EP2668383A1 - Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem injektor zur zufuhr eines fluids - Google Patents

Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem injektor zur zufuhr eines fluids

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EP2668383A1
EP2668383A1 EP12700829.0A EP12700829A EP2668383A1 EP 2668383 A1 EP2668383 A1 EP 2668383A1 EP 12700829 A EP12700829 A EP 12700829A EP 2668383 A1 EP2668383 A1 EP 2668383A1
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EP
European Patent Office
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injector
motor vehicle
exhaust gas
fan
treatment device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12700829.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus MÜLLER-HAAS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH filed Critical Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Publication of EP2668383A1 publication Critical patent/EP2668383A1/de
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    • Y10T137/6525—Air heated or cooled [fan, fins, or channels]

Definitions

  • the invention relates to a device which has an exhaust gas treatment device for cleaning the exhaust gases of an internal combustion engine with at least one injector, which serves for supplying a fluid into the exhaust gas treatment device.
  • a device is provided in particular in a ground-based motor vehicle.
  • Exhaust gas treatment devices in which the exhaust gas is supplied with a fluid, are finding more and more widespread lately.
  • SCR method selective catalytic reduction method
  • a reducing agent is supplied to the exhaust gas, so that nitrogen oxide compounds in the exhaust gas can be effectively reduced.
  • Ammonia is often used as the reducing agent.
  • ammonia is regularly not stored directly, but stored in the form of a reducing agent precursor, which is then converted into ammonia. This conversion (thermolysis and / or hydrolysis) often takes place in the exhaust gas.
  • the reducing agent precursor can then be fed directly to the exhaust gas.
  • a commonly used reductant precursor is urea-water solution.
  • a 32.5% urea-water solution as a reducing agent available under the trade name AdBlue ®.
  • AdBlue ® a 32.5% urea-water solution as a reducing agent available under the trade name AdBlue ®.
  • This reducing agent precursor is supplied to the exhaust gas, it is converted to ammonia due to the high temperature of the exhaust gas.
  • the terms reducing agent and reducing agent precursor solution are used interchangeably below.
  • Reducing agent precursor solution is also referred to as a reducing agent for simplicity.
  • At least one injector is regularly used. This can, for example, at a portion of the exhaust pipe, in particular upstream be positioned in front of a so-called hydrolysis catalyst and / or a so-called SCR catalyst. These components are at least partially in the underbody of a motor vehicle.
  • a hydrocarbon-containing fluid such as fuel
  • the conversion of pollutants in the exhaust gas can optionally be improved and / or soot deposits can be eliminated.
  • the problem with the use of such injectors for supplying a fluid into an exhaust gas treatment device is regularly the positioning of the injector directly on the exhaust gas treatment device or at least close to the exhaust gas treatment device. There are regularly high temperatures and particularly strong temperature changes between a cold resting state and the operating temperature. This can lead to a) thermal overuse of the injectors, so that they are damaged and may no longer be able to meter the fluid exactly, and b) cause a change in the fluid properties and thus influence the operational safety.
  • a device is to be specified in which a thermal overload of the injector and a change of the supplied fluid is effectively avoided.
  • the invention relates to a device comprising an exhaust gas treatment device for cleaning the exhaust gases of an internal combustion engine with at least one injector for supplying a fluid into the exhaust gas treatment device.
  • at least one fan is provided with which ambient air to the injector can be conveyed for cooling the injector.
  • the exhaust treatment device is preferably an exhaust treatment device in which the selective catalytic reduction method can be performed.
  • the fluid is then preferably a reducing agent for the SCR process.
  • an SCR catalyst having a catalytic coating to which nitrogen oxide compounds in the exhaust gas can be reacted together with the reducing agent.
  • a hydrolysis catalyst between the SCR catalyst and the injector, by means of which a conversion of the reducing agent or of the reducing agent precursor takes place.
  • the reducing agent precursor urea-water solution is reacted in the exhaust either thermally and / or assisted by a hydrolysis catalyst in ammonia.
  • the ammonia reacts in the SCR catalyst together with the nitrogen oxide compounds in the exhaust gas to harmless substances such as nitrogen, water and carbon dioxide.
  • the invention is also applicable to an exhaust treatment device in which by means of an injector, a fuel, such as gasoline or diesel, is supplied. It is preferred that the at least one injector is attached to a portion of a flue-carrying line. In this case, the line can lead the entire exhaust gas flow or only a part of it (bypass).
  • the line for the injector regularly has an opening and an injector seat on which the injector (exhaust gas-tight) is arranged so that z. B. whose nozzle section hineinerstreckt into inner regions of the conduit or at least adjacent thereto.
  • the injector is exposed to high temperatures by contact with the hot exhaust gas line and / or heat radiation and / or convection, in particular if it is positioned on the main exhaust gas line (possibly also near the internal combustion engine).
  • the device comprises at least one fan.
  • several blowers eg two are provided per injector and / or that one blower is assigned to several injectors.
  • the blower may be provided in the immediate vicinity (eg attached to the motor vehicle) so that, for example, a direct supply of the ambient air is enabled, but it is also possible (alternatively or cumulatively) that a supply of one generated by the blower Ambient air flow takes place indirectly via baffles, guide tubes, etc. out.
  • the fan is therefore preferably an active fan. In other words, this means that the blower has switched on and off as required, independently of the driving operation.
  • the active fan may have its own (electromotive) drive, which is controlled by a controller.
  • the blower can be, for example, a fan, a Roots blower or another device for activating ven promotion of ambient air.
  • the fan preferably includes moving parts which serve to convey the ambient air.
  • the injector can be moved (passively) in contact with the driving wind in order to generate a supplementary (passive) ambient air flow towards the injector.
  • the injector can have heat exchange surfaces which ensure an improved interaction of the ambient air with the injector for exchanging the temperature.
  • the device according to the invention is particularly preferred if the at least one fan has a drive means.
  • the drive means may be, for example, an electric drive, in particular an electric motor.
  • the drive means is a drive turbine driven by compressed air or exhaust gas, and / or that the drive means is formed by the internal combustion engine. If the drive means is formed by the internal combustion engine, then the blower is preferably connected via a shaft or a transmission, a V-belt or other movement and power transmission means with the drive shaft of the internal combustion engine.
  • the device when at least one flow-guiding device is provided on the at least one injector, the device can be conducted with the ambient air to the at least one injector.
  • the flow directing device is preferably at least partially disposed between the blower and the injector so that the flow directing device redirects ambient air from the blower to the injector.
  • the flow guiding device can also be designed, for example, as a flow deflection device.
  • the flow-guiding device preferably comprises at least one of the following components: at least one guide plate, at least one tube section, at least one flow channel, at least one nozzle, at least one control flap.
  • the flow-guiding device can also be arranged at least partially in the flow direction of the ambient air in front of the blower.
  • the at least one flow-guiding device can also be arranged such that, even in the event that the fan is not driven, it promotes ambient air (in particular wind) to the injector.
  • a controller which is set up to activate and deactivate the at least one fan as needed.
  • This control can also be integrated in a so-called engine control of a motor vehicle.
  • the controller can evaluate in particular on the basis of (stored) maps, measured data or the like, whether currently a risk of thermal overload of the injector and / or a particularly accurate metering of the fluid is required and then turn on the fan at predetermined times and off again , In particular, the controller can also deactivate the fan again if sufficient cooling of the injector is again ensured without the fan.
  • a flow guide which is, for example, by the wind of a motor vehicle, is in a position to ensure sufficient cooling of the injector, can be done by the control deactivation of the fan. As soon as sufficient cooling of the injector does not occur, the controller should be set up to identify these situations and reactivate the blower.
  • a temperature sensor is provided at the exhaust gas treatment device, with which the cooling or the temperature of the injector can be monitored.
  • a temperature sensor is preferably arranged directly on the injector and / or a housing of the injector.
  • a temperature sensor is arranged with contact to the exhaust gas and / or the exhaust gas leading line, which can then be concluded from these measurement results on the temperature of the injector.
  • a temperature sensor is preferably connected to a controller which is set up to to deactivate or activate the blower. In this case, it is also preferable for the controller to take into account a current operating state of the internal combustion engine, such as, for example, the travel speed.
  • the device described above finds particular application in a motor vehicle having an internal combustion engine and an exhaust gas treatment device.
  • the motor vehicle is preferably a passenger car or a heavy-duty vehicle for the road.
  • the invention can also be used in mobile and stationary machines.
  • Such a motor vehicle is particularly advantageous when the motor vehicle has a control which is set up to deactivate the at least one fan when a speed of the motor vehicle rises above a limit speed and to activate when a speed of the motor vehicle is below the limit speed falls.
  • a controller can be used in the motor vehicle.
  • the controller may, for example, be (indirectly) connected to a speedometer in the motor vehicle in order to determine the travel speed of the motor vehicle.
  • a motor vehicle wherein at least one fan for cooling the at least one injector also serves to cool the cooling water of the internal combustion engine.
  • the fan which is provided on a cooling water heat exchanger in the front region of a motor vehicle, may also be designed to generate a cooling flow toward the injector.
  • a method for operating a motor vehicle with a device comprising at least one injector is proposed, which comprises the following steps:
  • the injector reference temperature may be a current (measured or calculated) value of the injector, the exhaust gas and / or the exhaust pipe.
  • Step b) can also be measured and / or calculated on the basis of (stored) characteristic diagrams and / or sensors. For example, “high load,” “normal load,” “coasting,” and “low load.” “High load” then refers, for example, to high speed / high torque at low vehicle speed, "low load” to, for example, retirement and / or idle.
  • a controller evaluates the results from steps a) and b) and determines an active cooling of the injector if the (current and / or future predicted) thermal load becomes too high. This can be done on the basis of a (stored) injector limit temperature (condition i)) and / or on the basis of a driving state "low load” or "high load", in which e.g. due to lack of driving wind (in the future) a thermal overload threatens.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle, comprising an embodiment of an exhaust treatment device with injector and blower.
  • an injector 3 for supplying a fluid and an SCR catalyst 10 for performing the method of selective catalytic reduction in the exhaust gas treatment apparatus 1 are provided.
  • the injector 3 is supplied via a line 16 from a tank 11 with fluid.
  • the fluid is preferably a reducing agent for the SCR process or a reducing agent precursor (water-urea solution).
  • a blower 4 is provided, which promotes ambient air to the injector 3.
  • the ambient air is indicated here as an arrow.
  • a flow guiding device 6 can be provided on the exhaust gas treatment device 1, which diverts the ambient air to the injector 3.
  • the fan 4 is preferably driven by a drive means 5.
  • the drive means 5 can be controlled by a controller 7.
  • the controller 7 can also process data from a temperature sensor 8, which is set up to monitor the temperature of the injector 3 and thereby determine to what extent cooling of the injector 3 is required.
  • the controller 7 then controls the fan 4 with the aid of the temperature sensor 8.
  • Various decoupling means 13 can also be provided on the injector 3, which can be used to transfer heat from the separator. Prevent or reduce gas treatment device 1 on the injector 3. As such decoupling means 13 shielding plates 14 are shown here by way of example, which reduce heat radiation from the exhaust gas treatment device 1 to the injector.
  • bores 15 are provided here in the injector 3 or in a housing of the injector 3 as decoupling means 13, which reduce the thermally conductive cross section of the injector 3 or of a housing of the injector 3.
  • decoupling means 13 can effectively interact with the fan 4 and the flow guide 6 for cooling the injector 3.
  • the blower 4 and the flow-guiding device 6 are preferably arranged in the underfloor region 12 of the motor vehicle 9 and in working machines in the engine hood. This is especially true when the motor vehicle 9 is a passenger car or a truck. As a result, it can be ensured that the flow guiding device 6 is also able, when the fan 4 is not driven by the drive means 5, to redirect ambient air to the injector 3.

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Description

Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Injektor
zur Zufuhr eines Fluids Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Injektor aufweist, der zur Zufuhr eines Fluids in die Abgasbehandlungsvorrichtung dient. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere bei einem bodengebundenen Kraftfahrzeug vorgesehen.
Abgasbehandlungsvorrichtungen, bei welchem dem Abgas ein Fluid zugeführt wird, finden in letzter Zeit vermehrt Verbreitung. Solche Abgasbehandlung s Vorrichtungen sind beispielsweise Abgasreinigungsvorrichtungen, in welchen unter anderem das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion [SCR-Verfahren; SCR = Selective Catalytic Reduction] durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren wird dem Abgas ein Reduktionsmittel zugeführt, so dass Stickstoffoxidverbindungen im Abgas wirkungsvoll reduziert werden können. Als Reduktionsmittel wird häufig Ammoniak eingesetzt. Insbesondere in Kraftfahrzeugen wird Ammoniak regelmäßig nicht direkt bevorratet, sondern in Form eines Reduktionsmittelvorläufers gespeichert, der dann in Ammoniak umgewandelt wird. Diese Umwandlung (Thermolyse und/oder Hydrolyse) erfolgt häufig im Abgas. Der Reduktionsmittelvorläufer kann dann dem Abgas unmittelbar zugeführt werden. Ein häufig eingesetzter Reduktionsmittelvorläufer ist Harnstoff- Wasser-Lösung. Beispielsweise ist eine 32,5 %ige Harnstoff- Wasser-Lösung als Reduktionsmittel unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich. Wenn dieser Reduktionsmittelvorläufer dem Abgas zugeführt wird, wird er aufgrund der hohen Temperatur des Abgases zu Ammoniak umgesetzt. Die Begriffe Reduktionsmittel und Reduktionsmittelvorläuferlösung werden im Folgenden synonym zueinander verwendet. Reduktionsmittelvorläuferlösung wird zur Vereinfachung auch als Reduktionsmittel bezeichnet.
Zur Zufuhr des Reduktionsmittels in die Abgasbehandlungsvorrichtung wird regelmäßig zumindest ein Injektor eingesetzt. Dieser kann zum Bei- spiel an einem Abschnitt der Abgasleitung, insbesondere stromaufwärts vor einem so genannten Hydrolyse-Katalysator und/oder einem so genannten SCR-Katalysator positioniert sein. Diese Komponenten befinden sich bei einem Kraftfahrzeug zumindest teilweise im Unterboden. Es sind auch Abgasbehandlungsvorrichtungen bekannt, denen ein Koh- lenwasserstoffhaltiges Fluid (wie z. B. Kraftstoff) über einen Injektor zugeführt wird. Die Zugabe von (unverbrannten) Kohlenwasserstoffen wird Abgasbehandlungsvorrichtungen normalerweise zugeführt, um die Temperatur in der Abgasbehandlungsvorrichtung zu erhöhen. Treffen diese Kohlenwasserstoffe auf einen Oxidationskatalysator, verbrennen diese mit einer exothermen Reaktion. Durch eine solche Temperaturerhöhung können insbesondere die Umsetzung von Schadstoffen im Abgas gegebenenfalls verbessert und/oder Rußablagerungen beseitigt werden. Problematisch bei der Verwendung solcher Injektoren zur Zufuhr eines Fluids in eine Abgasbehandlungsvorrichtung ist regelmäßig die Positionierung des Injektors direkt an der Abgasbehandlungsvorrichtung oder zumindest nahe an der Abgasbehandlungsvorrichtung. Dort liegen regelmäßig hohe Temperaturen und besonders starke Temperaturwechsel zwischen einem kalten Ruhezustand und der Betriebstemperatur vor. Dies kann zu a) einer thermischen Überbeanspruchung der Injektoren führen, so dass diese geschädigt werden und gegebenenfalls nicht mehr exakt das Fluid zudosieren können und b) einer Veränderung der Fluidei- genschaften führen und damit, die Betriebssicherheit beeinflussen.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zu lösen bzw. zu lindern. Es soll insbesondere eine Vorrichtung angegeben werden, bei der eine thermische Überbelastung des Injektors und eine Verän- derung des zugeführten Fluids wirkungsvoll vermieden wird.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Abgasbehandlungsvorrichtung sind in den abhängig formulierten Patentan- Sprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, umfassend eine Abgasbehandlung s Vorrichtung zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Injektor zur Zufuhr eines Fluids in die Abgasbehandlungsvorrichtung. Zudem ist wenigstens ein Gebläse vorgese- hen, mit welchem zur Kühlung des Injektors Umgebungsluft zu dem Injektor gefördert werden kann.
Die Abgasbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Abgasbehandlungsvorrichtung, in welcher das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion durchgeführt werden kann. Das Fluid ist dann vorzugsweise ein Reduktionsmittel für das SCR-Verfahren. Außerdem ist in einer Strömungsrichtung der Abgase hinter dem Injektor in der Abgasbehandlungsvorrichtung regelmäßig ein SCR-Katalysator vorgesehen, welcher eine katalytische Beschichtung aufweist, an welcher Stickstoffoxidverbin- düngen in dem Abgas zusammen mit dem Reduktionsmittel umgesetzt werden können. Zusätzlich kann auch noch ein Hydrolyse-Katalysator zwischen dem SCR-Katalysator und dem Injektor vorgesehen sein, durch welchen eine Umwandlung des Reduktionsmittels, bzw. des Reduktionsmittelvorläufers, erfolgt. Der Reduktionsmittelvorläufer Harnstoff- Wasser-Lösung wird im Abgas entweder thermisch und/oder unterstützt durch einen Hydrolysekatalysator in Ammoniak umgesetzt. Der Ammoniak reagiert im SCR-Katalysator zusammen mit den Stickstoffoxidverbindungen im Abgas zu unschädlichen Substanzen wie Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid.
Die Erfindung ist allerdings auch verwendbar für eine Abgasbehandlungsvorrichtung, bei der mittels einem Injektor ein Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin oder Diesel, zugeführt wird. Bevorzugt ist, dass der zumindest eine Injektor an einem Abschnitt einer Abgas führenden Leitung angebracht ist. Hierbei kann die Leitung den gesamten Abgasstrom führen oder auch nur einen Teil davon (Bypass). Die Leitung hat für den Injektor regelmäßig eine Öffnung und einen Injek- tor-Sitz, an dem der Injektor (abgasdicht) angeordnet ist, so dass sich z. B. dessen Düsenabschnitt in innere Bereiche der Leitung hineinerstreckt oder zumindest daran angrenzt. Der Injektor ist insofern durch Kontakt mit der heißen Abgasleitung und/oder Wärmestrahlung und/oder Kon- vektion hohen Temperaturen ausgesetzt, insbesondere wenn er an der Hauptabgasleitung (ggf. auch nahe der Verbrennungskraftmaschine) positioniert ist.
Grundsätzlich ist es teilweise möglich, einen solchen Injektor durch Fahrtwind zu kühlen. Hierfür können am Fahrzeug, insbesondere im Be- reich des Fahrzeugbodens, Leitbleche vorgesehen sein, die eine (passive) Kühlung während des Fahrbetriebes bewirken. Hier wird nun aber (auch) vorgeschlagen, eine kontrollierte, aktive Kühlung bereitzustellen, wenn sich das Fahrzeug beispielsweise nicht bewegt, wie z. B. beim Tanken, an Ampeln, nach dem Abschalten, etc. Hierfür umfasst die Vorrichtung zu- mindest ein Gebläse. Grundsätzlich ist möglich, dass mehrere Gebläse (z. B. zwei) pro Injektor vorgesehen sind und/oder dass ein Gebläse mehreren Injektoren zugeordnet sind. Bevorzugt ist jedoch, dass einem (jeden) Injektor genau ein Gebläse zugeordnet ist. Das Gebläse kann in unmittelbarer Umgebung (z. B. an dem Kraftfahrzeug befestigt) vorgesehen sein, so dass zum Beispiel eine direkte Zufuhr der Umgebungsluft ermöglicht ist, es ist aber auch (alternativ oder kumulativ) möglich, dass eine Zufuhr eines mit dem Gebläse erzeugten Umgebungsluftstromes mittelbar über Leitbleche, Leitrohre, etc. hin erfolgt. Das Gebläse ist demnach bevorzugt ein aktives Gebläse. Das heißt mit anderen Worten auch, dass das Gebläse unabhängig vom Fahrbetrieb bedarfsgerecht eingeschaltet und ausgeschaltet hat. Hierfür verfügt das aktive Gebläse ggf. über einen eigenen (elektromotorischen) Antrieb, der von einer Steuerung kontrolliert wird. Das Gebläse kann beispielsweise ein Ventilator, ein Roots-Gebläse oder eine sonstige Vorrichtung zur akti- ven Förderung von Umgebungsluft sein. Das Gebläse beinhaltet vorzugsweise bewegliche Teile, die der Förderung der Umgebungsluft dienen. Diese können bei Kontakt mit dem Fahrwind ggf. (passiv) mitbewegt werden, um einen ergänzenden (passiven) Umgebungsluftstrom hin zum In- jektor zu generieren. Damit der Injektor durch die von dem Gebläse geförderte Umgebungsluft besonders gut gekühlt wird, kann der Injektor Wärmeaustauschflächen haben, die eine verbesserte Wechselwirkung der Umgebungsluft mit dem Injektor zum Temperaturaustausch gewährleisten.
Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung, wenn das wenigstens eine Gebläse ein Antriebsmittel aufweist. Das Antriebsmittel kann beispielsweise ein elektrischer Antrieb sein, insbesondere ein Elektromotor. Es ist allerdings auch möglich, dass das Antriebsmittel eine mit Druckluft oder Abgas angetriebene Antriebsturbine ist, und/oder dass das Antriebsmittel durch die Verbrennungskraftmaschine gebildet wird. Wenn das Antriebsmittel durch die Verbrennungskraftmaschine gebildet wird, dann ist das Gebläse vorzugsweise über eine Welle bzw. ein Getriebe, einen Keilriemen oder ein sonstiges Bewegungs- und Kraftübertra- gungsmittel mit der Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden.
Weiterhin erfindungsgemäß ist die Vorrichtung, wenn an dem zumindest einen Injektor wenigstens eine Strömungsleitvorrichtung vorgesehen ist, mit der Umgebungsluft zu dem zumindest einen Injektor geleitet werden kann. Die Strömungsleitvorrichtung ist vorzugsweise zumindest teilweise zwischen dem Gebläse und dem Injektor angeordnet, so dass die Strömungsleitvorrichtung Umgebungsluft von dem Gebläse zu dem Injektor umlenkt. Die Strömungsleitvorrichtung kann beispielsweise auch als Strömungsumlenkvorrichtung ausgeführt sein. Die Strömungsleitvorrichtung umfasst bevorzugt mindestens eine der folgenden Komponenten: zumindest ein Leitblech, zumindest ein Rohrabschnitt, zumindest ein Strömungskanal, zumindest eine Düse, zumindest eine Regelklappe. Die Strömungsleitvorrichtung kann zumindest teilweise auch in Strömungs- richtung der Umgebungsluft vor dem Gebläse angeordnet sein. So kann die Strömungsleitvorrichtung eine besonders vorteilhafte Anströmung des Gebläses mit gewährleisten. Die wenigstens eine Strömungsleitvorrichtung kann auch so angeordnet sein, dass sie auch für den Fall, wenn das Gebläse nicht angetrieben wird, Umgebungsluft (insbesondere Fahrt- wind) zu dem Injektor fördert.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Steuerung vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, das wenigstens eine Gebläse bedarfsgerecht zu aktivieren und zu deaktivieren. Diese Steuerung kann auch in eine so genannte Mo- torsteuerung eines Kraftfahrzeuges integriert sein. So kann die Steuerung insbesondere anhand von (gespeicherten) Kennfeldern, Messdaten oder dergleichen bewerten, ob aktuell eine Gefahr der thermischen Überlastung des Injektors und/oder eine besonders exakte Dosierung des Fluids erforderlich ist und dann zu vorgegebenen Zeitpunkten das Gebläse ein- schalten und wieder ausschalten. Insbesondere kann die Steuerung das Gebläse auch wieder deaktivieren, wenn eine ausreichende Kühlung des Injektors auch wieder ohne das Gebläse sichergestellt ist. Insbesondere wenn eine Strömungsleitvorrichtung, die beispielsweise durch den Fahrtwind eines Kraftfahrzeugs angeströmt wird, in der Lage ist, eine ausrei- chende Kühlung des Injektors zu gewährleisten, kann durch die Steuerung eine Deaktivierung des Gebläses erfolgen. Sobald keine ausreichende Kühlung des Injektors mehr erfolgt, sollte die Steuerung dazu eingerichtet sein, diese Situationen zu identifizieren und das Gebläse wieder zu aktivieren.
Auch vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn an der Abgasbehandlungsvorrichtung ein Temperatursensor vorgesehen ist, mit welchem die Kühlung bzw. die Temperatur des Injektors überwacht werden kann. Ein solcher Temperatursensor ist bevorzugt unmittelbar an dem Injektor und/oder einem Gehäuse des Injektors angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass ein solcher Temperatursensor mit Kontakt zum Abgas und/oder der Abgas führenden Leitung angeordnet ist, wobei dann aus diesen Messergebnissen auch auf die Temperatur des Injektors geschlossen werden kann. Darüber hinaus ist ein solcher Temperatursensor be- vorzugt an eine Steuerung angeschlossen, welche dazu eingerichtet ist, das Gebläse zu deaktivieren bzw. zu aktivieren. Hierbei ist auch bevorzugt, dass die Steuerung einen aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine mitberücksichtigt, wie zum Beispiel die Fahrtgeschwindigkeit.
Im Rahmen der Erfindung findet die vorstehend beschriebene Vorrichtung insbesondere Anwendung bei einem Kraftfahrzeug aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine Abgasbehandlungsvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Personenkraftfahrzeug oder ein Last- kraftf ahrzeug für die Straße. Zudem kann die Erfindung auch in mobilen und stationären Arbeitsmaschinen eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist ein derartiges Kraftfahrzeug, wenn das Kraftfahrzeug eine Steuerung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das we- nigstens eine Gebläse zu deaktivieren, wenn eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs über eine Grenzgeschwindigkeit ansteigt, und zu aktiveren, wenn eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unter die Grenzgeschwindigkeit fällt. Insbesondere wenn das Kraftfahrzeug mit einer erhöhten Geschwindigkeit fährt, kann es sein, dass durch eine vorgesehene Strömungsleitvorrichtung und den Fahrtwind des Kraftfahrzeugs bereits ausreichend Umgebungsluft zu dem Injektor gefördert wird, ohne dass ein aktiver Betrieb des Gebläses erforderlich ist. Um dann eine Abschaltung des Gebläses zu erreichen, kann eine Steuerung in dem Kraftfahrzeug verwendet werden. Die Steuerung kann beispielsweise (mittelbar) an ein Tachometer in dem Kraftfahrzeug angeschlossen sein, um die Fahrtgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu ermitteln.
Bevorzugt ist weiterhin ein Kraftfahrzeug, wobei zumindest ein Gebläse zur Kühlung des zumindest einen Injektors auch zur Kühlung des Kühl- wassers der Verbrennungskraftmaschine dient. So kann beispielsweise der Lüfter, der an einem Kühlwasserwärmetauscher im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges vorgesehen ist, auch zur Generierung eines Kühlstromes hin zum Injektor ausgebildet sein. Zudem wird insbesondere ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Vorrichtung umfassend zumindest einen Injektor vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst:
a) Bestimmen einer Injektor-Referenz -Temperatur,
b) Bestimmen eines Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges,
c) Aktivieren einer aktiven Kühlung des zumindest einen Injektors, wenn wenigstes eine der Bedingungen i) und ii) erfüllt sind:
i) die Injektor-Referenz-Temperatur liegt oberhalb einer Injek- tor-Grenz -Temperatur,
ii) ein Fahr zustand„Niedriglast" oder„Hochlast" liegt vor.
Im Rahmen von Schritt a) kann die Injektor-Referenz -Temperatur ein aktueller (gemessener oder berechneter) Wert des Injektors, des Abgases und/oder der Abgasleitung sein. Schritt b) kann ebenfalls anhand von (gespeicherten) Kennfeldern und/oder Sensoren gemessen und/oder berechnet werden. Als Fahrzustand können beispielsweise „Hochlast", „Normallast",„Schubbetrieb" und„Niedriglast" vorgegeben sein.„Hochlast" betrifft dann zum Beispiel hohe Drehzahl/hohes Drehmoment bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit,„Niedriglast" zum Beispiel Ruhestand und/oder Leerlaufbetrieb. Zur Durchführung des Verfahrens müssen nicht bei jeder Wiederholung beide Schritte a) und b) wiederholt werden, hierbei können unterschiedliche zeitliche Prüfintervalle vorgegeben sein. Ebenso ist es möglich, dass die Reihenfolge vertauscht ist und/oder dass die Schritte a) und b) gleichzeitig ablaufen.
Eine Steuerung bewertet nun beispielsweise die Ergebnisse aus den Schritten a) und b) und bestimmt eine aktive Kühlung des Injektors, wenn die (aktuelle und/oder zukünftig prognostizierte) thermische Belastung zu hoch wird. Dies kann auf Basis einer (gespeicherten) Injektor-Grenz- Temperatur (Bedingung i)) erfolgen und/oder auf Basis eines Fahrzustandes „Niedriglast" oder „Hochlast", bei dem z.B. aufgrund fehlendem Fahrwind (zukünftig) eine thermische Überlast droht.
Das Verfahren kann insbesondere mit den hier erfindungsgemäß beschriebenen Vorrichtungen bzw. Kraftfahrzeugen verwirklicht werden. Insofern können alle Mittel und Erläuterungen, die im Zusammenhang mit diesen Vorrichtungen bzw. Kraftfahrzeugen erläutert wurden, hier gleichermaßen Anwendung finden. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigt:
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungsvorrichtung mit Injektor und Gebläse.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 9, welches eine Verbrennungskraftmaschine 2 sowie eine Vorrichtung 17 mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung 1 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 2 aufweist. In der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 ist ein Injektor 3 zur Zufuhr eines Fluids sowie ein SCR-Katalysator 10 zur Durchführung des Verfahrens der selektiven katalytischen Reduktion in der Abgasbehandlungsvorrich- tung 1 vorgesehen. Der Injektor 3 wird über eine Leitung 16 aus einem Tank 11 mit Fluid versorgt. Das Fluid ist bevorzugt ein Reduktionsmittel für das SCR-Verfahren bzw. ein Reduktionsmittelvorläufer (Wasser- Harnstoff-Lösung). An der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 ist ein Gebläse 4 vorgesehen, welches Umgebungsluft zu dem Injektor 3 fördert. Die Umgebungsluft ist hier als Pfeil angedeutet. Zusätzlich kann an der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 eine Strömungsleitvorrichtung 6 vorgesehen sein, welche die Umgebungsluft zu dem Injektor 3 umlenkt. Das Gebläse 4 wird vorzugsweise von einem Antriebsmittel 5 angetrieben. Das Antriebsmittel 5 kann von einer Steuerung 7 gesteuert werden. Die Steue- rung 7 kann auch Daten von einem Temperatursensor 8 verarbeiten, welcher dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Injektors 3 zu überwachen und dadurch festzustellen, inwieweit eine Kühlung des Injektors 3 erforderlich ist. Die Steuerung 7 regelt dann das Gebläse 4 mit Hilfe des Temperatursensors 8. An dem Injektor 3 können auch verschiedene Entkopp- lungsmittel 13 vorgesehen sein, die eine Wärmeübertragung von der Ab- gasbehandlungsvorrichtung 1 auf den Injektor 3 verhindern bzw. verringern. Als solche Entkopplungsmittel 13 sind hier beispielhaft Abschirmbleche 14 dargestellt, die eine Wärmestrahlung von der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 zu dem Injektor verringern. Weiterhin sind hier als Entkopplungsmittel 13 beispielhaft Bohrungen 15 in dem Injektor 3 bzw. in einem Gehäuse des Injektors 3 vorgesehen, welche den wärmeleitenden Querschnitt des Injektors 3 bzw. eines Gehäuses des Injektors 3 verringern. So kann die Wärmeleitung durch den Injektor 3 bzw. durch ein Gehäuse des Injektors hin zu den kritischen, funktionalen Komponenten des Injektors verringert werden. Derartige Entkopplungsmittel 13 können zur Kühlung des Injektors 3 effektiv mit dem Gebläse 4 und der Strömungsleitvorrichtung 6 zusammenwirken.
Das Gebläse 4 und die Strömungsleitvorrichtung 6 sind vorzugsweise im Unterbodenbereich 12 des Kraftfahrzeugs 9 und bei Arbeitsmaschinen in der Motorhaube angeordnet. Dies gilt insbesondere, wenn das Kraftfahrzeug 9 ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen ist. Dadurch kann gewährleistet sein, dass die Strömungsleitvorrichtung 6 auch wenn das Gebläse 4 nicht von dem Antriebsmittel 5 angetrieben wird, in der Lage ist, Umgebungsluft zu dem Injektor 3 umzulenken.
Bezugszeichenliste Abgasbehandlungsvorrichtung
Verbrennungskraftmaschine
Injektor
Gebläse
Antriebsmittel
Strömungsleitvorrichtung
Steuerung
Temperatursensor
Kraftfahrzeug
SCR-Katalysator
Tank
Unterbodenbereich
Entkopplungsmittel
Abschirmblech
Bohrung
Leitung
Vorrichtung

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (17), umfassend eine Abgasbehandlungsvorrichtung (1) zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine (2) mit zumindest einem Injektor (3) zur Zufuhr eines Fluids in die Abgasbehandlungsvorrichtung (1), wobei wenigstens ein Gebläse (4) vorgesehen ist, mit welchem zur Kühlung des Injektors (3) Umgebungsluft zu dem Injektor (3) gefördert werden kann.
Vorrichtung (17) nach Patentanspruch 1, wobei das wenigstens eine Gebläse (4) ein Antriebsmittel (5) aufweist.
Vorrichtung (17) nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei an dem zumindest einen Injektor (3) wenigstens eine Strömungsleitvorrichtung (6) vorgesehen ist, mit der Umgebungsluft zu dem zumindest einen Injektor (3) geleitet werden kann.
Vorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Steuerung (7) vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, das wenigstens eine Gebläse (4) bedarfsgerecht zu aktivieren und zu deaktivieren.
Vorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei an der Abgasbehandlungsvorrichtung (1) ein Temperatursensor (8) vorgesehen ist, mit welchem die Kühlung des Injektors (3) überwacht werden kann.
Kraftfahrzeug (9) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (2) und eine Vorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.
Kraftfahrzeug (9) nach Patentanspruch 6, wobei das Kraftfahrzeug (9) eine Steuerung (7) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das wenigstens eine Gebläse (4) zu deaktivieren, wenn eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (9) über eine Grenzgeschwindigkeit ansteigt, und zu aktivieren, wenn eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (9) unter die Grenzgeschwindigkeit fällt.
Kraftfahrzeug (9) nach Patentanspruch 6 oder 7, wobei zumindest ein Gebläse (4) zur Kühlung des zumindest einen Injektors (3) auch zur Kühlung des Kühlwassers der Verbrennungskraftmaschine (2) dient.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges (9) mit einer Vorrichtung (17) umfassend zumindest einen Injektor (3), das folgende Schritte umfasst:
a) Bestimmen einer Injektor-Referenz -Temperatur,
b) Bestimmen eines Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges (9), c) Aktivieren einer aktiven Kühlung des zumindest einen Injektors (3), wenn wenigstes eine der Bedingungen i) und ii) erfüllt sind: i) die Injektor-Referenz-Temperatur liegt oberhalb einer Injek- tor-Grenz -Temperatur,
ii) ein Fahrzustand„Niedriglast" oder„Hochlast" liegt vor.
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