DE102014003580A1

DE102014003580A1 - Kühlanordnung und Verfahren zum Kühlen einer Dosiereinrichtung

Info

Publication number: DE102014003580A1
Application number: DE102014003580.8A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Fingerle; Heinz Öing; Detlef Scharr
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung (10) zum Kühlen einer Dosiereinrichtung (42), mittels welcher ein Reduktionsmittel für die Abgasnachbehandlung in einen Abgasstrang eines Fahrzeugs einbringbar ist. Die Kühlanordnung (10) umfasst einen ersten Kühlreislauf (12) zum Kühlen einer Verbrennungskraftmaschine (14) des Fahrzeugs. Ein zweiter Kühlkreislauf (28) der Kühlanordnung (10) dient dem Kühlen wenigstens eines Mediums, welches in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine (14) einbringbar ist. Die Dosiereinrichtung (42) ist in dem zweiten Kühlkreislauf (28) angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen einer Dosiereinrichtung (42).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen einer Dosiereinrichtung, mittels welcher ein Reduktionsmittel für die Abgasnachbehandlung in einen Abgasstrang eines Fahrzeugs einbringbar ist. Die Kühlanordnung umfasst einen ersten Kühlkreislauf, welcher dem Kühlen einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs dient. Mittels eines zweiten Kühlkreislaufs der Kühlanordnung lässt sich wenigstens ein Medium kühlen, welches in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen einer Dosiereinrichtung.
Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, mittels einer Dosiereinrichtung ein Reduktionsmittel in Form einer wässrigen Harnstofflösung in das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine einzubringen. Im heißen Abgas wird aus dem Harnstoff Ammoniak freigesetzt, welcher dann in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung in Form eines SCR-Katalysators mit Stickoxiden aus dem Abgas zu Stickstoff und Wasser umgesetzt wird. Dies erfolgt in einer selektiven, katalytischen Reduktionsreaktion (SCR, Selective Catalytic Reduction).
Als Dosiereinrichtung kann hierbei ein elektromagnetisches Einspritzventil zum Einsatz kommen, dessen Bauweise von der eines Einspritzventils abgeleitet ist, wie es bei der Kraftstoff-Kanaleinspritzung für Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommt. Hierbei sind üblicherweise die Werkstoffe für das Einspritzventil an das Reduktionsmittel angepasst, welches beispielsweise unter dem Namen AdBlue^® vertrieben wird.
Für die Anwendung in einem SCR-Verfahren ist das Einspritzventil am heißen Abgasstrang angebracht. Daher ist es üblich, ein entsprechendes Kühlkonzept vorzusehen. Während in der Vergangenheit eine Luftkühlung von SCR-Dosiermodulen oder Dosiereinrichtungen zum Einsatz kam, ist nunmehr die Einbindung der Dosiereinrichtung in einen Kühlkreislauf üblich. Grund dafür ist die hohe Temperaturbelastung, welcher die Dosiereinrichtung im Betrieb ausgesetzt ist, und welche unter anderem auf den Einbau der Dosiereinrichtung nahe dem Abgaskrümmer, eine geschlossene Kühlerjalousie, eine geschlossene Unterbodenverkleidung und Maßnahmen zum Verbessern des CW-Wertes des Fahrzeugs zurückzuführen sind. Ein Kühlmittelstrom durch den Kühlkreislauf wird hierbei entsprechend den thermischen Anforderungen der Dosiereinrichtung geregelt. Für die Regelung können Komponenten wie Temperatursensoren, Pumpen, Ventile, Wärmetauscher, Leitungen sowie physikalische und elektronische Regelsysteme genutzt werden.
Die US 2010/0242439 A1 beschreibt eine Kühlanordnung, bei welcher ein Einspritzventil zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung in das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine in einen Kühlkreislauf integriert ist, durch welchen hindurch eine Kühlmittelpumpe ein Kühlmittel fördert. Auch die Verbrennungskraftmaschine selber ist in diesen Kühlkreislauf eingebunden. Zudem ist eine Leitung des Kühlkreislaufs durch einen Tank hindurchgeführt, in welchem die wässrige Harnstofflösung gespeichert ist.
In ähnlicher Weise ist in der US 2010/0132338 A1 ein Injektor für eine Harnstofflösung in einen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors integriert. Hier kann je nach Schaltstellung eines Drei-Wege-Ventils das Kühlmittel für den Verbrennungsmotor nicht nur durch den Injektor geleitet werden, sondern zusätzlich durch einen Harnstofftank und eine Pumpeinrichtung, welche die Harnstofflösung aus dem Tank hin zum Injektor fördert.
Des Weiteren ist bei einigen aktuellen Fahrzeugmodellen eine SCR-Dosiereinrichtung in einem Leitungszweig angeordnet, welcher von einer Rücklaufleitung abzweigt, die von einem Heizungswärmetauscher für einen Fahrgastraum des Fahrzeugs zum Kühler für das Kühlmittel des Verbrennungsmotors führt. Aufgrund des geringen Leitungsquerschnitts dieses Leitungszweigs ist hierbei die SCR-Dosiereinrichtung nicht in den Vollstrom integriert, sondern parallel zu der Rücklaufleitung. Bei einer solchen Kühlanordnung, bei welcher die SCR-Dosiereinrichtung insbesondere im Bereich des Unterbodens angeordnet sein kann, werden Bauteile und Software sowie eine Bedatung benötigt.
Hierbei erweist es sich als vergleichsweise aufwändig, den für die Kühlung der Dosiereinrichtung vorzusehenden Kühlmittelstrom an den Kühlbedarf der Dosiereinrichtung anzupassen. Des Weiteren ist eine erneute Abstimmung für unterschiedliche Varianten vorzusehen und diese ist jeweils zu validieren. Dies geht mit einem erhöhten Aufwand einher und mit der Notwendigkeit, unterschiedliche Komponenten vorzusehen und führt so zu einer vergleichsweise kostenintensiven Ausführung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlanordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher beziehungsweise mittels welchem sich eine besonders einfache Kühlung der Dosiereinrichtung erreichen lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung ist die Dosiereinrichtung in dem zweiten Kühlkreislauf angeordnet. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass so die zum Kühlen des in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einbringbaren Mediums ohnehin vorzusehende Kühlstrategie zugleich zum Kühlen der Dosiereinrichtung genutzt wird. Der zweite Kühlkreislauf, in welchem sich zumindest ein Wärmeübertrager zum Kühlen des wenigstens einen Medium befindet, wird nämlich derart betrieben, dass ein Kühlmitteldurchsatz bei aktivem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zeitlich überwiegend zumindest annähernd proportional zur von der Verbrennungskraftmaschine abgegebenen Leistung ist. Da der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wiederum Einfluss auf den Kühlbedarf der Dosiereinrichtung hat, braucht kein eigener Regelkreis zum Kühlen der Dosiereinrichtung vorgesehen zu werden. Vielmehr kann die ohnehin vorgesehene Steuerung oder Regelung eines Kühlmitteldurchsatzes durch den wenigstens einen im zweiten Kühlkreislauf vorgesehenen Wärmeübertrager genutzt werden, um zugleich die von der Dosiereinrichtung benötigte Kühlung bereitzustellen. Diese vergleichsweise intensive Kühlung ist durch die Anbringung der Dosiereinrichtung an eine im Betrieb besonders heiße Komponente des Abgasstrangs bedingt.
Dem mit der Leistung der Verbrennungskraftmaschine einhergehenden Wärmeeintrag in die Dosiereinrichtung wird somit durch bereits bestehende Regelungen Rechnung getragen. So kann eine aufwändige Sensorik zum Erfassen der Temperatur eingespart werden, und eine individuelle Applikation von Varianten sowie Steuer- und Regelkomponenten können entfallen. Dadurch ist eine besonders einfache Kühlung der Dosiereinrichtung erreichbar.
Zudem liegt in dem zweiten Kühlkreislauf vergleichsweise kaltes Kühlmittel vor, da nicht der zweite Kühlkreislauf, sondern der erste Kühlkreislauf der Kühlung der Verbrennungskraftmaschine selbst dient. Dieses vergleichsweise kalte Kühlmittel, welches insbesondere zum Kühlen des in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einzubringenden wenigstens einen Mediums genutzt wird, ermöglicht das Anbringen der Dosiereinrichtung an einer besonders heißen Stelle des Abgasstrangs. Dennoch können zusätzliche Kühlmaßnahmen wie ein Dosieren des Reduktionsmittels zum Absenken der Temperatur der Dosiereinrichtung, ein Nachlaufenlassen einer in dem zweiten Kühlkreislauf angeordneten Pumpeinrichtung, der Betrieb eines Lüfters und dergleichen zumindest vereinfacht werden oder gar komplett entfallen. Dies wirkt sich günstig auf den Verbrauch des Reduktionsmittel aus, führt zu einem geringeren Gewicht der Kühlanordnung, etwa durch den Verzicht auf einen gesonderten Lüfter zum Kühlen der Dosiereinrichtung, und verringert den Aufwand für die Entwicklung der Kühlanordnung. Die Kühlanordnung ist dadurch besonders einfach und preisgünstig. Dennoch kann durch den Betrieb der Kühlanordnung der Wärmeeintrag aus der Umgebung der Dosiereinrichtung und der Abgasanlage kompensiert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem zweiten Kühlkreislauf ein Ladeluftkühler und/oder ein Abgasrückführungskühler angeordnet, welcher dem Kühlen des wenigstens einen in dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einbringbaren Mediums dient, nämlich der Ladeluft beziehungsweise des rückgeführten Abgases. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Kühlmitteldurchsatz durch einen Ladeluftkühler oder durch einen Abgasrückführungskühler beim aktiven Betrieb der Verbrennungskraftmaschine über die Zeit zumindest annähernd proportional zur von der Verbrennungskraftmaschine abgegebenen Leistung ist. Sowohl der Ladeluftkühler als auch der Abgasrückführungskühler benötigen nämlich bei hoher Leistung eine intensive Kühlung und bei tiefer Außentemperatur, insbesondere bei einer Außentemperatur von weniger als 0°C, und bei kaltem Motor wenig oder gar keine Kühlung über den zweiten Kühlkreislauf der Kühlanordnung.
Durch den Einbau der Dosiereinrichtung in den gleichen Kühlkreislauf, in welchem sich auch für die Motorleistung relevante Kühler wie der Abgasrückführungskühler und/oder der Ladeluftkühler befinden, ist stets eine ausreichende Kühlung auch der Dosiereinrichtung sichergestellt. Der zweite Kühlkreislauf ist nämlich für die Kühlung des rückgeführten Abgases und der Ladeluft ausgelegt und appliziert, und der geringe zusätzliche Wärmeeintrag aufgrund der Dosiereinrichtung fällt kaum ins Gewicht.
Da beispielsweise die Kühlung der Ladeluft mittels des Ladeluftkühlers für alle Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine über ein Motorsteuergerät oder dergleichen Steuerungseinrichtung appliziert ist, ist durch die Einbindung der Dosiereinrichtung in den zweiten Kühlkreislauf auch die thermische Absicherung, also die ausreichende Kühlung der Dosiereinrichtung, bereits weitestgehend sichergestellt. Eine separate Kühlstrategie für die Dosiereinrichtung selber ist daher nicht notwendig. Durch das Integrieren der Dosiereinrichtung in den zweiten Kühlkreislauf, in welchem der Ladeluftkühler oder der Abgasrückführungskühler angeordnet ist, lässt sich daher eine besonders aufwandsarme Kühlung der Dosiereinrichtung sicherstellen.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Dosiereinrichtung in einem Leitungszweig des zweiten Kühlkreislaufs angeordnet ist, welcher von einer Rücklaufleitung des Ladeluftkühlers und/oder des Abgasrückführungskühlers abzweigt und stromabwärts der Dosiereinrichtung wieder in die Rücklaufleitung einmündet. Eine solche Anordnung der Dosiereinrichtung im Bypass zur Rücklaufleitung stellt sicher, dass dem Ladeluftkühler oder dem Abgasrückführungskühler stets vergleichsweise kühles Kühlmittel zugeführt wird, dessen Temperatur also nicht durch einen von der Dosiereinrichtung herrührenden Wärmeeintrag erhöht ist. So ist insbesondere eine vorrangige Kühlung der Ladeluft beziehungsweise des rückgeführten Abgases sichergestellt.
Die Dosiereinrichtung kann jedoch auch in einem Leitungszweig des zweiten Kühlkreislaufes angeordnet sein, welcher von einer Zulaufleitung des Ladeluftkühlers oder von einer Zulaufleitung des Abgasrückführungskühlers abzweigt, wobei der Leitungszweig stromabwärts der Dosiereinrichtung wieder in die Zulaufleitung einmündet. Dann wird im Betrieb des zweiten Kühlkreislaufs die Dosiereinrichtung mit vergleichsweise kühlem Kühlmittel beaufschlagt. Da der Wärmeeintrag in den zweiten Kühlkreislauf aufgrund des Kühlens der Dosiereinrichtung üblicherweise gering ist, steht dennoch eine ausreichende Kühlleistung zum Kühlen der Ladeluft oder des rückgeführten Abgases zur Verfügung. Durch das Beaufschlagen der Dosiereinrichtung mit dem vergleichsweise kühlen Kühlmittel können jedoch weitere thermische Maßnahmen zum Schutz dieses Bauteils besonders weitgehend reduziert werden. Dies ist einer besonders einfachen Auslegung der Kühlanordnung zuträglich.
Zusätzlich, bevorzugt jedoch alternativ, ist die Dosiereinrichtung in einem Leitungszweig des zweiten Kühlkreislaufs angeordnet, welcher von einer Zulaufleitung des Ladeluftkühlers und/oder des Abgasrückführungskühlers abzweigt und stromabwärts der Dosiereinrichtung in eine Rücklaufleitung des Ladeluftkühlers und/oder des Abgasrückführungskühlers einmündet. Bei einer solchen Anordnung der Dosiereinrichtung parallel zum Ladeluftkühler beziehungsweise Abgasrückführungskühler ist ebenfalls für die Dosiereinrichtung ein vergleichsweise kühles Kühlmittel bereitstellbar. So ist eine besonders effiziente Kühlung sowohl des rückgeführten Abgases und/oder der Ladeluft als auch der Dosiereinrichtung gewährleistet.
Bevorzugt ist eine Größe eines Teilstroms eines der Dosiereinrichtung zugeführten Kühlmittels, welches mittels einer Pumpeinrichtung durch den zweiten Kühlkreislauf förderbar ist, relativ zur Größe eines Gesamtstroms des Kühlmittels durch den zweiten Kühlkreislauf durch einen Strömungswiderstand des Leitungszweigs und der Dosiereinrichtung bestimmt. Dann brauchen keine Ventile, Drosseln oder dergleichen vorgesehen zu werden, sondern das Verhältnis der Kühlmitteldurchsätze durch den Ladeluftkühler und/oder den Abgasrückführungskühler einerseits und die Dosiereinrichtung andererseits ergibt sich aus den entsprechenden Strömungswiderständen.
Beispielsweise kann der Strömungswiderstand der Dosiereinrichtung zehnmal bis fünfzigmal größer sein als der Strömungswiderstand des Ladeluftkühlers beziehungsweise des Abgasrückführungskühlers. Entsprechend beträgt dann die Größe des Teilstroms durch die Dosiereinrichtung ein Zehntel bis ein Fünfzigstel des Gesamtstroms des Kühlmittels durch den zweiten Kühlkreislauf. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass im Betrieb der Kühlanordnung üblicherweise vergleichsweise kleine Volumenströme an Kühlmittel ausreichend sind, um Wärme von der Dosiereinrichtung abzuführen. Zudem bleibt so die Zusatzbelastung des Kühlkreislaufs durch den von der Dosiereinrichtung herrührenden Wärmeeintrag besonders gering.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Kühlanordnung eine Steuerungseinrichtung umfasst, welche dazu ausgelegt ist, unabhängig von einem Kühlbedarf des Ladeluftkühlers und/oder des Abgasrückführungskühlers Maßnahmen zum Kühlen der Dosiereinrichtung zu bewirken. So kann beispielsweise mehr Kühlmittel durch den zweiten Kühlkreislauf gefördert werden, als dies aufgrund der Kühlanforderung für die Ladeluft oder des rückgeführte Abgas notwendig ist, um so in jedem Fall eine unerwünschte thermische Belastung der Dosiereinrichtung zu vermeiden. Zusätzlich oder alternativ kann zu Kühlzwecken eine geringe Menge des Reduktionsmittels von der Dosiereinrichtung in das Abgas abgegeben werden, ohne dass dies aufgrund der Abgaszusammensetzung unbedingt notwendig wäre, um auf diese Weise die Kühlung der Dosiereinrichtung selbst bei extremer thermischer Belastung sicherzustellen.
Bevorzugt ist in dem zweiten Kühlkreislauf eine elektrisch oder mechanisch betreibbare Pumpeinrichtung angeordnet. Im Falle einer elektrisch betreibbaren Pumpeinrichtung wird also nicht die Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben dieser Pumpeinrichtung genutzt. In diesem Fall kann einerseits unabhängig vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine die Kühlung der Dosiereinrichtung sichergestellt werden, und insbesondere lässt sich der Kühlmitteldurchsatz durch die Dosiereinrichtung bedarfsgerecht erhöhen oder vermindern. Zudem kann die Dosiereinrichtung auch bei abgestellter Verbrennungskraftmaschine gekühlt und dem Wärmeeintrag der Abgasanlage entgegenwirkt werden.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine maximale Förderleistung einer in dem ersten Kühlkreislauf angeordneten ersten Pumpeinrichtung um ein Mehrfaches größer ist als eine maximale Förderleistung einer in den zweiten Kühlkreislauf angeordneten zweiten Pumpeinrichtung. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass von der Verbrennungskraftmaschine im Betrieb derselben vergleichsweise viel Wärme abzuführen ist, während der Kühlbedarf der Komponenten in dem zweiten Kühlkreislauf üblicherweise geringer ist. Die maximale Förderleistung der ersten Pumpeinrichtung kann hierbei insbesondere um das Sechsfache bis das Fünfzehnfache größer sein als die maximale Förderleistung der zweiten Pumpeinrichtung. Aufgrund der vergleichsweise großen Förderleistung der ersten Pumpeinrichtung ist es für diese vorteilhaft, wenn sie von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ausgebildet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kühlen einer Dosiereinrichtung, mittels welcher ein Reduktionsmittel für die Abgasnachbehandlung in einen Abgasstrang eines Fahrzeugs eingebracht werden kann, ist mittels eines ersten Kühlkreislaufs eine Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs kühlbar. Ein Kühlmittel strömt durch einen zweiten Kühlkreislauf, mittels welchem wenigstens ein in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einbringbares Medium gekühlt werden kann. Hierbei wird die Dosiereinrichtung mit dem durch den zweiten Kühlkreislauf strömenden Kühlmittel beaufschlagt. Dadurch lässt sich eine besonders einfache Kühlung der Dosiereinrichtung erreichen.
Die für die erfindungsgemäße Kühlanordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 schematisch eine Kühlanordnung eines Fahrzeugs, bei welcher ein erster Kühlkreislauf zum Kühlen eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs vorgesehen ist und ein zweiter Kühlkreislauf zum Kühlen von rückgeführtem Abgas sowie von Ladeluft, wobei ein Dosiermodul zum Einspritzen einer Harnstofflösung in das Abgas in dem zweiten Kühlkreislauf angeordnet ist; und
2 eine Variante der Kühlanordnung, bei welcher das Dosiermodul parallel zu einem Ladeluftkühler und einem Abgasrückführungskühler in dem zweiten Kühlkreislauf angeordnet ist.
1 zeigt schematisch eine Kühlanordnung 10 eines Kraftwagens, wobei in einen ersten Kühlkreislauf 12 ein Verbrennungsmotor 14 des Kraftwagens eingebunden ist. Der erste Kühlkreislauf 12 wird auch als Hochtemperatur-Kreislauf bezeichnet, da dieser dem Abführen von Wärme vom im Betrieb besonders heißen Verbrennungsmotor 14 dient. Eine erste, bevorzugt vom Verbrennungsmotor 14 angetriebene Kühlmittelpumpe 16 fördert das Kühlmittel im ersten Kühlkreislauf 12 zum Verbrennungsmotor 14 und von diesem zu einem Wasserkühler 18. In dem ersten Kühlkreislauf 12 können weitere Wärmeübertrager angeordnet sein, etwa ein Kühler 20 zum Kühlen eines Abgasturboladers, eine Heizung 22 zum Erwärmen einer Waschflüssigkeit für Scheiben des Kraftwagens und eine weitere Heizung 24 für einen Fahrgastraum des Kraftwagens. Über eine Rücklaufleitung 26 sind auch diese Wärmeübertrager mit dem Wasserkühler 18 des ersten Kühlkreislaufs 12 gekoppelt.
Die Kühlanordnung 10 umfasst des Weiteren einen zweiten Kühlkreislauf 28, welcher auch als Niedertemperatur-Kreislauf bezeichnet wird, da er nicht dem Abführen von Wärme vom Verbrennungsmotor 14 dient. Der zweite Kühlkreislauf 28 ist vorliegend ebenfalls an den Wasserkühler 18 angeschlossen, jedoch erfolgt ein Umwälzen von Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf 28 unabhängig vom Umwälzen des Kühlmittels in dem ersten Kühlkreislauf 12. Für dieses Fördern von Kühlmittel ist in dem zweiten Kühlkreislauf 28 eine zweite Kühlmittelpumpe 30 vorgesehen, welche im Gegensatz zur ersten Kühlmittelpumpe 16 bevorzugt elektrisch angetrieben ist. Die zweite Kühlmittelpumpe 30 fördert über eine Zulaufleitung 32 das am Wasserkühler 18 abgekühlte Kühlmittel zu einem Abgasrückführungskühler 34 und von dort über eine Verbindungsleitung 36 zu einem Ladeluftkühler 38. Vom Ladeluftkühler 38 führt eine Rücklaufleitung 40 des zweiten Kühlkreislaufs 28 wieder zum Wasserkühler 18.
Vorliegend ist in dem zweiten Kühlkreislauf 28 auch eine Dosiereinrichtung in Form eines Dosiermoduls 42 angeordnet, welches dazu dient, eine wässrige Harnstofflösung in einen (nicht gezeigten) Abgasstrang des Verbrennungsmotors 14 einzubringen. Der aus dem Harnstoff freisetzbare Ammoniak gelangt in einen stromabwärts des Dosiermoduls 42 in dem Abgasstrang angeordneten (ebenfalls nicht gezeigten) SCR-Katalysator und dient dem Umsetzen von Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser.
Durch die Einbindung des Dosiermoduls 42 in den zweiten Kühlkreislauf 28 kann die ohnehin zum Kühlen des rückgeführten Abgases mittels des Abgasrückführungskühlers 34 und der Ladeluft mittels des Ladeluftkühlers 38 vorgesehene Kühlstrategie zugleich zum Kühlen des Dosiermoduls 42 genutzt werden. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Abgasrückführungskühler 34 und den Ladeluftkühler 38 ist nämlich bei aktivem Betrieb des Verbrennungsmotors 14 wenigstens annähernd proportional zur Motorleistung, und er wird durch entsprechende Ansteuerung der zweiten Kühlmittelpumpe 30 sichergestellt.
Entsprechend erfolgt bei hoher Motorleistung eine starke Kühlung des rückgeführten Abgases mittels des Abgasrückführungskühlers 34 und auch der ebenfalls einem Brennraum des Verbrennungsmotors 14 zugeführten Ladeluft. Bei diesen Betriebsbedingungen ist zugleich ein erhöhter Kühlbedarf des Dosiermoduls 42 gegeben, welchem durch das Einbinden des Dosiermoduls 42 in den zweiten Kühlkreislauf 28 Rechnung getragen wird.
Bei der in 1 gezeigten Kühlanordnung 10 ist das Dosiermodul 42 dem Abgasrückführungskühler 34 und dem Ladeluftkühler 38 nachgeschaltet und hierbei jedoch in einem Leitungszweig 44 angeordnet, welcher an einer Abzweigung 46 von der Rücklaufleitung 40 abzweigt und an einer Einmündung 48 wieder in die Rücklaufleitung 40 einmündet. Eine solche nachgeschaltete Anordnung des Dosiermoduls 42 im Bypass zur Rücklaufleitung 40 ist günstiger als eine Einbindung des Dosiermoduls 42 in die Rücklaufleitung 40 selber, da das Dosiermodul 42 üblicherweise einen deutlich höheren Strömungswiderstand aufweist als der Abgasrückführungskühler 34 oder der Ladeluftkühler 38.
Die Einbindung des Dosiermoduls 42 in denselben Kühlkreislauf 28, in welchem sich auch der Ladeluftkühler 38 befindet, trägt dem Umstand Rechnung, dass die Anforderungen an die Kühlung der Ladeluft und des Dosiermoduls 42 sehr ähnlich sind. Dadurch, dass die Ladeluftkühlung über eine etwa als Motorsteuergerät 50 ausgebildete Steuerungseinrichtung für alle Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 14 appliziert ist, ist auch die thermische Absicherung des Dosiermoduls 42 bereits weitestgehend sichergestellt. Das Motorsteuergerät 50 kann jedoch kleinere Korrekturen oder Zusatzmaßnahmen vornehmen, um selbst in Fällen extremer thermischer Belastungen des Dosiermoduls 42 und zugleich weniger stark ausgeprägter Kühlanforderung der Ladeluft oder des rückgeführten Abgases eine thermische Absicherung des Dosiermoduls 42 gegen Überhitzung sicherzustellen.
Das Motorsteuergerät 50 steuert vorliegend auch eine (optionale) weitere, bevorzugt elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe 52 an, welche in dem ersten Kühlkreislauf 12 angeordnet ist. Diese sorgt für eine Beaufschlagung des Kühlers 20 sowie der Heizungen 22, 24 mit durch den ersten Kühlkreislauf 12 strömendem Kühlmittel. Die in dem ersten Kühlkreislauf 12 vorhandene, vom Verbrennungsmotor 14 angetriebene Kühlmittelpumpe 16 kann eine Förderleistung von bis zu 300 Litern pro Minute haben, während der Kühler 20 zum Kühlen des Abgasturboladers mit einem Kühlmittelstrom von bis zu 20 Litern pro Minute beaufschlagt werden kann.
Die bevorzugt elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe 30 im zweiten Kühlkreislauf 28 kann eine maximale Förderleistung von 20 Litern pro Minute bis 50 Litern pro Minute haben. Aufgrund des hohen Strömungswiderstandes des Dosiermoduls 42 sowie des Leitungszweigs 44 kann sichergestellt werden, dass dann der Kühlmitteldurchsatz durch das Dosiermodul 42 beispielsweise bei etwa 0 Liter pro Minute bis 2 Litern pro Minute liegt.
Der zweite, als Niedertemperatur-Kreislauf ausgebildete Kühlkreislauf 28 kann vom als Hochtemperatur-Kreislauf ausgebildeten ersten Kühlkreislauf 12 fluidisch getrennt oder zumindest trennbar ausgebildet sein. Jedoch ist auch eine fluidische Kopplung der beiden Kühlkreisläufe 12, 28 möglich. Dies gilt insbesondere, so lange sichergestellt ist, dass das Kühlmittel, welches dem Kühlen des Verbrennungsmotors 14 dient, nicht ohne ein vorheriges Durchströmen des Wasserkühlers 18 oder eines derartigen Wärmeübertrages an den zweiten Kühlkreislauf 28 gelangt.
Die Einbindung des Dosiermoduls 42 in den zweiten Kühlkreislauf 28 ist auch deswegen vorteilhaft, da der zweite Kühlkreislauf 28 weniger anfällig für Schwankungen des Kühlbedarfs ist als der erste Kühlkreislauf 12. Im ersten Kühlkreislauf 12 kann nämlich beispielsweise über die Heizung 24 Wärme an den Fahrgastraum abgegeben werden, wobei je nach Jahreszeit und Außentemperatur ein unterschiedlich hoher Heizbedarf gegeben ist. Demgegenüber sind die Kühlanforderungen an die Ladeluft und das rückgeführte Abgas zumindest bei warmgelaufenem Verbrennungsmotor 14 weitgehend unabhängig von derartigen Einflüssen.
Während in 1 eine Variante der Kühlanordnung 10 gezeigt ist, bei welcher das Dosiermodul 42 dem Abgasrückführungskühler 34 und dem Ladeluftkühler 38 nachgeschaltet ist, kann die Dosiereinrichtung auch stromaufwärts des Abgasrückführungskühlers 34 und/oder des Ladeluftkühlers 38 angeordnet sein. Auch hier ist jedoch das Dosiermodul 42 bevorzugt in einer von der Zulaufleitung 32 abzweigenden und wieder in die Zulaufleitung 32 einmündenden Zweigleitung angeordnet, also im Bypass zum Zulauf zum Abgasrückführungskühler 34 und zum Ladeluftkühler 38.
Bei der in 2 gezeigten Variante der Kühlanordnung 10 ist das Dosiermodul 42 parallel zum Abgasrückführungskühler 34 und zum Ladeluftkühler 38 angeordnet. Hierbei zweigen also von der Zulaufleitung 32 jeweilige Zuleitungen 54, 56, 58 ab, welche zum Ladeluftkühler 38, zum Abgasrückführungskühler 34 und zum Dosiermodul 42 führen. Über weitere Leitungen sind der Ladeluftkühler 38, der Abgasrückführungskühler 34 und das Dosiermodul 42 wiederum an die Rücklaufleitung 40 angeschlossen. Bei dieser Variante werden die jeweiligen Kühler beziehungsweise das Dosiermodul 42 mit gleich kaltem Kühlmittel beaufschlagt, so dass die ohnehin allenfalls geringfügigen Maßnahmen zum thermischen Bauteilschutz des Dosiermoduls 42 besonders weit reduziert werden und insbesondere vollständig entfallen können.
Da der Wärmeeintrag des Dosiermoduls 42 vergleichsweise gering ist und üblicherweise deutlich unter 100 Watt liegt, reichen auch hier sehr geringe Volumenströme des Kühlmittels zum Kühlen des Dosiermoduls 42 aus. Auch diese sind bevorzugt durch die Strömungswiderstände der zum Dosiermodul 42 führenden Zuleitung 58 und insbesondere des Dosiermoduls 42 selber bestimmt.
Durch die Einbindung des Dosiermoduls 42 in den zweiten Kühlkreislauf 28, bei welcher das Dosiermodul 42 dem Ladeluftkühler 38 und/oder dem Abgasrückführungskühler 34 vorgeschaltet, nachgeschaltet oder parallel geschaltet sein kann, wird die Kühlung des Dosiermoduls 42 bereits durch bestehende Regelungen an die Motorleistung und den Wärmeeintrag angepasst. Eine individuelle Applikation unterschiedlicher Varianten sowie aufwändige Steuerkomponenten und Regelkomponenten können hierdurch entfallen.
Bezugszeichenliste

10: Kühlanordnung
12: erster Kühlkreislauf
14: Verbrennungsmotor
16: erste Kühlmittelpumpe
18: Wasserkühler
20: Kühler
22: Heizung
24: Heizung
26: Rücklaufleitung
28: zweiter Kühlkreislauf
30: zweite Kühlmittelpumpe
32: Zulaufleitung
34: Abgasrückführungskühler
36: Verbindungsleitung
38: Ladeluftkühler
40: Rücklaufleitung
42: Dosiermodul
44: Leitungszweig
46: Abzweigung
48: Einmündung
50: Motorsteuergerät
52: weitere Kühlmittelpumpe
54: Zuleitung
56: Zuleitung
58: Zuleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0242439 A1 [0005]
US 2010/0132338 A1 [0006]

Claims

Kühlanordnung zum Kühlen einer Dosiereinrichtung (42), mittels welcher ein Reduktionsmittel für die Abgasnachbehandlung in einen Abgasstrang eines Fahrzeugs einbringbar ist, mit einem ersten Kühlreislauf (12) zum Kühlen einer Verbrennungskraftmaschine (14) des Fahrzeugs und mit einem zweiten Kühlkreislauf (28) zum Kühlen wenigstens eines Mediums, welches in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine (14) einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (42) in dem zweiten Kühlkreislauf (28) angeordnet ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Kühlkreislauf (28) zum Kühlen des wenigstens einen in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine (14) einbringbaren Mediums ein Ladeluftkühler (38) und/oder ein Abgasrückführungskühler (34) angeordnet ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (42) in einem Leitungszweig (44) des zweiten Kühlkreislaufs (28) angeordnet ist, welcher von einer Rücklaufleitung (40) des Ladeluftkühlers (38) und/oder des Abgasrückführungskühlers (34) abzweigt und stromabwärts der Dosiereinrichtung (42) wieder in die Rücklaufleitung (40) einmündet.
Kühlanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (42) in einem Leitungszweig des zweiten Kühlkreislaufs (28) angeordnet ist, welcher von einer Zulaufleitung (32) des Ladeluftkühlers (38) und/oder des Abgasrückführungskühlers (34) abzweigt und stromabwärts der Dosiereinrichtung (42) wieder in die Zulaufleitung (32) einmündet.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (42) in einem Leitungszweig (58) des zweiten Kühlkreislaufs angeordnet ist, welcher von einer Zulaufleitung (32) des Ladeluftkühlers (38) und/oder des Abgasrückführungskühlers (34) abzweigt und stromabwärts der Dosiereinrichtung (42) in eine Rücklaufleitung (40) des Ladeluftkühlers (38) und/oder des Abgasrückführungskühlers (34) einmündet.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe eines Teilstroms eines der Dosiereinrichtung (42) zugeführten Kühlmittels, welches mittels einer Pumpeinrichtung (30) durch den zweiten Kühlkreislauf (28) förderbar ist, relativ zur Größe eines Gesamtstroms des Kühlmittels durch den zweiten Kühlkreislauf (28) durch einen Strömungswiderstand des Leitungszweigs (44, 58) und der Dosiereinrichtung (42) bestimmt ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (10) eine Steuerungseinrichtung (50) umfasst, welche dazu ausgelegt ist, unabhängig von einem Kühlbedarf des Ladeluftkühlers (38) und/oder des Abgasrückführungskühlers (34) Maßnahmen zum Kühlen der Dosiereinrichtung (42) zu bewirken.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Kühlkreislauf (28) eine elektrisch oder mechanisch betreibbare Pumpeinrichtung (30) angeordnet ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Förderleistung einer in dem ersten Kühlkreislauf (12) angeordneten, insbesondere von der Verbrennungskraftmaschine (14) antreibbaren, ersten Pumpeinrichtung (16) um ein Mehrfaches, insbesondere um das 6-fache bis das 15-fache, größer ist als eine maximale Förderleistung einer in dem zweiten Kühlkreislauf (28) angeordneten zweiten Pumpeinrichtung (30).
Verfahren zum Kühlen einer Dosiereinrichtung (42), mittels welcher ein Reduktionsmittel für die Abgasnachbehandlung in einen Abgasstrang eines Fahrzeugs einbringbar ist, bei welchem mittels eines ersten Kühlreislaufs (12) eine Verbrennungskraftmaschine (14) des Fahrzeugs kühlbar ist und bei welchem ein Kühlmittel durch einen zweiten Kühlkreislauf (28) strömt, mittels welchem wenigstens ein in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine (14) einbringbares Medium kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (42) mit dem durch den zweiten Kühlkreislauf (28) strömenden Kühlmittel beaufschlagt wird.