DE102012208367A1

DE102012208367A1 - Dosiersystem zur Eindüsung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung

Info

Publication number: DE102012208367A1
Application number: DE102012208367A
Authority: DE
Inventors: Goetz Flender; Markus Buerglin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-11-21
Also published as: WO2013170981A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zur Eindüsung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in eine Abgasleitung 5 einer aufgeladenen Brennkraftmaschine 1, wobei das Dosiersystem ein Dosiermodul 14 aufweist, das einen Luftzugang zur Einleitung von Luft und einen Reduktionsmittelzugang zur Einleitung von Reduktionsmittel sowie eine in die Abgasleitung 5 einmündenden Ausgangsöffnung aufweist, wobei das Reduktionsmittel druckluftunterstützt durch die Ausgangsöffnung in die Abgasleitung eingebracht wird, und wobei der Luftzugang über eine Leitung mit einer Frischgasleitung 4 der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist. Erfindungsgemäß wird eine Luftversorgung für eine Dosiersystem zur Eindüsung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung 5 bereitgestellt, mit der ohne Störung des Verbrennungsluftsystems einer Brennkraftmaschine 1 dem Frischgassystem der Brennkraftmaschine 1 Luft entnehmbar ist. Erreicht wird dies dadurch, dass die Leitung in die Frischgasleitung 4 in einem Bereich stromabwärts eines Frischgasfilters 6 und stromaufwärts eines Laders 8 eines Abgasturboladers einmündet.

Description

Der Erfindung betrifft ein Dosiersystem zur Eindüsung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in eine Abgasleitung einer insbesondere aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei das Dosiersystem ein Dosiermodul aufweist, das einen Luftzugang zur Einleitung von Luft und einen Reduktionsmittelzugang zur Einleitung von Reduktionsmittel sowie eine in die Abgasleitung einmündende Ausgangsöffnung aufweist, wobei das Reduktionsmittel druckluftunterstützt in die Abgasleitung eingebracht wird und wobei der Luftzugang über eine Leitung mit einer Frischgasleitung der Brennkraftmaschine verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Dosiersystems.
Stand der Technik
Ein derartiges Dosiersystem ist aus der WO 2010/115487 A1 bekannt. Dieses Dosiersystem entnimmt Luft als Druckluft dem Frischgassystem einer Brennkraftmaschine hinter einem Lader eines Abgasturboladers. Da die hier entnommene Ladedruckluft je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einen sehr unterschiedlichen Druck aufweist, ist ferner eine Luftpumpe vorgesehen, die in eine Verbindungsleitung zu einer Zweistoffdüse zur Eindüsung des Reduktionsmittels in eine Abgasleitung eingesetzt ist. Die Luftpumpe erhöht bei zu niedrigem Ladeluftdruck den Druck der der Zweistoffdüse zugeführten Luft. Die dem Verbrennungsluftsystem hinter dem Lader des Abgasturboladers entnommene Druckluft macht sich darüberhinaus im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine negativ bemerkbar, da das Steuermanagement der Brennkraftmaschine durch die Entnahme von Luft an dieser Stelle gestört wird.
Ein weiteres Dosiersystem zur Eindüsung eines Reduktionsmittels ist aus der DE 199 46 900 A1 bekannt. Auch diese Vorrichtung benutzt Druckluft zur Eindüsung von dem Reduktionsmittel in die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine. Hierbei wird die Druckluft aus einem Druckluftbehälter entnommen, der an einem Fahrzeug, in dem die zugehörige Brennkraftmaschine verbaut ist, vorhanden ist. der Druckluftbehälter wird beispielsweise für eine Druckluftbremse des Fahrzeugs benötigt und mittels eines Kompressors, der von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, befüllt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosiersystem mit einer Luftversorgung für ein Dosiermodul zur Einbringung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit dem ohne Störung des Verbrennungsluftsystems der Brennkraftmaschine einem Frischgassystem Luft entnehmbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Leitung zur Zuführung von Luft in das Dosiermodul in einem Bereich der Frischgasleitung stromabwärts eines Frischgasfilters und stromaufwärts eines Laders eines Abgasturboladers entspringt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Luft zur Eindüsung von Reduktionsmittel in die Abgasleitung der Frischgasleitung stromabwärts eines Frischgasfilters und stromaufwärts eines Laders eines Abgasturboladers entnommen wird. Entsprechend ist das Verfahren zum Betreiben des Dosiersystems ausgelegt. Hierdurch wird ein zweiter eigenständiger Filter für die Luftleitung eingespart, wobei der Entfall dieses zusätzlichen Filters darüber hinaus Bauraum spart. Ebenso muss bei einer Reinigung oder einem Tausch des Frischgasfilters kein zusätzlicher Filter für die Luftversorgung des Dosiersystems gereinigt oder getauscht werden, wodurch zusätzlicher Serviceaufwand und zusätzliche Kosten vermieden werden. Darüber hinaus wird durch die Entnahme von Luft in dem dargestellten Bereich der Frischgasleitung stromaufwärts eines Laders eines Abgasturboladers das Luftsystem und insbesondere das Management zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine in keiner Weise gestört.
In Weiterbildung der Erfindung entspringt die Leitung der Frischgasleitung stromaufwärts eines Heißfilm-Massenmessers. Ein solcher Heißfilm-Massenmesser ermittelt die durchgesetzte Luftmenge, wobei der ermittelte Wert für die Steuerung der Brennkraftmaschine herangezogen wird. Dadurch, dass die Luft für das Dosiersystem vor diesem Heißfilm-Massenmesser der Frischgasleitung entnommen wird, ist keine Verfälschung des gemessenen Wertes gegeben.
In weiterer Ausgestaltung ist in die Leitung eine Luftpumpe eingesetzt ist und die Leitung ist zwischen der Frischgasleitung und der Luftpumpe als Luftleitung und zwischen der Luftpumpe und dem Luftzugang in das Dosiermodul als Druckleitung ausgebildet. Grundsätzlich ist es denkbar, dass schon die in der Frischgasleitung geführte Luft einen Druck aufweist, der zur druckluftunterstützten Einbringung von Reduktionsmittel in die Abgasleitung ausreicht. Falls dies aber nicht der Fall ist, ist eine Luftpumpe in die Leitung zur Zuführung von Luft in das Dosiermodul eingebaut. Damit ist auch eine unabhängig von dem Druck der Luft in der Frischgasleitung Luftdruckeinstellung der in das Dosiermodul eingebrachten Luft möglich.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Frischgasfilter eine Filterfläche auf, die den Durchsatz der Luft für das Verbrennungsluftsystem der Brennkraftmaschine und für das Dosiersystem ermöglicht. Falls überhaupt, muss der Frischgasfilter nur geringfügig größer als bei einem herkömmlich eingesetzten Frischgasfilter dimensioniert werden, da ein solcher Frischgasfilter in der Regel eine Filterfläche aufweist, die größer als die tatsächlich notwendige Filterfläche dimensioniert ist.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Frischgasfilter eine Reinigungsvorrichtung auf. Eine solche Reinigungsvorrichtung ist dann sinnvoll, wenn ein Fahrzeug oder eine Maschine, in der die Brennkraftmaschine und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Eindüsung eines Reduktionsmittels in einer Abgasleitung eingebaut ist, beispielsweise im Off-Roadbetrieb sehr staubiger und verschmutzter Luft ausgesetzt ist. Dies ist beispielsweise bei Baustellenfahrzeugen, Mähdreschern und so weiter der Fall. Bei solchen Einsätzen ist es unter Umständen erforderlich, den Frischgasfilter täglich auszubauen und zu reinigen. Ist eine entsprechende Reinigungsvorrichtung vorhanden, kann dieser Vorgang zumindest teilweise automatisiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Luftpumpe als Kompressor ausgebildet. Ein solcher Kompressor kann beispielsweise in Form eines Kolbenkompressors ausgebildet sein und steht in vielfältigen Baugrößen und Bauausführungen zur Verfügung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Förderleistung der Luftpumpe einstellbar. Dadurch kann die von der Luftpumpe bereitgestellte Druckluft zur Eindüsung des Reduktionsmittels an die Menge des einzudüsenden Reduktionsmittels problemlos angepasst werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Dosiermodul an die Abgasleitung der Brennkraftmaschine angebaut. Ein solcher Anbau erspart einerseits einen eigenständigen Halter für das Dosiermodul und stellt andererseits sicher, dass das fein zerstäubte Dosiermittel direkt am Ort der Eindüsung in die Abgasleitung erzeugt wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Reduktionsmittel für einen Frostschutz des Dosiersystems aus dem Dosiermodul ausblasbar. Dadurch ist ein wirkungsvoller Schutz des Dosiermoduls gegen Beschädigungen sichergestellt, wobei durch den direkten Anbau des Dosiermoduls an die Abgasleitung die Menge des auszublasenden Dosiermittels gering ist und somit keine Beeinträchtigung der Funktion des Dosiersystems eintritt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Reduktionmittelzugang des Dosiermoduls mit einem Reduktionsmitteltank verbunden. Aus einem solchen Reduktionmitteltank wird über ein Fördermodul das Reduktionsmittel dem Dosiermodul zugeführt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der Figur dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigt:
1 eine Prinzipskizze einer an einer Brennkraftmaschine verbauten Vorrichtung zur Eindüsung eines Reduktionsmittel in eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine.
Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, an deren Zylinderkopf ein Ansaugkrümmer 2 und ein Abgaskrümmer 3 angebaut sind. Der Ansaugkrümmer 2 ist mit einer Frischgasleitung 4 verbunden, über die die für die Verbrennung von in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, benötigte Luft der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Der Abgaskrümmer 3 ist mit einer Abgasleitung 5 verbunden, über die das verbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch abgeleitet wird.
Die Frischgasleitung 4 weist eingangsseitig einen Frischgasfilter 6 auf, in dem in der Luft mitgeführter Staub und Schmutzpartikel ausgefiltert werden. In die Frischgasleitung ist stromabwärts des Frischgasfilters 6 optional ein Heißfilm-Massenmesser 7 eingebaut, mit dem die in dem Bereich des Heißfilm-Massenmessers 7 strömende Luftmenge bestimmt werden kann. Weiter stromabwärts des Heißfilm-Massenmessers 7 ist ein Abgasturbolader verbaut, dessen Verdichter 8 die zugeführte Luft verdichtet und weiter einem Ladeluftkühler 9 zuführt, von dem aus die verdichtete Luft in dem Ansaugkrümmer 2 gelangt.
Direkt stromabwärts des Abgaskrümmers 3 ist eine Abgasrückführleitung 10 vorgesehen, die die Abgasleitung 5 mit der Frischgasleitung 4 verbindet. Zur Steuerung der in die Frischgasleitung 4 hinter dem Ladeluftkühler 9 zurückgeführten Abgasmenge ist ein Abgasrückführsteller 11 vorgesehen, der von der Steuerung der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Weiterhin ist in die Abgasrückführleitung 10 hinter dem Abgasrückführsteller ein Abgasrückführkühler 12 eingebaut, der die Temperatur des zurückgeführten Abgases nach Vorgabe reduziert.
Stromabwärts der Abgasrückführleitung 10 ist eine Turbine 13 des Abgasturboladers in die Abgasleitung 5 eingebaut. Die Turbine 13 des Abgasturboladers wird von den aus der Brennkraftmaschine 1 ausströmenden Abgasen in Drehbewegung versetzt und treibt den mit der Turbine 13 über eine Welle verbundenen Verdichter 8 an, der die aus der Umgebung angesaugte Luft verdichtet.
Optional zu dem Einbau der Abgasrückführleitung 10 direkt hinter dem Abgaskrümmer 3 und dem Ansaugkrümmer 2 kann die Abgasrückführleitung 10 auch stromabwärts des Abgasturboladers vorgesehen sein und dort die Abgasleitung 5 mit der Frischgasleitung 4 verbinden.
Weiter stromabwärts ist in die Abgasleitung 5 ein Dosiermodul 14 mit einer als Düse 15 ausgebildeten Ausgangsöffnung eingebaut, wobei durch die Düse 15 Reduktionsmittel druckluftunterstützt in die Abgasleitung 5 eingebracht beziehungsweise eingedüst wird. Das Reduktionmittel bewirkt in einem nachfolgenden Katalysator 16, insbesondere einem SCR-Katalysator für eine selektive katalytische Reduktion, gewünschte chemische Reaktionen, nämlich eine Reduzierung von NOx. Das so behandelte Abgas wird abschließend weiteren Reinigungsvorrichtungen, beispielsweise einem Partikelfilter zugeführt, oder aber direkt in die Umgebung abgeleitet.
Das über das Dosiermodul 14 und die Düse 15 in die Abgasleitung 5 eingedüste Reduktionsmittel wird einem Reduktionsmitteltank 17 von einem Fördermodul 18 entnommen und gesteuert über einen Reduktionsmittelzugang in das Dosiermodul 14 eingeleitet. Gleichzeitig wird über einen Luftzugang dem Dosiermodul 14 von einer Druckluftleitung 19 Druckluft zugeführt, die von einer Luftpumpe 20 verdichtet wird. Die der Luftpumpe 20 zugeführte Luft wird der Frischgasleitung 4 im Bereich stromabwärts des Frischgasfilters 6 und stromaufwärts des optional vorhandenen Heißfilm-Massenmessers über eine Luftleitung 21 entnommen. Mit Hilfe der Druckluft wird das in das Dosiermodul 14 eingeführte Reduktionsmittel fein zerstäubt durch die Düse 15 in die Abgasleitung 5 eingedüst. Die in dem Dosiermodul 14 zerstäubte Menge von Reduktionsmittel ist ebenso wie die zugeführte Druckluftmenge einstellbar. Zur Gewährleistung einer Eisdrucksicherheit ist die in dem Dosiermodul 14 bei einer Außerbetriebsetzung der Brennkraftmaschine 1 befindliche Menge an Dosiermittel durch Druckluft ausblasbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/115487 A1 [0002]
DE 19946900 A1 [0003]

Claims

Dosiersystem zur Eindüsung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in eine Abgasleitung (5) einer Brennkraftmaschine (1), wobei das Dosiersystem ein Dosiermodul (14) aufweist, das einen Luftzugang zur Einleitung von Luft und einen Reduktionsmittelzugang zur Einleitung von Reduktionsmittel sowie eine in die Abgasleitung (5) einmündende Ausgangsöffnung aufweist, wobei das Reduktionsmittel druckluftunterstützt durch die Ausgangsöffnung in die Abgasleitung eingebracht wird, und wobei der Luftzugang über eine Leitung mit einer Frischgasleitung (4) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung der Frischgasleitung (4) in einem Bereich stromabwärts eines Frischgasfilters (6) und stromaufwärts eines Laders (8) eines Abgasturboladers entspringt.
Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung der Frischgasleitung (4) stromaufwärts eines Heißfilm-Massenmessers (7) entspringt.
Dosiersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Leitung eine Luftpumpe (20) eingesetzt ist und dass die Leitung zwischen der Frischgasleitung (4) und der Luftpumpe (20) als Luftleitung (21) und zwischen der Luftpumpe (20) und dem Luftzugang in das Dosiermodul (14) als Druckleitung (21) ausgebildet ist.
Dosiersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischgasfilter (6) eine Filterfläche aufweist, die den Durchsatz der Luft für das Verbrennungsluftsystem und für das Dosiersystem ermöglicht.
Dosiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischgasfilter (6) eine Reinigungsvorrichtung aufweist.
Dosiersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftpumpe (20) ein Kompressor ist.
Dosiersystem nach einer der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Luftpumpe (20) einstellbar ist.
Dosiersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (14) an die Abgasleitung (5) angebaut ist.
Dosiersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel für einen Frostschutz des Dosiersystems aus dem Dosiermodul (14) ausblasbar ist.
Dosiersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsmittelzugang des Dosiermoduls (14) mit einem Reduktionsmitteltank (17) verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems zur Eindüsung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in eine Abgasleitung (5) einer Brennkraftmaschine (1), wobei das Dosiersystem ein Dosiermodul (14) aufweist, das einen Luftzugang zur Einleitung von Luft und einen Reduktionsmittelzugang zur Einleitung von Reduktionsmittel sowie eine in die Abgasleitung (5) einmündende Ausgangsöffnung aufweist, wobei das Reduktionsmittel druckluftunterstützt durch die Ausgangsöffnung in die Abgasleitung eingebracht wird, und wobei der Luftzugang über eine Leitung mit einer Frischgasleitung (4) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft zur Einbringung von Reduktionsmittel in die Abgasleitung (5) der Frischgasleitung (4) stromabwärts eines Frischgasfilters (6) und stromaufwärts eines Laders (8) eines Abgasturboladers entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom stromaufwärts eines Heißfilm-Massenmessers (7) entnommen wird.