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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen eines flüssigen Reinigungsmediums in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung und ein Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens. Aus der
DE 20 2007 018 423 U1 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs bekannt.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Kraftfahrzeugs mit einer als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine, deren Abgase mittels eines sogenannten SCR-Katalysators gereinigt werden, beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf eine derartige Ausgestaltung zu verstehen. Die vom Dieselmotor ausgestoßen Abgase enthalten Stickstoff-Sauerstoffverbindungen (NOx), welche nicht oder nur zu einem geringen Teil in die Umwelt gelangen sollen. Zur Reduzierung des NOx-Anteils im Abgas wird eine wässerige Harnstofflösung in das Abgas über eine Dosiereinrichtung eingebracht. Bei sehr tiefen Temperaturen kann es zum Einfrieren einzelner Bauteile der Dosiereinrichtung kommen, eine Harnstoffeinbringung ist dann nicht mehr möglich.
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Die
DE 20 2007 018 423 U1 schlägt zur besseren Reinigung des Abgases eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen unter gezielter Verwendung eines Reinigungsmediums vor.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Zuführen eines flüssigen Reinigungsmediums in einen Kraftfahrzeugabgasstrang mit verbesserter Wirksamkeit anzugeben, sowie ein Verfahren zu deren Betrieb. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem ersten Patentanspruch, beziehungsweise durch ein Verfahren zum Betriebe dieser Vorrichtung gemäß Patentanspruch 4 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Brennkraftmaschine eine thermische Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, vorzugsweise eine Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise, welche nach dem Diesel-oder Ottoprinzip betreibbar ist, zu verstehen. In dieser Brennkraftmaschine wird Kraftstoff verbrannt, die dabei entstehenden Abgase sind durch einen Kraftfahrzeugabgasstrang aus der Brennkraftmaschine abführbar. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine als eine flüssiggekühlte Brennkraftmaschine ausgeführt, insbesondere als eine sogenannte wassergekühlte Brennkraftmaschine. Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine zum Zuführen eines Kühlmittels einen Kühlmitteleingang und einen Kühlmittelausgang auf. Insbesondere durch den Betrieb der Brennkraftmaschine wird dieses Kühlmittel beim Durchströmen der Brennkraftmaschine vom Kühlmitteleingang hin zum Kühlmittelausgang erwärmt. Die Brennkraftmaschine ist insbesondere als eine Wärmequelle in einem Kraftfahrzeugkühlerkreislauf zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Kraftfahrzeugkühlerkreislauf eine Vorrichtung zum Kühlen der Brennkraftmaschine zu verstehen, welche wenigstens einen Kraftfahrzeugwärmetauscher, welcher als Wärmesenke zu verstehen ist, aufweist. Bezogen auf die planmäßige Strömung des Kühlmittels in dem Kraftfahrzeugkühlerkreislauf weist dieser wenigstens einen Niedertemperaturbereich und einen Hochtemperaturbereich auf, wobei wenigstens in einem stationären Betriebspunkt der Brennkraftmaschine die Temperatur im Niedertemperaturbereich geringer ist, als im Hochtemperaturbereich. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels im Kraftfahrzeugkühlmittelkreislauf erstreckt sich der Niedertemperaturbereich zwischen dem Kraftfahrzeugkühler und der Brennkraftmaschine und liegt stromaufwärts zu der Brennkraftmaschine und stromabwärts zum Kraftfahrzeugwärmetaucher. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels im Kraftfahrzeugkühlmittelkreislauf erstreckt sich der Hochtemperaturbereich zwischen der Brennkraftmaschine und dem Kraftfahrzeugwärmetauscher und liegt stromabwärts zu der Brennkraftmaschine und stromaufwärts zum Kraftfahrzeugwärmetauscher. Insbesondere kann als Kraftfahrzeugwärmetauscher jeder Wärmetauscher im Kraftfahrzeugkühlmittelkreislauf verstanden werden, mittels welchem dem Kühlmittel Wärme entziehbar ist. Insbesondere ist der Kraftfahrzeugkühler, beziehungsweise der Heizungswärmetauscher als ein solcher Kraftfahrzeugwärmetauscher zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter dem Kraftfahrzeugabgasstrang eine Einrichtung zum Abführen von Abgasen aus der Brennkraftmaschine zu verstehen, dabei weist ein derartiger Kraftfahrzeugabgasstrang wenigstens eine oder mehrere Rohrleitungen auf, die zum zielgerichteten Führen und Reinigen des Abgases aus der Brennkraftmaschine eingerichtet sind. Weiter vorzugsweise weist der Kraftfahrzeugabgasstrang einen sogenannten SCR-Katalysator (selectiv catalytic reduction) also einen Katalysator zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, auf. Einem derartigen Kraftfahrzeugabgasstrang ist mittels einer Dosiereinrichtung ein Reinigungsmedium selektiv zuführbar.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Reinigungsmedium ein unter Umgebungsbedingungen (20° C) flüssiges Medium zu verstehen, welches zur Reinigung des Abgases aus der Brennkraftmaschine beiträgt. Vorzugsweise ist unter dem Reinigungsmedium eine wässrige Lösung und bevorzugt eine wässrige Harnstofflösung, welche vorzugsweise als Bestandteile in etwa 1/3 Harnstoff und in etwa 2/3 demineralisiertem Wasser aufweist, zu verstehen. Insbesondere ist das Reinigungsmedium eine unter dem Handelsnamen Adblue bekannte Flüssigkeit und vorzugsweise ist das Reinigungsmedium dem Kraftfahrzeugabgasstrang mittels der Dosiereinrichtung selektiv zuführbar.
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Im Sinne der Erfindung ist unter der Dosiereinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, mit welcher dem Kraftfahrzeugabgasstrang das Reinigungsmedium kontinuierlich oder diskontinuierlich zuführbar ist. Vorzugsweise ist die Dosiereinrichtung als eine Einrichtung mit einem Einspritzventil zu verstehen, mittels welchem das Reinigungsmedium in den Kraftfahrzeugabgasstrang einspritzbar ist, so dass dieses sich im Abgas der Brennkraftmaschine verteilt. Weiter vorzugsweise entfaltet das Reinigungsmedium in Zusammenhang mit dem Katalysator, insbesondere dem SCR-Katalysator, seine reinigende Wirkung.
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Mittels einer ersten Temperiermediumsleitung und einer zweiten Temperiermediumsleitung ist der Dosiereinrichtung ein Temperiermedium zuführbar bzw. aus dieser wieder abführbar. Dabei dient dieses Temperiermedium dazu, eine Arbeitstemperatur der Dosiereinrichtung gegenüber der Umgebungstemperatur zu verändern, diese kann also wahlweise gekühlt oder erwärmt werden. Insbesondere die Kühlung dient vorzugsweise dem Bauteilschutz. Insbesondere wenn das Reinigungsmedium Harnstoff als einen Bestandteil aufweist, kann dieser bei über 130°C zu Ammoniak zerfallen. Zwar ist Ammoniak in der Abgasanlage zur Abgasreinigung erwünscht, aber innerhalb der Dosiereinrichtung ist dieser unerwünscht, da der Ammoniak insbesondere die Korrosion in dieser Einrichtung fördern kann. Insbesondere ist es mittels des Temperiermediums ermöglicht, die Dosiereinrichtung zu kühlen, also Wärme aus dieser abzuführen, und so die Dosiereinrichtung zu schützen.
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Zum zielgerichteten Temperieren der Dosiereinrichtung bilden die Dosiereinrichtung die erste Temperiermediumsleitung und die zweite Temperiermediumsleitung einen Dosiereinrichtungszweig. Dabei ist die erste Temperiermediumsleitung mit dem Niedertemperaturbereich des Kraftfahrzeugkühlmittelkreislaufs fluidleitend verbunden oder verbindbar und die zweite Temperiermediumsleitung ist mit dem Hochtemperaturbereich des Kraftfahrzeugkühlmittelkreislaufs fluidleitend verbunden oder verbindbar. Im planmäßigen Betrieb der Brennkraftmaschine weist der Niedertemperaturbereich ein niedrigeres Temperaturniveau auf als der Hochtemperaturbereich. Dabei ist das durch den Dosiereinrichtungszweig strömende Temperiermedium insbesondere als Teilstrom des durch den Kühlmittelkreislauf strömenden Kühlmittels zu verstehen.
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Weiter ist eine Temperiermediumsfördereinrichtung zum Fördern von Temperiermedium durch die Dosiereinrichtung vorgesehen, also eine Einrichtung zum Erzeugen eines Temperiermediumsvolumenstroms durch den Dosiereinrichtungszweig. Dabei ist im Sinne der Erfindung diese Förderrichtung, bei welcher Wärme aus der Dosiereinrichtung an den Hochtemperaturbereich abführbar ist, als erste Förderrichtung durch diesen Dosiereinrichtungszweig zu verstehen. Der Betriebszustand, bei welchem Temperiermedium in der ersten Förderrichtung durch die Dosiereinrichtung gefördert wird, ist als erster Betriebszustand der Temperiermediumsfördereinrichtung zu verstehen, insbesondere in diesem ersten Betriebszustand wird die Dosiereinrichtung gekühlt.
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Diese Temperiermediumsfördereinrichtung ist in einen zweiten Betriebszustand umschaltbar, wobei in diesem zweiten Betriebszustand die Förderrichtung des Temperiermediums durch den Dosiereinrichtungszweig gegenüber der ersten Förderrichtung umgekehrt ist, dieses Temperiermedium ist also dann dem Niedertemperaturbereich zuführbar, insbesondere in diesem zweiten Betriebszustand wird die Dosiereinrichtung erwärmt.
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Im ersten Betriebszustand der Temperiermediumsfördereinrichtung ist Wärme aus der Dosiereinrichtung abführbar, hingegen ist im zweiten Betriebszustand Wärme der Dosiereinrichtung zuführbar, insbesondere dadurch ist ein gezieltes einstellen einer Temperatur für die Dosiereinrichtung ermöglicht und damit ist die Reinigungswirkung, welche mittels dem Reinigungsmedium im Kraftfahrzeugabgasstrang erreichbar ist, verbesserbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Temperiermediumsleitung fluidleitend mit dem Kühlmitteleingang der Brennkraftmaschine verbunden, bzw. ist die erste Temperiermediumsleitung mit dem Kühlmitteleingang der Brennkraftmaschine verbindbar. Weiter vorzugsweise ist die zweite Temperiermediumsleitung mit dem Kühlmittelausgang der Brennkraftmaschine fluidleitend verbunden bzw. ist die zweite Temperiermediumsleitung fluidleitend mit dem Kühlmittelausgang der Brennkraftmaschine verbindbar. Insbesondere durch diese Verschaltung der Temperiermediumsleitungen mit dem Kühlmitteleingang/Kühlmittelausgang der Brennkraftmaschine, ist der Dosiereinrichtungszweig als Bypass zur Brennkraftmaschine zu verstehen. Insbesondere mittels dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es ermöglicht, besonders warmes Kühlmittel vom Kühlmittelausgang der Brennkraftmaschine bzw. besonders kühles Kühlmittel vom Kühlmitteleingang der Brennkraftmaschine der Dosiereinrichtung als Temperiermedium zuzuführen und somit ist eine besonders gute Einstellung der Temperatur der Dosiereinrichtung erreichbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Temperiermediumsfördereinrichtung als eine, bezogen auf ihre Förderrichtung, umschaltbare Pumpe ausgebildet. Eine derartige umschaltbare Pumpe ist als eine sogenannte bidirektionale Pumpe aufzufassen. Insbesondere mittels einer umschaltbar Pumpe ist es besonders einfach ermöglicht, die Förderrichtung des Temperiermediums im Dosiereinrichtungszweig umzukehren.
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Vorzugsweise ist mittels einer derartigen Vorrichtung auch einer Speichereinrichtung, in welcher das Reinigungsmedium aufgenommen ist, beziehungsweise Leitungen, welche zum Führen des Reinigungsmediums von der Speichereinrichtung zur Dosiereinrichtung vorgesehen sind, auf die gleiche Weise wie der Dosiereinrichtung, Wärme zuführbar bzw. Wärme aus dieser abführbar.
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Weiter ist ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung, wie diese zuvor beschrieben ist, vorgesehen, wobei dieses Verfahren die Schritte aufweist,
- • Erfassen einer Dosiereinrichtungstemperatur,
- • Vergleichen der Dosiereinrichtungstemperatur mit einem ersten Temperaturschwellenwert,
- • umschalten, bzw. erhalten, der zweiten Förderrichtung, wenn die Dosiereinrichtungstemperatur dem ersten Temperaturschwellenwert entspricht oder diesen unterschritten hat.
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Das flüssige Reinigungsmedium weist einen Gefrierpunkt auf und im gefrorenen Zustand kann dieses nicht mehr in den Kraftfahrzeugabgasstrang eingebracht werden. Für den Fall, dass die Dosiereinrichtungstemperatur eine bestimmte Temperatur unterschreitet, kann es also zum Einfrieren der Dosiereinrichtung kommen und die Abgasreinigung verschlechtert sich in einem solchen Fall. Das Einfrieren ist dadurch verhinderbar oder wenigstens verzögerbar, dass die Dosiereinrichtung durch Zuführen von Wärme aus der Brennkraftmaschine erwärmt wird, wie dies durch die Erfindung vorgeschlagen ist.
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Im Sinne der Erfindung ist unter der Dosiereinrichtungstemperatur eine Temperatur zu verstehen, welche insbesondere an der Dosiereinrichtung vorliegt bzw. eine Temperatur, mit welcher die Dosiereinrichtung beaufschlagt ist. Insbesondere kann die Dosiereinrichtungstemperatur die Umgebungstemperatur sein bzw. kann dieser entsprechen. Vorzugsweise kann die Dosiereinrichtungstemperatur mittels eines Temperatursensors an der Dosiereinrichtung selbst oder an einer anderen Komponente des Kraftfahrzeugs, in welchem diese Vorrichtung aufgenommen ist, bestimmt werden.
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Der erste Temperaturschwellenwert hängt insbesondere mit dem Gefrierpunkt des Reinigungsmediums zusammen. Dabei kann der erste Temperaturschwellenwert frei vorgegeben werden, vorzugsweise berechnet werden und besonders bevorzugt wird dieser durch Versuche ermittelt. Insbesondere durch das vorgeschlagene Betriebsverfahren ist es ermöglicht, die Abgasreinigung mit dem Reinigungsmedium auch bei tiefen Temperaturen zu betreiben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, wird neben der Dosiereinrichtungstemperatur eine Brennkraftmaschinentemperatur erfasst. Vorzugsweise entspricht diese Brennkraftmaschinentemperatur der Temperatur wenigstens einer Komponente der Brennkraftmaschine oder bevorzugt der Temperatur des Kühlmittels an wenigstens einer Stelle im Kraftfahrzeugkühlerkreislauf. Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschinentemperatur unmittelbar mittels eines Temperatursensors erfasst oder mittelbar erfasst, insbesondere wird diese über eine bestimmte Laufzeit der Brennkraftmaschine erfasst. Insbesondere mittels der Berücksichtigung der Brennkraftmaschinentemperatur beim Bestimmen der Förderrichtung (insbesondere zweite Förderrichtung) des Temperiermediums durch den Dosiereinrichtungszweig ist es ermöglicht, erst dann Temperiermedium durch die Dosiereinrichtung zu führen, wenn die Brennkraftmaschine ausreichend Wärme zur Verfügung stellt, welche zur Erwärmung der Dosiereinrichtung herangezogen werden kann. Insbesondere mittels eines derart verfeinerten Betriebsverfahrens ist eine bessere Steuerung der Dosiereinrichtung ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Temperiermediumsfördereinrichtung temperaturabhängig in der ersten Förderrichtung betrieben wird, vorzugsweise ist diese erste Förderrichtung als Hauptförderrichtung vorgesehen. Vorzugsweise ist zum Steuern der ersten Förderrichtung ein dritter Temperaturschwellenwert vorgesehen. Insbesondere wenn die Dosiereinrichtungstemperatur diesem dritten Temperaturschwellenwert entspricht oder oberhalb dieses Temperaturschwellenwerts liegt, wird auf die erste Fördereinrichtung umgeschaltet oder diese wird erhalten. Vorzugsweise entspricht der dritte Temperaturschwellenwert dem ersten Temperaturschwellenwert oder liegt bevorzugt oberhalb dieses Werts. Insbesondere mittels eines dritten Temperaturschwellenwerts ist ein effizienterer Betrieb der Vorrichtung ermöglicht (kühlen/erwärmen der Dosiereinrichtung).
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Weiter ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, auf welcher das Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung zum Zuführen des flüssigen Reinigungsmediums in Form von computerausführbaren Anweisungen abgelegt ist. Vorzugsweise ist diese Steuereinrichtung als ein elektronisches Steuergerät ausgebildet und zur Steuerung einer Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art ausgebildet.
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Nachfolgend sind einzelne Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung anhand der wenigstens teilweise schematisierten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
- 1: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Zuführen des flüssigen Reinigungsmediums in den Kraftfahrzeugabgasstrang dargestellt.
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Die Dosiereinrichtung 1 ist über die Reinigungsmediumsleitung 11 mit dem Harnstofftank 5 verbunden. Das flüssige Reinigungsmedium ist eine wässrige Harnstofflösung und im Harnstofftank 5 gespeichert. Mittels der Dosiereinrichtung 1, wird das Reinigungsmedium in die Auspuffanlage 4, welche Teile des Kraftfahrzeugabgasstrangs ist, eingebracht.
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Die Brennkraftmaschine 3 weist einen Kühlmitteleingang 7 und einen Kühlmittelausgang 8 auf, mittels dieser Anschlüsse (7, 8) wird die Brennkraftmaschine 3 mit flüssigem Kühlmittel versorgt. Der Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine erstreckt sich von der Brennkraftmaschine 3, welche eine Wärmequelle ist, über den Hochtemperaturbereich 13, den Kraftfahrzeugkühler 6, welcher eine Wärmesenke ist, über den Niedertemperaturbereich 12 zurück zur Brennkraftmaschine.
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Im ersten Betriebszustand wird der Dosiereinrichtung 1 über die als bidirektionale Pumpe 2 ausgebildete Temperiermediumsfördereinrichtung Temperiermedium über die erste Temperiermediumsleitung 10 zugeführt, welches über die zweite Temperiermediumsleitung 9 wieder zurück in den Kühlmittelkreislauf und dort in den Hochtemperaturbereich 13 geführt wird. Das Temperiermedium, welches als ein Teilstrom aus dem Kühlmittelkreislauf abgezweigt ist, wird im ersten Betriebszustand in der ersten Förderrichtung 14 gefördert.
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Im zweiten Betriebszustand wird der Dosiereinrichtung 1 über die als bidirektionale Pumpe 2 ausgebildete Temperiermediumsfördereinrichtung Temperiermedium über die zweite Temperiermediumsleitung 9 zugeführt, welches über die erste Temperiermediumsleitung 10 wieder zurück in den Kühlmittelkreislauf und dort in den Niedertemperaturbereich 12 geführt wird. Das Temperiermedium, welches als ein Teilstrom aus dem Kühlmittelkreislauf abgezweigt ist, wird im zweiten Betriebszustand in der zweiten Förderrichtung 15 gefördert.
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Durch die Umschaltbarkeit der Förderrichtung der bidirektionalen Pumpe 2 und die Verschaltung mit dem Nieder- und Hochtemperaturbereich des Kühlmittelkreislaufs der Brennkraftmaschine 3 ist eine bedarfsgerechte Temperatursteuerung der Dosiereinrichtung 1 ermöglicht. Vorliegend kann bei „normalen“ Temperaturen die Dosiereinrichtung 1 gekühlt werden (erster Betriebszustand) und damit ist eine verbesserte Reinigungswirkung erreichbar und bei „tiefen“ Temperaturen, insbesondere -10° C oder weniger, kann die Dosiereinrichtung gewärmt werden (zweiter Betriebszustand), damit wird der Anwendungsbereich der Vorrichtung erweitert und es ist eine bessere Reinigungswirkung erreichbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dosiereinrichtung
- 2
- Bidirektionale Pumpe
- 3
- Brennkraftmaschine
- 4
- Kraftfahrzeugabgasstrang
- 5
- Harnstoffstank
- 6
- Kraftfahrzeugkühler
- 7
- Kühlmitteleingang
- 8
- Kühlmittelausgang
- 9
- zweite Temperiermediumsleitung
- 10
- erste Temperiermediumsleitung
- 11
- Reinigungsmediumsleitung
- 12
- Niedertemperaturbereich des Kraftfahrzeugkühlerkreislaufs
- 13
- Hochtemperaturbereich des Kraftfahrzeugkühlerkreislaufs
- 14
- erste Förderrichtung
- 15
- zweite Förderrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007018423 U1 [0001, 0003]
