DE102018003528A1 - Abgasreinigungsanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasreinigungsanlage - Google Patents

Abgasreinigungsanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasreinigungsanlage Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten SCR-Katalysator (12), mit wenigstens einem stromab des ersten SCR-Katalysators (12) angeordneten zweiten SCR-Katalysator (14), mit einem Tank (18) zum Aufnehmen eines Reduktionsmittels, mit einem ersten Injektor (20), mittels welchem das Reduktionsmittel an wenigstens einer stromauf des ersten SCR-Katalysators (12) angeordneten ersten Stelle (S1) in das Abgas einbringbar ist, mit einem zweiten Injektor (24), mittels welchem das Reduktionsmittel an wenigstens einer stromauf des zweiten SCR-Katalysators (14) und stromab des ersten SCR-Katalysators (12) angeordneten zweiten Stelle (S2) in das Abgas einbringbar ist, mit einer von dem Reduktionsmittel aus dem Tank (18) durchströmbaren Hauptleitung (22), mit einer von der Hauptleitung (22) abzweigenden Teilleitung (26), und mit einer Pumpe (30), wobei der Teilleitung (26) ein Absperrventil (32) zugeordnet ist, mittels welcher zumindest ein überwiegender Teil der Teilleitung (26) von der Hauptleitung (22) fluidisch abtrennbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasreinigungsanlage gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
  • Derartige Abgasreinigungsanlagen für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftwagen und derartige Verfahren zum Betreiben von solchen Abgasreinigungsanlagen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Die Abgasanlage umfasst einen ersten SCR-Katalysator zum katalytischen Bewirken beziehungsweise Unterstützen einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Mithilfe der selektiven katalytischen Reduktion kann Abgas der Verbrennungskraftmaschine entstickt werden, wobei das Abgas durch die Abgasanlage strömen kann. Unter dem Entsticken ist zu verstehen, dass im Abgas etwaig enthaltene Stickoxide (NOx) zumindest teilweise aus dem Abgas zu unschädlichem Stickstoff umgewandelt werden. Die Abgasanlage umfasst ferner einen zweiten SCR-Katalysator, welcher in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmenden Abgases stromab des ersten SCR-Katalysators angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Abgasreinigungsanlage einen Tank zum Aufnehmen eines Reduktionsmittels, mittels welchem das Abgas entstickt werden kann. Dabei ist ein erster Injektor vorgesehen, mittels welchem das Reduktionsmittel an wenigstens einer stromauf des ersten SCR-Katalysators angeordneten ersten Stelle in das Abgas eingebracht werden kann. Außerdem umfasst die Abgasreinigungsanlage einen zweiten Injektor, mittels welchem das Reduktionsmittel an wenigstens einer stromauf des zweiten SCR-Katalysators und stromab des ersten SCR-Katalysators angeordneten zweiten Stelle in das Abgas eingebracht werden kann. Im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) kann aus dem Reduktionsmittel stammender Ammoniak mit in dem Abgas enthaltenen Stickoxiden reagieren, wodurch das Abgas entstickt wird.
  • Die Abgasreinigungsanlage umfasst ferner eine von dem Reduktionsmittel aus dem Tank durchströmbare Hauptleitung, welche eine erste Leitung ist beziehungsweise auch als erste Leitung bezeichnet wird. Mittels der Hauptleitung kann das Reduktionsmittel aus dem Tank zu dem ersten Injektor geführt werden, sodass der erste Injektor über die Hauptleitung mit dem Reduktionsmittel aus dem Tank versorgt werden kann. Außerdem ist eine von der Hauptleitung abzweigende Teilleitung vorgesehen, welche eine zweite Leitung ist beziehungsweise auch als zweite Leitung bezeichnet wird. Über die Teilleitung ist zumindest ein Teil des die Hauptleitung durchströmenden Reduktionsmittels aus der Hauptleitung abzweigbar und zu dem zweiten Injektor zu führen, sodass der zweite Injektor über die Teilleitung mit dem abgezweigten Teil des Reduktionsmittels versorgt werden kann. Außerdem ist eine Pumpe zum Fördern des Reduktionsmittels vorgesehen, wobei das Reduktionsmittel mittels der Pumpe aus dem Tank durch die Leitungen und zu den Injektoren gefördert werden kann.
  • Des Weiteren offenbart die DE 11 2009 002 572 T5 ein System zum Erwärmen eines zu einem Reduktionsmittelverteilungssystem gehörenden Reduktionsmittels.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasreinigungsanlage und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb gewährleistet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Um eine Abgasreinigungsanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb insbesondere auch bei geringen Außentemperaturen gewährleistet werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Teilleitung ein Absperrventil zugeordnet ist, mittels welchem zumindest ein überwiegender Teil der Teilleitung, insbesondere die vollständige Teilleitung, von der Hauptleitung fluidisch abtrennbar beziehungsweise absperrbar ist. Bezogen auf die Leitungen ist ausschließlich der Hauptleitung ein Heizelement, insbesondere ein elektrisches Heizelement, zugeordnet, mittels welchem die Hauptleitung, insbesondere unter Nutzung von elektrischer Energie, erwärmt beziehungsweise beheizt werden kann. Das Absperrventil und das Heizelement sind sogenannte SCR-Kaltstart-Ausrüstungen, um insbesondere auch bei geringen Außentemperaturen einen schnellen Start der Entstickung des Abgases, insbesondere nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine, gewährleisten zu können. Das Absperrventil ist vorzugsweise unmittelbar an oder in nur sehr geringem Abstand zu einer Abzweigung, an welcher die Teilleitung von der Hauptleitung abzweigt, angeordnet, sodass zumindest nahezu die gesamte Teilleitung von der Hauptleitung fluidisch getrennt werden kann.
  • Wenn das auch als Heizeinrichtung ausgebildete Heizelement beispielsweise als eine Widerstandsheizung mit wenigstens einer Heizdrahtwicklung ausgeführt ist, muss beispielsweise nur die Heizleistung der unverzweigten Hauptleitung geregelt werden. Dies ist wesentlich genauer als die Regelung einer Widerstandsheizung einer verzweigten Leitung. Zudem ist die Heizdrahtwicklung für unverzweigte Leitungen technisch einfacher, da zum Beispiel die Notwendigkeit einer weniger haltbaren beziehungsweise technisch aufwendigen Verbindungsstelle für zwei Heizdrähte entfallen kann. Außerdem kann die in den aktuellen Serienfahrzeugen erzielte hohe Dosiergenauigkeit der Dosierung des Reduktionsmittels über den ersten, motornahen Injektor bei abgesperrter Teilleitung aufrecht erhalten werden. Wäre beispielsweise kein Absperrventil vorgesehen, so wäre im Falle nur der Dosierung über den motornahen ersten Injektor und bei geschlossenem, auch als Unterboden-Injektor bezeichnetem zweiten Injektor der Unterboden-Injektor der Verschluss des Drucksystems. Ein Injektor, der beispielsweise als Nadelinjektor mit Ventilsitz ausgeführt ist, verschließt jedoch nicht ganz dicht, was zu Ungenauigkeiten bei der Berechnung der Dosiermenge über den motornahen Injektor führen kann. Dies kann nun vermieden werden. Vorzugsweise ist die Länge der Teilleitung sehr kurz gehalten. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Teilleitung eine Länge von weniger als 40 Zentimetern aufweist. Hierdurch können die Kosten besonders gering gehalten werden.
  • Die Leitungen, die Injektoren und der Tank bilden beispielsweise ein Versorgungssystem, mittels welchem das Reduktionsmittel in das Abgas an der jeweiligen Stelle eingebracht werden kann. Bei einer Deaktivierung des beispielsweise zunächst aktivierten Versorgungssystems erfolgt beispielsweise ein Rücksaugen, in dessen Rahmen, insbesondere mittels der Pumpe, Reduktionsmittel von den Injektoren durch die Leitung in Richtung des Tanks beziehungsweise in den Tank rückgesaugt wird. Nach dem Rücksaugen, das heißt nach dem Beenden des Rücksaugens, kann das Absperrventil ein Nachlaufen von Reduktionsmittel in den Unterbodeninjektor verhindern, sodass auf aufwendige und beispielsweise Siphon-förmige und/oder U-förmige Leitungsführungen, für welche eine Mindestlänge von etwa 70 Zentimetern erforderlich ist, verdichtet werden kann.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Absperrventil druckgesteuert ist und vorzugsweise eine Druckschaltschwelle von in etwa 6 bar aufweist. Mit anderen Worten gibt beispielsweise das Absperrventil die Teilleitung frei, wenn auf das Absperrventil ein Druck von mindestens 6 bar wirkt. Ferner gibt das Absperrventil beispielsweise die Teilleitung frei, wenn der Druck des Reduktionsmittels in der Hauptleitung größer als die auch als Druckschwelle bezeichnete Druckschaltschwelle ist. Somit ist das Absperrventil vorzugsweise als rein hydraulisch arbeitendes Ventil ausgebildet, welches besonders kosten- und bauraumgünstig ist. Insbesondere ist das rein hydraulisch arbeitende Ventil kostengünstiger und bauraumgünster als Regelmagnetventile. Ein Drucksensor für die Druckregelung ist beispielsweise ohnehin an der Pumpe bereits vorhanden.
  • Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Absperrventil federbelastet und/oder aus einem Kunststoff gebildet ist. Beispielsweise ist das Absperrventil aus HDPP oder aus HDPA gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist eine Trennung der Hydraulikseite und der Feder durch eine beständige Membran vorgesehen. Um beispielsweise ein Öffnen beziehungsweise Schließen der Abzweigung zum Unterbodeninjektor sicherzustellen, kann eine permanent durchströmte Weiterführung zum motornahen ersten Injektor entsprechend vorgesehen sein.
  • Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der motornahe Injektor in einem Hochtemperaturkreis der Verbrennungskraftmaschine und der Unterbodeninjektor in einem Niedertemperaturkreis der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist, sodass der erste Injektor mittels einer Flüssigkeit aus dem Hochtemperaturkreis und der zweite Injektor mittels einer Flüssigkeit aus dem Niedertemperaturkreis der Verbrennungskraftmaschine temperierbar, insbesondere zu kühlen, ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Unterbodeninjektor in der Regel sogar heißer werden kann als der motornah angeordnete Injektor, sodass eine Niedertemperatur-Kühlung sinnvoll ist.
  • Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 6 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb sichergestellt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Teilleitung ein Absperrventil zugeordnet ist, mittels welchem zumindest ein überwiegender Teil der Teilleitung, insbesondere die vollständige Teilleitung, von der Hauptleitung fluidisch abgetrennt wird. Ferner ist bezogen auf die Leitungen und ausschließlich der Hauptleitung ein Heizelement zugeordnet, mittels welchem die Hauptleitung erwärmt wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
  • Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn ein Öffnen des Absperrventils und dadurch ein Freigeben der Teilleitung bewirkt werden, wenn eine Abgastemperatur der Verbrennungskraftmaschine einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Mit anderen Worten, herrschen solch hohe Abgastemperaturen in der Abgasanlage, dass die Temperatur des Abgases größer als ein vorgebbarer Schwellenwert ist, so wird ein in dem Versorgungssystem herrschender und auch als Systemdruck bezeichneter Druck des Reduktionsmittels eingestellt, der größer als die Druckschaltschwelle des Absperrventils ist. In der Folge öffnet das Absperrventil, sodass das Absperrventil die Teilleitung freigibt.
  • Ein weiterer Vorteil des Versorgungssystems ist, dass die Einbringung, insbesondere Einspritzung, des Reduktionsmittels in das Abgas nicht nur über den motornahen ersten Injektor, sondern auch über den Unterbodeninjektor erfolgt, sodass Stickoxide auch im Hochlastbereich zu Stickstoff reduziert werden können.
  • Vorzugsweise ist der zweite Injektor im Bereich eines Unterbodens des Kraftwagens angeordnet, sodass der zweite Injektor auch als Unterbodeninjektor (UB-Injektor) bezeichnet wird.
  • Vorzugsweise ist ein An-Bord-Diagnose-Verfahren vorgesehen, um das Versorgungssystem, insbesondere die Injektoren und dabei vorteilhafterweise deren Ansteuerung, überprüfen zu können. Dabei wird beispielsweise ein Druckaufbau beziehungsweise ein Druckabbaugradient bei einer Umschaltung von etwa 5 Bar auf etwa 7 Bar ausgewertet. Anhand des Druckaufbaus beziehungsweise des Druckabbaugradienten wird darauf rückgeschlossen, ob ein Ventilelement wie beispielsweise eine Nadel des jeweiligen Injektors verklemmt oder funktionsfähig ist.
  • Vorzugsweise ist das Absperrventil in einem Bereich angeordnet, welcher mittels des Heizelements erwärmt beziehungsweise beheizt werden kann.
    Durch das zuvor genannte Rücksaugen insbesondere beim Abstellen des Kraftwagens kann das Versorgungssystem nahe des jeweiligen Injektors vor Frostschäden geschützt werden, da vermieden werden kann, dass Reduktionsmittel in den Leitungen einfriert. Die Injektoren können dann bei extrem geringen Temperaturen mittels der Abgasanlage erwärmt und sicher vor Frostschäden geschützt werden, insbesondere bevor mittels der Pumpe überhaupt Reduktionsmittel gefördert wird.
  • Der Erfindung liegt insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Das auch als SCR-System bezeichnete Versorgungssystem beziehungsweise die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage zur Stickoxidminderung weist die wenigstens zwei und somit mehrere Injektoren auf. Ein solches SCR-System kann bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt des Reduktionsmittels erst durch Befüllen der Injektoren mit Reduktionsmittel betriebsbereit werden, wenn das gesamte System ausreichend erwärmt ist. Der Gefrierpunkt liegt beispielsweise bei -12 Grad Celsius. Ansonsten können Schäden durch die Volumenexpansion des beispielsweise als wässrige Lösung ausgebildeten Reduktionsmittels beim Einfrieren zum Ausfall von Systemkomponenten führen. Das erfindungsgemäße System ermöglicht einen besonders emissionsarmen Betrieb insbesondere auch bei geringen Umgebungstemperaturen, da das Versorgungssystem auch bei geringen Temperaturen betrieben werden kann. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Versorgungssystem sehr bald nach einem Start der Verbrennungskraftmaschine aktiv sein. Der Erfindung liegt dabei ferner die Erkenntnis zugrunde, dass SCR-Systeme mit mehreren Injektoren sehr bald nach Motorstart aktiv sein können, wenn die Versorgung mit Reduktionsmittel nur für die kühleren Bereiche hydraulisch abgeschaltet werden kann, um Frostschäden am hydraulischen System bei extrem kalter Umgebung zu vermeiden. Die Abgasreinigungsanlage umfasst ferner beispielsweise eine auch als Steuereinheit bezeichnete elektronische Recheneinrichtung, mittels welcher die Injektoren angesteuert werden können, um dadurch beispielsweise das Reduktionsmittel in das Abgas einzubringen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Filter zum Filtern des Reduktionsmittels vorgesehen sein. Insbesondere ist es denkbar, dass das Absperrventil von der Steuereinheit angesteuert werden kann, um dadurch beispielsweise die Teilleitung bedarfsgerecht abtrennen und freigeben zu können. Beispielsweise sperrt die Steuereinheit die Teilleitung und somit die Reduktionsmittelversorgung für den gegenüber den motornahen Injektor kälteren zweiten Injektor, insbesondere bei Temperaturen im Bereich oder unterhalb des Gefrierpunkts des Reduktionsmittels. Auf diese Weise kann der gegenüber dem zweiten Injektor schneller warm werdende erste Injektor direkt nach Erwärmen auf die Mindesttemperatur mit Reduktionsmittel versorgt werden und die Stickoxid-Minderung in der Abgasanlage effektiv halten, bis das gesamte System mit mehreren Injektoren betriebsbereit ist. Eine vollständig inaktive Phase des Versorgungssystems bis zur vollständigen Erwärmung des gesamten Leitungs- und Injektorsystems kann bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage und mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in:
    • 1 ausschnittsweise eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 2 eine schematische Darstellung der Abgasreinigungsanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
    • 3 ausschnittsweise eine schematische Darstellung der Abgasreinigungsanlage gemäß einer dritten Ausführungsform.
  • In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform einer Abgasreinigungsanlage 10 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Die Abgasreinigungsanlage 10 ist von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar und umfasst einen ersten SCR-Katalysator 12 zum Entsticken des Abgases. Außerdem umfasst die Abgasreinigungsanlage 10 einen zweiten SCR-Katalysator 14 zum Entsticken des Abgases, wobei der SCR-Katalysator 14 stromab des SCR-Katalysators 12 angeordnet ist. Außerdem umfasst die Abgasreinigungsanlage 10 ein einfach auch als System bezeichnetes Versorgungssystem 16, mittels welchem ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in das Abgas eingebracht werden kann. Das Reduktionsmittel ist beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung. Das Versorgungssystem 16 und somit die Abgasreinigungsanlage 10 umfasst einen Tank 18 zum Aufnehmen des Reduktionsmittels und einen motornahen, ersten Injektor 20, mittels welchem das Reduktionsmittel an einer stromauf der SCR-Katalysatoren 12 und 14 angeordneten ersten Stelle S1 in das Abgas eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann. Außerdem umfassen das Versorgungssystem 16 und somit die Abgasreinigungsanlage 10 einen zweiten Injektor 24, mittels welchem das Reduktionsmittel an einer stromab des SCR-Katalysators 12 und stromauf des SCR-Katalysators 14 angeordneten zweiten Stelle S2 in das Abgas eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann. Die in das jeweilige Kühlgehäuse integrierten Injektoren 20 und 24 werden auch als Dosiermodule bezeichnet. Da der Injektor 20 in Strömungsrichtung des die Abgasreinigungsanlage 10 durchströmenden Abgases näher an der auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist als der Injektor 24, wird der Injektor 20 auch als motornaher Injektor bezeichnet. In vollständig hergestelltem Zustand des Kraftwagens ist der Injektor 24 im Bereich beziehungsweise unterhalb eines Unterbodens des Kraftwagens angeordnet, sodass der Injektor 24 auch als Unterbodeninjektor (UB-Injektor) bezeichnet wird. Während beispielsweise der Injektor 20 in einem Motorraum angeordnet ist, in welchem auch die Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, ist der Injektor 24 außerhalb des Motorraums angeordnet.
  • Das Versorgungssystem 16 umfasst wenigstens oder genau eine Hauptleitung 22, welche von dem Reduktionsmittel aus dem Tank 18 durchströmbar ist. Mittels der Hauptleitung 22 ist das Reduktionsmittel aus dem Tank 18 zu dem Injektor 20 zu führen, sodass der Injektor 20 über die Hauptleitung 22 mit dem Reduktionsmittel aus dem Tank 18 versorgt werden kann. Des Weiteren umfasst das Versorgungssystem 16 wenigstens oder genau eine Teilleitung 26, welche an einer Abzweigung 28 von der Hauptleitung 22 abzweigt. Über die beziehungsweise mittels der Teilleitung 26 kann zumindest ein Teil des die Hauptleitung 22 durchströmenden Reduktionsmittels aus der Hauptleitung 22 abgezweigt und zu dem Injektor 24 geführt werden, sodass der Injektor 24 mittels der Teilleitung 26 mit dem Teil des Reduktionsmittels versorgt werden kann. Die Hauptleitung 22 wird auch als erste Leitung bezeichnet beziehungsweise ist eine erste Leitung, wobei die Teilleitung 26 auch als zweite Leitung bezeichnet wird oder eine zweite Leitung des Versorgungssystems 16 ist. Das Versorgungssystem 16 umfasst ferner eine beispielsweise elektrisch betreibbare Pumpe 30, mittels welcher das Reduktionsmittel aus dem Tank 18 durch die Leitungen zu den Injektoren 20 und 24 gefördert werden kann.
  • Bei einer Deaktivierung des zunächst aktivierten Kraftwagens wird beispielsweise die Pumpe 30 derart betrieben, dass mittels der Pumpe 30 Reduktionsmittel von den Injektoren 20 und 24 durch die Leitungen in Richtung des Tanks 18 beziehungsweise in den Tank 18 rückgesaugt wird. Dadurch kann beispielsweise ein Einfrieren von Reduktionsmittel in den Leitungen und in den Injektoren 20 und 24 vermieden werden.
  • Um nun einen besonders emissionsarmen Betrieb des Kraftwagens gewährleisten zu können, ist der Teilleitung 26 ein besonders gut aus 3 erkennbares Absperrventil 32 zugeordnet, welches vorzugsweise in der Teilleitung 26 angeordnet ist. Das Absperrventil 32 ist vorzugsweise unmittelbar an oder in sehr geringem Abstand zu der Abzweigung 28 angeordnet, sodass mittels des Absperrventils 32 zumindest ein überwiegender Teil der Teilleitung 26, insbesondere die vollständige Teilleitung 26, von der Hauptleitung 22 fluidisch abgetrennt werden kann. In 3 veranschaulicht ein Pfeil 34 eine erste Strömung des Reduktionsmittels zu dem motornahen Injektor, während ein Pfeil 36 eine Strömung des Reduktionsmittels zu dem Unterboden-Injektor veranschaulicht.
  • Außerdem ist beispielsweise bezogen auf die Leitungen ausschließlich der Hauptleitung 22 ein vorzugsweise elektrisches Heizelement 38 zugeordnet, mittels welchem die Hauptleitung 22 erwärmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein weiteres, insbesondere elektrisches Heizelement 40 vorgesehen sein. Ferner ist es denkbar, dass dem Tank 18 ein insbesondere elektrisches Heizelement 42 zugeordnet ist, mittels welchem der Tank 18 und somit das in dem Tank 18 aufgenommene Reduktionsmittel erwärmt werden können.
  • Eine temperaturgeregelte Absperrung der Teilleitung 26 von der Hauptleitung 22 kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass eine Bimetallsteuerung oder eine Wachspatrone des Absperrventils 32 vorgesehen ist. Diese temperaturgeregelte Absperrung kann die Teilleitung 26 selbstständig bei tiefen Temperaturen schließen, wodurch die Teilleitung 26 und der Unterboden-Injektor vor übermäßig geringen Temperaturen geschützt werden können.
  • Durch die Abtrennung der Teilleitung 26 von der Hauptleitung 22 ist der Unterboden-Injektor von der Hauptleitung 22 und somit von dem Tank 18 getrennt, sodass eine Versorgung des Unterboden-Injektors mit dem Reduktionsmittel abgeschaltet ist. Durch diese bewusste Abschaltung des gegenüber dem motornahen Injektor kälteren Unterboden-Injektors bei tiefen Temperaturen kann bei geeigneter Systemauslegung sogar die Heizung der bei tiefer Temperatur abgeschalteten Reduktionsmitteldosierung möglich sein. Dies spart Ausrüstung und ermöglicht eine Konzentration der Heizmaßnahmen auf die Systembereiche, die bei kalten Bedingungen eine hohe Wirkung hinsichtlich der Entstickung des Abgases zeigen. So kann dort noch schneller die Dosierbereitschaft hergestellt werden als bei einem komplett beheizten System mit mehreren Injektoren.
  • Wie aus 1 erkennbar ist, ist der Tank 18 beispielsweise in einem Heckbereich des Kraftwagens angeordnet, sodass beispielsweise der Tank 18 räumlich näher am Unterboden-Injektor beziehungsweise an der zweiten Stelle S2 als am motornahen Injektor 20 beziehungsweise an der ersten Stelle S1 angeordnet ist, jedoch ist ein erster Strömungsweg für das Reduktionsmittel von dem Tank 18 zu dem Injektor 24 wesentlich größer als von dem Tank 18 zu dem Injektor 20.
  • Beispielsweise dann, wenn das Absperrventil als gesteuertes Absperrventil ausgebildet ist, kann die Kühlung eines oder aller Injektormodule bei Frostgefahr für das Reduktionsmittel abgestellt werden. Durch den Entfall der intensiven Kühlung trotz der frostigen Umgebungsbedingungen kann die Injektoreinheit durch die Abgastemperatur und das Abgassystem schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden. Eine weitere Ausführung für höhere Ansprüche ist die Kombination von Absperrventilen in der Reduktionsmittelversorgung und in dem Kühlsystem.
  • Aus 1 und 2 ist erkennbar, dass beispielsweise der erste Injektor 20 an einem Hochtemperatur-Kreis 44 der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen sein kann, sodass beispielsweise der Injektor 20 mit einer Flüssigkeit, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, aus dem Hochtemperatur-Kreis 44 versorgt werden kann. Dadurch kann der Injektor 20 mittels der Flüssigkeit aus dem Hochtemperatur-Kreis 44 temperiert, insbesondere gekühlt, werden.
  • Alternativ oder zusätzlich ist der Injektor 24 an einen Niedertemperatur-Kreis 46 der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen und somit mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit einer Kühlflüssigkeit, aus dem Niedertemperatur-Kreis 46 versorgbar. Dadurch kann beispielsweise der Injektor 24 mittels der Flüssigkeit aus dem Niedertemperatur-Kreis 46 temperiert, insbesondere gekühlt, werden. Dabei ist beispielsweise dem Injektor 20 und/oder dem Injektor 24 ein Absperrventil 48 zugeordnet, mittels welchem der Injektor 20 beziehungsweise 24 von dem Hochtemperatur-Kreis 44 beziehungsweise von dem Niedertemperatur-Kreis 46 fluidisch getrennt werden kann. Dadurch kann der jeweilige Injektor 20 beziehungsweise 24 bedarfsgerecht mit der jeweiligen Flüssigkeit versorgt werden. Mittels des Absperrventils 48 kann der Hochtemperatur-Kreis 44 beziehungsweise der Niedertemperatur-Kreis 46 hinsichtlich der Versorgung des jeweiligen Injektors 20 beziehungsweise 24 mit der Flüssigkeit abgeschaltet werden. Dabei kann die Abschaltung des jeweiligen, auch als Kühlkreis bezeichneten Hochtemperatur- beziehungsweise Niedertemperatur-Kreises 44 beziehungsweise 46 im Zulauf des jeweiligen Injektors oder im Rücklauf ausgeführt sein. Dadurch kann die Abschaltung sehr leicht in das Gesamtsystem integriert werden, da die Einbauposition nicht zu begrenzen ist. Es ist denkbar, dass mehr als zwei Injektoren zum Einsatz kommen, um das Reduktionsmittel in das Abgas einzubringen, insbesondere einzuspritzen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Abgasanlage
    12
    erster SCR-Katalysator
    14
    zweiter SCR-Katalysator
    16
    Versorgungssystem
    18
    Tank
    20
    erster Injektor
    22
    Hauptleitung
    24
    zweiter Injektor
    26
    Teilleitung
    28
    Abzweigung
    30
    Pumpe
    32
    Absperrventil
    34
    Pfeil
    36
    Pfeil
    38
    Heizelement
    40
    Heizelement
    42
    Heizelemente
    44
    Hochtemperatur-Kreis
    46
    Niedertemperatur-Kreis
    48
    Absperrventil
    S1
    erste Stelle
    S2
    zweite Stelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112009002572 T5 [0004]

Claims (7)

  1. Abgasreinigungsanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einem ersten SCR-Katalysator (12), mit wenigstens einem stromab des ersten SCR-Katalysators (12) angeordneten zweiten SCR-Katalysator (14), mit einem Tank (18) zum Aufnehmen eines Reduktionsmittels zum Entsticken des Abgases, mit einem ersten Injektor (20), mittels welchem das Reduktionsmittel an wenigstens einer stromauf des ersten SCR-Katalysators (12) angeordneten ersten Stelle (S1) in das Abgas einbringbar ist, mit einem zweiten Injektor (24), mittels welchem das Reduktionsmittel an wenigstens einer stromauf des zweiten SCR-Katalysators (14) und stromab des ersten SCR-Katalysators (12) angeordneten zweiten Stelle (S2) in das Abgas einbringbar ist, mit einer von dem Reduktionsmittel aus dem Tank (18) durchströmbaren Hauptleitung (222) als erste Leitung, mittels welcher das Reduktionsmittel aus dem Tank (18) zu dem ersten Injektor (20) zu führen ist, mit einer von der Hauptleitung (22) abzweigenden Teilleitung (26) als zweite Leitung, über welche zumindest ein Teil des die Hauptleitung (22) durchströmenden Reduktionsmittels aus der Hauptleitung (22) abzweigbar und zu dem zweiten Injektor (24) zu führen ist, und mit einer Pumpe (30) zum Fördern des Reduktionsmittels aus dem Tank (18) durch die Leitungen zu den Injektoren (20, 24), dadurch gekennzeichnet, dass der Teilleitung (26) ein Absperrventil (32) zugeordnet ist, mittels welcher zumindest ein überwiegender Teil der Teilleitung (26) von der Hauptleitung (22) fluidisch abtrennbar ist, wobei bezogen auf die Leitungen ausschließlich der Hauptleitung (22) ein Heizelement (38) zugeordnet ist, mittels welchem die Hauptleitung (22) erwärmbar ist.
  2. Abgasreinigungsanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilleitung (26) eine Länge von weniger als 40 Zentimetern aufweist.
  3. Abgasreinigungsanlage (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (32) druckgesteuert ist und die Teilleitung (26) freigibt, wenn auf das Absperrventil (32) ein mindestens 6 bar betragender Druck des Reduktionsmittels in der Hauptleitung (22) wirkt.
  4. Abgasreinigungsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (32) federbelastet und/oder aus einem Kunststoff gebildet ist.
  5. Abgasreinigungsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Injektor (20) mittels einer Flüssigkeit aus einem Hochtemperaturkreis (44) der Verbrennungskraftmaschine und der zweite Injektor (24) mittels einer Flüssigkeit aus einem Niedertemperaturkreis (46) der Verbrennungskraftmaschine temperierbar ist.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einem ersten SCR-Katalysator (12), mit wenigstens einem stromab des ersten SCR-Katalysators (12) angeordneten zweiten SCR-Katalysator (14), mit einem Tank (18) zum Aufnehmen eines Reduktionsmittels zum Entsticken des Abgases, mit einem ersten Injektor (20), mittels welchem das Reduktionsmittel an wenigstens einer stromauf des ersten SCR-Katalysators (12) angeordneten ersten Stelle (S1) in das Abgas einbringbar ist, mit einem zweiten Injektor (24), mittels welchem das Reduktionsmittel an wenigstens einer stromauf des zweiten SCR-(14) Katalysators und stromab des ersten SCR-Katalysators (12) angeordneten zweiten Stelle (S2) in das Abgas einbringbar ist, mit einer von dem Reduktionsmittel aus dem Tank (18) durchströmbaren Hauptleitung (22) als erste Leitung, mittels welcher das Reduktionsmittel aus dem Tank (18) zu dem ersten Injektor (20) zu führen ist, mit einer von der Hauptleitung (22) abzweigenden Teilleitung (26) als zweite Leitung, über welche zumindest ein Teil des die Hauptleitung (22) durchströmenden Reduktionsmittels aus der Hauptleitung (22) abzweigbar und zu dem zweiten Injektor (24) zu führen ist, und mit einer Pumpe (30) zum Fördern des Reduktionsmittels aus dem Tank (18) durch die Leitungen zu den Injektoren (20, 24), dadurch gekennzeichnet, dass der Teilleitung (26) ein Absperrventil (32) zugeordnet ist, mittels welcher zumindest ein überwiegender Teil der Teilleitung (26) von der Hauptleitung (22) fluidisch abgetrennt wird, wobei bezogen auf die Leitungen ausschließlich der Hauptleitung (22) ein Heizelement (38) zugeordnet ist, mittels welchem die Hauptleitung (22) erwärmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnen des Absperrventils (32) und dadurch ein Freigeben der Teilleitung (26) bewirkt werden, wenn eine Abgastemperatur der Verbrennungskraftmaschine einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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DE102021107434A1 (de) 2021-03-24 2022-09-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Kühlsystem für ein Reduktionsmitteldosiersystem sowie Verbrennungsmotor mit einem solchen Kühlsystem
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