DE102011009216A1 - Reductant supply system for an SCR exhaust system - Google Patents
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Es wird ein Reduktionsmittelvorratssystem (34) zur Aufnahme eines flüssigen Reduktionsmittels oder einer Reduktionsmittellösung (38) für eine SCR-Abgasanlage offenbart, die einen Reduktionsmittelbehälter (36) zur Aufnahme eines flüssigen Reduktionsmittels oder seiner Lösung (38), eine Einfüllleitung (50), deren erstes Ende (52) in den Reduktionsmittelbehälter (36) mündet und deren zweites Ende (54) oberhalb eines maximalen Füllniveaus des Reduktionsmittelbehälters (36) endet und mit einem Tankverschluss (56) verschließbar ist, eine erste Entlüftungsleitung (60), die von einem oberen Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters (35) abzweigt und die oberhalb des maximalen Füllstandsniveaus des Reduktionsmittelbehälters (36) in die Einfüllleitung (50) mündet, und eine zweite Entlüftungsleitung (64) umfasst, deren erstes Ende (66) in den Reduktionsmittelbehälter (36) mit einer bestimmten Länge hineinragt und deren zweites Ende (68) oberhalb eines maximalen Füllniveaus des Reduktionsmittelbehälters (36) in die Einfüllleitung (50) mündet. Für eine zuverlässige Funktion und Betankung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Schaltventil (62) im Bereich der Mündung der ersten Entlüftungsleitung (60) in die Einfüllleitung (50) vorgesehen ist, das eingerichtet ist, bei mit dem Tankverschluss (56) verschlossener Einfüllleitung (50) die erste Entlüftungsleitung (60) zu öffnen und bei geöffneter Einfüllleitung (50) die erste Entlüftungsleitung (60) zu verschließen.A reducing agent storage system (34) for receiving a liquid reducing agent or a reducing agent solution (38) for an SCR exhaust system is disclosed, which has a reducing agent container (36) for receiving a liquid reducing agent or its solution (38), a filling line (50), whose first end (52) opens into the reducing agent container (36) and the second end (54) of which ends above a maximum filling level of the reducing agent container (36) and can be closed with a tank cap (56), a first vent line (60), which from an upper Section of the reducing agent tank (35) branches off and which opens into the filling line (50) above the maximum fill level of the reducing agent tank (36), and comprises a second vent line (64) whose first end (66) enters the reducing agent tank (36) with a certain Length protrudes and the second end (68) above a maximum filling level of the reducing agent container ters (36) opens into the filler line (50). For reliable functioning and refueling, the invention provides that a switching valve (62) is provided in the region of the opening of the first vent line (60) into the filler line (50), which is set up when the filler line (50) is closed with the tank cap (56) ) to open the first vent line (60) and to close the first vent line (60) with the filling line (50) open.
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.The invention relates to a reducing agent supply system for receiving a liquid reducing agent, in particular an aqueous urea solution, for a working according to the principle of selective catalytic reduction (SCR for selective catalytic reduction) SCR exhaust system. The invention further relates to an SCR exhaust system having the reducing agent supply system and to a vehicle which is equipped with such an SCR exhaust system.
Verbrennungsmotoren, die zeitweise oder überwiegend mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben werden, produzieren Stickoxide NOx (hauptsächlich NO2 und NO), die NOx-reduzierende 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.Internal combustion engines that are operated intermittently or predominantly with a lean air-fuel mixture produce nitrogen oxides NO x (mainly NO 2 and NO), which require NO x -reducing measures. A motor measure for reducing the NO x raw emission in the exhaust gas is the exhaust gas recirculation, in which part of the exhaust gas of the internal combustion engine is recirculated into the combustion air, whereby the combustion temperatures are lowered and thus the NO x formation is reduced. However, the exhaust gas recirculation is not always sufficient to comply with legal NO x limits, so in addition an active exhaust aftertreatment is required, which reduces the NO x -Edemission. A known NO x -Abgasnachbehandlung provides for the use of discontinuously operated NO x storage catalytic converters, which store in lean operation (at λ> 1) nitrogen oxides in the form of nitrates and at short intervals with a rich exhaust gas atmosphere (λ <1) the stored nitrogen oxides Desorb and in the presence of existing in the rich exhaust reducing agent HC and H 2 to nitrogen N 2 reduce.
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. Häufig wird eine 32,5 Gew.-% wässrige Harnstofflösung, die einen relativ niedrigen Gefrierpunkt bei etwa –11°C hat.As a further approach to the conversion of nitrogen oxides in exhaust gases mlauflauffähiger internal combustion engines, the use of catalyst systems is known which operate on the principle of selective catalytic reduction (SCR). These systems comprise at least one SCR catalyst (also referred to as DeNOx catalyst), which converts the nitrogen oxides of the exhaust gas into nitrogen and water in the presence of a reducing agent continuously supplied to the exhaust gas, usually ammonia NH 3 . In this case, the ammonia can be added in gaseous form or as aqueous ammonia solution to the exhaust gas stream. Alternatively, a NH 3 -release precursor compound is often used, is obtained from the ammonia by way of thermolysis and hydrolysis. The currently most common precursor compound for ammonia is urea, which is used in the form of solid urea pellets or an aqueous urea solution. Often, a 32.5% by weight aqueous urea solution having a relatively low freezing point at about -11 ° C.
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. Wenn nach einer Betankung mit Reduktionsmittel ein Teil der eingefüllten Fluidmenge in der Einfüllleitung verbleibt, kann es bei kalten Umgebungstemperaturen zu einem Einfrieren des Reduktionsmittels in der Einfüllleitung kommen. Das eingefrorene Reduktionsmittel kann dabei die Einfüllleitung verstopfen, was ein weiteres Nachfüllen behindert, oder eventuell gar die Einfüllleitung durch Eisdruck beschädigen.Regardless of the type of reducing agent used, it must be stored in the vehicle and carried along. In the case of liquid reducing agents or reducing agent solutions reducing agent containers are provided for this purpose, which are refueled via a filling line. If, after refueling with reducing agent, part of the amount of fluid filled remains in the filling line, freezing of the reducing agent in the filling line may occur at cold ambient temperatures. The frozen reducing agent can clog the filling line, which hinders further refilling, or possibly even damage the filling line by ice pressure.
Aus der
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 aufgrund in der Einfüllleitung eingefrorenes Reduktionsmittels überwunden werden.The invention is based on the object of providing a concept for a reducing agent supply system for receiving liquid reducing agents or reducing agent solutions for SCR exhaust systems, in which the problems described above are overcome due to the reducing agent frozen in the filling line.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Reduktionsmittelvorratssystem zur Aufnahme eines flüssigen Reduktionsmittels oder einer Reduktionsmittellösung für eine SCR-Abgasanlage.This object is achieved by a reducing agent supply system for receiving a liquid reducing agent or a reducing agent solution for an SCR exhaust system.
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.In the context of the present invention, the term "reducing agent" also means a precursor compound which releases the actual reducing agent (in particular ammonia NH 3 ) through further process steps. In particular, in the context of the present invention, the liquid reducing agent or the liquid reducing agent solution also includes solutions of Urea or ammonia in a suitable solvent, especially water.
Das erfindungsgemäße Reduktionsmittelvorratssystem umfasst einen Reduktionsmittelbehälter zur Aufnahme eines flüssigen Reduktionsmittels oder seiner Lösung, 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, eine erste Entlüftungsleitung, die von einem oberen Abschnitt des Reduktionsmittelbehälters abzweigt und die oberhalb des maximalen Füllstandsniveaus des Reduktionsmittelbehälters in die Einfüllleitung mündet, und eine zweite Entlüftungsleitung, deren erstes Ende in den Reduktionsmittelbehälter mit einer bestimmten Länge hineinragt und deren zweites Ende oberhalb eines maximalen Füllniveaus des Reduktionsmittelbehälters in die Einfüllleitung mündet.The reducing agent supply system according to the invention comprises a reducing agent container for receiving a liquid reducing agent or its solution, a filling line whose first end opens into the reducing agent container and whose second end ends above a maximum filling level of the reducing agent container and can be closed with a tank closure, a first venting line, the one from branches off the upper portion of the reducing agent container and which opens above the maximum level of the reducing agent container in the filling line, and a second vent line, the first end of which projects into the reducing agent container with a certain length and the second end opens above a maximum filling level of the reducing agent container in the filling line.
Das Reduktionsmittelvorratssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Schaltventil im Bereich der Mündung der ersten Entlüftungsleitung in die Einfüllleitung vorgesehen ist, das eingerichtet ist, bei mit dem Tankverschluss verschlossener Einfüllleitung die erste Entlüftungsleitung zu öffnen und bei geöffneter Einfüllleitung die erste Entlüftungsleitung zu verschließen.The reducing agent supply system according to the present invention is characterized in that a switching valve is provided in the region of the mouth of the first vent line in the filling line, which is adapted to open the first vent line with closed with the tank cap filling line and with open filling line to the first vent line close.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass über das Schaltventil, welches mechanisch durch den Tankverschluss betätigt wird, zwischen den Betriebsarten Betankung und Fahrbetrieb unterschieden und umgeschalten wird.The essence of the invention is that on the switching valve, which is mechanically actuated by the fuel cap, a distinction between the modes refueling and driving and switching is.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Reduktionsmittelvorratssystems weist dieses wenigstens ein Belüftungsventil und/oder Be- und Entlüftungsventil auf, das insbesondere im Tankverschluss und/oder im Bereich des zweiten Endes der Einfüllleitung oberhalb der Mündungen der ersten und der zweiten Entlüftungsleitung 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.According to an advantageous embodiment of the reducing agent supply system, this has at least one ventilation valve and / or ventilation valve, which can be arranged in particular in the tank cap and / or in the region of the second end of the filling line above the mouths of the first and the second vent line. The venting function of the valve ensures that there is no unduly high negative pressure in the system as a result of removal of the reducing agent, which could damage the system and in particular the reducing agent tank. If the valve is also equipped with a venting function, this ensures that no inadmissible overpressure in the system arises, for example as a result of a rise in temperature and / or due to a drop in the atmospheric air pressure outside the reducing agent tank.
Für eine rein mechanische und zuverlässige Funktion ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelvorratssystems in dem Schaltventil ein Ventilkolben vorgesehen, der zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist.For a purely mechanical and reliable function, a valve piston is provided in a preferred embodiment of the reducing agent supply system according to the invention in the switching valve, which is movable between an open position and a closed position.
In vorteilhafter Weise ist bei dem erfindungsgemäßen Reduktionsmittelvorratssystem in dem Schaltventil eine Feder angeordnet, die den Ventilkolben in die Schließstellung drückt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die erste Entlüftungsleitung für die Betriebsart Betankung verschlossen ist.Advantageously, a spring is arranged in the reducing agent supply system according to the invention in the switching valve, which presses the valve piston in the closed position. This ensures that the first breather line for the fueling mode is closed.
Damit in der Betriebsart Fahrbetrieb die Entlüftung über die erste Entlüftungsleitung stattfinden kann, bringt bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelvorratssystems der Tankverschluss nach einem Verschließen der Einfüllleitung den Ventilkolben gegen die Federkraft der Feder in die Öffnungsstellung.So that in the operating mode the ventilation can take place via the first vent line, in a preferred embodiment of the reducing agent supply system according to the invention the tank closure brings the valve piston against the spring force of the spring into the open position after closing the filling line.
Für einen konstruktiv relativ einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelvorratssystems ist der Ventilkolben im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der Einfüllleitung angeordnet und verschiebbar. Alternativ hierzu kann der Ventilkolben in seiner Schließstellung im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung der Einfüllleitung angeordnet und aus dieser Lage in seine Öffnungsstellung verkippbar sein.For a structurally relatively simple construction of the reducing agent supply system according to the invention, the valve piston is arranged and displaceable substantially parallel to the longitudinal direction of the filling line. Alternatively, the valve piston may be arranged in its closed position substantially orthogonal to the longitudinal direction of the filling line and be tiltable from this position into its open position.
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.Another aspect of the present invention relates to an SCR catalyst system having at least one SCR catalyst and a reductant storage and delivery system having a reductant supply system according to the present invention.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einem solchen SCR-Katalysatorsystem.The invention further relates to a vehicle with such an SCR catalyst system.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the remaining dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Ein Abgas des Verbrennungsmotors
Die Abgasanlage
Bei dem dem SCR-Katalysator
Im Betrieb des Fahrzeugs
In
An dem zweiten Ende
Eine erste Entlüftungsleitung
Eine zweite Entlüftungsleitung
Die Durchmesser der ersten und der zweiten Entlüftungsleitung
Bei einer Betankung des Reduktionsmittelsbehälters
Bei der Betankung läuft das Reduktionsmittel
Wenn der Füllstand das untere Ende des als Tauchrohr dienenden ersten Endes
Der Betankungsvorgang kann nun solange fortgesetzt werden, bis der Füllstand des Reduktionsmittels
Anhand der
Das Schaltventil
Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltventils
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Fahrzeugvehicle
- 1212
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1414
- Abgasanlageexhaust system
- 1616
- Einspritzanlageinjection
- 1818
- Zylindercylinder
- 2020
- Ansaugkanalintake port
- 2222
- Drosseleinrichtungthrottling device
- 2424
- Abgaskanalexhaust duct
- 2626
- erster Katalysatorfirst catalyst
- 2828
- SCR-KatalysatorsystemSCR-catalyst system
- 3030
- SCR-KatalysatorSCR catalyst
- 3232
- Reduktionsmittelspeicher- und -zuführungssystemReductant storage and delivery system
- 3434
- ReduktionsmittelvorratssystemReducing agent storage system
- 3636
- ReduktionsmittelbehälterReductant tank
- 3838
- Reduktionsmittelreducing agent
- 4040
- Förderleitungdelivery line
- 4242
- Pumpepump
- 4444
- Dosiereinrichtungmetering
- 4646
- Hydrolyseeinrichtunghydrolysis device
- 4848
- MotorsteuergerätEngine control unit
- 5050
- Einfüllleitungfilling line
- 5252
-
erstes Ende von
50 first end of50 - 5454
-
zweites Ende von
50 second end of50 - 5656
- Tankverschlussfiller cap
- 5858
- Belüftungsventilvent valve
- 6060
- erste Entlüftungsleitungfirst vent line
- 62, 62'62, 62 '
- Schaltventilswitching valve
- 6464
- zweite Entlüftungsleitungsecond vent line
- 6666
-
erstes Ende von
64 first end of64 - 6868
-
zweites Ende von
64 second end of64 - 7070
- Gewindeverbindungthreaded connection
- 72, 72'72, 72 '
- Ventilkolbenplunger
- 74, 74'74, 74 '
- Federfeather
- 7676
- Öffnungopening
- 7878
- Pfeil (Entlüftung)Arrow (venting)
- 8080
- Dichtungenseals
- 8282
- Vorsprunghead Start
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10214556 A1 [0005] DE 10214556 A1 [0005]
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