-
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine und wenigstens eine Abgasleitung zum Abführen von Verbrennungsgas aus der Brennkraftmaschine, sowie einen Tank zur Aufnahme einer Behandlungsflüssigkeit, der mit der Abgasleitung verbunden ist, um die Behandlungsflüssigkeit in die Abgasleitung zu fördern, wobei am Tank Heizmittel zum bedarfsabhängigen Erwärmen des Tanks vorgesehen sind.
-
Moderne Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen, üblicherweise mit Diesel betriebenen Maschinen, weisen einen Tank zur Aufnahme einer Behandlungsflüssigkeit auf, die in eine Abgasleitung, über die Verbrennungsgas abgeführt wird, eingebracht wird, um im Abgas enthaltene gasförmige Schadstoffbestandteile zu reduzieren oder zu beseitigen. Diese Behandlungsflüssigkeit, zumeist „AdBlue“ oder auch „AUS32“ genannt, ist eine wässrige Harnstofflösung bestehend aus Harnstoff und demineralisiertem Wasser. Diese Lösung wird in den Abgasstrom eingespritzt und führt zu einer selektiven katalytischen Reduktion der im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx). Durch das Einspritzen in den heißen Abgasstrom kommt es zu einer Thermolyse des Harnstoffs zu Ammoniak und Isocyansäure und einer anschließenden Hydrolyse der Isocyansäure zu Ammoniak und Kohlendioxid. Der Ammoniak reduziert schließlich das im Abgas, das üblicherweise eine Temperatur von circa 170°C aufweist, enthaltene Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid in Stickstoff und Wasserdampf. Diese Reduktion geschieht in einem entsprechenden Katalysator, dem das heiße Abgas, in das kurz vor dem Katalysator die Behandlungsflüssigkeit mit einem geeigneten Injektor injiziert wurde, zugeführt wird. Die Funktion einer solchen NOx-Reduzierung ist bekannt.
-
Wie beschrieben handelt es sich bei der Behandlungsflüssigkeit um eine wasserbasierte Harnstofflösung. Diese gefriert ab circa -7°C. Um die gefrorene Flüssigkeit aufzutauen beziehungsweise im Betrieb ein Einfrieren zu verhindern, ist der Tank mit einem entsprechenden Heizmittel versehen, beispielweise in Form von Heizspulen oder Heizmatten, um den Tank und die darin aufgenommene Behandlungsflüssigkeit zu erwärmen und aufzutauen. Da jedoch der Tank ein beachtliches Volumen aufweist und zwischen 12-25 Liter bei PKWs und zwischen 50-100 Liter bei LKWs aufnimmt, dauert es trotz entsprechender Heizleistung des Heizmittels eine gewisse Zeit, um zumindest einen Teil der gefrorenen Behandlungsflüssigkeit zu verflüssigen respektive sie insgesamt aufzutauen. Um den Auftauvorgang sehr schnell durchzuführen, werden entsprechend große und aufwendige Heizelemente mit hohem Energiebedarf verbaut, gleichwohl verläuft aufgrund der relativ hohen Flüssigkeitsmenge der Auftauvorgang verzögert. Dies führt dazu, dass die Behandlungsflüssigkeit beim Starten des Kraftfahrzeugs und für geraume Zeit danach nicht zur Verfügung steht.
-
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein dem gegenüber verbessertes Kraftfahrzeug anzugeben.
-
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein ebenfalls mit der Abgasleitung verbundener zweiter Tank vorgesehen ist, der ein kleineres Volumen als der erste Tank aufweist und der ebenfalls eine separates Heizmittel zum bedarfsabhängigen Erwärmen aufweist.
-
Erfindungsgemäß ist ein zusätzlicher zweiter Tank vorgesehen, der, verglichen mit dem ersten „Haupttank“, ein wesentlich kleineres Volumen aufweist. Der zweite „Zusatztank“ verfügt ebenfalls über ein separat betreibbares Heizmittel, so dass in ihm aufgenommene Behandlungsflüssigkeit, die gegebenenfalls eingefroren ist, erwärmt und aufgetaut werden kann.
-
Da jedoch das Volumen dieses zweiten Tanks wesentlich kleiner ist als das des ersten Tanks, kann dieser Auftauvorgang wesentlich schneller vonstattengehen, das heißt, dass die Behandlungsflüssigkeit wesentlich schneller zur Verfügung steht und in die Abgasleitung eingespritzt werden kann, mithin also das Abgas gereinigt werden kann. Das bedeutet, dass kurz nach Starten der Brennkraftmaschine trotz eingefrorener Behandlungsflüssigkeit im ersten und im zweiten Tank bereits etwas verflüssigte Behandlungsflüssigkeit zur Verfügung steht, da im zweiten Tank der Auftauvorgang sehr rasch einsetzt und demzufolge ein wenngleich geringeres Volumen an Behandlungsflüssigkeit zur Verfügung steht. Diese ist aber ausreichend, um den Reinigungsprozess durchzuführen. Im Fortgang der Fahrt taut sodann auch die Behandlungsflüssigkeit im ersten Tank auf. Hierfür steht demzufolge deutlich mehr Zeit zur Verfügung, nachdem die Versorgung mit Behandlungsflüssigkeit über den zweiten Tank in kürzester Zeit sichergestellt ist. Dies führt wiederum dazu, dass das Heizmittel des ersten Tanks kleiner und etwas leistungsschwächer ausgelegt werden kann, da für den Auftauvorgang des ersten Tanks deutlich mehr Zeit zu Verfügung steht als bisher. Das heißt, dass einfacher konzipierte und kostengünstigere Heizelemente am ersten „Haupttank“ vorgesehen werden können. Auch der zweite Tank ist mit entsprechend kleinen und günstigen Heizmitteln ausrüstbar, da in ihm eben nur ein deutlich kleineres Volumen erwärmt werden muss.
-
Insgesamt bietet demzufolge das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend Sicherheit, dass das Abgasreinigungssystem auch bei niedrigen Temperaturen und eingefrorener Behandlungsflüssigkeit in kürzester Zeit nach dem Start der Brennkraftmaschine vollumfänglich zur Verfügung steht und das Abgas gereinigt werden kann.
-
Gemäß einer ersten Alternative kann der zweite Tank an einer vom ersten Tank entfernten Position angeordnet sein. Zumeist befindet sich der erste Tank im Bereich des Fahrzeughecks, er ist über eine entsprechend lange Leitung, die in den Bereich der Brennkraftmaschine und vor den Katalysator geführt ist, mit der Abgasleitung verbunden. Es besteht nun die Möglichkeit, den kleinen zweiten Tank, der auch an einer Stelle mit geringem Bauraum integriert werden kann, weit entfernt vom ersten Tank anzuordnen, insbesondere näher zur Verbindungsstelle zur Abgasleitung, so dass einerseits nur eine sehr kurze Verbindungsleitung erforderlich ist, zum anderen aber auch nur eine sehr kurze Förderstrecke, was insbesondere unmittelbar nach Start des Kraftfahrzeugs und Beginn des Auftauvorgangs zweckmäßig ist. Darüber hinaus besteht zudem die Möglichkeit, den zweiten Tank relativ nah an der Brennkraftmaschine selbst anzuordnen, wo sich sehr schnell auch eine entsprechend höhere Umgebungstemperatur aufgrund der Abwärme der Brennkraftmaschine einstellt.
-
Die beiden Tanks sind bevorzugt an einer gemeinsamen Verbindungsstelle mit dem Abgasrohr verbunden, die entsprechenden vom jeweiligen zum Abgasrohr laufenden Verbindungsleitungen können auch zusammenlaufen und über eine gemeinsame Verbindungsleitung zum Abgasrohr laufen. Natürlich können die Verbindungsleitungen auch separat im Abgasrohr münden.
-
Eine zweckmäßige Erfindungsalternative sieht vor, den zweiten Tank in den ersten Tank zu integrieren. Bei dieser Tank-in-Tank-Ausgestaltung verfügt sowohl der erste als auch der zweite Tank jeweils über separate Heizmittel. Da jedoch wie beschrieben das Volumen des zweiten Tanks wesentlich kleiner ist als das des ersten, taut auch bei Integration des zweiten Tanks in den ersten Tank die im zweiten Tank vorgesehene, gefrorene Behandlungsflüssigkeit wesentlich schneller auf, steht also sehr schnell zur Verfügung. Das heißt, dass ein Volumenabschnitt des ersten Tanks für den zweiten Tank genutzt wird, was dahingehend von Vorteil ist, dass der zweite Tank kein zusätzliches, am Fahrzeug unterzubringendes Bauteil darstellt. Auch besteht die Möglichkeit, dem ersten und dem zweiten Tank eine gemeinsame Fördereinrichtung zum Fördern der Behandlungsflüssigkeit zuzuordnen, mithin also beide über eine gemeinsame Förderpumpe oder Injektoranordnung zu betreiben.
-
Bei Integration des zweiten Tanks in den ersten Tank ist es ferner zweckmäßig, wenn beide Tanks über eine gemeinsame Verbindungsleitung mit der Abgasleitung verbunden sind.
-
Zweckmäßig ist es ferner, wenn beide Tanks über eine gemeinsame Befüllanordnung befüllbar sind. Das heißt, dass letztlich ein gemeinsamer Befüllstutzen vorgesehen ist, über den die Behandlungsflüssigkeit nachgefüllt werden kann, wobei hierüber beide Tanks befüllt werden. Sind die beiden Tanks entfernt voneinander angeordnet, so laufen entsprechende Verbindungsleitungen von der Befüllanordnung respektive dem Tankstutzen zu dem jeweiligen Tank, wobei gegebenenfalls ein Ventil den Fließweg zum ersten und zweiten Tank umschaltet. Alternativ kann der zweite Tank über den ersten Tank befüllt werden, so dass bei hinreichendem Füllstand im ersten Tank der zweite Tank automatisch befüllt ist oder wird. Diese Befüllung kann, z. B. über ein Ventil und gegebenenfalls eine Fördereinrichtung gesteuert, intermittierend, also von Zeit zu Zeit, oder kontinuierlich erfolgen. Ist der zwei Tank in den ersten Tank integriert, so ist die Befüllanordnung respektive der Tankstutzen über eine Verbindungsleitung mit dem ersten Tank verbunden, wobei die einlaufende Behandlungsflüssigkeit automatisch auch in den zweiten Tank einfließt und dieser damit gefüllt wird.
-
Das Volumen des zweiten Tanks sollte maximal einem Drittel, insbesondere maximal einem Viertel und vorzugsweise maximal 10% des Volumens des ersten Tanks entsprechen. Das heißt, dass der zweite Tank deutlich kleiner dimensioniert werden kann als der erste Tank. Es ist ausreichend, wenn im zweiten Tank nur eine relativ geringe Menge aufgenommen ist, da dieser Tank letztlich nur dazu dient, im Extremfall mit eingefrorener Behandlungsflüssigkeit möglichst schnell den Auftauvorgang zu ermöglichen, also die Behandlungsflüssigkeit zur Verfügung zu stellen. Sobald der erste, große Tank aufgetaut ist, kann die weite Zufuhr der Behandlungsflüssigkeit aus dem ersten Tank erfolgen. Enthält der erste Tank beispielsweise 15 Liter Behandlungsflüssigkeit, so ist es ausreichend, wenn der zweite Tank beispielsweise nur 2 Liter fasst.
-
In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn dem zweiten Tank ein schaltbares Ventil zugeordnet ist, über das die Entnahme der Behandlungsflüssigkeit steuerbar ist. Hierüber kann sichergestellt werden, dass aus dem zweiten Tank letztlich nur dann Behandlungsflüssigkeit entnommen wird, wenn dies auch erforderlich ist. Sind die Behandlungsflüssigkeiten in beiden Tanks eingefroren, so kann das Ventil des zweiten Tanks unmittelbar mit Beginn der Beheizung des zweiten Tanks geöffnet werden, so dass, sobald eine geringe Menge an aufgetauter Behandlungsflüssigkeit vorhanden ist, diese entnommen werden kann. Aus dem ersten Tank ist dies, da durchgefroren, noch nicht möglich, wobei der erste Tank gegebenenfalls ebenfalls über ein zugeordnetes, schaltbares Ventil geschlossen ist. Das schaltbare Ventil des zweiten Tanks bleibt solange geöffnet, die Entnahme der Behandlungsflüssigkeit folgt also solange aus dem zweiten Tank, bis sichergestellt ist, dass auch im ersten Tank eine entsprechende Flüssigkeitsmenge aufgetaut ist. In diesem Fall wird dann das schaltbare Ventil des zweiten Tanks geschlossen und, sofern vorhanden, das schaltbare Ventil des ersten Tanks geöffnet, so dass fortan die Entnahme nur aus dem ersten Tank erfolgt. Hierüber kann sichergestellt werden, dass demzufolge aus dem zweiten Tank nur dann Behandlungsflüssigkeit entnommen wird, wenn dies unbedingt erforderlich ist, so dass, wenn sich eine entsprechende Situation kurze Zeit später erneut einstellt, sichergestellt ist, dass im zweiten Tank immer noch Behandlungsflüssigkeit enthalten ist.
-
Als Heizmittel im ersten und zweiten Tank werden bevorzugt flächige Heizmittel, die am Boden und/oder der oder den Seitenwänden und/oder am Deckel des jeweiligen Tanks angeordnet sind, vorgesehen, wobei die Heizmittel, insbesondere die Heizelemente, bevorzugt auch außen am Tank angeordnet sind, so dass über die Heizmittel keine Kavitäten im Inneren des jeweiligen Tanks gebildet werden.
-
Weiter Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs einer ersten Ausführungsform, und
- 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs einer zweiten Ausführungsform.
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 in einer Ansicht von unten als Prinzipdarstellung. Gezeigt ist eine Brennkraftmaschine 2, insbesondere ein Dieselaggregat. Über eine Abgasleitung 3 werden Verbrennungsgase abgeführt, die im gezeigten Beispiel einem ersten Katalysator 4, der optional ist, zugeführt werden. In die Abgasleitung 3 ist in jedem Fall ein der NOx-Reinigung dienender Katalysator 5 geschaltet, dessen Funktion darauf beruht, dass in ihm eine katalytische selektive Reduktion von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid in Stickstoff und Wasserdampf erfolgt, wozu dem heißen Abgas vor dem Katalysator 5 eine Behandlungsflüssigkeit, insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung (z. B. Adblue ®), zugeführt wird.
-
Hierzu ist ein erster Tank 6 vorgesehen, der als Haupttank dient und der entsprechende Heizmittel 7 aufweist, insbesondere flächige Heizmatten oder ähnliches, um das Tankinnere zu erwärmen und etwaige darin aufgenommene, jedoch eingefrorene Behandlungsflüssigkeit aufzutauen. Der Tank 6 ist z. B. ein SCR-/ Adblue @-Tank (SCR = Selektive katalytische Reduktion, Adblue ® = Harnstofflösung).
-
Vorgesehen ist des Weiteren ein zweiter Tank 8, der wesentlich kleiner im Volumen dimensioniert ist und wie im Beispiel gezeigt an zum ersten Tank 6 entfernter Position, hier benachbart zur Brennkraftmaschine 2, angeordnet ist. Auch der zweite Tank 8 verfügt über separate Heizmittel 9, um etwaige darin aufgenommene, eingefrorene Behandlungsflüssigkeit auftauen zu können. Das Volumen des zweiten Tanks 8 ist wesentlich kleiner als das des ersten Tanks 6, es liegt bei maximal einem Drittel, insbesondere deutlich weniger und beispielsweise bei maximal 10% des Volumens des ersten Tanks 6. Dies ermöglicht es, dass die im zweiten Tank 8 befindliche Behandlungsflüssigkeit, da wesentlich weniger, deutlich schnell aufgetaut werden kann als das große Volumen des ersten Tanks 6. Bei dem Heizmittel 9 handelt es sich beispielsweise ebenfalls um entsprechende Heizmatten, die tankseitig vorgesehen sind.
-
Jeder der Tanks 6, 8 ist mit der Abgasleitung 3 über entsprechende Verbindungsleitungen 10, 11 verbunden, diese münden im gezeigten Beispiel separat, jedoch vor dem Katalysator 5. Im gezeigten Beispiel ist jedem Tank 6, 8 eine separate Fördereinrichtung 12, 13 zugeordnet, beispielsweise eine kleine Pumpe oder ein Injektor oder dergleichen.
-
Des Weiteren ist jedem Tank 6, 8 ein schaltbares Ventil 14, 15 zugeordnet, das den jeweiligen Tank 6, 8 öffnet respektive schließt, mithin also die Entnahme an Behandlungsflüssigkeit ermöglicht oder sperrt. Die entsprechenden Elemente sind natürlich über eine entsprechende, nicht näher gezeigte Steuereinrichtung ansteuerbar.
-
Des Weiteren sind entsprechende Zuführleitungen 16, 17 vorgesehen, über die die Behandlungsflüssigkeit über eine Befüllanordnung 18 dem Tank 6 zugeführt werden kann, von dem aus die Flüssigkeit zum zweiten Tank 8 gelangt. Dies kann z. B. kontinuierlich erfolgen, so dass sichergestellt ist, dass der zweite Tank 8 stets gefüllt ist, wenn im ersten Tank 6 ein Mindestfüllniveau enthalten ist. Optional, in 1 gestrichelt gezeigt, kann der zweite Tank 8 auch direkt über die gemeinsame Befüllanordnung 18 befüllt werden.
-
Für den Fall, dass niedrige Umgebungstemperaturen herrschen und die Behandlungsflüssigkeit in beiden Tanks 6, 8 eingefroren ist, werden mit Zuschalten der Zündung respektive Starten der Brennkraftmaschine 6 beide Heizmittel 7, 9 zugeschaltet, um die eingefrorene Behandlungsflüssigkeit im jeweiligen Tank 6, 8 aufzutauen. Da wie beschrieben im Tank 8 nur ein sehr kleines, gefrorenes Volumen vorhanden ist, die Heizmittel 9 jedoch hinreichend leistungsfähig sind, taut die im Tank 8 aufgenommene Behandlungsflüssigkeit sehr schnell auf, so dass innerhalb äußerst kurzer Zeit nach Zuschalten der Heizmittel 9 bereits eine entsprechende Menge an flüssiger Behandlungsflüssigkeit vorliegt, die über die Fördereinrichtung 13 bei in diesem Fall geöffnetem Ventil 15 in die Abgasleitung 3 und damit in das heiße Abgas injiziert werden kann, so dass im Katalysator 5 die Stickoxidreinigung effektiv vonstattengehen kann. Das Flüssigkeitsvolumen im ersten Tank 6 ist nach wie vor eingefroren, da die dortigen Heizmittel, die entsprechend leistungsärmer ausgelegt werden können, das Volumen noch nicht aufgetaut haben. Dies ist, nachdem die Grund- oder Erstversorgung mit Behandlungsflüssigkeit über den zweiten Tank 8 in äußerst kurzer Zeit sichergestellt ist, auch nicht erforderlich. Vielmehr kann der Stickoxidreinigungsbetrieb zunächst über den zwei Tank 8 sichergestellt werden, so dass genügend Zeit besteht, die eingefrorene Behandlungsflüssigkeit im ersten Tank 6 langsam und mit geringerem Energieeinsatz aufzutauen.
-
Erst wenn auch im ersten Tank 6 eine ausreichende verflüssigte Menge an Behandlungsflüssigkeit vorliegt, wird das Ventil 14 geöffnet, während das Ventil 15 geschlossen wird und die Fördereinrichtung 13 gestoppt wird, so dass aus dem zweiten Tank 8 keine Behandlungsflüssigkeit mehr entnommen wird. Diese wird sodann über die Fördereinrichtung 12 fortan aus dem ersten Tank 6 entnommen. Darüber ist sichergestellt, dass aus dem Zusatztank, also dem zweiten Tank 8, der eben nur für die Behandlungsflüssigkeitsversorgung im Extremfall eingefrorenen Flüssigkeiten vorgesehen ist, nur dann Behandlungsflüssigkeit entnommen wird, wenn dies auch erforderlich ist. Dies führt dazu, dass stets ausreichend Flüssigkeit im zweiten Tank 8 vorhanden ist, da dieser eben nur äußerst kurzzeitig und nicht allzu oft der Versorgung dient.
-
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1, mit einer Brennkraftmaschine 2, insbesondere einem Dieselaggregat, einer Abgasleitung 3, einem optionalen ersten Katalysator 4 sowie dem eigentlichen NOx-Katalysator 5.
-
Gezeigt ist des Weiteren der erste Tank 6 mit seinem entsprechenden Heizmittel 7 sowie der hier im Inneren des ersten Tanks 6 integrierte zweite Tank 8 mit seinem separaten Heizmittel 9. Hier ist also eine Tank-in-Tank-Anordnung vorgesehen. Wiederum ist das Volumen des zweiten Tanks 8 wesentlich kleiner als das des ersten Tanks 6, es beträgt beispielsweise lediglich 20% oder weniger. Da beide Tanks ineinander integriert sind, ist es nicht erforderlich, ein separates Bauteil in Form des zweiten Tanks an einer anderen Fahrzeugposition zu montieren.
-
Die Befüllung erfolgt über eine gemeinsame Befüllanordnung 18, das heißt, dass die hierüber zugeführte Behandlungsflüssigkeit zwangsläufig sowohl den ersten als auch den zweiten Tank 6, 8 befüllt.
-
Es ist auch nur eine gemeinsame Verbindungsleitung 10 vorgesehen, die von der Doppeltank-Anordnung zu der Abgasleitung 3 vor den Katalysator 5 führt. Zwangsläufig ist auch nur eine gemeinsame Fördereinrichtung 20 vorgesehen, über die je nachdem, aus welchem Tank 6 oder 8 die Flüssigkeit entnommen wird, die Behandlungsflüssigkeit zur Abgasleitung 3 gefördert oder injiziert wird.
-
Gezeigt ist des Weiteren ein Ventil 19, das hier quasi als Zwei-Wege-Ventil ausgeführt ist und über das gesteuert werden kann, welchem der Tanks 6, 8 Flüssigkeit zu entnehmen ist.
-
Die Funktion ist die gleiche wie bezüglich 1 beschrieben. Ist die Behandlungsflüssigkeit in beiden Tanks 6, 8 eingefroren, so wird mit Zuschalten der Zündung oder Start der Brennkraftmaschine sowohl das Heizmittel 7 als auch das Heizmittel 9 zugeschaltet. Die eingefrorene Behandlungsflüssigkeit im zweiten Tank 8, taut, da ein sehr kleines Volumen, wesentlich schneller auf, so dass sehr kurze Zeit nach Starten der Heizung eine entsprechende Flüssigkeitsmenge zur Verfügung steht, die über die Fördereinrichtung 20 bei entsprechend geschaltetem Ventil 19 in die Abgasleitung 3 injiziert werden kann. Erst wenn über das Heizmittel 7 ein entsprechender Anteil oder das gesamte Volumen der eingefrorenen Behandlungsflüssigkeit im ersten Tank 6 aufgetaut ist, erfolgt die weitere Entnahme aus dem ersten Tank 6, das optionale Ventil 19 wird umgeschaltet, eine Entnahme aus dem zusätzlichen zweiten Tank 8 ist nicht mehr möglich.
