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Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittelzuführsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Zylinder mit einem Brennraum und einen Abgastrakt. Der Abgastrakt kommuniziert abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum. Das Reduktionsmittelzuführsystem umfasst ein Reduktionsmitteleinspritzventil zum Zumessen von Reduktionsmittel in den Abgastrakt. Ferner umfasst das Reduktionsmittelzuführsystem einen Reduktionsmitteltank, aus dem über eine Reduktionsmittelleitung Reduktionsmittel zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil geleitet werden kann.
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Zur Reduzierung eines Stickoxidanteils im Abgas einer Brennkraftmaschine kann eine Abgasnachbehandlung mit wässriger Reduktionsmittellösung und einem SCR-Katalysator durchgeführt werden. Die wässrige Reduktionsmittellösung kann auch als Reduktionsmittel bezeichnet werden. Bevorzugt ist das Reduktionsmittel Harnstoff. Zur Abgasnachbehandlung wird die wässrige Reduktionsmittellösung mit einer Flüssigkeitspumpe zu einem Reduktionsmitteleinspritzventil gepumpt, das die Reduktionsmittellösung stromaufwärts des SCR-Katalysators in einen Abgasstrom in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zumisst. Die Reduktionsmittellösung reagiert in dem heißen Abgasstrom bevorzugt zu Ammoniak und Kohlendioxid. In dem SCR-Katalysator reagiert dann der Ammoniak mit dem Stickoxidgemisch des Abgases zu Stickstoff und Wasser.
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In der
DE 10 2004 062 014 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein Abgasreinigungssystem beschrieben. Es weist ein Fördermodul, ein Dosiermodul, eine Abgasführung und ein Steuermodul auf. Das Fördermodul weist einen Vorratsbehälter mit einem Entlüftungsventil auf, der eine Harnsäure-Lösung enthält, die über eine Förderpumpe einem Druckregelventil zugeführt wird. In dem Dosiermodul wird ein Luftstrom mittels einer Pumpe verdichtet, einem Druckspeicher zugeführt und über ein Regelventil zusammen mit der Harnsäure-Lösung aus dem Druckregelventil einem Dosierventil zugeführt und von dort einer, in der Abgasführung angeordneten Zerstäubereinheit zugeführt. Im Steuermodul ist ein Wert eines Referenzdruckes auf Basis des sich in der Abgasführung bildenden Druckes abgelegt.
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Aus der
DE 10 2006 061 736 A1 ist ein Fördermodul für ein Dosiersystem zum Einbringen eines Reduktionsmittels in den Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Das Fördermodul umfasst ein Gehäuse, in dem Komponenten untergebracht sind. In das als Spritzgussbauteil gefertigte Gehäuse ist eine Heizung zentrumsnah integriert, wobei das Gehäuse mindestens eine Kammer zur Aufnahme weiterer Komponenten umfasst. Durch geeignete Anordnung und Konfiguration der Heizung, insbesondere durch Anlage an Wänden der zu beheizenden Komponenten kann die erzeugte Wärme im Wege der Wärmeleitung oder auch durch Konvektion an die im Innenraum des Gehäuses in den verschiedenen Kammern angeordneten Komponenten übertragen werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Reduktionsmittelzuführsystem zu schaffen, das ein besonders sicheres Zumessen von Reduktionsmittel in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Reduktionsmittelzuführsystem für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst mindestens einen Zylinder mit einem Brennraum und einen Abgastrakt, dem Abgas aus dem Brennraum zuführbar ist und in dem der SCR-Katalysator angeordnet ist. Das Reduktionsmittelzuführsystem weist auf ein Reduktionsmitteleinspritzventil zum Zumessen von Reduktionsmittel in den Abgastrakt, und einen Reduktionsmitteltank, aus dem dem Reduktionsmitteleinspritzventil mittels hydraulischer Aggregate Reduktionsmittel zuführbar ist. Mindestens zwei der hydraulischen Aggregate sind thermisch mit einer gemeinsamen Wärmeverteilvorrichtung gekoppelt. Die Wärmeverteilvorrichtung ist dabei plattenförmig und in Sandwich-Bauweise aus mehreren Schichten ausgebildet. Dies ermöglicht eine Beheizung der hydraulischen Aggregate über eine geometrisch einfach aufgebaute Platte, auf der die hydraulischen Aggregate in einfacher Weise montiert sind.
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Dies hat den Vorteil, dass eine Verteilung der Heizenergie von einer gemeinsamen mit der Wärmeverteilvorrichtung gekoppelt Heizquelle auf die hydraulischen Aggregate möglich ist. Es sind somit keine Einzelheizungen für die jeweiligen hydraulischen Aggregate erforderlich. Die Kosten für die Komponenten des Reduktionsmittelzuführsystems sowie die Betriebskosten für den SCR-Katalysator können damit gering sein.
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Durch die Gestaltung der Wärmeverteilvorrichtung in Sandwichbauweise aus mehreren Schichten ist ein einfacher Aufbau der gemeinsamen Wärmeverteilvorrichtung für mehrere hydraulische Aggregate möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Wärmeverteilvorrichtung eine erste Schicht aufweist, die aus einem Material gebildet ist, das ein Metall umfasst, und ausgebildet ist zur thermischen Kopplung der mindestens zwei hydraulischen Aggregate mit der gemeinsamen Wärmeverteilvorrichtung. Damit ist eine gute Wärmeleitung von der Heizquelle über die erste Schicht der gemeinsamen Wärmeverteilvorrichtung zu den hydraulischen Aggregaten möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Schicht aus einem Material gebildet, das Aluminium aufweist. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist eine gute Wärmeübertragung von der Heizquelle auf die Wärmeverteilvorrichtung und weiter von der Wärmeverteilvorrichtung auf die hydraulischen Aggregate möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Wärmeverteilvorrichtung eine zweite Schicht auf, die ein Material aufweist, das chemisch inert gegenüber dem Reduktionsmittel ist. Dies ermöglicht eine Führung des Reduktionsmittels in der Wärmeverteilvorrichtung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Schicht Kanäle auf, die zur Führung des Reduktionsmittels ausgebildet sind. Damit kann eine Führung des Reduktionsmittels zwischen den hydraulischen Aggregaten innerhalb der Wärmeverteilvorrichtung und eine Erwärmung der Wärmeverteilvorrichtung erreicht werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
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2 eine weitere Darstellung der Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittelzuführungssystem, und
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3 eine Wärmeverteilungsvorrichtung des Reduktionsmittelzuführsystem
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
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In 1 ist eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gezeigt, mit einem Ansaugtrakt 10, einem Motorblock 12, einem umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 51, einen Sammler 16, und ein Saugrohr 17. Das Saugrohr 17 ist hin zu einem Zylinder Z1 beim Einlasskanal in einen Brennraum 26 des Motorblocks 12 zugeführt. Der Motorblock 12 umfasst eine Kurbelwelle 18, welche über eine Pleuelstange 20 mit einem Kolben 21 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
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Der Zylinderkopf 13 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 22 und einem Gasauslassventil 24. Der Zylinderkopf 13 umfasst ferner ein Einspritzventil 28 und eine Zündkerze 30. Alternativ kann das Einspritzventil 28 auch in dem Saugrohr 17 angeordnet sein.
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In dem Abgastrakt 14 ist ein Oxidationskatalysator 32 angeordnet. Ferner ist in dem Abgastrakt ein Katalysator 34 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator) angeordnet. Der Oxidationskatalysator 32 kann das NO zu NO2 oxidieren und damit ein Verhältnis von NO zu NO2 herstellen, das besonders günstig für den Betrieb des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion ist.
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Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Steuervorrichtung 35 auf, mit Sensoren, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgrößen ermitteln können. Die Steuervorrichtung 35 ermittelt in Abhängigkeit von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden können. Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 15, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 22, 24, das Einspritzventil 28 oder die Zündkerze 30.
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Die Sensoren umfassen einen Pedalstellungsgeber 36, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 38 erfasst. Weiter weist die Brennkraftmaschine einen Luftmassensensor 40 auf, der stromaufwärts der Drosselklappe 15 angeordnet ist und dort einen Luftmassenstrom erfasst. Ein Temperatursensor 42 stromaufwärts der Drosselklappe 15 erfasst eine Ansauglufttemperatur. Ein Saugrohrdrucksensor 44 stromabwärts der Drosselklappe 15 ist in dem Sammler 16 angeordnet und erfasst einen Saugrohrdruck in dem Sammler 16.
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Stromaufwärts des Oxidationskatalysators 32 ist eine Abgassonde 52 angeordnet, die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1.
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Ferner ist ein Stickoxidsensor 54 vorgesehen, der stromabwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion angeordnet ist und der einerseits einen Stickoxidgehalt des Abgases erfasst und andererseits eine Querempfindlichkeit gegenüber Ammoniak aufweist.
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Ferner ist dem Abgastrakt 14 vorzugsweise ein Reduktionsmittelzuführsystem 55 zugeordnet (2). Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 umfasst einen Reduktionsmitteltank 56 zum Aufnehmen des Reduktionsmittels. Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 umfasst weiter hydraulische Aggregate wie einen Filter 59, eine Reduktionsmittelpumpe 60, ein Druckregelventil 62, einen Drucksensor 63 und ein Reduktionsmitteleinspritzventil 64. Mittels der Reduktionsmittelpumpe 60 kann das Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmitteltank 56 über eine Reduktionsmittelleitung 58 zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil 64 geleitet werden. Durch entsprechendes Ansteuern des Reduktionsmitteleinspritzventils 64 kann dann das Reduktionsmittel dem Abgastrakt 14 zugemessen werden, wobei die Einspritzrichtung sowohl in Richtung des Abgasstroms als auch in Richtung entgegen dem Abgasstrom sein kann. Das Pumpen des Reduktionsmittels aus dem Reduktionsmitteltank 56 hin zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil 64 trägt zu einem vorteilhaften Zumessen des Reduktionsmittels bei. Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 kann in weiteren Ausführungsformen auch andere hydraulische Aggregate wie ein Kühlregelventil aufweisen.
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Zum Zuführen von Reduktionsmittel ragt das Reduktionsmitteleinspritzventil 64 in den Abgastrakt 14 stromabwärts des Oxidationskatalysators 32 und stromaufwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion hinein. Stromabwärts des Reduktionsmitteleinspritzventils 64 und stromaufwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion ist vorzugsweise eine Mischvorrichtung zum Mischen des zugemessenen Reduktionsmittels mit dem Abgas angeordnet.
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Zusätzlich zu dem Katalysator 34 zur selektiven katalytischen Reduktion kann stromabwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion ein Oxidationskatalysator 46 vorgesehen sein, mittels dem Ammoniak, das aus dem Katalysator 34 zur selektiven katalytischen Reduktion austreten konnte, vor dem Austritt aus dem Abgastrakt 14 oxidiert werden kann.
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Stromabwärts des Brennraums 26 zweigt eine Abgasrückführleitung 48 von dem Abgastrakt 14 ab, die stromaufwärts des Brennraums 26 in den Ansaugtrakt 10 mündet. In der Abgasrückführleitung 48 ist ein Abgasrückführventil 50 angeordnet, mittels dem die zurückgeleitete Abgasmenge gesteuert werden kann. Mittels der Abgasrückführleitung 48 kann Abgas in den Brennraum 26 der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden, um so den Sauerstoffgehalt in dem angesaugten, für den Brennraum 26 bestimmten Gasgemisch zu senken, und so die Emission von Stickoxiden zu senken.
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Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen ebenfalls entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind.
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Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 hat eine Wärmeverteilvorrichtung 66 (2 und 3). Die Wärmeverteilvorrichtung 66 ist plattenförmig ausgebildet (3). Die hydraulischen Aggregate wie der Filter 59, die Reduktionsmittelpumpe 60, der Druckregler 62 und der Drucksensor 63 sind thermisch mit der Wärmeverteilvorrichtung 66 gekoppelt. Die hydraulischen Aggregate sind hierbei in einer Ebene der Platte angeordnet. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann auch nur ein Teil der angegebenen hydraulischen Aggregate oder andere hydraulische Aggregate wie das Kühlregelventil mit der Wärmeverteilvorrichtung 66 gekoppelt sein.
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Die Wärmeverteilvorrichtung 66 ist aus mehreren Schichten 68, 70 in einer Sandwichbauweise aufgebaut. Für jede der Schichten 68, 70 kann damit sowohl eine strukturell als auch funktional vorteilhafte Gestaltung der Wärmeverteilvorrichtung 66 erreicht werden.
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Die Wärmeverteilvorrichtung 66 hat eine erste Schicht 68. Die erste Schicht 68 ist vorzugsweise aus Aluminium oder weist Aluminium auf. Die erste Schicht 68 kann jedoch auch aus anderen Materialien mit einer guten Wärmeleitung bestehen oder diese aufweisen. Durch die erste Schicht 68 der Warmeverteilvorrichtung 66 kann eine gute thermische Kopplung der hydraulischen Aggregate wie dem Filter 59, der Reduktionsmittelpumpe 60 und dem Druckregler 62 mit der gemeinsamen Wärmeverteilvorrichtung 66 erreicht werden.
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Die Wärmeverteilvorrichtung 66 hat eine zweite Schicht 70, die auf einer den hydraulischen Aggregaten abgewandten Seite der ersten Schicht 68 angeordnet ist. Die zweite Schicht 70 ist aus einem Material gebildet oder weist ein Material auf, das chemisch inert gegenüber dem Reduktionsmittel ist. In der zweiten Schicht 70 sind Kanäle 72 angeordnet, in denen das Reduktionsmittel geführt werden kann. Erwärmtes Reduktionsmittel kann so mittels der Reduktionsmittelpumpe 60 über den Filter 59 zu dem Druckregelventil 62 und weiter zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil 64 geführt werden.
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Im Folgenden soll die Funktion der Wärmeverteilvorrichtung 66 beschrieben werden:
In einer aktiven Heizvorrichtung, beispielsweise einer Filterheizung für den Filter 59 oder einer passiven Heizvorrichtung, beispielsweise einer Antriebsvorrichtung für die Reduktionsmittelpumpe 60 kann Wärmeenergie bereitgestellt werden. Durch die thermische Kopplung der hydraulischen Aggregate mit der ersten Schicht 68 der Wärmeverteilvorrichtung 66 wird diese Wärme über die erste Schicht 66 der Wärmeverteilvorrichtung 66 sowohl an die weiteren nicht beheizten hydraulischen Aggregate als auch an die zweite Schicht 70 der Wärmeverteilvorrichtung 66 weitergeleitet. Der Einsatz weiterer aktiver Heizvorrichtungen über die bereits bestehenden hinaus kann so vermieden werden. Damit können die Kosten für das Reduktionsmittelzuführsystem 55 sowie die Betriebskosten für den SCR-Katalysator 34 klein gehalten werden.
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Sowohl die weiteren nicht beheizten hydraulischen Aggregate als auch die zweite Schicht 70 der Wärmeverteilvorrichtung 66 können Reduktionsmittel führen. Durch die Zufuhr von Wärme an die nicht beheizten hydraulischen Aggregate kann vermieden werden, dass das in dem Reduktionsmittelzuführsystem 55 eingesetzte Reduktionsmittel einfriert. Insbesondere kann so vermieden werden, dass beim Auftreten von tiefen Temperaturen außerhalb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei Außentemperaturen unterhalb von –15°C, Reduktionsmittel in den auf der Wärmeverteilvorrichtung 66 angeordneten hydraulischen Aggregaten und in den Kanälen 72 des Reduktionsmittelzuführsystems 55 einfriert.