DE102011078528B4 - Ice pressure compensation line - Google Patents

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Abstract

Abgasnachbehandlungssystem für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Abgastrakt (10), der von einer Abgasströmung (14) durchströmt wird, mit einem Förderaggregat (20) zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, zu einem Dosiermodul (26) über eine Druckleitung (22), wobei die Druckleitung (22) eine auswechselbare, schlauchförmig ausgeführte Eisdruckkompensationsleitung (24) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisdruckkompensationsleitung (24) eine Schlauchwand (38) umfasst, die als Mehrschichtaufbau (40) ausgebildet ist, wobei eine erste Schicht (42) des Mehrschichtaufbaus (40) als Speicherschicht dient, die aus einer Druckänderung in der Eisdruckkompensationsleitung (24) resultierende Energie speichert, wobei die erste Schicht (42) einen Strukturaufbau (44) umfasst, der einzelne, kleine, voneinander getrennte Kammern (46) aufweist, und wobei einzelne der voneinander getrennten Kammern (46) mit einem wärmeleitfähigem Material befüllt sind.Exhaust gas aftertreatment system for internal combustion engines with an exhaust tract (10) through which an exhaust gas flow (14) flows, with a delivery unit (20) for delivering an operating/auxiliary material, in particular a reducing agent, to a dosing module (26) via a pressure line (22), wherein the pressure line (22) comprises a replaceable, hose-shaped ice pressure compensation line (24), characterized in that the ice pressure compensation line (24) comprises a hose wall (38) which is designed as a multi-layer structure (40), wherein a first layer (42) of the multi-layer structure (40) serves as a storage layer which stores energy resulting from a pressure change in the ice pressure compensation line (24), wherein the first layer (42) comprises a structural structure (44) which has individual, small, separate chambers (46) and wherein individual ones of the separate chambers (46) are filled with a thermally conductive material.

Description

Stand der TechnikState of the art

Zur Erfüllung von Schadstoffnormen, wie zum Beispiel der Euro 5 und der demnächst zu erwartende Norm Euro 6, wird zur Reduktion von NOx-Anteilen im Abgas, insbesondere von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen, das SCR-Verfahren eingesetzt (SCR Selective Catalytic Reduction). Bei diesem Verfahren wir ein Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel, so zum Beispiel Harnstoff oder eine Harnstoffwasserlösung, in das Abgas der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, so zum Beispiel in Form eines Tröpfchennebels in diesen eingespritzt. Dabei werden die NOx-Bestandteile des Abgases in N2 und H2O reduziert. Der gemäß dieses Verfahrens eingesetzte Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere das Reduktionsmittel, welches unter dem Handelsnamen AdBlue® bekannt ist, dehnt sich bei Temperaturen, die unterhalb von -11°C liegen, in der Regel um 7,4%-10% aus. Dies bedeutet, dass die Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems eisdruckfest ausgelegt sein müssen, um die beim Gefrieren des Reduktionsmittels auftretende Volumenänderung, die zwischen 7,4% und 11% liegt, ausgleichen zu können.In order to meet emissions standards such as Euro 5 and the soon-to-be-introduced Euro 6 standard, the SCR process (SCR Selective Catalytic Reduction) is used to reduce NO x levels in exhaust gases, particularly from self-igniting internal combustion engines. In this process, an operating/auxiliary material, particularly a reducing agent, such as urea or a urea-water solution, is introduced into the exhaust gas of the internal combustion engine, for example by injecting it in the form of a droplet mist. The NO x components of the exhaust gas are reduced to N 2 and H 2 O. The operating/auxiliary material used in this process, particularly the reducing agent, which is known under the trade name AdBlue®, generally expands by 7.4%-10% at temperatures below -11°C. This means that the components of the exhaust aftertreatment system must be designed to withstand ice pressure in order to be able to compensate for the volume change that occurs when the reducing agent freezes, which is between 7.4% and 11%.

Je nach Ausführungsvarianten der Fahrzeuge, in denen das Abgasnachbehandlungssystem eingebaut wird, steht ein unterschiedlich bemessener Bauraum zur Verfügung, in dem das den Betriebs-/Hilfsstoff in den Abgastrakt einzubringende Dosiermodul unterzubringen ist. Dieser Bauraum variiert von Fahrzeughersteller zu Fahrzeughersteller, mitunter sogar von Baureihe zu Baureihe bei ein und demselben Hersteller.Depending on the design variant of the vehicle in which the exhaust aftertreatment system is installed, a different size of installation space is available in which the dosing module for introducing the operating/auxiliary material into the exhaust tract is to be accommodated. This installation space varies from vehicle manufacturer to vehicle manufacturer, sometimes even from model series to model series within one and the same manufacturer.

Aus der DE 10 2010 063 201 A1 ist ein Leitungselement zum Befördern eines flüssigen oder gasförmigen Mediums mit einem Mittel zum zumindest teilweisen Ausgleich einer etwaigen Schwankung eines Drucks des Mediums in dem Leitungselement bekannt.From the EN 10 2010 063 201 A1 A line element for conveying a liquid or gaseous medium with a means for at least partially compensating for any fluctuation in the pressure of the medium in the line element is known.

Die DE 100 58 015 A1 beschreibt eine Ventilanordnung zum Dosieren einer Harnstoff-Wasser-Lösung, die unter hohem Druck nachgebende beziehungsweise kompressible Elemente enthält.The DE 100 58 015 A1 describes a valve arrangement for dosing a urea-water solution which contains elements which yield or are compressible under high pressure.

Die WO 2006/ 136 306 A1 zeigt ein Reduktionsmittelversorgungssystem für einen Abgasreinigungskatalysator, mit einer Verbindungsleitung, von welcher zumindest ein Abschnitt als korrosionsbeständiges Metallrohr ausgebildet ist, welcher mit elektrischen Anschlüssen versehen ist, um zum Auftauen von Reduktionsmittel einen elektrischen Heizstrom durch die Verbindungsleitung zu leiten.The WO 2006/ 136 306 A1 shows a reducing agent supply system for an exhaust gas purification catalyst, with a connecting line, of which at least one section is designed as a corrosion-resistant metal pipe, which is provided with electrical connections in order to conduct an electrical heating current through the connecting line for thawing reducing agent.

Die WO 2006/ 090 182 A1 offenbart einen elektrisch beheizten Schlauch für eine Harnstofflösung.The WO 2006/ 090 182 A1 discloses an electrically heated tube for a urea solution.

Die DE 103 49 143 A1 zeigt eine Dosiereinheit zum Zumessen eines Reduktionsmittels in die Abgasleitung stromaufwärts eines SCR-Katalysators. Dabei ist ein Drucksensor vorgesehen, welcher mit einem Ausgleichselement zur Frostkompensation ausgestattet ist.The DE 103 49 143 A1 shows a dosing unit for metering a reducing agent into the exhaust line upstream of an SCR catalyst. A pressure sensor is provided which is equipped with a compensating element for frost compensation.

Die DE 10 2008 044 708 A1 beschreibt ein SCR-System mit zumindest einem Kompensationselement.The EN 10 2008 044 708 A1 describes an SCR system with at least one compensation element.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in einem Leitungsbereich, in dem der Betreibs-/Hilfsstoff, insbesondere das Reduktionsmittel auf der Druckseite eines Förderaggregates bis zum Dosiermodul transportiert wird, als eine auswechselbare Eisdruckkompensationsleitung auszugestalten. Wesentliches Charakteristikum dieser auswechselbar gestalteten Eisdruckkompensationsleitung ist neben deren Auswechselbarkeit im Druckleitungsabschnitt zwischen Druckseite des Förderaggregates und Eingangsseite eines Dosiermodules, dass der Eisdruckkompensationsabschnitt eine mehrschichtig gestalteten Wandaufbau aufweist. Der mehrschichtig gestaltete Wandaufbau umfasst eine erste Schicht, die auch als Speicherschicht bezeichnet werden kann. Die erste Schicht speichert Energie aus einer Druckänderung in der als Mehrschichtaufbau gefertigten Eisdruckkompensationsleitung. Neben dem Speichern der Energie, aus einer Druckänderung herrührend, kann die erste Schicht zum Leiten von Wärme und/oder zur Ermittlung von Temperaturen eingesetzt werden.According to the invention, it is proposed to design a line area in which the operating/auxiliary material, in particular the reducing agent, is transported on the pressure side of a conveyor unit to the dosing module as a replaceable ice pressure compensation line. In addition to its replaceability in the pressure line section between the pressure side of the conveyor unit and the inlet side of a dosing module, an essential characteristic of this replaceable ice pressure compensation line is that the ice pressure compensation section has a multi-layer wall structure. The multi-layer wall structure comprises a first layer, which can also be referred to as a storage layer. The first layer stores energy from a pressure change in the ice pressure compensation line manufactured as a multi-layer structure. In addition to storing the energy resulting from a pressure change, the first layer can be used to conduct heat and/or to determine temperatures.

Die erste Schicht, die auch als Speicherschicht dient, kann beispielsweise einen Strukturaufbau mit kleinen extrudierten Federelementen aufweisen. Der Strukturaufbau ist dadurch charakterisiert, dass innerhalb dieser ersten Schicht einzelne Kammern angeordnet sind, die zumindest teilweise durch die Federelemente begrenzt sein können. Die Federelemente können demnach die einzelnen Kammern trennen. Zusätzlich begünstigt die Rückstellkraft der Federelemente die Relaxation der Speicherschicht beim Übergang von einem komprimierten Zustand mit Eisdruck in einen relaxierten Zustand ohne Eisdruck.The first layer, which also serves as a storage layer, can, for example, have a structure with small extruded spring elements. The structure is characterized by the fact that individual chambers are arranged within this first layer, which can be at least partially delimited by the spring elements. The spring elements can therefore separate the individual chambers. In addition, the restoring force of the spring elements promotes the relaxation of the storage layer during the transition from a compressed state with ice pressure to a relaxed state without ice pressure.

Die einzelnen Kammern des Strukturaufbaus, welcher die erste Schicht des Mehrschichtaufbaus darstellt, können mit Luft und/oder einem wärmeleitfähigen Material befüllt sein. Das Luftvolumen kann dabei entsprechend dem Ausdehnungsvolumen von gefrierendem Medium, das von der ersten Schicht aufgenommen werden soll, gewählt werden. Das Restvolumen der ersten Schicht ist vorzugsweise als Wärmeleitvolumen ausgestaltet, indem die einzelnen Kammern mit gelartiger, pastöser oder flüssiger Wärmeleitpaste befüllt sind. Somit ist in einer Ausführungsform, nur eine bestimmte Anzahl vom Kammern mit dem wärmeleitfähigen Material befüllt, damit eine genügende Anzahl von Kammern des Strukturaufbaus zum Luftaustausch zur Verfügung steht. In einer weiteren Ausführungsform sind luftgefüllte und mit wärmeleitendem Medium befüllte Kammern gleichmäßig in der Schicht verteilt.The individual chambers of the structure, which represents the first layer of the multi-layer structure, can be filled with air and/or a thermally conductive material. The air volume can be adjusted according to the expansion volume of freezing medium, which is formed by the first Layer is to be accommodated. The remaining volume of the first layer is preferably designed as a heat conduction volume in that the individual chambers are filled with gel-like, pasty or liquid heat conduction paste. Thus, in one embodiment, only a certain number of chambers are filled with the heat-conductive material so that a sufficient number of chambers of the structure are available for air exchange. In a further embodiment, air-filled chambers and chambers filled with heat-conducting medium are evenly distributed in the layer.

Des Weiteren umfasst der Mehrschichtaufbau des erfindungsgemäß vorgeschlagenen auswechselbaren Eisdruckkompensationsanschlusses eine zweite Schicht, die der Energiewandlung dient. Die zweite Schicht wird auch als Umwandlungsschicht bezeichnet und wandelt elektrische Energie in thermische Energie um. In einer Ausführungsform wird mindestens eine Heizmatte zur Wandlung von elektrischer in thermischer Energie eingesetzt, wobei die Heizmatte elektrisch angesteuert wird und Wärme abgibt. Die zweite Schicht kann beispielsweise eine in diese eingeflochtene Heizmatte mit einem Stützgewebe umfassen. Daneben besteht die Möglichkeit, die Heizmatte und das Stützgewebe getrennt auszubilden.Furthermore, the multi-layer structure of the replaceable ice pressure compensation connection proposed according to the invention comprises a second layer which serves to convert energy. The second layer is also referred to as a conversion layer and converts electrical energy into thermal energy. In one embodiment, at least one heating mat is used to convert electrical energy into thermal energy, whereby the heating mat is electrically controlled and gives off heat. The second layer can, for example, comprise a heating mat with a supporting fabric woven into it. It is also possible to form the heating mat and the supporting fabric separately.

Der auswechselbar gestaltete Eisdruckkompensationsabschnitt gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann innerhalb des Mehrschichtaufbaues eine dritte Schicht umfassen, die als Transportschicht dient. Die dritte Schicht ist vorzugsweise im Inneren des Mehrschichtaufbaues gefolgt von der ersten und der zweiten Schicht vorgesehen und dient dem Transport der Flüssigkeit. Ferner kann die dritte Schicht eine Druckänderung in Energie umwandeln und die Aufgabe der Abdichtung erfüllen. Bei der dritten Schicht kann es sich insbesondere um extrudiertes EPDM (Ethylene Propylene Diolefin Monomer) handeln, wodurch eine weiche, eine Dehnung erlaubende Leitung geschaffen wird. Aufgrund der Dehngrenze des Materials der dritten Schicht lässt sich ein Druck, beziehungsweise eine Druckänderung in eine radiale Dehnungsbewegung umwandeln. Des Weiteren kann die dritte Schicht des Mehrschichtaufbaus eine minimale Diffusion aufweisen. Dies ist vorteilhaft, denn Diffusion kann zu Kondensation in dem Mehrschichtaufbau führen und unter Umständen Beschädigungen durch Gefrieren des Kondensats verursachen.The replaceable ice pressure compensation section according to the solution proposed by the invention can comprise a third layer within the multi-layer structure, which serves as a transport layer. The third layer is preferably provided inside the multi-layer structure, followed by the first and second layers, and serves to transport the liquid. Furthermore, the third layer can convert a pressure change into energy and fulfill the task of sealing. The third layer can in particular be extruded EPDM (ethylene propylene diolefin monomer), which creates a soft line that allows expansion. Due to the yield strength of the material of the third layer, a pressure or a pressure change can be converted into a radial expansion movement. Furthermore, the third layer of the multi-layer structure can have minimal diffusion. This is advantageous because diffusion can lead to condensation in the multi-layer structure and, under certain circumstances, cause damage due to freezing of the condensate.

Der Mehrschichtaufbau gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung umfasst weiterhin eine vierte Schicht, die der Isolierung der zuvor genannten ersten, zweiten und dritten Schicht des Mehrschichtaufbaus dient. Bei der vierten Schicht wird ein Material eingesetzt, welches eine Flüssigkeitssperre darstellt, so zum Beispiel eine wasserundurchlässige aber dampfdiffusionsoffene Membran aus Polytetrafluorethen (PTFE). Die Funktion der vierten Schicht liegt dabei vor allen darin, Schutz vor Umwelteinflüssen zu liefern und Luft aus dem Mehrschichtaufbau in die Umgebung zu leiten sowie umgekehrt.The multilayer structure according to the solution proposed by the invention further comprises a fourth layer, which serves to insulate the aforementioned first, second and third layers of the multilayer structure. The fourth layer uses a material that acts as a liquid barrier, such as a waterproof but vapor-permeable membrane made of polytetrafluoroethylene (PTFE). The function of the fourth layer is primarily to provide protection against environmental influences and to direct air from the multilayer structure into the environment and vice versa.

Die fünfte Schicht des Mehrschichtaufbaus dient der Abstützung und kann als typische Schlauchaußenhaut ausgestaltet sein, die der Eisdruckkompensationsleitung die nötige Stabilität verleiht und abstützend wirkt. Solche Schlauchaußenhäute können aus einem flexiblen Werkstoff hergestellt sein, der beispielsweise Kautschuk oder Kunststoffe wie Polyamid, Polyethylen oder Silikon umfassen kann. Zusätzlich kann die fünfte Schicht mit Löchern, Schlitzen oder sonstigen freien Stellen versehen sein, damit die Luftdurchlässigkeit des Mehrschichtaufbaus gewährleistet ist.The fifth layer of the multi-layer structure serves as support and can be designed as a typical hose outer skin, which gives the ice pressure compensation line the necessary stability and has a supporting effect. Such hose outer skins can be made of a flexible material, which can include, for example, rubber or plastics such as polyamide, polyethylene or silicone. In addition, the fifth layer can be provided with holes, slits or other free spaces to ensure that the multi-layer structure is permeable to air.

In vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung in Gestalt eines auswechselbaren Eisdruckkompensationsabschnittes zwischen der Druckseite eines Förderaggregates und der Eingangsseite des Dosiermodules, wird vorgeschlagen, die bei Eisbildung unweigerlich auftretenden Kräften zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Um weiterhin zu verhindern, dass Betriebs-/Hilfsstoff nach und nach in das Dosiermodul einläuft und bei einem Einfrier- beziehungsweise Auftauzyklus zu dessen Totalausfall führt, kann vor dem Dosiermodul eine Sperre eingebaut sein. Diese Sperre kann beispielsweise als Drosselelement ausgebildet sein, das direkt vor Dosiermodul angeordnet ist und welches immer vor dem restlichen verbleibenden Leitungsabschnitt einfriert. Dies kann beispielsweise durch ein lokal schneller gefrierendes Medium, also ein Medium das schneller gefriert als der Betriebs-/Hilfsstoff, gewährleistet werden und als Ringelement ausgeführt sein. Dieses Ringelement umschließt die Druckleitung zwischen der Druckseite des Förderaggregates und der Eingangsseite des Dosiermodules. Friert das Medium in dem Ringelement beispielsweise Wasser vor dem Betriebs-/Hilfsstoff in der Druckleitung ein, so verengt sich durch den Eisdruck des Ringelemente der Leitungsquerschnitt der Druckleitung bis zum vollständigen Absperren.In advantageous further developments of the solution proposed according to the invention in the form of a replaceable ice pressure compensation section between the pressure side of a conveyor unit and the input side of the dosing module, it is proposed to avoid or at least reduce the forces that inevitably occur when ice forms. In order to further prevent operating/auxiliary material from gradually flowing into the dosing module and leading to its total failure during a freezing or thawing cycle, a barrier can be installed in front of the dosing module. This barrier can, for example, be designed as a throttle element that is arranged directly in front of the dosing module and which always freezes before the remaining line section. This can be ensured, for example, by a medium that freezes locally more quickly, i.e. a medium that freezes more quickly than the operating/auxiliary material, and can be designed as a ring element. This ring element encloses the pressure line between the pressure side of the conveyor unit and the input side of the dosing module. If the medium in the ring element, for example water, freezes before the operating/auxiliary material in the pressure line, the ice pressure of the ring element causes the cross-section of the pressure line to narrow until it is completely blocked.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, mittels eines Elementes oder einer chemischen Reaktion die Wärme lokal vor dem Dosiermodul der Druckleitung zu entziehen, und somit lokal eine Art „Eistropfen“ zu generieren, der das Dosiermodul vor dem Einfrieren schützt. Dies kann beispielsweise durch ein Peltier-Element an der Druckleitung realisiert werden, das lokal Wärme von dem Medium in der Druckleitung ableitet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Ringelement mit Wasser an der Druckleitung vorzusehen und dem Wasser beispielsweise Salz zuzugeben. Auf diese Weise wird der Gefrierpunkt des Wassers erhöht. Das frierende Ringelement gibt demzufolge „Kälte“ ab und entzieht dem Betriebs-/Hilfsstoff in der Druckleitung die noch beinhaltete Wärme. Somit gefriert der Betriebs-/Hilfsstoff lokal schneller und es entsteht ein „Eistropfen“ in der Druckleitung vor dem Dosiermodul.Furthermore, it is possible to use an element or a chemical reaction to extract the heat locally in front of the dosing module in the pressure line, thus generating a kind of “ice drop” locally that protects the dosing module from freezing. This can be achieved, for example, by using a Peltier element on the pressure line that locally dissipates heat from the medium in the pressure line. Another possibility is to use a ring element with water on the pressure line and add salt to the water, for example. This increases the freezing point of the water. The freezing ring element therefore gives off "cold" and removes the heat still contained in the operating/auxiliary material in the pressure line. This causes the operating/auxiliary material to freeze more quickly locally and a "drop of ice" forms in the pressure line in front of the dosing module.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigt:

  • 1 Eine schematische Darstellung der Komponenten eines Abgasnachbehandlungssystems,
  • 2.1 Einen Querschnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen, als Mehrschichtaufbau ausgebildeten Eisdruckkompensationsabschnitt unter Umgebungsbedingungen,
  • 2.2 Den Querschnitt des Eisdruckkompensationsabschnittes gemäß 1 unter Systemdruckbedingungen,
  • 2.3 Den Mehrschichtaufbau gemäß der Darstellung in 2.1 im gefrorenen Zustand des Betriebs-/Hilfsstoffes und
  • 3 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Eisdruckkompensationsabschnitt ausgestaltet als Mehrschichtaufbau mit einer Kammerstruktur.
It shows:
  • 1 A schematic representation of the components of an exhaust aftertreatment system,
  • 2 .1 A cross-section through the ice pressure compensation section proposed according to the invention, designed as a multi-layer structure, under ambient conditions,
  • 2 .2 The cross-section of the ice pressure compensation section according to 1 under system pressure conditions,
  • 2 .3 The multi-layer structure as shown in 2 .1 in the frozen state of the operating/auxiliary material and
  • 3 a cross-section through the ice pressure compensation section proposed according to the invention designed as a multi-layer structure with a chamber structure.

AusführungsvariantenVersions

1 zeigt in schematischer Darstellung die Komponenten eines Abgasnachbehandlungssystems zur Nachbehandlung des Abgases von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere zur Nachbehandlung von NOx im Abgas selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen. 1 shows a schematic representation of the components of an exhaust gas aftertreatment system for the aftertreatment of the exhaust gas from internal combustion engines, in particular for the aftertreatment of NO x in the exhaust gas from self-igniting internal combustion engines.

Zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) im Abgas selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen hat sich das SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) durchgesetzt. Gemäß dieses Verfahrens wird ein Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel, wie Harnstoff oder eine Harnstoffwasserlösung, als fein zerstäubter Sprühnebel in den Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingebracht und reduziert dort NOx zu H2O und N2. Bei dem Betriebs-/Hilfsstoff handelt es sich beispielsweise um das unter dem Handelsnamen „AdBlueO“, bekannte Reduktionsmittel, welches je nach Additiven und Zusammensetzung unterhalb eines Temperaturniveaus von -11°C gefriert und demzufolge sein Volumen um zwischen 7,4% und 10% ausdehnt. Dies wirft die Frage der Eisdruckfestigkeit der in einem Abgasnachbehandlungssystem eingesetzten Komponenten auf.The SCR process (Selective Catalytic Reduction) has been established for the reduction of nitrogen oxides (NO x ) in the exhaust gases of self-igniting internal combustion engines. According to this process, an operating/auxiliary material, in particular a reducing agent such as urea or a urea-water solution, is introduced as a finely atomized spray mist into the exhaust gas stream of an internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine, where it reduces NO x to H 2 O and N 2 . The operating/auxiliary material is, for example, the reducing agent known under the trade name "AdBlueO", which, depending on the additives and composition, freezes below a temperature level of -11°C and consequently expands in volume by between 7.4% and 10%. This raises the question of the ice pressure resistance of the components used in an exhaust aftertreatment system.

Der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass ein Abgastrakt 10, der von einer Abgasströmung 14 durchströmt wird, eine SCR-Kammer 12 umfasst, in der die Abgasnachbehandlung der Abgasströmung 14 im Wesentlichen stattfindet. In Strömungsrichtung der Abgasströmung 14 gesehen, befindet sich stromauf der SCR-Kammer 12 ein hier nur schematisch angedeutetes Dosiermodul 26, über welches ein aufbereiteter Sprühnebel 28 des Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels in die Abgasströmung 14 eingebracht wird.According to the illustration 1 It can be seen that an exhaust tract 10, through which an exhaust gas flow 14 flows, comprises an SCR chamber 12 in which the exhaust gas aftertreatment of the exhaust gas flow 14 essentially takes place. Viewed in the flow direction of the exhaust gas flow 14, upstream of the SCR chamber 12 there is a dosing module 26, only indicated schematically here, via which a processed spray mist 28 of the operating/auxiliary material, in particular a reducing agent, is introduced into the exhaust gas flow 14.

Darüber hinaus umfasst das in 1 in schematischer Weise dargestellte Abgasnachbehandlungssystem eine Tankeinheit 16. Die Tankeinheit 16 bevorratet den Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere das gefrierfähige Reduktionsmittel. Mittels eines Förderaggregates 20 wird der Betriebs-/Hilfsstoff aus der Tankeinheit 16 über eine Saugleitung 18 angesaugt und auf der Druckseite des Förderaggregates 20 in eine Druckleitung 22 eingebracht. In der Druckleitung 22, die sich von der Druckseite des Förderaggregates 20 aus bis zu dem Dosiermodul 26 erstreckt, befindet sich der erfindungsgemäß vorgeschlagene, auswechselbar gestaltete Eisdruckkompensationsabschnitt 24. Auf diesen wird nachfolgend im Rahmen der weiteren Beschreibung der 2.1 bis 3 noch detaillierter eingegangen.In addition, the 1 The exhaust gas aftertreatment system shown schematically comprises a tank unit 16. The tank unit 16 stores the operating/auxiliary material, in particular the freezing reducing agent. By means of a feed unit 20, the operating/auxiliary material is sucked out of the tank unit 16 via a suction line 18 and introduced into a pressure line 22 on the pressure side of the feed unit 20. The ice pressure compensation section 24 proposed according to the invention and designed to be replaceable is located in the pressure line 22, which extends from the pressure side of the feed unit 20 to the dosing module 26. This will be referred to below in the further description of the 2 .1 to 3 are discussed in more detail.

Das in 1 dargestellte Abgasnachbehandlungssystem umfasst des Weiteren ein Steuergerät 30. Über das Steuergerät 30 werden sowohl das zur Förderung des Betriebs-/Hilfsstoffes vorgesehene Förderaggregat 20 wie auch das Dosiermodul 26 angesteuert, über welches der Betriebs-/Hilfsstoff in den Abgastrakt 10 eingebracht wird. Des Weiteren erstrecken sich vom Steuergerät 30 schematisch dargestellte Leitungen zur Ansteuerung 32 von Sensoren, wobei diese im Einzelnen in 1 nicht dargestellt sind. Schließlich ist in 1 durch Bezugszeichen 34 eine Ansteuerung von Aktoren angedeutet, die ebenfalls durch das Steuergerät 30 angesteuert werden.This in 1 The exhaust aftertreatment system shown further comprises a control unit 30. The control unit 30 controls both the feed unit 20 provided for conveying the operating/auxiliary material and the dosing module 26, via which the operating/auxiliary material is introduced into the exhaust tract 10. Furthermore, lines shown schematically extend from the control unit 30 for controlling 32 sensors, which are described in detail in 1 are not shown. Finally, in 1 Reference numeral 34 indicates a control of actuators which are also controlled by the control unit 30.

2.1 ist ein Querschnitt durch den Eisdruckkompensationsabschnitt zu entnehmen, der als Mehrschichtaufbau gestaltet ist und 2.1 unter Umgebungsbedingungen dargestellt ist. 2 .1 shows a cross-section through the ice pressure compensation section, which is designed as a multi-layer structure and 2 .1 under ambient conditions.

In 2.1 ist der Umgebungsdruck durch pu angedeutet; ein Volumen, welches im Inneren des im Querschnitt dargestellten Schlauches 36 vorliegt, ist mit Vu bezeichnet. Wie aus der Querschnittsdarstellung gemäß 2.1 hervorgeht, wird der Schlauch 36 durch eine Schlauchwand 38 gebildet, die erfindungsgemäß als Mehrschichtaufbau 40 gestaltet ist.In 2 .1, the ambient pressure is indicated by p u ; a volume which is present inside the hose 36 shown in cross section is designated by V u . As can be seen from the cross-sectional representation according to 2 .1, the hose 36 is formed by a hose wall 38 which, according to the invention, is designed as a multi-layer structure 40.

Der Mehrschichtaufbau 40 gemäß der Darstellung in 2.1 umfasst eine erste Schicht 42, die auch als Speicherschicht bezeichnet werden kann. Die erste Schicht 42 kann (vergleiche Schnittdarstellung gemäß 3) als Strukturaufbau 44 ausgebildet sein und einzelne Kammern 46 umfassen. Die Kammern 46 des Strukturaufbaus 44 können entweder mit einem Medium mit wärmeleitenden Eigenschaften befüllt sein oder als Luftkammern ausgebildet sein. Dabei bestimmt sich die Anzahl der mit Luft gefüllten Kammern 46 des Strukturaufbaus 44 der ersten Schicht 42 nach dem Ausdehnungsvolumen von Eis, das von der ersten Schicht 42 aufgenommen werden soll. Die restlichen Kammern 46 sind mit einem wärmeleitende Eigenschaften aufweisenden Medium befüllt.The multilayer structure 40 as shown in 2 .1 comprises a first layer 42, which can also be referred to as a storage layer. The first layer 42 can (see sectional view according to 3 ) can be designed as a structural structure 44 and can comprise individual chambers 46. The chambers 46 of the structural structure 44 can either be filled with a medium with heat-conducting properties or can be designed as air chambers. The number of air-filled chambers 46 of the structural structure 44 of the first layer 42 is determined by the expansion volume of ice that is to be absorbed by the first layer 42. The remaining chambers 46 are filled with a medium with heat-conducting properties.

Die erste Schicht 42 des Mehrschichtaufbaues 40 dient dem Speichern von Energie aus einem Druckänderungsvorgang und dem Leiten von Wärme. Die bevorzugt einen Strukturaufbau 40 aufweisende Schicht 42, beziehungsweise deren Kammern 46, steht mir einer fünften Schicht 58 in Verbindung, sodass ein Luftaustausch zwischen den Schichten erfolgen kann.The first layer 42 of the multi-layer structure 40 serves to store energy from a pressure change process and to conduct heat. The layer 42, which preferably has a structural structure 40, or its chambers 46, is connected to a fifth layer 58 so that an exchange of air can take place between the layers.

Der Mehrschichtaufbau 40 gemäß der Darstellung in 2.1 umfasst neben der ersten Schicht 42 eine zweite Schicht 50, die auch als Umwandlungsschicht bezeichnet werden kann. In der zweiten Schicht 50 findet eine Energieumwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie statt. Die zweite Schicht 50 kann eine Heizmatte 52 umfassen, beziehungsweise ein Stützgewebe oder dergleichen. Es besteht auch die Möglichkeit, Heizmatte 52 und Stützgewebe getrennt voneinander in der zweiten Schicht 50 vorzusehen.The multilayer structure 40 as shown in 2 .1 comprises, in addition to the first layer 42, a second layer 50, which can also be referred to as a conversion layer. In the second layer 50, an energy conversion from electrical energy into thermal energy takes place. The second layer 50 can comprise a heating mat 52, or a supporting fabric or the like. It is also possible to provide the heating mat 52 and the supporting fabric separately from one another in the second layer 50.

Des Weiteren umfasst der Mehrschichtaufbau 40 gemäß der Schnittdarstellung in 2.1 eine dritte Schicht 54, die auch als Transportschicht bezeichnet werden kann. Die dritte Schicht 54 dient dem Transport des Betriebs-/Hilfsstoffes in flüssiger Form. Sie umfasst des Weiteren die Funktion einer Energiewandlung aus eine Druckänderung herrührend und übernimmt die Funktion einer Abdichtung.Furthermore, the multilayer structure 40 according to the sectional view in 2 .1 a third layer 54, which can also be referred to as a transport layer. The third layer 54 serves to transport the operating/auxiliary material in liquid form. It also has the function of converting energy resulting from a change in pressure and performs the function of sealing.

Die dritte Schicht 54 wird bevorzugt weich ausgelegt, so zum Beispiel aus extrudiertem EPDM gefertigt. Die dritte Schicht 54, d. h. die Transportschicht, ist eine weiche Leitung und erlaubt eine radiale Dehnung, sodass diese komprimierbar ist. Die dritte Schicht 54 hat darüber hinaus die Eigenschaft, Druckänderungen in Bewegung umzuwandeln, d. h. ein steigender Druck wird durch eine Kompression oder eine Dehnung kompensiert, wobei die Obergrenze der Dehnung durch die Dehngrenze bestimmt ist. Es stellen sich nur minimale Diffusionserscheinungen im in Betracht kommenden Betriebsbereich ein.The third layer 54 is preferably designed to be soft, for example made of extruded EPDM. The third layer 54, i.e. the transport layer, is a soft line and allows radial expansion, so that it is compressible. The third layer 54 also has the property of converting pressure changes into movement, i.e. increasing pressure is compensated by compression or expansion, with the upper limit of the expansion being determined by the yield point. Only minimal diffusion phenomena occur in the operating range in question.

Die vierte und fünfte Schicht 56, 58 dienen der Isolation und Abstützung. Die vierte Schicht 56 ist beispielsweise aus einem Material gefertigt, welches als Flüssigkeitssperre dient. Beispielsweise kann die dritte Schicht eine wasserundurchlässige aber dampfdiffusionsoffene Membran aus Polytetrafluorethen (PTFE) umfassen. Diese Schicht steht mit der Umgebungsluft in Kontakt. Dazu umfasst die fünfte Schicht eine Schlauchaußenhaut, die abstützend wirkt und durch Schlitze oder Löcher einen Luftdurchlass zulässt. Unter den in 2.1 dargestellten Druckverhältnissen, d. h. unter Umgebungsdruck pu, weist der Schlauch 36 in 2.1 dargestellte Geometrie auf.The fourth and fifth layers 56, 58 serve for insulation and support. The fourth layer 56 is made, for example, from a material that serves as a liquid barrier. For example, the third layer can comprise a water-impermeable but vapor-permeable membrane made of polytetrafluoroethylene (PTFE). This layer is in contact with the ambient air. The fifth layer also comprises a hose outer skin that acts as a support and allows air to pass through slots or holes. Among the 2 .1, ie under ambient pressure p u , the hose 36 has 2 .1 shown geometry.

2.2 zeigt einen Querschnitt durch den Schlauch 36 mit Mehrschichtaufbau 40, wie er in 2.1. unter Umgebungsbedingungen dargestellt ist. 2 .2 shows a cross-section through the hose 36 with multi-layer structure 40 as shown in 2 .1. under ambient conditions.

2.2 zeigt die Dickenverhältnisse der einzelnen Schichten des Mehrschichtaufbaus 40 bei Systemdruck ps. Bei Systemdruck ps stellt sich ein Systemvolumen Vs im Hohlraum des Schlauches 36 ein. Bei Systemdruckniveau ps, welche über dem Umgebungsdruck pu liegt, ist das Innere des Schlauches 36 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen auswechselbar gestalteten Eisdruckkompensationsabschnittes 24 mit Flüssigkeit befüllt, d.h. die relativ dick ausgebildete erste Schicht 42 ist leicht komprimiert. Bei Systemdruck ps ist der Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere das gefrierfähige Reduktionsmittel, fließfähig bis eine Temperatur unterhalb von -11°C erreicht wird, dann setzt das Gefrieren ein. 2 .2 shows the thickness ratios of the individual layers of the multi-layer structure 40 at system pressure p s . At system pressure p s , a system volume V s is established in the cavity of the hose 36. At system pressure level p s , which is above the ambient pressure p u , the interior of the hose 36 of the replaceable ice pressure compensation section 24 proposed according to the invention is filled with liquid, ie the relatively thick first layer 42 is slightly compressed. At system pressure p s , the operating/auxiliary material, in particular the freezable reducing agent, is flowable until a temperature below -11°C is reached, then freezing begins.

Verglichen mit der Darstellung gemäß 2.1 ist der Mehrschichtaufbau 40, wie vorstehend im Zusammenhang mit 2.1 beschrieben, unverändert, lediglich die Druckverhältnisse und die Wanddicken der Einzelschichten des Mehrschichtaufbaus 40 weichen im Vergleich zur 2.1 voneinander ab.Compared with the representation according to 2 .1 is the multilayer structure 40 as described above in connection with 2 .1, remain unchanged, only the pressure conditions and the wall thicknesses of the individual layers of the multi-layer structure 40 differ compared to 2 .1 differ from each other.

2.3 zeigt den Mehrschichtaufbau des als Schlauch beschaffenen auswechselbaren Eisdruckkompensationsabschnittes. 2 .3 shows the multi-layer structure of the replaceable ice pressure compensation section designed as a hose.

Bei Temperaturen von -11°C des Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, gefriert dieses im Inneren des Schlauches 36. Bei dem angesprochenen Temperaturniveau stellt sich im Hohlraum des Schlauches 36 Eisdruck ein, angedeutet durch pe, sodass im Inneren des Schlauches 36 ein Volumen Ve herrscht, welches im Vergleich zum flüssigen Zustand des gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes, in der Größenordnung zwischen 7% und 11% vergrößert ist, sodass der Druck im Inneren des Schlauches 36 ansteigt und Eisdruckfestigkeit des als Schlauch 36 beschaffenen, auswechselbar gestalteten Eisdruckkompensationsabschnittes gegeben sein muss.At temperatures of -11°C of the operating/auxiliary material, in particular a reducing agent, this freezes inside the hose 36. At the temperature level mentioned, ice pressure is established in the cavity of the hose 36, indicated by p e , so that a volume V e prevails inside the hose 36, which, compared to the liquid state of the freezable operating/auxiliary material, is in the order of magnitude between 7% and 11%, so that the pressure inside the hose 36 increases and ice pressure resistance of the replaceable ice pressure compensation section designed as hose 36 must be ensured.

2.3 ist zu entnehmen, dass bei Vorliegen des Eisdruckes pe im Inneren des Schlauches 36 die erste Schicht 42 komprimiert ist und der Schlauch 36 maximal belastet ist. Die Volumenänderung bei sich einstellendem festem Aggregatzustand, nämlich Eis des Betriebs-/Hilfsstoffes und damit einhergehende Volumenänderung, wird durch die kompressibel ausgelegte erste Schicht 42 des Mehrschichtaufbaus 40 kompensiert; die Außenabmessungen des auswechselbar gestalteten Eisdruckkompensationsabschnittes 24, insbesondere dessen Durchmesser verringert sich nicht. Die vierte und fünfte Schicht 56, 58 beziehungsweise die Isolations- und Abstützungsschicht ummantelt sämtliche Schichten des Schichtaufbaues 40. Dabei ist die vierte Schicht als Membran aus Polytetrafluorethen (PTFE) ausgestaltet, die luftdurchlässig ist und gleichzeitig isolierend wirkt. Die fünfte Schicht dagegen dient der Abstützung und umfasst eine Schlauchaußenhaut, die dem Mehrschitaufbau die nötige Stabilität verleiht. Um einen Luftdurchlass zu ermöglichen, sind Schlitze oder Löcher in der Schlauchaußenhaut vorgesehen.. 2 .3 it can be seen that when the ice pressure p e is present inside the hose 36, the first layer 42 is compressed and the hose 36 is subjected to maximum load. The change in volume when the solid state of aggregation occurs, namely ice of the operating/auxiliary material and the associated change in volume, is compensated for by the compressible first layer 42 of the multi-layer structure 40; the external dimensions of the replaceable ice pressure compensation section 24, in particular its diameter, do not decrease. The fourth and fifth layers 56, 58 or the insulation and support layer encase all layers of the layer structure 40. The fourth layer is designed as a membrane made of polytetrafluoroethylene (PTFE), which is permeable to air and at the same time has an insulating effect. The fifth layer, on the other hand, serves as support and comprises an outer hose skin, which gives the multi-layer structure the necessary stability. To allow air to pass through, slots or holes are provided in the outer skin of the hose.

In den 2.1, 2.2, 2.3 sind Querschnitte durch den als Schlauch 36 beschaffenen auswechselbar gestalteten Eisdruckkompensationsabschnitt 24 wiedergegeben, wobei deren Mehrschichtaufbau 40 jeweils - was die Figurensequenz betrifft - identisch ist und die einzelnen Schichten des Mehrschichtaufbaus 40 lediglich geometrische Änderungen hinsichtlich ihrer Dicke erfahren, was den Umgebungsverhältnissen geschuldet ist, den Systemdruckverhältnissen sowie den sich beim Vereisen einstellenden geänderten Volumen innerhalb des Schlauches 36.In the 2 .1, 2.2, 2.3 show cross-sections through the replaceable ice pressure compensation section 24 designed as a hose 36, wherein the multi-layer structure 40 thereof is identical in each case - as far as the sequence of figures is concerned - and the individual layers of the multi-layer structure 40 only undergo geometric changes in terms of their thickness, which is due to the ambient conditions, the system pressure conditions and the changed volume within the hose 36 which occurs during icing.

3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen auswechselbaren Eisdruckkompensationsabschnittes, ebenfalls gestaltet als ein Schlauch mit Mehrschichtaufbau. 3 shows a further embodiment of the replaceable ice pressure compensation section proposed according to the invention, also designed as a hose with a multi-layer structure.

3 ist zu entnehmen, dass die erste Schicht 42 den bereits im Zusammenhang mit 2.1 angesprochenen Mehrschichtaufbau 40 umfasst, wobei insbesondere die erste Schicht 42 als Strukturaufbau 44 gestaltet ist. Die einzelnen Kammern 46 der ersten Schicht 42 werden beispielsweise durch extrudierte Federelemente 48 begrenzt. Einzelne der Kammern 46 des Strukturaufbaus 44 können mit wärmeleitfähigem Material befüllt sein, jedoch nicht alle Kammern 46. Das Verhältnis zwischen mit Luft befüllten Kammern 46 und Kammern 46, die mit wärmeleitfähigen Material befüllt sind, ist so gewählt, dass einerseits der Ausdehnungsvolumen von dem gefrierenden Medium durch die Luft gefüllten Kammern aufgenommen werden kann und andererseits zum das Auftauen des Mediums in der Druckleitung eine ausreichende Wärmeleitung bereitgestellt wird. 3 It can be seen that the first layer 42 corresponds to the one already mentioned in connection with 2 .1, wherein in particular the first layer 42 is designed as a structural structure 44. The individual chambers 46 of the first layer 42 are delimited, for example, by extruded spring elements 48. Individual chambers 46 of the structural structure 44 can be filled with thermally conductive material, but not all chambers 46. The ratio between chambers 46 filled with air and chambers 46 filled with thermally conductive material is selected such that, on the one hand, the expansion volume of the freezing medium can be absorbed by the air-filled chambers and, on the other hand, sufficient heat conduction is provided for the thawing of the medium in the pressure line.

Claims (7)

Abgasnachbehandlungssystem für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Abgastrakt (10), der von einer Abgasströmung (14) durchströmt wird, mit einem Förderaggregat (20) zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, zu einem Dosiermodul (26) über eine Druckleitung (22), wobei die Druckleitung (22) eine auswechselbare, schlauchförmig ausgeführte Eisdruckkompensationsleitung (24) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisdruckkompensationsleitung (24) eine Schlauchwand (38) umfasst, die als Mehrschichtaufbau (40) ausgebildet ist, wobei eine erste Schicht (42) des Mehrschichtaufbaus (40) als Speicherschicht dient, die aus einer Druckänderung in der Eisdruckkompensationsleitung (24) resultierende Energie speichert, wobei die erste Schicht (42) einen Strukturaufbau (44) umfasst, der einzelne, kleine, voneinander getrennte Kammern (46) aufweist, und wobei einzelne der voneinander getrennten Kammern (46) mit einem wärmeleitfähigem Material befüllt sind.Exhaust gas aftertreatment system for internal combustion engines with an exhaust tract (10) through which an exhaust gas flow (14) flows, with a delivery unit (20) for delivering an operating/auxiliary material, in particular a reducing agent, to a dosing module (26) via a pressure line (22), wherein the pressure line (22) comprises a replaceable, hose-shaped ice pressure compensation line (24), characterized in that the ice pressure compensation line (24) comprises a hose wall (38) which is designed as a multi-layer structure (40), wherein a first layer (42) of the multi-layer structure (40) serves as a storage layer which stores energy resulting from a pressure change in the ice pressure compensation line (24), wherein the first layer (42) comprises a structural structure (44) which has individual, small, separate chambers (46) and wherein individual ones of the separate chambers (46) are filled with a thermally conductive material. Abgasnachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturaufbau (44) einzelne, extrudierte Federelemente (48) umfasst.Exhaust aftertreatment system according to Claim 1 , characterized in that the structural design (44) comprises individual, extruded spring elements (48). Abgasnachbehandlungssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne der voneinander getrennten Kammern (46) mit Luft gefüllt sind.Exhaust aftertreatment system according to one of the preceding claims, characterized in that individual chambers (46) separated from one another are filled with air. Abgasnachbehandlungssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtaufbau (40) eine zweite Schicht (50) aufweist, die eine Umwandlung elektrischer in thermischer Energie bewirkt.Exhaust aftertreatment system according to one of the preceding claims, characterized in that the multi-layer structure (40) has a second layer (50) which effects a conversion of electrical energy into thermal energy. Abgasnachbehandlungssystem gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (50) eine eingeflochtene oder separate Heizmatte (52) und/oder ein Stützgewebe umfasst.Exhaust aftertreatment system according to the preceding claim, characterized in that the second layer (50) comprises a woven or separate heating mat (52) and/or a supporting fabric. Abgasnachbehandlungssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtaufbau (40) eine dritte Schicht (54), insbesondere eine Transportschicht umfasst, die ein Fluid transportiert, aus extrudiertem EPDM gefertigt ist und ein elastisches Dehnen ermöglicht.Exhaust aftertreatment system according to one of the preceding claims, characterized in that the multi-layer structure (40) comprises a third layer (54), in particular a transport layer, which transports a fluid, is made of extruded EPDM and enables elastic stretching. Abgasnachbehandlungssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtaufbau (40) eine vierte, luftdurchlässige Schicht (56) zur Isolation und eine fünfte Schicht (58) zur Abstützung der auswechselbaren Eisdruckkompensationsleitung (24) umfasst.Exhaust aftertreatment system according to one of the preceding claims, characterized in that the multi-layer structure (40) comprises a fourth, air-permeable layer (56) for insulation and a fifth layer (58) for supporting the replaceable ice pressure compensation line (24).
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