Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Fluid-Förderpumpe zum Einspritzen eines Fluids in ei- nen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors.

Handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Dieselmotor, so ist in dem Abgasstrang häufig ein Partikelfilter vorgesehen, der aufgrund seiner Filterwirkung den Feinstaubausstoß senkt. Um zu verhindern, dass sich der Filter nach einer bestimmten Einsatzdauer zusetzt, ist es erforderlich, den Filter von Zeit zu Zeit zu regenerieren. Die Regeneration erfolgt durch Temperaturerhöhung beispielsweise auf rund 600 Grad Celsius, wodurch die Partikel, insbesondere Rußpartikel, verbrennen. Da dies nicht in allen Betriebszuständen durch motorische Maßnahmen möglich ist, wird die Temperaturerhöhung durch Kraftstoff, zum Bei- spiel Diesel, erzielt, der über ein Einspritzventil in den Abgasstrang eingespritzt wird. Der eingespritzte Kraftstoff gelangt zu einem Oxidationskatalysator, der in Strömungsrichtung vor dem Partikelfilter angeordnet ist. Der Kraftstoff wird im Oxidationskatalysator oxidiert bzw. verbrannt und führt so zu einer Abgastemperaturerhöhung. Entsprechend heiße Abgase gelangen zum nachgeschalteten Partikelfilter und bewirken dort die Regeneration durch Verbrennen der im Filter abgelagerten Partikel.

Zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen in einem SCR-Katalysator wird häufig auch eine Harnstofflösung in den Abgasstrang ein- gespritzt.

Es besteht daher ein Bedürfnis für eine Vorrichtung, die es ermöglicht, Fluid in einen Abgasstrang einzuspritzen. DE 10 2004 057 688 A1 offenbart eine Membranpumpe mit einer Pumpenmembran, einem Exzenterantrieb, einem Förderraum für ein Medium und einem von dem Förderraum durch die Pumpenmembran abgetrennten Aggregateraum. Zur Verbindung mit dem Exzenterantrieb weist der Membrankörper in seinem Zent- rum einen Stößelbolzen auf.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Fluid-Förderpumpe zum Einspritzen von Fluid in einen Abgasstrang mit einem hohen Wirkungsgrad und einem einfachen mechanischen Aufbau bereitzustellen.

Die Erfindung wird durch eine Fluid-Förderpumpe nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Fluid-Förderpumpe.

Eine erfindungsgemäße Fluid-Förderpumpe weist einen Elektromagneten zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, einen beweglichen Anker, der sich in dem von dem Elektromagneten erzeugten elektromagnetischen Feld befindet, und eine elastische Membran auf. Ein Bereich der Membran ist direkt an dem Anker befestigt. Durch Bestromen des Elektromagneten ist ein elektromagnetischen Feld erzeugbar. Der Anker, der sich in dem elektromagnetischen Feld befindet, ist durch das elektromagnetische Feld bewegbar. Die Membran kann so mit Hilfe des Ankers durch Bestromen des Elektromagneten bewegt werden.

Dadurch, dass die Membran an dem durch das elektromagnetische Feld des Elektromagneten bewegbaren Anker befestigt ist, ist der Aufbau der Fluid- Förderpumpe sehr einfach. Insbesondere ist keine Hub- oder Stößelstange erforderlich, um den Anker mit der Membran zu verbinden. Die im Betrieb der FIu- id-Förderpumpe bewegte Masse ist ebenso reduziert wie die Verzugszeit zwischen dem Beginn der Ansteuerung der Fluid-Förderpumpe und dem Beginn der Bewegung der Membran. Dies verkleinert die Ansteuerdauer und die für den Betrieb der Fluid-Förderpumpe aufzuwendende Leistung. Die maximal mögliche Pumpfrequenz ist ebenso wie die Spreizung der pro Zeit zu fördernden Menge erhöht. Durch die reduzierte Masse der bewegten Teile ist die Energie beim Anschlagen des Ankers am Ende des Förderhubs reduziert. Die beim Betrieb der Fluid- Förderpumpe auftretende Geräuschemission werden ebenso verringert wie der Verschleiß.

In einer Ausführungsform ist ein Bereich der Membran an dem Elektromagneten befestigt. Eine Fluid-Förderpumpe, bei der ein Bereich der Membran an dem Elektromagneten befestigt ist, ist besonders einfach, kostengünstig und mit geringem Raumbedarf herstellbar, da keine zusätzlichen Bauteile zum Befestigen der Membran notwendig sind.

In einer Ausführungsform ist die Membran so angeordnet, dass innerhalb des Elektromagneten ein durch Bewegen der Membran erzeugbares bzw. variierbares Fördervolumen ausgebildet ist. Eine solche Fluid-Förderpumpe ist besonders kompakt herstellbar, da kein zusätzlicher Raum für das Fördervolumen benötigt wird. Ein Fördervolumen, das innerhalb des Elektromagneten angeordnet ist, ist durch einen elektrischen Stromfluss durch die Wicklungen des Elektromagneten beheizbar. Das zu fördernde Fluid kann daher besonders einfach und kostengünstig erwärmt oder aufgetaut werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist innerhalb des Elektromagneten wenigstens ein Zulauf zu oder ein Ablauf aus dem Fördervolumen ausgebildet. Dadurch, dass ein Zulauf und/oder ein Ablauf innerhalb des Elektromagneten angeordnet ist, ist der Zulauf/Ablauf durch einen elektrischen Stromfluss durch die Wicklun- gen des Elektromagneten beheizbar. So kann ein Einfrieren des Fluids im Zulauf und/oder im Ablauf verhindert oder eingefrorenes Fluid aufgetaut werden, ohne dass dafür ein zusätzliches Heizelement erforderlich ist.

In einer Ausführungsform ist der Anker so geformt, dass sich die elastische Membran mit steigendem Druck des zu fördernden Fluids im Fördervolumen zunehmend an den Anker anlegt. Dadurch wird die Membran bei steigendem Druck durch den Anker abgestützt und eine Beschädigung der Membran bei hohem Fluiddruck im Fördervolumen verhindert. Zusätzlich wird der maximal mögliche Förderdruck erhöht und die Reproduzierbarkeit des zeitlichen Druckaufbaus ver- bessert. In einer Ausführungsform ist ein flaches Metallstück in die Membran integriert und an dem Anker befestigt. Durch ein in die Membran integriertes Metallstück lässt sich ein Bereich der Membran besonders einfach und zuverlässig, z. B. durch Schweißen, an dem Anker befestigen.

In einer Ausführungsform umfasst die Membran ein Material, das eine gute elastische Verformbarkeit hat. In einer möglichen Ausführungsform umfasst die Membran insbesondere Äthylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Eine Membran, die ein elastisches Material umfasst, ist besonders vorteilhaft, wenn das zu fördernde Fluid einfriert, da die Volumenausdehnung des Fluids von der elastischen Membran aufgenommen wird und nicht zu einer Beschädigung der Fluid-Förderpumpe führt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläu- tert, dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fluid- Förderpumpe im Saughub; und Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fluid- Förderpumpe im Druckhub.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fluid- Förderpumpe im Saughub.

Eine erfindungsgemäße Fluid-Förderpumpe weist einen Elektromagneten 6 mit um eine Achse A gewickelten Wicklungen auf. Der Elektromagnet 6 weist auch ein, in den Figuren nicht gezeigtes, Joch aus Eisen oder einem anderen ferro- magnetischen Material auf.

Auf der in der Fig. 1 oben dargestellten Seite des Elektromagneten 6 ist ein Anker 4 vorgesehen, der durch eine in der Figur 1 nicht gezeigte Vorrichtung, z.B. eine Rückstellfeder, gegenüber dem Elektromagneten 6 elastisch abgestützt ist. Der Anker 4 weist ein ferromagnetisches Material auf, so dass er von dem Elekt- romagneten 6 angezogen wird, wenn der Elektromagnet 6 eingeschaltet ist und ein elektrischer Strom durch die Wicklungen des Elektromagneten 6 fließt. Der Anker 4 ist so durch Ein- und Ausschalten des Elektromagneten 6 parallel zur Achse A bewegbar.

Innerhalb der Wicklungen des Elektromagneten 6 ist um die Achse A ein Förder- volumen 14 ausgebildet, das auf der von dem Anker 4 abgewandten Seite durch einen Pumpenkörper 20 und auf der dem Anker 4 zugewandten Seite durch eine elastische Membran 2 begrenzt wird. In den mittleren Bereich der elastischen Membran 2 ist ein Metallstück 8 integriert, das an einem in Richtung auf die Membran 2 bogenförmig hervorstehenden Bereich 5, der in einem mittleren Be- reich des Ankers 4 ausgebildet ist, befestigt ist.

In dem Ventilkörper 20 ist ein Zulauf 10 zum Zuführen eines Fluids in das Fördervolumen 14 und ein Ablauf 12 zum Abführen des Fluids aus dem Fördervolumen 14 vorgesehen. An der Mündung des Zulaufs 10 in das Fördervolumen 14 befindet sich ein als Ein-Wege-Ventil ausgebildetes Zulaufventil 16, das ein Zufließen von Kraftstoff aus dem Zulauf 10 in das Fördervolumen 14 ermöglicht und ein Rückfließen von Kraftstoff aus dem Fördervolumen 14 in den Zulauf 10 verhindert. Entsprechend ist an der Mündung des Ablaufs 12 in das Fördervolumen 14 ein als Ein-Wege-Ventil ausgebildetes Ablaufventil 18 vorgesehen, welches das Abfließen von Kraftstoff aus dem Fördervolumen 14 in den Ablauf 12 ermöglicht und ein Rückfließen von Kraftstoff aus dem Ablauf 12 in das Fördervolumen 14 verhindert. Die Ventile 14, 16 können beispielsweise als Kugelventile oder als Flatterventile ausgebildet sein. Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Fluid-Förderpumpe im Saughub, wobei sich der Anker 4 und die mit ihm verbundene elastische Membran 2 in einer oberen Saugposition befinden. In der oberen Saugposition ist die Größe des Fördervolumens 14 maximal. Durch die Bewegung der Membran 2 in die obere Saugposition wird das zu förderndes Fluid durch den Zulauf 10 und das Zulaufventil 16 in das Fördervolumen 14 angesaugt. Das Ablaufventil 18 ist geschlossen, so dass kein Fluid aus dem Ablauf 12 in das Fördervolumen 14 gesaugt wird.

Zum Auslösen eines Druckhubs wird der Elektromagnet 6 bestromt. Es wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das den Anker 4 parallel zur Achse A in Rich- tung auf das Fördervolumen 14 in eine untere Ausstoßposition bewegt. Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Fluid-Förderpumpe im Druckhub. Der Anker 4 befindet sich ebenso wie die Membran 2 in der unteren Ausstoßposition, in der das Volumen des Fördervolumens 14 minimal ist. Durch die Bewegung des Ankers 4 und der Membran 2 von der oberen Ansaugposition in die untere Aus- stoßposition wird das Fluid aus dem Fördervolumen 14 durch das Ablaufventil 18 in den Ablauf 12 gedrückt. Das Zulaufventil 16 ist in dieser Strömungsrichtung geschlossen, so dass kein Kraftstoff aus dem Fördervolumen 14 in den Zulauf 10 gelangen kann. Ein mittlerer Bereich 5 des Ankers 4 ist so geformt, dass er zumindest teilweise in den Raum um die Achse A zwischen den Wicklungen des Elektromagneten 6, in dem das Fördervolumen 14 ausgebildet ist, hineinragt. Durch eine solche Ausformung des Ankers 4 legt sich die elastische Membran 2 bei steigendem Druck im Fördervolumen 14 an den mittleren Bereich 5 des Ankers 4 an und wird von diesem abgestützt.

Eine solche Abstützung verhindert, das die Membran 2 beschädigt wird, wenn das Fluid im Fördervolumen 14 unter sehr hohem Druck steht. Zusätzlich wird der maximale Förderdruck der Fluid-Förderpumpe erhöht und die Reproduzier- barkeit des zeitlichen Druckaufbaus verbessert.

Dadurch, dass das Fördervolumen 14, der Zulauf 10 und der Ablauf 12 innerhalb der Wicklungen des Elektromagneten 6 angeordnet sind, sind sie durch Wärme, die von dem durch die Wicklungen des Elektromagneten 6 fließenden Strom er- zeugt wird, beheizbar. Es ist kein zusätzliches Heizelement erforderlich, um das Fluid in der Fluid-Förderpumpe zu erwärmen und so ein Einfrieren des Fluids bei tiefen Außentemperaturen zu verhindern oder eingefrorenes Fluid aufzutauen.

Die bei jedem Pumpenhub geförderte Fluidmenge ist durch den Querschnitt des Fördervolumens 14 und den Hub des Ankers 4 vorgegeben. Dadurch ist eine exakte Dosierung des geförderten Fluids möglich. Die Dosierung erfolgt beispielsweise durch eine frequenzmodulierter Ansteuerung, d.h. durch die Vorgabe der Anzahl der Ankerhübe pro Zeiteinheit.