WO2012126548A1 - Abgasnachbehandlungssystem - Google Patents

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WO2012126548A1
WO2012126548A1 PCT/EP2012/000374 EP2012000374W WO2012126548A1 WO 2012126548 A1 WO2012126548 A1 WO 2012126548A1 EP 2012000374 W EP2012000374 W EP 2012000374W WO 2012126548 A1 WO2012126548 A1 WO 2012126548A1
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reducing agent
pump
exhaust aftertreatment
aftertreatment system
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PCT/EP2012/000374
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Werner Overhoff
Sascha Dolenec
Sebastian Mühlenbrock
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Albonair Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust aftertreatment system for introducing a reductant into the exhaust stream of a selective catalytic reduction internal combustion engine, the system comprising a reductant tank and a pump for delivering the reductant from the tank to an injection unit.
  • Such exhaust aftertreatment systems are known and are used for the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases of internal combustion engines, wherein an injection of a reducing agent, such as a urea solution, in particular according to DIN 70070, takes place in the exhaust stream of the internal combustion engine.
  • a reducing agent such as a urea solution, in particular according to DIN 70070
  • SCR selective catalytic reduction of nitrogen oxides
  • a reducing agent is injected into the exhaust system with a metering and injection device.
  • the reducing agent is ammonia.
  • the term reducing agent or urea solution is intended to include both ammonia and urea solution or another reducing agent and in particular the so-called AdBlue, i. a urea solution according to DIN 70070 are understood.
  • reducing agent such as urea solution is injected into the exhaust gas stream by means of compressed air and atomized, to form a fine and evenly distributed aerosol.
  • the reducing agent is used for selective catalytic reduction (SCR) in so-called SCR catalysts for the reduction of nitrogen oxide emissions from diesel engines.
  • the present invention seeks to reduce the assembly costs of the components to be mounted in the exhaust aftertreatment system and thus to reduce the manufacturing cost. Another object is that in the production of the exhaust aftertreatment system fewer parts are to be mounted and a space optimization is achieved. This object is achieved by an exhaust aftertreatment system according to claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
  • the system for introducing a reducing agent into the exhaust stream of a selective catalytic reduction internal combustion engine, the system comprising a reducing agent tank and a pump for conveying the reducing agent from the tank to an injection unit, it is that the tank has at least one opening, wherein the pump is formed as an integrated unit and is inserted into the opening of the tank, wherein the assembly forms a tank closure and sealingly closes the tank.
  • a reducing agent to be introduced is preferably urea solution in particular according to DIN 70070 for selective catalytic reduction Commitment.
  • the term reducing agent includes any suitable liquid substance.
  • a urea solution is used.
  • the tank is accordingly formed diffusion-tight and is preferably made of plastic.
  • the pump for conveying the reducing agent from the tank to the injection unit thus forms an integrated structural unit which is inserted into the tank so that the tank virtually forms the pump housing.
  • the pump unit thus closes the tank and seals it off.
  • the opening of the tank, in which the pump is inserted as an integrated unit, is preferably arranged on the underside of the tank or in a lower region of a side wall of the tank, so that the suction nozzle of the pump is covered even at a low level of reducing agent and a Promotion of the reducing agent from the tank is possible.
  • the pump as an integrated unit has for this purpose an intake, whose intake is located in the geodesic lowest point of the tank.
  • the pump assembly may be plugged into an opening at the top of the tank or at the top of a side wall of the tank to seal the tank.
  • the pump has a suction nozzle, which optionally provided with an extension in the geodesic lowest point of the tank opens, so that the intake of the pump or the open end of the suction pipe upstream pipe or hose even at a low level of reducing agent is covered and a promotion of the reducing agent from the tank is possible. It is advantageous that the tank can not leak downwards, for example, if a seal between the pump unit and tank opening was not mounted correctly.
  • the tank can have any of a shape which is approximately cuboid in shape, as is customary in tanks installed in motor vehicles.
  • the pump assembly can also be used in a deviating from a vertical or horizontal position diagonal position in the tank and seal it sealed.
  • the position of the pump assembly in the mounted position and its arrangement in the tank ie, the arrangement of the tank opening into which the pump unit is inserted, arbitrary. Therefore, the pump assembly can be arranged vertically, horizontally or diagonally in their installation situation.
  • Tank and pump as an integrated unit thus form a compact unit that can be installed in the motor vehicle pre-assembled. Due to the fact that tank and pump form a compact unit, the required installation space within the motor vehicle is minimized and optimally utilized.
  • the tank is preferably a plastic tank, this can be optimally adapted to the existing space in its geometry.
  • the tank is preferably a diffusion-tight plastic tank.
  • the pump is used as an integrated unit similar to a cartridge.
  • the assembly of the pump is sealingly screwed into a thread in the opening of the tank.
  • the structural unit of the pump can be sealingly inserted into the opening of the tank by means of a bayonet closure.
  • the assembly is preferably designed such that a bottom plate carries the pump and other components, so that the bottom plate forms an approximately smooth surface tank cap and the components of the pump assembly are in the mounted state within the tank.
  • the tank then forms the pump housing.
  • the opening is preferably arranged on the underside of the tank or in the lower region of a side wall of the tank, and the pump unit or a base plate of the structural unit seals the tank downwards.
  • the border of the tank opening may be formed stepwise, so that a bottom plate of the pump unit is inserted into a stage and clamped by means of clamps which are arranged on the tank and engage behind the corresponding undercuts on the bottom plate against the tank and sealingly closes this ,
  • a refilling nozzle is preferably provided for introducing the required reducing agent solution into the reducing agent tank.
  • reducing agent or reducing agent solution are used interchangeably in this sense and include any suitable reducing agent for selective catalytic reduction.
  • the pump as an integrated assembly can then be inserted and mounted from the bottom into the tank, much like an oil filter or a cartridge that is inserted and secured.
  • the system has a reducing agent filter and / or a heating device for heating the reducing agent and / or a temperature sensor for detecting the reducing agent temperature and / or pure power electronics for controlling the pump and / or a communication interface, in particular a standardized communication interface, in particular a CAN bus interface and / or a LIN bus interface.
  • the pump has as an integrated unit a reducing agent filter and / or a heating device for heating the reducing agent and / or a temperature sensor for detecting the reducing agent temperature and / or the power electronics for driving the pump and / or a communication interface, in particular a standardized communication interface, in particular a CAN bus interface and / or a LIN bus interface.
  • a particularly compact and advantageously to be mounted embodiment is provided. With the onset of such an integrated unit with pump and other components in the tank a compact unit is created, which can be completely pre-assembled in the motor vehicle, especially a passenger car and then followed only the delivery line for conveying the reducing agent to the injection unit.
  • This reducing agent line is preferably heated.
  • a heating device for heating the reducing agent is preferably provided.
  • the reducing agent solution according to DIN 70070 freezes at -11 ° C, so that for particularly low outside temperatures, at least in the region of the intake of the pump, a heating device is arranged to allow a promotion of the reducing agent from the tank by means of the pump even at low ambient temperatures to the Thaw reducing agent in the tank if it should be frozen.
  • an interface in particular a standardized communication interface such as a CAN bus interface and / or a LIN bus interface, it is possible to integrate the pump unit in the control system of the motor vehicle.
  • a so-called CAN bus is an asynchronous, serial bus system.
  • a so-called LIN bus is a serial communication system.
  • the pump has an integrated structural unit as a sensor for detecting a substance property of the reducing agent, in particular for detecting the electrical conductivity and / or for detecting the speed of sound in the reducing agent.
  • a sensor for detecting a substance property of the reducing agent, in particular for detecting the electrical conductivity and / or for detecting the speed of sound in the reducing agent.
  • the electrical conductivity of the reducing agent and / or the speed of sound in the reducing agent can be measured by means of the sensor and transferred to an evaluation unit.
  • the senor for detecting a substance property of the reducing agent in the tank is arranged such that the signal of the sensor can be used simultaneously as a level indicator for detecting the undershooting of a minimum filling level in the tank.
  • the sensor for detecting a substance property of the reducing agent is accordingly positioned in the tank so that it also serves as a level indicator, so that a display can be activated when the tank reserve is reached.
  • the sensor thus serves simultaneously as a level sensor or level sensor for the reserve display.
  • the system has a control unit, by means of which the pump is actuated as a function of the measured values detected by sensors and / or as a function of current operating parameters of the internal combustion engine, in particular via a bus system.
  • This control unit may also be the central control unit of the motor vehicle. In this case, the control and Operating monitoring of the exhaust aftertreatment system integrated into the central control unit of the motor vehicle and implemented accordingly.
  • At least one seal is arranged between the pump unit and the tank.
  • the system preferably has an injection unit with at least one nozzle, through which the reducing agent is injected into the exhaust gas stream and / or atomized in the exhaust gas stream.
  • compressed air can be used for atomization in order to form a uniform, finely distributed aerosol and to achieve optimum and uniform droplet formation.
  • the exhaust gas aftertreatment system preferably has an SCR catalytic converter in which the reducing agent is introduced into the exhaust gas stream of the internal combustion engine for selective catalytic reduction, wherein a sensor for detecting the concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas is arranged in front of and / or behind the SCR catalytic converter.
  • Such NOx sensors provide on-line monitoring and diagnosis of selective catalytic reduction in the SCR catalyst, i. H. the quality of the exhaust aftertreatment possible and it is at the same time a control of the pump for conveying the reducing agent from the tank to the injection unit in dependence of the detected by means of the NOx sensors or values possible to control the exhaust aftertreatment system as needed.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a tank with a pump assembly used.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a tank, 1 in which the reducing agent solution 15 is stored.
  • the tank 1 is preferably a diffusion-tight plastic tank.
  • a pump assembly 2 which is designed as an integrated unit.
  • the integrated unit 2 includes the pump 3 and the power electronics 4 for controlling the pump and other components, which are explained below.
  • a temperature sensor 5 such as an NTC temperature sensor for detecting the temperature of the reducing agent solution 15 in the tank 1.
  • the temperature sensor 5 serves both the heating control and the Reduktionsstoffêtkompensation over the temperature.
  • a heating element a resistance element can be used.
  • the heating element 6 is a MOSFET transistor, which is also driven via the power electronics 4 of the integrated module 2.
  • the integrated module 2 has corresponding connections for the level sensor 8 and also for a standardized communication interface such as a CAN bus system, a power supply via the electrical system with a +12 volt connection and a so-called ground connection (0 V).
  • a standardized communication interface such as a CAN bus system, a power supply via the electrical system with a +12 volt connection and a so-called ground connection (0 V).
  • the integrated assembly 2 is inserted into the arranged in the lower region of the tank 1 opening of the tank 1 and sealed by means of O-ring seals 10.
  • the suction nozzle 1 is arranged so that it is located in the lower region of the tank 1, so that a residual amount of the reducing agent 15 located in the tank 1 can be sucked through the suction nozzle 11 via the pump 3.
  • the suction nozzle 11 on the pump 3 is preceded by a filter 7 through which the reducing agent 15 is filtered.
  • a heating element 9 in which it is an aluminum rod in the illustrated embodiment, which serves to heat the tank contents 15 to thaw at extremely low temperatures, thus in the lower Area of the tank 1, the reducing agent can be thawed to suck it via the suction port 1 by means of the pump 3 through the filter 7.
  • Integrated into the assembly 2 is the pressure port 12 of the pump, to which a heated reducing agent line connects and opens into an injection unit for injecting the reducing agent into the exhaust gas stream of the internal combustion engine.
  • a level sensor 8 which is also wired to the power electronics 4, as indicated in FIG. 1.
  • a fill level control within the tank 1 takes place inasmuch as via the filled into the tank 1 reducing agent 15 of the circuit between the level sensor 8 and the aluminum rod 9 and / or the aluminum tube 11 is closed. Once this circuit is interrupted, the reserve area of the tank 1 is reached and it is turned on a reserve lamp as an indication to the driver.
  • a refilling of reducing agent 15 in the tank 1 is possible via the arranged at the top of the tank 1 refill 13.
  • the entire assembly 2 is inserted as an integrated assembly in the arranged in the lower region of the tank 1 opening and sealed by means of the O-ring seals 10. For complete assembly of the entire arrangement, only the assembly 2 is to be mounted in the tank 1 and there are the connectors for power electronics 4, which serve to control heating element and pump and the monitoring of the level sensor or level sensor 8 to connect.
  • the suction nozzle 11 of the pump 3 is arranged in the lower region of the tank 1, so that even when the area of the reserve tank is reached, that is, when the level sensor 8 is exceeded by the filling height forth and no longer responds, continued operation of the exhaust aftertreatment system for a certain time is possible until the tank 1 is filled via the refill 13 with reductant 15 again.
  • the electrical conductivity of the reducing agent 15 between the lower end of the level sensor 8 and the heating element 9 is monitored by measuring the electrical resistance between the sensor 8 and the heating element 9 to perform quality control of the reducing agent 15 introduced into the tank 1. In this way it can be ascertained, for example, if water was introduced instead of a reducing agent in accordance with DIN 70070.
  • the sensor 8 thus simultaneously serves to monitor the quality of the filled reducing agent 15 and the fill level control in the tank 1.
  • the pump housing used in the tank of the level sensor 8 is formed in an alternative embodiment with multiple contact surfaces above the filling level of the tank 1 to realize a more accurate and detailed level indicator with multiple intermediate steps for more accurate display of the remaining tank contents.
  • the integrated module is inserted as an integrated module in a arranged in the upper region of the tank opening from above and sealed by means of O-ring seals.
  • the tank then has at the bottom of a continuous diffusion-tight plastic tub. Any leaks in the tank in case of incorrect assembly of the O-ring seals are excluded.
  • a heating element is integrated into the assembly and is thus also inserted from above into the tank, so that can be dispensed with the additional AluminiumSchupstab.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem zur Einbringung eines Reduktionsmittels (15) in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das System einen Reduktionsmitteltank (1) und eine Pumpe (3) zur Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank (1) zu einer Einspritzeinheit aufweist, wobei der Tank (1) zumindest eine Öffnung aufweist, wobei die Pumpe (3) als integrierte Baueinheit (2) ausgebildet ist und in die Öffnung des Tanks eingesteckt ist, wobei die integrierte Baueinheit (2) einen Tankverschluss bildet und den Tank dichtend verschließt.

Description

Abgasnachbehandlungssystem
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem zur Einbringung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das System einen Reduktionsmitteltank und eine Pumpe zur Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank zu einer Einspritzeinheit aufweist.
Derartige Abgasnachbehandlungssysteme sind bekannt und kommen zum Einsatz zur Reduktion von Stickoxyden in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, wobei eine Einspritzung eines Reduktionsmittels, wie einer Harnstofflösung, insbesondere gemäß DIN 70070, in den Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Abgasnachbehandlungssysteme mit einer Einbringung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxyden (engl, selective catalytic reduction, SCR) werden zur Minimierung der Stickoxydemissionen von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Hierzu wird ein Reduktionsmittel in das Abgassystem mit einer Dosier- und Einspritzvorrichtung eingedüst. Als Reduktionsmittel dient Ammoniak. Unter Reduktionsmittel bzw. Harnstofflösung soll in diesem Sinne sowohl Ammoniak als auch Harnstofflösung oder ein anderes reduzierend wirkendes Mittel und insbesondere das so genannte AdBlue, d.h. eine Harnstofflösung gemäß DIN 70070 verstanden werden.
In solchen Abgassystemen wird Reduktionsmittel wie beispielsweise Harnstofflösung mittels Druckluft in den Abgasstrom eingespritzt und zerstäubt, um ein möglichst feines und gleich verteiltes Aerosol zu bilden. Das Reduktionsmittel dient der selektiven katalytischen Reduktion (englisch: Selective Catalytic Reduction, abgekürzt SCR) in sogenannten SCR- Katalysatoren zur Reduktion der Stickoxydemissionen von Dieselmotoren.
Nachteilig bei den bekannten Abgasnachbehandlungssystemen ist deren aufwendiger Aufbau aus einer Mehrzahl von Baueinheiten und Baugruppen, was einen sehr hohen Fertigungs- und Montageaufwand nach sich zieht und einen großen Bauraum beansprucht, was besonders bei Anwendungen im Bereich von Personenkraftwagen besonders nachteilig ist, da der zur Verfügung stehende Bauraum sehr begrenzt ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Montageaufwand der zu montierenden Komponenten im Abgasnachbehandlungssystem zu vermindern und somit die Herstellungskosten zu senken. Eine weitere Aufgabe liegt darin, dass in der Produktion des Abgasnachbehandlungsystems weniger Teile zu montieren sind und eine Bauraumoptimierung erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft bei dem Abgasnachbehandlungssystem zur Einbringung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das System einen Reduktionsmitteltank und eine Pumpe zur Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank zu einer Einspritzeinheit aufweist, ist es, dass der Tank zumindest eine Öffnung aufweist, wobei die Pumpe als integrierte Baueinheit ausgebildet ist und in die Öffnung des Tanks eingesteckt ist, wobei die Baueinheit einen Tankverschluss bildet und den Tank dichtend verschließt.
Als einzubringendes Reduktionsmittel kommt vorzugsweise Harnstofflösung insbesondere gemäß DIN 70070 zur selektiven katalytischen Reduktion zum Einsatz. Mit dem Begriff des Reduktionsmittels ist jedoch jegliche geeignete flüssige Substanz umfasst. Vorzugsweise wird jedoch eine Harnstofflösung verwendet. Der Tank ist dementsprechend diffusionsdicht ausgebildet und besteht bevorzugt aus Kunststoff.
Die Pumpe zur Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank zu der Einspritzeinheit bildet somit eine integrierte Baueinheit, die in den Tank eingesteckt wird, so dass der Tank quasi das Pumpengehäuse bildet. Die Pumpenbaueinheit verschließt somit den Tank und dichtet diesen ab.
Die Öffnung des Tanks, in die die Pumpe als integrierte Baueinheit eingesteckt wird, ist vorzugsweise an der Unterseite des Tanks oder in einem unteren Bereich einer Seitenwand des Tanks angeordnet, so dass der Ansaugstutzen der Pumpe auch bei einem niedrigen Füllstand von Reduktionsmittel bedeckt ist und eine Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank möglich ist.
Die Pumpe als integrierte Baueinheit weist hierzu einen Ansaugstutzen auf, dessen Ansaugöffnung sich im geodätisch tiefsten Punkt des Tankes befindet. Alternativ kann die Pumpenbaueinheit in eine Öffnung an der Oberseite des Tanks oder im oberen Bereich einer Seitenwand des Tanks eingesteckt sein und den Tank abdichten. Auch in diesem Fall verfügt die Pumpe über einen Saugstutzen, der gegebenenfalls mit einer Verlängerung versehen, im geodätisch tiefsten Punkt des Tankes mündet, so dass der Ansaugstutzen der Pumpe respektive das offene Ende der dem Saugstutzen vorgeschalteten Rohrleitung oder Schlauchleitung auch bei einem niedrigen Füllstand von Reduktionsmittel bedeckt ist und eine Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank möglich ist. Vorteilhaft ist dabei, dass der Tank nach unten hin nicht undicht werden kann, wenn beispielsweise eine Dichtung zwischen Pumpenbaueinheit und Tanköffnung nicht korrekt montiert wurde. Wenn es die Gestaltung des Tanks aufgrund der vorgegebenen Einbausituation erfordert, kann der Tank jede beliebige von einer in etwa quaderförmigen Gestalt abweichende Form aufweisen, wie dies bei in Kraftfahrzeugen eingebauten Tanks üblich ist. In einem solchen Fall kann die Pumpenbaueinheit auch in einer von einer vertikalen oder horizontalen Lage abweichenden diagonalen Lage in den Tank eingesetzt werden und diesen abdichtend verschließen. Grundsätzlich ist die Lage der Pumpenbaueinheit in der montierten Position und ihre Anordnung im Tank, d.h. auch die Anordnung der Tanköffnung, in die die Pumpeneinheit eingesteckt wird, beliebig. Daher kann die Pumpenbaueinheit in ihrer Einbausituation vertikal, horizontal oder diagonal angeordnet sein.
Tank und Pumpe als integrierte Baueinheit bilden somit eine kompakte Einheit, die vormontiert in das Kraftfahrzeug eingebaut werden kann. Dadurch, dass Tank und Pumpe eine kompakte Einheit bilden, wird der benötigte Bauraum innerhalb des Kraftfahrzeuges minimiert und optimal ausgenutzt.
Da es sich bei dem Tank vorzugsweise um einen Kunststofftank handelt, kann dieser in seiner Geometrie dem vorhandenen Bauraum optimal angepasst werden. Bei dem Tank handelt es sich vorzugsweise um einen diffusionsdichten Kunststofftank.
In die zur Montage der Pumpe vorgesehene Öffnung des Tanks wird die Pumpe als integrierte Baueinheit ähnlich einer Kartusche eingesetzt. Vorzugsweise ist die Baueinheit der Pumpe in ein Gewinde in der Öffnung des Tanks abdichtend eingeschraubt. Alternativ oder kumulativ kann die Baueinheit der Pumpe mittels eines Bajonettverschlusses dichtend in die Öffnung des Tanks eingesetzt sein.
Die Baueinheit ist dabei vorzugsweise dergestalt ausgebildet, dass eine Bodenplatte die Pumpe und weitere Komponenten trägt, sodass die Bodenplatte einen etwa glattflächigen Tankverschluss bildet und die Komponenten der Pumpenbaueinheit im montierten Zustand innerhalb des Tanks liegen. Der Tank bildet dann quasi das Pumpengehäuse. Dabei ist vorzugsweise die Öffnung an der Unterseite des Tanks oder im unteren Bereich einer Seitenwand des Tanks angeordnet und die Pumpeneinheit bzw. eine Bodenplatte der Baueinheit dichtet den Tank nach unten ab.
Alternativ oder kumulativ kann die Umrandung der Tanköffnung stufenförmig ausgebildet sein, so dass eine Bodenplatte der Pumpeneinheit in eine Stufe eingelegt wird und mittels Klammern, die am Tank angeordnet sind und die entsprechende Hinterschneidungen an der Bodenplatte hintergreifen, gegen den Tank verspannt wird und diesen abdichtend verschließt.
An der Oberseite des Tanks ist vorzugsweise ein Nachfüllstutzen zur Einbringung der benötigten Reduktionsmittellösung in den Reduktionsmitteltank vorgesehen. Die Begriffe Reduktionsmittel bzw. Reduktionsmittellösung werden in diesem Sinne synonym verwendet und umfassen jedes geeignete Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion.
Die Pumpe als integrierte Baueinheit kann dann von der Unterseite her in den Tank eingesetzt und montiert werden, ähnlich wie ein Ölfilter oder wie eine Kartusche, die eingesetzt und befestigt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems weist das System einen Reduktionsmittelfilter und/oder eine Beheizungseinrichtung zur Beheizung des Reduktionsmittels und/oder einen Temperatursensor zur Erfassung der Reduktionsmitteltemperatur und/oder reine Leistungselektronik zur Ansteuerung der Pumpe und/oder eine Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine CAN-Bus- Schnittstelle und/oder eine LIN-Bus-Schnittstelle, auf.
Besonders bevorzugt weist die Pumpe als integrierte Baueinheit einen Reduktionsmittelfilter und/oder eine Beheizungseinrichtung zur Beheizung des Reduktionsmittels und/oder einen Temperatursensor zur Erfassung der Reduktionsmitteltemperatur und/oder die Leistungselektronik zur Ansteuerung der Pumpe und/oder einer eine Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine CAN-Bus- Schnittstelle und/oder eine LIN-Bus-Schnittstelle, auf. Durch die Integration weiterer Komponenten in die integrierte Baueinheit mit der Pumpe ist eine besonders kompakte und vorteilhaft zu montierende Ausführungsform geschaffen. Mit dem Einsetzen einer solchen integrierten Baueinheit mit Pumpe und weiteren Komponenten in den Tank wird eine kompakte Baueinheit geschaffen, die vollständig vormontiert in das Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen eingebaut werden kann und an die sich dann lediglich die Förderleitung zur Förderung des Reduktionsmittels zur Einspritzeinheit anschließt. Diese Reduktionsmittelleitung ist vorzugsweise beheizt. Ebenso ist vorzugsweise eine Beheizungseinrichtung zur Beheizung des Reduktionsmittels vorgesehen. Die Reduktionsmittellösung gemäß DIN 70070 gefriert bei -11°C, so dass für besonders niedrige Außentemperaturen zumindest im Bereich des Ansaugstutzens der Pumpe eine Beheizungseinrichtung angeordnet ist, um eine Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank mittels der Pumpe auch bei niedrigen Außentemperaturen zu ermöglichen, um das Reduktionsmittel in dem Tank aufzutauen, wenn dieses eingefroren sein sollte.
Durch die Anordnung einer Schnittstelle, insbesondere einer standardisierten Kommunikationsschnittstelle wie beispielsweise einer CAN-Bus-Schnittstelle und/oder einer LIN-Bus-Schnittstelle, ist es möglich, die Pumpeneinheit in das Steuersystem des Kraftfahrzeuges einzubinden. Ein solcher sogenannte CAN- Bus ist ein asynchrones, serielles Bussystem. Ein sogenannter LIN-Bus ist ein serielles Kommunikationssystem.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Pumpe als integrierte Baueinheit einen Sensor zur Erfassung einer Stoffeigenschaft des Reduktionsmittels auf, insbesondere zur Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit und/oder zur Erfassung der Schallgeschwindigkeit in dem Reduktionsmittel. Mittels eines derartigen Sensors ist eine permanente Erfassung und Überwachung der Reduktionsmittelqualität möglich, so dass etwaigen Manipulationen, beispielsweise des Befüllens des Tankes mit Wasser, wirksam vorgebeugt werden kann, um eine einwandfreie Funktion des Abgasnachbehandlungssystems zu gewährleisten. Es kann somit durch einen derartigen Reduktionsmittelqualitätssensor, mittels dessen eine Stoffeigenschaft des geförderten Reduktionsmittels erfasst wird, festgestellt werden, ob das korrekte Reduktionsmittel verwendet und zur Abgasnachbehandlung in den Abgastrakt eingespritzt wird.
Als physikalische Größe zur Erfassung der Reduktionsmittelqualität kann die elektrische Leitfähigkeit des Reduktionsmittels und/oder die Schallgeschwindigkeit in dem Reduktionsmittel mittels des Sensors gemessen und einer Auswerteeinheit übergeben werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor zur Erfassung einer Stoffeigenschaft des Reduktionsmittels in dem Tank derart angeordnet, dass das Signal des Sensors gleichzeitig als Füllstandsanzeiger zur Feststellung der Unterschreitung einer Mindestfüllhöhe in dem Tank verwendet werden kann.
Der Sensor zur Erfassung einer Stoffeigenschaft des Reduktionsmittels ist dementsprechend in dem Tank so positioniert, dass er gleichzeitig als Füllstandsanzeiger dient, so dass eine Anzeige aktiviert werden kann, wenn die Tankreserve erreicht ist. Der Sensor dient somit gleichzeitig als Füllstandssensor oder Füllstandsgeber für die Reserveanzeige.
Vorzugsweise weist das System ein Steuergerät auf, mittels dessen die Pumpe in Abhängigkeit der von Sensoren erfassten Messwerte und/oder in Abhängigkeit aktueller Betriebsparameter des Verbrennungsmotors angesteuert wird, insbesondere über ein Bussystem angesteuert wird.
Bei dieser Steuereinheit kann es sich auch um das zentrale Steuergerät des Kraftfahrzeuges handeln. In diesem Fall ist die Ansteuerung und Betriebsüberwachung des Abgasnachbehandlungssystems in das zentrale Steuergerät des Kraftfahrzeuges integriert und entsprechend implementiert.
Vorzugsweise ist zwischen der Pumpeneinheit und dem Tank zumindest eine Dichtung, insbesondere eine O-Ringdichtung angeordnet.
Durch Anordnung einer derartigen Dichtung ist eine zuverlässige Abdichtung des Tanks gewährleistet. Vorzugsweise weist das System eine Einspritzeinheit mit zumindest einer Düse auf, durch die das Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingespritzt und/oder im Abgasstrom zerstäubt wird. Zur Zerstäubung kann insbesondere Druckluft dienen, um ein gleichmäßiges fein verteiltes Aerosol auszubilden und eine optimale und gleichverteilte Tröpfchenbildung zu erzielen.
Das Abgasnachbehandlungssystem weist vorzugsweise einen SCR-Katalysator auf, in dem das Reduktionsmittel in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion eingebracht wird, wobei vor und/oder hinter dem SCR-Katalysator ein Sensor zur Erfassung der Stickoxydkonzentration im Abgas angeordnet ist.
Durch derartige NOx-Sensoren ist eine Online-Überwachung und Diagnose der selektiven katalytischen Reduktion in dem SCR-Katalysator, d. h. die Qualität der Abgasnachbehandlung möglich und es ist gleichzeitig eine Ansteuerung der Pumpe zur Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank zur Einspritzeinheit in Abhängigkeit der mittels des oder der NOx-Sensoren festgestellten Werte möglich, um das Abgasnachbehandlungssystem bedarfsgerecht anzusteuern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Es zeigt:
Fig.1 zeigt eine schematische Darstellung eines Tanks mit einer eingesetzten Pumpenbaueinheit. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Tanks, 1 in dem die Reduktionsmittellösung 15 aufbewahrt wird. Bei dem Tank 1 handelt es sich vorzugsweise um einen diffusionsdichten Kunststofftank. Im unteren Bereich des Tanks 1 ist in eine Öffnung des Tanks 1 eingesetzt eine Pumpenbaueinheit 2, die als integrierte Baueinheit ausgeführt ist.
Die integrierte Baueinheit 2 beinhaltet die Pumpe 3 sowie die Leistungselektronik 4 zur Ansteuerung der Pumpe und weiterer Komponenten, die nachfolgend erläutert werden.
In der Baueinheit 2 ist ferner angeordnet ein Temperatursensor 5 wie beispielsweise ein NTC-Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Reduktionsmittellösung 15 in dem Tank 1. Der Temperatursensor 5 dient gleichzeitig der Heizungsregelung und zur Reduktionsmitteldichtekompensation über die Temperatur. Als Heizelement kann ein Widerstandselement zum Einsatz kommen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Heizelement 6 um einen MOSFET-Transistor, der ebenfalls über die Leistungselektronik 4 der integrierten Baueinheit 2 angesteuert wird.
Die integrierte Baugruppe 2 verfügt über entsprechende Anschlüsse für den Füllstandssensor 8 sowie ferner für eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle wie beispielsweise ein CAN-Bussystem, eine Stromversorgung über das Bordnetz mit einem +12 Volt-Anschluss sowie einen sogenannten Groundanschluss (0 V).
Die integrierte Baugruppe 2 ist in die im unteren Bereich des Tanks 1 angeordnete Öffnung des Tanks 1 eingesteckt und mittels O-Ringdichtungen 10 abgedichtet. Der Saugstutzen 1 ist so angeordnet, dass dieser im unteren Bereich des Tanks 1 liegt, so dass auch eine im Tank 1 befindliche Restmenge des Reduktionsmittels 15 über die Pumpe 3 durch den Saugstutzen 11 angesaugt werden kann. Dem Saugstutzen 11 an der Pumpe 3 ist ein Filter 7 vorgeschaltet, durch den das Reduktionsmittel 15 gefiltert wird. Zusätzlich zu dem als Heizelement dienenden MOSFET-Transistor 6 ist in den Tank eingebracht ein Heizelement 9, bei es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Aluminiumstab handelt, der zur Beheizung des Tankinhaltes 15 dient, um diesen bei extrem niedrigen Temperaturen aufzutauen, damit im unteren Bereich des Tanks 1 das Reduktionsmittel aufgetaut werden kann, um dieses über den Saugstutzen 1 mittels der Pumpe 3 durch den Filter 7 anzusaugen.
In die Baugruppe 2 integriert ist der Druckstutzen 12 der Pumpe, an den sich eine beheizte Reduktionsmittelleitung anschließt und in eine Einspritzeinheit zur Einspritzung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors mündet.
Ferner ist in dem Tank 1 angeordnet ein Füllstandssensor 8, der ebenfalls mit der Leistungselektronik 4 verdrahtet ist, wie dies in der Fig. 1 angedeutet ist. Mittels des Sensors 8 erfolgt eine Füllstandskontrolle innerhalb des Tanks 1 insofern, als das über das in den Tank 1 eingefüllte Reduktionsmittel 15 der Stromkreis zwischen dem Füllstandssensor 8 und dem Aluminiumstab 9 und/oder dem Aluminiumrohr 11 geschlossen wird. Sobald dieser Stromkreis unterbrochen wird, ist der Reservebereich des Tanks 1 erreicht und es wird eine Reservelampe als Anzeige für den Fahrzeugführer eingeschaltet. Ein Nachfüllen von Reduktionsmittel 15 in den Tank 1 ist über den an der Oberseite des Tanks 1 angeordneten Nachfüllstutzen 13 möglich. Die gesamte Baugruppe 2 ist als integrierte Baugruppe in die im unteren Bereich des Tanks 1 angeordnete Öffnung eingesteckt und mittels der O- Ringdichtungen 10 abgedichtet. Zur vollständigen Montage der gesamten Anordnung ist lediglich die Baugruppe 2 in dem Tank 1 zu montieren und es sind die Steckverbindungen zur Leistungselektronik 4, die der Ansteuerung von Heizelement und Pumpe sowie der Überwachung des Füllstandssensors oder Füllstandsgebers 8 dienen, zu verbinden.
Der Saugstutzen 11 der Pumpe 3 ist im unteren Bereich des Tanks 1 angeordnet, so dass auch dann, wenn der Bereich des Reservetanks erreicht, d. h. wenn der Füllstandssensor 8 von der Füllhöhe her unterschritten wird und nicht mehr anspricht, ein Weiterbetrieb des Abgasnachbehandlungssystems für eine gewisse Zeit möglich ist, bis der Tank 1 über den Nachfüllstutzen 13 wieder mit Reduktionsmittel 15 befüllt wird.
Gleichzeitig wird die elektrische Leitfähigkeit des Reduktionsmittels 15 zwischen dem unteren Ende des Füllstandssensors 8 und dem Heizelement 9 überwacht durch eine Messung des elektrischen Widerstands zwischen dem Sensor 8 und dem Heizstab 9, um eine Qualitätskontrolle des in den Tank 1 eingefüllten Reduktionsmittels 15 durchzuführen. Hierdurch kann festgestellt werden, wenn beispielsweise Wasser anstelle eines Reduktionsmittels gemäß DIN 70070 eingefüllt wurde. Der Sensor 8 dient somit gleichzeitig der Qualitätsüberwachung des eingefüllten Reduktionsmittels 15 und der Füllstandskontrolle im Tank 1.
Auf dem in den Tank eingesetzten Pumpengehäuse ist der Füllstandssensor 8 in einer alternativen Ausgestaltung mit mehreren Kontaktflächen über der Füllhöhe des Tanks 1 ausgebildet, um eine genauere und detaillierte Füllstandsanzeige mit mehreren Zwischenschritten zur exakteren Anzeige des verbliebenen Tankinhalts zu realisieren.
In einer nicht dargestellten Alternative ist die integrierte Baugruppe als integrierte Baugruppe in eine im oberen Bereich des Tanks angeordnete Öffnung von oben eingesteckt und mittels O-Ringdichtungen abgedichtet. Der Tank weist dann im unteren Bereich eine durchgehende diffusionsdichte Kunststoffwanne auf. Etwaige Undichtigkeiten des Tanks bei fehlerhafter Montage der O-Ringdichtungen sind dadurch ausgeschlossen.
In diesem Fall ist ein Heizelement in die Baugruppe integriert und wird somit ebenfalls von oben in den Tank eingeschoben, sodass auf den zusätzlichen Aluminiumheizstab verzichtet werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Abgasnachbehandlungssystem zur Einbringung eines Reduktionsmittels (15) in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion, wobei das System einen Reduktionsmitteltank (1) und eine Pumpe (3) zur Förderung des Reduktionsmittels aus dem Tank (1) zu einer Einspritzeinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (1) zumindest eine Öffnung aufweist, wobei die Pumpe (3) als integrierte Baueinheit (2) ausgebildet ist und in die Öffnung des Tanks eingesteckt ist, wobei die integrierte Baueinheit (2) einen Tankverschluss bildet und den Tank dichtend verschließt.
2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (2) in ein Gewinde in der Öffnung des Tanks (1) abdichtend eingeschraubt ist oder dass die Baueinheit (2) mittels eines Bajonettverschlusses dichtend in die Öffnung des Tanks (1) eingesetzt ist.
3. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung an der Unterseite und/oder im unteren Bereich des Tanks (1) angeordnet ist und die Baueinheit (2) den Tank (1) nach unten abdichtet.
4. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Reduktionsmittelfilter (7) und/oder eine Beheizungseinrichtung (6, 9) zur Beheizung des Reduktionsmittels (15) und/oder einen Temperatursensor (5) zur Erfassung der Reduktionsmitteltemperatur und/oder eine Leistungselektronik (4) zur Ansteuerung der Pumpe (3) und/oder eine Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine CAN-Bus-Schnittstelle, aufweist.
5. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) als integrierte Baueinheit (2) einen Reduktionsmittelfilter (7) und/oder eine Beheizungseinrichtung (6) zur Beheizung des Reduktionsmittels (15) und/oder ein Temperatursensor (5) zur Erfassung der Reduktionsmitteltemperatur und/oder die Leistungselektronik (4) zur Ansteuerung der Pumpe (3) und/oder eine Schnittstelle, insbesondere eine CAN-Bus- Schnittstelle, aufweist.
6. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) als integrierte Baueinheit (2) einen Sensor (8) zur Erfassung einer Stoffeigenschaft des Reduktionsmittels aufweist, insbesondere zur Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit und/oder zur Erfassung der Schallgeschwindigkeit in dem Reduktionsmittel.
7. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) zur Erfassung einer Stoffeigenschaft des Reduktionsmittels derartig angeordnet ist, dass das Signal des Sensors (8) gleichzeitig als Füllstandsanzeiger zur Feststellung der Unterschreitung einer Mindestfüllhöhe in dem Tank (1) verwendet werden kann.
8. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Steuergerät aufweist, mittels dessen die Pumpe (3) in Abhängigkeit der von Sensoren erfassten Messwerte und/oder in Abhängigkeit aktueller Betriebsparameter des Verbrennungsmotors angesteuert wird, insbesondere über ein Bussystem angesteuert wird.
9. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Baueinheit (2) und dem Tank (1) zumindest eine Dichtung, insbesondere eine O-Ringdichtung (10) angeordnet ist.
10. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Einspritzeinheit mit zumindest einer Düse aufweist, durch die das Reduktionsmittel (15) in den Abgasstrom eingespritzt und/oder im Abgasstrom zerstäubt wird.
11. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen SCR-Katalysator aufweist, in dem das Reduktionsmittel (15) in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors zur selektiven katalytischen Reduktion eingebracht wird, wobei vor und/oder hinter dem SCR- Katalysator ein Sensor zur Erfassung der Stickoxidkonzentration im Abgas angeordnet ist.
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