DE102008044708A1 - SCR-System mit Kompensationselement - Google Patents
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Abstract
SCR-System (11) mit zumindest einem Kompensationselement (1), wobei das SCR-System (11) zur Förderung und Leitung eines Reduktionsmittels (6) wenigstens einen Reduktionsmitteltank (2), einen Filter (3), eine Fördereinrichtung (4) sowie eine Reduktionsmittelleitung (5) umfasst; das Kompensationselement (1) ein von dem Reduktionsmittel (6) durchströmtes Volumen (7) aufweist und geeignet ist, das Volumen (7) in Abhängigkeit eines Reduktionsmitteldruckes (8) zu verändern.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein SCR-System mit einem Kompensationselement.
- Im Hinblick auf geltende und in naher Zukunft weiter verschärfte Emissionsgrenzwerte für Abgase von Verbrennungsmotoren werden in Nutz- und Kraftfahrzeugen in verstärktem Maße SCR-Systeme zur Abgasreinigung eingesetzt. Dabei werden Reduktionsmittel in verschiedener Ausführung eingesetzt, insbesondere in Form von Reduktionsmittelvorläufern, die zumeist als wasserhaltige Lösung vorliegen (Denoxium, AdBlue). Beim Einsatz der SCR-Technologie ist daher zu beachten, dass bei niedrigen Umgebungstemperaturen oder auch durch Abkühlungseffekte in Folge von Konvektion ein Einfrieren des Reduktionsmittels möglich ist. Durch die Volumenvergrößerung infolge des Phasenübergangs des Reduktionsmittels können Komponenten des SCR-System, z. B. Fördereinrichtungen, Filter, Reduktionsmittelleitungen, Ventile, beschädigt werden.
- Dabei sind flexible Reduktionsmittelleitungen oder Reduktionsmittelleitungen mit Volumen-Kompensationselementen bekannt, die infolge des Eisdruckes des gefrorenen Reduktionsmittels bzw. Reduktionsmittelvorläufers das Volumen der Reduktionsmittelleitung vergrößern. Es sind z. B. Druckspeicher bekannt, die mittels federbelasteter Membranen ein durchströmtes Volumen vergrößern bzw. verkleinern können, vergleiche beispielsweise die Vorrichtung aus der
EP 0 953 739 A2 . Dabei ist allerdings zu beachten, dass bei dem Einsatz von SCR-Systemen in PKW oder Nutzfahrzeugen lange Einsatzzeiten vorliegen, während denen solche Systeme weitgehend wartungsfrei betrieben werden sollen. Insbesondere mehrteilige Druckspeicher sind vor diesem Hintergrund als teuer in der Herstellung, störanfällig und wartungsanfällig einzuschätzen. - Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Kompensationselement für ein SCR-System bereitzustellen, das möglichst verschleiß- und damit wartungsfrei ist und über lange Zeit ohne Beeinträchtigung der Funktion des Kompensationselementes im SCR-System für Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden kann. Weiterhin sollte das Kompensationselement möglichst wenige Komponenten aufweisen, modular einsetzbar sein und geringe Kosten in der Herstellung erzeugen.
- Diese Aufgaben werden gelöst durch ein SCR-System gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Merkmale in den abhängig formulierten Patentansprüchen in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
- Vorliegend wird die Aufgabe durch ein SCR-System gelöst, wobei das SCR-System zur Förderung und Leitung eines Reduktionsmittels wenigstens einen Reduktionsmitteltank, einen Filter, eine Fördereinrichtung sowie eine Reduktionsmittelleitung umfasst. Dabei weist das SCR-System zumindest ein Kompensationselement mit einem von dem Reduktionsmittel durchströmten Volumen auf, dass geeignet ist, das Volumen in Abhängigkeit eines Reduktionsmitteldruckes zu verändern, wobei das Kompensationselement einteilig und metallisch ist.
- Das einteilige Kompensationselement ist dabei insbesondere eine einzelne Komponente, die in das SCR-System integriert werden kann. Einteilig bedeutet hier, dass das Kompensationselement aus mehreren aber stoffschlüssig miteinander verbundenen Einzelteilen bestehen kann oder insbesondere aus einem einzigen Teil herstellbar ist. Einteilig ist dementsprechend keine Baugruppe, die aus mehreren zueinander beweglichen Einzelteilen besteht, wobei die Einzelteile nur kraftschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Als Material für das Kompensationselement sind Metalle und metallische Legierungen geeignet, insbesondere auch Aluminium und Aluminiumlegierungen.
- Das Kompensationselement ist insbesondere mit den weiteren Komponenten des SCR-Systems wie z. B. Tank, Filter, Fördereinrichtung, Reduktionsmittelleitung und/oder Zugabeeinheit fest verbunden bzw. in diese Komponenten integriert. Dabei sind bevorzugt Verbindungen zu den Komponenten vorzusehen, die ggf. zusätzliche (insbesondere abdichtende) Elemente umfassen, die im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht dem Kompensationselement zuzuordnen sind.
- Insbesondere ist das Kompensationselement geeignet, eine Volumenänderung des Reduktionsmittels, insbesondere infolge einer Vereisung oder eines anderen Phasenüberganges, entweder vollständig oder wenigstens zum Teil alleine oder im Zusammenspiel mit weiteren Kompensationselementen soweit aufzunehmen, dass Beschädigungen von weiteren Komponenten des SCR-Systems verhindert werden können.
- In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Kompensationselement in Form eines Faltenbalges gestaltet ist. Dabei kann das Kompensationselement z. B. einen runden, ellipsenförmigen oder auch rechteckigen oder polygonalen Querschnitt aufweisen, der durch die Volumenänderung des Kompensationselementes infolge der Falten im Wesentlichen konstant bleibt. Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform des Faltenbalges, bei der die Falten in Strömungsrichtung des Reduktionsmittels durch das Kompensationselement hintereinander angeordnet sind, so dass sich das Kompensationselement verlängert und damit sein Volumen vergrößert.
- In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kompensationselement zumindest eine unter Vorspannung stehende Teilfläche aufweist, wobei die Teilfläche bei einem bestimmten Reduktionsmitteldruck entgegen der Vorspannung bewegbar ist, so dass sich das durchströmte Volumen des Kompensationselementes vergrößert. Dabei kann insbesondere nicht nur eine Teilfläche des Kompensationselementes unter Vorspannung stehen, sondern auch die gesamte Umfangsfläche des Kompensationselementes, die ab einem bestimmten Innendruck ähnlich einem so genannten Knackfrosch die Vorspannung umkehrt und sich insbesondere schlagartig bei einem bestimmten Druckpunkt vergrößert. Insbesondere sind hierdurch Kompensationselemente bezeichnet, die ihr Volumen schlagartig bei einem bestimmten Druckpunkt ändern, im Gegensatz zu Kompensationselementen, wie dem bereits erwähnten Faltenbalg, der sein Volumen ab einem bestimmten Reduktionsmitteldruck insbesondere kontinuierlich vergrößert bzw. verkleinert. Dabei liegt der Innendruck Druckpunkt bevorzugt oberhalb des Betriebsdruckes des SCR-Systems.
- Ferner ist es vorteilhaft, dass sich das Kompensationselement bis zu einem Reduktionsmitteldruck von mindestens 5 bar, bevorzugt mindestens 10 bar, steif verhält und bei weiter ansteigendem Druck sich das Volumen des Kompensationselementes wesentlich vergrößert. Steif bedeutet hier, dass sich das Volumen des Kompensationselementes bis zu dem genannten Reduktionsmitteldruck nur um höchstens 1% verändert. Das Kompensationselement ist geeignet, das Volumen um mindestens 5%, bevorzugt mindestens 10% und besonders bevorzugt mindestens 20% zu vergrößern. Dies ist im wesentlichen auch abhängig von der Bauform. Kompensationselemente in Form eines Faltenbalges weisen mögliche Vergrößerungen des Volumens von mindestens 50%, insbesondere um mindestens 70% auf während Kompensationselemente mit beweglichen Teilflächen abhängig von der Größe der Teilfläche das Volumen nur um mindestens 5%, insbesondere mindestens 10% vergrößern können. Dabei ist insbesondere die metallische Ausführung des Kompensationselementes von Vorteil, die eine ausreichende Steifigkeit des Kompensationselementes ermöglicht, so dass keine wesentliche Volumenänderung des SCR-Systems infolge einer Volumenvergrößerung der Kompensationselemente durch den Betriebsdruck des Reduktionsmittels ermöglicht wird. Damit wird eine genaue Regelung des Reduktionsmittelflusses in den Reduktionsmittelleitungsvolumina, in den Fördereinheiten, durch Zugabeeinheiten und durch die Ventile ermöglicht. Durch Kompensationselemente der vorgeschlagenen Art wird dementsprechend die Genauigkeit des SCR-Systems hinsichtlich des Reduktionsmitteldruckes im SCR-System und der Dosierung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom deutlich erhöht. Ganz besonders bevorzugt ist das Kompensationselement zwischen dem Filter und einer Zugabeeinheit angeordnet.
- Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist das Kompensationselement mit zumindest einer Komponente des SCR-Systems aus der Gruppe Reduktionsmitteltank, Filter, Fördereinrichtung, Reduktionsmittelleitung, Zugabeeinheit, durch eine Schraubverbindung verbunden. Als Zugabeeinheit wird die Komponente des SCR-Systems bezeichnet, durch die das Reduktionsmittel insbesondere in eine Abgasleitung überführt wird. Dabei kann das Kompensationselement insbesondere auch mit einzelnen Komponenten stoffschlüssig verbunden sein, so dass ggf. erforderliche zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen nicht benötigt werden. Dies ist insbesondere bei einer Integration des Kompensationselementes in eine Komponente des SCR-Systems (wie die Fördereinrichtung oder der Filter) vorteilhaft. Insbesondere ist dabei zu beachten, dass infolge der weitgehenden Wartungsfrei heit dieses Kompensationselementes ein Austausch der jeweiligen Komponente eher erforderlich ist als ein Austausch des Kompensationselementes infolge einer Funktionsstörung.
- Dementsprechend ist es besonders vorteilhaft, dass zumindest ein Kompensationselement in einer Komponente des SCR-Systems vorgesehen ist, wobei als Komponenten insbesondere Reduktionsmitteltank, Filter, Fördereinrichtung, Reduktionsmittelleitung oder Zugabeeinheit zu nennen sind.
- Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, auf diese jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
-
1 : ein Kraftfahrzeug mit einem SCR-System; -
2 : ein Kompensationselement in Form eines Faltenbalges; -
3 : ein Kompensationselement gemäß2 mit vergrößertem Volumen; und -
4 : ein weiteres Kompensationselement mit einer bewegbaren Teilfläche. -
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug12 mit einer Abgasleitung13 und einem SCR-System11 , wobei im SCR-System11 mögliche aber nicht ausschließliche Einbaupositionen des Kompensationselementes1 angedeutet sind. Das SCR-System11 weist zumindest einen Reduktionsmitteltank2 , eine Reduktionsmittelleitung5 , einen Filter3 und eine Reduktionsmittelfördereinrichtung4 auf, wobei das Reduktionsmittel6 einer Zugabeeinheit16 zugeführt wird, über die das Reduktionsmittel6 dem Abgasstrom14 in der Abgasleitung13 zugeführt wird. Die angedeuteten Kompensationselemente1 innerhalb des Filters3 bzw. innerhalb der Fördereinrichtung4 sollen verdeutlichen, dass die Kompensationselemente1 in die Baueinheiten des Filters3 bzw. der Fördereinrichtung4 integrierbar sind. Dabei können die Kompensationselemente1 unmittelbar an den Anschlüssen des Filters3 oder der Fördereinrichtung4 außerhalb der Gehäuse vorgesehen sein, oder aber insbesondere zusätzlich innerhalb des Gehäuses der jeweiligen Komponente. -
2 zeigt schematisch die Ausführung des Kompensationselementes1 als Faltenbalg9 , wobei sich der Faltenbalg9 in Längsrichtung des Kompensationselementes1 bzw. parallel zur Durchströmungsrichtung17 des Reduktionsmittels6 durch das Kompensationselement1 erstreckt. Weiter sind Schraubverbindungen15 an den jeweiligen Enden des Kompensationselementes1 vorgesehen, über die das Kompensationselement1 insbesondere mit einer Reduktionsmittelleitung5 verbunden ist. -
3 zeigt schematisch ein Kompensationselement1 gemäß2 mit einem Faltenbalg9 , wobei hier das Volumen7 des Faltenbalges9 infolge eines gestiegenen Reduktionsmitteldruckes8 vergrößert worden ist. Dabei ist das Kompensationselement1 in Richtung der Durchströmungsrichtung17 des Reduktionsmittels6 infolge des Reduktionsmitteldruckes8 verlängert. -
4 zeigt schematisch ein Kompensationselement1 , wobei eine Teilfläche10 an einer Seitenwand des Kompensationselementes1 vorgesehen ist, die sich infolge eines gestiegenen Reduktionsmitteldruckes8 in radialer Richtung des Kompensationselementes1 erweitern kann. Diese Vergrößerung des Volumens7 ist umkehrbar, so dass bei erneut sinkendem Reduktionsmitteldruck8 innerhalb des Kompensationselementes1 auch eine Rückbewegung der Teilfläche10 erfolgt, die das Volumen7 des Kompensationselementes1 erneut verringert. Auch hier sind Schraubverbindungen15 an den jeweiligen Enden des Kompensationselementes1 vorgesehen, über die das Kompensationselement1 insbesondere mit einer Reduktionsmittelleitung5 verbunden ist. - Die Teilfläche
10 kann sich dabei in beliebiger Ausgestaltung entlang des Kompensationselementes1 erstrecken. Insbesondere ist das gesamte Kompensationselement1 in Form der Teilfläche10 gestaltet, so dass eine maximale Volumenvergrößerung möglich ist. - Die einzelnen Ausgestaltungen der Kompensationselemente
1 können insbesondere hinsichtlich ihrer Expansionsrichtung und -art ausgewählt werden. Dabei sind Kompensationselemente1 mit bewegbaren Teilflächen10 insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine gerichtete Volumenvergrößerung7 des Kompensationselementes1 wegen Bauraumeinschränkungen durch andere Komponenten2 ,3 ,4 ,5 ,16 und Elemente des Kraftfahrzeuges12 einer Volumenvergrößerung7 des Kompensationselementes1 entgegenstehen. -
- 1
- Kompensationselement
- 2
- Reduktionsmitteltank
- 3
- Filter
- 4
- Fördereinrichtung
- 5
- Reduktionsmittelleitung
- 6
- Reduktionsmittel
- 7
- Volumen
- 8
- Reduktionsmitteldruck
- 9
- Faltenbalg
- 10
- Teilfläche
- 11
- SCR-System
- 12
- Kraftfahrzeug
- 13
- Abgasleitung
- 14
- Abgasstrom
- 15
- Schraubverbindung
- 16
- Zugabeeinheit
- 17
- Durchströmungsrichtung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0953739 A2 [0003]
Claims (6)
- SCR-System (
11 ) mit zumindest einem Kompensationselement (1 ), wobei das SCR-System (11 ) zur Förderung und Leitung eines Reduktionsmittels (6 ) wenigstens einen Reduktionsmitteltank (2 ), einen Filter (3 ), eine Fördereinrichtung (4 ) sowie eine Reduktionsmittelleitung (5 ) umfasst; das Kompensationselement (1 ) ein von dem Reduktionsmittel (6 ) durchströmtes Volumen (7 ) aufweist und geeignet ist, das Volumen (7 ) in Abhängigkeit eines Reduktionsmitteldruckes (8 ) zu verändern, wobei das Kompensationselement (1 ) einteilig und metallisch ist. - SCR-System (
11 ) nach Anspruch 1, wobei das Kompensationselement (1 ) in Form eines Faltenbalges (9 ) gestaltet ist. - SCR-System (
11 ) nach Anspruch 1, wobei das Kompensationselement (1 ) zumindest eine unter Vorspannung stehende Teilfläche (10 ) aufweist, wobei die Teilfläche (10 ) bei einem bestimmten Reduktionsmitteldruck (8 ) entgegen der Vorspannung bewegbar ist, so dass sich das durchströmte Volumen (7 ) des Kompensationselementes (1 ) vergrößert. - SCR-System (
11 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kompensationselement (1 ) sich bis zu einem Reduktionsmitteldruck (8 ) von mindestens 5 bar, bevorzugt mindestens 10 bar, steif verhält und bei weiter ansteigendem Druck sich das Volumen (7 ) des Kompensationselementes (1 ) wesentlich vergrößert. - SCR-System (
11 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kompensationselement (1 ) mit zumindest einer Komponente des SCR- Systems (11 ) aus der Gruppe Reduktionsmitteltank (2 ), Filter (3 ), Fördereinrichtung (4 ), Reduktionsmittelleitung (5 ), Zugabeeinheit (16 ), durch eine Schraubverbindung (15 ) verbunden ist. - Kraftfahrzeug mit einem SCR-System (
11 ) gemäß den Ansprüchen 1 bis 5.
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