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Die Erfindung betrifft ein Medienleitungssystem eines Abgasnachbehandlungssystems zum Befördern zumindest eines Mediums, wie eines Additivs, zwischen Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems, umfassend zumindest zwei Dosiereinrichtungen zum Dosieren von Medium, insbesondere zum Einbringen von wässriger Harnstofflösung in einen Abgasstrang, zumindest eine Pumpeinrichtung zum Fördern, insbesondere zum selektiven oder gleichzeitigen Fördern, des Mediums zu den zumindest zwei Dosiereinrichtungen und zum Rücksaugen des Mediums aus den zumindest zwei Dosiereinrichtungen sowie zumindest eine Abzweigeinrichtung zwischen Pumpeinrichtung und Dosiereinrichtungen, wobei die zumindest eine Abzweigeinrichtung über Medienleitungen des Medienleitungssystems mit den zumindest zwei Dosiereinrichtungen und zumindest einem Mediumtank und/oder der zumindest einen Pumpeinrichtung verbindbar oder verbunden ist, ferner ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem solchem Medienleitungssystem, eine Abzweigeinrichtung zur Verzweigung von Medienleitungen des Medienleitungssystems, insbesondere in Verbindung mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem, wobei die Abzweigeinrichtung zumindest drei Anschlussenden aufweist, und ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Motor, insbesondere Verbrennungsmotor, und zumindest einem Abgasnachbehandlungssystem.
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Abgasnachbehandlungssysteme sind im Stand der Technik bekannt. Diese dienen der Reinigung von Abgasen, wie beispielsweise Abgasen von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, u.a. mittels selektiver katalytischer Reduktion bzw. selective catalytic reduction, auch SCR abgekürzt. Hierbei wird eine Reduktion von Stickoxiden (NOx) in Abgasen u.a. von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verstanden. Die chemische Reaktion erfolgt an einem SCR-Katalysator und ist selektiv, was bedeutet, dass Stickoxide reduziert werden, während unerwünschte Nebenreaktionen, wie die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid, soweit wie möglich unterdrückt werden. Dem Abgas wird im Rahmen der chemischen Reaktion Ammoniak (NH3) zugemischt, insbesondere in Form von wässriger Harnstofflösung (auch unter der Bezeichnung AdBlue® bekannt). Die wässrige Harnstofflösung wird vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang insbesondere mittels eines Injektors bzw. einer Dosiereinrichtung eingesprüht. Aus der wässrigen Harnstofflösung entstehen nachfolgend durch Thermolyse und Hydrolyse Ammoniak und Kohlendioxid. Das Ammoniak kann in einem geeigneten Temperaturbereich in dem SCR-Katalysator mit den Stickoxiden im Abgas reagieren.
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Eine weitere Reduktion des Stickoxid-Ausstoßes kann erreicht werden, wenn zwei Dosiereinrichtungen als Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems vorgesehen sind, von denen eine erste motornah und eine zweite im Vergleich zur ersten motorfern, betrachtet in Strömungsrichtung der Abgase, angeordnet ist, wobei die zweite, motorfern angeordnete Dosiereinrichtung insbesondere im Unterboden eines jeweiligen Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann. Dementsprechend sind die beiden Dosiereinrichtungen in Strömungsrichtung des Abgasstroms beabstandet zueinander hintereinander angeordnet. Die Anordnung im Unterboden eines Kraftfahrzeugs, aber auch an anderen Stellen eines Kraftfahrzeugs, führt bei niedrigen Umgebungstemperaturen in den dort angeordneten Medienleitungen des Medienleitungssystems, die zur Dosiereinrichtung führen, und in letzterer zu einem Gefrieren der darin befindlichen wässrigen Harnstofflösung und somit ggf. zu Beschädigungen der Dosiereinrichtung durch das sich beim Gefrieren bildende Eis und die damit verbundene Volumenausdehnung der gefrierenden wässrigen Harnstofflösung, die einen Gefrierpunkt von insbesondere -11 °C aufweist. Dementsprechend ist es bekannt, ein Rücksaugen der wässrigen Harnstofflösung als Medium aus den Dosiereinrichtungen nach jedem Fahrzyklus unter Verwendung einer Pumpeinrichtung vorzusehen. Letztere fördert im normalen Betrieb von einem Mediumtank wässrige Harnstofflösung durch Medienleitungen hindurch zu den Dosiereinrichtungen. Die Pumpeinrichtung dreht beim Rücksaugen nur kurzzeitig rückwärts, insbesondere aufgrund der Geräuschbildung, so dass lediglich eine Teilentleerung der Dosiereinrichtung und Medienleitungen eines Medienleitungssystems erfolgt.
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Beispielsweise dient die motornahe Dosiereinrichtung dem Dosieren nach dem Start des Fahrzeugs, die motorferne Dosiereinrichtung stromabwärts im Abgasstrang der nachfolgenden Dosierung von wässriger Harnstofflösung im normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs. Direkt im Motorbereich erreicht man schneller die Temperaturen, die für die Reduktion des Stickoxidanteils des Abgases erforderlich bzw. für eine effiziente Reduktion vorteilhaft sind. Im Motorbereich können im weiteren Betrieb des Fahrzeugs die Temperaturen zu hoch werden, so dass eine Dosierung der wässrigen Harnstofflösung stromabwärts dann vorteilhafter erscheinen kann. Wenn die Abgastemperaturen zu hoch werden gerade im motornahen Bereich, so dass die katalytische Funktionsfähigkeit für eine optimale Reduktion des Stickoxidanteils des Abgases nicht mehr besteht, kann beim längeren Betrieb, also nicht direkt nach dem Start des Fahrzeugs, durch die Möglichkeit des differenzierten Dosierens aufgrund des Vorsehens der beiden Dosiereinrichtungen auf die stromabwärts bzgl. des Abgasstroms, somit die motorferne Dosiereinrichtung umgeschaltet werden. Dementsprechend kann zunächst die motornahe Dosiereinrichtung dem Zudosieren von wässriger Harnstofflösung dienen und nachfolgend die motorferne, um für dieses Medium bzw. Additiv, also die wässrige Harnstofflösung, jeweils einen günstigen Betriebspunkt zu wählen. Auch ein selektives Dosieren oder ein Dosieren an mehreren Stellen ist möglich.
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Der zumindest eine Mediumtank als Vorratstank für das Medium ,wie das Additiv einer wässrigen Harnstofflösung, und/oder die Pumpeinrichtung zum Fördern des Mediums durch das Medienleitungssystem ist häufig über ein Abzweigstück bzw. eine Abzweigeinrichtung mit beiden Dosiereinrichtungen verbunden, wobei eine Medienleitung des Medienleitungssystems zu der Abzweigeinrichtung führt und von dort zwei Medienleitungen zu den beiden Dosiereinrichtungen, somit eine Medienleitungsverzweigung durch die Abzweigeinrichtung vorgenommen wird. Der in den beiden von der Abzweigeinrichtung zu den Dosiereinrichtungen führenden Medienleitungen beim Rücksaugen erzeugte Unterdruck kann unterschiedlich hoch sein. Dies kann z.B. dazu führen, dass lediglich die Dosiereinrichtung mit dem geringeren hydraulischen Widerstand entleert wird, während in der anderen, insbesondere im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordneten Dosiereinrichtung Reste wässriger Harnstofflösung verbleiben, die bei niedrigen Temperaturen zu einem Einfrieren und dementsprechend ggf. Beschädigungen der Dosiereinrichtung führen können. Allerdings kann das Problem z.B. durch sequentielles Schalten der Dosiereinrichtungen gelöst werden oder durch einen hydraulischen Abgleich. Das jeweilige Verhalten hängt vom Systemaufbau, den verwendeten Leitungslängen der Medienleitungen des Medienleitungssystems und weiteren Einflüssen ab.
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Ferner wird beim Rücksaugen des Mediums bzw. der wässrigen Harnstofflösung aus den beiden Dosiereinrichtungen Luft oder Abgas angesogen, so dass in den Medienleitungen des Medienleitungssystems beispielsweise 80 bis 90% wässriger Harnstofflösung und 10% Luft bzw. Abgas nach dem Abstellen des Fahrzeugmotors verbleiben, wobei die Pumpeinrichtung noch für kurze Zeit nachläuft unter Rücksaugen von Medium bzw. wässriger Harnstofflösung aus den Medienleitungen. Das in den Medienleitungen verbleibende Gemisch aus wässriger Harnstofflösung und Luft bzw. Abgas kann nach dem Abstellen der Pumpeinrichtung jedoch dazu führen, dass sich das flüssige Medium, also die wässrige Harnstofflösung, in den Medienleitungszweig verlagert, der tiefer liegt, also insbesondere in den Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs, während der gasförmige Anteil, also Luft bzw. Abgas, sich in den Medienleitungszweig verlagert, der zu der motornah angeordneten Dosiereinrichtung führt, also räumlich betrachtet weiter oben oder in der gemeinsamen Zuleitung von der Pumpeinrichtung zu der Abzweigeinrichtung zwischen der Pumpeinrichtung und den Dosiereinrichtungen. Trotz des Rücksaugens könnte es somit bei einem Gefrieren der wässrigen Harnstofflösung bzw. des flüssigen Mediums bei niedrigen Umgebungstemperaturen und somit weiterhin zu einer Beschädigung der dort angeordneten Dosiereinrichtung sowie von Bereichen der Medienleitung, die vollständig mit wässriger Harnstofflösung gefüllt sind, kommen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Medienleitungssystem eines Abgasnachbehandlungssystem, wobei das Medienleitungssystem zum Befördern zumindest eines Mediums, wie eines Additivs, zwischen den Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems dient, umfassend als Komponenten zumindest zwei Dosiereinrichtungen zum Dosieren von Medium, insbesondere zum Einbringen von wässriger Harnstofflösung in einen Abgasstrang, zumindest eine Pumpeinrichtung zum Fördern, insbesondere zum selektiven oder gleichzeitigen Fördern, des Mediums zu den zumindest zwei Dosiereinrichtungen und/oder zum Rücksaugen des Mediums aus den zumindest zwei Dosiereinrichtungen sowie zumindest eine Abzweigeinrichtung zwischen zumindest einem Mediumtank und/oder der zumindest einen Pumpeinrichtung und den Dosiereinrichtungen, wobei die zumindest eine Abzweigeinrichtung über Medienleitungen des Medienleitungssystems mit den zumindest zwei Dosiereinrichtungen und zumindest einem Mediumtank und/oder der zumindest einen Pumpeinrichtung verbindbar oder verbunden ist, eine Abzweigeinrichtung zur Verzweigung von Medienleitungen des Medienleitungssystems für ein solches Abgasnachbehandlungssystem und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen zu schaffen, bei dem bzw. der im Stillstand des Kraftfahrzeugs eine solche ungewollte Verlagerung des flüssigen Mediums zu der einen Dosiereinrichtung und des gasförmigen Mediums zu der anderen Dosiereinrichtung vermieden werden kann.
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Die Aufgabe wird für ein Medienleitungssystem zum Befördern zumindest eines Mediums, wie eines Additivs, in einem Abgasnachbehandlungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zumindest eine Absperreinrichtung vorgesehen ist, zum Schließen der Verbindung zwischen Abzweigeinrichtung und zumindest einer der Dosiereinrichtungen nach dem Rücksaugen des Mediums. Für ein Abgasnachbehandlungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Medienleitungssystem zumindest eine Absperreinrichtung umfasst zum Schließen der Verbindung zwischen Abzweigeinrichtung und zumindest einer der Dosiereinrichtungen nach dem Rücksaugen des Mediums. Für eine Abzweigeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Abzweigeinrichtung mit zumindest einer Absperreinrichtung im Bereich zumindest eines Anschlussendes oder an zumindest einem Anschlussende versehbar oder versehen ist. Für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Abgasnachbehandlungssystem zumindest ein solches Medienleitungssystem umfasst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Dadurch wird ein Medienleitungssystem eines Abgasnachbehandlungssystems zum Befördern zumindest eines Mediums, wie eines Additivs, z.B. eines Reduktionsadditiv zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas, in dem Abgasnachbehandlungssystem zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wie einem Pkw oder einem Lkw, das insbesondere einen Verbrennungsmotor umfasst, geschaffen, bei dem zur Abgasnachbehandlung mehr als eine, insbesondere zwei Dosiereinrichtungen, zum Dosieren von Medium, wie wässriger Harnstofflösung, vorgesehen sind und zumindest eine Pumpeinrichtung, um Medium von einem Mediumtank bzw. Vorratstank für Medium zu den zumindest zwei Dosiereinrichtungen zu fördern. Das Medienleitungssystem umfasst eine Anzahl von Medienleitungen, durch die das Medium hierbei strömen kann. Die Pumpeinrichtung kann nicht nur in Förderrichtung zum Fördern des Mediums zu den Dosiereinrichtungen, sondern auch in Rücksaugrichtung betrieben werden, um Medium aus den zumindest zwei Dosiereinrichtungen beim Abschalten des Fahrzeugmotors bzw. des Abgasnachbehandlungssystems und dementsprechend auch der Pumpeinrichtung rücksaugen zu können. Zwischen der zumindest einen Pumpeinrichtung und/oder dem zumindest einen Mediumtank und den Dosiereinrichtungen ist zumindest eine Abzweigeinrichtung angeordnet. Diese kann beispielsweise in Form eines T-förmigen Abzweigstücks, in Form eines Y-förmigen Abzweigstücks, in Form eines sog. Hosenrohrs oder als anderweitig geformtes Abzweigstück ausgebildet, somit eine T-förmige, Y-förmige, hosenrohrförmige oder anderweitig geformte Abzweigungseinrichtung sein. Die Abzweigeinrichtung kann insbesondere bei T- oder Y- oder hosenrohrförmiger Ausgestaltung über zumindest eine Medienleitung mit der Pumpeinrichtung und/oder dem Mediumtank und über jeweils zumindest eine weitere Medienleitung mit den zumindest zwei Dosiereinrichtungen fluidisch verbunden sein. Ist die Pumpeinrichtung direkt benachbart zu der Abzweigeinrichtung angeordnet, kann das Vorsehen einer Medienleitung zwischen der Abzweigeinrichtung und der Pumpeinrichtung entfallen und anstelle dessen eine Medienleitung zwischen der direkt benachbart zu der Abzweigeinrichtung angeordneten Pumpeinrichtung und dem Mediumtank vorgesehen sein. Eine der beiden Dosiereinrichtungen kann beispielsweise in der Nähe des Fahrzeugmotors und die andere Dosiereinrichtung motorfern stromabwärts in einem Abgasstrang angeordnet sein. Beide Dosiereinrichtungen dienen insbesondere dem Eindosieren von wässriger Harnstofflösung, auch AdBlue® genannt, in einen Abgasstrom. Hierbei findet zur Abgasreinigung die bereits vorstehend erläuterte Reaktion der wässrigen Harnstofflösung mit den Stickoxiden aus dem Abgas statt. Die wässrige Harnstofflösung ist das Medium bzw. Additiv, das durch das Medienleitungssystem gefördert wird. Durch das Vorsehen der zumindest einen Absperreinrichtung zum Absperren bzw. Verschließen der Strömungsverbindung zwischen Abzweigeinrichtung und zumindest einer der Dosiereinrichtungen nach dem Rücksaugen des Mediums aus diesen kann verhindert werden, dass Medium, wie wässrige Harnstofflösung, in zumindest der motorfernen Dosiereinrichtung und Bereichen des Medienleitungssystems verbleibt, bei niedrigen Temperaturen gefriert und dementsprechend zu einem Beschädigen der jeweiligen Dosiereinrichtung und von diesen Bereichen des Medienleitungssystems führt. Gerade bei Anordnen der motorfernen Dosiereinrichtung, die im Abgasstrang stromabwärts angeordnet ist, im Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs kann dementsprechend ein Beschädigen dieser Dosiereinrichtung und des dort angeordneten Bereichs des Medienleitungssystems durch gefrierendes Medium aufgrund der Möglichkeit eines Verschließens der Strömungsverbindung zu der Abzweigeinrichtung nach dem Rücksaugen des Mediums vermieden werden.
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Die Absperreinrichtung kann beispielsweise an oder im Bereich der zumindest einen Abzweigeinrichtung angeordnet sein. Insbesondere ist es möglich, die zumindest eine Absperreinrichtung am Anschlussende der Abzweigeinrichtung bzw. im Bereich des Übergangs der Abzweigeinrichtung in die Medienleitung, die zu der jeweiligen Dosiereinrichtung führt, anzuordnen. Ferner ist es möglich, die Absperreinrichtung stromaufwärts in zumindest einer der Medienleitungen anzuordnen, vorteilhaft der Medienleitung, die zu der am ehesten einfriergefährdeten Dosiereinrichtung führt, also insbesondere der bzgl. der Position am Fahrzeug tiefer gelegenen Dosiereinrichtung. Ebenfalls ist es möglich, die Absperreinrichtung nur im Bereich zumindest einer der Dosiereinrichtungen anzuordnen, also vor allem der einfriergefährdeten Dosiereinrichtung, die insbesondere bzgl. der Position am Fahrzeug motorfern bzw. in einem tiefer gelegenen Bereich des Fahrzeugs, wie beispielsweise im Bereich von dessen Unterboden, angeordnet ist.
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Die zumindest eine Absperreinrichtung kann vorteilhaft als selbsttätig schließendes Ventil ausgebildet sein. Ein solches ermöglicht es bei Vorliegen eines in der von der Pumpeinrichtung zur Abzweigeinrichtung vorgesehenen Medienleitung auftretenden Drucks, der höher als in der Medienleitung, die von der Abzweigeinrichtung zu der zumindest einen Dosiereinrichtung führt, ist, ein Fördern von Medium in Richtung der Dosiereinrichtung(en) zu ermöglichen. Umgekehrt kann bei Vorliegen eines Drucks in der Medienleitung, die von der Abzweigungseinrichtung in Richtung zu der zumindest einen Dosiereinrichtung führt, der höher als der Druck in der Medienleitung ist, die von der Pumpeinrichtung in Richtung der Abzweigeinrichtung führt, ein Rücksaugen des Mediums durch die Pumpeinrichtung in Richtung des Mediumtanks vorzusehen. Innerhalb eines solchen selbsttätig schließenden Ventils können somit zwei Zweige, ein Zweig zum Fördern und ein Zweig zum Rücksaugen, vorgesehen sein, die insbesondere parallel zueinander geführt sind. Ein solches selbsttätig schließendes Ventil schließt somit selbsttätig, sobald der Druck auf der einen Seite abfällt oder zu Null wird oder einem vorgebbaren Druck bzw. Öffnungsdruck entspricht, also insbesondere am Ende des Rücksaugvorgangs.
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Ebenfalls ist es möglich, die Absperreinrichtung als elektrisch oder pneumatisch ansteuerbares Ventil auszubilden. Eine Ansteuerung erfolgt dabei vorteilhaft über zumindest eine Steuerungseinrichtung und zumindest eine Steuerleitung, die entsprechend ebenfalls elektrisch oder pneumatisch ausgebildet sein kann. Über eine solche Steuerungseinrichtung können auch die zumindest zwei Dosiereinrichtungen ebenso wie die Pumpeinrichtung angesteuert werden. Es kann somit eine zentrale Steuerungseinrichtung vorgesehen werden. Außer dem Vorsehen eines ansteuerbaren Rückschlagventils kann auch ein ansteuerbares Schaltventil als Absperreinrichtung vorgesehen werden. Da ein selbsttätig schließendes Ventil jedoch ohne zusätzliche Steuerleitungen betrieben werden kann, wird dieses besonders bevorzugt verwendet. Insbesondere kann es an ein Anschlussende der Abzweigeinrichtung angefügt und an dieses dann die zu der entsprechenden Dosiereinrichtung führende Medienleitung angeschlossen werden.
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Die im Abgasnachbehandlungssystem während des normalen Förderbetriebs auftretenden Drücke liegen bei 5 bis 10 bar (rel), insbesondere 5 bis 8,5 bar (rel), mit Druckspitzen bei ca. 15 bar. Beim Rücksaugvorgang der Pumpeinrichtung kann zunächst ein Unterdruck in dem Leitungssystem zwischen den Dosiereinrichtungen und der Pumpeinrichtung aufgebaut, dann die Dosiereinrichtungen geöffnet werden oder umgekehrt erst die Dosiereinrichtungen geöffnet und dann Unterdruck zum Rücksaugen erzeugt werden. Bei der letztgenannten Vorgehensweise ist der auftretende Druck abhängig von der Länge der Medienleitungen und deren Strömungsquerschnitt und den dementsprechend auftretenden Druckverlusten. Der Druck bei der ersten Vorgehensweise liegt näher an einem Vakuum als der bei der zweiten Vorgehensweise. Der Öffnungsdruck der Ventile bzw. Absperreinrichtung kann bei einer Druckdifferenz von 0,2 bar liegen. Hierbei kann ein Öffnen der Absperreinrichtung aufgrund anliegenden hydrostatischen Drucks vermieden, somit der vorstehend beschriebene Medienabfluss zu der Dosiereinrichtung verhindert, und ein Vorgehen wahlweise nach einer der beiden vorstehend genannten Vorgehensweisen ermöglicht werden.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:
- 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems mit wahlweise an verschiedenen Positionen angeordneten erfindungsgemäßen Absperreinrichtungen,
- 2 eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Absperreinrichtung für das Abgasnachbehandlungssystem gemäß 1,
- 3 eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Absperreinrichtung für das Abgasnachbehandlungssystem gemäß 1,
- 4 eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Absperreinrichtung für das Abgasnachbehandlungssystem gemäß 1, und
- 5 eine Längsschnittansicht durch ein bidirektionales Ventil als weiterer Ausführungsform einer Absperreinrichtung für das Abgasnachbehandlungssystem gemäß 1.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Abgasnachbehandlungssystems 1 mit einem Medienleitungssystem 100 mit einer Anzahl von Medienleitungen 10, 11, 12 und einer Abzweigeinrichtung 4. Das Abgasnachbehandlungssystem 1 umfasst ferner zwei Dosiereinrichtungen 2, 3, eine Pumpeinrichtung 5, einen Mediumtank 6. Die Abzweigeinrichtung 4 ist hier eine T-förmige Abzweigeinrichtung 4. In dem Mediumtank 6 befindet sich ein für die Abgasnachbehandlung zu verwendendes Medium 7, wie beispielsweise wässrige Harnstofflösung. Die Abzweigeinrichtung 4 weist ein erstes Anschlussende 40, ein zweites Anschlussende 41 und ein drittes Anschlussende 42 auf. Die erste Medienleitung 10 ist an ihren beiden Enden einerseits mit der Pumpeinrichtung 5 und andererseits mit dem ersten Anschlussende 40 der Abzweigeinrichtung 4 verbunden. Die zweite Medienleitung 11 ist mit dem zweiten Anschlussende 41 der Abzweigeinrichtung 4 einerseits und mit der ersten Dosiereinrichtung 2 andererseits und die dritte Medienleitung 12 mit dem dritten Anschlussende 42 der Abzweigeinrichtung 4 einerseits und der zweiten Dosiereinrichtung 3 andererseits verbunden. Das Medium 7 wird über die Pumpeinrichtung 5 durch die erste Medienleitung 10 zu der Abzweigeinrichtung 4 gefördert. Das Medium 7 tritt durch die T-förmige Abzweigeinrichtung 4 hindurch und gelangt von dort in die zweite Medienleitung 11 und die dritte Medienleitung 12. Die Abzweigeinrichtung 4 ist T-förmig ausgebildet, um das Medium 7 auf die beiden Medienleitungen 11 und 12 verzweigen und somit den beiden Dosiereinrichtungen 2 und 3 zuführen zu können. Anstelle einer T-förmigen Ausbildung kann sie auch beispielsweise Y-förmig, hosenrohrförmig oder anderweitig verzweigt ausgebildet sein/werden.
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Zum Ansteuern sowohl der Pumpeinrichtung 5 als auch der beiden Dosiereinrichtungen 2, 3 ist ferner eine Steuerungseinrichtung 8 vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung 8 ist über eine erste Steuerleitung 80 mit der Pumpeinrichtung 5, über eine zweite Steuerleitung 81 mit der Dosiereinrichtung 2 und über eine dritte Steuerleitung 82 mit der Dosiereinrichtung 3 signalverbunden.
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Die Dosiereinrichtung 2 ist bezüglich der Anordnung in einem Fahrzeug, in dem das Abgasnachbehandlungssystem 1 vorgesehen ist, motornah, also in der Nähe insbesondere eines Verbrennungsmotors angeordnet. Die Dosiereinrichtung 3 ist hingegen bezüglich der Anordnung im Fahrzeug in dessen Unterbodenbereich angeordnet, also entfernt von der Dosiereinrichtung 2 und bezüglich des Fahrzeugs und von dessen Motor weiter unten als die Dosiereinrichtung 2, also in geringerer Höhe, angeordnet. Dementsprechend besteht bezüglich der Medienleitung 12 und der Dosiereinrichtung 3 bei niedrigen Temperaturen ggf. die Gefahr eines Einfrierens des in der Medienleitung 12 und der Dosiereinrichtung 3 vorhandenen Mediums 7, insbesondere von wässriger Harnstofflösung als Additiv zur Abgasreinigung. Aus diesem Grunde kann die Pumpeinrichtung 5 nicht nur in Förderrichtung zum Fördern des Mediums 7 aus dem Mediumtank 6 durch die Medienleitung 10, die Abzweigeinrichtung 4, die Medienleitung 11 zur Dosiereinrichtung 2 bzw. die Medienleitung 12 zur Dosiereinrichtung 3 betrieben werden, sondern auch rückwärts, also im Rücksaugmodus. Im normalen Fördermodus pumpt die Pumpeinrichtung 5 zunächst Medium 7 von dem Mediumtank 6 in Richtung der beiden Dosiereinrichtungen 2, 3, die insbesondere zeitlich versetzt öffnen, wobei zunächst nach dem Start die motornah angeordnete Dosiereinrichtung 2 öffnet und zur Abgasreinigung das Medium 7, insbesondere wässrige Harnstofflösung, in den Abgasstrom injiziert. Sobald ein für die chemische Reaktion der wässrigen Harnstofflösung bzw. des Mediums 7 mit den Stickoxiden im Abgasstrom geeignetes Temperaturniveau auch in dem Bereich des Fahrzeuges, in dem die zweite Dosiereinrichtung 3 angeordnet ist, erreicht wird, kann über diese Dosiereinrichtung 3 Medium 7, wie wässrige Harnstofflösung, in den Abgasstrom injiziert werden. Hierdurch kann zu jeder Zeit ein günstiger Betriebspunkt für das Einsprühen bzw. Injizieren des Mediums 7 als Additiv in den Abgasstrom gewählt werden. Die jeweilige Ansteuerung der Pumpeinrichtung 5 und der beiden Dosiereinrichtungen 2, 3 wird über die Steuerungseinrichtung 8 vorgenommen.
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Wird der Fahrzeugmotor abgestellt und somit auch das Abgasnachbehandlungssystem 1, läuft die Pumpeinrichtung 5 für kurze Zeit noch nach, wobei sie von dem Fördermodus in den Rücksaugmodus übergeht, also rückwärts läuft. Dies dient dazu, Medium 7 insbesondere aus der motorfernen Dosiereinrichtung 3 zurückzupumpen, damit diese nicht in der Dosiereinrichtung 3 und ggf. der Medienleitung 12 verbleibt, um der Einfrierproblematik bei niedrigen Temperaturen zu entgehen und dementsprechend eine Beschädigung gerade der Dosiereinrichtung 3 zu vermeiden. Beim Gefrieren dehnt sich das Medium 7, wie bei Temperaturen von -11 °C gefrierende wässrige Harnstofflösung, aus und führt dementsprechend zu einer Beschädigung vor allem der Dosiereinrichtung 3. Beim Rücksaugbetrieb der Pumpeinrichtung 5 wird Abgas bzw. Luft in die dritte Medienleitung 12 bzw. das Medienleitungssystem 100 mit den Medienleitungen 10, 11 und 12 eingesaugt. Nach dem Abschalten der Pumpeinrichtung 5 soll sich diese eingesaugte Luft bzw. das eingesaugte Abgas nicht in den höher gelegenen Bereich des Medienleitungssystems 100, somit die Medienleitungen 10 und 11, verlagern und das noch in dem Medienleitungssystem 100 verbliebene flüssige Medium 7 in die tiefer gelegene Medienleitung 12 und Dosiereinrichtung 3 absacken. Um dies zu vermeiden, wird eine Absperreinrichtung 9 entweder an der Abzweigeinrichtung 4 und/oder an der Dosiereinrichtung 3 und/oder im Verlauf der Medienleitung 12 angeordnet, wobei die jeweilige Absperreinrichtung 9 nach dem Rücksaugen bzw. Rückpumpen der Pumpeinrichtung 5 schließt.
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Die Absperreinrichtung 9 wird zwischen den Dosiereinrichtungen 2, 3 angeordnet, kann somit im Verlauf der Medienleitungen 11, 12, insbesondere an den beiden mit den Medienleitungen 11 und 12 verbundenen Anschlussenden 41, 42 der Abzweigeinrichtung 4 angeordnet sein. Da gerade der Zweig, der sich an das Anschlussende 42 der Abzweigeinrichtung 4 anschließt, also die dritte Medienleitung 12 und insbesondere die Dosiereinrichtung 3, bei niedrigen Temperaturen besonders einfriergefährdet ist, wird die Anordnung der Absperreinrichtung 9 am Anschlussende 42 der Abzweigeinrichtung 4 oder im Verlauf der Medienleitung 12 besonders bevorzugt. Ebenfalls wird die Anordnung der Absperreinrichtung 9 am Anschlussende 41 der Abzweigeinrichtung 4 als vorteilhaft erachtet, da sich nach dem Abstellen der Pumpeinrichtung 5 das angesogene Abgas bzw. die angesogene Luft beim Rücksaugen der Pumpeinrichtung 5 dann nicht mehr in die zweite Medienleitung 11 verlagern kann. Wie bereits erwähnt, ist es ebenfalls möglich, die Absperreinrichtung 9 an die Dosiereinrichtung 3 anzuschließen, wobei der Aufwand hier oftmals größer ist als bei einem Anordnen der Absperreinrichtung 9 an der Abzweigeinrichtung 4.
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Die Absperreinrichtung 9 kann ferner in eine Trennstelle 95, z.B. als elektrisch-fluidische oder SAE-Trennstelle, also Leitungsverbindungsstelle, ausgebildet, integriert werden. Eine solche ist in 1 beispielhaft im Verlauf der Medienleitung 12 angeordnet gezeigt, kann jedoch ebenfalls im Verlauf der Medienleitung 11 angeordnet sein. Somit sind dann anstelle der Medienleitung 11 bzw. 12 zwei Teil-Medienleitungen vorgesehen, von denen die eine Teil-Medienleitung, z.B. die Teil-Medienleitung 12a, zwischen Trennstelle 95 mit integrierter Absperreinrichtung 9 und der jeweiligen Dosiereinrichtung, wie der Dosiereinrichtung 3, angeordnet ist und die zweite Teil-Medienleitung, wie die Teil-Medienleitung 12b, zwischen der Trennstelle 95 mit integrierter Absperreinrichtung 9 und dem jeweiligen Anschlussende, wie dem dritten Anschlussende 42, der Abzweigeinrichtung 4 angeordnet ist. Bei Vorsehen zweier Teil-Medienleitungen 11a und 11b (nicht gezeigt) sind diese zwischen der Dosiereinrichtung 2 und der Trennstelle 95 bzw. der Trennstelle 95 und dem Anschlussende 41 der Abzweigeinrichtung 4 vorgesehen. Die Anordnung im Bereich der Medienleitung 12 und/oder der Dosiereinrichtung 3, also im unteren Bereich eines Fahrzeugs, insbesondere auch unterhalb eines Fahrzeugmotors, ist jedoch bevorzugt, da dort die Gefahr eines Gefrierens des Mediums 7 innerhlab der Medienleitung 12 bzw. der Teil-Medienleitungen 12a, 12b am größten ist.
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Die Absperreinrichtung 9 kann insbesondere als Ventil ausgebildet werden. Die 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsvarianten solcher als Absperreinrichtungen 9 verwendbarer Ventile. Die Ventile unterscheiden sich dadurch, dass in 2 ein selbsttätig schließendes Ventil 90 skizziert ist, während 3 ein elektrisch ansteuerbares Rückschlagventil 93, 4 ein elektrisch ansteuerbares Schaltventil 94 und 5 ein bidirektionales Ventil 96 zeigt. Dementsprechend ist es bei den beiden elektrisch ansteuerbaren Ventilen gemäß 3 und 4 erforderlich, eine Ansteuerung über die Steuerungseinrichtung 8 und dementsprechend die zu dem jeweiligen Ventil gemäß 3 bzw. gemäß 4 führende Steuerleitung 83 vorzusehen. Beispielhaft ist das am Anschlussende 41 der Abzweigeinrichtung 4 in 1 gezeigte Ventil 94 bzw. die Absperreinrichtung 9 über die Steuerleitung 83 mit der Steuerungseinrichtung 8 signalverbunden.
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Bei dem selbsttätig schließenden Ventil 90 gemäß 2 ist eine Ansteuerung über eine solche Steuerleitung nicht erforderlich. Ein solches kann am Anschlussende 42 der Abzweigeinrichtung 4 in 1 beispielhaft angeordnet sein. Das selbsttätig schließende Ventil 90 gemäß 2 weist zwei parallel geschaltete Zweige 91, 92 auf, die jeweils selbsttätig schließend sind, wobei der erste Zweig 91 der Förderung von Medium 7 von der Pumpeinrichtung 5 in Richtung beispielsweise der Dosiereinrichtung 3 dient, während der zweite Zweig 92 dem Rücksaugen von Medium 7 von der Dosiereinrichtung 3 in Richtung der Pumpeinrichtung 5 dient. Bei der Förderung von Medium 7 vermittels der Pumpeinrichtung 5 aus dem Mediumtank 6 in Richtung beispielsweise der Dosiereinrichtung 3 oder der Dosiereinrichtung 2 ist der Mediendruck p1 in der ersten Medienleitung 10 größer als der Mediendruck p2 in der zweiten Medienleitung 11 bzw. der dritten Medienleitung 12. Beim Rücksaugen ist umgekehrt der Druck p1 in der ersten Medienleitung 10 kleiner als der Druck p2 in der zweiten Medienleitung 11 bzw. der dritten Medienleitung 12. Der Druck in beiden Medienleitungen 11, 12 kann etwa gleich sein, sich ggf. jedoch auch voneinander unterscheiden. Bei Druckabfall bzw. Wegfallen am Ende des Fördervorgangs bzw. am Ende des Rücksaugvorgangs schließt das selbsttätig schließende Ventil 90 automatisch. Dementsprechend wird dieser Zweig nach dem Schließen des selbsttätig schließenden Ventils 90 abgesperrt, so dass nach dem Abschalten der Pumpeinrichtung 5 am Ende des Rücksaugvorgangs von Medium 7 aus dem Medienleitungssystem 100 bzw. den Dosiereinrichtungen 2, 3 und den mit diesen in Verbindung stehenden Medienleitungen 11, 12 nicht mehr die Gefahr einer Verlagerung von flüssigem Medium 7 in Richtung der Dosiereinrichtung 3 besteht. Da das selbsttätig schließende Ventil 90 automatisch, also stromlos bzw. drucklos, schließt, ist keine weitere Ansteuerung erforderlich, somit führt dessen Verwendung zu einer besonders großen Sicherheit. Alternativ können selbstverständlich jedoch auch die in den 3 und 4 skizzierten ansteuerbaren Ventile 93, 94 oder das bidirektionale Ventil 96 verwendet werden.
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Das in 5 skizzierte bidirektionale Ventil 96 umfasst einen Ventilkörper 97, der in zwei Richtungen ausgelenkt werden kann, hier beispielhaft über an zwei einander gegenüberliegenden Seiten an diesem angreifende Federelemente 97a, 97b, und in einer Dichtung 98 aufgenommen ist. Das Ventil 96 befindet sich, wenn keine Strömung des Mediums 7 vorliegt, somit keine Druckdifferenz zwischen den beiden Enden 99a, 99b des Ventils 96, in einer gedichteten Gleichgewichtlage. Die Gleichgewichtslage ist die gedichtete Lage und in 5 gezeigt. Wird der Ventilkörper 97 aus der Gleichgewichtslage bewegt, so werden Strömungskanäle frei, die ein Umströmen des Ventilkörpers 97 ermöglichen. Grundsätzlich kann die Dichtung 98 des Ventils 96 auch weggelassen werden, wobei dann ein sehr enger, den Ventilkörper 97 umgebender Spalt vorgesehen werden kann, um in der Gleichgewichtslage eine weitgehende Abdichtung gegen einen Durchtritt von Medium 7 im Bereich des Ventilkörpers 97 zu ermöglichen.
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Außer dem Anordnen der Absperreinrichtung 9 an den Anschlussenden 41 bzw. 42 der Abzweigeinrichtung 4 oder an der Dosiereinrichtung 3 ist es ebenfalls möglich, die Absperreinrichtung 9 insbesondere in der dritten Medienleitung 12 anzuordnen, beispielsweise integriert in der Trennstelle 95, wie vorstehend erläutert, oder als eigenständige Absperreinrichtung 9 im Verlauf der Medienleitung 12 des Medienleitungssystems 100.
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Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsvarianten von Medienleitungssystemen für ein Abgasnachbehandlungssystemen, Abgasnachbehandlungssystemen mit einem solchen Medienleitungssystem und Abzweigeinrichtungen von diesen sowie Kraftfahrzeugen mit zumindest einem solchen Abgasnachbehandlungssystem können noch zahlreiche weitere gebildet werden, bei denen zumindest zwei Dosiereinrichtungen zum Dosieren von Medium, zumindest eine Pumpeinrichtung zum Fördern des Mediums zu den zumindest zwei Dosiereinrichtungen und zum Rücksaugen des Mediums aus dem zumindest zwei Dosiereinrichtungen sowie zumindest einer Abzweigeinrichtung zwischen Pumpeinrichtung und Dosiereinrichtungen vorgesehen sind. Die zumindest eine Abzweigeinrichtung ist über Medienleitungen des Medienleitungssystems mit den zumindest zwei Dosiereinrichtungen und zumindest einer Mediumtank und/oder der zumindest einen Pumpeinrichtung verbunden. Ferner ist zumindest eine Absperreinrichtung vorgesehen, die nach dem Rücksaugen des Mediums vermittels der Pumpeinrichtung dem Schließen der Verbindung zwischen insbesondere der Abzweigeinrichtung und zumindest einer der Dosiereinrichtungen dient. Grundsätzlich kann die zumindest eine Absperreinrichtung auch bei einem Medienleitungssystem eines Abgasnachbehandlungssystems vorgesehen werden, bei dem nur eine Dosiereinrichtung vorgesehen ist und bei dem die zumindest eine Pumpeinrichtung auf einem höheren Niveau angeordnet ist als die Dosiereinrichtung, so dass es ebenfalls bei niedrigen Temperaturen zu Problemen aufgrund Gefrierens des Mediums in der Dosiereinrichtung und in der im Bereich der Dosiereinrichtung angeordneten und mit dieser verbundenen Medienleitung kommen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasnachbehandlungssystem
- 2
- erste Dosiereinrichtung
- 3
- zweite Dosiereinrichtung
- 4
- Abzweigeinrichtung
- 5
- Pumpeinrichtung
- 6
- Mediumtank
- 7
- Medium
- 8
- Steuerungseinrichtung
- 9
- Absperreinrichtung
- 10
- erste Medienleitung
- 11
- zweite Medienleitung
- 12
- dritte Medienleitung
- 40
- erstes Anschlussende
- 41
- zweites Anschlussende
- 42
- drittes Anschlussende
- 80
- erste Steuerleitung
- 81
- zweite Steuerleitung
- 82
- dritte Steuerleitung
- 83
- Steuerleitung
- 90
- selbsttätig schließendes Ventil
- 91
- erster Zweig
- 92
- zweiter Zweig
- 93
- elektrisch ansteuerbares Rückschlagventil
- 94
- elektrisch ansteuerbares Schaltventil
- 95
- Trennstelle (elektrisch-fluidische oder SAE)
- 96
- bidirektionales Ventil
- 97
- Ventilkörper
- 97a
- Federelement
- 97b
- Federelement
- 98
- Dichtung
- 99a
- erstes Ende des Ventils 96
- 99b
- zweites Endes des Ventils 96, gegenüberliegend zum ersten Ende 99a
- 100
- Medienleitungssystem
- p1
- Druck in 10
- p2
- Druck in 11 oder in 12
