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Dokumentenidentifikation DE112004002530T5 23.11.2006
Titel Anordnung zum Zuführen von Reduktionsmittel
Anmelder Scania CV AB (publ), Södertälje, SE
Erfinder Hälleberg, Roger, Nacka, SE
Vertreter WUESTHOFF & WUESTHOFF Patent- und Rechtsanwälte, 81541 München
DE-Aktenzeichen 112004002530
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 21.12.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/SE2004/001964
WO-Veröffentlichungsnummer 2005066471
WO-Veröffentlichungsdatum 21.07.2005
Date of publication of WO application in German translation 23.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.11.2006
IPC-Hauptklasse F01N 3/20(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]
BEREICH DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Zuführen von Reduktionsmittel zu einer Abgasleitung von einem Verbrennungsmotor.

Um geltenden Abgasreinigungsanforderungen gerecht zu werden, werden gegenwärtige Motorfahrzeuge üblicherweise mit einem Katalysator in der Abgasleitung versehen, um eine katalytische Umwandlung von für die Umwelt schädlichen Komponenten von Abgasen in für die Umwelt weniger schädliche Substanzen zu bewirken.

Eine entwickelte und zur Verwendung gebrachte Art von Katalysator basiert auf der sogenannten SCR-Technologie (englisch: Selective Catalytic Reduction; deutsch: selektive katalytische Reduktion). Diese Art von Katalysator wird nachfolgend als SCR-Katalysator bezeichnet. Ein SCR-Katalysator reduziert selektiv NOx in Abgasen, aber nicht den Sauerstoff in Abgasen. In einem SCR-Katalysator wird in Abgasen befindliches NOx, zusammen mit Ammoniak, in Kontakt mit der katalytischen Substanz in dem Katalysator gebracht und in Stickstoff und Wasser umgewandelt. Ammoniak ist eine toxische und übelriechende Substanz und es ist daher nicht zweckmäßig, Ammoniak in einem Fahrzeug aufzubewahren. Daher wird im Allgemeinen in einem mit einem SCR-Katalysator ausgerüsteten Fahrzug anstelle von Ammoniak ein Reduktionsmittel in der Form von Harnstoff verwendet, der nicht die erwähnten mit Ammoniak verbundenen Nachteile aufweist. Der Harnstoff wird in einem speziellen Reduktionsmitteltank in dem Fahrzeug gelagert und über eine Einspritzvorrichtung in die Abgase stromaufwärts des SCR-Katalysators injiziert. Das Einspritzen von Harnstoff in Abgase führt zu der Bildung von Ammoniak, welcher, wie oben erwähnt, die katalytische Umwandlung in dem SCR-Katalysator unterstützt.

Ein mit Harnstoff verbundener Nachteil besteht darin, dass sein Gefrierpunkt bei etwa –6° bis –10° Celsius liegt, mit dem daraus folgenden Risiko, dass Harnstoff in dem Reduktionsmitteltank und in den Leitungen zwischen dem Reduktionsmitteltank und der Einspritzvorrichtung gefriert, wenn ein mit einem SCR-Katalysator ausgerüstetes Fahrzeug großer Kälte ausgesetzt ist. Eine in der US Patentbeschreibung 5,884,475 A vorgeschlagene Lösung ist das Erwärmen des Reduktionsmittels dadurch, dass das Kühlmittel des Verbrennungsmotors durch den Reduktionsmitteltank und entlang der Leitungen zwischen dem Reduktionsmitteltank und der Einspritzvorrichtung geführt wird. Das von einem Verbrennungsmotor her strömende Kühlmittel besitzt oft eine sehr hohe Temperatur. Um zu verhindern, dass das Reduktionsmittel durch das Kühlmittel auf eine derart hohe Temperatur erwärmt wird, dass das Risiko besteht, dass es verdampft, schlägt US 5,884,475 A das Verwenden einer Vorrichtung zum Überwachen und Steuern der Temperatur des Reduktionsmittels vor, beispielsweise mit Temperatursensoren zur Temperaturüberwachung und mit einem verstellbaren Ventil zum Regulieren desjenigen Kühlmittelflusses, der die gewünschte Erwärmung bietet. Ein in Übereinstimmung mit der in US 5,884,475 A vorgeschlagenen Lösung ausgelegtes System kann daher leicht komplex und teuer sein.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung bereitzustellen, die leichtes und kosteneffektives Erwärmen von Reduktionsmittel in einer Anordnung des oben beschriebenen Typs zum Einspeisen von Reduktionsmittel von einem Reduktionsmitteltank in eine Abgasleitung von einem Verbrennungsmotor ermöglicht.

ABRISS DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine die Merkmale des Anspruchs 1 umfassende Anordnung gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert darauf, dass zurückgeführter Kraftstoff von einem Verbrennungsmotor zum Erwärmen von Reduktionsmittel verwendet wird, wobei das Erwärmen des Reduktionsmittels durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff bewirkt wird, der durch eine Rückführleitung von dem Verbrennungsmotor zu einem Kraftstofftank geführt wird. Überschüssiger Kraftstoff, der in dem Kraftstoffsystem des Verbrennungsmotors den Motor umgeht, ohne in die Motorzylinder eingespritzt zu werden, erfährt von dem Motor einen Temperaturanstieg, der in normalen Fällen 20°–30° Celsius beträgt. In Fällen, in denen die Umgebungstemperatur um einen nicht zu großen Betrag unterhalb des Gefrierpunktes des Reduktionsmittels liegt, d.h. wenn der Kältegrad schwerwiegend, aber nicht extrem schwerwiegend ist, ist diese Kraftstofftemperaturerhöhung ausreichend, um zu ermöglichen, dass der zurückgeführte Kraftstoff als eine Wärmequelle zum Erwärmen des Reduktionsmittels auf eine Temperatur gerade oberhalb seines Gefrierpunktes verwendet wird. Da der den Verbrennungsmotor umgehende Kraftstoff einer relativ geringen Temperaturerhöhung unterliegt, besteht in der Praxis kein Risiko, das der zurückgeführte Kraftstoff das Reduktionsmittel so stark erwärmt, dass letzteres eine Temperatur nahe bei seinem Verdampfungspunkt oder diesen übertreffend erreichen könnte. Daher besteht kein Bedarf für Ausrüstung zum Überwachen und Steuern der Temperatur des Reduktionsmittels, was bedeutet, dass das Implementieren der erfindungsgemäßen Lösung besonders leicht und kosteneffizient ist. Bei einem mit einem SCR-Katalysator ausgerüsteten Fahrzeug befindet sich der Reduktionsmitteltank außerdem normalerweise in der unmittelbaren Nähe des Kraftstofftanks und die erfindungsgemäße Lösung bringt daher nur eine geringfügige Anpassung der existierenden Kraftstoffrückführleitung mit sich. Auch dies hilft, das Implementieren der erfindungsgemäßen Lösung leicht und kosteneffizient zu machen. Der Reduktionsmitteltank ist mindestens in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt, die eine fluidische Verbindung untereinander aufweisen, wobei die erste Kammer einen Auslass zum Zuführen von Reduktionsmittel von dem Reduktionsmitteltank zu der Einspritzvorrichtung umfasst, und ein Teil der Rückführleitung für zurückgeführten Kraftstoff in einer wärmeübertragenden Beziehung mit der ersten Kammer angeordnet ist, um das Reduktionsmittel in der ersten Kammer durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in diesem Teil der Rückführleitung zu in der ersten Kammer befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen. Daher kann in einer ersten Phase ein begrenztes Volumen des sich in dem Reduktionsmitteltank befindenden Reduktionsmittels erwärmt werden, wodurch das Auftauen einer ersten Menge von Reduktionsmittel beträchtlich beschleunigt wird. Es ist anzumerken, dass das Volumen der ersten Kammer derart ausgelegt sein muss, dass die erste Kammer eine ausreichend kleine Menge von Reduktionsmittel aufnehmen kann, um ein relativ schnelles Auftauen des letzteren zu ermöglichen, und gleichzeitig eine ausreichend große Menge von Reduktionsmittel aufnehmen kann, um die benötigte Reduktionsmitteleinspritzung in die Abgase über eine Zeitspanne zu ermöglichen, die normalerweise lang genug zum Auftauen des Reduktionsmittels in der zweiten Kammer ist, bevor das ursprünglich in der ersten Kammer aufgenommene Reduktionsmittel aufgebraucht ist.

In dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ist vorgesehen, dass die Definition „zurückgeführter Kraftstoff, der durch eine Rückführleitung von dem Verbrennungsmotor zu einem Kraftstofftank geführt wird" zurückgeführten Kraftstoff umfasst, der durch eine Leitung hindurch gegangen ist, die sich direkt durch den Verbrennungsmotor oder sich entlang und in direktem Kontakt mit dem Verbrennungsmotor erstreckt, und es ist außerdem vorgesehen, damit zurückgeführten Kraftstoff zu umfassen, der durch eine Leitung hindurch gegangen ist, die sich in einem Abstand von dem Verbrennungsmotor erstreckt, aber sich in einer wärmeübertragenden Relation zu dem Verbrennungsmotor befindet, so dass der durch die Leitung hindurchgehende zurückgeführte Kraftstoff einen Wärmezuwachs von dem Verbrennungsmotor zusätzliche Wärme aufnehmen kann. Daher bezeichnet die hier betroffene Definition Kraftstoff, der zu einem Kraftstofftank zurückgeführt wird, nachdem er zuerst den Verbrennungsmotor in einer wärmeübertragenden Beziehung mit letzterem passiert hat, mit dem Ergebnis, dass der zurückgeführte Kraftstoff in der Lage war, zusätzliche Wärme von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen, und daher in der Lage war, eine Temperaturerhöhung nach dem Hindurchgehen durch den Verbrennungsmotor oder nachdem er nahe an diesem vorübergegangen ist zu erhalten.

Ausführungsformen der Anordnung werden durch die abhängigen Ansprüche und die unten ausgeführte Beschreibung angegeben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird unten detaillierter auf der Basis von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1a eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit zugehörigem Kraftstoffsystem und einem SCR-Katalysator ist, das eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung darstellt,

1b eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit zugehörigem Kraftstoffsystem und einem SCR-Katalysator ist, das eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung darstellt, und

2 eine schematische Darstellung von Teilen der Anordnung gemäß 1a und 1b in größerem Detail ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

1a zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor, der mit einer erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Zuführen von Reduktionsmittel zu einer Abgasleitung von dem Verbrennungsmotor versehen ist. Der Verbrennungsmotor ist schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Den Verbrennungsmotor 1 verlassende Abgase durchqueren die Abgasleitung 2 und erreichen die Umgebung über einen Abgasauslass (Auspuff) 3. Ein SCR-Katalysator 4 ist in der Abgasleitung 2 angeordnet. Daher werden Abgase von dem Verbrennungsmotor 1 dazu gebracht, durch diesen SCR-Katalysator 4 hindurch zu gehen, bevor sie die Umgebung über den Abgasauslass 3 erreichen.

Der in 1a dargestellte Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Kraftstoffsystem 20 versehen, das einen Kraftstofftank 21 zum Speichern von Kraftstoff und eine Einspritzvorrichtung 22 zum Einspritzen gewünschter Kraftstoffmengen in die Motorenzylinder des Verbrennungsmotors umfasst. Die Einspritzvorrichtung 22 umfasst unter Anderem eine Injektionspumpe und Injektoren. Das Kraftstoffsystem 20 umfasst ferner eine Kraftstoffpumpe 23 zum Zuführen von Kraftstoff von dem Kraftstofftank 21 zu der Einspritzvorrichtung 22. Eine erste Zuführleitung 24 erstreckt sich zwischen dem Kraftstofftank 21 und der Kraftstoffpumpe 23 und eine zweite Zuführleitung 25 erstreckt sich zwischen der Kraftstoffpumpe und der Einspritzvorrichtung 22. Eine Rückführleitung 26, über die überschüssiger Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe an den Kraftstofftank 21 zurückgeführt werden kann, erstreckt sich von der Kraftstoffpumpe 23. Die Rückführleitung 26 ist mit einer Rückführleitung 27 verbunden, die sich von der Einspritzvorrichtung 23 erstreckt und über die überschüssiger Kraftstoff von der Einspritzvorrichtung 22 zu dem Kraftstofftank 21 zurückgeführt werden kann. Die Kraftstoffpumpe 23 ist dazu angeordnet, um der Einspritzvorrichtung 22 Kraftstoff bei einem relativ niedrigen ersten Druck zuzuführen, während die Einspritzpumpe der Einspritzvorrichtung 22 dazu angeordnet ist, den Druck des Kraftstoffs für sein Einspritzen in die Motorenzylinder bei einem zweiten Druck zu erhöhen, der wesentlich höher ist als der erste Druck. Der die Einspritzvorrichtung 22 über die Rückführleitung 27 verlassende überschüssige Kraftstoff, das sogenannte Rieselgut, wird durch die Einspritzpumpe auf einen hohen Druck gebracht. Der überschüssige Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 23 und der Einspritzvorrichtung 22 wird zu dem Kraftstofftank 21 hin über eine gemeinsame Rückführleitung 28 geführt, die mit der Rückführleitung 26 und der Rückführleitung 27 verbunden ist.

Ein Einspritzpunkt für Reduktionsmittel befindet sich in der Abgasleitung 2 stromauf des SCR-Katalysators 4. Das Einspritzen von Reduktionsmittel findet über eine Einspritzvorrichtung 11 statt, die ein oder mehrere Einspritzmittel 12 umfasst, die in der Abgasleitung in der Form von Einspritzdüsen oder Ähnlichem angeordnet sind. Diese Einspritzvorrichtung umfasst ferner eine Dosierungsvorrichtung 13, die ihrerseits eine Dosierungsanordnung und ein Regulierungsmittel umfasst, z.B. ein Steuerventil oder Ähnliches, das dazu angeordnet ist, die Zufuhr von Reduktionsmittel zu den Einspritzmitteln 12 zu regulieren, und ein Steuermittel 14, das mit der Dosiereinheit 13 verbunden ist. Die Dosiereinheit 13 wird durch das Steuermittel 14 gesteuert, das die in die Abgase einzuspritzende Menge des Reduktionsmittels auf der Basis der vorherrschenden Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 und des SCR-Katalysators 4 bestimmt.

Die Anordnung 10 umfasst ferner einen Reduktionsmitteltank 15 zum Speichern von Reduktionsmittel, der mit der Einspritzvorrichtung 11 verbunden ist, und eine Reduktionsmittelpumpe 16, z.B. in der Form einer Zahnradpumpe oder einer Kolbenpumpe, zum Zuführen von Reduktionsmittel von dem Reduktionsmitteltank 15 zu der Einspritzvorrichtung 11. Der Reduktionsmitteltank 15 und die Reduktionsmittelpumpe 16 weisen eine erste sich zwischen ihnen erstreckende Reduktionsmittelzuführleitung 17, über die Reduktionsmittel von dem Reduktionsmitteltank 15 zu der Reduktionsmittelpumpe 16 zugeführt werden kann, und eine Rückführleitung 18 auf, über die Reduktionsmittel von der Reduktionsmittelpumpe 16 zu dem Reduktionsmitteltank 15 zurückgeführt werden kann. Die Reduktionsmittelpumpe 16 und die Einspritzvorrichtung 11 weisen eine zweite sich zwischen ihnen erstreckende Reduktionsmittelzuführleitung 19 auf, über die Reduktionsmittel von der Reduktionsmittelpumpe 16 zu der Einspritzvorrichtung 11 zugeführt werden kann.

Die Anordnung 10 umfasst ferner ein Heizmittel 30 zum Erwärmen von in dem Reduktionsmitteltank 15 und/oder in den Leitungen 17, 18, 19 zwischen dem Reduktionsmitteltank 15 und der Einspritzvorrichtung 11 befindlichem Reduktionsmittel. Erfindungsgemäß umfasst dieses Heizmittel 30 eine Rückführleitung 31, die dazu angeordnet ist, zurückgeführten Kraftstoff von dem Verbrennungsmotor 1 zu dem Kraftstofftank 21 zu führen, wobei die Rückführleitung 31 mit mindestens einem Reduktionsmittel enthaltenden Teil der Anordnung 10 in einer wärmeübertragenden Beziehung angeordnet ist, um in diesem Teil befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in der Rückführleitung 31 zu in diesem Teil befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen. Diese Rückführleitung 31 führt das sogenannte Rieselgut von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 22 des Verbrennungsmotors und/oder überschüssigen Kraftstoff von der in dem Kraftstoffsystem 20 angeordneten Kraftstoffpumpe 23, der durch den Verbrennungsmotor hindurch geht oder nahe diesem vorüberfließt und daher von diesem einen Wärmezuwachs erfährt. Das Rieselgut von der Einspritzvorrichtung 22 erfährt die Temperaturerhöhung teilweise dadurch, dass es durch die Einspritzpumpe unter Druck gesetzt wird, und kann ferner einen Wärmezuwachs von dem Verbrennungsmotor erhalten. In der in 1a dargestellten Ausführungsform ist das stromaufwärtige Ende der Rückführleitung 31, die in das Heizmittel eintritt, an einem Verzweigungspunkt 33 mit der Rückführleitung 28 verbunden, die der Einspritzvorrichtung 22 und der Kraftstoffpumpe 23 gemeinsam zugeordnet ist.

In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Rückführleitung 31:

  • – einen ersten Rückführleitungsabschnitt 31a, der in 1a durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist, und der in einer wärmeübertragenden Beziehung mit dem Reduktionsmitteltank 15 angeordnet ist, um in dem Reduktionsmitteltank befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem ersten Rückführleitungsabschnitt 31a zu in dem Reduktionsmitteltank befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen,
  • – einen zweiten Rückführleitungsabschnitt 31b, der in einer wärmeübertragenden Beziehung mit der Zuführleitung 17 zwischen dem Reduktionsmitteltank 15 und der Reduktionsmittelpumpe 16 angeordnet ist, um in dieser Zuführleitung befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem zweiten Rückführleitungsabschnitt 31b zu in dieser Zuführleitung 17 befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen,
  • – einen dritten Rückführleitungsabschnitt 31c, der in wärmeübertragender Beziehung mit der Rückführleitung 18 zwischen der Reduktionsmittelpumpe 16 und dem Reduktionsmitteltank 15 angeordnet ist, um in dieser Rückführleitung befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem dritten Rückführleitungsabschnitt 31c zu in dieser Rückführleitung 18 befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen, und
  • – einen vierten Rückführleitungsabschnitt 31d, der in wärmeübertragender Beziehung mit der Zuführleitung 19 zwischen der Reduktionsmittelpumpe 16 und der Einspritzvorrichtung 11 angeordnet ist, um in dieser Zuführleitung befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem vierten Rückführleitungsabschnitt 31d zu in dieser Zuführleitung 19 befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen.

In der dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zurückgeführte Kraftstoff in der Rückführleitung 31 nacheinander durch den vierten Rückführleitungsabschnitt 31d, den zweiten Rückführleitungsabschnitt 31b, den ersten Rückführleitungsabschnitt 31a und den dritten Rückführleitungsabschnitt 31c hindurch geht, obwohl die gegenseitige Abfolge zwischen den verschiedenen Rückführleitungsabschnitten selbstverständlich von Fall zu Fall variieren kann, abhängig davon, was sich als vorteilhaft erweist. In der dargestellten Ausführungsform ist das stromabwärtige Ende der Rückführleitung 31 mit der gemeinsamen Rückführleitung 28 an einem Verbindungspunkt 34 verbunden, obwohl diese Rückführleitung 31 selbstverständlich stattdessen derart angeordnet sein kann, dass sie direkt in den Kraftstofftank 21 führt.

Der erste Rückführleitungsabschnitt 31a erstreckt sich vorteilhafterweise in einer Schleife in Kontakt mit in dem Reduktionsmitteltank befindlichem Reduktionsmittel durch den Reduktionsmitteltank 15.

In der dargestellten Ausführungsform ist ein erstes Steuerventil 32 in der Rückführleitung 31 angeordnet und ein zweites Steuerventil 29 ist in der Rückführleitung 28 angeordnet, und zwar stromabwärts des Verzweigungspunktes 33 und stromaufwärts des Verbindungspunktes 34. Diese Steuerventile 29, 32 ermöglichen es, zurückgeführten Kraftstoff über die Rückführleitung 31 zu dem Kraftstofftank zu führen oder direkt über die Rückführleitung 28 zu dem Kraftstofftank, abhängig von dem Ausmaß, in dem Erwärmung von Reduktionsmittel erforderlich ist oder nicht.

Die jeweiligen Rückführleitungsabschnitte 31b, 31c und 31d können dazu angeordnet sein, sich entlang der benachbarten Reduktionsmittelleitungen 17, 18, 19 zu erstrecken, entweder in direktem Kontakt mit diesen oder in einem Abstand von diesen, der klein genug ist, um in diesem Zusammenhang ausreichend effektiven Wärmeübertragung zwischen zurückgeführtem Kraftstoff in dem jeweiligen Rückführleitungsabschnitt und der benachbarten Reduktionsmittelleitung zu erlauben. Dieser Abstand beträgt bevorzugt weniger als 5 cm. Die jeweiligen Rückführleitungsabschnitte 31b, 31c und 31d sind vorteilhafterweise koaxial mit den benachbarten Reduktionsmittelleitungen 17, 18, 19 angeordnet, in welchem Fall jede der Reduktionsmittelleitungen 17, 18, 19 dazu angeordnet sein wird, sich innerhalb der entsprechenden Rückführleitungsabschnitte 31b, 31c, 31d zu erstrecken.

1b stellt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dar, bei der der zurückgeführte Kraftstoff in allen Betriebssituationen über eine Rückführleitung 31 zu dem Kraftstofftank 21 geführt wird, die sich in einer wärmeübertragenden Beziehung mit den Teilen der Anordnung 10 befindet, die Reduktionsmittel enthalten. In diesem Falle fehlt der Anordnung 10 eine Leitung, über die zurückgeführter Kraftstoff direkt zu dem Kraftstofftank 21 geführt werden könnte; anstelle dessen geht der zurückgeführte Kraftstoff durch die Rückführleitung 31 hindurch, die sich in wärmeübertragender Beziehung mit den Teilen der erfindungsgemäßen Anordnung befindet, die Reduktionsmittel enthalten. In der Ausführungsform gemäß 1b besteht daher kein Erfordernis, ein Steuerventil in der Rückführleitung 31anzuordnen, die zurückgeführten Kraftstoff von dem Verbrennungsmotor 1 zu dem Kraftstofftank 21 führt. Die Anordnung gemäß 1b stimmt ansonsten mit der in 1a dargestellten und oben beschriebenen Anordnung überein.

2 stellt Teile der in 1a und 1b dargestellten Anordnung 10 und der in das Heizmittel 30 eindringenden Rückführleitung 31 detaillierter dar. Der Reduktionsmitteltank 15 wird hier in einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht gezeigt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Reduktionsmitteltank 15 in eine erste Kammer 15a und eine zweite Kammer 15b unterteilt, mit einer fluidischer Verbindung zwischen ihnen. Die erste Kammer 15a weist ein kleineres Volumen auf als die zweite Kammer 15b. Die erste Kammer 15a umfasst einen Auslass 40 zum Zuführen von Reduktionsmittel von dem Reduktionsmitteltank 15 zu der Einspritzvorrichtung 11 über die Reduktionsmittelpumpe 16 auf. Die Rückführleitung 18 von der Reduktionsmittelpumpe 16 ist vorteilhafterweise derart angeordnet, dass sie bei einem in der ersten Kammer 15a angeordneten Auslass 41 endet. Der erste Rückführleitungsabschnitt 31a ist in einer wärmeübertragenden Beziehung mit der ersten Kammer 15a angeordnet, um in der ersten Kammer befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem ersten Rückführleitungsabschnitt 31a zu in der ersten Kammer 15a befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen. Der erste Rückführleitungsabschnitt 31a erstreckt sich vorteilhafterweise in einer Schleife durch die erste Kammer 15a.

Die erste Kammer 15a ist von der zweiten Kammer 15b durch bevorzugt aus Metall bestehende Trennwände 42a, 42b getrennt, die eine gute thermische Leitfähigkeit zum Ermöglichen von Wärmeausbreitung von dem Reduktionsmittel in der ersten Kammer 15a zu dem Reduktionsmittel in der zweiten Kammer 15b über die Trennwände aufweisen. Das Heizmittel 30 ist in diesem Falle dazu angeordnet, um in der zweiten Kammer 15b befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem ersten Rückführleitungsabschnitt 31a zu in der zweiten Kammer 15b befindlichem Reduktionsmittel über die Trennwände 42a, 42b zu erwärmen. In der dargestellten Ausführungsform sind Öffnungen 43 in den unteren Teilen der Trennwände 42a, 42b angeordnet, um es dem Reduktionsmittel zu ermöglichen, zwischen der zweiten Kammer 15b und ersten Kammer 15a zu fließen.

Die äußeren Wände 44a, 44b, 44c, 44d des Reduktionsmitteltanks 15 sind vorteilhafterweise thermisch isoliert, um einem Gefrieren von Reduktionsmittel in dem Reduktionsmitteltank entgegenzuwirken, wenn die Umgebungstemperatur fällt.

Das Reduktionsmittel nimmt bevorzugt die Form von Harnstoff (CO(NH2)2) an, kann aber auch die Form einer anderen geeigneten Substanz annehmen, abhängig von dem katalytischen Material des SCR-Katalysators.

Die Erfindung ist in keiner Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, da eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Modifikation davon für einen Spezialisten in diesem Feld wahrscheinlich offensichtlich sind, ohne dadurch von dem Basiskonzept der Erfindung abweichen zu müssen, wie es in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Zusammenfassung Anordnung zum Zuführen von Reduktionsmittel

Eine Anordnung zum Zuführen von Reduktionsmittel zu einer Abgasleitung von einem Verbrennungsmotor, die eine Einspritzvorrichtung (11) zum Einspritzen von Reduktionsmittel in die Abgasleitung, einen Reduktionsmitteltank (15), eine Reduktionsmittelpumpe (16) und ein Heizmittel (30) zum Erwärmen von Reduktionsmittel umfasst. Der Reduktionsmitteltank ist in mindestens eine erste Kammer (15a) und eine zweite Kammer (15b) unterteilt, die miteinander in fluidischer Verbindung stehen, wobei die erste Kammer einen Auslass (40) zu Zuführen von Reduktionsmittel von dem Reduktionsmitteltank zu der Einspritzvorrichtung umfasst und die Rücklaufleitung einen ersten Rücklaufleitungsabschnitt (31a) umfasst, der in einer wärmeübertragenden Beziehung zu der ersten Kammer angeordnet ist, um sich in der ersten Kammer befindendes Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem ersten Rückführleitungsabschnitt zu sich in der ersten Kammer befindendem Reduktionsmittel zu erwärmen.


Anspruch[de]
Anordnung zum Zuführen von Reduktionsmittel zu einer Abgasleitung von einem Verbrennungsmotor, umfassend eine Einspritzvorrichtung (11) zum Einspritzen von Reduktionsmittel in die Abgasleitung, einen mit der Einspritzvorrichtung verbundenen Reduktionsmitteltank (15), eine Reduktionsmittelpumpe (16) zum Zuführen von Reduktionsmittel von dem Reduktionsmitteltank zu der Einspritzvorrichtung, und ein Heizmittel (30) zum Erwärmen von Reduktionsmittel, wobei das Heizmittel (30) eine Rückführleitung (31) umfasst, die dazu angeordnet ist, zurückgeführten Kraftstoff von dem Verbrennungsmotor zu einem Kraftstofftank zu führen, wobei die Rückführleitung (31) in einer wärmeübertragenden Beziehung zu mindestens einem Reduktionsmittel enthaltenden Teil der Anordnung angeordnet ist, um in diesem Teil befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in der Rückführleitung (31) auf in diesem Teil befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen, dadurch gekennzeichnet, dass

– der Reduktionsmitteltank (15) in mindestens eine erste Kammer (15a) und eine zweite Kammer (15b) unterteilt ist, die untereinander eine fluidische Verbindung aufweisen, wobei die erste Kammer (15a) einen Auslass (40) zum Zuführen von Reduktionsmittel von dem Reduktionsmitteltank (15) zu der Einspritzvorrichtung (11) umfasst, und dass

– die Rückführleitung (31) einen ersten Rückführleitungsabschnitt (31a) umfasst, der in wärmeübertragender Beziehung zu der ersten Kammer angeordnet ist, um in der ersten Kammer befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem ersten Rückführleitungsabschnitt (31a) zu in der ersten Kammer befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Rückführleitungsabschnitt (31a) in einer Schleife durch die erste Kammer (15a) erstreckt. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (15a) von der zweiten Kammer (15b) durch eine oder mehrere Trennwände (42a, 42b) mit guter thermischer Leitfähigkeit getrennt ist, wobei das Heizmittel (30) dazu angeordnet ist, in der zweiten Kammer (15b) befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem ersten Rückführleitungsabschnitt (31a) zu in der zweiten Kammer (15b) befindlichem Reduktionsmittel über die eine oder mehrere Trennwände (42a, 42b) zu erwärmen. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (15a) ein kleineres Volumen aufweist als die zweite Kammer (15b). Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (31) einen zweiten Rückführleitungsabschnitt (31b) umfasst, der in wärmeübertragender Beziehung zu einer ersten Zuführleitung (17) angeordnet ist, die sich zwischen dem Reduktionsmitteltank (15) und der Reduktionsmittelpumpe (16) erstreckt, um in der ersten Zuführleitung befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem zweiten Rückführleitungsabschnitt (31b) zu in der ersten Zuführleitung (17) befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (31) einen dritten Rückführleitungsabschnitt (31c) umfasst, der in wärmeübertragender Beziehung zu einer Rückführleitung (18) angeordnet ist, die sich zwischen der Reduktionsmittelpumpe (16) und dem Reduktionsmitteltank (15) erstreckt, um in der Rückführleitung befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem dritten Rückführleitungsabschnitt (31c) zu in der Rückführleitung (18) befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (31) einen vierten Rückführleitungsabschnitt (31d) umfasst, der in wärmeübertragender Beziehung mit einer zweiten Zuführleitung (19) angeordnet ist, die sich zwischen der Reduktionsmittelpumpe (16) und der Einspritzvorrichtung (11) erstreckt, um in der zweiten Zuführleitung befindliches Reduktionsmittel durch Wärmeübertragung von zurückgeführtem Kraftstoff in dem viertem Rückführleitungsabschnitt (31d) zu in der zweiten Zuführleitung (19) befindlichem Reduktionsmittel zu erwärmen.






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