DE102010020581B4

DE102010020581B4 - Reduktionsmittelvorratssystem für eine SCR-Abgasanlage

Info

Publication number: DE102010020581B4
Application number: DE102010020581.8A
Authority: DE
Inventors: Anton Kraus
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2030-05-15
Also published as: DE102010020581A1

Abstract

Reduktionsmittelvorratssystem (34) zur Aufnahme eines flüssigen Reduktionsmittels oder einer Reduktionsmittellösung (38) für eine SCR-Abgasanlage umfassend- einen Reduktionsmittelbehälter (36) zur Aufnahme des flüssigen Reduktionsmittels oder seiner Lösung (38),- eine von einem unteren Bereich des Reduktionsmittelbehälters (36) abzweigende Förderleitung (40) zur Zuführung des Reduktionsmittels (38) oder seiner Lösung zu einem Abgaskanal (24) oder eine Anschlussstelle (50) für eine solche Förderleitung (40),- eine Einfüllleitung (52), deren erstes Ende in den Reduktionsmittelbehälter (36) mündet und deren zweites Ende oberhalb eines maximalen Füllniveaus des Reduktionsmittelbehälters (36) endet und mit einem Tankverschluss (56) verschließbar ist; und- eine Entlüftungsleitung (58), die von einem oberen Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters (36) abzweigt und die oberhalb des maximalen Füllstandsniveaus (max) des Reduktionsmittelbehälters (36) in die Einfüllleitung (52) mündet, wobei die Entlüftungsleitung (58) einen Siphonabschnitt (62) ausbildet, gekennzeichnet durch- ein Verschlussmittel (66), das eingerichtet ist, in einer geschlossenen Stellung die Einfüllleitung (52) oder die Entlüftungsleitung (58) fluiddicht zu verschließen in und in einer geöffneten Stellung diese zu öffnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittelvorratssystem zur Aufnahme eines flüssigen Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, für eine nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR für selective catalytic reduction) arbeitende SCR-Abgasanlage. Die Erfindung betrifft ferner eine das Reduktionsmittelvorratssystem aufweisende SCR-Abgasanlage sowie ein Fahrzeug, welches mit einer solchen SCR-Abgasanlage ausgestattet ist.
Verbrennungsmotoren, die zeitweise oder überwiegend mit einem mageren Luft-KraftstoffGemisch betrieben werden, produzieren Stickoxide NOx (hauptsächlich NO₂ und NO), die NOxreduzierende Maßnahmen erforderlich machen. Eine motorische Maßnahme, um die NOx-Rohemission im Abgas zu reduzieren, stellt die Abgasrückführung dar, bei der ein Teil des Abgases des Verbrennungsmotors in die Verbrennungsluft rückgeführt wird, wodurch die Verbrennungstemperaturen gesenkt und somit die NOx-Entstehung reduziert wird. Die Abgasrückführung ist jedoch nicht immer ausreichend, um gesetzliche NOx-Grenzwerte einzuhalten, weswegen zusätzlich eine aktive Abgasnachbehandlung erforderlich ist, welche die NOx-Endemission senkt. Eine bekannte NOx-Abgasnachbehandlung sieht den Einsatz von diskontinuierlich betriebenen NOx-Speicherkatalysatoren vor, die im mageren Betrieb (bei λ > 1) Stickoxide in Form von Nitraten speichern und in kurzen Intervallen mit einer fetten Abgasatmosphäre (λ < 1) die gespeicherten Stickoxide desorbieren und in Gegenwart der im fetten Abgas vorhandenen Reduktionsmittel HC und H₂ zu Stickstoff N₂ reduzieren.
Als weiterer Ansatz zur Konvertierung von Stickoxiden in Abgasen magerlauffähiger Verbrennungsmotoren ist der Einsatz von Katalysatorsystemen bekannt, die nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeiten. Diese Systeme umfassen zumindest einen SCR-Katalysator (auch als DeNOx-Katalysator bezeichnet), der in Gegenwart eines dem Abgas kontinuierlich zugeführten Reduktionsmittels, üblicherweise Ammoniak NH₃, die Stickoxide des Abgases in Stickstoff und Wasser umwandelt. Dabei kann das Ammoniak gasförmig oder als wässrige Ammoniaklösung dem Abgasstrom zudosiert werden. Alternativ wird häufig eine NH₃-freisetzende Vorläuferverbindung eingesetzt, aus der Ammoniak im Wege der Thermolyse und Hydrolyse erhalten wird. Die derzeit üblichste Vorläuferverbindung für Ammoniak ist Harnstoff, das in Form fester Harnstoffpellets oder einer wässrigen Harnstofflösung eingesetzt wird.
Unabhängig von der Art des eingesetzten Reduktionsmittels muss dieses im Fahrzeug bevorratet und mitgeführt werden. Im Falle flüssiger Reduktionsmittel oder Reduktionsmittellösungen sind hierfür Reduktionsmittelbehälter vorgesehen, die über eine Einfüllleitung betankt werden. Bauraumgründe machen es zuweilen erforderlich, dass die Einfüllleitung in einen unteren Bereich des Reduktionsmittelbehälters mündet, wodurch wiederum Probleme beim Entweichen der durch das einströmende Reduktionsmittel verdrängten Luft während des Befüllens des Behälters resultieren können. Als Abhilfe ist bekannt, den Reduktionsmittelbehälter mit einer Entlüftungsleitung auszustatten, die aus einen oberen Bereich des Behälters abzweigt und der Einfüllleitung zugeführt wird. Wiederum bauraumbedingt lässt es sich in machen Fahrzeugen nicht vermeiden, dass die Entlüftungsleitung hinsichtlich ihrer Leitungsverlaufs lokale Tiefpunkte durchläuft und somit gleichsam Siphonabschnitte ausbildet, beispielsweise um Träger des Fahrzeugs zu umgehen. Falls es im Fahrbetrieb etwa aufgrund der Längs- und Querdynamik zu einem Übertritt des Reduktionsmittels in einen solchen Siphon kommt und dieses beim Befüllvorgangs des Reduktionsmittelbehälters noch dort vorliegt, kann die Entlüftungsleitung nicht mehr ihre Funktion erfüllen und die durch das Reduktionsmittel verdrängte Luft kann nicht entweichen. Das Befüllen des Behälters wird somit erschwert.
Aus EP 0 577 853 A1 ist ein Vorratsbehälter für ausgasende Reduktionsmittel, insbesondere Harnstofflösungen bekannt, der eine im Bereich des Behälterbodens angeordnete Zuführungsleitung zur Zuführung der Harnstofflösung in die Abgasleitung aufweist sowie einen Tankstutzen. Von dem Tankstutzen zweigt eine Druckentlastungsleitung ab, welche stromauf des SCR-Katalysators in den Abgaskanal mündet oder zwischen zwei SCR-Katalysatorblöcken, so dass ausgasendes Ammoniak im Katalysator gespeichert wird. Auf diese Weise werden unzulässig hohe Dampfdrücke im Vorratsbehälter vermieden und anderseits ein Entweichen von Ammoniak in die Umwelt verhindert. Um die über die Druckentlastungsleitung dem Katalysator zugeführte Harnstoffmenge zu erfassen und bei der Dosierung im Betrieb zu berücksichtigen, schlägt DE 199 56 493 C1 vor, in der Druckentlastungsleitung eine Messeinrichtung anzuordnen.
DE 102 14 556 A1 beschreibt eine kombinierte Tankeinrichtung, bei der ein Kraftstofftank über denselben Tankstutzen wie ein Reduktionsmittelbehälter befüllt wird. Der Kraftstoff- und der Reduktionsmitteltank sind jeweils mit einem Kombinationsentlüftungsventil ausgestattet.
Aus US 2009 / 0 127 265 A1 ist ein Behälter für eine Harnstofflösung für ein SCR-Katalysatorsystem bekannt, der in kompakter Bauweise eine Pumpe und einen Filter beherbergt.
Die FR 2 561 594 A1 offenbart einen Kraftstofftank für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, das den eigentlichen Tank bildet, einen Füllschlauch, der mit dem Gehäuse über eine Öffnung verbunden ist, die tiefer als der obere Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist, und einen Entlüftungskanal, der einen Siphon ausbildet. Der Entlüftungskanal weist ein erstes Ende auf, welches sich im oberen Teil des Gehäuses befindet und ein zweites Ende, das in der Nähe der Mündung des Füllschlauchs austritt. Es ist vorgesehen, dass der Siphon im untersten Abschnitt mit einem Mittel versehen ist, um die Flüssigkeit mit begrenzter Strömungsgeschwindigkeit durchzulassen und das Gehäuse mit dem Inneren des Siphons zu verbinden. Diese Anordnung vermeidet, dass eine Flüssigkeitsmenge, die sich während des vollständigen Füllens des Gehäuses im Siphon angesammelt hat, anschließend aus der Öffnung des Kanals ins Freie abgegeben wird.
Aus der US 2002 / 0 112 763 A1 ist eine Vorrichtung für einen Kraftfahrzeugtank vorgesehen, der einerseits ein Füllrohr aufweist, das mit einer Klappe versehen ist. Dabei dreht sich die Klappe derart um eine Spindel, dass die Klappe in der geschlossenen Position vorgespannt ist. Es sind Mittel vorgesehen, um das Entlüftungsrohr des Tanks zu schließen, während es gefüllt wird, wobei die Klappe um ihre Spindel gedreht wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Konzept für ein Reduktionsmittelvorratssystem zur Aufnahme flüssiger Reduktionsmittel beziehungsweise Reduktionsmittellösungen für SCR-Abgasanlagen zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben beschriebenen Probleme siphonausbildender Entlüftungsleitungen überwunden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Reduktionsmittelvorratssystem zur Aufnahme eines flüssigen Reduktionsmittels oder einer Reduktionsmittellösung für eine SCR-Abgasanlage. Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „Reduktionsmittel“ auch eine Vorläuferverbindung verstanden, die das eigentliche Reduktionsmittel (insbesondere Ammoniak NH₃) durch weitere Prozessschritte freigibt. Insbesondere umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung das flüssige Reduktionsmittel beziehungsweise die flüssige Reduktionsmittellösung auch Lösungen von Harnstoff oder Ammoniak in einem geeigneten Lösungsmittel, insbesondere Wasser.
Das erfindungsgemäße Reduktionsmittelvorratssystem umfasst:

- einen Reduktionsmittelbehälter zur Aufnahme des flüssigen Reduktionsmittels oder seiner Lösung,
- eine von einem unteren Bereich des Reduktionsmittelbehälters abzweigende Förderleitung zur Zuführung des Reduktionsmittels oder seiner Lösung zu einem Abgaskanal oder eine Anschlussstelle für eine solche Förderleitung,
- eine Einfüllleitung, deren erstes Ende in den Reduktionsmittelbehälter mündet und deren zweites Ende oberhalb eines maximalen Füllniveaus des Reduktionsmittelbehälters endet und mit einem Tankverschluss verschließbar ist; und
- eine Entlüftungsleitung, die von einem oberen Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters abzweigt und die oberhalb des maximalen Füllstandsniveaus des Reduktionsmittelbehälters in die Einfüllleitung mündet, wobei die Entlüftungsleitung einen Siphonabschnitt ausbildet.

Durch das erfindungsgemäße Verschlussmittel wird erreicht, dass durch den betriebsbedingten Verbrauch des Reduktionsmittels und die Entnahme desselben aus dem Reduktionsmittelbehälter in diesem und in der Entlüftungsleitung ein Unterdruck aufgebaut wird, der dazu führt, dass eventuell in dem Siphonabschnitt der Entlüftungsleitung befindliche Restflüssigkeit des Reduktionsmittels in den Reduktionsmittelbehälter gesaugt wird.
Dabei ist das Verschlussmittel vorteilhaft so eingerichtet, dass während eines Befüllvorgangs des Reduktionsmittelbehälters das Verschlussmittel in seiner geöffneten Stellung vorliegt und während des sonstigen Betriebs (umfassend sämtliche Situationen außer dem Befüllvorgang) seine geschlossene Stellung einnimmt, bei der die Kommunikation zwischen Reduktionsmitteltank und Siphonabschnitt der Entlüftungsleitung via Einfüllleitung unterbrochen ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass beim Befüllvorgang das Reduktionsmittel ungehindert in den Reduktionsmittelbehälter strömen kann und im sonstigen Betrieb der erwünschte Unterdruck aufgebaut werden kann.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist das Verschlussmittel ferner eingerichtet, während eines Befüllvorgangs des Reduktionsmittelbehälters selbsttätig zu öffnen und/oder während des sonstigen Betriebs selbsttätig zu schließen. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass das Verschlussmittel nicht von einem Fahrer des Fahrzeugs geöffnet beziehungsweise geschlossen werden muss und seine Betätigung nicht unabsichtlich vergessen werden kann.
Das Verschlussmittel kann mechanisch, elektrisch und/oder hydraulisch betätigbar ausgebildet sein.
Eine mögliche Position des Verschlussmittels stellt die Einfüllleitung dar, insbesondere der Bereich der Mündungsstelle der Belüftungsleitung, so dass letztere in der geschlossenen Position des Verschlussmittels verschlossen ist. Alternativ kann das Verschlussmittel auch innerhalb der Entlüftungsleitung zwischen dem Siphonabschnitt und der Einmündungsstelle in die Einfüllleitung angeordnet sein. Eine weitere bevorzugte Anordnungsposition des Verschlussmittels stellt der Reduktionsmittelbehälter selbst dar, wobei das Verschlussmittel im Bereich der Mündung der Einfüllleitung angebracht sein kann.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Verschlussmittel als eine, während des Befüllvorgangs öffnende Rückschlagklappe ausgebildet. Dabei kann es sich bevorzugt um eine federbelastete Rückschlagklappe handeln, wobei eine Federvorspannung die Rückschlagklappe während des Normalbetriebs in seine geschlossene Position zwingt. Die Ausführung als federbelastete Rückschlagklappe ist besonders einfach und unaufwändig umsetzbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Verschlussmittel mit einem mechanischen oder elektrischen Stellmittel, das mit dem Tankverschluss gekoppelt ist, derart betätigbar, dass bei geschlossenem Tankverschluss das Verschlussmittel seine geöffnete Stellung einnimmt und bei geöffnetem Tankverschluss seine geschlossene Stellung. Auf diese Weise wird erreicht, dass mit dem Abnehmen des Tankverschlusses zum Befüllen des Reduktionsmittelbehälters automatisch sichergestellt wird, dass das Verschlussmittel öffnet und das Einströmen des Reduktionsmittels erlaubt. Dieses kann unbemerkt vom Fahrer/Benutzer erfolgen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Reduktionsmittelvorratssystems weist dieses wenigstens ein Belüftungsventil und/oder Be- und Entlüftungsventil auf, das insbesondere im Tankverschluss im Bereich des zweiten Endes der Einfüllleitung und/oder in der Entlüftungsleitung zwischen dem Siphonabschnitt und der Mündungsstelle in die Einfüllleitung angeordnet sein kann. Dabei stellt die Belüftungsfunktion des Ventils sicher, dass in dem System kein unzulässig hoher Unterdruck infolge der Entnahme des Reduktionsmittels entsteht, der das System und insbesondere den Reduktionsmittelbehälter beschädigen könnte. Sofern das Ventil auch mit einer Entlüftungsfunktion ausgestattet ist, stellt diese sicher, dass kein unzulässiger Überdruck im System etwa infolge eines Temperaturanstiegs und/oder infolge eines Abfalls des atmosphärischen Luftdrucks außerhalb des Reduktionsmittelbehälters entsteht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest einer der zwei (im Wesentlich vertikal verlaufenden) Schenkel des Siphonabschnitts der Belüftungsleitung einen erweiterten Leitungsdurchmesser gegenüber dem restlichen Leitungsverlauf auf. Auf diese Weise bildet dieser Schenkel einen Ausperlbehälter aus. Der Ausperlbehälter hat in dem seltenen Fall, dass trotz des erfindungsgemäßen Verschlussmittels sich während des Befüllvorgangs noch Restflüssigkeit im Siphonabschnitt befinden sollte, die Funktion, die aus dem Reduktionsmittelbehälter entweichende Luft leichter durch diese Flüssigkeitssäule hindurchtreten zu lassen. Insbesondere ist der der Einfüllleitung zugewandte Schenkel des Siphonabschnitts in dieser Weise als Ausperlbehälter ausgebildet.
Noch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Entlüftungsleitung in den oberen Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters hineinragt und Mittel zur Füllstandsbegrenzung aufweist. Auf diese Weise definiert das in den Reduktionsmittelbehälter hineinragende Ende der Entlüftungsleitung das maximale Füllstandsniveau des Behälters und verhindert seine Betankung über dieses Niveau hinaus. Geeignete Mittel zur Füllstandsbegrenzung sind aus Kraftstofftanks bekannt und umfassen insbesondere hydraulische Verschlüsse („Nippelabschaltung“).
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein SCR-Katalysatorsystem mit zumindest einem SCR-Katalysator und mit einem Reduktionsmittelspeicher- und - zuführungssystem, das ein Reduktionsmittelvorratssystem gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einem solchen SCR-Katalysatorsystem.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage mit einem erfindungsgemäßen SCR-Katalysatorsystem nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
2 ein Reduktionsmittelvorratssystem nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung und
3 ein Reduktionsmittelvorratssystem nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.

1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Kraftfahrzeug, von dem hier lediglich ein Verbrennungsmotor 12 mit einer daran angeschlossenen Abgasanlage 14 dargestellt ist. Bei dem Verbrennungsmotor 12 handelt es sich um einen zumindest zeitweise oder permanent mager laufenden Motor, beispielsweise einen Dieselmotor. Er verfügt im dargestellten Beispiel über eine Einspritzanlage 16, die Kraftstoff direkt in Zylinder 18 des Motors einspritzt. Ebenso kann der Motor 12 jedoch mit Vorgemischbildung arbeiten. Die Verbrennungsluft wird dem Verbrennungsmotor 12 über einen Ansaugkanal 20 zugeführt und kann gegebenenfalls über eine Drosseleinrichtung 22, beispielsweise eine Drosselklappe, regulierbar sein.
Ein Abgas des Verbrennungsmotors 12 wird in einen Abgaskanal 24 der Abgasanlage 14 eingeleitet, in welchem an einer motornahen Position ein erster Katalysator 26 angeordnet sein kann, beispielsweise ein Oxidations- oder 3-Wege-Katalysator.
Die Abgasanlage 14 umfasst ferner ein nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion arbeitendes SCR-Katalysatorsystem 28, das einen SCR-Katalysator 30, nämlich einen NO_x-Reduktionskatalysator, und ein Reduktionsmittelspeicher- und -zuführungssystem 32 aufweist. Das Reduktionsmittelspeicher- und -zuführungssystem 32 umfasst einen Reduktionsmittelvorratssystem 34, das einen Reduktionsmittelbehälter 36 einschließt, in welchem ein flüssiges Reduktionsmittel oder eine flüssige Reduktionsmittellösung (im Folgenden nur Reduktionsmittel 38 genannt) bevorratet wird. Das Reduktionsmittel 38 wird über eine Förderleitung 40 mittels einer Pumpe 42 einer Dosiereinrichtung 44 zugeführt, die insbesondere als Dosierventil ausgestaltet ist. Die Dosiereinrichtung 44 führt das Reduktionsmittel 34 dem Abgasstrom stromauf des SCR-Katalysators 30 zu, welcher Stickoxide NOx mittels des Reduktionsmittels 34 katalytisch zu N₂ und H₂O umsetzt.
Bei dem dem SCR-Katalysator 30 zugeführten Reduktionsmittel handelt es sich insbesondere um Ammoniak NH₃, das in Form einer NH₃-abspaltenden oder-freisetzenden Vorläuferverbindung gespeichert und zudosiert wird. Als eine solche Vorläuferverbindung kommt insbesondere eine wässrige Ammoniaklösung oder eine wässrige Harnstofflösung in Frage. Um die Abspaltung bzw. Freisetzung von NH₃ aus der Vorläuferverbindung zu bewirken, ist stromab der Dosiereinrichtung 44 eine beheizbare Hydrolyseeinrichtung 46 im Abgaskanal 24 angeordnet. Im Folgenden wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass das Reduktionsmittel 38 eine wässrige Harnstofflösung ist, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.
Im Betrieb des Fahrzeugs 10 erhält ein Motorsteuergerät 48 über eine angedeutete Signalleitung Betriebsdaten des Verbrennungsmotors 10, beispielsweise Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur und dergleichen. In Abhängigkeit dieser Daten steuert das Motorsteuergerät 48 mittels abgespeicherter Kennfelder verschiedene Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 10. Insbesondere wird die Einspritzanlage 16 so angesteuert, dass eine vorbestimmte Kraftstoffmenge pro Arbeitstakt in die Zylinder 18 eingespritzt wird. Gegebenenfalls wird die zugeführte Verbrennungsluftmenge unter Ansteuerung der Drosseleinrichtung 22 variiert. Darüber hinaus wird eine NOx-Konzentration des Abgases mittels eines nicht dargestellten, im Abgaskanal 24 angeordneten NOx-Sensors erfasst oder kennfeldmäßig in Abhängigkeit der Betriebsdaten des Verbrennungsmotors 12 ermittelt. Das Motorsteuergerät 48 ermittelt anhand der NOx-Konzentration eine erforderliche, dem Abgasstrom zuzuführende Reduktionsmittelmenge und steuert die Pumpe 42 bedarfsgerecht so an, dass die vorbestimmte Reduktionsmittelmenge in den Abgaskanal 24 eindosiert wird. Abweichend von der dargestellten Ausführung, bei der die Steuerung der SCR-Abgasanlage durch das Motorsteuergerät 48 erfolgt, kann auch eine separate Steuereinrichtung zu diesem Zweck vorgesehen sein. Ferner kann die zudosierte Reduktionsmittelmenge auch über Ansteuerung der entsprechend ausgestalteten Dosiereinrichtung 44 erfolgen.
Nachfolgend werden Ausführungen des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelvorratssystem 34 anhand der 2 und 3 näher erläutert.
2 zeigt ein Reduktionsmittelvorratssystem 34 gemäß der Erfindung, das den Reduktionsmittelbehälter 36 aufweist, in welchem das flüssige Reduktionsmittel oder die Reduktionsmittellösung 38, hier eine wässrige Harnstofflösung, vorliegt. Der Reduktionsmittelbehälter 36 kann aus einem Metall oder einem Kunststoff bestehen, typischerweise jedoch aus einem Kunststoff. Am Bodenbereich des Reduktionsmittelbehälters 36 befindet sich eine Anschlussstelle 50, an welche die zum Abgaskanal 24 führende Förderleitung 40 angeschlossen ist.
Eine Einfüllleitung 52 mündet mit ihrem ersten Ende in einen unteren Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters 36, während ihr zweites Ende, der so genannte Leitungskopf 54, oberhalb des maximalen Füllstandsniveaus „max“ endet und mit einem Tankverschluss 56 beispielsweise über eine Schraubverbindung oder dergleichen verschließbar bzw. verschlossen ist. Die Mündung der Einfüllleitung 52 in den unteren Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters 36 ergibt sich bei vielen Fahrzeugen aufgrund baulicher Gegebenheiten.
Um auf der anderen Seite das Betanken des Reduktionsmittelbehälters 36 zu erleichtern, zweigt von einem oberen Abschnitt desselben eine Entlüftungsleitung 58 ab, die oberhalb des maximalen Füllstandsniveaus max des Reduktionsmittelbehälters 36 in die Einfüllleitung 52 mündet, beispielweise wie dargestellt in den Leitungskopf 54. Durch die Entlüftungsleitung 58 kann beim Befüllen des Reduktionsmittelbehälters 36 die Luft, die von dem durch die Einfüllleitung 52 zuströmenden Reduktionsmittel 38 verdrängt wird, aus dem Reduktionsmittelbehälter 36 entweichen.
Die Entlüftungsleitung 58 ist im dargestellten Beispiel ferner so ausgestaltet, dass sie durch einen oberen Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters 36 in dessen Volumen hineinragt. In diesem Fall kann das in den Behälter hineinragende Ende der Leitung 58 Mittel zur Füllstandsbegrenzung 60 aufweisen. Insbesondere kann hier ein hydraulischer Verschluss 60 („Nippelabschaltung“) vorgesehen sein, der verhindert, dass beim Betanken des Behälters 36 dessen durch den Verschluss 60 definiertes Füllstandsniveau max überschritten wird.
Die Entlüftungsleitung 58 bildet in ihrem Verlauf einen, in den Figuren durch den gestrichelten Kreis gekennzeichneten Siphonabschnitt 62 aus. Der Siphonabschnitt 62 zeichnet sich durch einen Leitungsabschnitt aus, der einen lokalen Tiefpunkt durchläuft, der insbesondere unterhalb des maximalen Füllstandsniveaus max des Reduktionsmittelbehälters 36 liegt. Anders als im dargestellten Beispiel, in dem der Siphonabschnitt 62 durch zwei im Wesentlichen vertikale Schenkel ausgebildet wird, die rechtwinklig von dem im Wesentlichen horizontal verlaufenden Bodenschenkel niedrigen Niveaus abknicken, kann der Leitungsverlauf des Siphonabschnitts 62 auch eine runder verlaufende U-Gestalt aufweisen. Der Siphonabschnitt 62 kann in
Fahrzeugen durch den vorhandenen Bauraum bedingt sein, beispielsweise um ein in den Figuren angedeutetes Bauteil 64 des Fahrzeugs zu umgehen, kann aber auch bewusst angelegt sein, etwa um gebildete Gase in der im Siphon 62 stehenden Flüssigkeit zu lösen.
Durch den Siphonabschnitt 62 kann sich das Problem ergeben, dass sich zu dem Zeitpunkt, an dem der Reduktionsmittelbehälter 36 befüllt werden soll, noch eine Restmenge des Reduktionsmittels 38 in dem Siphonabschnitt 62 befindet. Dies führt dazu, dass die Entlüftungsleitung 58 ihre Entlüftungsfunktion nicht oder nur unzureichend erfüllen kann.
Um dieses Problem zu überwinden, weist erfindungsgemäß das Reduktionsmittelvorratssystem 34 ein Verschlussmittel 66 auf, das an einer geeigneten Position in der Einfüllleitung 52 oder in dem Reduktionsmittelbehälter 36 an der Mündung der Einfüllleitung 52 oder in einem der Einfüllleitung 52 zugewandten Abschnitt der Entlüftungsleitung 58, insbesondere zwischen Siphonabschnitt 62 und der Zusammenführungsstelle von Entlüftungsleitung 58 und Einfüllleitung 52, angeordnet ist. Das Verschlussmittel ist dabei so ausgestaltet, dass es in seiner geschlossenen Stellung die Einfüllleitung 52 beziehungsweise die Entlüftungsleitung 58 fluiddicht verschließt und in seiner geöffneten Stellung öffnet. In dem in 2 dargestellten Beispiel ist das Verschlussmittel als eine Rückschlagklappe 66 ausgestaltet, die so im Reduktionsmittelbehälter 36 im Bereich der Mündung der Einfüllleitung 52 angebracht ist, dass sie in ihrer geschlossenen Stellung die Mündungsstelle fluiddicht verschließt. Beispielsweise kann die Rückschlagklappe 66 federbelastet an der Innenwand des Reduktionsmittelbehälters 36 angelenkt sein, so dass sie aufgrund der Federvorspannung in ihrer Grundstellung, d.h. im Normalbetrieb, die Kommunikation mit dem Einfüllrohr 52 unterbricht. Während des Befüllvorgangs des Reduktionsmittelbehälters 36 hingegen wird die Federvorspannung der Rückschlagklappe 66 aufgrund des Strömungsdrucks des einfließenden Reduktionsmittels 38 überwunden, so dass die Klappe 66 öffnet. Alternativ kann die Rückschlagklappe 66 auch über ein Stellmittel aktiv geöffnet werden. Ebenso ist denkbar, dass beim Abnehmen oder Aufsetzen des Tankverschlusses 56 jeweils ein elektrisches Signal erzeugt wird, dass einen elektrischen Stellmotor zum Öffnen bzw. zum Schließen der Rückschlagklappe 66 initialisiert.
Durch das erfindungsgemäße Verschlussmittel, insbesondere durch die Rückschlagklappe 66 wird erreicht, dass während des Normalbetriebs (Nicht-Tankbetriebs) die Kommunikation zwischen Reduktionsmittelbehälter 36 zu der Restflüssigkeit im Siphonabschnitt 62 via Einfüllleitung 52 unterbrochen wird. Vielmehr kann in dieser Situation der Reduktionsmittelbehälter 36 ausschließlich über die Entlüftungsleitung 58 mit dessen Siphonabschnitt 62 kommunizieren. Auf diese Weise entsteht mit verbrauchsbedingter Abnahme des Füllstandes des Reduktionsmittels 38 ein Unterdruck im Luftvolumen des Reduktionsmittelbehälters 36 und in der Entlüftungsleitung bis zum Siphonabschnitt 62. Aufgrund dieses Unterdrucks wird im Wege des Verbrauchs des Reduktionsmittels 38 die im Siphonabschnitt 62 stehende Restflüssigkeitssäule in den Reduktionsmittelbehälter 36 gesogen.
Das erfindungsgemäße Reduktionsmittelvorratssystem 34 weist zudem ein Entlüftungsventil oder ein Be- und Entlüftungsventil 68 auf, das im Beispiel der 2 im Tankverschluss 56 untergebracht ist. Durch die Belüftungsfunktion wird erreicht, dass bei Unterschreitung eines vorbestimmten Unterdrucks, der betriebsbedingt während des Verbrauchs des Reduktionsmittels 38 entsteht, das Ventil 68 öffnet und einen Druckausgleich bewirkt. Auf diese Weise wird ein unzulässiger Unterdruck im Behälter 38 vermieden. Auf der anderen Seite verhindert die optionale Entlüftungsfunktion des Ventils 68 unzulässige Druckanstiege im System in Folge eines starken Anstiegs der Umgebungstemperatur und/oder eines Abfalls des atmosphärischen Umgebungsluftdrucks.
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Reduktionsmittelvorratssystems 34, bei dem übereinstimmende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 bezeichnet sind.
Das Reduktionsmittelvorratssystem 34 aus 3 unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten erstens dadurch, dass einer der beiden vertikalen Schenkel des Siphonabschnitts 62 der Entlüftungsleitung 58, nämlich der der Einfüllleitung 52 zugewandte Schenkel, einen vergrößerten Leitungsdurchmesser im Vergleich zu der restlichen Entlüftungsleitung 58 aufweist und auf diese Weise einen Ausperlbehälter 70 ausbildet. Diese Ausgestaltung trägt dem seltenen Fall Rechnung, dass trotz der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Reduktionsmittelvorratssystems 34 mit der Verschlusseinrichtung 66 sich zum Zeitpunkt der Befüllung noch Restflüssigkeit im Siphonabschnitt 62 befinden sollte. In einem solchen Fall erlaubt der Ausperlbehälter 70 während des Befüllens des Reduktionsmittelbehälters 38 über die Einfüllleitung 52 den Durchtritt der aus dem Behälter 36 verdrängten Luft durch die im Ausperlbehälter 70 stehende Flüssigkeitssäule. Dabei wird der Durchtritt der Luft umso stärker erleichtert, je größer der Leitungsdurchmesser im Ausperlbehälter 70 ist.
Ein weiterer Unterschied der Ausführung gemäß 3 besteht in der Anordnung des erfindungsgemäßen Verschlussmittels 66 im Leitungskopf 54 der Einfüllleitung 52 im Bereich der Mündung der Entlüftungsleitung 58. Dabei gelten für die Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verschlussmittels 66 die Ausführungen zu 2. Insbesondere kann in dieser Ausführung die Rückschlagklappe 66 besonders vorteilhaft über ein Stellmittel aktiv geschaltet werden, das als eine mit dem Tankverschluss 56 gekoppelte Mechanik ausgebildet sein kann, welche bei abgenommenen Tankverschluss 56 die Rückschlagklappe 66 öffnet und bei geschlossenem Tankverschluss 56 diese schließt. Die Anordnung der Rückschlagklappe 66 nahe dem Tankverschluss 56 erleichtert eine solche mechanische Verbindung.
Weiterhin ist in diesem Beispiel ein Belüftungsventil oder Be- und Entlüftungsventil 68 in einem oberen Abschnitt des Ausperlbehälters 70 angeordnet. Insbesondere kann dieses in den Ausperlbehälter 70 integriert sein. Für die Funktion des Be- und Entlüftungsventils 68 gelten ebenfalls die Ausführungen zu 2. Alternativ kann das Ventil 68 auch an anderen Positionen angeordnet sein, beispielsweise an der gekrümmten Übergangsstelle der Entlüftungsleitung 58 in den Leitungskopf 54 der Einfüllleitung 52.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
12: Verbrennungsmotor
14: Abgasanlage
16: Einspritzanlage
18: Zylinder
20: Ansaugkanal
22: Drosseleinrichtung
24: Abgaskanal
26: erster Katalysator
28: SCR-Katalysatorsystem
30: SCR-Katalysator
32: Reduktionsmittelspeicher- und -zuführungssystem
34: Reduktionsmittelvorratssystem
36: Reduktionsmittelbehälter
38: Reduktionsmittel
40: Förderleitung
42: Pumpe
44: Dosiereinrichtung
46: Hydrolyseeinrichtung
48: Motorsteuergerät
50: Anschlussstelle
52: Einfüllleitung
54: Leitungskopf
56: Tankverschluss
58: Entlüftungsleitung
60: Füllstandsbegrenzungsmittel / hydraulischer Verschluss
62: Siphonabschnitt
64: Fahrzeugbauteil
66: Verschlussmittel / Rückschlagklappe
68: Belüftungsventil / Be- und Entlüftungsventil
70: Ausperlbehälter

Claims

Reduktionsmittelvorratssystem (34) zur Aufnahme eines flüssigen Reduktionsmittels oder einer Reduktionsmittellösung (38) für eine SCR-Abgasanlage umfassend - einen Reduktionsmittelbehälter (36) zur Aufnahme des flüssigen Reduktionsmittels oder seiner Lösung (38), - eine von einem unteren Bereich des Reduktionsmittelbehälters (36) abzweigende Förderleitung (40) zur Zuführung des Reduktionsmittels (38) oder seiner Lösung zu einem Abgaskanal (24) oder eine Anschlussstelle (50) für eine solche Förderleitung (40), - eine Einfüllleitung (52), deren erstes Ende in den Reduktionsmittelbehälter (36) mündet und deren zweites Ende oberhalb eines maximalen Füllniveaus des Reduktionsmittelbehälters (36) endet und mit einem Tankverschluss (56) verschließbar ist; und - eine Entlüftungsleitung (58), die von einem oberen Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters (36) abzweigt und die oberhalb des maximalen Füllstandsniveaus (max) des Reduktionsmittelbehälters (36) in die Einfüllleitung (52) mündet, wobei die Entlüftungsleitung (58) einen Siphonabschnitt (62) ausbildet, gekennzeichnet durch - ein Verschlussmittel (66), das eingerichtet ist, in einer geschlossenen Stellung die Einfüllleitung (52) oder die Entlüftungsleitung (58) fluiddicht zu verschließen in und in einer geöffneten Stellung diese zu öffnen.
Reduktionsmittelvorratssystem (34) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (66) eingerichtet ist, während eines Befüllvorgangs seine geöffnete Stellung und während des sonstigen Betriebs seine geschlossene Stellung einzunehmen.
Reduktionsmittelvorratssystem (34) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (66) eingerichtet ist, während eines Befüllvorgangs des Reduktionsmittelbehälters (36) selbsttätig zu öffnen und/oder während des sonstigen Betriebs selbsttätig zu schließen.
Reduktionsmittelvorratssystem (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (66) in der Einfüllleitung (52) oder in dem Reduktionsmittelbehälter (36) an der Mündung der Einfüllleitung (52) oder in der Entlüftungsleitung (58) zwischen Siphonabschnitt (62) und Einmündung in die Einfüllleitung (52) angeordnet ist.
Reduktionsmittelvorratssystem (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel eine, während des Befüllvorgangs öffnende Rückschlagklappe (66) ist, vorzugsweise eine federbelastete Rückschlagklappe (66).
Reduktionsmittelvorratssystem (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (66) mittels eines mit dem Tankverschluss (56) gekoppelten, mechanischen oder elektrischen Stellmittels derart betätigbar ist, dass bei geschlossenem Tankverschluss (56) das Verschlussmittel (66) seine geschlossene Stellung einnimmt und bei geöffnetem Tankverschluss (56) seine geöffnete Stellung.
Reduktionsmittelvorratssystem (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schenkel des Siphonabschnitts (62) der Belüftungsleitung (58) als ein Ausperlbehälter (70) ausgebildet ist, indem er einen erweiterten Leitungsdurchmesser aufweist, insbesondere der der Einfüllleitung (52) zugewandte Schenkel.
Reduktionsmittelvorratssystem (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Tankverschluss (56) und/oder im Bereich des zweiten Endes (54) der Einfüllleitung (52) und/oder oder in der Entlüftungsleitung (58) zwischen Siphonabschnitt (62) und Einmündung in die Einfüllleitung (52) ein Belüftungsventil und/oder ein Be- und Entlüftungsventil. (68) angeordnet ist.
Reduktionsmittelvorratssystem (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsleitung (58) in den oberen Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters (36) hineinragt und Mittel zur Füllstandsbegrenzung (60) aufweist, insbesondere einen hydraulischen Verschluss.
SCR-Katalysatorsystem (28) mit zumindest einem SCR-Katalysator (30) und einem Reduktionsmittelspeicher- und -zuführungssystem (32), das ein Reduktionsmittelvorratssystem (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
Fahrzeug (10) mit einem SCR-Katalysatorsystem (28) nach Anspruch 10.