DE102018218752A1

DE102018218752A1 - Abgasnachbehandlungseinrichtung, Abgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102018218752A1
Application number: DE102018218752.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph WALETZEK; Pedro Dias Baptista
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2020-05-07
Also published as: KR20210081423A; CN112996992A; WO2020088884A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung (3) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (6), das zumindest einen Kanal (14) zur Leitung einer wässrigen Harnstofflösung und eine Kammer (15), in welcher ein ansteuerbarer auf die Leitung der Harnstofflösung einwirkbarer Aktuator (11) angeordnet ist, aufweist, wobei die Kammer (15) zumindest eine Ammoniakschutzeinrichtung (21) zum Schützen einer oder mehrerer Komponenten, insbesondere des Aktuators (11), vor Ammoniakdiffusion, aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Ammoniakschutzeinrichtung (21) zumindest eine von einer gasdurchlässigen Membran (20) verschlossene und der Kammer (15) zugeordnete Öffnung (18) im Gehäuse (6) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, das zumindest einen Kanal zur Leitung einer wässrigen Harnstofflösung und eine Kammer, in welcher ein ansteuerbarer auf die Leitung der Harnstofflösung einwirkender Aktuator angeordnet ist, aufweist, wobei die Kammer zumindest eine Ammoniakschutzeinrichtung zum Schützen einer oder mehrerer Komponenten, insbesondere des Aktuators, vor Ammoniakdiffusion, aufweist.
Stand der Technik
In heutigen Abgasnachbehandlungssystemen wird häufig eine wässrige Harnstofflösung als Reaktionsmittel zur Abgasnachbehandlung verwendet. Dieses wird beispielsweise in einem Tank gelagert und mittels einer Fördereinrichtung einem Dosierventil zugeführt, welches bedarfsgerecht die wässrige Harnstofflösung in das Abgasrohr der Brennkraftmaschine einspritzt, damit es stromabwärts der Einspritzstelle, insbesondere in einem dafür vorhergesehenen Katalysator, emissionsreduzierend mit dem Abgas reagiert. Die Fördereinrichtung und das Dosierventil stellen beide jeweils eine Abgasnachbehandlungsmittelverarbeitungseinrichtung des Abgasnachbehandlungssystems dar. Beide führen die wässrige Harnstofflösung und weisen eine Kammer auf, in welcher ein Aktuator zum Betätigen beispielsweise eines Ventilelements oder eines Pumpenkolbens, angeordnet ist. Aus der wässrigen Harnstofflösung kann Ammoniak in die Kammer diffundieren und dort aggressiv auf die Komponenten insbesondere des Aktuators einwirken, wodurch diese beispielsweise besonders schnell korrodieren. Um dies zu verhindern, ist es bekannt, in einer solchen Kammer eine Ammoniakschutzeinrichtung vorzusehen, die beispielsweise als Silberbeschichtung elektrischer Anschlusskontakte des Aktuators ausgebildet ist. Eine Abschirmung der gefährdeten Komponenten kann auch durch aufwendigere Mittel, wie beispielsweise eine komplexe Einhausung und/oder Dichtungen erreicht werden. Hierdurch entstehen jedoch hohe Herstellungskosten, auch dadurch bedingt, dass die einzelnen Komponenten jeweils mit einer eigenen Ammoniakschutzeinrichtung versehen werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Abgasnachbehandlungsmittelverarbeitungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch eine einfache und kostengünstige Lösung sämtliche gefährdete Komponenten insbesondere des Aktuators, die in der Kammer liegen, vor dem Ammoniak geschützt sind. Dabei müssen die einzelnen Komponenten insbesondere des Aktuators nicht separat behandelt beziehungsweise geschützt werden, sodass der Schutz einfach und kostengünstig erreichbar ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Ammoniakschutzeinrichtung zumindest eine von einer gasdurchlässigen Membran verschlossene und der Kammer zugeordnete Öffnung im Gehäuse aufweist. Durch die Öffnung ist ein Druckausgleich zwischen dem Gehäuseinneren, also der Kammer, und der Umgebung gewährleistet. Durch die Membran wird erreicht, dass der Druckausgleich lediglich durch einen Gasaustausch stattfinden kann. Der Gasaustausch erlaubt es, dass der gasförmige Ammoniak aus der Kammer heraus durch die Membran hindurch diffundiert und damit nicht eine für die in der Kammer liegende Komponenten gefährliche Konzentration in der Kammer erreichen kann. Dadurch ist durch die zumindest eine Öffnung und die Membran gewährleistet, dass sämtliche in der Kammer liegende Komponenten der Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung und insbesondere des Aktuators vor dem Ammoniak sicher geschützt sind. Insbesondere handelt es sich bei der Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung um eine, welche im stromlosen beziehungsweise unbestromten Zustand einen Durchströmungsquerschnitt für die wässrige Harnstofflösung verschließt. In diesem Zustand kann mit zunehmender Diffusion des Ammoniaks aus der Harnstofflösung der Druck in der Kammer steigen und die Ammoniakkonzentration einen kritischen Wert erreichen. Gerade hier ist das Vorhandensein der vorteilhaften Ammoniakschutzeinrichtung von Vorteil.
Bevorzugt ist die Öffnung in einem Gehäusedeckel des Gehäuses ausgebildet. Dadurch ist die Öffnung einfach an dem Gehäuse vorsehbar und kann beispielsweise auch nachträglich ohne eine Beeinträchtigung der Funktion der Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung eingebracht werden. Insbesondere ist durch das Vorsehen der Öffnung in dem Gehäusedeckel gewährleistet, dass auch die Membran vor der Montage des Deckels bereits an dem Deckel montierbar ist, um eine einfache Zuordnung der AmmoniakSchutzeinrichtung der Kammer zu ermöglichen. Besonders bevorzugt ist daher die Membran an dem Gehäusedeckel vormontiert angeordnet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Membran auf einer der Kammer zugewandten Innenseite des Gehäusedeckels aufliegt. Dadurch ist eine dichte Verbindung zwischen Membran und Gehäusedeckel, die durch den in der Kammer vorliegenden Druck unterstützt wird, gewährleistet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Aktuator als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet ist. Dazu sind in der Kammer beispielsweise zumindest eine bestrombare Spule sowie ein mit der Spule magnetisch zusammenwirkender und verlagerbarer Anker vorhanden.
Insbesondere weist der Aktuator einen in der Kammer verschiebbar gelagerten Anker auf, der mit einem Pumpenkolben und/oder mit einem Ventilelement zu deren Betätigung verbunden ist. Damit ist die Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung beispielsweise als Förderpumpe oder Dosierventil ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der zumindest einen Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Neben einer Anwendung des Abgasnachbehandlungssystems und/oder der Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung bei einer Brennkraftmaschine, ist es auch denkbar, eine Anwendung in der Medizintechnik, bei Kaffeemaschinen, in der Thermotechnik oder anderer Einrichtungen/Anlagen vorzusehen, bei welchen mit Abgasen zu rechnen ist, die für einzelne Komponenten gefährliche Reaktionsstoffe enthalten.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige

Figur ein vorteilhaftes Abgasnachbehandlungssystem in einer vereinfachten Darstellung.

Die einzige Figur zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Abgasnachbehandlungssystem 1, das einen Tank 2 zur Aufbewahrung eines flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels in Form einer wässrigen Harnstofflösung aufweist, sowie eine fluidtechnisch mit dem Tank 2 verbundene Abgasnachbehandlungsmittelverarbeitungseinrichtung 3, die als Förderpumpe 4 ausgebildet ist. Die Förderpumpe 4 ist saugseitig mit dem Tank 2 verbunden und druckseitig mit einem hier vereinfacht dargestellten ansteuerbaren Dosierventil 5.
Die Abgasnachbehandlungsmittelverarbeitungseinrichtung 3 weist ein Gehäuse 6 auf, in welchem eine Membrankolbenpumpe 7 angeordnet ist. Die Membrankolbenpumpe 7 weist einen verschieblich gelagerten Pumpenkolben 8 auf, der mit einer flexiblen Membran 9 zusammenwirkt, um durch ein hin und her Bewegen das Abgasnachbehandlungsmittel aus dem Tank 2 anzusaugen und in Richtung des Dosierventils 5 zu fördern. Die Kolbenmembranpumpe 7 ist insoweit auf bekannte Art und Weise ausgebildet.
Der Pumpenkolben 8 ist mit einem ebenfalls verschieblich gelagerten Anker 10 eines elektromagnetischen Aktuators 11 fest verbunden. Der Aktuator 11 weist außerdem eine bestrombare Spule 12 auf, die mit dem Anker 10 magnetisch zusammenwirkt. Wird die Spule 12 bestromt, so zieht sie den Anker 10 und damit den Kolben 8 an, entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 13. Mit Beenden der Bestromung drückt die Rückstellfeder 13 den Anker 10 und damit den Pumpenkolben 8 zurück in seine Ausgangsposition. Hierdurch wird die hin und her Bewegung des Pumpenkolbens 8 erreicht.
Durch die Pumpenbewegung wird die wässrige Harnstofflösung durch einen Kanal 14, der durch das Gehäuse 6 verläuft und mit der Membran 9 zusammenwirkt, gefördert. Der Aktuator 11 liegt in einer von dem Kanal 14, insbesondere durch die Membran 9 getrennten Kammer 15, die hier schraffiert gezeigt ist, weil sich in der Kammer 15 insbesondere ein Gehäuse- oder Führungselement befindet, und die in der Regel flüssigkeitsfrei ist. Das Gehäuse 6 weist eine Gehäusewanne 16 auf, in welcher der Aktuator 11 sowie der Pumpenkolben 8 und die Membran 9 angeordnet sind. Weiterhin weist das Gehäuse 6 einen Gehäusedeckel 17 auf, welcher die Kammer 15 verschließt und dicht mit der Gehäusewanne 16 verbunden ist. Der Gehäusedeckel 17 erlaubt eine einfache Montage der einzelnen Komponenten der Fördereinrichtung 4 in der Kammer 15. Insbesondere wird der Deckel 17 mit der Gehäusewanne 16 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, sodass eine dichte Verbindung dauerhaft gewährleistet ist.
In dem Deckel 17 ist eine Öffnung 18 ausgebildet, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Rückstellfeder 13 beziehungsweise dem Anker 10 stirnseitig gegenüberliegend angeordnet ist. Die Öffnung 18 ist auf der der Kammer 15 zugewandten Innenseite 19 des Gehäusedeckels 17 durch eine gasdurchlässige Membran 20 verschlossen. Die Membran 20 liegt an der Innenseite 19 an und überdeckt somit die gesamte Öffnung 18, sodass Gas nur durch die Membran 20 hindurch aus der Kammer 15 entweichen kann. Die Membran 20 ist insbesondere in der Art einer Druckausgleichsmembran ausgebildet.
Wenn im Betrieb nun Ammoniak aus dem im Kanal 14 befindlichen Harnstofflösung ausdiffundiert und in die Kammer 15 gelangt, so verlässt der gasförmige Ammoniak die Kammer 15 durch die Membran 20 und die Öffnung 18 hindurch. Dadurch wird erreicht, dass sich keine kritische Konzentration von Ammoniak in der Kammer 15 einstellen kann, durch welche insbesondere die Komponenten des Aktuators 11 angegriffen werden könnten. Die Öffnung 18 bildet somit zusammen mit der Membran 20 eine Ammoniakschutzeinrichtung 21 für die Abgasnachbehandlungsmittelverarbeitungseinrichtung 3. Dadurch ist ein dauerhafter sicherer Betrieb der Abgasnachbehandlungsmittelverarbeitungseinrichtung 3 sowie des Abgasnachbehandlungssystems 1 auf einfache und kostengünstige Art und Weise gewährleistet.

Claims

Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung (3) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (6), das zumindest einen Kanal (14) zur Leitung einer wässrigen Harnstofflösung und eine Kammer (15), in welcher ein ansteuerbarer auf die Leitung der Harnstofflösung einwirkbarer Aktuator (11) angeordnet ist, aufweist, wobei die Kammer (15) zumindest eine Ammoniakschutzeinrichtung (21) zum Schützen einer oder mehrerer Komponenten, insbesondere des Aktuators (11), vor Ammoniakdiffusion, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ammoniakschutzeinrichtung (21) zumindest eine von einer gasdurchlässigen Membran (20) verschlossene und der Kammer (15) zugeordnete Öffnung (18) im Gehäuse (6) aufweist.
Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (18) in einem Gehäusedeckel (17) des Gehäuses (6) ausgebildet ist.
Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (20) an dem Gehäusedeckel (17) vormontiert angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (20) auf einer der Kammer (15) zugewandten Innenseite (19) des Gehäusedeckels (17) anliegt.
Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (11) als elektromagnetischer Aktuator (11) ausgebildet ist.
Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (11) einen verschiebbar gelagerten Anker (10) aufweist, der mit einem Pumpenkolben (8) und/oder mit einem Ventilelement zu deren Betätigung verbunden ist.
Abgasnachbehandlungssystem (1) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Tank (2) zur Bereitstellung und Aufbewahrung einer wässrigen Harnstofflösung und mit zumindest einer fluidtechnisch mit dem Tank (2) verbundenen Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung (3), gekennzeichnet durch die Ausbildung der zumindest einen Abgasnachbehandlungsverarbeitungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.