DE102015217926A1 - Apparatus and method for heating the contents of a reducing agent tank - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen des Inhalts (30) eines Reduktionsmitteltanks (20) eines SCR-Katalysators (12). Diese weist eine Tankheizung (26) und eine Zusatzheizung (27) auf. Die Tankheizung (26) ist in dem Reduktionsmitteltank (20) angeordnet. Die Zusatzheizung (27) ist an einem Auslass (25) einer in den Reduktionsmitteltank (20) führenden Reduktionsmittelrücklaufleitung (152) angeordnet. Die Zusatzheizung (27) ist so mit der Tankheizung (26) verbunden, dass sie von der Tankheizung (26) mit Wärmeenergie versorgt werden kann. In einem Verfahren zum Auftauen des Inhalts (30) des Reduktionsmitteltanks (20) wird eine durch die Reduktionsmittelrücklaufleitung (152) in den Reduktionsmitteltank (20) zurückgeförderte Reduktionsmittellösung mittels der Zusatzheizung (27) erwärmt, wenn der Inhalt (30) des Reduktionsmitteltanks (30) zumindest teilweise gefroren ist.The invention relates to a device for heating the contents (30) of a reducing agent tank (20) of an SCR catalytic converter (12). This has a tank heater (26) and an additional heater (27). The tank heater (26) is arranged in the reducing agent tank (20). The additional heater (27) is arranged at an outlet (25) of a reducing agent return line (152) leading into the reducing agent tank (20). The additional heater (27) is connected to the tank heater (26) so that it can be supplied by the tank heater (26) with heat energy. In a method for thawing the contents (30) of the reducing agent tank (20), a reducing agent solution fed back into the reducing agent tank (20) through the reducing agent return line (152) is heated by the auxiliary heater (27) when the contents (30) of the reducing agent tank (30) at least partially frozen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beheizen des Inhalts eines Reduktionsmitteltanks eines SCR-Katalysators. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The present invention relates to an apparatus and a method for heating the contents of a reducing agent tank of an SCR catalyst. Furthermore, the present invention relates to a computer program that performs each step of the method according to the invention, as well as a machine-readable storage medium, which stores the computer program. Finally, the invention relates to an electronic control device which is set up to carry out the method according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Das SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) in sauerstoffreichen Abgasen eines Kraftfahrzeugs beruht auf einer selektiven katalytischen Reduktion mittels einer unter der Bezeichnung AdBlue® kommerziell erhältlichen Harnstoffwasserlösung (HWL). Diese besteht zu einem Drittel aus Harnstoff als Ammoniak-abspaltendem Reagenz und zu zwei Dritteln aus Wasser. Eine Düse sprüht die Flüssigkeit unmittelbar vor einem SCR-Katalysator in den Abgasstrom. Dort entsteht aus dem Harnstoff das für die weitere Reaktion notwendige Ammoniak. Im SCR-Katalysator verbinden sich Stickoxide aus dem Abgas und das Ammoniak zu ungiftigem Stickstoff. Da AdBlue bei –11°C gefriert, muss im Reduktionsmitteltank eine Tankheizung vorgesehen werden, die genügend HWL auftaut, um eine effektive Abgasnachbehandlung sicherzustellen. Der Zeitraum innerhalb dessen das SCR-Katalysatorsystem nach einem Motorstart einsatzbereit sein muss, ist gesetzlich reguliert. Diese Einsatzbereitschaft muss auch gewährleistet sein, wenn ein Kraftfahrzeug über einen längeren Zeitraum jeweils nur kurz benutzt wird, beispielsweise beim täglichen Pendeln zum Arbeitsplatz. In solchen Fällen ist die HWL-Menge, die mit herkömmlichen Tankheizungen aufgetaut werden kann, limitiert, da diese nur lokal innerhalb des Tanks wirken. Insbesondere kann es in solchen Fällen abhängig von der Tankgeometrie zu einer Bildung von Hohlräumen im Eis um eine Tankentnahmeeinheit herum kommen, so dass die an der Tankentnahmeeinheit angeordnete Tankheizung bei Folgefahrten keine HWL mehr auftauen kann.The SCR process (Selective Catalytic Reduction) for the reduction of nitrogen oxides (NOx) in oxygen-rich exhaust gases of a motor vehicle is based on a selective catalytic reduction by means of a commercially available under the name AdBlue ® urea water solution (HWL). This consists of a third of urea as ammonia-releasing reagent and two-thirds of water. A nozzle sprays the liquid into the exhaust stream immediately before an SCR catalyst. There arises from the urea necessary for the further reaction ammonia. In the SCR catalytic converter, nitrogen oxides from the exhaust gas and the ammonia combine to form non-toxic nitrogen. Since AdBlue freezes at -11 ° C, a tank heater must be provided in the reducing agent tank, which thaws enough HWL to ensure effective exhaust aftertreatment. The period within which the SCR catalyst system must be ready for use after an engine start is regulated by law. This operational readiness must also be ensured if a motor vehicle is used only briefly over a relatively long period of time, for example when commuting to work every day. In such cases, the amount of HWL that can be thawed with conventional tank heaters is limited because they only work locally within the tank. In particular, in such cases, depending on the tank geometry, a formation of cavities in the ice may occur around a tank removal unit, so that the tank heater disposed on the tank removal unit can no longer thaw up any TC during subsequent runs.
Um diesem Problem zu begegnen, werden elektrisch betriebene Zusatzheizungen verwendet, die darauf abzielen, zusätzliche Heizleistung in Regionen des Reduktionsmitteltanks einzubringen, die durch die Tankheizung an der Tankentnahmeeinheit nicht erreicht werden. Dadurch entstehen Zusatzkosten und eine Notwendigkeit für zusätzliche elektrische Anschlüsse. Je nach Konzept der Zusatzheizung kann sogar die Situation entstehen, dass auch die Zusatzheizung nur einen Hohlraum auftaut und dann nicht mehr in direktem Kontakt mit der HWL steht. Hierbei kann sie eine Übertemperatur erreichen. Aufgrund der technischen Realisierung der Zusatzheizung, welche eine starre Positionierung an einer vorgegebenen Stelle aufweisen muss, ist nicht sichergestellt, dass die Zusatzheizung tatsächlich in dem Bereich positioniert werden kann, in welchem ein positiver thermischer Effekt erzielt werden kann.To address this problem, electrically operated booster heaters are used which aim to introduce additional heating power into regions of the reductant tank that are not reached by the tank heater at the tank removal unit. This results in additional costs and a need for additional electrical connections. Depending on the concept of additional heating, the situation may even arise that even the auxiliary heater thaws only one cavity and then no longer is in direct contact with the HWL. In this case, it can reach an excess temperature. Due to the technical realization of the additional heating, which must have a rigid positioning at a predetermined location, it is not ensured that the additional heating can actually be positioned in the area in which a positive thermal effect can be achieved.
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Vorrichtung zum Beheizen des Inhalts eines Reduktionsmitteltanks eines SCR-Katalysators weist eine Tankheizung und eine Zusatzheizung auf. Die Tankheizung ist in dem Reduktionsmitteltank angeordnet und die Zusatzheizung ist an einem Auslass einer in den Reduktionsmitteltank führenden Reduktionsmittelrücklaufleitung angeordnet. Die Zusatzheizung ist so mit der Tankheizung verbunden, dass sie von der Tankheizung mit Wärmeenergie versorgt werden kann. Dies bietet gegenüber herkömmlichen elektrischen Zusatzheizungen den Vorteil, dass kein zusätzliches elektrisches Heizelement benötigt wird und die Zusatzheizung kostengünstig ausgeführt und mit wenig Verkabelungsaufwand installiert werden kann. Indem nicht nur ein einzelner Punkt des Tankinnenraums, sondern in den Reduktionsmitteltank zurückgeförderte Reduktionsmittelösung mittels der Zusatzheizung beheizt werden kann, wird eine schnelle und gleichmäßige Wärmeverteilung im Reduktionsmitteltank und damit ein vollständiges Auftauen seines Inhalt ermöglicht.The apparatus for heating the contents of a reducing agent tank of an SCR catalyst comprises a tank heater and an auxiliary heater. The tank heater is disposed in the reducing agent tank, and the auxiliary heater is disposed at an outlet of a reducing agent return pipe leading into the reducing agent tank. The auxiliary heater is connected to the tank heater so that it can be supplied by the tank heater with heat energy. This offers over conventional electrical booster heaters the advantage that no additional electrical heating element is needed and the additional heating can be inexpensively installed and installed with little cabling. By not only a single point of the tank interior, but in the reducing agent back-fed reducing agent solution can be heated by means of additional heating, a fast and uniform heat distribution in the reducing agent tank and thus a complete thawing of its contents is possible.
Vorzugsweise ist ein Fördermodul mit permanenter Rückförderung an der Unterseite des Reduktionsmitteltanks angeordnet. Dabei ist die Rücklaufleitung durch die Unterseite des Reduktionsmitteltanks geführt. Dies ermöglicht ein Entnehmen und Rückfördern von Reduktionsmittellösung an nah beieinander liegenden Stellen der Tankunterseite, so dass eine einfache Verbindung zwischen Tankheizung und Zusatzheizung möglich ist. Die permanente Rückförderung sorgt für ein Einbringen eines großen Volumens erwärmter Reduktionsmittellösung in den Reduktionsmitteltank.Preferably, a delivery module with permanent return conveyor is arranged on the underside of the reducing agent tank. The return line is guided through the underside of the reducing agent tank. This allows removal and return of reducing agent solution at close to each other points of the tank bottom, so that a simple connection between tank heating and auxiliary heating is possible. The permanent return feed ensures that a large volume of heated reducing agent solution is introduced into the reducing agent tank.
Bevorzugt ist ein Temperatursensor außerhalb des Reduktionsmitteltanks in der Reduktionsmittelleitung angeordnet. Dieser kann beispielsweise in dem Fördermodul, insbesondere innerhalb einer Rückförderpumpe des Fördermoduls oder in einem Tankflansch zwischen dem Fördermodul und dem Reduktionsmitteltank angeordnet sein. Der Temperatursensor ermöglicht die Überwachung der Temperatur von Reduktionsmittellösung, die in den Reduktionsmitteltank zurückgefördert wird. Die Zusatzheizung kann dann in Abhängigkeit von dieser gemessenen Temperatur angesteuert werden.Preferably, a temperature sensor is arranged outside of the reducing agent tank in the reducing agent line. This can, for example, in the delivery module, in particular within a return pump of the delivery module or in a tank flange between the delivery module and the Reductant tank be arranged. The temperature sensor allows monitoring of the temperature of reductant solution being returned to the reductant tank. The additional heating can then be controlled as a function of this measured temperature.
Stromabwärts der Zusatzheizung ist die Rücklaufleitung innerhalb des Reduktionsmitteltanks vorzugsweise als Schlitzschlauch ausgeführt. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung vorgeheizter Reduktionsmittellösung im Reduktionsmitteltank auch bei komplexen Tankgeometrien. Dabei tauen zu Beginn des Auftauprozesses des Tankinhalts zunächst nur die Schlitze in der Nähe des Auslasses auf, an dem die Zusatzheizung angeordnet ist. Es kann also nur wenig Reduktionsmittellösung durch den Schlitzschlauch gepumpt werden. Downstream of the additional heater, the return line within the reducing agent tank is preferably designed as a slot tube. This allows a uniform distribution of preheated reducing agent solution in the reducing agent tank even with complex tank geometries. At the beginning of the thawing process of the tank contents, only the slits close to the outlet at which the additional heating is arranged initially thaw. Thus, only a small amount of reducing agent solution can be pumped through the slot hose.
Sobald mehr Schlitze des Schlitzschlauches aufgetaut sind, kann die Rücklaufmenge angehoben werden. Hierzu ist es besonders bevorzugt, dass in dem Fördermodul ein Drucksensor angeordnet ist, mittels dessen der Fortschritt des Aufbauprozesses überwacht werden kann.As soon as more slits of the slit tube have thawed, the return amount can be raised. For this purpose, it is particularly preferred that in the delivery module, a pressure sensor is arranged, by means of which the progress of the building process can be monitored.
Das Verfahren zum Auftauen des Inhalts eines Reduktionsmitteltanks wird mittels der Vorrichtung durchgeführt. Dabei wird eine durch die Reduktionsmittelrücklaufleitung in den Reduktionsmitteltank zurückgeförderte Reduktionsmittellösung mittels der Zusatzheizung erwärmt, wenn der Inhalt des Reduktionsmitteltanks zumindest teilweise gefroren ist.The method for thawing the contents of a reducing agent tank is performed by the apparatus. In this case, a reductant solution conveyed back through the reducing agent return line into the reducing agent tank is heated by means of the additional heating when the content of the reducing agent tank is at least partially frozen.
Es ist bevorzugt, dass die zurückgeförderte Reduktionsmittellösung auf eine Temperatur im Bereich von mehr als 0°C bis maximal 60°C erwärmt wird. Zurückgeförderte Reduktionsmittellösung, deren Temperatur sich in diesem Temperaturbereich befindet, bewirkt ein schnelles Auftauen des Tankinhalts, ohne dass es aufgrund der erhöhten Temperatur zu einer beschleunigten Alterung der Reduktionsmittellösung kommen würde.It is preferred that the recycled reductant solution be heated to a temperature in the range of greater than 0 ° C to a maximum of 60 ° C. Returned reducing agent solution whose temperature is in this temperature range, causes a rapid thawing of the tank contents, without it would come to an accelerated aging of the reducing agent solution due to the increased temperature.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Volumenstrom der in den Reduktionsmitteltank zurückgeförderten Reduktionsmittellösung bei eingeschalteter Zusatzheizung so geregelt wird, dass ein vorgebbarer Systemdruck der Reduktionsmittellösung erreicht wird. Dieser kann vom Systemdruck der Reduktionsmittellösung im Betrieb bei ausgeschalteter Zusatzheizung abweichen. In einem normalen Betrieb eines SCR-Katalysatorsystem wird selbst dann wenn ein Fördermodul mit permanenter Rückförderung vorgesehen ist, nur ein geringer Volumenstrom in dem Reduktionsmitteltank zurückgefördert. Um ein schnelles Auftauen des Tankinhalts erreichen zu können, kann der Volumenstrom der Rückförderung während des Auftauvorgangs erhöht werden. Es kann sogar vorgesehen werden, dass auch dann wenn keine Eindosierung von HWL in den Abgasstrang angefordert wird, eine Förderung aus dem Reduktionsmitteltank erfolgt, um das geförderte Reduktionsmittellösungsvolumen vollständig in den Reduktionsmitteltank zurückzufördern und so eine maximale Erwärmung des Tankinhalts mittels der Zusatzheizung zu erreichen.Furthermore, it is preferable for the volume flow of the reducing agent solution conveyed back into the reducing agent tank to be regulated when the additional heating is switched on in such a way that a predefinable system pressure of the reducing agent solution is achieved. This may differ from the system pressure of the reducing agent solution during operation when the auxiliary heater is switched off. In a normal operation of an SCR catalyst system, even if a delivery module with permanent return delivery is provided, only a small volume flow is returned in the reducing agent tank. In order to achieve a rapid thawing of the tank contents, the volume flow of the return conveyor during the thawing process can be increased. It can even be provided that even if no metering of HWL is requested in the exhaust line, a promotion from the reducing agent tank is carried out to completely promote the subsidized reducing agent solution volume in the reducing agent tank and thus to achieve maximum heating of the tank contents by means of additional heating.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Steuergerät oder Rechengerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Dazu ist das Computerprogramm auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.The computer program is set up to perform every step of the method, in particular when it runs on a control unit or computing device. It allows the implementation of the method in a conventional electronic control unit without having to make any structural changes. For this purpose, the computer program is stored on the machine-readable storage medium.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, den Inhalt eines Reduktionsmitteltanks mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzutauen.By loading the computer program on a conventional electronic control unit, the electronic control device according to the invention is obtained, which is adapted to thaw the contents of a reducing agent tank by means of the method according to the invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is in the figure and will be explained in more detail in the following description.
Die Figur zeigt schematisch ein SCR-Katalysatorsystem, das im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und dessen Reduktionsmitteltank eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist.The figure shows schematically an SCR catalyst system which is arranged in the exhaust line of an internal combustion engine and whose reducing agent tank comprises a device according to an embodiment of the invention.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Der Abgasstrang
Wenn ermittelt wird, dass der Tankinhalt
In einem Ausführungsbeispiel, in dem der Reduktionsmitteltank
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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