DE102006019050B4

DE102006019050B4 - Vorratstank für ein Reduktionsmittel

Info

Publication number: DE102006019050B4
Application number: DE102006019050.5A
Authority: DE
Inventors: Leopold Bernegger; Martin Gradl; Christoph Wallis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2026-04-26
Also published as: DE102006019050A1

Abstract

Vorratstank für ein Reduktionsmittel in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors, in der ein Reduktionskatalysator (10) zur Reduktion von NOx-Bestandteilen des Abgases des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und die eine Vorrichtung (11) zum Einbringen des Reduktionsmittels in den Reduktionskatalysator (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vorratstank (12) ein Behälter (13) mit einer beheizbaren Hülle (14) vorgesehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Vorratstank für ein Reduktionsmittel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Verminderung der in einem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide hat sich für solche Verbrennungsmotoren, die mit Luftüberschuss betrieben werden, ein Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion („SCR”) als vorteilhaft erwiesen. Bei diesem Verfahren werden Stickoxide zusammen mit Ammoniak in einem selektiven Katalysator zu Stickstoff und Wasser umgesetzt. Das zur katalytischen Umsetzung der Stickoxide notwendige Reduktionsmittel wird anstelle des Ammoniaks in Form einer wässrigen Harnstofflösung in einem Vorratstank im Fahrzeug mitgeführt, aus der das Ammoniak durch Thermolyse und Hydrolyse der Harnstofflösung in der jeweils zur Umsetzung benötigten Menge freigesetzt werden kann. Die wässrige Harnstofflösung wird durch eine Dosiervorrichtung in den Reduktionskatalysator eingebracht. Die wässrige Harnstofflösung hat den Nachteil, dass sie bei Unterschreitung von etwa –11°C gefriert, die Abgasnachbehandlungsvorrichtung jedoch bis zu Temperaturen von –35°C funktionstüchtig sein sollte. Bei tiefen Temperaturen steht die Harnstofflösung beim Kaltstart somit nicht zur Verfügung, da sie noch gefroren ist.
Bei Nutzfahrzeugen ist es bekannt, den Vorratstank über das sich erwärmende Kühlerwasser aufzutauen. Dies erweist sich bei Personenkraftwagen schwieriger, weil der Vorratstank oft in einer großen Entfernung zum Motor angeordnet ist. Eine möglicherweise denkbare elektrische Tankbeheizung benötigt jedoch eine sehr hohe elektrische Leistung, die beim Fahrzeugstart nicht vorliegt.
Aus der DE 100 19 221 ist es bekannt, innerhalb eines Fahrzeugstanks für Dieselkraftstoff einen Zusatztank für Rapsöl vorzusehen.
Offenbarung der Erfindung
Bei einem erfindungsgemäßen Vorratstank für ein Reduktionsmittel in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist ein Behälter mit einer beheizbaren Hülle vorgesehen. Vorteilhafterweise ist aufgrund des kleineren zu beheizenden Volumens in dem Behälter innerhalb des Vorratstanks eine Erwärmung des reduzierten Volumens in relativer kurzer Zeit möglich. Es kann bereits innerhalb von etwa 20 min flüssiges Reduktionsmittel zur Verfügung gestellt werden.
Über den Heizdraht in dem Heizschlauch wird zunächst das sich in dem Heizschlauch befindende gefrorene Reduktionsmittel aufgetaut. Dadurch kann relativ kurzfristig flüssiges Reduktionsmittel zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus wird die Außenwand bzw. die Hülle des Behälters durch den Heizschlauch beheizt. Um den Auftauvorgang zu beschleunigen, ist der Heizschlauch besonders bevorzugt schraubenartig in mehreren Umwindungen um die Hülle des Behälters gewickelt. Die Hülle des Behälters wird durch den Heizschlauch erwärmt, und das sich an den Wänden des Behälters befindende gefrorene Reduktionsmittel verflüssigt sich. Gefrorenes Reduktionsmittel kann sich von der Außenwand des Behälters lösen und der Schwerkraft folgend nach unten gleiten. Dadurch wird ein kontinuierlicher Auftauvorgang begünstigt. Günstigerweise kann dadurch ein kontinuierlicher Betrieb des Reduktionskatalysators in dem Abgasnachbehandlungssystem aufrechterhalten werden, indem nicht nur das ursprünglich gefrorene Reduktionsmittel aufgetaut wird, sondern ständig in flüssigem Zustand dem System zur Verfügung gestellt wird.
In einer Weiterbildung kann der Heizschlauch an einem oberen ersten freien Ende mit einer Fördereinrichtung verbunden sein, über welche das Reduktionsmittel in den Reduktionskatalysator eingebracht wird. An einem unteren zweiten freien Ende wird der Heizschlauch bevorzugt bodennah durch eine Aufnahmeöffnung in den Behälter eingeführt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Ende ist der Heizschlauch schraubenartig um den Behälter gewickelt. Je enger die Wicklung angeordnet ist, umso effizienter kann die Hülle beheizt werden. Mit seinem zweiten freien Ende ist der Heizschlauch bevorzugt spiralförmig auf dem Boden des Behälters angeordnet. Liegt der Heizschlauch in der Form einer Spirale auf dem Boden des Behälters, kann günstigerweise von dort aufgetautes und angesammeltes Reduktionsmittel abgesaugt und dem System zur Verfügung gestellt werden.
Zweckmäßigerweise besteht die Hülle des Behälters aus einem wärmeleitfähigen Material, beispielsweise aus Kunststoff oder Stahl. Bevorzugt ist die Hülle etwa 3 mm dick.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Behälter innerhalb des Vorratstanks mittig angeordnet. Der Behälter kann offen oder geschlossen ausgebildet sein.
Ist der Boden des Vorratstanks im Vergleich zum Boden des Behälters erhöht und von einer Außenwand des Vorratstanks zur Hülle des Behälters hin geneigt, kann günstigerweise gewährleistet werden, dass das Reduktionsmittel stets nach innen zum Behälter hin fließt. Besonders bevorzugt weist der Boden des Vorratstanks ein Gefälle von etwa 10° auf. Eine Höhe des Bodens des Vorratstanks im Bereich der Behälterwand ist zweckmäßigerweise so dimensioniert, dass die Aufnahmeöffnung für den Heizschlauch oberhalb des Bodens angeordnet ist, so dass das sich im Vorratstank befindende Reduktionsmittel zum Behälter strömen kann. Der Behälter weist zweckmäßigerweise im bodennahen Bereich Ausnehmungen auf, über die das Reduktionsmittel in den Behälter geleitet werden kann. Von dort aus kann das Reduktionsmittel über den Heizschlauch angesaugt und nach oben über die Fördereinrichtung zur Dosiervorrichtung geleitet werden.
Die Aufnahmeöffnung weist bevorzugt einen ovalen Querschnitt auf und dient der Aufnahme des Heizschlauchs. Besonders bevorzugt ist die ovale Aufnahmeöffnung mit ihrer axialen Erstreckung gegenüber dem Boden des Behälters geneigt angeordnet, so dass der an der Behälteraußenwand geführte Teil des Heizschlauchs unmittelbar nach Durchtritt durch die Aufnahmeöffnung in Richtung zur Fördereinrichtung nach oben geführt werden kann, ohne dass ein für den stetigen Durchfluss des Heizschlauchs erforderlicher minimaler Biegeradius unterschritten wird.
In einer besonders günstigen Ausführung weist der Heizschlauch eine Länge von etwa 3 m auf, um einen Behälter mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Höhe von etwa bis zu 200 mm zu beheizen. Der Heizdraht in dem Heizschlauch mit einer solchen Dimension weist eine bevorzugte Länge vor etwa 12 m auf.
Vorteilhafterweise wird bei dieser Auslegung sich in dem Heizschlauch befindendes gefrorenes Reduktionsmittel innerhalb kürzester Zeit aufgetaut. Gleichzeitig kann ein kontinuierlicher Abtauvorgang von gefrorenem Reduktionsmittel erzielt werden, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ermöglicht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Im Folgenden zeigen:
1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorratstanks;
2 eine Draufsicht auf den Boden eines Behälters in dem Vorratstank; und
3 eine Detailansicht einer Aufnahmeöffnung des Behälters für den Heizschlauch.
Ausführungsform der Erfindung
Gleiche Elemente werden in den Figuren gleich beziffert.
In 1 ist ein Vorratstank für ein Reduktionsmittel in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors gezeigt. Das Reduktionsmittel wird über eine Vorrichtung 11, insbesondere eine Dosiervorrichtung, in einen nicht näher dargestellten Reduktionskatalysator 10 zur Reduktion von NOx-Bestandteilen des Abgases der Brennkraftmaschine eingebracht. Das Reduktionsmittel wird über eine Tanköffnung 25 in den Vorratstank 12 gefüllt. In dem Vorratstank 12 ist ein Behälter 13 mit einer beheizbaren Hülle 14 vorgesehen, wobei der Behälter 13 hohlzylinderförmig ist und ein kleineres Volumen aufweist als der Vorratstank 12. Der Behälter 13 ist innerhalb des Vorratstanks 12 mittig angeordnet. Der Vorratstank 12 weist einen Boden 21 auf, der im Vergleich zum Boden 20 des Behälters 13 erhöht ist. Der Boden 21 ist von einer Außenwand 22 des Vorratstanks 12 nach innen in Richtung zum Behälter 13 geneigt. Insbesondere beträgt die Neigung etwa 10°. Somit strömt das sich am Boden 21 des Vorratstanks 12 befindende Reduktionsmittel in Richtung zum Behälter 13. In einem bodennahen Bereich des Behälters 13 sind Ausnehmungen 29 angeordnet, über die das Reduktionsmittel in den Behälter 13 strömt. Von dort aus wird es über das zweite freie Ende 18 des Heizschlauchs 15 angesaugt und in Richtung zur Fördereinrichtung 16 gefördert.
Die Hülle 14 des Behälters 13 ist mit einem Heizschlauch 15 beheizbar, wobei der Heizschlauch 15 schraubenartig in mehreren Umwindungen um die Hülle 14 des Behälters 13 gewickelt ist. Der Heizschlauch 15 liegt an der Außenwand 27 des Behälters 13 an und wird über hakenförmige Haltevorrichtungen 26 an der Außenwand 27 der Hülle 14 bzw. des Behälters 13 befestigt.
An seinem oberen ersten freien Ende 17 ist der Heizschlauch 15 mit einer Fördereinrichtung 16 verbunden. Von der Fördereinrichtung 16 aus wird das Reduktionsmittel über die Dosiereinrichtung 11 in den Reduktionskatalysator 10 gefördert. Mit seinem zweiten freien Ende 18 ist der Heizschlauch 15 bodennah durch eine Aufnahmeöffnung 19 in den Behälter 13 eingeführt. Eine Höhe 23 des Bodens 21 des Vorratstanks 12 ist im Bereich der Hülle 14 des Behälters 13 so dimensioniert, dass die Aufnahmeöffnung 19 für den Heizschlauch 15 oberhalb des Bodens 21 angeordnet ist. Die Aufnahmeöffnung 19 ist oval ausgebildet und schräg angeordnet, damit der Teil des Heischlauchs 15, der von der Aufnahmeöffnung 19 nach außen führt, möglichst anliegend an der Außenwand 27 des Behälters 13 nach oben in Richtung zur Fördereinrichtung 16 geführt werden kann, ohne dass ein minimaler Biegeradius unterschritten wird.
2 zeigt eine Draufsicht von oben auf einen Boden 20 des Behälters 13, auf dem das zweite freie Ende 18 des Heizschlauchs 15 liegend angeordnet ist. Der Heizschlauch 15 ist mit seinem zweiten freien Ende 18 spiralförmig auf dem Boden 20 des Behälters 13 angeordnet. Von hier aus kann aufgetautes Reduktionsmittel abgesaugt werden. Durch die spiralförmige Anordnung des Heizschlauchs 15 wird ein Auftauvorgang von gefrorenem bodennahem Reduktionsmittel beschleunigt. Der Heizschlauch 15 ist über Schlauchabschnitte 28 verlängerbar.
In 3 ist schematisch eine Seitenansicht auf den unteren Bereich des Behälters 13 gezeigt mit einer Aufnahmeöffnung 19 für den Heizschlauch 15, wobei die Aufnahmeöffnung 19 einen ovalen Querschnitt aufweist. Der Heizschlauch 15 ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die ovale Aufnahmeöffnung 19 mit ihrer axialen Erstreckung 24 ist gegenüber dem Boden 20 des Behälters 13 schräg angeordnet.
In einem bodennahen Bereich des Behälters 13 sind Ausnehmungen 29 angeordnet, über die das Reduktionsmittel von außen in das Behälterinnere strömen kann.

Claims

Vorratstank für ein Reduktionsmittel in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors, in der ein Reduktionskatalysator (10) zur Reduktion von NOx-Bestandteilen des Abgases des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und die eine Vorrichtung (11) zum Einbringen des Reduktionsmittels in den Reduktionskatalysator (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vorratstank (12) ein Behälter (13) mit einer beheizbaren Hülle (14) vorgesehen ist.
Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (14) des Behälters (13) mit einem Heizschlauch (15) beheizbar ist.
Vorratstank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschlauch (15) schraubenartig in mehreren Umwindungen um die Hülle (14) des Behälters (13) gewickelt ist.
Vorratstank nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschlauch (15) an einem oberen ersten freien Ende (17) mit einer Fördereinrichtung (16) verbunden ist und an einem unteren zweiten freien Ende (18) bodennah durch eine Aufnahmeöffnung (19) in den Behälter (13) eingeführt ist.
Vorratstank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschlauch (15) mit seinem zweiten freien Ende (18) spiralförmig auf dem Boden (20) des Behälters (13) angeordnet ist.
Vorratstank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (13) innerhalb des Vorratstanks (12) mittig angeordnet ist.
Vorratstank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratstank (12) einen Boden (21) aufweist, der im Vergleich zum Boden (20) des Behälters (13) erhöht ist.
Vorratstank nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (21) des Vorratstanks (12) mit einem Gefälle von etwa 10° von einer Außenwand (22) des Vorratstanks (12) zur Hülle (14) des Behälters (13) hin geneigt ist.
Vorratstank nach Anspruch 4 und nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe (23) des Bodens (21) des Vorratstanks (12) im Bereich der Hülle (14) des Behälters (13) so dimensioniert ist, dass die Aufnahmeöffnung (19) für den Heizschlauch (15) oberhalb des Bodens (21) angeordnet ist.
Vorratstank nach Anspruch 4, 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (19) einen ovalen Querschnitt aufweist.
Vorratstank nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ovale Aufnahmeöffnung (19) mit ihrer axialen Erstreckung (24) gegenüber dem Boden (20) des Behälters (13) schräg angeordnet ist.