DE102012208463A1

DE102012208463A1 - Dosiersystem für Harnstoffwasserlösung

Info

Publication number: DE102012208463A1
Application number: DE201210208463
Authority: DE
Inventors: Rolf Koeberle; Markus Buerglin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-11-21

Abstract

Es wird ein Dosiersystem (1) für ein flüssiges Reduktionsmittel vorgeschlagen, das besonders für ADR-Fahrzeuge geeignet ist. Wenn nämlich ein solches Fahrzeug durch einen Notausschalter stromlos geschaltet wird, öffnet ein Absperrventil (33) in einer Entlastungsleitung (31) und ermöglicht somit ein teilweises Leerlaufen der Komponenten des Dosiersystems (1), die mit Harnstoffwasserlösung gefüllt sind. Dadurch werden Schäden aufgrund des Eisdrucks beim Einfrieren der Harnstoffwasserlösung wirkungsvoll vermieden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem für ein flüssiges Reduktionsmittel, insbesondere eine Harnstoffwasserlösung (HWL), zur Reduktion der in den Abgasen enthaltenen Stickoxiden in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine.
Bei SCR-Systemen (Selective Catalytic Reduction) wird bei Bedarf ein flüssiges Reduktionsmittel in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eingedüst, um eine katalytische Reduktion von Stickoxiden in einem stromabwärts angeordneten SCR-Katalysator zu ermöglichen. Dabei zerfällt der Harnstoff im Abgas zu Ammoniak, das mit den Stickoxiden des Abgases reagiert und diese in unschädliches Wasser und Stickstoff umwandelt.
Aus der DE 10 2010 044 090 A1 ist ein Dosiersystem für Harnstoffwasserlösung bekannt, das einen Tank, ein Fördermodul, eine Förderleitung und ein Dosierventil umfasst.
Harnstoffwasserlösung friert bei Temperaturen kleiner –11° C ein und dehnt sich dabei aus. Damit es bei diesen niedrigen Außentemperaturen nicht zu Schäden an dem Dosiersystem kommt, ist es bekannt, alle mit Harnstoffwasserlösung gefüllten Komponenten des Dosiersystems so zu dimensionieren, dass sie dem aus der Volumenzunahme resultierenden Eisdruck widerstehen, ohne Schaden zu nehmen. Diese Vorgehensweise ist sehr teuer, weil große Wandstärken und hochwertige Materialien benötigt werden.
Alternativ ist es zum Beispiel aus der oben genannten Druckschrift bekannt, nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine, die mit Harnstoffwasserlösung gefüllten Komponenten des Dosiersystems zumindest teilweise zu entleeren, so dass ein Luftpolster entsteht. In Folge dessen steigt beim Einfrieren der Harnstoffwasserlösung der Druck in den betroffenen Komponenten des Systems nicht oder nur unwesentlich an und Schäden durch Einfrieren werden vermieden. Diese Vorgehensweise setzt jedoch eine funktionierende Stromversorgung des Dosiersystems voraus.
Diese Voraussetzung ist jedoch nicht immer und unter allen Umständen gegeben. So ist bei Fahrzeugen, die zum Gefahrguttransport eingesetzt werden, gemäß dem europäischen Übereinkommen über die Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (abgekürzt ADR) ein Notausschalter vorgeschrieben, bei dessen Betätigung das gesamte Fahrzeug stromlos geschaltet wird. Dies betrifft natürlich auch das Dosiersystem, so dass immer dann, wenn der Notausschalter betätigt wird, ein Entlüften der mit Harnstoffwasserlösung gefüllten Komponenten des Dosiersystems mit Hilfe des Fördermoduls nicht mehr möglich ist.
Wenn nun bei stromlos geschaltetem Fahrzeug die Außentemperatur unter –11°C sinkt, dann kann es zu Beschädigungen des Dosiersystems aufgrund der oben genannten Volumenzunahme der Harnstoffwasserlösung beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase kommen.
Offenbarung der Erfindung
Bei einem erfindungsgemäßen Dosiersystem umfassend einen Tank, ein Fördermodul, eine Förderleitung und ein Dosierventil ist vorgesehen, dass von der Förderleitung eine Entlastungsleitung abzweigt, und dass der in der Entlastungsleitung ein stromlos geöffnetes Absperrventil vorhanden ist.
Wenn nun das Fahrzeug beispielsweise durch den Notausschalter stromlos geschaltet wird, dann öffnet das erfindungsgemäße Absperrventil und die mit Harnstoffwasserlösung gefüllten Komponenten des Dosiersystems können über die Entlastungsleitung mindestens teilweise leer laufen. Dies bedeutet, dass Luft in die normalerweise mit Harnstoffwasserlösung gefüllten Komponenten des Dosiersystems gelangt und somit beim Einfrieren der Harnstoffwasserlösung der Eisdruck nicht oder nur in geringem Umfang zunimmt. Dadurch können Schäden an dem Dosiersystem wirkungsvoll und sehr kostengünstig reduziert werden.
Es empfiehlt sich, die Entlastungsleitung so zu verlegen, dass die Harnstoffwasserlösung mit Unterstützung der Schwerkraft aus der Entlastungsleitung und der Förderleitung ablaufen kann.
Wenn anschließend der Notausschalter deaktiviert wird, liegt wieder Spannung an den Komponenten des Dosiersystems an und das erfindungsgemäße Absperrventil schließt wieder. Dann kann eine normale Befüllung der flüssigkeitsgefüllten Komponenten des Dosiersystems über das Fördermodul erfolgen.
Dieses erfindungsgemäße System ist sehr effektiv, was den Schutz des Dosiersystems bei fehlender Stromversorgung vor Schäden durch Einfrieren anbelangt. Allerdings läuft dieses System jedes Mal mindestens teilweise leer, wenn das Dosiersystem stromlos geschaltet wird.
Da die Gefahr von Schäden durch Einfrieren der Harnstoffwasserlösung nur besteht, wenn die Außentemperaturen entsprechend niedrig ist, ist in weiterer vorteilhafter Ergänzung der Erfindung vorgesehen, in der Absperrleitung zusätzlich zu dem Absperrventil ein Thermostatventil vorzusehen. Dieses Thermostatventil ist so ausgebildet, dass es oberhalb eines konstruktiv vorgegebenen Temperaturgrenzwertes geschlossen ist und unterhalb dieses Temperaturgrenzwertes öffnet.
Bevorzugt wird dieser Temperaturgrenzwert in einem Bereich von –11° C bis –8° C liegen, so dass beim Vorhandensein sehr niedriger Außentemperaturen, das erfindungsgemäße Thermostatventil öffnet. Durch die Kombination eines Absperrventils mit einem Thermostatventil wird sichergestellt, dass nur wenn das Fahrzeug stromlos geschaltet ist und die Außentemperaturen in einem kritischen Bereich liegen, die Entlastungsleitung geöffnet wird und somit die flüssigkeitsgefüllten Komponenten des Dosiersystems entleert beziehungsweise belüftet werden können.
Wenn die Außentemperatur oberhalb des Temperaturgrenzwerts liegt, besteht keine Gefahr des Einfrierens und infolge dessen ist auch ein Entlüften des Dosiersystems nicht erforderlich.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Fördermodul eine Pumpe, bevorzugt eine Membranpumpe, eine oder mehrere Filter, ein 4/2-Wegeventil zur Umkehrung der Förderrichtung und/oder eine Drossel.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnung
Es zeigt:
1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dosiersystems und
2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dosiersystems.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Dosiersystems 1 für ein flüssiges Reduktionsmittel einer Brennkraftmaschine. Das Dosiersystem 1 umfasst einen Vorratstank 3 für flüssiges Reduktionsmittel (wie zum Beispiel Harnstoffwasserlösung) und ein Fördermodul 5, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf dem Tank 3 montiert ist, eine Förderleitung 21 und ein Dosierventil 7.
Das Dosierventil 7 ist an einem Abgasrohr 9 einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) so montiert, dass bei geöffnetem Dosierventil 7 Harnstoffwasserlösung in das Abgasrohr 9 eingedüst wird.
Das Fördermodul 5 umfasst eine Saugleitung 11, die in den Tank 3 ragt, eine Förderpumpe 13, die bevorzugt als Membranpumpe ausgebildet ist, ein oder mehrere Filter 19, eine Rückführleitung 25 und eine Drossel 29.
Des weiteren umfasst das Fördermodul 5 des dargestellten Ausführungsbeispiels ein 4/2-Wegeventil 23. Das 4/2-Wegeventil dient dazu, die Förderrichtung der Förderpumpe 13 umzukehren, wenn das Dosiersystem 1 nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine zumindest teilweise entleert beziehungsweise belüftet werden soll.
Die Rücklaufleitung 25 in Verbindung mit der Drossel 29 dient dazu, dass bei geschlossenem Dosierventil 7 durch die Förderpumpe 13 ein annähernd konstanter Druck in der Förderleitung 21 und am Dosierventil 7 aufgebaut wird.
Zum Entlüften nach einem normalen Abstellen der Brennkraftmaschine wird das 4/2-Wegeventil 23 in die nicht dargestellte zweite Schaltstellung gebracht, so dass die Förderpumpe 3 Harnstoffwasserlösung aus der Förderleitung 21 saugt und über die Saugleitung 11 wieder in den Tank 3 zurückfördert. Dadurch wird im Normalfall die Entlüftung des Dosiersystems 1, insbesondere jedoch der Saugleitung 21 und der stromabwärts der Förderpumpe 13 befindlichen Komponenten des Systems bewerkstelligt.
Das Dosiersystem 1 kann jedoch nicht durch die Förderpumpe 13 entleert werden, wenn das Dosiersystem 1 stromlos geschaltet ist. Daher ist in erfindungsgemäßer Ausgestaltung des Dosiersystems 1 eine Entlastungsleitung 31 vorgesehen, die von der Förderleitung 21 abzweigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel mündet die Entlastungsleitung 31 in das Abgasrohr 9.
In der Entlastungsleitung 31 ist ein Absperrventil 33 vorgesehen, das stromlos geöffnet ist. Wenn nun beispielsweise durch Betätigen eines Notausschalters das gesamte Fahrzeug und damit auch das Dosiersystem 1 stromlos geschaltet wird, öffnet das Absperrventil 33, so dass mindestens Teile der in der Förderleitung 21 und dem Dosierventil 7 befindlichen Harnstoffwasserlösung über die Entlastungsleitung 31 in das Abgasrohr 9 strömen und somit eine mindestens teilweise Belüftung des Dosiersystems 1 erfolgt. Wenn nun in diesem Zustand die Außentemperaturen unter –11° C absinken, dann treten keine Schäden aufgrund des Einfrierens der Harnstoffwasserlösung auf, weil die Luft beispielsweise in der Förderleitung 21 als Puffer dient und somit ein Druckanstieg verhindert wird.
Somit werden auf einfache und sehr wirkungsvolle Weise Schäden an einem stromlos geschalteten Fahrzeug vermieden, die von dem Einfrieren der Harnstoffwasserlösung verursacht werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gelangt immer, wenn das Fahrzeug stromlos geschaltet wird, Harnstoffwasserlösung über die Entlastungsleitung 31 in die Umgebung beziehungsweise das Abgasrohr 9. Damit die Entlastungsleitung 31 gut leer laufen kann, ist der Innendurchmesser ausreichend groß zu wählen.
In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem in der Entlastungsleitung 31 zusätzlich zu dem Absperrventil 33 noch ein Thermostatventil 35 angeordnet ist. Das Thermostatventil 35 ist so eingestellt, dass es geschlossen ist, wenn die Außentemperatur höher ist als ein Temperaturgrenzwert von zum Beispiel –11° C. Bei diesen Temperaturen besteht die Gefahr des Einfrierens der Harnstoffwasserlösung nicht. Sobald die Außentemperatur niedriger als –11° C ist, öffnet das Thermostatventil 35.
Dadurch wird sichergestellt, dass eine teilweise Entleerung des Dosiersystems 1 nur dann stattfindet, wenn kumulativ sowohl die Stromversorgung des Fahrzeugs beziehungsweise des Dosiersystems 1 abgeschaltet ist und die Außentemperaturen so niedrig sind, dass die Gefahr des Einfrierens besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010044090 A1 [0003]

Claims

Dosiersystem für ein flüssiges Reduktionsmittel umfassend einen Tank (3), ein Fördermodul (5), ein Förderleitung (21) und ein Dosierventil (7), dadurch gekennzeichnet, dass von der Förderleitung (21) eine Entlastungsleitung (31) abzweigt, und dass in der Entlastungsleitung (31) ein stromlos geöffnetes Absperrventil (33) vorgesehen ist.
Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Durchflussrichtung in der Entlastungsleitung (33) ein Thermostatventil (35) vorgesehen ist.
Dosiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (35) bei Temperaturen oberhalb eines Temperaturgrenzwerts (T_Grenz) geschlossen ist und bei Temperaturen unterhalb des Temperaturgrenzwerts (T_Grenz) mindestens teilweise geöffnet ist.
Dosiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturgrenzwert (T_Grenz) in einem Bereich zwischen –11 °C und –8 ° C liegt.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsleitung (31) und/oder die Förderleitung (21) so verlegt sind, dass sie bei geöffnetem Absperrventil (33) mit Unterstützung der Schwerkraft mindestens teilweise leer laufen.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermodul (5) eine Pumpe (13), ein 4/2-Wegeventil (23) und/oder eine Drossel (29) umfasst.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsleitung (31) in ein Abgasrohr (9) einer Brennkraftmaschine entleert.