DE102014212892A1

DE102014212892A1 - Filtereinheit

Info

Publication number: DE102014212892A1
Application number: DE102014212892.7A
Authority: DE
Inventors: Jan Semet; Albrecht Oedekoven
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-01-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinheit (120) ist eine sehr direkte und damit energetisch hocheffiziente Beheizung des Reduktionsmittels eines Abgasnachbehandlungssystems unter gleichzeitiger Reduktion des vorzuhaltenden Einbauraums aufgrund einer Verringerung der vorzusehenden Einzelbauteile möglich. Zugleich lässt sich eine Vorlaufzeit bis zur Herstellung der vollen Funktionsfähigkeit eines mit einer Harnstoff-Wasserlösung arbeitenden Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere nach längeren Stillstandsperioden der Dieselbrennkraftmaschine bei Temperaturen von –11 °C oder darunter, erreichen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich zunächst auf eine Filtereinheit für ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrom einer Dieselbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mittels einer Reduktionslösung, insbesondere mit einer Harnstoff-Wasserlösung, wobei die Reduktionslösung eine mehrlagige Filtermatte durchströmt.
Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, insbesondere mit Dieselmotoren, müssen aufgrund der sich stetig verschärfenden, gesetzlichen Abgasgrenzwerte unter anderem Luftschadstoffe, wie zum Beispiel Stickoxide (NOx), immer stärker reduziert werden. Ein weit verbreitetes Abgasnachbehandlungssystem, das hierbei zum Einsatz kommt, ist das so genannte "SCR"-System ("Selective Catalytic Reduction"-System). Hierbei wird während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein flüssiges Reduktionsmittel mithilfe eines Fördermoduls aus einem Vorratsbehälter zu einer Düse im Bereich eines in den rohrförmigen Abgasstrang integrierten Katalysators gepumpt. Als Reduktionsmittel findet in der Regel eine ca. 32,5 %-ige Harnstoff-Wasserlösung mit dem Handelsnamen "AdBlue^®" Verwendung. Dieselmotoren erreichen heutzutage um bis zu 96% geringere NOx-Rohemissionen als ein typischer Dieselmotor aus dem Jahr 1990. Durch ein aktuelles SCR-System mit einem hochgenauen Harnstoffdosiersystem, wie z. B. der "Denoxtronic^®", ist beispielsweise eine nochmalige Senkung dieser Rohemissionen um weitere bis zu 95 % machbar. Die wässrige Harnstofflösung gefriert jedoch ab einer Umgebungstemperatur von –11 °C oder weniger. Um auch unterhalb von –11 °C die Funktionsfähigkeit der Abgasnachbehandlung sicherzustellen, müssen an verschiedenen Stellen des Harnstoffdosiersystems, wie z. B. im Vorratstank, in den Schläuchen, in den Filtern sowie im Dosiermodul, elektrische Heizungen vorgesehen werden, woraus ein hoher technischer Aufwand resultiert. Nach längeren Stillstandsphasen des Dieselmotors bei Temperaturen von weniger als –11 °C muss darüber hinaus das im Harnstoffdosiersystem noch enthaltene Reduktionsmittel mit Hilfe der Heizungen weitgehend wieder aufgetaut werden, um eine einwandfreie Nachbehandlung der Abgase zu gewährleisten. Für diesen Auftauprozess benötigt jedes harnstoffbasierte Dosiersystem innerhalb eines SCR-Systems eine bestimmte Vorlaufzeit, die jedoch möglichst klein sein sollte, um die Anforderungen der Umweltbehörden zu erfüllen.
EP 1 917 088 A1 bezieht sich auf ein Filtergehäuse mit eingebetteter Heizung. DE 10 2008 014 415 A1 hat einen Flüssigkeitsbehälter sowie ein mit Reduktionsmittelversorgungssystem mit einem derartigen Flüssigkeitsbehälter zum Gegenstand. Der Flüssigkeitsbehälter umfasst eine Behälterwand aus Kunststoff, die mindestens ein metallisches Widerstandsheizelement trägt. Die Behälterwand trägt zum Schutz mindestens 1 PPTC-Element, das mit dem mindestens einem metallischen Widerstandselement in Reihe geschaltet ist. Das Heizelement weist streifenförmige Abschnitte auf, oder kann aus einer Platte, insbesondere einem Blech, ausgeschnitten sein.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Filtereinheit für ein Harnstoffdosiersystem eines SCR-Systems anzugeben, die weniger Einbauraum erfordert und die eine Verkürzung der Vorlaufzeit bis zur Wiederherstellung der Einsatzbereitschaft des Harnstoffdosiersystems nach längeren Stillstandsperioden des Dieselmotors bei Temperaturen von unterhalb –11°C erlaubt.
Offenbarung der Erfindung
Es wird zunächst eine Filtereinheit für ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrom einer Dieselbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mittels einer Reduktionslösung, insbesondere mit einer Harnstoff-Wasserlösung, offenbart, wobei die Reduktionslösung eine mehrlagige Filtermatte durchströmt.
Infolge der integral zur Filtermatte der Filtereinheit ausgebildeten Heizung in Form der zumindest abschnittsweise elektrisch isolierten Heizdrähte erhöht sich unter anderem deren elektrisch-thermischer Wirkungsgrad im Vergleich zu einer räumlich getrennt ausgeführten Heizung beträchtlich. Zugleich reduzieren sich der notwendige Einbauraum, der Montageaufwand sowie damit einhergehend die Fertigungskosten aufgrund der geringen Anzahl der notwendigen Einzelkomponenten.
Im Fall einer Ausführungsform sind die isolierten Heizdrähte mit einer Metalllegierung mit einem hinreichend hohen elektrischen Widerstand oder mit einem Metall mit einem hinreichend hohen elektrischen Widerstand gebildet. Hierdurch ist eine hervorragende Heizwirkung beim Stromdurchgang gegeben. Die zumindest abschnittsweise elektrisch isolierten Heizdrähte sind vorzugsweise mit einer Edelstahllegierung gebildet. Alternativ können andere hinreichend chemikalienbeständige Metalle oder Metalllegierungen mit einem nicht zu niedrigen elektrischen Widerstand zum Einsatz kommen.
Erfindungsgemäß ist mindestens ein Heizdraht in eine zumindest bereichsweise Umspritzung der Filtermatte zur Beheizung der die Filtermatte durchströmenden Reduktionslösung eingebettet.
Gemäß einer Weiterbildung ist die elektrische Isolierung der Heizdrähte mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet. Hierdurch wird eine Beeinflussung des die Filtereinheit durchströmenden Mediums verhindert.
Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Stromzuführung mindestens zwei Anschlussleitungen zur Bestromung auf. Hierdurch ist eine einfache elektrische Anbindung der Filtereinheit in ein Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs bzw. ein Steuergerät des Harnstoffdosiersystems als ein Teil des SCR-Systems gegeben. Die Anschlussleitungen können mit einem massiven, metallischen Draht oder mit einer flexiblen Litze gebildet sein.
Bei einer technisch vorteilhaften Weiterbildung ist mittels der mindestens zwei Anschlussleitungen zugleich ein Ansaugkanal der Filtereinheit zumindest abschnittsweise beheizbar. Hierdurch ist die Filtereinheit vollumfänglich gegen Einfrieren bei Umgebungstemperaturen von weniger als –11 °C geschützt. In dieser Konstellation darf der elektrische Widerstand der Anschlussleitungen im Bereich des zu beheizenden Abschnitts des Ansaugkanals nicht zu gering sein, um eine ausreichende Heizwirkung zu erzielen.
Hierdurch ist eine Beheizung der sich außerhalb der Filtermatte befindenden Flüssigkeit möglich, wodurch auch eine Temperierung der Filtereinheit ermöglicht wird. Da der mindestens eine Heizdraht bevorzugt allseitig in die elektrisch isolierende Kunststoffumspritzung der Filtermatte eingebettet ist, erübrigt sich im Allgemeinen eine elektrische Isolierung desselben.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Umspritzung mit einem hinreichend temperaturbeständigen Kunststoffmaterial, insbesondere mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet. Hierdurch ist eine großserientaugliche, maßhaltige sowie kostenoptimale Fertigung der Filtereinheit z. B. im bekannten Spritzgussverfahren möglich.
Nach Maßgabe einer Weiterentwicklung ist der mindestens eine Heizdraht mit einer Metalllegierung mit einem hinreichend hohen elektrischen Widerstand oder mit einem Metall mit einem hinreichend hohen elektrischen Widerstand gebildet. Hierdurch ergibt sich im Vergleich zu Kupfer- oder Messingdrähten, die über einen vergleichsweise kleinen elektrischen Widerstand verfügen, eine ausgezeichnete Heizwirkung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der mindestens eine Heizdraht über eine Stromzuführung mit mindestens zwei Anschlussleitungen bestrombar. Hierdurch ist eine problemlose Integration des Filters in das elektrische System eines zugeordneten SCR-Systems gegeben. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Ansaugkanal der Filtereinheit mit Hilfe der beiden Anschlussleitungen mit beheizt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben werden.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Filtereinheit.
Ausführungsformen
Die 1 illustriert eine prinzipielle Darstellung einer Ausführungsform einer Filtereinheit 120.
Eine Filtereinheit 120 umfasst eine hier nicht dargestellte mehrlagige Filtermatte, die mit einer zumindest bereichsweisen thermoplastischen Umspritzung 122 aus einem bevorzugt thermoplastischen Kunststoff versehen ist. In die thermoplastische Umspritzung 122 ist ein mäandrierend verlaufender Heizdraht 124 eingebettet, der über zwei Kontaktpunkte 126, 128 mit zwei Anschlussleitungen 130, 132 einer Stromzuführung 134 elektrisch leitend verbunden ist. Durch das Bestromen des Heizdrahtes 124 ist eine direkte und daher energieeffiziente Beheizung der Filtermatte der Filtereinheit 120 möglich. Abweichend von der lediglich exemplarisch mäandrierend ausgeführten Verlegung des einen Heizdrahtes 124 kann eine beliebige Anzahl von Heizdrähten in die thermoplastische Umspritzung 122 eingebettet sein. Der oder die Heizdrähte 124 können abweichend von der hier gezeigten Mäanderform beispielsweise auch gleichmäßig parallel zueinander beabstandet oder spiralförmig in die thermoplastische Umspritzung 122 eingebettet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1917088 A1 [0003]
DE 102008014415 A1 [0003]

Claims

Filtereinheit (120) für ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mittels einer Reduktionslösung, insbesondere mit einer Harnstoff-Wasserlösung, wobei die Reduktionslösung eine mehrlagige Filtermatte durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizdraht (124) in eine zumindest bereichsweise Umspritzung (122) der Filtermatte zur Beheizung der die Filtermatte durchströmenden Reduktionslösung eingebettet ist.
Filtereinheit (120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umspritzung (122) mit einem hinreichend temperaturbeständigen Kunststoffmaterial, insbesondere mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet ist.
Filtereinheit (120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heizdraht (124) mit einer Metalllegierung mit einem hinreichend hohen elektrischen Widerstand oder mit einem Metall mit einem hinreichend hohen elektrischen Widerstand gebildet ist.
Filtereinheit (120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Heizdraht (124) über eine Stromzuführung (134) mit mindestens zwei Anschlussleitungen (130, 132) bestrombar ist.
Filtereinheit (120) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens zwei Anschlussleitungen (130, 132) ein Ansaugkanal der Filtereinheit (120) zumindest abschnittweise beheizbar ist.
Filtereinheit (120) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heizdraht (124) allseitig in die Umspritzung (122) der Filtermatte eingebettet ist.