DE102010042461A1

DE102010042461A1 - Dosiersystem für eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen

Info

Publication number: DE102010042461A1
Application number: DE102010042461A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fath; Juergen Gras
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2011-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem für eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen mit einem Vorratstank (1) zur Bevorratung eines Reduktionsmittels (2), insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, einer Pumpe (3) und wenigstens einer Dosiereinheit (4) zum Eindosieren des Reduktionsmittels (2) in eine Abgasleitung (5). Erfindungsgemäß ist die Pumpe (3) zum Fördern des Reduktionsmittels (2) und/oder zur Druckerzeugung eine Chemikalienpumpe, die hinsichtlich Fördermenge und/oder Druck regelbar und chemisch resistent in Bezug auf das Reduktionsmittel (2) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem für eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.
Abgase entstehen bei der Verbrennung von Kraft- oder Brennstoffen, beispielsweise bei der Verbrennung eines Dieselkraftstoffs in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges zur Erzeugung einer Antriebskraft. Neben dem Automotive-Bereich finden Verbrennungsmotoren aber noch in vielen anderen Bereichen Einsatz, so dass die Anwendung der Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.
Als besonders geeignet erweist sich die Erfindung für eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen von Großmotoren, das heißt Motoren mit einer Leistung von mehr als 560 kW. Denn die Abgasströme derartiger Großmotoren sind gewaltig und können mehrere 1.000 kg/h erreichen. Dementsprechend hoch sind daher in der Regel auch die Stickoxid(NO_x)-Emissionen.
Aufgrund stetig steigender gesetzlicher Anforderungen an die Emissionswerte von Verbrennungsmotoren werden zur Einhaltung vorgegebener Grenzwerte die Abgase aus Verbrennungsmotoren in der Regel einer Nachbehandlung unterzogen. In der Fahrzeugtechnik werden zur Reduzierung des Stickoxidausstosses bei Dieselmotoren beispielsweise Reduktionskatalysatoren eingesetzt, mittels derer die Stickoxid(NO_x)-Emissionen deutlich abgesenkt werden können. Hierzu wird den Abgasen bevor sie in den Katalysator gelangen eine wässrige Harnstofflösung zugeführt, welche die Bildung von Ammoniak bewirkt, das wiederum mit den Stickoxiden im nachgeschalteten Katalysator zu harmlosem Stickstoff und Wasser reagiert. Die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung erfolgt über Dosiersysteme, die in der Regel einen Vorratstank zur Bevorratung der wässrigen Harnstofflösung oder eines sonstigen Reduktionsmittels und eine Dosiereinheit, wie beispielsweise eine Dosierpumpe oder ein Dosierventil, zum Eindosieren des Reduktionsmittels in den Abgasstrang umfassen. Ferner bedarf es wenigstens einer Pumpe zum Fördern des Reduktionsmittels und/oder zur Druckerzeugung.
Stand der Technik
Ein gattungsgemäßes Dosiersystem geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 060 314 A1 hervor. Es umfasst einen Arbeitsbehälter, in dem das Reduktionsmittel bevorratet ist, ein Dosiermodul, beispielsweise ein druckgesteuertes Einspritzventil, sowie ein Fördermodul zum Fördern des Reduktionsmittels vom Arbeitsbehälter zum Dosiermodul und zur Druckerzeugung. Sämtliche Systemkomponenten sind mittels Leitungen verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosiersystem für eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen der vorstehend genannten Art bereit zu stellen, das insbesondere für große Massenströme und/oder in Verbindung mit Großmotoren geeignet ist. Das System soll zudem einfach aufgebaut und kostengünstig zu betreiben sein.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Dosiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Dosiersystem umfasst einen Vorratstank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, eine Pumpe und wenigstens eine Dosiereinheit zum Eindosieren des Reduktionsmittels in eine Abgasleitung. Erfindungsgemäß ist die Pumpe zum Fördern des Reduktionsmittels und/oder zur Druckerzeugung eine Chemikalienpumpe, die hinsichtlich Fördermenge und/oder Druck regelbar und chemisch resistent in Bezug auf das Reduktionsmittel ist. Bei der Chemikalienpumpe handelt es sich vorzugsweise um eine Industriepumpe, die besonders kostengünstig ist. Die Pumpe ist derart zu modifizieren, dass eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel einsetzbar ist. Ferner vorzugsweise dient die Chemikalienpumpe der Reduktionsmittelförderung und der Druckerzeugung, so dass in einer einfachen Ausgestaltung des Systems keine weiteren Systemkomponenten zur Druckerzeugung erforderlich sind.
Um große Mengen zu fördern und/oder mehrere Dosiereinheiten gleichzeitig mit dem einzuspritzenden Medium zu versorgen, ist die Chemikalienpumpe bevorzugt für Massenströme zwischen 10 und 500 kg/h, vorzugsweise zwischen 20 und 150 kg/h, weiterhin vorzugsweise zwischen 40 und 90 kg/h ausgelegt. Bei den bisherigen Systemen müssen bei den geforderten Mengen mehrere Module parallel betrieben werden, was wiederum den Einsatz mehrerer Steuergeräte zur Ansteuerung der Module erfordert. Dies ist mit hohen Kosten und einem zusätzlichen Applikationsaufwand verbunden. Mit dem erfindungsgemäßen System können jedoch mehrere Dosiereinheiten gleichzeitig mit Reduktionsmittel versorgt werden.
Weiterhin bevorzugt liegt der mittels der Chemikalienpumpe erzeugbare Druck zwischen 1 und 15 bar, vorzugsweise zwischen 3,5 und 10 bar.
Ferner sollte sich die Chemikalienpumpe durch eine hohe Lebensdauer auszeichnen. Vorzugsweise beträgt die Lebensdauer wenigstens 20.000 Betriebsstunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Pumpe und der wenigstens einen Dosiereinheit ein Druckspeicher oder ein Druckbehälter angeordnet. Der Druckspeicher kann beispielsweise als Speicherleitung nach Art eines Rails eines Common-Rail-Einspritzsystems für Kraftstoffe ausgestaltet sein. Über die gemeinsame Speicherleitung können dann mehrere Dosiereinheiten mit Reduktionsmittel versorgt werden.
Der Druckbehälter kann ebenfalls der Zwischenspeicherung und/oder der Versorgung mehrerer Dosiereinheiten dienen.
Alternativ oder ergänzend dient der Druckbehälter der Druckerzeugung und ist an eine Druckluftversorgung, vorzugsweise an ein Druckluft-Bordnetz eines Nutzfahrzeugs, anschließbar. Mittels der Druckluft wird dann das Reduktionsmittel im Druckbehälter auf den Zieldruck gebracht. Der Druckbehälter zwischen der Pumpe und der wenigstens einen Dosiereinheit besitzt den Vorteil, dass Druckschwankungen aufgrund von Flüssigkeitsentnahme gering ausfallen, da entsprechende Schwankungen über das Gaspolster kompensiert werden können. Zudem kann die vorgeschaltete Pumpe einfach ausgelegt sein, da sich ihre Aufgabe im Wesentlichen auf die Befüllung des Druckbehälters mit Reduktionsmittel beschränkt.
Eine weiterbildende Maßnahme sieht vor, dass der Druckbehälter als Autoklav ausgebildet ist. Das heißt, dass der Druckbehälter gasdicht verschließbar ist, um den geforderten Druck zu erreichen. Die Pumpe fördert lediglich dann frisches Reduktionsmittel in den Druckbehälter, wenn ein vorgegebener Füllstand unterschritten wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosiersystems und
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosiersystems.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der Darstellung der 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosiersystems zu entnehmen, wobei das Dosiersystem einen Vorratstank 1 zur Bevorratung einer wässrigen Harnstofflösung als Reduktionsmittel 2, eine Pumpe 3 und mehrere Dosiereinheiten 4 zum Einspritzen bzw. Eindosieren der wässrigen Harnstofflösung in eine Abgasleitung 5 umfasst. Sämtliche Komponenten des Dosiersystems sind über Leitungen 9 miteinander verbunden. Eine Leitung 9 zwischen der Pumpe 3 und den Dosiereinheiten 4 ist dabei als gemeinsamer Druckspeicher 6 ausgelegt, über welche die Versorgung der Dosiereinheiten 4 mit dem Reduktionsmittel 2 erfolgt. Die Pumpe 3 ist erfindungsgemäß eine Chemikalienpumpe, welche in dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Reduktionsmittelförderung und der Druckerzeugung dient.
Eine vereinfachte Ausgestaltung der Pumpe 3 ermöglicht die in der 2 dargestellte weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosiersystems. Neben den Komponenten Vorratstank 1, Pumpe 3, Druckspeicher 6 und Dosiereinheiten 4 umfasst das System einen Druckbehälter 7, der an eine Druckluftversorgung 8 angeschlossen ist. Die Druckerzeugung erfolgt bei diesem System im Druckbehälter 7, indem der Behälter 7 mit Druckluft befüllt wird, bis der Zieldruck erreicht ist. Bei einer Flüssigkeitsentnahme wird der Druckverlust durch die weitere Zufuhr von Druckluft ausgeglichen. Erst wenn ein vorgegebener Füllstand unterschritten wird, fördert die Pumpe 3 frisches Reduktionsmittel 2 in den Druckbehälter 7. Die Pumpe 3 wird somit von der Aufgabe der Druckerzeugung befreit, so dass diese einfach gestaltet sein kann. Ferner besitzt das System den Vorteil, dass Druckschwankungen aufgrund des Öffnens der Dosiereinheiten und einer damit einhergehenden Reduktionsmittelabgabe über das im Druckbehälter 7 vorhandene Gasvolumen ausgeglichen werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006060314 A1 [0005]

Claims

Dosiersystem für eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen mit einem Vorratstank (1) zur Bevorratung eines Reduktionsmittels (2), insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, einer Pumpe (3) und wenigstens einer Dosiereinheit (4) zum Eindosieren des Reduktionsmittels (2) in eine Abgasleitung (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) zum Fördern des Reduktionsmittels (2) und/oder zur Druckerzeugung eine Chemikalienpumpe ist, die hinsichtlich Fördermenge und/oder Druck regelbar und chemisch resistent in Bezug auf das Reduktionsmittel (2) ist.
Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) für Massenströme zwischen 10 und 500 kg/h, vorzugsweise zwischen 20 und 150 kg/h, weiterhin vorzugsweise zwischen 40 und 90 kg/h ausgelegt ist.
Dosiersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels der Pumpe (3) erzeugbare Druck zwischen 1 und 15 bar, vorzugsweise zwischen 3,5 und 10 bar liegt.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pumpe (3) und der wenigstens einen Dosiereinheit (4) ein Druckspeicher (6) oder ein Druckbehälter (7) angeordnet ist.
Dosiersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (7) der Druckerzeugung dient und an eine Druckluftversorgung (8), vorzugsweise an ein Druckluft-Bordnetz eines Nutzfahrzeugs, anschließbar ist.
Dosiersystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (7) als Autoklav ausgebildet ist.