DE102019117572A1 - Heatable supply pipe for removing a liquid operating medium of a motor vehicle from a container - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Zuleitungsrohr zum Zuführen einer wässrigen Harnstofflösung aus einem Tankbehälter in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs beschrieben, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen der vorbei strömenden Harnstofflösung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist. Alternativ wird ein Zuleitungsrohr, dessen elektrische Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist, zum Zuführen von Wasser aus einem Tankbehälter, zur Verbrennungsluft eines Kraftfahrzeugs hinzu verwendet. Die elektrische Heizeinrichtung dient zum Erwärmen des im Zuleitungsrohr strömenden Wassers.A feed pipe for feeding an aqueous urea solution from a tank into an exhaust system of a motor vehicle is described, with an electrical heating device for heating the urea solution flowing past, which is characterized in that the heating device is formed within the pipe wall of the feed pipe. Alternatively, a supply pipe, the electrical heating device of which is formed within the pipe wall of the supply pipe, is used to supply water from a tank container to the combustion air of a motor vehicle. The electrical heating device is used to heat the water flowing in the supply pipe.

Description

Die Erfindung beschreibt ein beheizbares Zuleitungsrohr zur Entnahme eines flüssigen Betriebsmittels eines Kraftfahrzeugs aus einem Behälter, insbesondere zur Versorgung eines dieses antreibenden Verbrennungsmotors, nach dem Oberbegriff entweder des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.The invention describes a heatable supply pipe for removing a liquid operating medium of a motor vehicle from a container, in particular for supplying an internal combustion engine driving it, according to the preamble of either claim 1 or claim 2.

Bei manchen Verbrennungsmotoren wird Wasser zur Kühlung über die Einspritzanlage mit eingespritzt, um eine Vollastanreicherung des Gemischs vermeiden zu können. Wassereinspritzung erhöht das Füllungsvolumen und steigert die Leistung des Verbrennungsmotors oder aber reduziert deren Verbrauch. Dazu wird Wasser der Verbrennungsluft zugeführt. Das Wasser wird aufgrund der vergleichsweise warmen Verbrennungsluft verdampft, was dieser Energie entzieht, nämlich die erforderliche Verdampfungsenergie des Wassers. Folglich wird die Verbrennungsluft abgekühlt. Infolgedessen ist die Dichte der Verbrennungsluft erhöht, was zu einer Leistungssteigerung führt. Zudem wird der Verbrennungsmotor im Bereich der Wassereinspritzung gekühlt, was zu einer effektiveren Kühlung als lediglich mittels des Kühlmittelkreislaufs führt. Das Wasser wird meist in einen Ansaugkanal eines Zylinderkopfes oder aber in den Brennraum selbst eingespritzt. Die Wassereinspritzung weist üblicherweise eine Einspritzdüse auf, die mittels einer Wasserleitung mit einem Wassertank als Behälter gekoppelt ist, in dem das Wasser zur Einspritzung bevorratet ist.In some internal combustion engines, water for cooling is also injected via the injection system in order to be able to avoid full load enrichment of the mixture. Water injection increases the filling volume and increases the performance of the combustion engine or reduces its consumption. To do this, water is added to the combustion air. The water is evaporated due to the comparatively warm combustion air, which removes this energy, namely the necessary evaporation energy of the water. As a result, the combustion air is cooled. As a result, the density of the combustion air is increased, which leads to an increase in performance. In addition, the internal combustion engine is cooled in the area of the water injection, which leads to more effective cooling than simply by means of the coolant circuit. The water is usually injected into an intake duct of a cylinder head or into the combustion chamber itself. The water injection usually has an injection nozzle which is coupled by means of a water line to a water tank as a container in which the water for injection is stored.

Die DE 10 2006 014 527 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zufuhr von Wasser aus einem Behälter in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors.The DE 10 2006 014 527 A1 describes a device and a method for supplying water from a container into a combustion chamber of an internal combustion engine.

Bei negativen Temperaturen ist es möglich, dass das sich in der Wassereinspritzung, vorwiegend also in der Wasserleitung, befindende Wasser gefriert und die Wassereinspritzung infolgedessen nicht einsatzbereit ist. Zudem kann eine Beschädigung der Wassereinspritzungsvorrichtung auftreten, aufgrund der sich bei der Eisbildung auftretenden Volumenvergrößerung. Um dies zu vermeiden, wird üblicherweise nach Abstellen des Verbrennungsmotors überschüssiges Wasser aus der Wasserleitung abgepumpt, was vergleichsweise aufwändig ist.At negative temperatures, it is possible that the water in the water injection, i.e. mainly in the water pipe, freezes and the water injection is consequently not ready for use. In addition, damage to the water injection device can occur due to the increase in volume that occurs when ice is formed. In order to avoid this, excess water is usually pumped out of the water pipe after the internal combustion engine has been switched off, which is comparatively complex.

Zur Verminderung von im Abgas eines Dieselmotors enthaltener Schadstoffe, hat sich das Prinzip des geregelten oder gesteuerten Dieselkatalysators als vorteilhafte Technik erwiesen. Diese Technik wird vor allem bei Verbrennungsmotoren, die mit Luftüberschuss betrieben werden, zur Verminderung des Ausstoßes an Stickoxiden eingesetzt. Beim SCR-Verfahren, der selektiven katalytischen Reduktion, werden Stickoxide zusammen mit Ammoniak an einem selektiven Katalysator kontaktiert und katalytisch zu umweltunbedenklichem Stickstoff und zu Wasser umgesetzt. Aufgrund der mit dem Ammoniakeinsatz verbundenen Gefahr, nämlich der Giftigkeit, und aufgrund der durch Ammoniak hervorgerufenen Geruchsbelästigung, soll Ammoniak nicht im Fahrzeug mitgeführt werden.The principle of the regulated or controlled diesel catalytic converter has proven to be an advantageous technique for reducing pollutants contained in the exhaust gas of a diesel engine. This technology is mainly used in internal combustion engines that are operated with excess air to reduce the emission of nitrogen oxides. In the SCR process, the selective catalytic reduction, nitrogen oxides are contacted together with ammonia on a selective catalytic converter and converted catalytically to environmentally harmless nitrogen and water. Due to the danger associated with the use of ammonia, namely the toxicity, and due to the odor nuisance caused by ammonia, ammonia should not be carried in the vehicle.

Anstelle des Ammoniaks wird zur katalytischen Umsetzung der Stickoxide als Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung im Fahrzeug mitgeführt. Aus dieser wässrigen Harnstofflösung wird der Ammoniak durch Hydrolyse jeweils in der augenblicklich gerade zur Umsetzung der Stickoxide benötigten Menge erzeugt. Es ist ein Vorteil der in wässrigen Lösungen vorliegenden ammoniakfreisetzenden Substanzen, wie zum Beispiel Harnstoff, dass die Bevorratung, die Handhabung, die Förder- und Dosierbarkeit technisch besonders einfach zu lösen sind.Instead of ammonia, an aqueous urea solution is carried in the vehicle as a reducing agent for the catalytic conversion of nitrogen oxides. The ammonia is generated from this aqueous urea solution by hydrolysis in the amount that is currently needed to convert the nitrogen oxides. It is an advantage of the ammonia-releasing substances present in aqueous solutions, such as urea, for example, that the storage, handling, delivery and metering are technically particularly easy to solve.

Ein Nachteil dieser wässrigen Lösungen besteht darin, dass in Abhängigkeit von der Konzentration der gelösten Substanz, die Gefahr des Einfrierens der Lösung bei bestimmten tiefen Temperaturen besteht. Eine Möglichkeit zur Vermeidung des Einfrierens und zur Vermeidung von Frostschäden ist grundsätzlich die Beheizung der reduktionsmittelführenden Teile der Abgasreinigungsanlage.A disadvantage of these aqueous solutions is that, depending on the concentration of the dissolved substance, there is a risk of the solution freezing at certain low temperatures. One possibility to avoid freezing and to avoid frost damage is basically to heat the reducing agent-carrying parts of the exhaust gas cleaning system.

Aus der DE 10 2011 102 151 A1 ist bereits ein Zuleitungsrohr bekannt, das als Fluidleitung zwischen einem Vorratstank und einem Abgaskatalysator, um diesen mit der wässrigen Harnstofflösung zu versorgen, eingebaut ist. Eine im Zuleitungsrohr angeordnete Heizeinrichtung ermöglicht es, die Harnstofflösung von Inneren der Leitung her zu beheizen, so dass diese von außen bis auf die elektrischen Anschlüsse zur Beheizung nicht zugänglich sein muss. Im Inneren des Zuleitungsrohrs ist ein Heizdraht verbaut, der ein Gefrieren der Harnstofflösung bei niedrigen Temperaturen verhindert.From the DE 10 2011 102 151 A1 a feed pipe is already known which is installed as a fluid line between a storage tank and an exhaust gas catalytic converter in order to supply it with the aqueous urea solution. A heating device arranged in the feed pipe makes it possible to heat the urea solution from the inside of the line so that it does not have to be accessible from the outside except for the electrical connections for heating. A heating wire is built into the inside of the supply pipe, which prevents the urea solution from freezing at low temperatures.

Ein Zuleitungsrohr zum Zuführen einer wässrigen Harnstofflösung aus einem Tankbehälter in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer innerhalb des Zuleitungsrohrs befindlichen elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen der vorbei strömenden Harnstofflösung, hat den Nachteil, dass ein großer Abdichtungsaufwand für das Herausführen der elektrischen Heizeinrichtung aus dem Zuleitungsrohr betrieben werden muss.A feed pipe for feeding an aqueous urea solution from a tank into an exhaust system of a motor vehicle, with an electrical heating device located inside the feed pipe for heating the urea solution flowing past, has the disadvantage that a great deal of sealing effort is required for leading the electrical heating device out of the feed pipe got to.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein beheizbares Zuleitungsrohr zur Entnahme eines flüssigen Betriebsmittels eines Kraftfahrzeugs aus einem Behälter bereitzustellen, das einfach aufgebaut und qualitativ hochwertig ist und insbesondere, dass dessen Dichtigkeit zuverlässig gewährleistet werden kann.The object of the invention is to provide a heatable feed pipe for removing a liquid operating medium of a motor vehicle from a container, which is of simple construction and of high quality and, in particular, that its tightness can be reliably guaranteed.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object is achieved with the features of claims 1 or 2. Further refinements of the invention emerge from the dependent claims.

Nach der Erfindung ist ein Zuleitungsrohr, zum Zuführen einer wässrigen Harnstofflösung aus einem Tankbehälter in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen der vorbei strömenden Harnstofflösung, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung innerhalb einer Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist.According to the invention, a feed pipe for feeding an aqueous urea solution from a tank into an exhaust system of a motor vehicle, with an electrical heating device for heating the urea solution flowing past, is characterized in that the heating device is formed within a pipe wall of the feed pipe.

Alternativ dazu ist ein Zuleitungsrohr, zum Zuführen von Wasser aus einem Tankbehälter zur Verbrennungsluft eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen des vorbei strömenden Wassers, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist.As an alternative to this, a feed pipe for supplying water from a tank to the combustion air of a motor vehicle with an electrical heating device for heating the water flowing past is characterized in that the heating device is formed within the pipe wall of the feed pipe.

Beide Heizanwendungen haben den Vorteil, dass die Wandung des Zuleitungsrohrs nicht durch Teile der Heizeinrichtung durchbrochen wird und so dauerhaft Dichtigkeit des Systems gewährleistet werden kann, wobei dazu nicht das komplette Zuleitungsrohr von außen erwärmt werden muss, was eine schnellere Systemreaktionszeit und Kosteneinsparung mit sich bringt, da der Temperatureintrag näher am Zielort, der Harnstofflösung oder alternativ des Wassers, erfolgt.Both heating applications have the advantage that the wall of the supply pipe is not broken through by parts of the heating device and thus permanent tightness of the system can be guaranteed, whereby the complete supply pipe does not have to be heated from the outside, which results in a faster system reaction time and cost savings, because the temperature input takes place closer to the destination, the urea solution or alternatively the water.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass die Rohrwandung mehrschichtig aufgebaut ist. Dazu wird das Zuleitungsrohr vorteilhafterweise mittels mehrschichtiger Extrusion erzeugt, insbesondere so, dass dieses wenigstens aus einer elektrisch isolierenden Außenschicht und wenigstens einer innerhalb dieser befindlichen, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs, erwärmbaren Schicht besteht. Dazu kann bevorzugt die, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbare Schicht, wenigstens ein PCT-Element enthalten. Wird die Heizung mittels PTC-Elementen bewirkt, das sind sich unter Stromfluss erwärmende Widerstandselemente, also Heizelemente deren elektrischer Widerstand sich bei Erreichen einer kritischen Temperatur sprunghaft erhöht, ermöglicht dies einen Verzicht auf Temperatursensoren zur Erfasssung und Kontrolle der Medientemperatur der Harnstofflösung. Damit wird eine Schädigung des Kunststoffes durch Überhitzen der Heizung ausgeschlossen, außerdem kann mit relativ geringem Aufwand gefertigt werden. Vorteilhafterweise werden auch keramische PTC-Elemente verwendet, die kostengünstig am Markt erhältlich sind. In Umfangsrichtung des Zuleitungsrohres werden vorteilhafterwseise mehrere PTC-Elemente nebeneinander angeordnet. Zur Verbesserung der Heizleistung kann die wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbare Schicht des Zuleitungsrohrs auch einen erhöhten Rußanteil im Leitungsgrundmaterial Kunststoff enthalten.Preferred embodiments of the invention are characterized in that the pipe wall has a multilayer structure. For this purpose, the feed pipe is advantageously produced by means of multi-layer extrusion, in particular such that it consists of at least one electrically insulating outer layer and at least one layer located within it and heatable at least over partial areas of its inner circumference. For this purpose, the layer which can be heated at least over partial areas of its inner circumference can preferably contain at least one PCT element. If the heating is effected by means of PTC elements, which are resistance elements that heat up under the flow of current, i.e. heating elements whose electrical resistance increases sharply when a critical temperature is reached, this makes it possible to dispense with temperature sensors for recording and monitoring the media temperature of the urea solution. This means that damage to the plastic due to overheating of the heater is ruled out, and it can also be manufactured with relatively little effort. Ceramic PTC elements, which are inexpensive on the market, are also advantageously used. A plurality of PTC elements are advantageously arranged next to one another in the circumferential direction of the supply pipe. To improve the heating capacity, the layer of the supply pipe, which can be heated at least over partial areas of its inner circumference, can also contain an increased proportion of soot in the base material of the pipe, plastic.

Alternativ kann die erwärmbare Schicht des Zuleitungsrohrs aus einem Metallrohr, insbesondere einem Aluminiumrohr, bestehen, das zusätzlich zur isolierenden Außenschicht eine isolierende und Innenschicht besitzt, bevorzugt als Rohr aus einem elektrischen Isolator durch Einschieben in das Metallrohr eingebracht.Alternatively, the heatable layer of the supply pipe can consist of a metal pipe, in particular an aluminum pipe, which has an insulating and inner layer in addition to the insulating outer layer, preferably inserted as a pipe made of an electrical insulator by pushing it into the metal pipe.

Für alle Ausführungsformen ist vorteilhaft, wenn eine elektrische Kontaktierung der erwärmbaren Schicht des Zuleitungsrohrs über leitfähige Quick - Connectoren nach dem Stand der Technik erfolgt.For all embodiments it is advantageous if electrical contact is made with the heatable layer of the supply pipe via conductive quick connectors according to the prior art.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102006014527 A1 [0003]DE 102006014527 A1 [0003]
  • DE 102011102151 A1 [0008]DE 102011102151 A1 [0008]

Claims (10)

Zuleitungsrohr zum Zuführen einer wässrigen Harnstofflösung aus einem Tankbehälter in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen der vorbei strömenden Harnstofflösung, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist.Feed pipe for feeding an aqueous urea solution from a tank into an exhaust system of a motor vehicle, with an electrical heating device for heating the urea solution flowing past, characterized in that the heating device is formed within the pipe wall of the feed pipe. Zuleitungsrohr, zum Zuführen von Wasser aus einem Tankbehälter zur Verbrennungsluft eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen des vorbei strömenden Wassers, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist.Supply pipe, for supplying water from a tank container to the combustion air of a motor vehicle, with an electrical heating device for heating the water flowing past, characterized in that the heating device is formed within the pipe wall of the supply pipe. Zuleitungsrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwandung mehrschichtig aufgebaut ist.Supply pipe after Claim 1 or 2 , characterized in that the pipe wall has a multilayer structure. Zuleitungsrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mittels mehrschichtiger Extrusion erzeugt wird.Supply pipe after Claim 3 , characterized in that this is produced by means of multilayer extrusion. Zuleitungsrohr nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens aus einer elektrisch isolierenden Außenschicht und wenigstens einer innerhalb dieser befindlichen, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbaren Schicht besteht.Supply pipe after Claim 3 or 4th , characterized in that this consists of at least one electrically insulating outer layer and at least one layer located within this and heatable at least over partial areas of its inner circumference. Zuleitungsrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbare Schicht wenigstens ein PCT-Element enthält.Supply pipe after Claim 5 , characterized in that the layer which can be heated at least over partial areas of its inner circumference contains at least one PCT element. Zuleitungsrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbare Schicht einen erhöhten Rußanteil im Kunststoff enthält.Supply pipe after Claim 6 , characterized in that the layer which can be heated at least over partial areas of its inner circumference contains an increased proportion of soot in the plastic. Zuleitungsrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmbare Schicht aus einem Metallrohr, insbesondere einem Aluminiumrohr, besteht, das zusätzlich zur isolierenden Außenschicht eine isolierende und Innenschicht besitzt.Supply pipe after one of the Claims 5 to 7th , characterized in that the heatable layer consists of a metal tube, in particular an aluminum tube, which in addition to the insulating outer layer has an insulating and inner layer. Zuleitungsrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dessen isolierende Innenschicht ein Rohr aus einem elektrischen Isolator ist, das durch Einschieben in das Metallrohr, in dieses eingebracht ist.Supply pipe after Claim 8 , characterized in that its insulating inner layer is a tube made of an electrical insulator, which is introduced into the metal tube by being pushed into it. Zuleitungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmbare Schicht eine elektrische Kontaktierung über leitfähige leitfähige Quick - Connectoren besitzt.Supply pipe after one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the heatable layer has electrical contact via conductive conductive quick connectors.
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