WO2013156178A1 - Dosiervorrichtung - Google Patents

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WO2013156178A1 PCT/EP2013/053274 EP2013053274W WO2013156178A1 WO 2013156178 A1 WO2013156178 A1 WO 2013156178A1 EP 2013053274 W EP2013053274 W EP 2013053274W WO 2013156178 A1 WO2013156178 A1 WO 2013156178A1
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Dosing device The present invention relates to a metering valve according to the preamble of
  • Claim 1 and a metering device for introducing a liquid
  • nitrogen oxide reduction is absolutely necessary.
  • a liquid reducing agent e.g. a urea water solution (so-called AdBlue)
  • AdBlue urea water solution
  • Harmful nitric oxide is reduced to harmless water and nitrogen.
  • Control edge which must be adjusted precisely, and several guides that must be made to fit each other.
  • DE 10 2008 001 789 A1 shows a metering device in which a metering valve is controlled by an electromagnet.
  • a flow of the urea water solution is determined with the valve fully open as a function of a pressure of the urea water solution.
  • a characteristic curve is used which represents a relationship between the steady-state flow rate and the pressure. This characteristic represents a connection between the
  • the present invention differs from the prior art in that in a portion of the stepped bore a pump sleeve is sealingly guided, that in a central bore of the pump sleeve, a hollowed piston is sealingly guided, that in the low pressure chamber, a magnet sleeve is fixed to the housing in that a stop sleeve is arranged on one side of the low-pressure space opposite the magnet sleeve, and in that a stroke of the piston is delimited by the magnet sleeve and / or the stop sleeve.
  • the dosing device according to the invention is simple in construction, inexpensive to manufacture and still works very reliable.
  • the stop sleeve is pressed into a magnet pot, and that the magnet pot is connected to the housing. This ensures a firm and accurate fit of the stop sleeve; the magnetic pot is preferably connected to the housing cohesively, for example by welding.
  • the stop sleeve is thus adjustable in its axial position relative to the housing during assembly.
  • the delivery volume of the stop sleeve or its Einpressianae in the magnet pot the stroke of the piston and thus also the delivery volume of the metering valve.
  • Metering device can be standardized and is therefore suitable for mass production. In particular, because an at least largely automated assembly is possible.
  • the metering valve in addition to the low-pressure chamber has a pump working space, the low-pressure chamber and the pump working space are separated by a mechanical check valve.
  • the non-return valve causes in particular that the pump working space can be automatically filled in a simple manner again at an operating pressure drop in the pump working space by a positive pressure in the low-pressure space.
  • the first pressure chamber of the metering valve in the flow direction downstream of the pump is preferably the low-pressure chamber.
  • the metering device is also characterized in that the pump sleeve projects with a pressure plate in a nozzle chamber and that in the nozzle chamber, a nozzle needle is arranged, wherein the nozzle chamber via a transverse bore with the pump working space is hydraulically in communication when the pressure plate from a sealing edge of the Housing is lifted.
  • the pump sleeve - and thus also the pressure plate - is thereby at least indirectly acted upon by the movable piston with the solenoid actuated with pressure.
  • the medium in the pump chamber is pressurized by the piston with pressure.
  • the nozzle space can be filled iteratively from the pump working space.
  • Electromagnet is the previously at least partially emptied
  • the metering device according to the invention due to its construction and its construction, has no special requirements for the production technology.
  • the guides do not have to be precisely aligned with each other and can thus be manufactured with a relatively large tolerance. All guides can be ground in one operation.
  • the design does not include a control edge or other functional elements that must be measured when assembled and then adjusted in disassembled condition. Also, that is why
  • Dosing device according to the invention cost-effective in the production.
  • the low-pressure chamber is hydraulically connected to the pump.
  • a delivery pressure of the pump thus determines the pressure in the low-pressure space.
  • the pump is preferably a prefeed pump. To the Pump are no particularly high demands, in particular with regard to a pressure build-up, provided. This also makes the metering device
  • Dosing device a liquid reducing agent, e.g. so-called AdBlue, to
  • the metering device according to the invention is part of a known selective catalytic reduction (SCR) system.
  • the metering valve is arranged in the exhaust gas flow direction in front of an SCR catalyst.
  • the metering device according to the invention can be supplied with diesel fuel if required
  • Dosing device part of a known system for
  • the metering valve is arranged upstream of an oxidation catalyst in the exhaust pipe.
  • FIG. 1 the environment of the invention
  • Fig. 2 shows an inventive, exemplary metering device in detail.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 with a
  • Exhaust gas aftertreatment device 3 greatly simplified and shown schematically and shows the environment of the invention.
  • Exhaust after-treatment device 3 comprises an exhaust pipe 5, a
  • a liquid reducing agent e.g. a urea water solution (so-called AdBlue) or another liquid
  • a metering valve 13 is arranged upstream of the SCR catalyst 1 1 at the exhaust pipe 5 for introducing the urea water solution.
  • the metering valve 13 injects as needed, e.g. if a high
  • the metering valve 13 is part of a metering device 15.
  • the metering device 15 further comprises a pump 23, preferably a prefeed pump, which is arranged in a feed line 19 between a storage tank 21 and the metering valve 13.
  • the delivery line 19 supplies the metering valve 13 with
  • sensors arranged in the exhaust gas aftertreatment device 3 namely a nitrogen oxide sensor 25 and temperature sensors 27 and 29.
  • the sensors 25, 27 and 29 shown here represent only an example selection, since in real
  • Exhaust after-treatment devices 3 still further sensors in the region of the exhaust pipe 5 may be arranged.
  • FIG. 2 shows the metering device 15 according to the invention, in particular the metering valve 13, in detail.
  • the metering valve 13 is enclosed by a housing 33, from which a nozzle body 35 protrudes.
  • a stepped bore 34 In the housing 33 is a stepped bore 34 with a plurality
  • Sections 34.1 to 34.4 In the first portion 34.1 of the stepped bore 34 of the nozzle body 35 is pressed.
  • the second section 34.2 of the stepped bore 34 defines a nozzle chamber 41 in which inter alia a pressure plate 45 and a first compression spring 51 are located.
  • a pump sleeve 47 is guided sealingly and yet axially displaceable.
  • a magnet sleeve 67 is pressed.
  • the magnet sleeve 67, together with an armature 69, also serves as an end stop for a piston 49.
  • the armature 69 is firmly connected to the piston 49.
  • grooves (without reference numerals) or longitudinal bores are incorporated, which produce a hydraulic connection between the magnetic sleeve 67 of the "separated" parts of the low-pressure chamber 61.
  • nozzle needle 37 In the nozzle body 35, an outwardly opening nozzle needle 37 is guided.
  • the nozzle needle 37 closes by the spring force of a nozzle closing spring 39, the nozzle body 35 in a valve seat 36.
  • the nozzle closing spring 39 is supported at one end against the nozzle body 35 and the other end against stop 38 on the nozzle needle 37.
  • the nozzle needle 37 opens when the pressure in a nozzle chamber 41 is so great that the forces acting on the nozzle needle 37 hydraulic forces are greater than the forces acting in the closing direction of the nozzle needle 37 forces of the nozzle closing spring 39.
  • a Hubeinstellhunt 43 may be arranged between the stop 38 and the nozzle body 35.
  • the nozzle chamber 41 is closed in the closed position shown in Figure 2 by the pressure plate 45 at a stop 38 opposite the end of the nozzle chamber 41.
  • the pressure plate 45 is part of a pump sleeve 47, which in the fourth section 34.4.
  • the stepped bore 34 of the housing 33 is guided axially movable.
  • Pump sleeve 47 has a central bore 48 in which the piston 49 is guided.
  • the piston 49 is hollow drilled.
  • a check valve 58 comprising a designed as a ball valve member 57 and a second compression spring 59, and a return spring 66 is arranged in the center bore 48.
  • the valve member 57 is pressed by the second compression spring 59 against the opening of the hollow-bore piston 49.
  • the central bore 48, the valve member 57 and the pressure plate 45 define a pump working chamber 55.
  • a transverse bore 50 is arranged, which connects the pump working chamber 55 with the third portion 34.3 of the stepped bore 34.
  • the cavity of the piston 49 forms a low-pressure chamber 61 of the metering valve 13, the low-pressure chamber 61 being connected to the delivery line 19 via a hydraulic connection 63.
  • the delivery pressure generated by the pump 23 thus prevails.
  • the hydraulic connection 63 is a separate component which is sealingly inserted into a central bore (without reference numeral) of the magnet pot 71 and fixed there. This can be done for example by a press connection or a welded connection or another joining method.
  • the hydraulic port 63 is hydraulically connected to the delivery line 19.
  • the piston 49 is moved by energizing an electromagnet 65 from the illustrated closed position (in Figure 2 down) and thus serves as Pump piston.
  • the energization of the electromagnet 65 is controlled by the control unit 31.
  • the solenoid 65 operates against a force of the return spring 66 which is arranged coaxially with the piston 49.
  • the restoring spring 66 rests at one end on an upper edge of the pump sleeve 47 and at the other end against a snap ring 68 arranged on the piston 49.
  • the electromagnet 65 is inserted at a nozzle body 35 opposite end in the housing 33 of the metering valve 13.
  • the armature 69 is arranged on the piston 49, which is guided in the fourth section 34.4 of the stepped bore 34 of the housing 33.
  • Section 34.4 is larger in diameter than the diameter of the piston 49.
  • the electromagnet 65 is covered by a magnetic pot 71, wherein the
  • Magnet pot 71 with the hydraulic port 63 at the same time the metering valve 13 to the delivery line 19 closes.
  • An electrical connection 72 for the electromagnet 65 is provided in the magnet pot 71.
  • Magnet pot 71 is connected to the housing 33 by welds 73.
  • the stop sleeve 75 and the position of the hydraulic port 63 in the central bore of the magnet pot thereby limit the stroke of the piston 49. Due to the length of the stop sleeve 75, but also the installation depth of the hydraulic port 63 in the magnet pot 75, a volume of the
  • Low-pressure space 61 and a stroke of the piston 49 and thus the desired delivery volume of the metering valve 13 can be adjusted during assembly.
  • the dosing device 15 according to the invention has the peculiarity that with the exception of the electromagnet 65 and the magnet pot 72 with mounted hydraulic connection 63 from "below” into the housing 33 are used can.
  • “bottom” refers to the alignment of the metering device 15 shown in FIG.
  • This mountability from one side is an important manufacturing advantage, because it facilitates the automation of assembly or only possible.
  • the metering valve 13 works as follows:
  • the metering valve 13 is supplied via the baineitung 19 with urea water solution from the storage tank 21.
  • the urea water solution flows with the delivery pressure of the pump 23 into the low-pressure chamber 61 of the metering valve 13.
  • the urea water solution is pressed by the piston 49 and the valve member 57 in the nozzle chamber 41, so that there, the pressure also increases. As soon as the hydraulic forces resulting from the pressure in the nozzle chamber 41 and acting on the nozzle needle 37 exceed the spring force of the nozzle closing spring 39, the nozzle needle 37 opens.
  • the spring force of the nozzle closing spring 39 is advantageously selected so that the pressure level in the nozzle chamber 41 when opening the nozzle needle 37 is significantly above the pressure level in the low pressure chamber 61.
  • the prevailing pressure level is due to the delivery pressure of the pump 23.
  • the nozzle needle 37 is always in the non-driven state with a sufficiently high
  • the delivery volume of the metering valve 13 results on the one hand from the upper end position of the body 49 at the stop on the stop sleeve 75 and on the other hand from the lower end position on the stop on the magnet sleeve 67.
  • the stop sleeve 75 is suitable by varying its length
  • the storage tank 21 with
  • Regeneration of a particulate filter in the exhaust pipe 5 can be used.
  • a burner which generates a flame, if necessary, which serves to vaporize the additionally injected into the exhaust gas fuel.
  • This exhaust-fuel mixture reacts strongly exothermic in the oxidation catalyst 7.
  • the metering valve 13 is to the upstream of the oxidation catalyst 7 in Exhaust pipe 5 is arranged.
  • This embodiment may be additionally or alternatively installed for injecting urea-water solution upstream of the SRC catalyst 11.

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Description

Beschreibung
Titel
Dosiervorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dosierventil nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 und eine Dosiervorrichtung zum Einbringen eines flüssigen
Mediums in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach dem Anspruch 12. Stand der Technik
Für Brennkraftmaschinen ist die Einhaltung von Grenzwerten der
Schadstoffemissionen im Abgas gesetzlich gefordert. Insbesondere bei einem Dieselfahrzeug ist eine Stickoxid-Reduzierung zwingend erforderlich. Eine Möglichkeit der Stickoxid-Reduzierung ist bspw. das bekannte Verfahren einer selektiven katalytische Reduktion (SCR). Bei diesem Verfahren wird ein flüssiges Reduktionsmittel, z.B. eine Harnstoffwasserlösung (sog. AdBlue), in den
Abgasstrom im Abgasrohr eingebracht. Mit dem heißen Abgas entwickelt sich aus der Harnstoffwasserlösung Ammoniakgas, mit dem das
gesundheitsschädliche Stickoxid zu unschädlichem Wasser und Stickstoff reduziert wird.
Es sind druckwellengesteuerte Dosiersysteme bekannt. Bei diesen Systemen besteht das Einspritzventil nur aus mechanischen Bauteilen. Eine Ventilnadel wird mit einem Federhalter zugehalten und öffnet ab einem gewissen hydraulischen
Druck von selbst. Die Einspritzung wird somit über eine Druckwelle gesteuert, die mit Hilfe einer externen Pumpe erzeugt wird. Ein Nachteil ist die geringe
Zumessgenauigkeit, da die Einspritzmenge stark von der Druckwellenform abhängt, die von äußeren Einflüssen leicht beeinflusst werden kann. Aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2011 078 852 A1 ist eine weitere Ausführungsform eines Dosierventils bekannt, bei der eine Pumpe und eine Düse in einer Einheit integriert sind. Dieses integrierte Dosiermodul (IDM) ist rücklauffrei. Die Pumpe ist so konstruiert, dass sie auch die Funktion der mengengenauen Zumessung des flüssigen Mediums übernimmt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Pumpe rein volumetrisch fördert; so dass mit jedem Förderhub eine definierte Menge des Mediums gefördert wird. Dadurch wird eine sehr gute Zumessgenauigkeit erreicht. Ein Nachteil dieses Systems ist dessen aufwendige Herstellung. Derzeit bekannte Ausführungen beinhalten eine
Steuerkante, die präzise eingestellt werden muss, und mehrere Führungen, die passgenau zueinander gefertigt werden müssen.
Die DE 10 2008 001 789 A1 zeigt eine Dosiervorrichtung, bei der ein Dosierventil durch einen Elektromagneten gesteuert wird. Dabei wird ein Durchfluss der Harnstoffwasserlösung bei vollständig geöffnetem Ventil in Abhängigkeit von einem Druck der Harnstoffwasserlösung bestimmt. Hierzu wird eine Kennlinie genutzt, die einen Zusammenhang des stationären Durchflusses über dem Druck repräsentiert. Diese Kennlinie stellt einen Zusammenhang zwischen der
Ansteuerdauer des Elektromagneten und der Einspritzmenge her. Über eine geeignete Ansteuerung des Ventils wird die Dosierung der
Harnstoffwasserlösung gesteuert.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, dass in einem Abschnitt der Stufenbohrung eine Pumpenhülse dichtend geführt ist, dass in einer Mittenbohrung der Pumpenhülse ein hohlgebohrter Kolben dichtend geführt ist, dass in dem Niederdruckraum eine Magnethülse an dem Gehäuse befestigt ist, dass an einem der Magnethülse gegenüberliegenden Seite des Niederruckraums eine Anschlaghülse angeordnet ist, und dass ein Hub des Kolbens von der Magnethülse und/oder der Anschlaghülse begrenzt wird.
Durch die definierte Begrenzung des Hubs des Kolbens kann ein Fördervolumen des Dosierventils genau bestimmt werden. Daraus resultiert eine erheblich verbesserte Zumessgenauigkeit des Dosierventils bei gleichzeitig vereinfachter Ansteuerung. Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung ist einfach aufgebaut, kostengünstig in der Herstellung und arbeitet trotzdem sehr zuverlässig. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anschlaghülse in einen Magnettopf eingepresst ist, und dass der Magnettopf mit dem Gehäuse verbunden ist. Dadurch wird ein fester und genauer Sitz der Anschlaghülse gewährleistet; der Magnettopf ist bevorzugt mit dem Gehäuse stoffschlüssig, z.B. durch Schweißen, verbunden. Die Anschlaghülse ist damit in ihrer axialen Position relativ zu dem Gehäuse bei der Montage einstellbar.
Vorzugsweise bestimmt eine Länge der Anschlaghülse beziehungsweise deren Einpresstiefe in dem Magnettopf den Hub des Kolbens und damit auch das Fördervolumen des Dosierventils. Damit kann durch eine entsprechend ausgebildete oder eingepresste Anschlaghülse das Fördervolumen des
Dosierventils konstruktiv festgelegt und an unterschiedliche Brennkraftmaschinen bzw. Abgasvorrichtungen angepasst werden. Auch kann die Serienstreuung verschiedener Exemplare stark verringert werden. Der Aufbau der
Dosiervorrichtung kann standardisiert werden und ist damit für eine Großserien- Fertigung geeignet. Insbesondere auch deshalb weil eine zumindest weitgehend automatisierte Montage möglich ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Dosierventil neben dem Niederdruckraum einen Pumpenarbeitsraum aufweist, wobei der Niederdruckraum und der Pumpenarbeitsraum durch ein mechanisches Rückschlagventil getrennt sind.
Das Rückschlagventil bewirkt insbesondere, dass der Pumpenarbeitsraum bei einem betriebsbedingten Druckabfall im Pumpenarbeitsraum durch einen Überdruck im Niederdruckraum auf einfache Weise automatisch wieder befüllt werden kann. Vorzugsweise ist der in Strömungsrichtung hinter der Pumpe erste Druckraum des Dosierventils der Niederdruckraum.
Dadurch, dass in dem Niederdruckraum ein Anker des Elektromagneten angeordnet ist und der Anker mit dem Kolben verbunden ist, lässt sich einerseits der Kolben einfach betätigen und andererseits auch dessen Hub auf einfache Weise begrenzen.
Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Pumpenhülse mit einer Druckplatte in einen Düsenraum ragt und dass in dem Düsenraum eine Düsennadel angeordnet ist, wobei der Düsenraum über eine Querbohrung mit dem Pumpenarbeitsraum hydraulisch in Verbindung steht, wenn die Druckplatte von einer Dichtkante des Gehäuses abgehoben ist. Die Pumpenhülse - und damit auch die Druckplatte - wird dabei zumindest indirekt durch den beweglichen Kolben bei angesteuertem Elektromagnet mit Druck beaufschlagt. Dabei wird auch das im Pumpenarbeitsraum befindliche Medium durch den Kolben mit Druck beaufschlagt.
Der Düsenraum ist von dem Pumpenarbeitsraum iterativ befüllbar. So wird bei einem Ansteuern des Elektromagneten aus dem vollständig befüllten
Pumpenarbeitsraum der Düsenraum mit dem flüssigen Medium befüllt und entsprechend Druck aufgebaut; bei einem Ende der Bestromung des
Elektromagneten wird der zuvor zumindest teilweise geleerte
Pumpenarbeitsraum automatisch wieder vollständig mit flüssigem Medium befüllt.
Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung, insbesondere das Dosierventil, stellt aufgrund ihres Aufbaus und ihrer Konstruktion keine besonderen Anforderungen an die Fertigungstechnik. So müssen zum Beispiel die Führungen nicht passgenau zueinander ausgerichtet werden und können somit mit einer relativ großen Toleranz gefertigt werden. Alle Führungen können in einem Arbeitsgang geschliffen werden. Die Konstruktion beinhaltet keine Steuerkante oder sonstige Funktionselemente, die im montierten Zustand gemessen und anschließend in demontiertem Zustand eingestellt werden müssen. Auch daher ist die
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung kostengünstig in der Herstellung.
Vorteilhaft ist auch, dass der Niederdruckraum hydraulisch mit der Pumpe in Verbindung steht. Ein Förderdruck der Pumpe bestimmt damit den Druck im Niederdruckraum. Die Pumpe ist dabei bevorzugt eine Vorförderpumpe. An die Pumpe werden keine besonders hohen Anforderungen, insbesondere bezüglich eines Druckaufbaus, gestellt. Auch dies macht die Dosiervorrichtung
kostengünstig.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße
Dosiervorrichtung ein flüssiges Reduktionsmittel, z.B. sog. AdBlue, zur
Stickoxidreduktion in den Abgasstrom einspritzt. Damit ist die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung Teil eines bekannten Systems zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Das Dosierventil ist dabei in Abgasströmungsrichtung vor einem SCR-Katalysator angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung bei Bedarf Dieselkraftstoff zur
Partikelfilterregeneration in den Abgasstrom einspritzt. Damit ist die
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung Teil eines bekannten Systems zur
Entfernung von Rußpartikeln am Partikelfilter eines Dieselmotors. Das Dosierventil ist dazu stromaufwärts eines Oxidationskatalysators im Abgasrohr angeordnet.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei bilden alle
beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger
Kombination den Gegenstand der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 das Umfeld der Erfindung und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße, beispielhafte Dosiervorrichtung im Detail.
In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einer
Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 stark vereinfacht und schematisch dargestellt und zeigt das Umfeld der Erfindung. Die
Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 umfasst ein Abgasrohr 5, einen
Oxidationskatalysator 7 und einen SCR-Katalysator 1 1 zur selektiven
katalytischen Reduktion von gesundheitsschädlichem Stickoxid. Nicht dargestellt ist ein Partikelfilter, der üblicherweise stromabwärts des Oxidationskatalysators 7 angeordnet ist. Die Strömungsrichtung des Abgases durch das Abgasrohr 5 ist durch Pfeile (ohne Bezugszeichen) angedeutet.
Um den SCR-Katalysator 1 1 mit einem flüssigen Reduktionsmittel, z.B. einer Harnstoffwasserlösung (sog. AdBlue) oder einem anderen flüssigen
Reduktionsmittel zu versorgen, ist stromaufwärts des SCR-Katalysators 1 1 am Abgasrohr 5 ein Dosierventil 13 zum Einbringen der Harnstoffwasserlösung angeordnet. Das Dosierventil 13 spritzt bei Bedarf, z.B. wenn eine hohe
Konzentration von Stickoxiden im Abgas ermittelt wird, die
Harnstoffwasserlösung stromaufwärts des SCR-Katalysators 11 in das Abgasrohr
5 ein. Mit dem heißen Abgas entwickelt sich aus der Harnstoffwasserlösung Ammoniakgas, mit dem im SCR-Katalysator 11 das gesundheitsschädliche Stickoxid zu unschädlichem Wasser und Stickstoff reduziert wird.
Das Dosierventil 13 ist Teil einer Dosiervorrichtung 15. Die Dosiervorrichtung 15 umfasst darüber hinaus eine Pumpe 23, vorzugsweise eine Vorförderpumpe, die in einer Förderleitung 19 zwischen einem Vorratstank 21 und dem Dosierventil 13 angeordnet ist. Die Förderleitung 19 versorgt das Dosierventil 13 mit
Harnstoffwasserlösung aus dem Vorratstank 21.
Der Vollständigkeit halber sei noch auf in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 angeordnete Sensoren, nämlich einen Stickoxid-Sensor 25, sowie Temperatur- Sensoren 27 und 29, hingewiesen. Die hier gezeigten Sensoren 25, 27 und 29 stellen jedoch nur eine beispielhafte Auswahl dar, da bei realen
Abgasnachbehandlungseinrichtungen 3 noch weitere Sensoren im Bereich des Abgasrohrs 5 angeordnet sein können.
Die Sensoren 25, 27 und 29 sowie die Vorförder-Pumpe 23 und das Dosierventil 13 sind über Signalleitungen (ohne Bezugszeichen) mit einem Steuergerät 31 verbunden. Das Steuergerät 31 kann auch mehrere und verteilt angeordnete Steuergeräte umfassen. Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung 15, insbesondere das Dosierventil 13, im Detail. Das Dosierventil 13 ist von einem Gehäuse 33 umschlossen, aus dem ein Düsenkörper 35 herausragt.
In dem Gehäuse 33 befindet sich eine Stufenbohrung 34 mit mehreren
Abschnitten 34.1 bis 34.4, In dem ersten Abschnitt 34.1 der Stufenbohrung 34 ist der Düsenkörper 35 eingepresst.
Der zweite Abschnitt 34.2 der Stufenbohrung 34 begrenzt einen Düsenraum 41 in dem sich unter anderem eine Druckplatte 45 und eine erste Druckfeder 51 befinden.
In dem vierten Abschnitt 34.4 der Stufenbohrung 34 wird eine Pumpenhülse 47 dichtend und dennoch axial verschiebbar geführt.
An dem in Figur 2 oberen Ende des vierten Abschnitts 34.4 ist eine Magnethülse 67 eingepresst. Die Magnethülse 67 dient zusammen mit einem Anker 69 auch als Endanschlag für einen Kolben 49. Der Anker 69 ist fest mit dem Kolben 49 verbunden. In der Magnethülse 67 sind Nuten (ohne Bezugszeichen) oder Längsbohrungen eingearbeitet, die eine hydraulische Verbindung zwischen den von der Magnethülse 67„getrennten" Teilen des Niederdruckraums 61 herstellen.
In dem Düsenkörper 35 wird eine nach außen öffnende Düsennadel 37 geführt. Die Düsennadel 37 verschließt durch die Federkraft einer Düsenschließfeder 39 den Düsenkörper 35 in einem Ventilsitz 36. Die Düsenschließfeder 39 stützt sich einenends gegen den Düsenkörper 35 und anderenends gegen Anschlag 38 an der Düsennadel 37 ab.
Die Düsennadel 37 öffnet, wenn der Druck in einem Düsenraum 41 so groß ist, dass die auf die Düsennadel 37 wirkenden hydraulischen Kräfte größer als die in Schließrichtung auf die Düsennadel 37 wirkenden Kräfte der Düsenschließfeder 39 sind. Zur Einstellung des Hubs der Düsennadel 37 kann zwischen dem Anschlag 38 und dem Düsenkörper 35 eine Hubeinstellscheibe 43 angeordnet sein.
Der Düsenraum 41 wird in der in Figur 2 dargestellten Schließstellung von der Druckplatte 45 an einem dem Anschlag 38 gegenüberliegenden Ende des Düsenraums 41 verschlossen.
Die Druckplatte 45 ist Teil einer Pumpenhülse 47, die im vierten Abschnitt 34.4. der Stufenbohrung 34 des Gehäuses 33 axial beweglich geführt ist. Die
Pumpenhülse 47 weist eine Mittenbohrung 48 auf, in der der Kolben 49 geführt wird. Der Kolben 49 ist hohlgebohrt. Außerdem sind in der Mittenbohrung 48 ein Rückschlagventil 58, umfassend ein als Kugel ausgebildetes Ventilglied 57 und eine zweite Druckfeder 59, sowie eine Rückstellfeder 66 angeordnet. Das Ventilglied 57 wird dabei durch die zweite Druckfeder 59 gegen die Öffnung des hohlgebohrten Kolbens 49 gepresst.
Die Mittenbohrung 48, das Ventilglied 57 und die Druckplatte 45 begrenzen einen Pumpenarbeitsraum 55. In der Pumpenhülse 47 ist eine Querbohrung 50 angeordnet, welche den Pumpenarbeitsraum 55 mit dem dritten Abschnitt 34.3 der Stufenbohrung 34 verbindet.
Der Hohlraum des Kolbens 49 bildet einen Niederdruckraum 61 des Dosierventils 13, wobei der Niederdruckraum 61 über einen hydraulischen Anschluss 63 mit der Förderleitung 19 verbunden ist. Im Niederdruckraum 61 herrscht somit der von der Pumpe 23 erzeugte Förderdruck.
Der hydraulische Anschluss 63 ist ein separates Bauteil, das dichtend in eine zentrale Bohrung (ohne Bezugszeichen) des Magnettopfs 71 eingesetzt und dort fixiert wird. Dies kann zum Beispiel durch eine Pressverbindung oder eine Schweißverbindung oder ein anderes Fügeverfahren erfolgen. Der hydraulische Anschluss 63 ist mit der Förderleitung 19 hydraulisch verbunden.
Der Kolben 49 wird durch Bestromung eines Elektromagneten 65 aus der dargestellten Schließstellung (in Figur 2 nach unten) bewegt und dient so als Pumpenkolben. Die Bestromung des Elektromagneten 65 wird vom Steuergerät 31 gesteuert. Der Elektromagnet 65 arbeitet gegen eine Kraft der Rückstellfeder 66, die koaxial zu dem Kolben 49 angeordnet ist. Die Rückstellfeder 66 liegt einenends an einer Oberkante der Pumpenhülse 47 und anderenends an einem am Kolben 49 angeordneten Sprengring 68 an.
Der Elektromagnet 65 ist an einem dem Düsenkörper 35 entgegengesetzten Ende im Gehäuse 33 des Dosierventils 13 eingelassen. Zur elektromagnetischen Betätigung ist am Kolben 49 der Anker 69 angeordnet, der in dem vierten Abschnitt 34.4 der Stufenbohrung 34 des Gehäuses 33 geführt ist. Der vierte
Abschnitt 34.4 ist im Durchmesser größer als der Durchmesser des Kolbens 49.
Der Elektromagnet 65 wird von einen Magnettopf 71 bedeckt, wobei der
Magnettopf 71 mit dem hydraulischen Anschluss 63 gleichzeitig auch das Dosierventil 13 zur Förderleitung 19 hin verschließt. Im Magnettopf 71 ist ein elektrischer Anschluss 72 für den Elektromagneten 65 vorgesehen. Der
Magnettopf 71 ist durch Schweißnähte 73 mit dem Gehäuse 33 verbunden.
Als Anschlag für den Anker 69 dient in der in Figur 2 dargestellten
Schließstellung eine Anschlaghülse 75, die in die zentrale Bohrung (ohne
Bezugszeichen) des Magnettopfs 71 eingesetzt ist. Die Anschlaghülse 75 und die Position des hydraulischen Anschlusses 63 in der zentralen Bohrung des Magnettopfs begrenzen dabei die Hubbewegung des Kolbens 49. Durch die Länge der Anschlaghülse 75, aber auch die Einbautiefe des hydraulischen Anschlusses 63 in dem Magnettopf 75, können ein Volumen des
Niederdruckraums 61 und ein Hub des Kolbens 49 und damit das gewünschte Fördervolumen des Dosierventils 13 bei der Montage eingestellt werden.
Dadurch können Fertigungstoleranzen der anderen Bauteile ausgeglichen werden, so dass alle Exemplare einer Serie das gleiche Fördervolumen je Kolbenhub haben.
Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung 15 weist die Besonderheit auf, dass mit Ausnahme des Elektromagneten 65 sowie des Magnettopfs 72 mit montiertem hydraulischen Anschluss 63 von„unten" in das Gehäuse 33 eingesetzt werden können. Dabei bezieht sich„unten" auf die in Figur 2 dargestellte Ausrichtung der Dosiervorrichtung 15.
Diese Montierbarkeit von einer Seite ist ein wichtiger fertigungstechnischer Vorteil, weil er die Automatisierung der Montage erleichtert beziehungsweise erst ermöglicht.
Das Dosierventil 13 funktioniert folgendermaßen:
Das Dosierventil 13 wird über die Fördereitung 19 mit Harnstoffwasserlösung aus dem Vorratstank 21 versorgt. Dabei fließt die Harnstoffwasserlösung mit dem Förderdruck der Pumpe 23 in den Niederdruckraum 61 des Dosierventils 13.
In dem in Figur 2 dargestellten Ausgangszustand befindet sich der Kolben 49 in einer oberen Endposition und liegt an der Anschlaghülse 75 an. Wird der Elektromagnet 65 bestromt, wirkt über die Magnethülse 67 eine magnetische Kraft auf den Anker 69. In Folge dessen bewegt sich der Kolben 49 in Richtung Düsenkörper 35. Dadurch steigt der Druck im Pumpenarbeitsraum 55 so lange, bis sich die Pumpenhülse 47 und mit ihr die Druckplatte 45 ebenfalls in Richtung Düsenkörper 35 bewegt. Dabei wird eine Dichtkante 53 zwischen dem Gehäuse 33 und der Pumpenhülse 47 geöffnet.
Die Harnstoffwasserlösung wird von dem Kolben 49 und das Ventilglied 57 in den Düsenraum 41 gepresst, so dass dort der Druck ebenfalls ansteigt. Sobald die aus dem Druck im Düsenraum 41 resultierenden und auf die Düsennadel 37 wirkenden hydraulischen Kräfte die Federkraft der Düsenschließfeder 39 übersteigen, öffnet die Düsennadel 37.
Nach dem Ende der Bestromung bewegt sich der Kolben 49 durch die Federkraft der Rückstellfeder 66 nach oben in Richtung seiner Ausgangsposition. Dabei fällt der Druck in Pumpenarbeitsraum 55 ab. Die Düsennadel 37 wird durch die Federkraft der Düsenschließfeder 39 geschlossen und die Dichtkante 53 schließt durch die Federkraft der ersten Druckfeder 51. Wird im Pumpenarbeitsraum 55 das Druckniveau des Niederdruckraums 61 unterschritten, öffnet die Kugel 57 des Rückschlagventils 58 den Niederduckraum 61. Auf diese Weise kann der Pumpenarbeitsraum 55 über die zentrale Bohrung im Kolben 49, die Querbohrung 50 in der Pumpenhülse 47 und den Abschnitt 34.3 der Stufenbohrung 34 wieder befüllt werden, bis die Kugel 57 des
Rückschlagventils 58 den Niederduckraum 61 schließt. Dies geschieht, sobald der Druck im Pumpenarbeitsraum 55 gleich dem Druck im Niederdruckraum 61 ist. Damit ist die Befüllung des Pumpenarbeitsraums 55 abgeschlossen. Die Federkraft der Düsenschließfeder 39 ist vorteilhafterweise so gewählt, dass das Druckniveau im Düsenraum 41 beim Öffnen der Düsennadel 37 deutlich über dem Druckniveau im Niederdruckraum 61 liegt. Das dort herrschende Druckniveau ist durch den Förderdruck der Pumpe 23 begründet. Somit wird die Düsennadel 37 im nicht angesteuerten Zustand immer mit einer ausreichend hohen
Schließkraft zugehalten.
Das Fördervolumen des Dosierventils 13 ergibt sich einerseits aus der oberen Endposition des Körpers 49 am Anschlag an der Anschlaghülse 75 und andererseits aus der unteren Endposition am Anschlag an der Magnethülse 67. Die Anschlaghülse 75 eignet sich die durch Variation ihrer Länge
beziehungsweise die Einpresstiefe zur Einstellung des Hubs des Kolbens 49 und damit zur Einstellung des Fördervolumens (Einspritzmenge) des Dosierventils 13.
In einer nicht dargestellten Ausgestaltung kann der Vorratstank 21 mit
Dieselkraftstoff befüllt sein. Damit kann die Dosiervorrichtung 15 zur
Regeneration eines Partikelfilters im Abgasrohr 5 verwendet werden.
Insbesondere bei größeren Dieselmotoren ist bspw. stromaufwärts des
Partikelfilters und des Oxidationskatalysators 7 ein Brenner vorgesehen, der bei Bedarf eine Flamme erzeugt, die dazu dient, den zusätzlich in das Abgas eingespritzten Kraftstoff zu verdampfen. Dieses Abgas-Kraftstoff-Gemisch reagiert im Oxidationskatalysator 7 stark exotherm. In Folge dessen erreicht das Abgas die zur Regeneration des Partikelfilters erforderliche hohe Temperatur. Das Dosierventil 13 ist dazu stromaufwärts des Oxidationskatalysators 7 im Abgasrohr 5 angeordnet. Diese Ausgestaltung kann zusätzlich oder alternativ zum Einspritzen von Harnstoff-Wasser-Lösung stromaufwärts des SRC- Katalysators 1 1 installiert sein.

Claims

Ansprüche
1. Dosierventil (13) umfassend ein Gehäuse (33) und einen Elektromagneten (65), wobei in dem Gehäuse (33) eine Stufenbohrung (34) ausgebildet ist, wobei die Stufenbohrung (34) einen Niederdruckraum (61) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abschnitt (34.4) der Stufenbohrung
(34) eine Pumpenhülse (47) dichtend geführt ist, dass in einer Mittenbohrung (48) der Pumpenhülse (47) ein hohlgebohrter Kolben (49) dichtend geführt ist, dass in dem Niederdruckraum (61) eine Magnethülse (67) an dem Gehäuse (33) befestigt ist, dass an einem der Magnethülse (67)
gegenüberliegenden Seite des Niederruckraums (61) eine Anschlaghülse
(75) angeordnet ist, und dass ein Hub des Kolbens (49) von der
Magnethülse (67) und/oder der Anschlaghülse (75) begrenzt wird.
2. Dosierventil (13) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Anschlaghülse (75) in eine Bohrung des Magnettopf (71) eingesetzt ist, dass der Magnettopf (71) mit dem Gehäuse (33) verbunden ist, und dass in der Bohrung ein hydraulischer Anschluss (63) dichtend und fest mit dem
Magnettopf (75) verbunden ist. 3. Dosierventil (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierventil (13) neben dem Niederdruckraum (61) einen
Pumpenarbeitsraum (55) aufweist, und dass der Niederdruckraum (61) und der Pumpenarbeitsraum (55) durch ein Rückschlagventil (58, 57, 59) getrennt sind.
4. Dosierventil (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in dem Niederdruckraum (61) ein Anker (69) des Elektromagneten (65) angeordnet ist, und dass der Anker (69) mit dem Kolben (49) verbunden ist. Dosierventil (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenhülse (47) mit einer Druckplatte (45) in einen Düsenraum (41) ragt.
Dosierventil (13) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Düsenraum (41) eine Düsennadel (37) angeordnet ist, und dass der Düsenraum (41) über eine Querbohrung (50) mit dem Pumpenarbeitsraum (55) hydraulisch in Verbindung steht, wenn die Druckplatte (45) von einer Dichtkante (53) des Gehäuses (33) abgehoben ist.
Dosierventil (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Pumpenarbeitsraum (55) befindliche Medium durch den Kolben (49) mit Druck beaufschlagt wird.
Dosierventil (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckraum (61) hydraulisch mit der Pumpe (23) in Verbindung steht.
Dosierventil (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montage aller in der Stufenbohrung (34, 34.1 , 34.2, 34.2, 34.4) angeordneten Bauteile (75, 69, 47, 68, 66, 57, 59, 45, 51 , 38, 37, 35) von einem Ende des Gehäuses (33) erfolgen kann.
10. Dosierventil (13) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Hub des Kolbens (49) durch die Länge und/oder die Positionierung des hydraulischen Anschlusses (63) in dem Magnettopf (75) begrenzt wird.
Dosierventil (13) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Hub des Kolbens (49) durch eine Länge
Anschlaghülse (75) begrenzt wird
12. Dosiervorrichtung (15) zum Einbringen eines flüssigen Mediums in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe (23) zum Fördern des flüssigen Mediums, eine Förderleitung (19) zwischen einem Vorratstank (21) und einem Dosierventil (13), dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierventil ein Dosierventil (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Dosiervorrichtung (15) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (15) ein flüssiges Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion in den Abgasstrom einspritzt.
14. Dosiervorrichtung (15) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (15) Dieselkraftstoff zur Partikelfilterregeneration in den Abgasstrom einspritzt.
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