DE102007025348A1 - Automotive engine with urea injection to exhaust system has fuel return pipe surrendering heat to urea tank - Google Patents

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Abstract

An internal combustion engine has a cylinder with a combustion chamber discharging exhaust gases via an outlet valve to an exhaust system (4). Fuel is measured and introduced to the combustion chamber by an injection valve (18). Excess fuel not injected is returned by a pipe to a fuel tank. The engine has a urea tank (40) with a tube (41) to an injection valve (54) that releases urea into the exhaust system. The return fuel pipe (44) surrenders heat to the urea tank (40) contents.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder mit einem Brennraum und einen Abgastrakt umfasst, der abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum kommuniziert. Ein Kraftstoff-Einspritzventil zum Zumessen von Kraftstoff für einen Verbrennungsprozess in dem Brennraum ist vorgesehen. Zum Rückführen nicht zugemessenen Kraftstoffs aus dem Kraftstoff-Einspritzventil hin zu einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine weist die Brennkraftmaschine eine Kraftstoffrückführleitung auf. Die Brennkraftmaschine hat ein Harnstoffeinspritzventil zum Zumessen von Harnstoff in den Abgastrakt. Der Harnstoff kann aus einem Harnstofftank über eine Harnstoffleitung zu dem Harnstoffeinspritzventil geleitet werden.The The invention relates to an internal combustion engine, the at least one Includes cylinder with a combustion chamber and an exhaust tract, which depends on a switching position of a gas outlet valve communicates with the combustion chamber. A fuel injection valve for metering fuel for a combustion process in the combustion chamber is provided. Not to return metered fuel from the fuel injection valve toward a fuel tank the internal combustion engine, the internal combustion engine has a fuel return line. The internal combustion engine has a urea injection valve for metering of urea in the exhaust tract. The urea can be from a urea tank via a Urea line are led to the urea injection valve.

Zur Reduzierung eines Stickoxidanteils im Abgas einer Brennkraftmaschine kann eine Abgasnachbehandlung mit wässriger Harnstofflösung und einem SCR-Katalysator durchgeführt werden. Die wässrige Harnstofflösung kann auch als Harnstoff bezeichnet werden. Zur Abgasnachbehandlung wird die wässrige Harnstofflösung mit einer Flüssigkeitspumpe zu einem Harnstoffeinspritzventil gepumpt, das die Harnstofflösung stromaufwärts des SCR-Katalysators in einen Abgasstrom in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zumisst. Die Harnstofflösung reagiert in dem heißen Abgasstrom zu Ammoniak und Kohlendioxid. In dem SCR-Katalysator reagiert dann der Ammoniak mit dem Stickoxidgemisch des Abgases zu Stickstoff und Wasser.to Reduction of a nitrogen oxide content in the exhaust gas of an internal combustion engine can an exhaust aftertreatment with aqueous urea solution and a SCR catalyst performed become. The watery urea solution can also be referred to as urea. For exhaust aftertreatment becomes the watery urea solution with a liquid pump pumped to a urea injection valve, which is the urea solution upstream of the SCR catalyst in an exhaust gas stream in an exhaust tract of the internal combustion engine attaches. The urea solution reacts in the hot Exhaust gas flow to ammonia and carbon dioxide. In the SCR catalyst then the ammonia reacts with the nitrogen oxide mixture of the exhaust gas to nitrogen and water.

Eine Gefriertemperatur des Harnstoffs kann beispielsweise bei ca. –11°C liegen. Somit kann beispielsweise im Winter die Harnstofflösung einfrieren, was zu einem Versagen der Harnstoffeinspritzung führen kann. Dies verhindert die Abgasnach behandlung mittels des Harnstoffs und führt zu einer unerwünschten Erhöhung schädlicher Abgasemissionen.A Freezing temperature of the urea may be, for example, about -11 ° C. Thus, for example, in winter, the urea solution freeze what can lead to a failure of the urea injection. This prevents the exhaust aftertreatment by means of the urea and leads to a undesirable increase harmful Exhaust emissions.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen von Harnstoff zu schaffen, die beziehungsweise das eine vorteilhafte Einspritzung des Harnstoffs in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine ermöglicht.It Object of the invention, an internal combustion engine and a method and a device for heating of urea, which is a beneficial one Injection of urea into an exhaust tract of an internal combustion engine allows.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich aus gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung durch eine Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst mindestens einen Zylinder mit einem Brennraum. Die Brennkraftmaschine hat einen Abgastrakt, der abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum kommuniziert. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine ein Kraftstoff-Einspritzventil zum Zumessen von Kraftstoff für einen Verbrennungsprozess in dem Brennraum und eine Kraftstoffrückführleitung zum Rückführen nicht zugemessenen Kraftstoffs aus dem Kraftstoff-Einspritzventil hin zu einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine. Ein Harnstoffeinspritzventil zum Zumessen von Harnstoff in den Abgastrakt und ein Harnstofftank sind vorgesehen. Aus dem Harnstofftank kann über eine Harnstoffleitung Harnstoff zu dem Harnstoffeinspritzventil geleitet werden. Der Harnstofftank ist so mit der Kraftstoffrückführleitung thermisch gekoppelt, dass mit dem rückgeführten Kraftstoff in der Kraftstoffrückführleitung der Harnstoff in dem Harnstofftank erwärmbar ist.The Invention is characterized according to a first Aspect of the invention by an internal combustion engine. The internal combustion engine includes at least one cylinder with a combustion chamber. The internal combustion engine has an exhaust tract that depends on a switching position of a gas outlet valve communicates with the combustion chamber. Furthermore, the internal combustion engine comprises a fuel injection valve for metering fuel for a combustion process in the combustion chamber and a fuel return line not to return metered fuel out of the fuel injection valve to a fuel tank of the internal combustion engine. A urea injection valve for metering urea into the exhaust tract and a urea tank are provided. From the urea tank can urea via a urea line are directed to the urea injection valve. The urea tank is so with the fuel return line thermally coupled to the recirculated fuel in the fuel return line the urea can be heated in the urea tank.

Die thermische Kopplung der Kraftstoffrückführleitung mit dem Harnstofftank ermöglicht einfach das Erwärmen des Harnstoffs in dem Harnstofftank. Dies kann dazu beitragen, zu verhindern, dass der Harnstoff bei niedrigen Temperaturen gefriert. Dies trägt dazu bei, dass die Abgasnachbehandlung mittels des Harnstoffs auch bei den niedrigen Temperaturen möglich ist.The thermal coupling of the fuel return line with the urea tank allows just heating of urea in the urea tank. This can help too prevent the urea from freezing at low temperatures. This carries to the fact that the exhaust aftertreatment by means of urea also possible at low temperatures is.

Ferner kann das Erwärmen des Harnstoffs dazu beitragen, dass der Harnstoff in dem heißen Abgasstrom besser verdampft und somit der Harnstoff besser verteilt und die Abgasnachbehandlung weiter verbessert wird. Ferner kann dies dazu beitragen auf eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des rückgeführten Kraftstoffs zu verzichten.Further can the heating of the urea contribute to the urea in the hot exhaust stream evaporates better and thus the urea better distributed and the Exhaust gas aftertreatment is further improved. Furthermore, this can do so contribute to a cooler for cooling of the recirculated fuel to renounce.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung ist die Kraftstoffrückführleitung zumindest teilweise durch den Harnstofftank geführt. Dies ermöglicht besonders einfach, den Harnstoff in dem Harnstofftank mittels des Kraftstoffs in der Kraftstoffrückführleitung zu erwärmen.In an advantageous embodiment of the first aspect of the invention is the fuel return line at least partially passed through the urea tank. This is especially possible simply, the urea in the urea tank by means of the fuel in the fuel return line to warm up.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung umfasst die Brennkraftmaschine einen ersten Wärmetauscher. Der erste Wärmetauscher koppelt die Kraftstoffrückführleitung thermisch mit dem Harnstofftank. Dies kann dazu beitragen, dass der Harnstoff in dem Harnstofftank besonders effektiv erwärmt wird. Insbesondere kann dies dazu beitragen, dass ein Wärmeübertrag von dem Kraftstoff in der Kraftstoffrückführleitung auf den Harnstoff in dem Harnstofftank besonders effektiv erfolgt.In a further advantageous embodiment of the first aspect of Invention, the internal combustion engine comprises a first heat exchanger. The first heat exchanger couples the fuel return line thermally with the urea tank. This can help that the urea in the urea tank is heated particularly effectively. In particular, this may help to prevent heat transfer from the fuel in the fuel return line to the urea in the urea tank is particularly effective.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung umfasst die Brennkraftmaschine eine Bypassleitung und ein Bypassventil. Die Bypassleitung und das Bypassventil sind so ausgebildet und angeordnet, dass der rückgeführte Kraftstoff abhängig von einem Öffnungsgrad des Bypassventils über die Bypassleitung hin zu dem Kraftstofftank geleitet werden kann, ohne den Harnstoff in dem Harnstofftank zu erwärmen. Dies kann dazu beitragen, dass der Harnstoff nicht über eine Grenztemperatur hinaus erwärmt wird, bei der der Harnstoff gerinnt. Dies kann dazu beitragen, dass die Abgasnachbehandlung mittels des Harnstoffs auch bei hohen Temperaturen wirkungsvoll durchgeführt werden kann.In a further advantageous embodiment of the first aspect of the invention, the internal combustion engine comprises a bypass line and a bypass valve. The bypass passage and the bypass valve are formed and arranged so that the recirculated fuel depends on an opening degree of the Bypass valve can be passed through the bypass line to the fuel tank, without heating the urea in the urea tank. This can help prevent the urea from heating above a threshold temperature where the urea will clot. This can help that the exhaust aftertreatment by means of the urea can be carried out effectively even at high temperatures.

Die Erfindung zeichnet sich aus gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen von Harnstoff. Dabei wird der Kraftstoff so über die Kraftstoffrückführleitung zu dem Kraftstofftank rückgeführt, dass der Kraftstoff in der Kraftstoffrückführleitung den Harnstoff in dem Harnstofftank erwärmt.The Invention is characterized according to a second Aspect of the invention by a method and an apparatus for heating Urea. In this case, the fuel is on the fuel return line returned to the fuel tank that the Fuel in the fuel return line heats the urea in the urea tank.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung wird der Kraftstoff nur dann so über die Kraftstoffrückführleitung zu dem Kraftstofftank rückgeführt, dass der Kraftstoff in der Kraftstoffrückführleitung den Harnstoff in dem Harnstofftank erwärmt, wenn eine Harnstofftemperatur des Harnstoffs in dem Harnstofftank kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Dies kann dazu beitragen zu verhindern, dass der Harnstoff in dem Harnstofftank gefriert und/oder dass der Harnstoff über die Grenztemperatur hinaus erwärmt wird.In an advantageous embodiment of the second aspect of the invention Only then will the fuel overflow the fuel return line returned to the fuel tank that the fuel in the fuel return line the urea in heated the urea tank, when a urea temperature of urea in the urea tank is less than a predetermined threshold. This can help to prevent the urea from freezing in the urea tank and / or that the urea over the limit temperature warmed up becomes.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung wird der Kraftstoff über die Bypassleitung so zu dem Kraftstofftank rückgeführt, dass der Kraftstoff den Harnstoff in dem Harnstofftank nicht erwärmt, wenn eine Harnstofftemperatur des Harnstoff in dem Harnstofftank größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Dies kann zu einem besonders ökonomischen Betrieb der Brennkraftmaschine beitragen. Ferner kann dazu beitragen, zu verhindern, dass der Harnstoff in dem Harnstofftank über die Grenztemperatur hinaus erwärmt wird, bei der der Harnstoff gerinnt.In a further advantageous embodiment of the second aspect of Invention, the fuel is over the bypass line is returned to the fuel tank so that the fuel Urea in the urea tank is not heated when a urea temperature of urea in the urea tank is greater than a predetermined threshold is. This can lead to a particularly economical operation of the internal combustion engine contribute. It can also help to prevent the urea in the urea tank over the limit temperature warmed up is where the urea clots.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine erste Ansicht einer Brennkraftmaschine, 1 a first view of an internal combustion engine,

2 eine zweite Ansicht der Brennkraftmaschine, 2 a second view of the internal combustion engine,

3 ein Verfahren zum Erwärmen von Harnstoff. 3 a method for heating urea.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.elements same construction or function are cross-figurative with the same Reference number marked.

Eine Brennkraftmaschine 14 (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1–Z4 über einen Einlasskanal in einen Brennraum 9 des Motorblocks 2 geführt ist. Der Brennraum 9 kommuniziert abhängig von einer Schaltstellung eines Gaseinlassventils 12 oder eines Gasauslassventils 13 mit dem Ansaugtrakt 1 bzw. mit dem Abgastrakt 4. Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 8, die über eine Pleuelstange 10 mit einem Kolben 11 des Zylinders Z1–Z4 gekoppelt ist. Die Brennkraftmaschine 14 umfasst vorzugsweise weitere Zylinder Z1–Z4. Die Brennkraftmaschine 14 ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug angeordnet. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Personenkraftfahrzeug.An internal combustion engine 14 ( 1 ) comprises an intake tract 1 , an engine block 2 , a cylinder head 3 and an exhaust tract 4 , The intake tract 1 preferably comprises a throttle valve 5 , a collector 6 and a suction tube 7 leading to a cylinder Z1-Z4 via an inlet channel into a combustion chamber 9 of the engine block 2 is guided. The combustion chamber 9 communicates depending on a switching position of a gas inlet valve 12 or a gas outlet valve 13 with the intake tract 1 or with the exhaust gas tract 4 , The engine block 2 includes a crankshaft 8th , which has a connecting rod 10 with a piston 11 of the cylinder Z1-Z4 is coupled. The internal combustion engine 14 preferably comprises further cylinders Z1-Z4. The internal combustion engine 14 is preferably arranged in a motor vehicle. The motor vehicle is preferably a passenger vehicle.

In dem Zylinderkopf 3 ist bevorzugt ein Kraftstoff-Einspritzventil 18 angeordnet. Falls die Brennkraftmaschine 14 keine Diesel-Brennkraftmaschine ist, so sind vorzugsweise jedem Zylinder Z1–Z4 je eine Zündkerze zugeordnet. Alternativ kann das Kraftstoff-Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein. Eine Kraftstoffrückführleitung 44 ermöglicht ein Rückführen nicht zugemessenen Kraftstoffs aus dem Kraftstoff-Einspritzventil 18 hin zu einem Kraftstofftank.In the cylinder head 3 is preferably a fuel injection valve 18 arranged. If the internal combustion engine 14 is not a diesel engine, so preferably each cylinder Z1-Z4 are each assigned a spark plug. Alternatively, the fuel injection valve 18 also in the intake manifold 7 be arranged. A fuel return line 44 allows for recirculation of unappropriated fuel from the fuel injector 18 towards a fuel tank.

Ferner ist dem Abgastrakt 4 vorzugsweise eine Harnstoffzumessvorrichtung zugeordnet (2). Die Harnstoffzumessvorrichtung umfasst einen Harnstofftank 40 zum Aufnehmen des Harnstoffs, ein Harnstoffeinspritzventil 54 und vorzugsweise eine Pumpe 42 zum Versorgen des Harnstoffeinspritzventils 54 mit Harnstoff aus dem Harnstofftank 40. Der Harnstoff kann aus dem Harnstofftank 40 über eine Harnstoffleitung 41 mittels der Pumpe 42 zu dem Harnstoffeinspritzventil 54 geleitet werden. Das Zumessen des Harnstoffs in den Abgastrakt 4 kann zusätzlich oder alternativ zu dem Harnstoffeinspritzventil 54 über ein Harnstoffventil 52 an der Harnstoffleitung 41 gesteuert werden.Furthermore, the exhaust tract 4 preferably associated with a urea metering device ( 2 ). The urea metering device comprises a urea tank 40 for taking up the urea, a urea injection valve 54 and preferably a pump 42 for supplying the urea injection valve 54 with urea from the urea tank 40 , The urea may be from the urea tank 40 via a urea line 41 by means of the pump 42 to the urea injection valve 54 be directed. The metering of urea into the exhaust tract 4 may additionally or alternatively to the urea injection valve 54 via a urea valve 52 at the urea line 41 to be controlled.

Stromaufwärts des Harnstoffeinspritzventils 54 ist vorzugsweise ein Russpartikelfilter 21 angeordnet. Stromabwärts des Harnstoffeinspritzventils 54 ist vorzugsweise eine Mischvorrichtung 56 zum Mischen des zugemessenen Harnstoffs mit dem Abgas angeordnet. Ferner ist stromabwärts der Mischvorrichtung 21 ein SCR-Katalysator 23 angeordnet. Zusätzlich zu dem SCR-Katalysator 23 kann stromaufwärts des SCR-Katalysators 23 und stromabwärts der Mischvorrichtung 56 ein Hydrolysekatalysator vorgesehen sein und stromabwärts des SCR-Katalysators 23 kann ein Oxidationskatalysator vorgesehen sein.Upstream of the urea injection valve 54 is preferably a soot particle filter 21 arranged. Downstream of the urea injection valve 54 is preferably a mixing device 56 for mixing the metered urea with the exhaust gas. Further, downstream of the mixing device 21 an SCR catalyst 23 arranged. In addition to the SCR catalyst 23 may be upstream of the SCR catalyst 23 and downstream of the mixing device 56 a hydrolysis catalyst may be provided downstream of the SCR catalyst 23 An oxidation catalyst may be provided.

Falls die Brennkraftmaschine 14 mit einem mageren Gemisch betrieben wird und sich somit im Magerbetrieb befindet, wird bei einem Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine 14 dem Brennraum 9 weniger Kraftstoff zugeführt als mit dem Sauerstoff in dem Brennraum 9 verbrannt werden kann. Dadurch bilden sich gegenüber einem stöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine 14 vermehrt Stickoxide, die dann in dem Abgas enthalten sind. In Gegenwart von Ammoniak können die Stickoxide in dem SCR-Katalysator 23 zu elementarem Stickstoff und Wasser reagieren. Deshalb wird dem Abgastrakt 4 mit dem Harnstoffeinspritzventil 54 bevorzugt der Harnstoff zugemessen, aus dem in einer chemischen Reaktion der Ammoniak hervorgeht. Der Harnstoff, insbesondere der Ammoniak, vermischen sich hauptsächlich in der Mischvorrichtung 56 mit dem Abgas der Brennkraftmaschine 14. Der Harnstoff kann auch als wässrige Harnstofflösung bezeichnet werden.If the internal combustion engine 14 is operated with a lean mixture and thus is in lean operation is in a combustion process of the internal combustion engine 14 the combustion chamber 9 supplied less fuel than with the oxygen in the combustion chamber 9 can be burned. This forms over a stoichiometric operation of the internal combustion engine 14 Increases nitrogen oxides, which are then contained in the exhaust gas. In the presence of ammonia, the nitrogen oxides in the SCR catalyst can 23 react to elemental nitrogen and water. That's why the exhaust tract 4 with the urea injection valve 54 Preferably, the urea is metered from which emerges in a chemical reaction of ammonia. The urea, especially the ammonia, mix mainly in the mixing device 56 with the exhaust gas of the internal combustion engine 14 , The urea may also be referred to as an aqueous urea solution.

Eine Steuereinrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen mindestens eine Stellgröße, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuereinrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine 14 bezeichnet werden. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 25 als Vorrichtung zum Erwärmen des Harnstoffs bezeichnet werden.A control device 25 is provided, the sensors are assigned, which detect different parameters and each determine the value of the measured variable. The control device 25 determined depending on at least one of the measured variables at least one manipulated variable, which are then converted into one or more control signals for controlling the actuators by means of corresponding actuators. The control device 25 can also be used as a device for operating the internal combustion engine 14 be designated. In particular, the control device 25 be referred to as a device for heating the urea.

Die Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, der einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein Temperatursensor 32, der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, der einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 zugeordnet werden kann, ein Harnstofftemperatursensor 43 zum Erfassen einer Harnstofftemperatur TEMP_UREA des Harnstoffs in dem Harnstofftank 40. Ferner ist eine Abgassonde 38 vorgesehen, die beispielsweise stromabwärts des SCR-Katalysators 23 angeordnet ist und beispielsweise den Stickoxidgehalt und/oder einen Harnstoffgehalt des Abgases erfasst.The sensors are, for example, a pedal position transmitter 26 , the accelerator pedal position of an accelerator pedal 27 detected, an air mass sensor 28 , the air mass flow upstream of the throttle 5 detected, a temperature sensor 32 sensing an intake air temperature, an intake manifold pressure sensor 34 that produces a manifold pressure in the collector 6 detected, a crankshaft angle sensor 36 , which detects a crankshaft angle, then a speed of the internal combustion engine 14 can be assigned, a urea temperature sensor 43 for detecting a urea temperature TEMP_UREA of the urea in the urea tank 40 , Furthermore, an exhaust gas probe 38 provided, for example, downstream of the SCR catalyst 23 is arranged and detects, for example, the nitrogen oxide content and / or a urea content of the exhaust gas.

Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.ever according to embodiment The invention may be any subset of said sensors be present or it can also additional Sensors be present.

Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Kraftstoff-Einspritzventil 18, das Harnstoffeinspritzventil 54, das Harnstoffventil 52, die Pumpe 42, ein Bypassventil und/oder gegebenenfalls die Zündkerze.The actuators are, for example, the throttle 5 , the gas inlet and outlet valves 12 . 13 , the fuel injection valve 18 , the urea injector 54 , the urea valve 52 , the pump 42 , a bypass valve and / or possibly the spark plug.

Um zu verhindern, dass der Harnstoff in dem Harnstofftank 40 gefriert, ist der Harnstofftank 40 thermisch mit der Kraftstoffrückführleitung 44 gekoppelt. Mittels der Kraftstoffrückführleitung 44 kann der Kraftstoff, der zu dem Kraftstoff-Einspritzventil 18 geleitet wurde und nicht dem Brennraum 9 für den Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine 14 zugemessen wurde, zu dem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine 14 rückgeführt werden. Der Kraftstoff kann dann aus dem Kraftstofftank erneut zu dem Kraftstoff-Einspritzventil 18 zum Zumessen des Kraftstoffs in den Brennraum 9 der Brennkraftmaschine 14 geleitet werden. Aufgrund des Drucks, der auf den Kraftstoff in dem Kraftstoff-Einspritzventil 18 wirkt, erwärmt sich der Kraftstoff, der dann über die Kraftstoffrückführleitung 44 rückgeführt wird. Der erwärmte Kraftstoff erwärmt die Kraftstoffrückführleitung 44. Durch die thermische Kopplung der Kraftstoffrückführleitung 44 mit dem Harnstofftank 40 kann der Harnstoff in dem Harnstofftank 40 mittels des warmen Kraftstoffs in der Kraftstoffrückführleitung 44 erwärmt werden. Dies kann dazu beitragen, zu verhindern, dass der Harnstoff in dem Harnstofftank 40 einfriert. Das Einfrieren des Harnstoffs erschwert oder verhindert das Zumessen des Harnstoffs in den Abgastrakt 4. Dies verringert oder verhindert die Abgasnachbehandlung mittels des Harnstoffs. Dies führt zu einem Anstieg schädlicher Schadstoffemissionen. Ferner trägt der erwärmte Harnstoff dazu bei, dass der Harnstoff beim Einspritzen in den Abgastrakt 4 besser verdampft und somit feiner in dem Abgastrakt verteilt ist. Dies kann dazu beitragen, dass die Reaktion mit den Stickoxiden im Abgas effektiver ist als beim Zumessen von kaltem Harnstoff.To prevent the urea in the urea tank 40 freezes, is the urea tank 40 thermally with the fuel return line 44 coupled. By means of the fuel return line 44 may be the fuel leading to the fuel injection valve 18 was directed and not the combustion chamber 9 for the combustion process of the internal combustion engine 14 was metered to the fuel tank of the internal combustion engine 14 be returned. The fuel may then again out of the fuel tank to the fuel injection valve 18 for metering the fuel into the combustion chamber 9 the internal combustion engine 14 be directed. Due to the pressure acting on the fuel in the fuel injection valve 18 acts, the fuel heats up, then through the fuel return line 44 is returned. The heated fuel heats the fuel return line 44 , By the thermal coupling of the fuel return line 44 with the urea tank 40 can the urea in the urea tank 40 by means of the warm fuel in the fuel return line 44 to be heated. This can help to prevent the urea in the urea tank 40 freezes. The freezing of the urea impedes or prevents the metering of the urea into the exhaust tract 4 , This reduces or prevents the exhaust aftertreatment by means of the urea. This leads to an increase in harmful pollutant emissions. Further, the heated urea contributes to the urea being injected into the exhaust tract 4 better evaporated and thus finer is distributed in the exhaust system. This may help to make the reaction with the nitrogen oxides in the exhaust more effective than when metering cold urea.

Die thermische Kopplung zwischen der Kraftstoffrückführleitung 44 und dem Harnstofftank 40 ist besonders effektiv, wenn sie über einen ersten Wärmetauscher 48 erfolgt. Der erste Wärmetauscher 48 kann einen Teil der Kraftstoffrückführleitung 44 umfassen, der durch den Harnstoff in dem Harnstofftank 40 geführt ist. Zusätzlich kann ein zweiter Wärmetauscher 50 vorgesehen sein, der die Kraftstoffrückführleitung 44 thermisch mit der Harnstoffleitung 41 koppelt. Der erste und der zweite Wärmetauscher 48, 50 können in Reihe geschaltet sein.The thermal coupling between the fuel return line 44 and the urea tank 40 is particularly effective when using a first heat exchanger 48 he follows. The first heat exchanger 48 may be part of the fuel return line 44 included by the urea in the urea tank 40 is guided. In addition, a second heat exchanger 50 be provided, the fuel return line 44 thermally with the urea line 41 coupled. The first and the second heat exchanger 48 . 50 can be connected in series.

Auf einem Speichermedium der Steuereinrichtung 25 ist vorzugsweise ein Programm zum Erwärmen des Harnstoffs vorgesehen (3). Das Programm dient dazu, den Harnstoff nur dann zu erwärmen, wenn dies vorteilhaft ist, beispielsweise um zu verhindern, dass der Harnstoff in dem Harnstofftank 40 ein friert. Ferner dient das Programm dazu, zu verhindern, dass der Harnstoff zu stark erwärmt wird, beispielsweise auf eine Grenztemperatur, bei der der Harnstoff gerinnt. Auch das gerinnen des Harnstoff kann dazu beitragen, dass die Wirkung der Abgasnachbehandlung mittels des Harnstoffs verringert oder ganz verhindert wird. Das Programm wird vorzugsweise in einer Recheneinheit der Brennkraftmaschine 14 abgearbeitet, beispielsweise innerhalb der Steuereinrichtung 25.On a storage medium of the control device 25 is preferably a program for heating the urea provided ( 3 ). The program serves to heat the urea only when it is beneficial, for example, to prevent the urea in the urea tank 40 one freezes. Furthermore, the program is used to prevent the urea is heated too much, for example, to a limit temperature at which the Urea coagulates. The clotting of urea can also help to reduce or completely prevent the effect of exhaust aftertreatment with urea. The program is preferably in a computing unit of the internal combustion engine 14 processed, for example, within the control device 25 ,

Das Programm wird vorzugsweise in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.The Program is preferably started in a step S1 in which if necessary variables are initialized.

In einem Schritt S2 wird die Harnstofftemperatur TEMP_UREA des Harnstoffs in oder an dem Harnstofftank 40 ermittelt, beispielsweise mittels des Harnstofftemperatursensors 43.In a step S2, the urea temperature TEMP_UREA of the urea in or on the urea tank 40 determined, for example by means of the urea temperature sensor 43 ,

In einem Schritt 53 wird überprüft, ob die Harnstofftemperatur TEMP_UREA kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert THD ist. Der Schwellenwert THD kann beispielsweise etwas höher als eine Gefriertemperatur des Harnstoffs sein. Alternativ dazu kann der Schwellenwert beispielsweise etwas unterhalb der Grenztemperatur liegen, bei der der Harnstoff gerinnt. Ist die Bedingung des Schritt S3 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt 54 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S3 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S5 fortgesetzt.In one step 53 it is checked whether the urea temperature TEMP_UREA is smaller than a predetermined threshold THD. For example, the threshold value THD may be slightly higher than a freezing temperature of the urea. Alternatively, for example, the threshold may be slightly below the threshold temperature at which the urea coagulates. If the condition of step S3 is met, the processing is in one step 54 continued. If the condition of step S3 is not satisfied, the processing is continued in step S5.

In dem Schritt S4 wird mittels einer Öffnungsanweisung OPEN ein Bypassventil so angesteuert, dass der erwärmte Kraftstoff über eine Bypassleitung 46 zu dem Kraftstofftank geleitet wird, so dass dadurch der Harnstoff in dem Harnstofftank 40 höchstens vernachlässigbar erwärmt wird. Das Bypassventil kann beispielsweise ein erstes Ventil stromabwärts des Abzweigs der Kraftstoffrückführleitung 44 und stromaufwärts des Kraftstofftanks umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Bypassventil ein zweites Ventil stromaufwärts des ersten Wärmetauschers 48 und stromabwärts des Abzweigs der Kraftstoff rückführleitung 44 umfassen, das gegebenenfalls abhängig von der Öffnungsanweisung OPEN geschlossen werden kann.In step S4, by means of an opening instruction OPEN, a bypass valve is activated such that the heated fuel is supplied via a bypass line 46 is directed to the fuel tank, thereby the urea in the urea tank 40 heated at most negligible. For example, the bypass valve may include a first valve downstream of the branch of the fuel return line 44 and upstream of the fuel tank. Alternatively or additionally, the bypass valve may be a second valve upstream of the first heat exchanger 48 and downstream of the branch of the fuel return line 44 include, which may optionally be closed depending on the opening instruction OPEN.

Bei einer besonders einfachen Ausführung des Bypassventils umfasst das Bypassventil ein Wärmeventil 47, das beispielsweise innerhalb des ersten Wärmetauschers 48 oder stromabwärts des ersten Wärmetauschers 48 angeordnet ist. Ein Öffnungsgrad des Wärmeventils 47 nimmt mit zunehmender Kraftstofftemperatur ab, die vor allem stromabwärts des ersten Wärmetauschers 48 in direktem Zusammenhang mit der Harnstofftemperatur TEMP_UREA steht, und erhöht gleichzeitig bei geeigneter Dimensionierung der Bypassleitung 46 den Kraftstofffluss durch die Bypassleitung 46. Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 14 kann das Wärmeventil 47 das Programm zum Erwärmen des Harnstoffs und/oder das bzw. das erste und/oder zweite Ventil und/oder den Harnstofftemperatursensor 43 ersetzen.In a particularly simple embodiment of the bypass valve, the bypass valve comprises a heat valve 47 , for example, within the first heat exchanger 48 or downstream of the first heat exchanger 48 is arranged. An opening degree of the heat valve 47 decreases with increasing fuel temperature, especially downstream of the first heat exchanger 48 directly related to the urea temperature TEMP_UREA, and increases at the same time with appropriate dimensioning of the bypass line 46 the fuel flow through the bypass line 46 , In a particularly simple embodiment of the internal combustion engine 14 can the heat valve 47 the program for heating the urea and / or the first and / or second valve and / or the urea temperature sensor 43 replace.

In dem Schritt S5 wird mittels einer Schließanweisung CLOSE das Bypassventil, vorzugsweise das erste Ventil, so angesteuert, dass die Bypassleitung 46 verschlossen wird und dass der Kraftstoff vorzugsweise über den ersten Wärmetauscher 48 geleitet wird und dass so der Harnstoff in dem Harnstofftank 40 erwärmt wird. Gegebenfalls wird das zweite Ventil abhängig von der Schließanweisung CLOSE geöffnet.In step S5, the bypass valve, preferably the first valve, is activated by means of a closing instruction CLOSE in such a way that the bypass line 46 is closed and that the fuel preferably via the first heat exchanger 48 and that's how the urea in the urea tank 40 is heated. If necessary, the second valve is opened depending on the closing instruction CLOSE.

In einem Schritt S6 kann das Programm beendet werden. Vorzugsweise wird das Programm während des Betriebs der Brennkraftmaschine 14 regelmäßig abgearbeitet.In a step S6, the program can be terminated. Preferably, the program is during operation of the internal combustion engine 14 regularly processed.

Der erwärmte Harnstoff in dem Harnstofftank 40 dient als Energiespeicher, so dass beim nächsten Starten der Brennkraftmaschine 14 der erwärmte Harnstoff zur Verfügung steht. Ferner kühlt durch den Wärmeübertrag auf den Harnstoff der Kraftstoff in der Kraftstoffrückführleitung 44 ab. Dies kann dazu beitragen, auf einen Kraftstoffkühler zum Kühlen des rückgeführten Kraftstoffs zu verzichten.The heated urea in the urea tank 40 serves as an energy store, so that the next time you start the engine 14 the heated urea is available. Further, by the heat transfer to the urea, the fuel in the fuel return passage cools 44 from. This can help to dispense with a fuel cooler for cooling the recirculated fuel.

Die Erfindung ist nicht auf das angegebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann lediglich der Harnstoff in dem Harnstofftank 40 erwärmt werden und auf den zweiten Wärmetauscher 50 verzichtet werden. Ferner kann das Programm zum Erwärmen des Harnstoffs in einem übergeordneten Programm implementiert sein oder in ein oder mehrere Unterprogramme unterteilt sein.The invention is not limited to the specified embodiment. For example, only the urea in the urea tank 40 be heated and on the second heat exchanger 50 be waived. Further, the urea heating program may be implemented in a parent program or divided into one or more subprograms.

Claims (8)

Brennkraftmaschine (14) umfassend, – mindestens einen Zylinder (Z1) mit einem Brennraum (9), – einen Abgastrakt (4), der abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils (13) mit dem Brennraum (9) kommuniziert, – ein Kraftstoff-Einspritzventil (18) zum Zumessen von Kraftstoff für einen Verbrennungsprozess in dem Brennraum (9), – eine Kraftstoffrückführleitung (44) zum Rückführen nicht zugemessenen Kraftstoffs aus dem Kraftstoff-Einspritzventil (18) hin zu einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine (14), – ein Harnstoffeinspritzventil (54) zum Zumessen von Harnstoff in den Abgastrakt (4), – einen Harnstofftank (40), aus dem über eine Harnstoffleitung (41) Harnstoff zu dem Harnstoffeinspritzventil (54) geleitet werden kann und der so mit der Kraftstoffrückführleitung (44) thermisch gekoppelt ist, dass mit dem rückgeführten Kraftstoff in der Kraftstoffrückführleitung (44) der Harnstoff in dem Harnstofftank (40) erwärmbar ist.Internal combustion engine ( 14 ), - at least one cylinder (Z1) with a combustion chamber ( 9 ), - an exhaust tract ( 4 ), which depends on a switching position of a gas outlet valve ( 13 ) with the combustion chamber ( 9 ), - a fuel injection valve ( 18 ) for metering fuel for a combustion process in the combustion chamber ( 9 ), - a fuel return line ( 44 ) for returning unallocated fuel from the fuel injection valve ( 18 ) to a fuel tank of the internal combustion engine ( 14 ), - a urea injection valve ( 54 ) for metering urea into the exhaust gas tract ( 4 ), - a urea tank ( 40 ) from which via a urea line ( 41 ) Urea to the urea injection valve ( 54 ) and the so with the fuel return line ( 44 ) is thermally coupled with the recirculated fuel in the fuel return line ( 44 ) the urea in the urine fuel tank ( 40 ) is heated. Brennkraftmaschine (14) nach Anspruch 1, bei der die Kraftstoffrückführleitung (44) zumindest teilweise durch den Harnstofftank (40) geführt ist.Internal combustion engine ( 14 ) according to claim 1, wherein the fuel return line ( 44 ) at least partially through the urea tank ( 40 ) is guided. Brennkraftmaschine (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die einen ersten Wärmetauscher (48) umfasst, der die Kraftstoffrückführleitung (44) thermisch mit dem Harnstofftank (40) koppelt.Internal combustion engine ( 14 ) according to one of the preceding claims, comprising a first heat exchanger ( 48 ), the fuel return line ( 44 ) thermally with the urea tank ( 40 ) couples. Brennkraftmaschine (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Bypassleitung (46) und ein Bypassventil umfasst, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass der rückgeführte Kraftstoff abhängig von einem Öffnungsgrad des Bypassventils über die Bypassleitung (46) hin zu dem Kraftstofftank geleitet werden kann, ohne den Harnstoff in dem Harnstofftank (40) zu erwärmen.Internal combustion engine ( 14 ) according to one of the preceding claims, which is a bypass line ( 46 ) and a bypass valve which are formed and arranged so that the recycled fuel depending on an opening degree of the bypass valve via the bypass line ( 46 ) can be directed to the fuel tank without the urea in the urea tank ( 40 ) to heat. Verfahren zum Erwärmen von Harnstoff in dem Harnstofftank (40) der Brennkraftmaschine (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Kraftstoff so über die Kraftstoffrückführleitung (44) zu dem Kraftstofftank rückgeführt wird, dass der Kraftstoff in der Kraftstoffrückführleitung (44) den Harnstoff in dem Harnstofftank (40) erwärmt.Process for heating urea in the urea tank ( 40 ) of the internal combustion engine ( 14 ) according to one of the preceding claims, in which the fuel is thus supplied via the fuel return line ( 44 ) is returned to the fuel tank, that the fuel in the fuel return line ( 44 ) the urea in the urea tank ( 40 ) is heated. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Kraftstoff nur dann so über die Kraftstoffrückführleitung (44) zu dem Kraftstofftank rückgeführt wird, dass der Kraftstoff den Harnstoff in dem Harnstofftank (40) erwärmt, wenn eine Harnstofftemperatur (TEMP_UREA) des Harnstoffs in dem Harnstofftank (40) kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert (THD) ist.Method according to Claim 5, in which the fuel is then supplied via the fuel return line ( 44 ) is returned to the fuel tank, that the fuel is the urea in the urea tank ( 40 ) when a urea temperature (TEMP_UREA) of the urea in the urea tank ( 40 ) is less than a predetermined threshold (THD). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem der Kraftstoff über die Bypassleitung (46) so zu dem Kraftstofftank rückgeführt wird, dass der Kraftstoff den Harnstoff in dem Harnstofftank (40) nicht erwärmt, wenn eine Harnstofftemperatur (TEMP_UREA) des Harnstoffs in dem Harnstofftank (40) größer als ein vorgegebener Schwellenwert (THD) ist.Method according to one of claims 5 or 6, wherein the fuel via the bypass line ( 46 ) is returned to the fuel tank such that the fuel urea in the urea tank ( 40 ) is not heated when a urea temperature (TEMP_UREA) of the urea in the urea tank ( 40 ) is greater than a predetermined threshold (THD). Vorrichtung zum Erwärmen von Harnstoff in dem Harnstofftank (40) der Brennkraftmaschine (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, den Kraftstoff so über die Kraftstoffrückführleitung (44) zu dem Kraftstofftank rückzuführen, dass der Kraftstoff den Harnstoff in dem Harnstofftank (40) erwärmt.Device for heating urea in the urea tank ( 40 ) of the internal combustion engine ( 14 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the device is adapted to the fuel via the fuel return line ( 44 ) to the fuel tank that the fuel is the urea in the urea tank ( 40 ) is heated.
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