DE102005037201A1 - Heizsystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Heizsystem, insbesondere für ein Harnstoff-Versorgungssystem eines Abgasreinigungskatalysators einer Verbrennungkraftmaschine, umfassend eine Tankheizung (4) zum Beheizen eines Flüssigkeitstanks (1), insbesondere eines Harnstofftanks, und eine Filterheizung (14) zum Beheizen eines Filters (5) zum Filtern von in dem Tank (1) gespeicherter Flüssigkeit, wobei die Filterheizung (14) durch einen als Widerstandsheizelement ausgebildeten Heizabschnitt einer elektrischen Anschlußleitung (12) der Tankheizung (4) gebildet wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Heizsystem, insbesondere für ein Harnstoff-Versorgungssystem eines Abgasreinigungskatalysators einer Verbrennungskraftmaschine.
- Harnstoff wird von einem pbgasreinigungskatalysator als Ammoniaklieferant benötigt. Kraftfahrzeuge haben deshalb standardmäßig einen Harnstofftank, in dem Harnstofflösung für den Abgasreinigungskatalysator gespeichert wird. Bei Frost kann die Harnstofflösung einfrieren, so daß ein Heizsystem benötigt wird, um die Harnstofflösung möglichst rasch aufzutauen, damit der für den Betrieb des Katalysators benötigte Harnstoff zur Verfügung gestellt werden kann.
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Weg aufzuzeigen, wie ein Abgasreinigungskatalysator einer Verbrennungskraftmaschine bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt schneller in einen betriebsbereiten Zustand versetzt werden kann.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Heizsystem umfassend eine Tankheizung zum Beheizen eines Flüssigkeitstanks, insbesondere eines Harnstofftanks, und eine Filterheizung zum Beheizen eines Filters zum Filtern von in dem Tank gespeicherter Flüssigkeit, wobei die Filterheizung durch eine als Widerstandsheizelement ausgebildete elektrische Anschlußleitung der Tankheizung gebildet wird.
- Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß selbst bei Einsatz einer Tankheizung häufig geraume Zeit vergehen kann, bis einem Abgasreinigungskatalysator flüssige Harnstofflösung zur Verfügung gestellt werden kann, da insbesondere in einem Harnstofffilter enthaltenes Harnstoffeis nur langsam auftaut. Mit einem erfindungsgemäßen Heizsystem kann diesbezüglich außerordentlich kostengünstig Abhilfe geschaffen werden, da das Filter mit einer Filterbeheizung beheizt wird, die von einer als Widerstandsheizelement ausgebildeten Anschlußleitung der Tankheizung gebildet wird. Auf diese Weise können die Kosten eines separaten Heizeinsatzes für das Filter vermieden werden und es sind keine zusätzlichen Anschlußleitungen für die Filterheizung erforderlich.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Die im folgenden beschriebenen Merkmale können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizsystems; und -
2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizsystems. - In
1 ist ein Ausschnitt eines Harnstoff-Versorgungssystems für einen Abgasreinigungskatalysator eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Das System umfaßt einen zweiteiligen Harnstofftank, bei dem ein erster Teil von einem nur indirekt beheizten Vorratstank1 und ein zweiter Teil von einem durch die Tankheizung4 beheizten Auftaubehälter3 gebildet wird. Der Auftaubehälter3 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb des Vorratstanks1 angeordnet, kann jedoch prinzipiell auch außerhalb angeordnet sein. Möglich ist auch eine einteilige Ausführung, bei welcher der Vorratstank1 direkt beheizt wird. - Bei dem in
1 dargestellten Heizsystem handelt es sich um einen Einsatz11 für einen Vorratstank1 eines Kraftfahrzeugs. Der Einsatz11 umfaßt einen Auftaubehälter3 zum raschen Auftauen eines Teils der in dem Vorratstank1 gespeicherten Harnstoffmenge, ein Filtergehäuse in Form eines Filterbechers5.1 zur Aufnahme eines Filterelementes5.2 , eine Tankheizung4 zum Auftauen von Harnstoffeis in dem Auftaubehälter3 und Anschlußleitungen12 ,13 , mit denen ein Heizstrom durch ein in der Tankheizung4 enthaltenes PTC-Heizelement (nicht dargestellt) geleitet werden kann. - Das Filter
5 ist mittels einer Filterheizung14 beheizbar, die von einem als Widerstandsheizelement ausgebildeten Heizabschnitt der Anschlußleitung12 gebildet wird. Auf diese Weise fließt durch die Filterheizung14 stets der selbe Heizstrom wie durch die Tankheizung4 . Folglich wird durch das PTC-Heizelement der Tankheizung4 automatisch sowohl die Heizleistung der Tankheizung4 als auch der Filterheizung14 begrenzt und eine Überhitzung ausgeschlossen, da PTC-Heizelemente (Positiver Temperatur Koeffizient) bei Überschreiten einer Schwellentemperatur einen sprunghaften Anstieg ihres elektrischen Widerstandes zeigen. - Der Heizabschnitt
14 wird von einem Widerstandsdraht, bevorzugt aus einer Heizleiterlegierung, beispielsweise einer FeCrAl-Legierung gebildet. Möglich ist auch die Verwendung eines Polymerwiderstandmaterials, insbesondere eines PTC-Polymers. Der verwendete Widerstandsdraht hat einen elektrischen Widerstand von mindestens 0,2 Ω mm2/m, bevorzugt mindestens 0,6 Ω mm2/m, besonders bevorzugt mindestens 1,2 Ω mm2/m, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 1,44 Ω mm2/m. Der Heizabschnitt14 ist in den aus Kunststoff durch Spritzgießen gefertigten Filterbecher5.1 , bevorzugt dessen Boden, durch Umspritzen eingebettet und in mehreren Windungen, bevorzugt mäander- oder wendelförmig angeordnet. Möglich ist auch ein Widerstandsheizelement in Form eines Geflechts aus einem Widerstandsmaterial. - Der Filterbecher
5.1 ist bei dem dargestellten Heizsystem11 mit einem Tankdeckel für den Auftaubehälter3 verbunden. Bei einer bevorzugt einstückigen Ausführung läßt sich eine Dichtstelle zwischen Tankdeckel und Filterbecher vermeiden. Besonders günstig ist es dabei, wenn gemäß1 Filterbecher5.1 und Auftaubehälter3 eine Einheit bilden, die in den Vorratstank1 eingesetzt wird und dabei eine Öffnung des Vorratstanks1 verschließt. - Der Einsatz
11 ist Teil eines Harnstoffversorgungssystems, der neben dem Vorratstank1 eine Pumpe6 einschließlich Druckregler und Ventil umfaßt, mit der Harnstofflösung über die Ansaugleitungen2 und10 durch den Filter5 über die Verbindungsleitung15 in die zum Abgasreinigungskatalysator führende Versorgungsleitung7 ge pumpt werden kann. Bei Frost wird zunächst in dem Auftaubehälter3 enthaltene Harnstofflösung aufgetaut und dann über die Ansaugleitung10 in den Filter5 und von dort zu der Verbindungsleitung7 gepumpt. Das Fassungsvermögen des Auftaubehälters3 ist dabei so bemessen, daß die darin enthaltene Harnstofflösung für die Inbetriebnahme eines Abgasreinigungskatalysators ausreicht. Nachdem die Harnstofflösung in dem Auftaubehälter3 vollständig aufgetaut ist, wird von der Tankheizung4 erzeugte Wärme automatisch auch an Harnstofflösung außerhalb des Auftaubehälters3 abgegeben und somit der gesamte Inhalt des Vorratstanks1 aufgetaut, so daß Harnstofflösung durch die Ansaugleitung2 in das Filter5 gepumpt werden kann. - Um den Auftauvorgang in dem Auftaubehälter
3 zu unterstützen, kann aufgetaute Harnstofflösung über die Rückleitung8 in den Auftaubehälter3 zurückgeführt werden, so daß sich von der Heizung4 erzeugte Wärme besser in dem Auftaubehälter3 verteilt. Ferner bildet die Flüssigkeitsdurchtrittsöffnung9 einen Überlauf, damit ein Überschuß an erwärmter Harnstofflösung aus dem Auftaubehälter3 austreten und in den umgebenden Innenraum des Tanks1 gelangen kann. - Die Ansaugleitung
10 ist ein Kunststoffrohr, das als Ansaugkanal durch die Tankheizung4 hindurch führt. Bevorzugt ist auch die Ansaugleitung10 beheizbar, damit darin eingefrorene Harnstofflösung schnell aufgetaut werden kann. Bei dem in1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Ansaugleitungsbeheizung dadurch realisiert, daß dicht neben der Ansaugleitung10 die Anschlußleitung12 angeordnet und auch in dem betreffenden Abschnitt als Widerstandsheizelement, insbesondere als Widerstandsdraht, ausgeführt ist. Auf diese Weise steht die Anschlußleitung12 in wärmeleitender Verbindung mit der Ansaugleitung10 , so daß von der Anschlußleitung12 erzeugte Wärme zum Auftauen von Harnstofflösung in der Ansaugleitung10 genutzt werden kann. Dabei kann die Anschlußleitung12 an der Ansaugleitung10 anliegen oder um diese herum gewickelt sein. Auf diese Weise ist eine Reihenschaltung der Tankheizung4 , der Filterheizung14 und der Ansaugleitungsheizung gegeben. Dadurch wird sowohl die Filterheizung14 als auch die Ansaugleitungsbeheizung durch den Selbstregeleffekt des PTC-Heizelements der Tankheizung4 vor Überhitzung geschützt. - In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich die Anschlußleitung
12 als Widerstandsheizelement ausgebildet. Möglich ist es aber auch, die Anschlußleitung13 ebenfalls als Widerstandsheizelement auszubilden, um damit die Ansaugleitung10 und/oder den Filter5 zu beheizen. Beispielsweise kann ein Abschnitt einer Anschlußleitung als Filterheizung und ein Abschnitt der anderen Anschlußleitung als Ansaugleitungsbeheizung dienen. - Das in
2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem anhand von1 beschriebenen Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß die Ansaugleitung10 , durch die Harnstofflösung aus dem Auftaubehälter3 in den Filter5 gesaugt werden kann, als dünnes Edelstahlrohr, bevorzugt aus V4A-Stahl, ausgebildet ist und als Widerstandsheizelement dient. Auf diese Weise bildet die Ansaugleitung10 zugleich die Tankheizung4 . - Die Ansaugleitung
10 ist in dem Auftaubehälter3 in mehreren Windungen, bevorzugt spiral- oder mäanderförmigen Windungen, angeordnet und ragt mit einem Abschnitt, der bevorzugt ebenfalls gewunden ist, an ihrem oberen Ende in den Filter5 hinein. Der spezifische Widerstand des die Ansaugleitung10 bildenden Metallrohrs beträgt bevorzugt mindestens 0,2 Ω mm2/m, insbesondere mindestens 0,6 Ω mm2/m, und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 0, 75 Ω mm2/m. - Wird ein Heizstrom durch das die Ansaugleitung
10 bildende Metallrohr geleitet, so führt dies zu dessen Erwärmung und damit zum Auftauen der die Ansaugleitung10 umgebenden Harnstofflösung in dem Auftaubehälter3 und dem Filter5 . Der in den Filter hineinragende Abschnitt des Ansaugrohrs10 dient dabei sowohl als Filterheizung14 zum Beheizen des Filters5 als auch als Anschlußleitung der Tankheizung4 . Das die Ansaugleitung10 bildende Metallrohr kann einteilig ausgeführt sein oder mehrere durch Kupplungen, beispielsweise Steckkupplungen, verbundene Abschnitte aufweisen, die hinsichtlich Material und Durchmesser unterschiedlich ausgestaltet sein können. - Um eine Überhitzung des Ansaugrohrs
10 vermeiden, ist ein Temperatursensor16 in wärmeleitender Verbindung zu dem Ansaugrohr angeordnet, bevorzugt auf dem Ansaugrohr befestigt. Besonders günstig ist es, den Temperatursensor16 unterhalb des Filters5 anzuordnen, da dort in der Regel keine Harnstofflösung das Ansaugrohr10 umgibt und deshalb die Gefahr einer Überhitzung am größten ist. Bei einer Überhitzung könnte der Kunststoff des Filterbechers5.2 und die Dichtstelle am Durchtritt des Ansaugrohrs10 Schaden nehmen. - Bei beiden Ausführungsbeispielen ist es günstig, wenn im Betrieb von der Filterheizung eine Heizleistung von etwa 10 bis 30 Watt und von der Tankheizung eine Heizleistung von mindestens 50 Watt, bevorzugt 70 Watt bis 150 Watt, freigesetzt wird.
- Um einem Abgasreinigungskatalysator noch schneller flüssige Harnstofflösung zuführen zu können, kann das beschriebene Heizsystem in ein Harnstoffversorgungssystem integriert werden, bei dem auch die Versorgungsleitung
7 und/oder die Verbindungsleitung15 beheizt werden. Besonders günstig läßt sich eine solche Leitungsheizung dadurch bewirken, daß für die entsprechenden Leitungen korrosionsbeständige Metallrohre, bevorzugt aus Edelstahl, verwendet werden, durch die zum Auftauen von Harnstofflösung ein Heizstrom geleitet wird, so daß sich die Metallrohre als Widerstandsheizelemente erwärmen.
Claims (15)
- Heizsystem, insbesondere für ein Harnstoff-Versorgungssystem eines Abgasreinigungskatalysators einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine Tankheizung (
4 ) zum Beheizen eines Flüssigkeitstanks (1 ), insbesondere eines Harnstofftanks, und eine Filterheizung (14 ) zum Beheizen eines Filters (5 ) zum Filtern von in dem Tank (1 ) gespeicherter Flüssigkeit, wobei die Filterheizung (14 ) durch einen als Widerstandsheizelement ausgebildeten Heizabschnitt einer elektrischen Anschlußleitung (12 ) der Tankheizung (4 ) gebildet wird. - Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterheizung (
14 ) Teil eines Heizeinsatzes (11 ) ist, der ein Filtergehäuse (5.1 ) des Filters (5 ) umfaßt. - Heizsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergehäuse (
5.1 ) einstückig mit einem Tankdeckel ausgebildet ist. - Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergehäuse (
5.1 ) durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt und die Filterheizung (14 ) in einem Kunststoffteil des Filtergehäuses (5.1 ), vorzugsweise dessen Boden, durch Umspritzen eingebettet ist. - Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankheizung (
4 ) einen Ansaugkanal (10 ) zum Fördern von Flüssigkeit in den Filter (5 ) umfaßt. - Heizsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (
10 ) in dem Gehäuse der Tankheizung (4 ) verläuft. - Heizsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (
10 ) in eine beheizbare Ansaugleitung mündet, die zu dem Filter (5 ) führt, wobei die Tankheizung (4 ), die Filterbeheizung (14 ) und eine Ansaugleitungsheizung in Reihe geschaltet sind. - Heizsystem nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (
10 ) von einem Ansaugrohr aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, gebildet wird. - Heizsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr (
10 ) als Widerstandsheizelement für die Tankheizung (4 ) dient. - Heizsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (
14 ) des Ansaugrohrs (10 ) in das Filter (5 ) hineinragt und dieser Abschnitt (14 ) die als Widerstandsheizelement dienende elektrische Anschlußleitung der Tankheizung (4 ) ist. - Heizsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der in das Filter (
4 ) hineinragende Abschnitt des Ansaugkanals (10 ) mindestens eine, vorzugsweise mehrere, Windungen aufweist. - Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (
16 ) zum Schutz des Filters (5 ) vor Überhitzung. - Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitung (
12 ) einen Widerstandsdraht enthält. - Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankheizung (
4 ) ein PTC-Element enthält. - Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankheizung (
4 ) in einem Auftaubehälter (3 ) angeordnet ist, der bestimmungsgemäß in einem Tank (1 ) eingesetzt wird und mindestens eine Flüssigkeitsdurchtrittsöffnung (9 ) für einen Flüssigkeitsstrom zwischen dem Tank (1 ) und dem Auftaubehälter (3 ) aufweist.
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