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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem für ein Reduktionsmittel, ein Abgassystem (Auspuffgassystem) und ein Fahrzeug mit einem Auspuffgassystem gemäß den beigefügten Patentansprüchen.
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ZUM STAND DER TECHNIK
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Aufgrund strenger Umweltvorschriften sind Verbrennungsmotoren, wie Dieselmotoren, mit einem Abgasreinigungssystem versehen, welches eine oder mehrere Einrichtungen aufweist zum Reduzieren von sowohl Partikeln als auch der Emission von umweltschädlichen Gasen, welche durch die Verbrennung von Brennstoff beim Betrieb des Verbrennungsmotors entstehen. Umweltschädliche Abgase sind beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und Partikel (Feinstaub) (PM). Zum Regeln derartiger Emissionen und Abgaben aus Fahrzeugen bestehen verschiedene Vorschriften und rechtliche Anforderungen, welche die zulässigen Pegel von Auspuffabgasen bestimmen.
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Techniken zur Reduktion der Emission, die für Dieselfahrzeuge geeignet sind, sind beispielsweise die Abgas-Rezirkulation (EGR), Partikelfilter, Diesel-Oxidationskatalysatoren (DOC) und die selektive katalytische Reduktion (SCR), welche eingesetzt wird zum Reduzieren von gasförmigen Stickoxid (NOx)-Emissionen aus Verbrennungsmotoren. Das SCR-System hat ein Dosiersystem oder -anordnung zum Dosieren eines Reduktionsmittels und einen Katalysator mit einem SCR-Substrat. Das Reduziermittel ist beispielsweise eine Mischung aus 32,5% Harnstoff und Wasser, häufig mit dem Handelsnamen AdBlue®. Die Injektion des Mittels und die Mischung mit den Auspuffgasen bewirkt eine chemische Reaktion, durch welche Stickstoffgas und Wasser am SCR-Katalysator gebildet werden.
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Das Dosiersystem für Reduktionsmittel hat üblicherweise einen Tank für das Reduktionsmittel, der an eine Pumpeinrichtung und Filtereinrichtungen angeschlossen ist zum Schutz der Dosiereinheit, die eine Abgabe- bzw. Injektionseinrichtung aufweist, welche das Reduktionsmittel in die Abgasleitung injiziert. Bei Betrieb des Verbrennungsmotors erreichen die Auspuffgase üblicherweise eine Temperatur, die hoch genug ist zum Verdampfen der Harnstofflösung, so dass Ammoniak gebildet wird. Ist aber die Filtereinrichtung verstopft (zugesetzt), besteht die Gefahr einer unzureichenden Zufuhr von Reduktionsmittel und damit von Betriebsstörungen im Abgassystem. Im schlimmsten Fall fällt das gesamte Dosiersystem aus. Somit besteht ein Bedarf für eine Redundanz bei einem derartigen Dosiersystem, so dass eine ausreichende Zufuhr von Reduktionsmittel zu jedem Zeitpunkt sichergestellt ist.
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Verstopfungsprobleme in Verbindung mit Ventilen sind beispielsweise in der
EP 2 955 352 angesprochen und dieses Dokument beschreibt ein Steuersystem zum Dosieren, welches eine Verstopfung eines Ventils berücksichtigt. Die Sicherstellung der Versorgung mit einem Reduktionsmittel in einem Dosiersystem, in dem eine Filtereinrichtung verstopft ist und somit der Zugang zur Injektionseinrichtung blockiert ist, ist in diesem Dokument aber nicht beschrieben. Es besteht also ein Bedarf hinsichtlich einer Verbesserung gegebener Dosiersysteme zur Sicherstellung einer gewissen Robustheit im Betrieb.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts der Probleme bei Dosiersystemen und Auspuffgassystemen gemäß dem Stand der Technik ist ein Ziel der Erfindung die Bereitstellung eines Dosiersystems und eines Abgassystems mit einer verbesserten Betriebssicherheit.
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Die Erfinder haben ein Problem erkannt in Verbindung mit Dosiersystemen, welche zumindest zwei seriell verbundene Dosiereinheiten aufweisen, nämlich dann, wenn ein erstes Filter stromauf einer ersten Dosiereinheit in der Reihenanordnung verstopft ist, so dass die Zufuhr von Reduktionsmittel auch zur Dosiereinheit oder den Dosiereinheiten stromab der ersten Dosiereinheit behindert ist. Deshalb liegt ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung in der Sicherstellung der Zufuhr von Reduktionsmittel in Dosiersystemen mit zumindest zwei in Reihe liegenden Dosiereinheiten.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Sicherstellung, dass Emissionspegel unterhalb der zulässigen vorgegebenen Pegel während des Betriebs des Verbrennungsmotors eingehalten bleiben. Es ist weiterhin ein Ziel der Erfindung, ein Abgassystem bereitzustellen, welches den Betrieb eines Fahrzeuges mit reduziertem Treibstoffverbrauch ermöglicht.
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Obige Ziele werden erreicht durch ein Dosiersystem gemäß den beigefügten Patentansprüchen. Das Dosiersystem ist eingerichtet zum Zuführen von Reduktionsmittel in eine Abgasströmung von einem Verbrennungsmotor und das Dosiersystem hat einen Speichertank für das Reduktionsmittel, eine unter Druck setzende Versorgungspumpe stromab des Tanks zur Zufuhr des Reduktionsmittels über zumindest eine erste Filtereinrichtung zu einer ersten Dosiereinheit und einer zweiten Dosiereinheit, wobei jede Dosiereinheit eine Abgabeeinrichtung für das Reduktionsmittel aufweist. Die ersten und zweiten Dosiereinheiten sind in Reihe geschaltet und die erste Filtereinrichtung ist stromauf der ersten Dosiereinrichtung angeordnet. Eine Nebenleitung („by-pass“) mit einem Strömungshindernis ist angeordnet zur Verbindung einer Versorgungsleitung von der Versorgungspumpe stromauf der ersten Filtereinrichtung mit einer Zwischenleitung zwischen der ersten Dosiereinheit und der zweiten Dosiereinheit. Zumindest ein Teil der Reduktionsmittelströmung umgeht dabei die erste Filtereinrichtung und die erste Dosiereinheit über die Nebenleitung, wenn die erste Filtereinrichtung zumindest teilweise verstopft ist. Fällt die erste Dosiereinheit zusätzlich aus, umgeht die Reduktionsmittelströmung die erste Filtereinrichtung und die erste Dosiereinheit über die Nebenleitung. Auf diese Weise kann die Funktion des Dosiersystems sichergestellt werden, auch wenn die erste Filtereinrichtung komplett verstopft ist und wenn die erste Einheit ausfällt. Durch Anordnung der Dosiereinheiten in Reihe wird ein relativ einfacher Aufbau erreicht mit einer geringen Anzahl von Leitungsverbindungen im Vergleich zu Dosiereinheiten, die parallel angeordnet sind.
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Das Strömungshindernis kann ein an die Nebenleitung angeschlossenes Drosselventil sein. Damit ist eine passive oder eine aktive Steuerung des Strömungshindernisses möglich.
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Mehr als 20% und bis zu 100% des Reduktionsmittels sind eingerichtet, durch die Nebenleitung zu strömen, abhängig vom Verstopfungsgrad der Filtereinrichtung. Ist die Filtereinrichtung nur teilweise verstopft, ist das System so eingerichtet, dass ein Teil des Reduktionsmittels durch die erste Filtereinrichtung zu der Dosiereinheit strömt, während der verbleibende Teil die erste Filtereinrichtung und die erste Dosiereinheit umgeht. Auf diese Weise können Betriebsstörungen vermieden werden. Das Strömungshindernis kann so ausgelegt sein, dass 0-20% des Reduktionsmittels bei Normalbetrieb des Dosiersystems durch die Nebenleitung strömt. Auf diese Weise trägt die Nebenleitung zur Betriebssicherheit des Systems bei.
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Ein Ausgang der Nebenleitung ist an die Zwischenleitung angeschlossen und ein Rückschlagventil ist in der Zwischenleitung zwischen dem Ausgang der Nebenleitung und der ersten Dosiereinheit angeordnet, um eine Strömung des Reduktionsmittels zurück zur ersten Dosiereinheit zu verhindern. Damit kann ungefiltertes Reduktionsmittel nicht zur Dosiereinheit strömen und die Einheit ist damit wirksam gegen Partikel oder dergleichen geschützt.
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Gemäß einer Variante der Erfindung sind die ersten und zweiten Dosiereinheiten eingerichtet, mittels des Reduktionsmittels gekühlt zu werden. Damit ist ein gesondertes Kühlsystem nicht erforderlich und auf diese Weise kann der Aufbau des Systems weiter vereinfacht werden.
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Die zweite Dosiereinheit kann an eine Rückführleitung angeschlossen werden, über welche ein Teil des Reduktionsmittels zurück zum Tank strömen kann. Auf diese Weise wird ein geschlossener Kreis für einen Teil des Reduktionsmittels bereitgestellt.
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Gemäß einer Merkmalskombination ist eine zweite Filtereinrichtung stromab der ersten Dosiereinheit und stromauf der zweiten Dosiereinheit angeordnet und eine Hauptfiltereinrichtung ist stromab der Versorgungspumpe und stromauf der ersten Filtereinrichtung angeordnet. Durch die Anordnung mehrerer Filtereinrichtungen im Dosiersystem werden die Komponenten des Dosiersystems gegen Verunreinigungen geschützt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Abgassystem mit einem ersten selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) und einem zweiten selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR), wobei die ersten und zweiten selektiven katalytischen Reduktionskatalysatoren in Fluidverbindung stehen mit jeweiligen ersten und zweiten Dosiereinheiten, die in Reihe angeordnet sind zum Zuführen des Reduktionsmittels. Das Abgassystem hat weiterhin einen Diesel-Partikelfilter und wahlweise einen Diesel-Oxidationskatalysator und einen Ammoniak-Schlupf-Katalysator. Die erste Dosiereinheit ist stromauf des ersten SCR-Katalysators angeordnet und die zweite Dosiereinheit ist stromab des Diesel-Partikelfilters und stromauf des zweiten SCR-Katalysators angeordnet. Das Abgassystem ist robust und einfach im Aufbau und bietet eine Redundanz bei einer Verstopfung der ersten Filtereinrichtung oder bei Betriebsstörungen in der ersten Dosiereinheit, da zwei Dosiereinheiten und SCR-Katalysatoren in Reihe geschaltet sind. In dem Abgassystem ist die erste Filtereinrichtung stromauf der ersten Dosiereinheit angeordnet und eine Nebenleitung mit einem Strömungshindernis ist stromauf der ersten Filtereinrichtung angeordnet, wobei zumindest ein Teil der Reduktionsmittelströmung eingerichtet ist, die erste Filtereinrichtung und die erste Dosiereinheit über die Nebenleitung zu umgehen, wenn die erste Filtereinrichtung zumindest teilweise verstopft ist. Bei Störungen bezüglich der Dosiereinheit kann ein Teil der Reduktionsmittelströmung die erste Filtereinrichtung und die erste Dosiereinheit über die Nebenleitung umgehen. Auf diese Weise kann der Betrieb des Abgassystems auch sichergestellt werden, wenn die erste Filtereinrichtung vollständig verstopft ist und die erste Dosiereinheit ausfällt.
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Vorteilhafterweise hat das Abgassystem eine Turbolader-Turbine stromauf des ersten selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (SCR). Auf diese Weise kann die Energieeffizienz des Abgassystems verbessert werden.
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Vorzugsweise hat das Abgassystem ein Diesel-Partikelfilter stromab des ersten selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (SCR) und stromauf des zweiten selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (SCR). Auf diese Weise sind die SCR-Katalysatoren so angeordnet, dass die Temperaturschwankungen im Abgassystem bei Betrieb des Abgassystems ausgenutzt werden können.
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Vorteilhafterweise ist das Abgassystem in einem Schalldämpfer des Fahrzeuges aufgenommen. Damit wird eine raumsparende Konstruktion erreicht. Das Abgassystem hat vorzugsweise das oben beschriebene Dosiersystem oder ist mit ihm verbunden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einem Abgassystem der oben beschriebenen Art.
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Weitere Ziele, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung werden für eine Fachperson noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung von Einzelheiten.
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Figurenliste
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Für ein weitergehendes Verständnis der Erfindung und weiterer Ziele und Vorteile derselben folgt eine Beschreibung von Einzelheiten in Verknüpfung mit den begleitenden Figuren, in denen die gleichen Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen:
- 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem Abgassystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zeigt schematisch eine Koppelungsanordnung für ein Dosiersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3 zeigt schematisch eine Koppelungsanordnung für ein Abgassystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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BESCHREIBUNG VON EINZELHEITEN
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis der Erfinder, dass eine Redundanz erreichbar ist bei einem Dosiersystem mit zumindest zwei Dosiereinheiten mit jeweiligen Filtereinrichtungen, wobei die Dosiereinheiten in Reihe angeordnet sind, durch Anordnung einer Nebenleitung mit einem Strömungshindernis zur Verbindung einer Versorgungsleitung von einer Versorgungspumpe stromauf der Filtereinrichtung mit einer Zwischenleitung zwischen der ersten Dosiereinheit und der zweiten Dosiereinheit. Damit können die erste Filtereinrichtung und die erste Dosiereinheit umgangen werden, während die weiteren Komponenten des Dosiersystems mit dem Reduktionsmittel versorgt werden, wenn die erste Filtereinrichtung verstopft ist und wenn die erste Dosiereinheit gestört ist. Zum Schutz der ersten Dosiereinheit kann ein Rückschlagventil in der Reduktionsmittel-Zwischenleitung zwischen einem Auslass der Nebenleitung und der ersten Dosiereinheit angeordnet werden, um eine Rückströmung des Reduktionsmittels zurück zur ersten Dosiereinheit zu vermeiden. Gemäß einer Variante können die Nebenleitung, das Strömungshindernis und das Rückschlagventil in die erste Dosiereinheit integriert sein. Damit wird ein kompakter Aufbau gewonnen. Auch kann auf diese Weise die erste Dosiereinheit mittels des Reduktionsmittels gekühlt werden, auch wenn die erste Filtereinrichtung verstopft ist.
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Um sicherzustellen, dass ein Hauptteil des Reduktionsmittels bei Normalbetrieb der ersten Dosiereinheit zugeführt wird, ist die Nebenleitung mit einem Strömungshindernis versehen. Ist die Filtereinrichtung sauber und nicht verstopft, reicht der Druck der Pumpe stromab des Speichertanks für das Reduktionsmittel aus, um das Reduktionsmittel durch die erste Filtereinrichtung und alle weiteren Filtereinrichtungen zur Dosiereinheit zu drücken. Ist aber die erste Filtereinrichtung verstopft oder teilweise verstopft, wächst der Rückstaudruck aufgrund der Verstopfung des Filters an und dies erschwert die Passage des Filters mit dem verbleibenden Druck der Versorgungspumpe. Das Reduktionsmittel wird deshalb den Weg des geringsten Widerstandes wählen und somit strömt zumindest ein Teil des Reduktionsmittels durch die Nebenleitung. Auf diese Weise wird die Reduktionsmittelströmung so gestaltet, dass sie die erste Filtereinrichtung und die erste Dosiereinheit über die Nebenleitung umgeht. Je stärker das Filter verstopft ist, umso größer ist der Anteil der Strömung durch die Nebenleitung. Das Strömungshindernis wird vorteilhaft so dimensioniert, dass 0-20% des Reduktionsmittels bei Normalbetrieb des Dosiersystems durch die Nebenleitung strömt. Wächst der Verstopfungsgrad des Filters an, wächst auch der Anteil des Reduktionsmittels, welcher durch die Nebenleitung strömt, an. Dies resultiert vom ansteigenden Rückstaudruck aufgrund des angestiegenen Verstopfungsgrades der Filtereinrichtung. Damit wird das Volumen des Reduktionsmittels, welches durch die Nebenleitung strömt, abhängig vom Verstopfungsgrad und kann passiv gesteuert werden mittels eines selbsteinstellenden Hindernisses oder auch aktiv mittels einer elektronischen Steuereinrichtung und einem elektrischen Steuerungsventil als Strömungshindernis. Beginnt die Filtereinrichtung zu verstopfen, strömen mehr als 20% und bis zu 100% des Reduktionsmittels durch die Nebenleitung in Abhängigkeit vom Verstopfungsgrad der Filtereinrichtung. Das Strömungshindernis kann beispielsweise ein Drosselventil sein. Das Drosselventil kann beispielsweise federgespannt sein und in der Nebenleitung wirken.
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Das Reduktionsmittel-Dosiersystem gemäß dieser Beschreibung ist in geeigneter Weise in einem Auspuffgassystem eines Verbrennungsmotors angeordnet oder mit diesem verbunden. Der Verbrennungsmotor kann von jeglichem Typ sein, ist aber vorzugsweise ein Vier-Takt-Verbrennungsmotor und weiter vorzugsweise ein Vier-Takt-Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung (Dieselmotor). Der Motor kann in jeglicher für Verbrennungsmotoren bekannter Weise eingesetzt werden. Beispielsweise als frei stehender Motor, beispielsweise für die Stromerzeugung in einer industriellen Anlage. Vorzugsweise erfolgt der Einsatz aber in einem Fahrzeug. Unter Fahrzeug ist hier insbesondere zu verstehen eine jegliche Maschine, die einen Verbrennungsmotor einsetzt zur Erzeugung von Antriebskraft, entweder direkt oder indirekt wie bei Hybrid-Fahrzeugen. Dies umfasst nicht einschränkend Motorfahrzeuge, wie PKW, Lastkraftwagen und Busse; Schienenfahrzeuge, wie Züge und Straßenbahnen; Wasserfahrzeuge, wie Schiffe und Boote; und Flugzeuge. Das Reduktionsmittel ist vorzugsweise ein Diesel-Abgasfluid mit einer Lösung von Harnstoff in Wasser entsprechend dem Standard AUS 32 der ISO 22241. Andererseits kann es sich bei dem Reduktionsmittel aber auch um einen anderen flüssigen Zusatz zur Abgasströmung handeln, wie Kohlenwasserstoff-Treibstoff für die „Ausbrennung“ („burn off“) bezüglich eines Diesel-Partikelfilters stromab im Abgassystem. Das Reduktionsmittel kann auch mit „reduzierendes Mittel“ oder „Reduktant“ bezeichnet werden.
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Die Dosiereinheit weist auf oder besteht aus einer Abgabeeinrichtung, welche auf Flüssigkeit beschränkt sein kann, auch bekannt als „luftfreier Injektor“. Dies bedeutet, dass die Abgabeeinrichtung keine Druckluft verwendet, um die Injektion des Reduktionsmittels in den Auspuff zu fördern. Da ein Kompressor zum Betrieb Energie erfordert, bedeutet dies eine Energieeinsparung im Vergleich zu luftunterstützten Systemen. Bei einigen Anwendungen, wie in der Schifffahrt, steht nicht regelmäßig komprimierte Luft zur Verfügung und somit können dort besondere, kostenaufwändige Komponenten vermieden werden. Die Abgabeeinrichtung für das Reduktionsmittel-Dosiersystem kann aber andererseits auch luftunterstützt sein, d.h. eine Vorrichtung mit Einsatz von unter Druck stehender Luft zur Förderung der Injektion des Reduktionsmittels. Unter Druck stehendes Reduktionsmittel kann über eine Versorgungsleitung der Abgabeeinrichtung zugeführt werden. Die Abgabeeinrichtung hat vorzugsweise eine steuerbare Ventileinrichtung zum Dosieren der erforderlichen Menge an Reduktionsmittel in das Abgassystem. Eine Dosierleitung kann an die Abgabeeinrichtung angeschlossen sein und über die Dosierleitung wird das Reduktionsmittel zu einem Ausgang der Dosierleitung transportiert. Die Dosierleitung kann eine Wand des Auspuffrohres im Abgassystem an einer geeigneten Stelle durchsetzen, vorzugsweise stromab einer Turbolader-Turbine.
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Um eine Überhitzung der Dosiereinheiten und insbesondere der Abgabeeinrichtungen, wie zum Beispiel von Injektionsventilen, zu vermeiden, werden diese in geeigneter Weise mittels des Reduktionsmittels gekühlt. Falls die erste Filtereinrichtung verstopft ist, ist es entscheidend, dass die Versorgung von Reduktionsmittel zu den Dosiereinheiten stromab der ersten Dosiereinheit aufrechterhalten bleibt und deshalb wird die erste Dosiereinheit umgangen. Die erste Filtereinrichtung hat hauptsächlich den Zweck des Schutzes der ersten Abgabeeinrichtung, z.B. eines Injektionsventils in der ersten Dosiereinheit, gegenüber Partikeln, welche in das Ventil eintreten könnten. Gemäß einer Variante aber kann die Versorgung mit Reduktionsmittel so eingerichtet sein, dass eine Kühlung der ersten Dosiereinheit ermöglicht ist, d.h. ein geringer Anteil des Reduktionsmittels strömt an der Filtereinrichtung vorbei und wird über einen Kühlkreis der ersten Dosiereinheit geführt. Es sollte aber vermieden werden, dass nicht gefiltertes Reduktionsmittel eine Versorgungsleitung für die Abgabeeinrichtung erreicht. Ein Hauptteil der Strömung wird so gelenkt, dass er die erste Filtereinrichtung und die erste Dosiereinheit umgeht. Auf diese Weise könnte die erste Dosiereinheit gekühlt werden, wobei die Abgabeeinrichtung gegen Partikel geschützt ist. Andererseits können aber, wie oben erwähnt, die Nebenleitung, das Strömungshindernis und das Rückschlagventil in die erste Dosiereinheit integriert werden, wodurch zumindest ein Teil der ersten Dosiereinheit mittels des Reduktionsmittels gekühlt werden kann.
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In dem Dosiersystem ist die zweite Dosiereinheit an eine Rückleitung angeschlossen, durch welche ein Teil des Reduktionsmittels zum Tank zurückströmen kann. Auf diese Weise ist der Anteil des Reduktionsmittels, welcher hauptsächlich zum Kühlen eingesetzt wird, in einem geschlossenen Kreis angeordnet.
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Das Dosiersystem kann mehrere Filter oder Filtereinrichtungen aufweisen, z.B. eine zweite Filtereinrichtung kann stromab der ersten Dosiereinrichtung und stromauf der zweiten Dosiereinrichtung angeordnet sein. Weiterhin kann eine Hauptfiltereinrichtung stromab der Versorgungspumpe und stromauf der ersten Filtereinrichtung vorgesehen sein. Auch kann ein Speichertank-Filter eingesetzt sein zum Abtrennen von größeren Partikeln aus dem Reduktionsmittel. Auch kann ein Versorgungspumpen-Filter stromauf der Versorgungspumpe vorgesehen sein zum Schutz der Pumpe gegenüber Partikeln. Jedes Filter verbessert die Reinheit des Reduktionsmittels, welches in das Abgassystem injiziert wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein robustes Abgassystem mit einem ersten selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) und einem zweiten selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR), welche fluidmäßig verbunden sind mit jeweils zugeordneten ersten und zweiten Dosiereinheiten, die in Reihe angeordnet sind zum Einführen eines Reduktionsmittels. Das Abgassystem kann ein Diesel-Partikelfilter aufweisen und wahlweise einen Diesel-Oxidationskatalysator und einen Ammoniakschlupf-Katalysator. Die erste Dosiereinheit ist stromauf des ersten SCR-Katalysators und die zweite Dosiereinheit ist stromab des Diesel-Oxidationskatalysators und/oder des Diesel-Partikelfilters und stromauf des zweiten SCR-Katalysators angeordnet. Damit kann sichergestellt werden, dass Reduktionsmittel der Abgasströmung hinzugefügt wird zumindest bevor der zweite SCR-Katalysator erreicht ist. Der Vorteil der Anordnung der Dosiereinheiten in Reihe liegt insbesondere darin, dass sie abwechselnd oder in Reihe gleichzeitig betrieben werden können. Da die Dosiereinheiten abwechselnd betrieben werden können, ist es möglich, die Dosiereinheit und den SCR-Katalysator, welche einzusetzen sind, in Abhängigkeit von der Temperatur der Auspuffgase auszuwählen: dabei erfolgt die Auswahl in Abhängigkeit davon, ob die Abgastemperatur stromab oder stromauf des Diesel-Partikelfilters am höchsten ist. Um die Verdampfung des Reduktionsmittels zu optimieren, ist es von Vorteil, die Dosiereinheit und den Katalysator auszuwählen, welche im Bereich der höchsten Temperatur liegen. Damit ist es möglich, das Erfordernis eines Betriebs des Motors in hitzeerzeugender Weise zu reduzieren, z.B. durch Verzögerung der Verbrennung bei hohen Motorrotationsgeschwindigkeiten und damit wiederum ist es möglich, den Treibstoffverbrauch zu senken.
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Das Abgassystem hat vorzugsweise ein Dosiersystem der oben beschriebenen Art, wobei es möglich ist, zumindest einen Teil des Reduktionsmittels an der ersten Filtereinrichtung und der ersten Dosiereinheit vorbeiströmen zu lassen, wenn die erste Filtereinrichtung zumindest teilweise verstopft ist.
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Das Abgassystem hat auch vorzugsweise eine Turbolader-Turbine stromauf des ersten selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (SCR). Das Abgassystem ist mit einem Turbolader versehen zum Wiedergewinnen von Energie aus den Auspuffgasen. Eine Auspuffleitung ist stromab des Turboladers angeschlossen zur Förderung von Auspuffgasen vom Turbolader durch das Abgassystem zu stromab gelegenen Komponenten hin, wie beispielsweise Partikelfiltern, den selektiven Reduktionskatalysatoren, dem Ammoniakschlupf-Katalysator etc.. Die Auspuffleitung ist vorzugsweise ein Rohr mit einer zylindrischen Wand mit einer sich in Longitudinalrichtung erstreckenden Mittelachse. Mit „zylindrisch“ ist hier ein Zylinder gemeint mit jeglicher Querschnittsform, wie im Stand der Technik bekannt, jedoch handelt es sich in der Regel um eine Kreiszylinderform. Jegliche Auspuffform gemäß dem Stand der Technik kann eingesetzt werden. Das Abgassystem oder zumindest einige der Komponenten des Abgassystems können in einem Schalldämpfer des Fahrzeuges untergebracht sein.
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeuges 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 1 hat einen Verbrennungsmotor 2, eine erste Auspuffleitung 4, die zu einer Turbolader-Turbine 6 führt, und eine zweite Auspuffleitung 8, die von der Turbolader-Turbine 6 zu einem Abgassystem 10 führt mit einem SCR-Reinigungssystem 30 mit einem SCR-Katalysator. Das Abgassystem kann zumindest teilweise in einem Schalldämpfer 11 des Fahrzeuges 1 untergebracht sein. Das Fahrzeug 1 kann ein Schwerlastfahrzeug, wie ein Lastwagen oder ein Bus sein. Das Fahrzeug 1 kann aber auch ein PKW sein. Das Fahrzeug kann ein HybridFahrzeug mit einem Elektromotor (nicht dargestellt) zusätzlich zum Verbrennungsmotor 2 sein.
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2 erläutert schematisch eine Koppelungsanordnung für ein Dosiersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Dosiersystem 20 hat einen Speichertank 21 für Reduktionsmittel und eine druckerzeugende Versorgungspumpe 23 stromab des Tanks 21 zum Zuführen des Reduktionsmittels zu einer ersten Dosiereinheit 22 über eine Versorgungsleitung 31. Das Reduktionsmittel wird zur ersten Dosiereinheit 22 über eine erste Filtereinrichtung 26 geführt, welche stromauf der ersten Dosiereinheit 22 liegt. Bei Ausführungsbeispiel gemäß 2 hat das Dosiersystem eine Versorgungspumpen-Filtereinrichtung 37 stromauf der Versorgungspumpe 23 und eine Hauptfiltereinrichtung 25 stromab der Versorgungspumpe 23. Ein Tankfilter 35 ist in dem Speichertank 21 in Verbindung mit einem Einlass zur Versorgungsleitung 31 angeordnet. Die Versorgungspumpe 23 setzt die Reduktionsmittelströmung hinreichend unter Druck, um eine Versorgung durch alle Komponenten des Dosiersystems bei Normalbetrieb zu gewährleisten. Das Dosiersystem 20 hat weiterhin eine zweite Dosiereinheit 24. Eine zweite Filtereinrichtung 27 ist stromauf der zweiten Dosiereinheit 24 und stromab der ersten Dosiereinheit 22 angeordnet. Die erste Dosiereinheit 22 hat eine erste Abgabeeinrichtung 220 und die zweite Dosiereinheit hat eine zweite Abgabeeinrichtung 240 für das Reduktionsmittel. Die ersten und zweiten Dosiereinheiten 22, 24 sind in Reihe angeordnet und miteinander über eine Zwischenleitung 32 verbunden.
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Erfindungsgemäß ist eine Nebenleitung 28 mit einem Strömungshindernis 280 eingerichtet zur Verbindung der Versorgungsleitung 31 von der Versorgungspumpe 23, stromab des Tanks 21 und stromauf der ersten Filtereinrichtung 26, mit der Zwischenleitung 32, die sich zwischen der ersten Dosiereinheit 22 und der zweiten Dosiereinheit 24 erstreckt. Zumindest ein Teil der Reduktionsmittelströmung umgeht die erste Dosiereinheit 22 und die erste Filtereinrichtung 26 über die Nebenleitung 28, wenn die erste Filtereinrichtung 26 zumindest teilweise verstopft ist. Das Strömungshindernis 280 ist vorzugsweise ein Drosselventil. Gemäß 2 ist ein Ausgang 281 der Nebenleitung 28 mit der Zwischenleitung 32 für Reduktionsmittel verbunden und ein Rückschlagventil 29 ist in der Zwischenleitung 32 für Reduktionsmittel zwischen dem Auslass 281 und der ersten Dosiereinheit 22 angeordnet, um eine Rückströmung von Reduktionsmittel zurück zur ersten Dosiereinheit 22 zu verhindern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Nebenleitung 28, das Strömungshindernis 280 und das Rückschlagventil 29 integrierte Komponenten der ersten Dosiereinheit 22.
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Die zweite Dosiereinheit 24 ist an eine Rückführleitung 33 angeschlossen, über welche ein Teil des Reduktionsmittels zurück zum Tank 21 strömt. Auf diese Weise wird Reduktionsmittel, welches zum Kühlen der Dosiereinheiten eingesetzt ist, zum Tank zurückgeführt.
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3 erläutert schematisch die Koppelungsanordnung für ein Abgassystem gemäß einer Variante der Erfindung. Die Auspuffgase werden durch Verbrennung von Treibstoff in einem Verbrennungsmotor 2 erzeugt. Die Auspuffgase werden in einem Abgaskollektor gesammelt, welcher an eine erste Auspuffleitung 4 angeschlossen ist, welche die Auspuffgase zu einer Turbolader-Turbine 6 führt. Eine zweite Auspuffleitung 8 ist eingerichtet, die Auspuffgase von der Turbolader-Turbine 6 zu einem Schalldämpfer 11 zu führen. Das Abgassystem 10 hat einen ersten selektiven katalytischen Reduktionskatalysator 32 (SCR) und einen zweiten selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) 34. Die ersten und zweiten SCR-Katalysatoren stehen in Fluidverbindung mit einer jeweils zugeordneten ersten Dosiereinheit 22 bzw. einer zweiten Dosiereinheit 24, die in Reihe angeordnet sind zum Zuführen des Reduktionsmittels. Das Abgassystem 10 hat weiterhin einen Diesel-Partikelfilter (DPF) 40. Das Abgassystem kann wahlweise einen Diesel-Oxidationskatalysator und einen Ammoniakschlupf-Katalysator aufweisen, welche beim dargestellten Ausführungsbeispiel nicht gezeigt sind. Die erste Dosiereinheit 22 ist stromauf des ersten SCR-Katalysators 32 angeordnet und die zweite Dosiereinheit 24 ist stromab des Diesel-Partikelfilters 40 und stromauf des zweiten SCR-Katalysators 34 angeordnet. Alle Komponenten können in dem Schalldämpfer 11 des Fahrzeuges angeordnet sein, jedoch ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel die erste Dosiereinheit stromauf des Schalldämpfers 11 angeordnet. Wie oben erläutert, können die Dosiereinheiten 22 und 24 abwechselnd oder in Reihe betrieben werden, wie oben erläutert. Die gereinigten Auspuffgase werden dann vom Schalldämpfer 11 über eine Auspuffleitung 36 herausgeführt.
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Weitere Abwandlungen der Erfindung sind möglich im Rahmen der beigefügten Patentansprüche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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