dem Dosiermodul. Durch Abstimmung unterschiedlicher Drosselstellen im Einströmbereich in den hydraulischen Anschluss und den Ausströmbereich aus dem hydraulischen Anschluss wird der auf das in dem hydraulischen Anschluss befindliche Reduktionsmittel einwirkende Impuls eingestellt. Dieser Impuls ist in Richtung der anschließenden Druckleitung ausgerichtet. Nachdem somit die zusätzliche Rückführung von Reduktionsmittel durchgeführt worden ist, ist die Ausgangsstellung für die erste Volumenvergrößerung durch die gleiche Einrichtung eingenommen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch einen Teilbereich des erfindungsgemäß ausgestalteten Dosiermoduls; und
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2 ein Diagramm mit der Darstellung der Volumenvergrößerung in Abhängigkeit von einem Hub und einer einwirkenden Kraft.
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Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist das erfindungsgemäß ausgestaltete Dosiermodul 5 einer Dosiereinrichtung teilweise dargestellt. Über eine Druckleitung 1 wird von einer Fördereinrichtung 2 Reduktionsmittel aus einem Tank 3 in einen hydraulischen Anschluss 4 des Dosiermoduls 5 eingeführt und durch einen Kanal 6 in einen Raum 7 eingebracht. Der Raum 7 ist durch einen Balg 8, der mit dem Anschluss 4 und einem Dosierventilanschluss 9 verbunden ist, abgedichtet. Der Dosierventilanschluss weist einen Dosierventilkanal 10 auf, durch den das Dosiermittel weiter zu dem eigentlichen – nicht dargestellten – Dosierventil geführt wird. Das gesamte Dosiermodul 5 weist ein nur ansatzweise dargestelltes Gehäuse 11 auf, das die einzelnen Komponenten des Dosiermoduls 5 aufnimmt, bzw. an dem die Komponenten des Dosiermoduls 5 befestigt sind.
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Im normalen Betriebszustand des Dosiermoduls 5 ist der Anschluss 4 mit einem unteren Anschlag 12 gegen eine Deckelwand 13 einer Schutzhaube 14 unter Verspannung einer Feder 15 bewegt und wird in dieser Position über eine Halteeinrichtung festgehalten. Wird nun eine sogenannte Impulsrücksaugung ausgelöst, die eine Rückführung von Reduktionsmittel aus dem Dosierventil bzw. dem Dosiermodul 5 in die Druckleitung 1 hervorruft, wird die Haltevorrichtung gelöst und der Anschluss 4 wird von der Feder 15 in Richtung zu dem Dosierventilanschluss 9 bis zur Anlage an einen Absatz 16 bewegt. Durch entsprechende Abstimmung von Drosseln im Einströmbereich und dem Ausströmbereich in den Anschluss 4 oder allgemeiner in das Dosiermodul 5 wird der erzeugte Impuls zur Rückführung von Reduktionsmittel in die Druckleitung 1 festgelegt.
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Nachdem so die zusätzliche Rückführung (zusätzlich zu der von der normalen Impulsrücksaueinrichtung zurückgeführten Menge) von Reduktionsmittel in die Druckleitung 1 durchgeführt worden ist, ist die Ausgangsstellung für die erste Volumenvergrößerung gegeben. Hierbei dehnt sich in Folge von Temperaturen unterhalb von –11°C in dem Raum 7, und dem Kanal 6 sowie dem Dosierventilkanal 10 gefrorenes Reduktionsmittel aus, und bewirkt eine Volumenvergrößerung. Diese Volumenvergrößerung wird in einer ersten Stufe durch eine Bewegung des Anschlusses 4 wiederum bis zur Anlage des Anschlags 12 an der Deckelwand 13 ausgeglichen. Dabei wird die Wegänderung s1 vollzogen. Diese Verschiebung des Anschlusses 4 wird bei einer durch einen Druck, der größer ist als der Umgebungsdruck, ausgeübten Kraft auf den Anschluss 4 erreicht. Die Volumenvergrößerung beträgt dabei mindestens der Volumenexpansion des Fluides beim Gefrieren. Durch diese zuvor beschriebene Funktion der vorhandenen Komponenten ist die erste Volumenvergrößerungseinrichtung gebildet.
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Bei einer weiteren Druckerhöhung über den Betriebsdruck einschließlich einer Sicherheitsreserve hinaus wird die zweite Volumenvergrößerungseinrichtung aktiv, die im Wesentlichen durch die Schutzhaube 14 gebildet ist. Die Schutzhaube 14 ist beispielsweise mittels einer Schraube 17 unter Einfügung einer Schutzhaubenfeder 18 an dem Gehäuse 11 befestigt. Steigt nun der Druck weiter an, wird die Schutzhaube 14 um den Weg s2 zu einer Vergrößerung des Volumens in dem Raum 7 nach oben bewegt. Abgedichtet wird auch diese Bewegung von dem Balg 8.
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Nach dem Abtauen des Reduktionsmittels werden die dargestellten Volumenvergrößerungen durch die Bewegungen der Schutzhaube 14 um den Weg s2 und des Anschlusses 4 um den Weg s1 nacheinander rückgängig gemacht und vor einem neuen Start der Brennkraftmaschine bzw. der Dosiereinrichtung wird der Anschluss 4 wieder mit dem Anschlag 12 gegen die Deckelwand 13 vorgespannt und in dieser Position von der Haltevorrichtung festgelegt.
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In dem Diagramm gemäß 2 sind die erreichbaren Volumenvergrößerungen D1 und D2 in Abhängigkeit des Wegs s und der durch den (Eis)-Druck hervorgerufenen Kraft f gemäß der vorherigen Beschreibung dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008000594 A1 [0002]