DE202014103956U1

DE202014103956U1 - System zur Reinigung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE202014103956U1
Application number: DE202014103956.2U
Authority: DE
Original assignee: Inergy Automotive Systems Research SA
Current assignee: Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2014-09-05
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: EP2846012A1; CN204371459U

Abstract

SCR oder Selektives Katalytisches Reduktionssystem (200) zur Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs, das Folgendes umfasst: – einen Tank (201) zur Lagerung einer Ammoniak-Präkursorlösung; – ein Zustellmodul (202), das mindestens eine elektrische Komponente (203, 204) umfasst; – ein Steuergerät (205), das zur Steuerung der besagten elektrischen Komponente konfiguriert ist, worin das Steuergerät angeschlossen ist an oder montiert ist in einem Teil des Zustellmoduls. und worin das Steuergerät angeschlossen ist an oder montiert in einem Teil des Zustellmoduls auf eine Art und Weise, dass das Steuergerät im Wärmeaustausch mit mindestens einer Komponente des Zustellmoduls und/oder mit mindestens einer Hydraulikleitung des SCR-Systems sein kann.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Reinigung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor (z.B. SCR-System) Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Zustellmodul zur Verwendung in einem derartigen System.
Die Rechtsvorschriften über Emissionen von PKWs und LKWs fordern, unter anderem, eine Reduzierung bei der Freisetzung von Stickoxiden (NOx) in die Atmosphäre. Eine bekannte Art und Weise dieses Ziel zu erreichen, ist die Verwendung des SCR(Selektive Katalytische Reduktion)-Prozesses. Dieser Prozess ermöglicht die Reduzierung von Stickoxiden, durch das Einspritzen eines Reduktionsmittels, i. d. R. Ammoniak, in die Abgasleitung. Dieses Ammoniak kann sich aus der pyrolytischen (thermischen) Zersetzung einer Ammoniak-Präkursorlösung ergeben, im Allgemeinen eine Harnstofflösung.
Mit dem SCR-Prozess, werden die hohen NOx-Gehalte, die in dem Motor während der Verbrennung bei optimierter Leistung produziert werden, in einem Katalysator bei Verlassen des Motors behandelt. Diese Behandlung erfordert die Verwendung des Reduktionsmittels bei einer präzisen Konzentration und von extrem hoher Qualität.
Hierzu ist es notwendig, die Fahrzeuge mit einem Tank auszustatten, der eine Additivlösung beinhaltet (im Allgemeinen eine eutektische Harnstoff-/Wasserlösung) und auch mit einem Gerät zur Messung der gewünschten Additivmenge und es in die Abgasleitung einzuspritzen.
Diese sind bekannt als verschiedene SCR-Systemarchitekturen. Eine bekannte Architektur beruht auf die Verwendung einer Unterbaugruppe, im Folgenden auch „Zustellmodul“ genannt, zur Additivzufuhr an das genannte Gerät zur Messung. Im Allgemeinen umfasst ein solches Zustellmodul mehrere elektrische Komponenten, zum Beispiel eine Pumpe, einen Druckregulierer, einen Filter, ein Heizelement, einen Temperatursensor, einen Füllstandsensor etc.
ist eine schematische Ansicht einer bekannten SCR-Systemarchitektur. Wie in dargestellt, umfasst das bekannte SCR-System 100 Folgendes:

– einen Tank 1 zur Lagerung der Ammoniak-Präkursorlösung (zum Beispiel Harnstoff), der Tank wird an Bord eines Fahrzeugs montiert;
– ein Zustellmodul, 2 das vollständig dicht an dem Tank montiert wird;
– einen Einspritzer 3, der konfiguriert wurde, um die Ammoniak-Präkursorlösung in die Abgasleitung 4 des Fahrzeugs einzuspritzen; und
– eine Einspritzleitung 5, die das Zustellmodul 2 und den Einspritzer 3 verbindet.

Das Zustellmodul 2 umfasst eine Grundplatte 6 (auch „Flansch“ oder Montageplatte genannt) und eine Abdeckung 7. Die Grundplatte 6 umfasst mehrere Komponenten 61, 62, die in Kontakt mit der Ammoniak-Präkursorlösung sind. Die Abdeckung 7 wird zur Befestigung auf der Grundplatte 6 angepasst. Die Abdeckung umfasst einen elektrischen Steckverbinder 9, der zum Anschluss an die Komponenten 61, 62, an ein Steuergerät 8 (oder „ECU“, für das „Motorsteuergerät“) angepasst wird. Das Wort „Steuergerät“ wird in diesem Zusammenhang verwendet, für den Stand der Technik und für die Erfindung, um Mikroprozessoren und Netzschalter zu erfassen, die notwendig sind, um Heizer und/oder Pumpen des Zustellmoduls mit Strom zu versorgen. Im Allgemeinen wird das Steuergerät 8 entweder auf dem Tank 1 oder auf dem Fahrgestell montiert. Das Steuergerät 8 ist an den elektrischen Steckverbinder 9 über einen großen Kabelbaum 10 angeschlossen. Die Verwendung eines solchen Kabelbaums erhöht die allgemeinen Kosten des Systems und erhöht die Komplexität des Einbaus. Des Weiteren erhöht die Montage des Steuergeräts auf dem Tank oder auf dem Fahrgestell das Risiko der elektromagnetischen Störung (z.B. „EMV“ für „elektromagnetische Verträglichkeit“) mit einem anderen Steuergerät oder anderen elektronischen Geräten auf dem Fahrzeug. Ein weiterer Nachteil der Montage des Steuergeräts auf dem Tank oder dem Fahrgestell ist, dass besondere Mittel (Schilder oder Abdeckungen) benötigt werden, um das Steuergerät vor Steinschlägen oder vor Wasser oder Salz zu schützen, das auf der Fahrbahn hervorsteht.
Angesichts der oben erwähnten Nachteile besteht ein Bedarf für eine verbesserte SCR-Systemarchitektur.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese oben erwähnten Probleme zu lösen, durch den Vorschlag eines SCR-Systems zur Reinigung von Abgasen aus einem internen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, umfassend:

– einen Tank zur Lagerung einer Ammoniak-Präkursorlösung:
– ein Zustellmodul, das mindestens eine elektrische Komponente umfasst;
– ein Steuergerät, das konfiguriert wurde, um die besagte elektrische Komponente zu steuern.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist das Steuergerät angeschlossen an oder montiert in einem Teil des Zustellmoduls.
Daher wird eine verbesserte SCR-Systemarchitektur vorgeschlagen, in dem das Steuergerät (ECU, auch Engine Control Unit) in das Zustellmodul eingebaut wird. Darunter versteht man die Bedeutung, dass das Steuergerät entweder an dem Zustellmodul angeschlossen ist oder mindestens teilweise von einem Stück des Zustellmoduls erzeugt wird. In der Tat kann das Steuergerät der vorliegenden Erfindung an dem Zustellmodul befestigt werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät an einen Teil des Zustellmoduls angeschweißt, angeklemmt oder angeklebt werden. Das Steuergerät der vorliegenden Erfindung kann auch in einen Teil des Zustellmoduls montiert werden. Beispielsweise kann das Steuergerät teilweise oder komplett in einem Teil des Zustellmoduls umspritzt werden. In einer weiteren besonderen Ausführungsart, kann das Steuergerät in einem Gehäuse des Zustellmoduls platziert werden. Gemäß der Erfindung wird kein Kabelbaum verwendet, um das Steuergerät an das Zustellmodul anzuschließen. Daher ist die SCR-Systemarchitektur der vorliegenden Erfindung kompakt, leicht einzubauen und ökonomisch. Zusätzlich ist die Sicherheit des Systems erhöht, da der elektrische Anschluss zwischen dem Steuergerät und den Komponenten des Zustellmoduls in das Zustellmodul eingebunden werden kann.
Das System umfasst gemäß der Erfindung einen Tank, der zur Lagerung einer Ammoniak-Präkursorlösung gedacht ist. Dieser Tank kann aus jedem Material hergestellt werden, vorzugsweise ein Material, dass chemisch beständig gegen die fragliche Lösung ist. Im Allgemeinen ist dies Metall oder Kunststoff. Im Falle der Harnstofflösung, bilden besonders Polyolefinharze (und insbesondere HDPE oder hochverdichtete Polyethylene) bevorzugte Materialien.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das Steuergerät angeschlossen an oder montiert in einem Teil des Zustellmoduls, derart, dass das Steuergerät im Wärmeaustausch mit mindestens einer Komponente des Zustellmoduls und/oder mit mindestens einer Hydraulikleitung des SCR-Systems sein kann.
In einer besonderen Ausführung kann das Steuergerät als Heizgerät verwendet werden. In der Tat kann die Wärme durch das Steuergerät abgeführt werden, um eine oder mehrere Komponenten des Zustellmoduls zu erwärmen.
In einer weiteren besonderen Ausführung kann die Temperatur des Steuergeräts reguliert werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät in der Nähe einer Hydraulikleitung des SCR-Systems montiert werden, so dass die Temperatur des Steuergeräts durch die Hydraulikleitung abgekühlt werden kann, wenn diese Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Daher ist es möglich eine sichere Betriebstemperatur des Steuergeräts zu erhalten und so die Lebensdauer des Steuergeräts zu erhöhen.
Vorteilhafterweise umfasst das Zustellmodul mindestens einen Wärmeleiter. Ein derartiger Wärmeleiter ermöglicht die Wärmeübertragung zwischen dem Steuergerät und beispielsweise der Einspritzleitung des SCR-Systems zu beschleunigen. In einer besonderen Ausführung kann der Wärmeleiter eine Wärmeleitpaste sein. In einer weiteren besonderen Ausführung kann der Wärmeleiter ein Gitter oder eine Platte aus gut wärmeleitendem Material wie Aluminium oder Kupfer sein.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst das Zustellmodul eine Grundplatte auf denen die Komponente(n) des Zustellmoduls befestigt sind und eine Abdeckung ist zur Befestigung auf der Grundplatte angebracht. Vorteilhafterweise wird das Steuergerät in der Abdeckung platziert. Der Einbau des Steuergeräts in der Abdeckung ist einfach. Zusätzlich kann die Abdeckung als ein Schild zum Schutz des Steuergeräts vor äußeren Einflüssen verwendet werden (zum Beispiel einem Steinschlag oder einer elektromagnetischen Störung). Des Weiteren kann die Abdeckung verwendet werden, um die Wärme die vom Steuergerät abgeführt wird zu sammeln. In diesem Fall agiert die Abdeckung als Wärmeableiter. Vorteilhafterweise kann die Wand der Abdeckung mehrere Rippen oder Klingen umfassen, die konfiguriert wurden, um die gesammelte Wärme in Richtung eines spezifischen Bereichs oder Teils des Zustellmoduls zu leiten oder um die gesammelte Wärme in das Zustellmodul gleichmäßig zu strahlen. In einer besonderen Ausführung kann die Abdeckung von Phasenwechselmaterialien (PCM) umgeben sein oder PCM-Materialien beinhalten, damit die vom Steuergerät abgeführte und gesammelte Wärme weiter übertragen wird, während das Fahrzeug im Ruhestand ist.
Vorzugsweise ist die Grundplatte eine „eingetauchte“ Grundplatte (nämlich eine Grundplatte, die immer in der Lösung ist, vorausgesetzt der Tank ist nicht leer). Vorzugsweise erstreckt sich die Abdeckung außerhalb des Tanks. Vorzugsweise ist die Grundplatte mit einer Öffnung im Boden des Tanks positioniert.
Vorzugsweise bindet die Grundplatte mehrere aktive Speicher- und/oder Messkomponenten ein und insbesondere bindet sie alle aktiven Komponenten ein, die in Kontakt mit dem flüssigen Additiv gebracht werden (d.h. Ammoniak-Präkursorlösung) zu finden in, ausgehend von oder eintreffend in dem Tank.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Steuergerät weiter konfiguriert, um mindestens eine Komponente extern am Zustellmodul zu steuern und/oder zu führen. Daher hat das Steuergerät dieser Erfindung einen vergrößerten Steuerumfang (d.h. nicht auf das Zustellmodul begrenzt). Ein Vorteil dieser Konfiguration ist, dass das Steuergerät mehr Daten sammelt und eine effiziente Verwaltung und/oder Diagnose des SCR-Systems durchführen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration ist, dass das Steuergerät mehr Wärme abführen kann, da es mehr Vorgänge durchführt. Eine derartige Wärme kann verwendet werden, zum Beispiel, um eine gefrorene Ammoniak-Präkursorlösung aufzutauen. In einem besonderen Fall kann das Steuergerät der Erfindung einen vom ECU des Fahrzeugs empfangenen Befehl ausführen. Das Steuergerät der Erfindung kann beispielsweise einen Leitungserhitzer versorgen (d.h. führen), als Antwort auf einen Befehl vom ECU des Fahrzeugs.
Vorteilhafterweise umfasst mindestens einer der besagten Komponenten, die extern an dem Zustellmoduls sind, mindestens eine der folgenden Komponenten: einen Abgasleitungssensor; einen Einspritzer, einen Leitungserhitzer der Dosierungsflüssigkeit, eine zweite Tankheizung.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Zustellmodul für ein SCR-System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, die das besagte Modul umfasst:

– mindestens eine elektrische Komponente; und
– ein Steuergerät, das konfiguriert wird, um die besagte elektrische Komponente zu steuern und das an ein Teil des Zustellmoduls angeschlossen oder innen montiert wird.

Die vorliegende Erfindung wird auf eine unbegrenzte Art und Weise dargestellt, indem die unten stehenden Beispiele auf die beigefügten und 3 beruhen. In diesen Abbildungen tragen identische oder ähnliche Geräte identische Referenznummern.
ist eine schematische Ansicht eines SCR-Systems 200 gemäß einer ersten besonderen Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Wie in dem Beispiel von dargestellt, umfasst das System 200:

– einen Tank 201 zur Lagerung einer Ammoniak-Präkursorlösung;
– ein Zustellmodul 202, das mehrere elektrische Komponenten 203, 204 umfasst; und
– ein Steuergerät 205, das konfiguriert ist, um die elektrischen Komponenten 203, 204 zu steuern.

In einer besonderen Ausführung lagert der Tank 201 eine wässrige Harnstofflösung, zum Beispiel die Lösung AdBlue^® (kommerzielle Lösung von Harnstoff).
Das Zustellmodul 202 umfasst eine Grundplatte 206 und eine Abdeckung 207. Die Abdeckung 207 ist an der Grundplatte 206 befestigt. Die Abdeckung umfasst einen elektrischen Anschluss 208, dass zum Anschluss der Komponenten 203, 204 an das Steuergerät 205 angepasst ist.
Im Beispiel von ist das Steuergerät in der Abdeckung 207 platziert. Eine Wärmeleitpaste 209 ist zwischen dem Steuergerät 205 und der Komponente 204 platziert. Die Komponente 204 ist beispielsweise die Pumpenbaugruppe des SCR-Systems.
ist eine schematische Ansicht eines SCR-Systems 300 gemäß einer zweiten besonderen Ausführung der vorliegend Erfindung. Wie in dem Beispiel von dargestellt, das Steuergerät 205 bindet einen elektrischen Stecker zum Anschluss an die Komponenten 203, 204 ein. Das Steuergerät 205 ist in der Abdeckung 207 platziert. Die Abdeckung umfasst ein wärmeleitendes Gitter 210, das zwischen dem Steuergerät 205 und den Komponenten 203, 204 platziert ist.
In einer besonderen Ausführung der vorliegenden Erfindung (nicht dargestellt), ist das Steuergerät 205 komplett innerhalb des Bodens der Abdeckung 207 eingebunden, zum Beispiel durch Verwendung einer Umspritztechnik.

Claims

SCR oder Selektives Katalytisches Reduktionssystem (200) zur Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs, das Folgendes umfasst: – einen Tank (201) zur Lagerung einer Ammoniak-Präkursorlösung; – ein Zustellmodul (202), das mindestens eine elektrische Komponente (203, 204) umfasst; – ein Steuergerät (205), das zur Steuerung der besagten elektrischen Komponente konfiguriert ist, worin das Steuergerät angeschlossen ist an oder montiert ist in einem Teil des Zustellmoduls. und worin das Steuergerät angeschlossen ist an oder montiert in einem Teil des Zustellmoduls auf eine Art und Weise, dass das Steuergerät im Wärmeaustausch mit mindestens einer Komponente des Zustellmoduls und/oder mit mindestens einer Hydraulikleitung des SCR-Systems sein kann.
Das SCR-System gemäß dem Schutzanspruch, worin das Zustellmodul mindestens einen Wärmeleiter umfasst (209, 210).
Das SCR-System gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, worin das Zustellmodul eine Grundplatte umfasst, auf der die Komponente(n) des Zustellmoduls befestigt sind und eine Abdeckung, die zur Befestigung auf der Grundplatte angepasst wurde und worin das Steuergerät in der Abdeckung platziert ist.
Das SCR-System gemäß dem Schutzanspruch, worin die Abdeckung von Phasenwechselmaterialien umgeben ist oder Phasenwechselmaterialien umfasst.
Das SCR-System gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Steuergerät weiter konfiguriert ist, um mindestens eine Komponente extern an dem Zustellmodul zu steuern.
Das SCR-System gemäß dem Schutzanspruch, worin die besagte Komponente extern an dem Zustellmodul mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst: einen Abgasleitungssensor, einen Leitungserhitzer der Dosierungsflüssigkeit und eine zweite Tankheizung.
Das SCR-System gemäß irgendeiner der Ansprüche 1 bis 6, worin die Ammoniak-Präkursorlösung eine Harnstofflösung ist.
Das Zustellmodul für ein SCR-System gemäß irgendeinem der Schutzansprüche, die besagtes Zustellmodul umfasst: – mindestens eine elektrische Komponente; und – ein Steuergerät, das konfiguriert wurde, um die besagte elektrische Komponente zu steuern, worin das Steuergerät angeschlossen ist an oder montiert ist in einem Teil des Zustellmoduls.