DE102014200711A1 - Apparatus and method for heating a fluid - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung zum Beheizen eines Fluids (17), insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels, in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, der ein Kraftstoffeinspritzsystem (2) hat, weist wenigstens ein Wärmetauschelement (18) auf, das ausgebildet ist, Wärme von überschüssigem Kraftstoff, der von dem Kraftstoffeinspritzsystem (2) unter einen erhöhten Druck gesetzt, aber nicht in den Verbrennungsmotor eingespritzt worden ist, an das Fluid (17) zu übertragen.A device for heating a fluid (17), in particular a liquid reducing agent, in a vehicle having an internal combustion engine, in particular a diesel engine, having a fuel injection system (2), comprises at least one heat exchange element (18), which is designed, heat from excess Fuel, which has been pressurized by the fuel injection system (2) but not injected into the engine, to be transferred to the fluid (17).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beheizen eines Fluids, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels, in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, der ein Kraftstoffeinspritzsystem hat.The invention relates to an apparatus and a method for heating a fluid, in particular a liquid reducing agent, in a vehicle having an internal combustion engine, in particular a diesel engine, which has a fuel injection system.
Stand der TechnikState of the art
Zum Entsticken der Abgase von Dieselmotoren hat sich die SCR-Technik („selective catalytic reduction“) mit einem harnstoffhaltigen Reduktionsmittel bewährt. Dazu wurden Systeme entwickelt, die die Einhaltung der geforderten Abgasgrenzwerte mit Hilfe einer definierten Zugabe einer wässrigen Harnstofflösung („AdBlue®“) in den Abgasstrang durch einen anschließenden SCR-Katalysator ermöglichen. The SCR technology ("selective catalytic reduction") with a urea-containing reducing agent has proved its worth for deadening the exhaust gases of diesel engines. For this purpose, systems have been developed which enable compliance with the required exhaust gas limit values with the aid of a defined addition of an aqueous urea solution ("AdBlue ® ") into the exhaust gas line through a subsequent SCR catalytic converter.
Da eine wässrige Harnstofflösung bei –11°C gefriert, müssen der Reduktionsmitteltank, in dem das Reduktionsmittel bereit gehalten wird, beheizbar sein, um auch bei kalten Temperaturen einen flüssigen Aggregatzustand des Reduktionsmittels zu gewährleisten. Bisher bekannte Reduktionsmitteltanks werden mittels elektrischer Energie oder Motorkühlwasser beheizt.Since an aqueous urea solution freezes at -11 ° C, the reducing agent tank, in which the reducing agent is kept ready to be heated to ensure a liquid state of matter of the reducing agent even at cold temperatures. Previously known reducing agent tanks are heated by means of electrical energy or engine cooling water.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Beheizen eines Fluids, beispielsweise eines flüssigen Reduktionsmittels, insbesondere in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, der ein Kraftstoffeinspritzsystem hat, zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, das Fluid effektiv zu beheizen, und die kostengünstig installiert und betrieben werden kann.The object of the present invention is to provide an improved apparatus and an improved method for heating a fluid, for example a liquid reducing agent, in particular in a vehicle having an internal combustion engine having a fuel injection system, which enables the fluid to be effectively increased heat, and which can be installed and operated inexpensively.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beheizen eines Fluids, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels, in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, der ein Kraftstoffeinspritzsystem hat, weist wenigstens ein Wärmetauschelement auf, das ausgebildet ist, Wärme von überschüssigem Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzsystem, der von dem Kraftstoffeinspritzsystem unter einen erhöhten Druck gesetzt aber nicht in den Verbrennungsmotor eingespritzt worden ist, an das Fluid zu übertragen.A device according to the invention for heating a fluid, in particular a liquid reducing agent, in a vehicle having an internal combustion engine, in particular a diesel engine having a fuel injection system, comprises at least one heat exchange element, which is formed heat of excess fuel from the fuel injection system of the Fuel injection system set under an increased pressure but has not been injected into the internal combustion engine to transfer to the fluid.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beheizen eines Fluids, beispielsweise eines flüssigen Reduktionsmittels, insbesondere in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, der ein Kraftstoffeinspritzsystem aufweist, umfasst, überschüssigen Kraftstoff, der von dem Kraftstoffeinspritzsystem unter erhöhten Druck gesetzt, aber nicht in den Verbrennungsmotor eingespritzt worden ist, in eine Wärmeaustauschverbindung mit dem Fluid zu bringen, um Wärme von dem überschüssigen Kraftstoff an das Fluid zu übertragen.A method according to the invention for heating a fluid, for example a liquid reducing agent, particularly in a vehicle having an internal combustion engine, in particular a diesel engine having a fuel injection system, comprises excess fuel pressurized by the fuel injection system but not injected into the internal combustion engine has been brought into heat exchange communication with the fluid to transfer heat from the excess fuel to the fluid.
In aktuellen Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, wird der Kraftstoff unter hohem Druck in den Verbrennungsraum eingespritzt. Beim Erzeugen des hohen Einspritzdrucks im Kraftstoffeinspritzsystem wird die Temperatur des Kraftstoff stark erhöht. Die hohe Temperatur von überschüssigem Kraftstoff, der unter den erhöhten Druck gesetzt, aber nicht in den Motor eingespritzt worden ist, kann erfindungsgemäß genutzt werden, um das fluide Reduktionsmittel zu erwärmen. In current internal combustion engines, especially diesel engines, the fuel is injected under high pressure into the combustion chamber. When generating the high injection pressure in the fuel injection system, the temperature of the fuel is greatly increased. The high temperature of excess fuel that has been pressurized but not injected into the engine may be used in the present invention to heat the fluid reductant.
Die Druckerhöhung und die damit verbundene erhöhte Temperatur des Kraftstoffs steht sofort zur Verfügung, wenn der Motor gestartet wird. Daher kann auch bei einem noch kalten Motor, bei dem das Kühlwasser noch keine nennenswerte Wärme zur Verfügung stellen kann, eine hohe Wärmeleistung und damit eine hohe Auftaumenge an gefrorenem Reduktionsmittel realisiert werden, ohne dass die Notwendigkeit besteht, zusätzliche elektrische Energie einzusetzen. Auf diese Weise kann eine hohe Auftaumenge energiesparend und kostengünstig realisiert werden.The pressure increase and the associated increased temperature of the fuel is immediately available when the engine is started. Therefore, even in a still cold engine, in which the cooling water can not provide any significant heat available, a high heat output and thus a high Auftaumenge can be realized in frozen reducing agent, without the need to use additional electrical energy. In this way, a high Auftaumenge can be realized energy-saving and cost-effective.
In einer Ausführungsform ist das Wärmetauschelement stromabwärts einer Rücklaufleitung, die mit dem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden ist, um überschüssigen Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzsystem abzuführen, und stromaufwärts einer Ablaufleitung, die ausgebildet ist, den Kraftstoff in einen Kraftstofftank abzuleiten, angeordnet. Auf diese Weise kann überschüssiger Kraftstoff, dessen Temperatur durch das Wärmetauschelement reduziert worden ist, in den Kraftstofftank zurückgeführt werden.In one embodiment, the heat exchange element is disposed downstream of a return line connected to the fuel injection system for removing excess fuel from the fuel injection system and upstream of a drain line configured to drain the fuel into a fuel tank. In this way, excess fuel whose temperature has been reduced by the heat exchange element can be returned to the fuel tank.
In einer Ausführungsform ist das Fluid in einem Fluidtank gespeichert und das Wärmetauschelement ist in einer Begrenzung des Fluidtanks, insbesondere in einem Boden des Fluidtanks ausgebildet. Auf diese Weise kann die Wärme aus dem überschüssigen Kraftstoff effektiv an das Fluid übertragen werden. Darüber hinaus kann der Fluidtank durch eingeschlossenen Luft oder warmen Kraftstoff, der sich im Wärmetauschelement am Boden des Fluidtanks befindet, zusätzlich isoliert werden.In one embodiment, the fluid is stored in a fluid tank and the heat exchange element is formed in a boundary of the fluid tank, in particular in a bottom of the fluid tank. In this way, the heat from the excess fuel can be effectively transferred to the fluid. In addition, the fluid tank can be additionally isolated by trapped air or warm fuel located in the heat exchange element at the bottom of the fluid tank.
In einer Ausführungsform ist das Wärmetauschelement als Heizschlange, Heizmatte und/oder Rohrsystem ausgebildet und steht in mechanischem Kontakt mit dem Fluid. Auf diese Weise kann die Wärme aus dem überschüssigen Kraftstoff besonders effektiv an das Fluid übertragen werden.In one embodiment, the heat exchange element is designed as a heating coil, heating mat and / or pipe system and is in mechanical contact with the fluid. In this way, the heat from the excess fuel can be transmitted to the fluid particularly effectively.
In einer Ausführungsform ist das Fluid in einem Fluidtank gespeichert und das Wärmetauschelement ist beweglich in dem Fluidtank angeordnet, um durch Fahrzeugbewegungen verursachte Bewegungen des Wärmetauschelements im Fluidtank zu ermöglichen. Diese bewirkt auch bei einer Kavitätenbildung (Ausbilden eines isolierenden Luftmantels um das Wärmetauschelement), dass das Wärmetauschelement immer wieder in Kontakt mit einer ggf. noch vorhandenen Eisfront tritt und Wärme an das Eis überträgt.In one embodiment, the fluid is stored in a fluid tank and the Heat exchange element is movably disposed in the fluid tank to allow movements of the heat exchange element in the fluid tank caused by vehicle motions. This also causes a formation of cavities (forming an insulating air jacket around the heat exchange element) that the heat exchange element repeatedly comes into contact with any existing ice front and transfers heat to the ice.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Schaltventil auf, das es ermöglicht, den zurückgeführten Kraftstoff wahlweise durch das Wärmetauschelement oder durch eine Umgehungsleitung an dem Wärmetauschelement vorbei zu führen. Auf diese Weise kann die Erwärmung des Fluids durch den zurückgeführten Kraftstoff je nach Bedarf wahlweise eingeschaltet (Winterbetrieb) und ausgeschaltet (Sommerbetrieb) werden, beispielsweise um im Sommerbetrieb ein übermäßiges Erhitzen oder Verdampfen des Fluids zu verhindern.In one embodiment, the device includes a switching valve that allows the recirculated fuel to pass selectively past the heat exchange element through the heat exchange element or through a bypass line. In this way, the heating of the fluid by the recirculated fuel can optionally be switched on (winter operation) and off (summer operation) as required, for example, to prevent excessive heating or evaporation of the fluid during summer operation.
In der Umgehungsleitung kann ein Kraftstoffkühler angeordnet sein, um den zurückgeführten Kraftstoff zu kühlen, wenn er nicht durch das Wärmetauschelement geführt wird, um eine Rückführung erhitzten Kraftstoffs in den Kraftstofftank und/oder ein unerwünschtes Verdampfen des Kraftstoffs zu vermeiden.A fuel cooler may be disposed in the bypass line to cool the recirculated fuel when it is not being passed through the heat exchange element to prevent return of heated fuel to the fuel tank and / or undesirable vaporization of the fuel.
Kurze Beschreibung der Figuren:Brief description of the figures:
Die
Figurenbeschreibung:Brief Description:
Kraftstoffinjektoren
Um eine zuverlässige Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff zu gewährleisten, wird mehr Kraftstoff in die Hochdruckleitung
Überschüssiger Kraftstoff aus der Hochdruckleitung
Das Schaltventil
In einer ersten Stellung des Schaltventils
In a first position of the switching valve
In einer zweiten Stellung des Schaltventils
Das Schaltventil
Das Wärmetauschelement
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist das Wärmetauschelement
In dem in der
So wie im ersten Ausführungsbeispiel wird auch im zweiten Ausführungsbeispiel der überschüssige Kraftstoff, der aus dem Wärmetauschelement
Die Heizschlange
Anstelle der Heizschlange
In der
Die
In dem in der
Reduktionsmitteltanks
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2014
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