DE102018209364A1 - Heating and pressure generating device for conveying a freezable fluid for use in a motor vehicle and container for the fluid - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemäß ist eine Heiz- und Druckerzeugungseinrichtung zum Erwärmen und Bedrucken eines Fluids in einem Behälter, zum Zuführen in wenigstens einen Brennraum oder in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum des Behälters über eine Verbindungsleitung mit einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine stromabwärts nach einer Abgasreinigungsanlage verbunden ist und dass jeweils ein Ventil eingebaut ist, ein erstes Ventil in ein Endrohr der Abgasanlage stromabwärts nach dem Anschluss der Verbindungsleitung, ein zweites Ventil in die Verbindungsleitung, und ein drittes Ventil in eine vom Druckbehälter ausgehende Zuführleitung zur Förderung des Fluids zu wenigstens einer Einspritzdüse der Brennkraftmaschine. According to the invention, a heating and pressure-generating device for heating and printing a fluid in a container, for feeding into at least one combustion chamber or in an exhaust pipe of an internal combustion engine, characterized in that an interior of the container via a connecting line with an exhaust pipe of the internal combustion engine downstream of an exhaust gas purification system is connected and that in each case a valve is installed, a first valve in a tail pipe of the exhaust system downstream after connecting the connecting line, a second valve in the connecting line, and a third valve in a pressure vessel from the outgoing feed line for conveying the fluid to at least one injection nozzle the internal combustion engine.
Description
Die Erfindung betrifft eine Heiz- und Druckerzeugungseinrichtung für ein Fluid und ein Verfahren zur Verwendung dieses Fluids beim Betrieb einer Brennkraftmaschine und einen Behälter für das Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heating and pressure generating device for a fluid and a method for using this fluid in the operation of an internal combustion engine and a container for the fluid according to the preamble of claim 1.
Bei mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren wird zur Reduzierung von Stickoxiden eine Abgasbehandlung auf der Basis der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) durchgeführt. Bei den dazu verwendeten SCR-Abgasreinigungssystemen wird zum Beispiel nach einem Vorkatalysator in den Abgasstrom ein Reduktionsmittel eingespritzt, welches einem im Fahrzeug befindlichen Reduktionsmitteltank entnommen wird. Als Reduktionsmittel kann hierfür eine wässrige Harnstofflösung mit einem Harnstoffanteil von 32,5 Prozent verwendet werden, die bei etwa minus 11 Grad Celsius gefriert. Um das Einfrieren des Reduktionsmittels zu verhindern, sind herkömmliche Reduktionsmitteltanks mit einer Heizeinrichtung ausgestattet.In diesel-fueled internal combustion engines, exhaust gas treatment based on Selective Catalytic Reduction (SCR) is performed to reduce nitrogen oxides. In the case of the SCR exhaust gas purification systems used for this purpose, for example, after a precatalyst into the exhaust gas flow, a reducing agent is injected, which is taken from a reducing agent tank located in the vehicle. As a reducing agent for this purpose, an aqueous urea solution with a urea content of 32.5 percent can be used, which freezes at about minus 11 degrees Celsius. In order to prevent the freezing of the reducing agent, conventional reducing agent tanks are equipped with a heater.
Bei manchen mit Ottokraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren wird Wasser zur Kühlung über die Einspritzanlage mit eingespritzt, um eine Vollastanreicherung des Gemischs vermeiden zu können. Die
Aus der
Für alle Ausbildungen und Anwendungen ist es Aufgabe der Erfindung, eine Heiz- und Druckerzeugungseinrichtung für ein Eis bildendes Fluid, zum Zuführen in einen Kraftstoff- oder Abgasbereich einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, die auf einfache Weise eine sichere Versorgung des Kraftstoff- oder Abgasbereichs der Brennkraftmaschine mit dem Fluid gewährleistet, insbesondere mit Reduktionsmittel für eine SCR-Abgasanlage oder mit Wasser. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, insbesondere mittels eines Behälters nach Anspruch 2. Ein Verfahren zum Betrieb der Heiz- und Druckerzeugungseinrichtung, das keine elektrische Energie verbraucht, kommt gemäß Anspruch 4 zur Anwendung.For all embodiments and applications, it is an object of the invention to provide a heating and pressure generating device for an ice-forming fluid, for supplying in a fuel or exhaust gas range of an internal combustion engine of a motor vehicle, in a simple way, a secure supply of the fuel or exhaust gas area ensures the internal combustion engine with the fluid, in particular with reducing agent for an SCR exhaust system or with water. This object is solved by the features of claim 1, in particular by means of a container according to
Erfindungsgemäß ist eine Heiz- und Druckerzeugungseinrichtung zum Erwärmen und Bedrucken eines Fluids in einem Behälter, zum Zuführen in wenigstens einen Brennraum oder in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum des Behälters über eine Verbindungsleitung mit einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine stromabwärts nach einer Abgasreinigungsanlage verbunden ist und dass jeweils ein Ventil eingebaut ist, ein erstes Ventil in ein Endrohr der Abgasanlage stromabwärts nach dem Anschluss der Verbindungsleitung, ein zweites Ventil in die Verbindungsleitung, und ein drittes Ventil in eine vom Druckbehälter ausgehende Zuführleitung zur Förderung des Fluids zu wenigstens einer Einspritzdüse der Brennkraftmaschine.According to the invention, a heating and pressure-generating device for heating and printing a fluid in a container, for feeding into at least one combustion chamber or in an exhaust pipe of an internal combustion engine, characterized in that an interior of the container via a connecting line with an exhaust pipe of the internal combustion engine downstream of an exhaust gas purification system is connected and that in each case a valve is installed, a first valve in a tail pipe of the exhaust system downstream after connecting the connecting line, a second valve in the connecting line, and a third valve in a pressure vessel from the outgoing feed line for conveying the fluid to at least one injection nozzle the internal combustion engine.
Durch die Abgasleitungen mit den Ventilen kann vorteilhafterweise zum Beispiel das Endrohr der Abgasanlage geschlossen und dadurch von der Brennkraftmaschine bedrucktes Abgas, bei gleichzeitig offenem zweiten Ventil in der Verbindungsleitung, durch diese in den Behälter geleitet werden. Dieses heiße Abgas erhöht sowohl den Druck, als auch die Temperatur des Fluids im Behälter und durch Öffnen des dritten Ventils in der Zuführleitung wird Fluid zur Einspritzdüse der Brennkraftmaschine oder der Abgasanlage gefördert und dort mit entsprechendem Einspritzdruck zur gesteuerten Einspritzung bereitgestellt. Vorteilhafterweise erwärmt das druckerzeugende, heiße Abgas gleichzeitig das Fluid im Behälter. Den Druckaufbau im Druckbehälter ermöglicht zum Beispiel ein Schließen des ersten Ventils am Abgasanlagen-Ausgang, also am Endrohr bei gleichzeitigen Öffnen des zweiten Ventils in der Verbindungsleitung und geschlossenem dritten Ventil in der Zuführleitung. Wenn dann ein vorgegebener Druck, zum Beispiel 10 bar, im Druckbehälter mittels eines Drucksensors gemessen wird, wird das zweite Ventil der Verbindungsleitung geschlossen und das Ventil am Endrohr öffnet wieder. Zur Steuerung der Förderung des Wassers dient ein Ventil in der Wasserleitung. Da das Abgas außerdem warm ist, kann dieses genutzt werden um gefrorenes Wasser im Tank aufzutauen. Um den Druck stand zu halten, sollte der Wassertank aus Edelstahl oder Aluminium mit jeweils einer CFK oder GFK Wicklung ausgeführt werden.The exhaust pipes with the valves advantageously can be used, for example, to close the exhaust pipe of the exhaust system and thereby exhaust gas printed by the internal combustion engine, with the second valve in the connecting line open at the same time, through the latter into the container. This hot exhaust gas increases both the pressure and the temperature of the fluid in the container and, by opening the third valve in the supply line, fluid is conveyed to the injection nozzle of the internal combustion engine or the exhaust system and is made available there with the appropriate injection pressure for controlled injection. The pressure-generating, hot exhaust gas advantageously simultaneously heats the fluid in the container. The pressure build-up in the pressure vessel enables, for example, the first valve to be closed at the exhaust system outlet, that is to say at the tailpipe, while simultaneously opening the second valve in the connecting line and closing the third valve in the supply line. If a predetermined pressure, for example 10 bar, is then measured in the pressure vessel by means of a pressure sensor, the second valve of the connecting line is closed and the valve on the tail pipe opens again. A valve in the water pipe is used to control the conveyance of the water. Since the exhaust gas is also warm, it can be used to thaw frozen water in the tank. In order to withstand the pressure, the water tank should be made of stainless steel or aluminum, each with a CFK or GFK winding.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Behälter ein Druckbehälter, insbesondere aus Edelstahl oder Aluminium, insbesondere mit wenigstens einer verstärkenden Außenschicht aus CFK und/oder GFK, also kohlefaser- und/oder glasfaserverstärktem Kunststoff. Von Vorteil ist hier, dass zum Fördern und Bereitstellen des Fluids ein höherer Druck im Behälter zum Einsatz kommen kann.In a preferred embodiment of the invention, the container is a pressure vessel, in particular made of stainless steel or aluminum, in particular with at least one reinforcing outer layer of CFRP and / or GRP, ie carbon fiber and / or glass fiber reinforced plastic. The advantage here is that for conveying and providing the fluid, a higher pressure in the container can be used.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Ventile in Abhängigkeit voneinander und/oder von Parametern einer Brennkraftmaschinen Steuereinrichtung in ihrem Öffnungsgrad verstellbar, was eine genauere Fluiddrucksteuerung ermöglicht, gegenüber einer Verwendung von Ventilen mit nur einer Offen- und einer Schließstellung. In an advantageous embodiment of the invention, the valves in dependence on each other and / or parameters of an internal combustion engine control device in its opening degree adjustable, allowing a more accurate fluid pressure control, compared to a use of valves with only one open and one closed position.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Betrieb der Heiz- und Druckerzeugungseinrichtung für das Fluid in dem Behälter ist dadurch gekennzeichnet, dass Abgas ventilgesteuert, wenigstens oder ausschließlich wenn die Brennkraftmaschine ohne Last betrieben wird, wenigstens durch Öffnen des zweiten Ventils, zur Druckerhöhung und Erwärmung im Behälter, in diesen geführt wird.A preferred method for operating the heating and pressure generating device for the fluid in the container is characterized in that exhaust gas valve controlled, at least or exclusively when the internal combustion engine is operated without load, at least by opening the second valve, for pressure increase and heating in the container, in this is led.
Wenn Abgas nur im Falle der Lastwegnahme von der Brennkraftmaschine durch den Fahrer in Richtung Druckbehälter geleitet wird, entsteht an dieser vorteilhafterweise keine Leistungseinbuße und es erhöht sich zusätzlich die Motorbremsleistung.If exhaust gas is directed by the driver in the direction of the pressure vessel only in the case of load removal from the internal combustion engine, this advantageously produces no loss of performance and, in addition, the engine braking power is increased.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. Dazu zeigt die einzige Figur in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Heiz- und Druckerzeugungseinrichtung zum Erwärmen und Bedrucken eines Fluids in einem Druckbehälter für ein flüssiges Additiv zum Zuführen in einen Kraftstoffbereich oder in einen Abgasbereich einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Additiv kann zum Beispiel Wasser zum Einspritzen in einen Ottomotor oder eine Harnstofflösung zum Einspritzen in einen Dieselmotor sein.A preferred embodiment of the invention is shown in more detail in the following description and the accompanying drawing. For this purpose, the single figure shows a schematic representation of a heating and pressure generating device according to the invention for heating and printing a fluid in a pressure container for a liquid additive for feeding into a fuel area or into an exhaust area of an internal combustion engine of a motor vehicle. The additive can be, for example, water for injection into a gasoline engine or a urea solution for injection into a diesel engine.
Ein in der Figur dargestellter Behälter, als Druckbehälter
So besteht die Entnahmevorrichtung, an einem Boden
Der Druckbehälter
Der Innenraum
Ein Öffnen des zweiten Ventils
Wenn ein vorgegebener Druck, zum Beispiel 10 bar, gemessen mittels eines nicht gezeichneten Drucksensors in der Verbindungsleitung
Im Falle einer Verwendung von Wasser als Fluid
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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