DE102016224237A1

DE102016224237A1 - Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102016224237A1
Application number: DE102016224237.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kellner; Martin Katz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-06-07

Abstract

Eine Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung (2) zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels (34, 38) in einen Abgasstrang (4) eines Verbrennungsmotors (6) hat einen Tank (8), der zum Speichern des fluiden Reduktionsmittels (34, 38) ausgebildet ist; eine Dosiervorrichtung (10), die ausgebildet ist, fluides Reduktionsmittel (34, 38) in den Abgasstrang (4) einzudosieren; eine Pumpvorrichtung (12), die ausgebildet ist, Reduktionsmittel (34) aus dem Tank (8) zu entnehmen und durch eine Druckleitung (22) der Dosiervorrichtung (10) unter erhöhtem Druck zuzuführen; und eine Rücklaufleitung (24), die mit der Druckleitung (22) verbunden ist, um überschüssiges Reduktionsmittel, das nicht von der Dosiervorrichtung (10) in den Abgasstrang (4) eindosiert wird, in den Tank (8) zurückzuführen. An einem in dem Tank (8) angeordneten Ende der Rücklaufleitung (24) ist eine Düse (30) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung, die zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist.
Stand der Technik
Zum Entsticken der Abgase von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, hat sich die SCR-Technik („selective catalytic reduction“) bewährt. Hierfür wurden Systeme entwickelt, welche die Einhaltung der geforderten Abgasgrenzwerte durch eine definierte Zugabe einer Denoxierflüssigkeit, insbesondere wässriger Harnstofflösung („AdBlue®“), als Reduktionsmittel in den Abgasstrang des Verbrennungsmotors und die Reduktion der Stickoxide in einem anschließenden SCR-Katalysator ermöglichen. Derartige Systeme umfassen im Wesentlichen einen Tank zur Speicherung der Harnstofflösung, ein Fördermodul mit einer Filter- und Pumpeneinheit, die vorgesehen ist, die Denoxierflüssigkeit aus dem Tank zu entnehmen und einem Dosiermodul zuzuführen, ein Dosiermodul, das am Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und ein Steuergerät.
Wässrige Harnstofflösung gefriert bei Temperaturen unterhalb von -11 °C. Der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung kann nicht weiter gesenkt werden, ohne die Funktionsfähigkeit als Reduktionsmittel zu beeinträchtigen.
Der Betrieb des Abgasreinigungssystems bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes der Denoxierflüssigkeit ist daher problematisch.
Ein ggf. in der Filter- und Pumpeneinheit vorhandenes Heizelement taut nur das Fluid innerhalb und in unmittelbarer Nähe der Filter- und Pumpeneinheit auf, so dass das Fluid innerhalb der Filter- und Pumpeneinheit und in deren Ansaugbereich flüssig ist. Weite Bereiche des teilweise stark zerklüfteten Innenraums des Tanks werden von der Wärme des Heizelements nicht erreicht, so dass die Denoxierflüssigkeit in diesen Bereichen gefroren bleibt.
Eine mögliche Lösung, den Tank mit Heizmatten auszulegen, ist sehr aufwendig, und für die elektrische Kontaktierung mit der Filter- und Pumpeneinheit existiert keine genormte Schnittstelle.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbessere Lösung zum Auftauen gefrorener Denoxierflüssigkeit im Tank einer Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung, die zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels („Denoxierflüssigkeit“) in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgesehen und ausgebildet ist, einen Tank, der zum Speichern des fluiden Reduktionsmittels ausgebildet ist; eine Dosiervorrichtung, die ausgebildet ist, das Reduktionsmittel in den Abgasstrang einzudosieren; eine Pumpvorrichtung, die ausgebildet ist, das Reduktionsmittel aus dem Tank zu entnehmen und der Dosiervorrichtung durch eine Druckleitung unter erhöhtem Druck zuzuführen; und eine Rücklaufleitung, die mit der Druckleitung verbunden ist, um überschüssiges Reduktionsmittel, das nicht von der Dosiervorrichtung in den Abgasstrang eindosiert wird, in den Tank zurückzuführen. An einem innerhalb des Tanks angeordnete Ende der Rücklaufleitung ist eine Düse vorgesehen, die es ermöglicht, das in den Tank zurückgeführte fluide Reduktionsmittel mit erhöhter Geschwindigkeit und in einer vorgegebenen Richtung in den Tank einzubringen.
Ein Verfahren zum Auftauen von Reduktionsmittel im Tank einer erfindungsgemäßen Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine Pumpvorrichtung zu betreiben, um Reduktionsmittel aus dem Tank zu entnehmen und unter erhöhtem Druck in die Druckleitung abzugeben. Das Verfahren umfasst weiter, wenigstens einen Teil des Reduktionsmittels aus der Druckleitung durch eine Rücklaufleitung und eine am Ende der Rücklaufleitung ausgebildete Düse in den Tank zurückzuführen. Das Verfahren umfasst dabei insbesondere, den Druck des Reduktionsmittels in der Rücklaufleitung durch eine in der Rücklaufleitung angeordnete Spülpumpe zu erhöhen.
Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird eine Rücklaufleitung genutzt, um aufgewärmtes Fluid unter erhöhtem Druck in den Tank zurückzuführen und dort so zu verteilen, dass gezielt gefrorene Bereiche des Tanks angeströmt und aufgetaut werden.
In einer Ausführungsform ist die Düse beheizbar. Dies ermöglicht es, gefrorenes Reduktionsmittel in der Düse aufzutauen, um von Beginn an einen Reduktionsmittelfluss durch die Düse zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform ist die Düse integral mit der Rücklaufleitung ausgebildet ist. Ein integral mit der Rücklaufleitung ausgebildete Düse ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung und Montage der Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung.
In einer Ausführungsform ist die Düse als Aufsatz auf die Rücklaufleitung ausgebildet. Dies ermöglicht es, die Düse unabhängig von der Rücklaufleitung herzustellen und den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend auszuwählen, zu dimensionieren und/oder einzurichten.
In einer Ausführungsform ist die Sprührichtung der Düse einstellbar, so dass die Austrittsrichtung des Reduktionsmittels aus der Düse einfach verändert und an die jeweiligen Bedürfnisse, insbesondere an die Geometrie des Tanks angepasst werden kann.
In einer Ausführungsform ist in der Rücklaufleitung eine Spülpumpe ausgebildet. Durch eine in der Rücklaufleitung angeordnete Spülpumpe kann der Druck des fluiden Reduktionsmittels in der Rücklaufleitung erhöht werden, so dass das fluide Reduktionsmittel immer mit ausreichendem Druck in den Tank eingebracht werden kann, insbesondere auch in einem Betriebszustand, in dem das Dosiermodul geöffnet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann in der Rücklaufleitung ein Rücklaufleitung-Rückschlagventil ausgebildet sein. Ein Rücklaufleitung-Rückschlagventil kann insbesondere so ausgebildet sein, dass es erst öffnet, wenn ein vorgegebener Druck in der Druckleitung und/oder in der Rücklaufleitung überschritten wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Reduktionsmittel auf einen vorgegebenen Druck komprimiert und dabei erwärmt wird, bevor es in den Tank zurückgeführt wird.
In einer Ausführungsform ist in der Druckleitung ein Druckleitung-Rückschlagventil ausgebildet, um einen unerwünschten Rücklauf von Reduktionsmittel in die Pumpvorrichtung zu verhindern.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, die Dosiervorrichtung zu verschließen und kein Reduktionsmittel aus der Druckleitung durch die Dosiervorrichtung in den Abgasstrang einzudosieren. Auf diese Weise wird das gesamte von der Pumpvorrichtung geförderte Reduktionsmittel genutzt, um gefrorenes Reduktionsmittel im Tank aufzutauen. Gefrorenes Reduktionsmittel im Tank kann so besonders effektiv und schnell aufgetaut werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, einen Teil des Reduktionsmittels aus der Druckleitung durch die Dosiervorrichtung in den Abgasstrang einzudosieren. Auf diese Weise kann gefrorenes Reduktionsmittel im Tank parallel zum Betrieb der Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung aufgetaut werden. Die Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung kann so bereits zur Abgasreinigung eingesetzt werden, bevor das gesamte im Tank gespeicherte Reduktionsmittel aufgetaut worden ist.
Figurenbeschreibung
Im Folgenden wird ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher beschrieben.
Die Figur zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung 2 umfasst eine Dosiervorrichtung 10, die an einem Abgasstrang 4 eines Verbrennungsmotors 6 angebracht ist, um fluides Reduktionsmittel 34, 36, 38 in den Abgasstrang 4 des Verbrennungsmotors 6 einzuspritzen.
Das in den Abgasstrang 4 einzuspritzende Reduktionsmittel 34, 36, 38 ist in einem Tank 8 gespeichert.
Eine Pumpvorrichtung 12 ist vorgesehen, Reduktionsmittel 34, 36, 38 durch eine Fluidentnahmeleitung 20 aus dem Tank 8 zu entnehmen und der Dosiervorrichtung 10 durch eine Druckleitung 22 unter erhöhtem Druck zuzuführen.
Die Pumpvorrichtung 12 umfasst eine von einem Motor 14 angetriebene Pumpe 15 sowie zwei Ein-Wege-Ventile 16, 18, von denen jeweils eines stromaufwärts und stromabwärts der Pumpe 15 angeordnet ist.
Die Pumpvorrichtung 12 kann ein in der Figur nicht gezeigtes Filter umfassen, das insbesondere stromaufwärts der Pumpe 15 angeordnet ist, um zur verhindern, das Schmutzpartikel aus dem Tank 8 in die Pumpe 15 und/oder die Dosiervorrichtung 10 eindringen und diese verstopfen und/oder beschädigen.
Die Pumpvorrichtung 12 ist in der Figur schematisch außerhalb des Tanks 8 gezeigt. Die Pumpvorrichtung 12 kann, insbesondere als integrierte Filter- und Pumpeneinheit, welche die Pumpe 15 und ein Filter umfasst, auch innerhalb des Tanks 8, insbesondere am Boden des Tanks 8 angeordnet sein.
Zusätzlich ist eine Steuervorrichtung 28, insbesondere eine elektronische Steuervorrichtung 28, vorgesehen, vorgesehen, die ausgebildet ist, den Motor 14 der Pumpe 15 und die Dosiervorrichtung 10 so anzusteuern, dass eine gewünschte Menge an Reduktionsmittel 34, 36, 38 in den Abgasstrang 4 des Verbrennungsmotors 6 eingespritzt wird.
Stromabwärts der Pumpvorrichtung 12, insbesondere zwischen dem Ausgang der Pumpvorrichtung 12 und der Dosiervorrichtung 10, zweigt eine Rücklaufleitung 24 von der Druckleitung 22 ab.
Das von der Druckleitung 22 abgewandte Ende der Rücklaufleitung 24 endet im Tank 8. An diesem innerhalb des Tanks 8 angeordneten Ende der Rücklaufleitung 24 ist eine Düse 30 ausgebildet, um das durch die Rücklaufleitung 24 in den Tank 8 zurückgeführte Reduktionsmittel 34, 36, 38 zu komprimieren und zielgerichtet in den Tank 8 einzubringen.
In der Rücklaufleitung 24 ist eine Spülpumpe 26 vorgesehen, die ausgebildet ist, den Druck des Reduktionsmittels 34, 36, 38, das aus der Druckleitung 22 in den Tank 8 strömt, noch weiter zu erhöhen.
Innerhalb oder in räumlicher Nähe der Fluidentnahmestelle, d.h. dem Ende der Fluidentnahmeleitung 20 im Tank 8, und/oder der Düse 30 ist in dem Tank 8 eine elektrische Heizvorrichtung 32 vorgesehen. Die elektrische Heizvorrichtung 32 wird ebenfalls von der Steuervorrichtung 28 angesteuert, um zu Beginn des Betriebs gefrorenes Reduktionsmittel 36, das sich in der näheren Umgebung der Entnahmestelle und/oder der Düse 30 befindet, aufzutauen. Die elektrische Heizvorrichtung 32 kann zumindest teilweise direkt in der Düse 30 angeordnet sein, um von Beginn an einen Fluidfluss durch die Düse 30 zu ermöglichen.
Sobald, z.B. durch die elektrische Heizvorrichtung 32, etwas Reduktionsmittel 34 am Einsaugbereich der Fluidentnahmeleitung 20 aufgetaut worden ist, kann die Fluidförderung beginnen.
Die Spülpumpe 26 wird aktiviert, um Reduktionsmittel aus der Druckleitung 22 durch die Rücklaufleitung 24 zurück in den Tank 8 zu fördern.
Die Dosiervorrichtung 10 kann zunächst geschlossen bleiben, so dass kein von der Pumpvorrichtung 12 gefördertes Reduktionsmittel 34, 38 in den Abgasstrang 4 eingespritzt wird. Dadurch steigt der Druck in der Druckleitung 22, die den Ausgang der Pumpvorrichtung 12 mit der Dosiervorrichtung 10 verbindet, und die gesamte von der Pumpvorrichtung 12 geförderte Reduktionsmittelmenge steht zur Verfügung, um weiteres Reduktionsmittel 36, 38 im Tank 8 aufzutauen.
Durch die Spülpumpe 26 kann stets, insbesondere auch nachdem das Dosiermodul 10 geöffnet worden ist, fluides Reduktionsmittel 34 mit ausreichendem Druck in den Tank 8 eingebracht werden.
Durch das Verdichten (Erhöhen des Drucks) wird die Energie im Reduktionsmittel 34, 38 erhöht, ebenso durch die Entspannung am Austritt der Rücklaufleitung 24 innerhalb des Tanks 8. Der Austritt der Rücklaufleitung 24 ist als Düse 30 ausgebildet oder mit einer Düse 30 versehen. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des zurückgeförderten fluiden Reduktionsmittels 38 weiter erhöht.
Durch geeignetes Ausrichten der Düse 30 kann die Richtung des Reduktionsmittelstrahls 38 im Tank 8 so ausgerichtet werden, dass er möglichst weit in den Tank 8 hineinreicht.
Durch die hohe Viskosität des Reduktionsmittels 34, 36, 38 bei tiefen Temperaturen reißt der Reduktionsmitteltrahl 38 auch Reduktionsmittel 36, 38 in seiner Umgebung mit, so dass das Reduktionsmittel 34, 36, 38 im gesamten Volumen des Tanks 8 gut durchmischt und aufgetaut wird.

Claims

Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung (2), zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels (34, 38) in einen Abgasstrang (4) eines Verbrennungsmotors, (6) mit: einem Tank (8), der zum Speichern des fluiden Reduktionsmittels (34, 38) ausgebildet ist; einer Dosiervorrichtung (10), die ausgebildet ist, fluides Reduktionsmittel (34, 38) in den Abgasstrang (4) einzudosieren; einer Pumpvorrichtung (12), die ausgebildet ist, Reduktionsmittel (34) aus dem Tank (8) zu entnehmen und der Dosiervorrichtung (10) durch eine Druckleitung (22) unter erhöhtem Druck zuzuführen; und einer Rücklaufleitung (24), die mit der Druckleitung (22) verbunden ist, um überschüssiges Reduktionsmittel, das nicht von der Dosiervorrichtung (10) in den Abgasstrang (4) eindosiert wird, in den Tank (8) zurückzuführen; wobei an einem in dem Tank (8) angeordneten Ende der Rücklaufleitung (24) eine Düse (30) ausgebildet ist.
Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Düse (30) beheizbar ist.
Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Düse (30) integral mit der Rücklaufleitung (24) ausgebildet ist.
Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Düse (30) als Aufsatz auf die Rücklaufleitung (24) ausgebildet ist.
Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sprührichtung der Düse (30) einstellbar ist.
Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Rücklaufleitung (24) eine Spülpumpe (26) vorgesehen ist.
Verfahren zum Auftauen von Reduktionsmittel im Tank (8) einer Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst: die Pumpvorrichtung (12) zu betreiben, um Reduktionsmittel (34) aus dem Tank (8) zu entnehmen und unter erhöhtem Druck in die Druckleitung (22) abzugeben; und wenigstens einen Teil des Reduktionsmittels (34) aus der Druckleitung (22) durch die Rücklaufleitung (24) und die Düse (30) in den Tank (8) zurückzuführen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren umfasst, den Druck des Reduktionsmittels (34) in der Rücklaufleitung (24) durch eine Spülpumpe (26) zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Verfahren umfasst, einen Teil des Reduktionsmittels (34, 38) aus der Druckleitung (22) durch die Dosiervorrichtung (10) in den Abgasstrang (4) einzudosieren.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Verfahren umfasst, die Dosiervorrichtung (10) zu verschließen und kein Reduktionsmittel aus der Druckleitung (22) durch die Dosiervorrichtung (10) in den Abgasstrang (4) einzudosieren.