DE102018122178A1

DE102018122178A1 - Dieselabgas-Fluidsystem

Info

Publication number: DE102018122178A1
Application number: DE102018122178.9A
Authority: DE
Inventors: Kale Bateman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2019-03-14
Also published as: CN109488420A; CN109488420B; US20190078484A1; US10400646B2

Abstract

Ein Wärmeübertragungssystem für ein Reduktionsmittel-Zufuhrsystem umfasst einen Reduktionsmittel-Lagertank mit einem Mantel, der einen inneren Tankhohlraum bestimmt, und eine Pumpenanordnung, die in dem inneren Tankhohlraum angeordnet ist. Ein Kühlkörper ist auf oder angrenzend an einen äußeren Teil des Mantels angeordnet, und ein thermischer Leiter erstreckt sich vom Kühlkörper durch den Mantel, um an einer Stelle dicht angrenzend an die Pumpenanordnung abzuschließen. Der thermische Leiter überträgt die Wärmeenergie von einer Stelle angrenzend an die Pumpenanordnung auf den Kühlkörper, um dadurch ein beschleunigtes Einfrieren des Reduktionsmittels zu bewirken.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit einem Zufuhrsystem für Dieselabgasfluid („Reduktionsmittel“) und insbesondere auf eine ReduktionsmittelZufuhrquelle und ein System zur Druckentlastung beim Einfrieren des Reduktionsmittels und zum schnellen Auftauen dieses Fluids während des Betriebs des Fahrzeugs.
Dieselmotoren werden für viele Schwerlastanwendungen, wie zum Beispiel Langstrecken-Lkw-Transporte, aufgrund von Leistungsmerkmalen bevorzugt, die dem Dieselzyklus zugrunde liegen, auf dem sie basieren. Leider findet eine derartige Leistung auf Kosten einer Erhöhung bestimmter regulierter Abgasbestandteile statt. Eine Klasse der Abgasbestandteile, die beherrscht werden muss, sind Stickstoff-Stickoxide („NOx“) und eine Möglichkeit, dies in Automobilanwendungen zu tun, ist die Verwendung einer aktiven selektiven katalytischen Reduktions-(„SCR“)-Vorrichtung, die in dem Motorabgassystem angeordnet ist. Eine typische SCR-Vorrichtung nutzt ein katalysatorbeschichtetes Substrat, das ein Reduktionsmittel einsetzt, das in das Abgas des Dieselmotors an einer Stelle stromaufwärts davon eingespritzt wird, um NOx-Bestandteile zu reduzieren. Das Reduktionsmittel mischt sich mit dem Abgas und reagiert mit dem Katalysator auf dem Substrat in bekannter Weise.
Automobilanwendungen, die SCR-Vorrichtungen einsetzen, können ein Reduktionsmittel-Zuführsystem einschließlich eines Reduktionsmittel-Lagertanks tragen, der über ein Zufuhrsystem mit dem Abgassystem des Motors fluidisch verbunden ist. Eine Herausforderung bei der Konstruktion des Reduktionsmittel-Lagertanks und der unterstützenden Systeme besteht darin, dass das Fluid, das einen hohen Anteil an Wasser umfasst, dazu neigt, bei Temperaturen unter -11 Grad Celsius zu gefrieren, was weit über den Mindestbetriebstemperaturen der meisten Fahrzeuge liegt. Die Gefrierausbreitung des Reduktionsmittels im Reduktionsmittel-Lagertank kann sich von den Außenflächen des Tanks nach innen zu einer darin angeordneten Flüssigkeitspumpe bewegen. Unterstützt durch die thermische Masse der Flüssigkeitspumpenanordnung kann sich der Endfluidabschnitt des Reduktionsmittels oberhalb oder angrenzend an die Pumpenanordnung befinden. Wenn der Endfluidabschnitt gefriert, erfährt das Reduktionsmittel eine Expansionsrate von etwa 10 %, was zur Anwendung von beträchtlichen Kräften auf die Pumpenanordnung führt. Dies kann zu Beschädigungen führen. Es ist wünschenswert, die Einwirkung dieser Gefrierkräfte auf die Reduktionsmittel-Pumpenanordnung zu vermeiden und zusätzlich das Auftauen des Reduktionsfluids angrenzend an die Pumpenanordnung zu beschleunigen, wenn der Betrieb des Dieselmotors nach dem Einfrieren des Reduktionsmitteltanks wieder aufgenommen wird.
KURZDARSTELLUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst ein Wärmeübertragungssystem für ein Reduktionsmittel-Zufuhrsystem einen Reduktionsmittel-Lagertank mit einem Mantel, der einen inneren Tankhohlraum bestimmt. Eine Pumpenanordnung ist im inneren Tankhohlraum angeordnet und ein Kühlkörper ist auf oder angrenzend an einen äußeren Abschnitt des Mantels angeordnet. Ein thermischer Leiter erstreckt sich vom Kühlkörper durch das Gehäuse und endet an einer Stelle dicht angrenzend an die Pumpenanordnung. Der thermische Leiter ist so betreibbar, dass er Wärmeenergie von einer Stelle angrenzend an die Pumpenanordnung zum Kühlkörper überträgt, um dadurch ein beschleunigtes Einfrieren des Reduktionsmittels zu induzieren.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems ist der Kühlkörper fest mit dem Tankmantel verbunden.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems umfasst der Kühlkörper eine Fahrzeugstruktur.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems umfasst der thermische Leiter einen wärmeleitenden Stab mit einem ersten Ende, das angrenzend an die Pumpenanordnung angeordnet ist, und einem zweiten Ende in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems umfasst der wärmeleitende Stab ein Wärmerohr.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems wird durch den Betrieb des Systems ein letzter Fluidabschnitt innerhalb des inneren Tankhohlraums lokalisiert, um die Anwendung von Gefrierkräften auf die Pumpenanordnung zu verhindern.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems umfasst das Wärmeübertragungssystem mehr als eine Wärmeleitung.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems umfasst das System eine Rohrmuffe, die sich vom Mantel des Reduktionsmittel-Lagertanks aus erstreckt und an einer Stelle dicht angrenzend an die Pumpenanordnung endet. Eine sich axial erstreckende Öffnung verlängert die Länge der Rohrmuffe mit einem fluidisch abgedichteten Ende. Die Öffnung nimmt den darin befindlichen wärmeleitenden Stab auf, um das erste Ende angrenzend an die Pumpenanordnung und außerhalb der chemischen Verbindung mit dem Reduktionsmittel zu positionieren, und das zweite Ende in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems weist die Wandung des Mantels eine unterschiedliche Dicke auf, um die Rate der Wärmeübertragung auf den wärmeleitenden Stab entlang einer Länge desselben zu verändern.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems ist die Rohrmuffe mit dem Mantel des Reduktionsmittel-Lagertanks integriert.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems umfasst der Kühlkörper einen Flanschboden, der die Pumpenanordnung trägt, wobei der Kühlkörper wärmeleitende Teile der Pumpenanordnung umfasst.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems umfassen die wärmeleitenden Teile der Pumpanordnung einen Pumpenbehälter.
In einem oder mehreren Beispielen des Wärmeübertragungssystems ist der thermische Leiter betreibbar, um Wärmeenergie vom Kühlkörper zu einer Stelle angrenzend an die Pumpenanordnung zu übertragen, um dadurch ein beschleunigtes Auftauen des Reduktionsmittels zu induzieren.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform umfasst ein Abgasbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors eine Abgasleitung, eine selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Vorrichtung und ein Reduktionsmittel-Zuführsystem. Das Reduktionsmittel-Zuführsystem umfasst einen Reduktionsmittel-Lagertank, eine im Reduktionsmittel-Lagertank angeordnete Pumpenanordnung sowie ein Wärmeübertragungssystem. Das Wärmeübertragungssystem umfasst einen auf oder angrenzend an einen äußeren Teil des Gehäuses angeordneten Kühlkörper und einen thermischen Leiter, der sich vom Kühlkörper durch das Gehäuse erstreckt und an einer Stelle dicht angrenzend an die Pumpenanordnung endet. Der thermische Leiter ist so betreibbar, dass er Wärmeenergie von einer Stelle angrenzend an die Pumpenanordnung zum Kühlkörper überträgt, um dadurch ein beschleunigtes Einfrieren des Reduktionsmittels zu induzieren.
In einem oder mehreren Beispielen des Abgasbehandlungssystems umfasst der thermische Leiter einen wärmeleitenden Stab mit einem ersten Ende, das angrenzend an die Pumpenanordnung angeordnet ist, und einem zweiten Ende in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper.
In einem oder mehreren Beispielen des Abgasbehandlungssystems ist der wärmeleitende Stab ein Wärmerohr.
In einem oder mehreren Beispielen des Abgasbehandlungssystems wird durch den Betrieb des Systems ein letzter Fluidabschnitt innerhalb des inneren Tankhohlraums lokalisiert, um die Anwendung von Gefrierkräften auf die Pumpenanordnung zu verhindern.
In einem oder mehreren Beispielen des Abgasbehandlungssystems umfasst das Wärmeübertragungssystem mehr als eine Wärmeleitung.
Bei einem oder mehreren Beispielen des Abgasbehandlungssystems erstreckt sich eine Rohrmuffe aus dem Mantel des Reduktionsmittel-Lagertanks und endet an einer Stelle dicht angrenzend an die Pumpenanordnung, und eine axial verlaufende Öffnung verlängert die Länge der Rohrmuffe mit einem fluidisch abgedichteten Ende. Die Öffnung nimmt den darin befindlichen wärmeleitenden Stab auf, um das erste Ende angrenzend an die Pumpenanordnung und außerhalb der chemischen Verbindung mit dem Reduktionsmittel zu positionieren, und das zweite Ende in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper.
In einem oder mehreren Beispielen des Abgasbehandlungssystems umfasst der Kühlkörper einen Flanschboden, der die Pumpenanordnung trägt, wobei der Kühlkörper wärmeleitende Teile der Pumpenanordnung umfasst.
In einem oder mehreren Beispielen des Abgasbehandlungssystems umfassen die wärmeleitenden Teile der Pumpanordnung einen Pumpenbehälter.
In einem oder mehreren Beispielen des Abgasbehandlungssystems wird der thermische Leiter betrieben, um Wärmeenergie vom Kühlkörper zu einer Stelle angrenzend an die Pumpenanordnung zu übertragen, um dadurch ein beschleunigtes Auftauen des Reduktionsmittels zu induzieren.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne Weiteres hervor.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:

1 ist eine schematische Darstellung eines Abgassystems für einen Verbrennungsmotor, der Merkmale gemäß der Offenbarung integriert;
Die 2A, 2B und 2C sind schematische Darstellungen eines Reduktionsmittel-Zufuhrsystems des Abgassystems von 1, das einer Reduktionsmittel-Gefriersequenz unterzogen wird;
3 ist eine schematische Darstellung eines Reduktionsmittel-Zufuhrsystems mit einem Wärmeübertragungssystem;
4 ist eine schematische Darstellung von Teilen des Wärmeübertragungssystems der Offenbarung; und
5 ist eine schematische Darstellung oder eine andere Ausführungsform eines Reduktionsmittel-Zuführsystems, das ein Wärmeübertragungssystem verkörpert.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen gleiche Referenznummern gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Bezugnehmend auf 1 betrifft eine exemplarische Ausführungsform ein Abgasbehandlungssystem 10 zur Reduzierung von geregelten Abgasbestandteilen, die von einem Verbrennungsmotor 12 ausgestoßen werden. Das hierin beschriebene Abgasbehandlungssystem 10 kann in verschiedenen Motorsystemen implementiert werden, die Dieselmotorsysteme und Benzinmotorsysteme beinhalten können.
Das Abgasbehandlungssystem 10 beinhaltet im Allgemeinen eine Abgasleitung 14 sowie eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen. Die Abgasbehandlungsvorrichtungen können unter anderem eine Oxidationskatalysatorvorrichtung („OC“) 16 und eine selektive katalytische Reduktions-(„SCR“)-Vorrichtung 18 beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die SCR-Vorrichtung kann sowohl einen SCR-Katalysator 19 als auch einen Partikelfilter („PF“) 20 beinhalten. Der PF 20 kann mit dem SCR-Katalysator 19 zur Bildung der SCR-Vorrichtung integriert werden, wie in der Figur dargestellt. Wie ersichtlich ist, kann das Abgasbehandlungssystem 10 der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen von einer oder mehreren Abgasbehandlungsvorrichtungen und/oder andere Abgasbehandlungsvorrichtungen (nicht dargestellt) beinhalten, und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt.
Die Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, transportiert das Abgas 22 vom Motor 12 zu den verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen 16, 18 des Abgasbehandlungssystems 10. Wie zu erkennen ist, kann der OC 16 einer aus verschiedenen Durchfluss-Oxidationskatalysatorvorrichtungen sein, die in der Technik bekannt sind. In verschiedenen Ausführungsformen kann der OC 16 ein durchströmbares Metall- oder Keramikmonolithsubstrat 26 beinhalten, das eine darauf angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung beinhaltet. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete Metalloxidkatalysatoren und Kombinationen davon, enthalten. Die OC-Vorrichtung 16 ist für die Behandlung von unverbranntem gasförmigem und nicht-flüchtigem HC und CO nützlich, welche oxidieren, um Kohlendioxid und Wasser auszubilden.
Die SCR-Vorrichtung 18 kann stromabwärts der OC-Vorrichtung 16 angeordnet werden und ist zum Reduzieren von NOx-Bestandteilen im Abgas 22 ausgelegt. Die SCR-Vorrichtung 18 beinhaltet eine SCR-Katalysatorzusammensetzung (z.B., einen Washcoat) und kann ein Reduktionsmittel 24 verwenden, um das NOx zu reduzieren. Das Reduktionsmittel 24 kann unter anderem Ammoniak (NH₃) und Harnstoff (CO(NH₂)₂) beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann einen Zeolith und eine oder mehrere Grundmetallkomponenten wie Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu) oder Vanadium (V) enthalten, die effizient arbeiten können, um NOx-Bestandteile im Abgas 22 in Gegenwart von NH3 in akzeptable Nebenprodukte (z.B., zweiatomiger Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O)) umzuwandeln. Das von der SCR-Vorrichtung 18 verwendete Reduktionsmittel 24 kann in Form einer Flüssigkeit (einer wässrigen Harnstofflösung) vorliegen, auf die hierin ausführlicher eingegangen wird.
Das in 1 veranschaulichte Abgasbehandlungssystem 10 kann ferner ein Reduktionsmittel-Zuführsystem 30 beinhalten, das ein Reduktionsmittel 24 in das Abgas 22 einführt. Das Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 30 beinhaltet eine Reduktionsmittelzufuhrquelle 32, eine Einspritzdüse 34 und ein Steuermodul 36. Die Reduktionsmittelzufuhrquelle 32 speichert das Reduktionsmittel 24 und steht in Fluidverbindung mit der Einspritzdüse 34. Das Reduktionsmittel 24 kann unter anderem Ammoniak (NH₃), Harnstoff und Wasser beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform veranschaulichen die 2A - 2C einen Teil des Reduktions-Zufuhrsystems 30 mit einer Gefriersequenz des Reduktionsmittels 24. Das Reduktionsmittel-Zuführsystem 30 beinhaltet einen Reduktionsmittel-Lagertank 38 mit einer darin angeordneten Pumpenanordnung 40. Das Reduktionsmittel 24 kann fluidmäßig über ein Versorgungssystem 42, 1, mit dem Abgassystem 10 des Fahrzeugs (nicht dargestellt) verbunden sein. Eine Herausforderung bei einigen Versorgungssystemen tritt bei -11 Grad Celsius (-11 °C) auf, wobei Reduktionsmittel 24 zum Gefrieren neigt. -11 °C liegt über der Mindestbetriebstemperatur des Fahrzeugs. Das Reduktionsmittel 24 im Reduktionsmittel-Lagertank 38 kann basierend auf verschiedenen Faktoren gefrieren. So kann beispielsweise die Pumpenanordnung 40 (als eine thermische Masse) länger zum Abkühlen brauchen als das umgebende Reduktionsmittel 24, und kann daher das Reduktionsmittel angrenzend an die Pumpenanordnung 40 veranlassen, zuletzt zu gefrieren. Wie in den 2B dargestellt, neigt das Reduktionsmittel 24 dazu, vom Äußeren des Lagertanks 38 zum Inneren zu gefrieren. Das äußere Gefriermuster kann zum Ergebnis haben, dass ein finaler Fluidabschnitt 44 über der oder eng angrenzend an die Pumpenanordnung 40 verbleibt. Wie in 2C dargestellt, wenn der finale Fluidabschnitt 44 gefriert, kann das Reduktionsmittel 24 eine Ausdehnungsrate von etwa 10 % erfahren, was das Aufbringen von signifikanten Kräften F_d auf die Pumpenanordnung 40 zum Ergebnis haben kann.
Unter Bezugnahme nun auf 3 kann ein Wärmeübertragungssystem 50 in Verbindung mit dem Reduktionsmittel-Lagertank 38 des Reduktionsmittel-Zufuhrsystems 30 verwendet werden, um die beschriebene Reduktionsmittel-Gefriersequenz zu modifizieren und dadurch den finalen Fluidanteil 44 von den Stellen angrenzend an die Pumpenanordnung 40 umzulagern. Durch das Verlagern des finalen Fluidanteils 44 aus der Umgebung der Pumpenanordnung 40 wird die Aufbringung von Kräften F_d auf die Pumpe verhindert, wodurch Schäden während des Einfrierens des Reduktionsmittels 24 vermieden werden. In einer Ausführungsform umfasst der Reduktionsmittel-Lagertank 38 einen durch die Wandungen 54 bestimmten Mantel 52. Der Mantel 32 bestimmt einen inneren Tankhohlraum 56, in dem die Pumpenanordnung 40 und das Reduktionsmittel 24 gelagert sind. Die Pumpenanordnung 40 kann in bekannter Weise durch eine Öffnung (nicht dargestellt) in einer Wandung 54 in den Reduktionsmittel-Lagertank 32 eingelassen werden. In der in 3 veranschaulichten Ausführung ruht die Pumpenanordnung 40 angrenzend an einen unteren Abschnitt 58 des Reduktionsmittel-Lagertanks 38. Angeordnet auf oder angrenzend an einen äußeren Abschnitt des Mantels 52 des Reduktionsmittel-Lagertanks 38 ist ein Kühlkörper 60 angeordnet.
In der dargestellten Ausführung ist der Kühlkörper fest mit dem Tankmantel 52 verbunden. Der Kühlkörper 60 kann jedoch jede Fahrzeugstruktur sein, die als dieser fungieren kann (z. B. Fahrzeugrahmen). Vom Kühlkörper 60 über den Mantel 52 bis hin zum Anschlag an einer Stelle dicht angrenzend an die Pumpenanordnung erstreckt sich eine Wärmeleitung 62. Die Wärmeleitung kann ein Wärmerohr umfassen, das zur Übertragung von Wärme (Wärmeenergie) von einem ersten Ende 64 zu einem zweiten Ende 66 und zum Kühlkörper 60 ausgelegt ist. Die Wärmeleitung 62 kann einen wärmeleitenden Stab, wie beispielsweise einen Aluminiumstab, oder ein spezielles Wärmerohr umfassen, das in der Technik bekannt ist. Durch Anordnen des ersten Endes 64 der Wärmeleitung in einem Bereich 70 des inneren Tankhohlraums 56, an dem der finale Fluidanteil 44 des Reduktionsmittels 24 typischerweise gefriert, kann Wärme von dort übertragen werden, um ein beschleunigtes Einfrieren des Reduktionsmittels 24 zu induzieren. Das Ergebnis eines derartigen schnellen Einfrierens ist die Verlagerung des finalen Fluidanteils 44 an eine Stelle oder Stellen innerhalb des inneren Tankhohlraums 56, wobei die Kräfte F_d die Pumpenanordnung 40 nicht beeinträchtigen. Es sollte klar sein, dass mehr als eine Wärmeleitung 62 verwendet werden kann, um die gewünschten Gefrierergebnisse zu erzielen, und dass zur Vereinfachung der Lehren dieser Offenbarung nur eine Leitung in 3 dargestellt ist.
Unter Bezugnahme nun auf 4 kann es in einer Ausführungsform wünschenswert sein, die Wärmeleitung 62 von den korrosiven Einflüssen des Reduktionsmittels 24 zu isolieren. In einem derartigen Fall kann sich eine Rohrmuffe 72 aus dem Mantel 52 des Reduktionsmittel-Lagertanks 38 erstrecken, die im Bereich 70 des inneren Tankhohlraums 56 endet. Die Rohrmuffe 72 definiert eine sich axial erstreckende Öffnung 74, die sich über ihre Länge erstreckt und ist an einem Ende 76 abgedichtet, wodurch die Öffnung von dem im inneren Tankhohlraum 56 enthaltenen Reduktionsmittel isoliert wird. Die Öffnung 74 nimmt die Wärmeleitung 62 darin auf, wodurch das erste Ende 64 im Bereich 70 und das zweite Ende 66 in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper 60 steht; eine chemische Wechselwirkung mit dem Reduktionsmittel 24 wird vermieden. In einer Ausführungsform kann die Mantelwand 78 unterschiedlich dick sein (A > B), um die Wärmeübertragungsrate zur Wärmeleitung 62 über deren Länge zu verändern. Wie in 4 veranschaulicht, kann die Rohrmuffe 72 mit dem Mantel 52 des Reduktionsmittel-Lagertanks 38 fest verbunden sein. Derartige integrale Merkmale können während des Gießens des Tanks 38 gebildet werden. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Rohrmuffe72 durch eine Öffnung (nicht dargestellt) in eine Wandung 54 des Reduktionsmittel-Lagertanks eingeführt werden kann. In derartigen Fällen wird eine Fluiddichtung (nicht dargestellt) um die Öffnung herum hergestellt.
Den Fachleuten sollte klar sein, dass, während das Wärmeübertragungssystem 50 bisher für die lokalisierte Entfernung von Wärmeenergie aus dem Reduktionsmittel 24, das im inneren Tankhohlraum 56 des Reduktionsmittel-Lagertanks gelagert ist, dargestellt wurde, dessen Betrieb umgekehrt werden kann, um das Schmelzen des gefrorenen Reduktionsmittels im Tank zu beschleunigen. Die Beschleunigung der Reduktionsmittelschmelze ist wünschenswert, um das Abgasbehandlungssystem 10 wieder in einen verflüssigten Zustand zu versetzen. In einer Ausführungsform, veranschaulicht in den 1 und 3, kann eine Wärmequelle wie das Abgasbehandlungssystem 10 so angeordnet sein, dass die von ihr abgestrahlte Wärmeenergie durch den Kühlkörper 60 aufgenommen wird. Da der Kühlkörper 60 Wärmeenergie (Wärme) aus dem Abgasbehandlungssystem 10 aufnimmt, wird diese entlang der Wärmeleitung 62 vom zweiten Ende 66 zum ersten Ende 64 geleitet, wobei er die Wärme in das Reduktionsmittel 24 leitet, wodurch das Reduktionsmittel im Bereich 70 des inneren Tankhohlraums 56 erwärmt wird. Nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors 12 kühlt das Abgasbehandlungssystem 10 schnell ab, wodurch sich der Wärmekreislauf umkehrt und Wärmeenergie aus dem Bereich 70 abzieht.
Unter Bezugnahme auf 5 kann die Pumpenanordnung 40 in einer anderen Ausführungsvariante durch eine Tanköffnung 80 im Boden 58 des Reduktionsmittel-Lagertanks 38 eingeführt werden. Die Pumpenanordnung 40 kann auf einem Flanschsockel 82 montiert werden, der die Öffnung 80 beim Einsetzen der Pumpenanordnung 40 in den Tank 32 dichtend verschließen kann. Darüber hinaus kann der Flanschsockel 82 einen Kühlkörper 60' umfassen oder mit diesem verbunden sein. Der Kühlkörper 60' ist mit thermisch leitfähigen Teilen der Pumpenanordnung, wie beispielsweise dem Pumpenbehälter 84, thermisch verbunden. Der Pumpenbehälter 84 ist aus einem wärmeleitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium, hergestellt und erstreckt sich über den Umfang der Pumpenanordnung 40, um die Pumpanordnung im inneren Tankhohlraum 56 zu stützen. Im Betrieb kann die Wärme vom Reduktionsmittel 24, das die Pumpenanordnung 40 umgibt, auf den Flanschsockel 82 übertragen werden, wodurch das Einfrieren des Reduktionsmittels, das die Pumpenanordnung umgibt, beschleunigt wird. Das Ergebnis eines derartigen schnellen Einfrierens ist die Verlagerung des finalen Fluidanteils 44 an eine Stelle oder Stellen innerhalb des inneren Tankhohlraums 56, wobei die Kräfte F_d die Pumpenanordnung 40 nicht beeinträchtigen. Wie angegeben, kehrt eine Wärmequelle wie das Abgasbehandlungssystem 10 nahe des Flanschsockels den Prozess des Wärmeübertragungssystems 50 um, wodurch das Schmelzen des gefrorenen Reduktionsmittels 24 im Reduktionsmittel-Lagertank 38 beschleunigt wird. Die Beschleunigung der Reduktionsmittelschmelze ist wünschenswert, um das Abgasbehandlungssystem 10 bei kalten Betriebsbedingungen wieder vollständig in Betrieb zu nehmen.
Obwohl die Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente für Elemente davon ersetzt werden können, ohne vom Umfang derselben abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.

Claims

Wärmeübertragungssystem für ein Reduktionsmittel-Zufuhrsystem, umfassend: einen Reduktionsmittel-Lagertank mit einem Mantel, der einen inneren Tankhohlraum bestimmt; eine Pumpenanordnung, die im inneren Tankhohlraum angeordnet ist; einen Kühlkörper, der auf oder angrenzend an einen äußeren Teil des Mantels angeordnet ist; und einen thermischen Leiter, der sich vom Kühlkörper durch den Mantel erstreckt, um an einer Stelle angrenzend an die Pumpenanordnung abzuschließen, wobei der thermische Leiter betreibbar ist, um thermische Energie von einer Stelle angrenzend an die Pumpenanordnung und an den Kühlkörper zu übertragen, wodurch ein beschleunigtes Einfrieren des Reduktionsmittels induziert wird.
Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, worin der thermische Leiter einen wärmeleitenden Stab mit einem ersten Ende, das angrenzend an die Pumpenanordnung angeordnet ist, und einem zweiten Ende in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper umfasst.
Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Rohrmuffe, die sich vom Mantel des Reduktionsmittel-Lagertanks erstreckt und an einer Stelle dicht angrenzend an die Pumpenanordnung endet; und eine sich axial erstreckende Öffnung, die sich über die Länge der Rohrmuffe erstreckt und ein fluidisch abgedichtetes Ende aufweist; worin die Öffnung den thermisch leitenden Stab darin aufnimmt, um zu ermöglichen, dass sich das erste Ende angrenzend an die Reduktionsmittelpumpe und außerhalb der chemischen Verbindung mit dem Reduktionsmittel befindet, und das zweite Ende in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper steht.
Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Abgasleitung; eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung; ein Reduktionsmittel-Zufuhrsystem, umfassend: einen Reduktionsmittel-Lagertank, umfassend einen Mantel, der einen inneren Tankhohlraum bestimmt; eine Pumpenanordnung, die im Reduktionsmittel-Lagertank angeordnet ist; und ein Wärmeübertragungssystem, umfassend: einen Kühlkörper, der auf oder angrenzend an einen äußeren Teil des Mantels angeordnet ist; und einen thermischen Leiter, der sich vom Kühlkörper durch den Mantel erstreckt, um an einer Stelle angrenzend an die Pumpenanordnung abzuschließen, wobei der thermische Leiter betreibbar ist, um thermische Energie von einer Stelle angrenzend an die Pumpenanordnung zum Kühlkörper zu übertragen und dadurch ein beschleunigtes Gefrieren des Reduktionsmittels zu induzieren.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 4, wobei der thermische Leiter einen wärmeleitenden Stab mit einem ersten Ende, das angrenzend an die Pumpenanordnung angeordnet ist, und einem zweiten Ende in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper umfasst.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 5, worin der wärmeleitende Stab ein Wärmerohr ist.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 4, worin der Betrieb des Systems einen finalen Fluidanteil innerhalb des inneren Tankhohlraums lokalisiert, um das Aufbringen von Gefrierkräften auf die Pumpenanordnung zu verhindern.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 4, worin das Wärmeübertragungssystem mehr als einen thermischen Leiter umfasst.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 5, ferner umfassend: eine Rohrmuffe, die sich vom Mantel des Reduktionsmittel-Lagertanks erstreckt und an einer Stelle dicht angrenzend an die Pumpenanordnung endet und; eine sich axial erstreckende Öffnung, die sich über die Länge der Rohrmuffe erstreckt und ein fluidisch abgedichtetes Ende aufweist; worin die Öffnung den thermisch leitenden Stab darin aufnimmt, um zu ermöglichen, dass das erste Ende angrenzend an die Reduktionsmittelpumpe und außerhalb der chemischen Verbindung mit dem Reduktionsmittel angeordnet ist, und das zweite Ende in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper steht.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 4, wobei der Kühlkörper einen Flanschsockel umfasst, der die Pumpenanordnung trägt, und der Kühlkörper thermisch leitende Teile der Pumpenanordnung umfasst.