DE102005025724A1

DE102005025724A1 - Harnstoffversorgungssystem für einen Abgasreinigungskatalysator und hierfür geeigneter Heizeinsatz

Info

Publication number: DE102005025724A1
Application number: DE102005025724A
Authority: DE
Inventors: Roland Starck; Oleg Kexel; Gerhard Thome
Original assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 2005-06-04
Filing date: 2005-06-04
Publication date: 2006-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Harnstoffversorgungssystem für einen Abgasreinigungskatalysator (1) einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Harnstofftank (3) zur Aufnahme von Harnstofflösung, eine Verbindungsleitung (6, 11), die den Harnstofftank (3) mit einem Abgasreinigungskatalysator (1) verbindet, eine Pumpe (5), um Harnstofflösung durch die Verbindungsleitung (6, 11) von dem Harnstofftank (3) zu dem Katalysator (1) zu pumpen, und einen Heizeinsatz (8) zum Auftauen von gefrorener Harnstofflösung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Verbindungsleitung (6) an einen Auftaubehälter (9) angeschlossen ist, in dem ein für die Inbetriebnahme des Katalysators (1) ausreichender Bruchteil der in dem Harnstofftank (3) speicherbaren Harnstoffmenge mittels des Heizeinsatzes (8) auftaubar ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Heizeinsatz für ein derartiges Harnstoffversorgungssystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Harnstoffversorgungssystem für einen Abgasreinigungskatalysator, wie es standardmäßig in Kraftfahrzeugen eingebaut ist. Ein solches Harnstoffversorgungssystem umfaßt einen Harnstofftank zur Aufnahme von Harnstofflösung, eine Verbindungsleitung, die den Harnstofftank mit dem Katalysator verbindet, eine Pumpe, um Harnstofflösung durch die Verbindungsleitung von dem Harnstofftank zu dem Katalysator zu pumpen, und einen Heizeinsatz zum Auftauen von gefrorener Harnstofflösung. Ein derartiges Harnstoffversorgungssystem ist beispielsweise aus der DE 103 32 114 A1 bekannt.

Harnstoff wird von einem Abgasreinigungskatalysator als Ammoniaklieferant benötigt. Bei Frost kann die Harnstofflösung einfrieren, so daß ein Heizeinsatz benötigt wird, um die Harnstofflösung möglichst rasch aufzutauen, damit der für den Betrieb des Katalysators benötigte Harnstoff zur Verfügung gestellt werden kann.

Da Harnstofflösung korrosiv ist, müssen alle flüssigkeitsführenden Teile des Harnstoffversorgungssystems aus chemisch beständigen Materialien bestehen oder mit einer geeigneten Schutzschicht überzogen sein. Geeignete Materialien, wie beispielsweise Edelstahl oder säurebestän dige Kunststoffe, haben jedoch einen relativ geringen Wärmeleitwert, so daß es nicht einfach ist, Harnstofflösung auch bei Umgebungstemperaturen von beispielsweise –30°C ausreichend schnell aufzutauen, um den Abgasreinigungskatalysator mit Harnstoff versorgen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Weg aufzuzeigen, wie ein Harnstoffversorgungssystem für einen Abgasreinigungskatalysator einer Verbrennungskraftmaschine bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in kurzer Zeit in einen betriebsbereiten Zustand versetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Harnstoffversorgungssystem der Eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindungsleitung an einen Auftaubehälter angeschlossen ist, in dem ein für die in Betriebnahme des Katalysators ausreichende Bruchteil der in den Harnstofftank speicherbare Harnstoffmenge mittels des Heizeinsatzes auftaubar ist.

Bei einem erfindungsgemäßen System wird zunächst nur ein kleiner Teil der gesamten Harnstoffmenge, bevorzugt etwa 0,2 l bis 1,0 l, aufgetaut. Der Auftaubehälter ermöglicht es, rasch eine für den Betrieb des Abgasreinigungskatalysators ausreichende Menge Harnstofflösung aufzutauen, da die Heizleistung des Heizeinsatzes zunächst in erster Linie zum Erwärmen der in dem Auftaubehälter enthaltene Harnstofflösung genutzt werden kann. Das Auftauen der restlichen Harnstofflösung, die sich außerhalb des Auftaubehälters in dem Harnstofftank befindet, kann ohne Beeinträchtigung der Funktion des Harnstoffversorgungssystems zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.

Bevorzugt zweigt von der Verbindungsleitung eine Rückführleitung ab, die zu dem Auftaubehälter führt. Im Rahmen der Erfindung wurde nämlich festgestellt, daß die im Stand der Technik bekannten Schwierigkeiten beim Auftauen von Harnstofflösung in dem Harnstofftank eines Harnstoffversorgungssystems überraschender Weise nicht in erster Linie auf der relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit der für den Heizeinsatz üblicherweise verwendeten Materialien, beispielsweise Edelstahl, beruhen. Statt dessen wird die Abfuhr der von dem Heizeinsatz erzeugten Wärme im wesentlichen durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit der aufzutauenden Harnstofflösung begrenzt. Bei bekannten System kann zudem zwischen dem Heizeinsatz und gefrorener Harnstofflösung ein Luftspalt entstehen, durch den die Wärmeabfuhr zusätzlich erschwert wird.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehen Rückführleitung kann die Pumpe des Harnstoffversorgungssystem verwendet werden, um in dem Harnstofftank für eine bessere Durchmischung von bereits aufgetauter Harnstofflösung mit noch aufzutauender Harnstofflösung zu sorgen, insbesondere kann dabei die Bildung eines isolierenden Luftspalts zwischen dem Heizeinsatz und Harnstoffeis verhindert werden. Auf diese Weise läßt sich die von dem Heizeinsatz erzeugte Wärme wesentlich effizienter an gefrorene Harnstofflösung abführen und dem Katalysator schneller flüssige Harnstofflösung in einer ausreichenden Menge zur Verfügung stellten. Die erfindungsgemäße Maßnahme, an die Verbindungsleitung eine Rückführleitung anzuschießen ist außerordentlich kostengünstig, da die ohnehin vorhandene Pumpe des Harnstoffversorgungssystems genutzt werden kann, um eine bessere Wärmeankopplung des Heizeinsatzes an die aufzutauende Harnstofflösung zu bewirken.

Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Harnstoffversorgungssystems besteht darin, daß zum Auftauen von Harnstofflösung in dem Harnstofftank nicht nur die Heizleistung des Heizeinsatzes sondern zusätzlich auch die Heizleistung von Leitungs- oder Pumpenheizungen genutzt werden kann, an denen Harnstofflösung auf dem von der Verbindungsleitung und der Rückführleitung gebildeten Kreislauf vorbeigeführt wird.

Bevorzugt hat der Auftaubehälter eine Überlauföffnung, durch die Harnstofflösung von dem Auftaubehälter in den restlichen Harnstofftank austreten kann. Um diese Überlauföffnung effizient zu nutzen hat die Verbindungsleitung bevorzugt einen ersten Anschluß, mit dem Harnstofflösung aus dem Auftaubehälter gesaugt werden kann, und einen zweiten Anschluß, mit dem Harnstofflösung aus dem übrigen Teil des Harnstofftanks gesaugt werden kann. Auf diese Weise läßt sich über die Rückführleitung dem Harnstoffbehälter kalte Harnstofflösung zuführen und über die Überlauföffnung erwärmte Harnstofflösung in den übrigen Teil des Harnstofftanks befördern. Nachdem die Harnstofflösung in dem Auftaubehälter vollständig aufgetaut ist, läßt sich so auch die übrige Harnstofflösung rasch auftauen und die Heizleistung des Heizeinsatzes effizient nutzen.

Der Auftaubehälter kann beispielsweise als Becher ausgebildet sein, der in dem Harnstofftank angeordnet ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Auftaubehälter als Abteil des Harnstofftanks oder in Form eines zweiten, separaten Tanks auszubilden. Beispielsweise kann ein seitlicher Bereich des Harnstofftanks durch eine Zwischenwand von dem übrigen Harnstofftank abgetrennt werden, um den Auftaubehälter zu bilden. Dabei ist es nicht erforderlich, daß die Zwischenwand flüssig keitsdicht ist. Ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Aufbaubehälter und dem übrigen Harnstofftank ist prinzipiell unschädlich. Je größer dieser Flüssigkeitsaustausch ist, desto weniger ist jedoch die Heizleistung des Heizeinsatzes auf die Harnstofflösung in dem Auftaubehälter konzentriert. Ein zu großer Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Auftaubehälter und dem übrigen Harnstofftank kann deshalb dazu führen, daß sich der Vorteil eines besonders raschen Erwärmens einer kleinen Menge Harnstofflösung, die für den Betrieb des Katalysators zunächst ausreicht, nur eingeschränkt nutzbar ist.

Die Vorteile der Rückführleitung lassen sich besonders effizient nutzen, wenn an dem Ausgang der Rückführleitung ein Verteilelement angeordnet ist, um einen aus der Rückführleitung austretenden Harnstoffstrom aufzuteilen und verteilt in den Auftaubehälter einzuleiten. Das Verteilelement kann beispielsweise als eine Düse oder eine Platte mit mehreren Durchtrittsöffnungen ausgebildet sein, so daß der aus der Rückführleitung austretende Harnstoffstrom wie von einer Dusche verteilt wird. Auf diese Weise wird bereits erwärmte Harnstofflösung noch besser mit noch aufzutauender Harnstofflösung vermischt, so daß die von dem Heizeinsatz erzeugte Wärme besonders effizient genutzt wird, um gefrorene Harnstofflösung aufzutauen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Heizeinsatz zum Auftauen einer korrosiven Lösung, der insbesondere für ein erfindungsgemäßes Harnstoffversorgungssystem geeignet ist. Der erfindungsgemäße Heizeinsatz umfaßt ein korrosionsbeständiges Rohr zum Eintauchen in die Harnstofflösung, ein Metallgehäuse, das an dem Rohr befestigt ist, und mindestens ein Heizelement, das in dem Gehäuse angeordnet ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die darin beschriebenen Merkmale können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Gleiche und einander entsprechende Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszahlen gekennzeichnet. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Harnstoffversorgungssystems für ein Abgasreinigungskatalysator eines Kraftfahrzeugs;
2 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Heizeinsatzes für das in 1 gezeigte Harnstoffversorgungssystem;
3 den in 2 gezeigten Heizeinsatz ohne Auftaubehälter;
4 eine Querschnittansicht zu 3;
5 ein Metallgehäuse des gezeigten Heizeinsatzes in einer Querschnittansicht;
6 eine Detailansicht zu 5;
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizeinsatzes;
8 das in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel ohne Kunststoffmantel; und
9 das Metallgehäuse des in 7 und 8 gezeigten Heizeinsatzes in einer Querschnittansicht.
1 zeigt schematisch einen Abgasreinigungskatalysator 1 eines Kraftfahrzeugs und ein dazugehörendes Harnstoffversorgungssystem 2. In dem Abgasreinigungskatalysa tor 1 werden Stickoxide (NO, NO₂) mittels Ammoniak (NH₃) zu Stickstoff reduziert. Der dafür benötigte Ammoniak wird aus Harnstofflösung gewonnen, die von dem Harnstoffversorgungssystem 2 bereit gestellt wird.
Das in 1 dargestellte Harnstoffversorgungssystem 2 umfaßt einen Harnstofftank 3 zur Aufnahme von Harnstofflösung, eine Verbindungsleitung 6, 11, die den Harnstofftank 3 mit dem Katalysator 1 verbindet, eine Pumpe 5, um Harnstofflösung durch die Verbindungsleitung 6, 11 von dem Harnstofftank 3 zu dem Katalysator 1 zu pumpen, und einen Heizeinsatz 8 zum Erwärmen von Harnstofflösung in dem Harnstofftank 3. Von der Verbindungsleitung 11 zweigt eine Rückführleitung 4 ab, die in den Harnstofftank 3 führt, so daß erwärmte Harnstofflösung in den Harnstofftank 3 zurückgeleitet werden kann. Auf diese Weise wird eine bessere Durchmischung von bereits aufgetauter Harnstofflösung mit noch zu erwärmender Harnstofflösung erreicht, so daß rasch eine für den Betrieb des Abgasreinigungskatalysators 1 erforderliche Menge Harnstofflösung aufgetaut werden kann.
Zu dem Heizeinsatz 8 gehört ein Auftaubehälter 9, der sowohl an die Rückführleitung 4 als auch an die Verbindungsleitung 6 angeschlossen ist. Der Auftaubehälter 9 bewirkt, daß die Heizleistung des Heizeinsatzes 8 zunächst in erster Linie zum Erwärmen der in dem Auftaubehälter 9 enthaltenen Harnstofflösung genutzt werden kann. Der Auftaubehälter 9 hat ein Fassungsvermögen von etwa einem Liter und enthält in der Regel mindestens 0,2 bis 0,3 Liter Harnstofflösung, so daß besonders rasch eine für den Betrieb des Abgasreinigungskatalysators 1 ausreichende Harnstoffmenge aufgetaut werden kann. Das Auftauen der übrigen Harnstofflösung kann ohne Beeinträchtigung der Funktion des Harnstoffversorgungssystems 2 zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.
Die Verbindungsleitung 6 hat einen ersten Anschluß 17, mit dem Harnstofflösung aus dem Auftaubehälter 9 gesaugt werden kann, und einen zweiten Anschluß 7, mit dem Harnstofflösung aus dem übrigen Teil des Harnstofftanks 3 gesaugt werden kann. Die beiden Anschlüsse 7, 17 werden über ein Umschaltventil 18 zusammengeführt. Der Auftaubehälter 9 hat eine Überlauföffnung 29 (siehe 2), so daß beim Ansaugen von Harnstofflösung über den zweiten Anschluß 7 die durch die Rückführleitung 4 verbesserte Wärmeverteilung auch für das Auftauen der übrigen Harnstofflösung, die sich außerhalb des Auftaubehälters 9 befindet, genutzt werden kann.
Das Harnstoffversorgungssystem 1 umfaßt ferner ein Regelventil 10, das an einen Luftvorrat 12 mit einem Luftverdichter 13 angeschlossen ist, und ein Dosierventil 14, mit dem Harnstofflösung und Luft in dosierten Mengen dem Katalysator 1 zugeführt werden können. Die Pumpe 5, die Ventile 9, 10, 18 und das Dosierventil 14 werden von einer Steuereinheit 15 gesteuert, die von einer Sonde 16 mit Daten über den Sauerstoffpartialdruck in dem Katalysator 1 und von einem Temperaturfühler mit Daten über die Harnstofftemperatur im Harnstofftank 3 versorgt wird.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Heizeinsatzes 8 für das in 1 gezeigte Harnstoffversorgungssystem 2. Der Heizeinsatz 8 umfaßt ein korrosionsbeständiges Rohr 20, beispielsweise aus Kunststoff oder Edelstahl, zum Eintauchen in zu erwärmende Harnstofflösung, das als Ansaugrohr an die in 1 gezeigte Verbindungsleitung 17, 6 angeschlossen ist, ein Metallgehäuse (siehe 4), das an der Außenseite des Ansaugrohrs 20 befestigt ist, und mindestens ein PTC-Heizelement (siehe 4), das in dem Metallgehäuse angeordnet ist. Das Metallgehäuse ist zum Schutz vor der korrosiven Harnstofflösung mit einem korrosionsbeständigen Überzug in Form eines Kunststoffmantels 21 umgeben. Bei diesem Kunststoffmantel 21 handelt es sich um ein Spritzgußteil, in das die Anschlußleitungen 22 des mindestens einen Heizelements eingebettet sind.
Zu dem Heizeinsatz 8 gehört ferner der bereits beschriebene Auftaubehälter 9 für Harnstofflösung, in dem das Ansaugrohr 20 mit dem mindestens einen Heizelement angeordnet ist. An dem Ansaugrohr 20 ist ein Verteilelement 23 befestigt, das bestimmungsgemäß aus der zu erwärmenden Harnstofflösung herausragt und dazu dient, einen darauf auftreffenden Harnstoffstrom aufzuteilen. Die Rückführleitung 4, aus der dieser Harnstoffstrom austritt, ist in 2 ebenfalls dargestellt. Bei dem Verteilelement 23 handelt es sich um eine Platte mit mehreren Durchtrittsöffnungen 24, die wie ein Duschkopf einen auftreffenden Flüssigkeitsstrom in Tropfen oder Teilstrahlen aufteilt. Unterhalb von dem Verteilelement 23 ist in dem Auftaubehälter 9 eine Überlauföffnung 29 angeordnet, durch die erwärmter Harnstoff austreten kann.
In 3 ist der in 2 gezeigte Heizeinsatz 8 ohne Auftaubehälter 9 in einer Schrägansicht zusammen mit der Rückführleitung 4 dargestellt. Um Wärme von dem Ansaugrohr 20 aus Edelstahl möglichst effizient in die zu erwärmende Harnstofflösung abzuführen, ist an dem Ansaugrohr 20 ein Wärmeleitelement 25 befestigt. Bei diesem Wärmeleitelement 25 handelt es sich um ein im wesentlich scheibenförmiges Metallblech aus Edelstahl, das auf das untere Ende des Ansaugrohrs 20 aufgesteckt ist. In dem Wärmeleitelement befinden sich Durchtrittsöffnungen 26, durch die Harnstofflösung zirkulieren kann. Bei dem verwendeten Edelstahl handelt es sich bevorzugt um V4A-Stahl.
4 zeigt eine Querschnittansicht des in 2 und 3 gezeigten Heizeinsatzes 8. In dieser Darstellung ist das von dem Kunststoffmantel 21 umgebene Metallgehäuse 27, in dem plattenförmige PTC-Heizelemente 28 angeordnet sind, zu erkennen. PTC-Heizelemente werden auch als Kaltleiter bezeichnet und haben wegen ihres positiven Temperaturkoeffizienten den Vorteil eines inhärenten Schutzes vor Überhitzung.
Bei dem Metallgehäuse 27 handelt es sich um ein auf das Ansaugrohr 20 aufgeschobenes Profilrohr aus einem gut wärmeleitenden Material, bevorzugt einer Aluminiumlegierung. Die Heizelemente 28 werden in dem Metallgehäuse 27 von einem Montagerahmen 30 gehalten. Durch einen Montagerahmen 30 läßt sich die Fertigung wesentlich vereinfachen, da eine leicht handhabbare Einheit in das Metallgehäuse 27 eingebracht wird. Der Montagerahmen 30 trägt Anschlußbleche 31 mit einer Isolierschicht, beispielsweise aus Keramikfasern, so daß die Heizelemente 28 über die Anschlußleitungen 22 mit Strom versorgt werden können. Ein geeigneter Montagerahmen 30 mit den von ihm gehaltenen Bauteilen ist in der DE 102 58 257 A1 beschrieben, deren diesbezügliche Offenbarung durch Bezugnahme zum Gegenstand der Anmeldung gemacht wird.
Nach dem Einbringen des Montagerahmens 30 mit dem von ihm gehaltenen Bauteilen (insbesondere den Heizelementen 28 und den Anschlußblechen 21) in das Metallgehäuse 27, wird dieses verpresst, um eine möglichst gute Wärmeankopplung der Heizelemente 28 an das Metallgehäuse 27 zu erreichen.
Des weiteren wird das Metallgehäuse 20 an das Ansaugrohr angepresst, so daß sich auch zu dem Ansaugrohr 20 eine gute Wärmekopplung ergibt. Wie 4 zeigt, ist zwischen dem Ansaugrohr 20 und dem Heizelement 28 eine Wand 27a des Metallgehäuses 27 angeordnet. Diese Wand 27a trägt dazu bei, die von den Heizelementen 28 erzeugte Wärme großflächig über das Ansaugrohr 20 zu verteilen. Das Metallgehäuse 27 besteht aus einer federharten Aluminiumlegierung, beispielsweise einer AlMgSi-Legierung insbesondere einer AlMgSi_0,5..1-Legierung.
Das Metallgehäuse 27 ist von dem Kunststoffmantel 21 dicht umschlossen und auf diese Weise vor der korrosiven Harnstofflösung geschützt. Der Kunststoffmantel 21 weist eine Nut 32 für einen das Ansaugrohr 20 umgebenden O-Ring 33 auf. Auf diese Weise wird verhindert, daß Harnstofflösung zwischen dem Ansaugrohr 20 und dem Kunststoffmantel 21 hindurch zu dem Metallgehäuse 27 gelangt. Das Metallgehäuse 27 und das Ansaugrohr 20 können aber auch umspritzt werden, um den Kunststoffmantel 21 zu bilden, so daß auf einen O-Ring verzichtet werden kann.
In 4 ist ferner zu erkennen, daß das Wärmeleitelement 25 mit Klemmlaschen 34 flächig an dem Ansaugrohr 20 anliegt, um eine möglichst gute Wärmeankopplung zu erreichen.
In 5 ist das Metallgehäuse 27 des beschriebenen Heizeinsatzes 8 in einer Querschnittansicht dargestellt. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei dem Metallgehäuse 27 um ein Profilrohr aus einer federharten Aluminiumlegierung. Das Metallgehäuse 27 hat einen Kanal 35 zur Aufnahme des Montagerahmens 30 mit den Heizelementen 28. In einen weiteren Kanal 36 des Metallgehäuses 27 wird bei der Montage des Heizeinsatzes 8 das Ansaugrohr 20 eingeschoben. Zwischen diesen beiden Kanälen 35, 36 verläuft die Zwischenwand 27a, so daß von den Heizelementen 28 erzeugte Wärme über das Metallgehäuse 27 allseitig zu dem Ansaugrohr 20 geleitet werden kann.
5 zeigt das Metallgehäuse 27 bevor es mit dem Ansaugrohr 20 verpresst wird. Das Metallgehäuse 27 hat bevorzugt mindestens eine, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei, in Längsrichtung verlaufende Erhebungen 37, die einen U-förmigen Querschnitt mit einer dem Kanal 36 zugewandten Öffnung aufweisen. Nach dem Aufschieben des Metallgehäuses 27 auf das Ansaugrohr 20 werden diese Erhebungen 37 verpresst, so daß sich der Querschnitt des Kanals 36 reduziert und das Metallgehäuse 27 eng an den Ansaugrohr 20 anliegt. In 6 sind diese Erhebungen 37 nach dem Verpressen dargestellt. Wie 6 zeigt, werden die Erhebungen 37 zu Preßfalten 39 zusammengepreßt.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Heizeinsatzes 8 für das in 1 gezeigte Harnstoffversorgungssystem 2 ohne den dazugehörenden Auftaubehälter. Der wesentliche Unterschied zu dem im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der in 7 dargestellte Heizeinsatz mehrere Edelstahlrohre 41 umfaßt. Eines dieser Edelstahlrohre 41 kann als Ansaugrohr an die Anschlußleitung 17 des Harnstoffversorgungssystems 2 angeschlossen werden. Der in 7 dargestellte Heizeinsatz 8 hat durch die Verwendung mehrerer Edelstahlrohre 41 eine verbesserte Wärmeankopplung an die zu erwärmende Harnstofflösung. Dies liegt daran, daß die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl höher als die Wärmeleitfähigkeit des zum Schutz des Metallgehäuses 27 erforderlichen Kunststoffmantels 21 ist. Ein weiterer Vorteil des dargestellten Heizeinsatzes 8 besteht darin, daß die erzeugte Heizleistung auf den unteren Teil eines Auftaubehälters konzentriert werden kann. Auf diese Weise kann selbst bei einem nur teilweise gefüllten Auftaubehälter die von dem Heizeinsatz 8 erzeugte Wärme vollständig zum Auftauen von Harnstofflösung genutzt werden.
8 zeigt den in 7 dargestellten Heizeinsatz 8 ohne den Kunststoffmantel 21, mit dem das Metallgehäuse 27 und die Anschlußleitungen 22 vor der Einwirkung korrosiver Harnstofflösung geschützt werden. Der in 7 gezeigte Kunststoffmantel 21 kann kostengünstig aufgebracht werden, indem das Metallgehäuse 27 umspritzt wird. Im Interesse einer möglichst guten Wärmeankopplung ist dabei darauf zu achten, daß die Innenseiten der Edelstahlrohre 41 frei bleiben.
Bei dem Metallgehäuse 27 handelt es sich – wie bei dem im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel – um ein Hohlprofil aus einer federharten Aluminiumlegierung. Das in 8 dargestellte Metallgehäuse 27 hat jedoch mehrere (nämlich zwei) Heizkanäle 35, in denen jeweils mindestens ein Heizelement 28 mit einem Abschnitt des Montagerahmens 30 angeordnet ist.
Als weitere Kanäle weist das Metallgehäuse 27 mehrere Rohrabschnitte 40 auf, in denen jeweils ein Edelstahlrohr 41 angeordnet ist. Die Rohrabschnitte 40 sind über Arme 42 mit einem Zentralkörper 43 verbunden, in dem die Heizelemente angeordnet sind. Auf diese Weise wird die erzeugte Wärme großflächig in die aufzutauende Harnstofflösung eingeleitet.
In 9 ist das Metallgehäuse 27 in einem Querschnitt dargestellt. Wie man darin sieht, sind die Rohrabschnitte 40 mit Erhebungen 37 versehen, die – wie anhand von 5 und 6 beschrieben – nach Einbringen der Edelstahlrohre 41 zu Pressfalten 39 verpresst werden.
Wie 9 zeigt, weist der Zentralkörper 43 zwischen den Heizkanälen 35 einen zentralen Kanal 44 auf. Dieser zentrale Kanal 44 bewirkt in erster Linie, daß sich der Zentralkörper 43 leichter verpressen läßt, um eine optimale Wärmeankopplung zwischen den Heizelementen 28 und dem Metallgehäuse 27 zu schaffen. In dem zentralen Kanal 44 kann ebenfalls ein Edelstahlrohr angeordnet werden. Um das Verpressen nicht zu erschweren, bleibt der zentrale Kanal 44 bevorzugt jedoch frei, so daß dessen innere Oberfläche ebenfalls mit dem Kunststoffmantel 21 überzogen werden muß.

1: Abgasreinigungskatalysator
2: Harnstoffversorgungssystem
3: Harnstofftank
4: Rückführleitung
5: Pumpe
6: Verbindungsleitung
7: zweiter Anschluß der Verbindungsleitung
8: Heizeinsatz
9: Auftaubehälter
10: Regelventil
11: Verbindungleitung
12: Luftvorrat
13: Luftverdichter
14: Dosierventil
15: Steuereinheit
16: Sonde
17: erster Anschluß der Verbindungsleitung
18: Umschaltventil
20: Ansaugrohr
21: Kunststoffmantel
22: Anschlußleitungen
23: Verteilelement
24: Durchtrittsöffnungen
25: Wärmeleitelement
26: Durchtrittsöffnungen
27: Metallgehäuse
27a: Wand des Metallgehäuses
28: Heizelemente
29: Überlauföffnung
30: Montagerahmen
31: Anschlußbleche
32: Nut
33: O-Ring
34: Klemmlaschen
35: Kanal zur Aufnahme des Montagerahmens
36: Kanal zur Aufnahme des Ansaugrohrs
37: Erhebungen
38: Öffnung der Erhebungen
39: Pressfalten
40: Rohrabschnitte des Metallgehäuses
41: Rohr
42: Arm des Metallgehäuses
43: Zentralkörper des Metallgehäuses
44: zentraler Kanal

Claims

Harnstoffversorgungssystem für einen Abgasreinigungskatalysator (1) einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend: – einen Harnstofftank (3) zur Aufnahme von Harnstofflösung, – eine Verbindungsleitung (6, 11), die den Harnstofftank (3) mit einem Abgasreinigungskatalysator (1) verbindet, – eine Pumpe (5), um Harnstofflösung durch die Verbindungsleitung (6, 11) von dem Harnstofftank (3) zu dem Katalysator (1) zu pumpen, und – einen Heizeinsatz (8) zum Auftauen von gefrorener Harnstofflösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (6) an einen Auftaubehälter (9) angeschlossen ist, in dem ein für die Inbetriebnahme des Katalysators (1) ausreichender Bruchteil der in dem Harnstofftank (3) speicherbare Harnstoffmenge mittels des Heizeinsatzes (8) auftaubar ist.
Harnstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Verbindungsleitung (6, 11) eine Rückführleitung (4) abzweigt, die zu dem Auftaubehälter (3) führt.
Harnstoffsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang der Rückführleitung (4) ein Verteilelement (23) angeordnet ist, um einen aus der Rückführleitung (4) austretenden Harnstoffstrom in dem Auftaubehälter (9) zu verteilen.
Harnstoffversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilelement (23) als Platte mit mehreren Durchtrittsöffnungen (24) ausgebildet ist.
Harnstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizeinsatz (8) ein Ansaugrohr (20) aufweist, das an die Verbindungsleitung (6, 11) angeschlossen ist.
Harnstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftaubehälter (8) in dem Harnstofftank (3) angeordnet ist.
Heizeinsatz zum Auftauen einer korrosiven Lösung, insbesondere für ein Harnstoffversorgungssystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, umfassend: – ein korrosionsbeständiges Rohr (20, 41) zum Eintauchen in die Lösung, – ein Metallgehäuse (27)_; das an dem Rohr (20, 41) befestigt ist, und – mindestens ein Heizelement (28), das in dem Metallgehäuse (27) angeordnet ist.
Heizeinsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (27) ein auf das Rohr (20, 41) aufgeschobenes Profilrohr ist.
Heizeinsatz nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (27) mit dem Rohr (20, 41) verpresst ist.
Heizeinsatz nach einen der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand (27a) des Metallgehäuses (27) zwischen dem Rohr (20, 41) und dem mindestens einen Heizelement (28) angeordnet ist.
Heizeinsatz nach einen der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) mindestens eine in Längsrichtung verlaufende Pressfalte (39) aufweist.
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (27) aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Heizelement (28) in dem Metallgehäuse (27) von einem Montagerahmen (30) gehalten ist.
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (20, 41) aus Edelstahl, insbesondere aus V4A-Stahl, ist.
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (28) ein PTC-Heizelement ist.
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Heizelement (28) plattenförmig ist.
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (27) mit einem korrosionsbeständigen Überzug (21) vor der korrosiven Lösung geschützt ist.
Heizeinsatz nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der korrosionsbeständige Überzug ein Kunststoffmantel (21) ist.
Heizeinsatz nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (21) ein Spritzgußteil ist.
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (21) eine Nut (32) für einen das Rohr (51) umgebenden O-Ring (33) aufweist.
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (27) mehrere Rohrabschnitte (40) aufweist, in denen jeweils ein korrosionsbeständiges Rohr (41), vorzugsweise ein Edelstahlrohr, angeordnet ist.
Heizeinsatz nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Rohrabschnitte (40) an Armen (42) angeordnet sind, die von einem Zentralkörper (43) des Metallgehäuses (27) ausgehen.
Heizeinsatz nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Heizelement (28) in dem Zentralkörper (43) angeordnet ist.
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 7 bis 23, gekennzeichnet durch einen Auftaubehälter (9) für die korrosive Lösung, in dem das Metallgehäuse (27) mit dem mindestens einen Heizelement (28) angeordnet ist.