DE102014207834A1 - Arrangement for the reduction of nitrogen oxides - Google Patents

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Abstract

Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine 1, aufweisend ein Dosiermodul 8 zum Einbringen eines Reduktionsmittels in eine abgasführende Abgasanlage 3 mit einem SCR-Katalysator 7, wobei das Dosiermodul 8 mit einem Kühlmittelkreislauf 16 zur Kühlung des Dosiermoduls 8 verschaltet ist, und ein Durchflussregler 17 in dem Kühlkreislauf 16 angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird eine Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden angegeben, die bei kompakter Bauweise bei allen Betriebszuständen der Anordnung zuverlässig arbeitet. Erreicht wird dies dadurch, dass der Durchflussregler 17 an dem Dosiermodul 8 angeordnet ist und direkt in einen Kühlmittelkreislaufauslass 14 des Dosiermoduls 8 eingebaut ist.Arrangement for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine 1, comprising a metering module 8 for introducing a reducing agent into an exhaust gas-carrying exhaust system 3 with an SCR catalytic converter 7, wherein the metering module 8 is connected to a coolant circuit 16 for cooling the metering module 8, and a flow regulator 17 is arranged in the cooling circuit 16. According to the invention, an arrangement for the reduction of nitrogen oxides is specified, which operates reliably in a compact design in all operating states of the arrangement. This is achieved in that the flow regulator 17 is arranged on the dosing module 8 and is installed directly in a coolant circulation outlet 14 of the dosing module 8.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine, aufweisend ein Dosiermodul zum Einbringen eines Reduktionsmittels in eine abgasführende Abgasanlage mit einem Katalysator, wobei das Dosiermodul mit einem Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des Dosiermoduls verschaltet ist und ein Durchflussregler in dem Kühlkreislauf angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Anordnung.The invention relates to an arrangement for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine, comprising a metering module for introducing a reducing agent into an exhaust gas-carrying exhaust system with a catalyst, wherein the metering module is connected to a coolant circuit for cooling the metering and a flow regulator is arranged in the cooling circuit. Furthermore, the invention relates to a method for operating such an arrangement.

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Reinigung von Abgasen einer in einem Fahrzeug verbauten Brennkraftmaschine mittels selektiver katalytischer Reduktion von Stickoxiden in einem SCR-Katalysator. Als Reduktionsmittel wird üblicherweise eine Harnstoffwasserlösung verwendet. Diese Harnstoffwasserlösung wird beim Betrieb der Brennkraftmaschine aus einem Vorratsbehälter entnommen und mittels eines Dosiermoduls in die abgasführende Abgasanlage vor dem nachgeschalteten SCR-Katalysator eingeleitet.The invention relates to the technical field of cleaning exhaust gases of an internal combustion engine installed in a vehicle by means of selective catalytic reduction of nitrogen oxides in an SCR catalytic converter. As the reducing agent, a urea water solution is usually used. This urea water solution is removed during operation of the internal combustion engine from a reservoir and introduced by means of a metering module in the exhaust gas-carrying exhaust system before the downstream SCR catalyst.

Stand der TechnikState of the art

Eine derartige Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 10 2012 206 563 A1 bekannt. Die in diesem Dokument beschriebene Anordnung weist eine Abgasanlage mit einem SCR-Katalysator auf, wobei stromaufwärts des SCR-Katalysators ein Dosiermodul zum Einführen eines Reduktionsmittels angeordnet ist. Dieses Dosiermodul ist zur Kühlung desselben an einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, an der die Anordnung verbaut ist, angeschlossen. Dazu weist das Dosiermodul einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass auf, die über entsprechende Leitungen mit der Brennkraftmaschine beziehungsweise deren Kühlsystem verbunden sind. In die Rücklaufleitung von dem Dosiermodul zu der Brennkraftmaschine ist ein Durchflussregeler in Form eines Thermostates eingebaut, der den Durchfluss von Kühlmittel durch das Dosiermodul regelt. Die Regelung erfolgt derart, dass bei einem Start, insbesondere einem Kaltstart der Brennkraftmaschine der Durchfluss von Kühlflüssigkeit durch das Dosiermodul gedrosselt oder abgesperrt ist.Such an arrangement for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine is known from DE 10 2012 206 563 A1 known. The arrangement described in this document has an exhaust system with an SCR catalyst, wherein upstream of the SCR catalyst, a metering module for introducing a reducing agent is arranged. This dosing is connected to the cooling of the same to a coolant circuit of an internal combustion engine to which the assembly is installed. For this purpose, the metering module has a coolant inlet and a coolant outlet, which are connected via corresponding lines to the internal combustion engine or its cooling system. In the return line from the metering module to the internal combustion engine, a flow regulator in the form of a thermostat is installed, which regulates the flow of coolant through the metering module. The regulation takes place in such a way that, at a start, in particular a cold start of the internal combustion engine, the flow of cooling liquid through the metering module is throttled or shut off.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden anzugeben, die/das bei kompakter Bauweise bei allen Betriebszuständen der Anordnung zuverlässig arbeitet. The invention is based on the object to provide an arrangement and a method for operating an arrangement for the reduction of nitrogen oxides, which / works reliably in a compact design in all operating conditions of the arrangement.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Durchflussregeler an dem Dosiermodul angeordnet ist. Die Anordnung des Durchflussregelers an dem Dosiermodul trägt zunächst einmal zu einer kompakten Ausgestaltung der gesamten Anordnung bei, indem kein eigenständiges Bauteil in eine entsprechende Verbindungsleitung eingebaut und entsprechend befestigt werden muss. Der Anbau des Durchflussregelers an den Dosiermodul lässt sich dabei bei optimaler Ausgestaltung ohne eine Bauraumvergrößerung bewerkstelligen. Dabei ist es darüber hinaus so, dass das Dosiermodul normalerweise an der Abgasanlage angeordnet und befestigt ist, so dass keine zusätzliche Befestigung für den an den Dosiermodul angebauten Durchflussregler notwendig ist. Dadurch, dass der Durchflussregler direkt an dem Dosiermodul angeordnet ist, kann darüber hinaus präzisiere Regelung des Kühlmittelflusses durch das Dosiermodul erfolgen, da beispielsweise eine in dem Dosiermodul aufgenommene Temperatur zur direkten Regelung des Durchflussreglers herangezogen werden kann. This object is achieved in that the flow control is arranged on the metering module. The arrangement of the flow control on the metering initially contributes to a compact design of the entire arrangement by no independent component must be installed in a corresponding connection line and secured accordingly. The attachment of the flow control to the dosing module can be accomplished with an optimal design without an increase in space. Moreover, it is moreover the case that the dosing module is normally arranged and fastened to the exhaust system, so that no additional fastening is necessary for the flow regulator attached to the dosing module. Because the flow regulator is arranged directly on the dosing module, more precise control of the coolant flow through the dosing module can be carried out since, for example, a temperature recorded in the dosing module can be used for direct regulation of the flow regulator.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Durchflussregler in einem Kühlmittelkreislaufauslass des Dosierventils angeordnet. Grundsätzlich kann der Durchflussregler auch in den Kühlmittelkreislaufeinlass oder auch direkt in den kühlmittelführenden Bereich des Dosiermoduls eingebaut sein, der Einbau in den Kühlmittelkreislaufauslass bietet aber den Vorteil, dass ein Überhitzen des Durchflussreglers ausgeschlossen ist, da der Durchflussregler für diesen Fall so ausgebildet ist, dass er dann von selbst öffnet. In a development of the invention, the flow regulator is arranged in a coolant circulation outlet of the metering valve. In principle, the flow regulator can also be installed in the coolant circulation inlet or directly into the coolant-carrying region of the dosing module, but the incorporation into the coolant circulation outlet has the advantage that overheating of the flow regulator is precluded since the flow regulator is designed in this case to be so then opens by itself.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Durchflussregler eine zylinderförmige Nadelsitzführung auf und die Nadelsitzführung ist direkt in einem Kühlmittelkreislaufauslassanschluss eingesetzt. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da dadurch keine zusätzlichen Umbauten oder Anbauten an dem Dosiermodul notwendig sind, um den Durchflussregler anzubauen. Der Durchflussregler kann so ausgebildet sein, dass dieser in einen vorhandenen Kühlmittelkreislaufauslass eingesetzt wird oder aber der Kühlmittelkreislauslass wird insbesondere hinsichtlich seines Durchmessers so angepasst, dass ein vorhandener Durchflussregler in diesem eingebaut werden kann. In a further embodiment of the invention, the flow regulator has a cylindrical needle seat guide and the needle seat guide is inserted directly into a coolant circuit outlet port. This embodiment is particularly advantageous, since no additional conversions or additions to the metering module are necessary in order to grow the flow regulator. The flow regulator may be designed to be inserted into an existing coolant circulation outlet or else the coolant circulation outlet is particularly adapted in terms of its diameter so that an existing flow regulator can be installed therein.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Öffnungsrichtung des Durchflussreglers in Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgerichtet. Diese Ausrichtung erhöht die Eigensicherung des Durchflussreglers, da dieser beispielsweise bei einer Überhitzung selbsttätig öffnend ausgebildet sein kann. In a development of the invention, the opening direction of the flow regulator is aligned in the flow direction of the coolant. This alignment increases the intrinsic safety of the flow regulator, since this can be designed to open automatically, for example, in the event of overheating.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Durchflussregler ein Thermostatventil, das wiederum in weiterer Ausgestaltung ein Bimetallelement aufweist. Einerseits stehen entsprechende Thermostatventile in den verschiedensten Ausgestaltungen zur Verfügung und andererseits ist ein solches Thermostatventil zuverlässig selbstregelnd. Durch die zuvor angegebene Ausrichtung des Thermostatventils so, dass die Öffnungsrichtung in Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgerichtet ist, ist das Bimetallelement auf der Einflussseite in das Thermostatventil gegebenenfalls bis in den Innenraum des Dosiermoduls hineinragend angeordnet. Dadurch ist eine sehr präzise Erfassung der in den Dosiermodul herrschenden Temperatur sichergestellt. Darüber hinaus ist durch diese Ausgestaltung ein Überhitzen des Thermostatventils ausgeschlossen, da das Thermostatventil in diesem Fall ohne weitere Maßnahmen von selbst öffnet. Grundsätzlich ist das Thermostatventil so ausgelegt, dass dieses öffnet, wenn die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet und schließt, wenn dieser Mindestwert unterschritten wird. Fließende Übergänge bei dem Öffnungsvorgang und Schließvorgang sind in der Form darstellbar, dass das Ventil innerhalb eines gewissen Temperaturbereichs mehr oder weniger drosselt. Auf diese Weise ist die ventilseitige Kühlmitteltemperatur im Betriebsbereich sehr zuverlässig und auch feinfühlig regelbar. In a further development of the invention, the flow regulator is a thermostatic valve, which in turn has a bimetallic element in a further embodiment. On the one hand, corresponding thermostatic valves are available in a wide variety of designs and, on the other hand, such is one Thermostatic valve reliably self-regulating. By the above-mentioned orientation of the thermostatic valve so that the opening direction is aligned in the flow direction of the coolant, the bimetallic element is arranged on the influence side in the thermostatic valve possibly up to the interior of the dosing. This ensures a very precise detection of the temperature prevailing in the metering module. In addition, overheating of the thermostatic valve is excluded by this configuration, since the thermostatic valve opens in this case without further action by itself. Basically, the thermostatic valve is designed so that this opens when the coolant temperature exceeds a predetermined minimum value and closes when this minimum value is exceeded. Flowing transitions in the opening operation and closing operation can be represented in the form that the valve throttles more or less within a certain temperature range. In this way, the valve-side coolant temperature in the operating range is very reliable and sensitive.

In Weiterbildung der Erfindung weist das Dosiermodul ein elektrisch betätigtes Dosierventil auf und eine Ventileinrichtung des Dosierventils ist auf einer Austrittsseite für Reduktionsmittel an dem Dosiermodul angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht einerseits eine exakte Dosierung des Reduktionsmittels nahe der Einlassstelle in die Abgasanlage und andererseits durch die in Weiterbildung vorgesehene Kühlmittelleiteinrichtung eine zuverlässige Kühlung dieses thermisch belasteten Bereichs einschließlich der Ventileinrichtung.In a development of the invention, the metering module has an electrically actuated metering valve and a valve device of the metering valve is arranged on an outlet side for reducing agent on the metering module. On the one hand, this embodiment enables exact metering of the reducing agent near the inlet point into the exhaust system and, on the other hand, reliable cooling of this thermally loaded area, including the valve device, by means of the coolant guide device provided in the development.

In Weiterbildung der Erfindung weist das Dosiermodul eine Kühlmittelleiteinrichtung auf, die den Kühlmittelstrom zu der Austrittsseite für das Reduktionsmittel leitet. Durch diese Ausgestaltung wird die zuvor angegebene Kühlung dieses thermisch belasteten Bereichs sichergestellt. In a development of the invention, the metering module has a coolant guide device which directs the coolant flow to the outlet side for the reducing agent. This embodiment ensures the aforementioned cooling of this thermally stressed area.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Kühlmittelleiteinrichtung eine Durchtrittsöffnung aufweisende Leitwand. Diese Leitwand ist innerhalb des Dosiermoduls zwischen einem Kühlmittelkreislaufeinlass und dem Kühlmittelkreislaufauslass angeordnet und die Durchtrittsöffnungen sind so angeordnet beziehungsweise ausgerichtet, dass eine intensive Kühlung der Ventileinrichtung bei geöffneten Thermostatventil erfolgt. In a development of the invention, the coolant guide device has a passage opening having a guide wall. This baffle is disposed within the dosing between a coolant circuit inlet and the coolant circuit outlet and the passage openings are arranged or aligned so that intensive cooling of the valve device takes place when the thermostatic valve is open.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer abgasführenden Abgasanlage und einer Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden des in einem in der Abgasanlage geführten Abgas nach einem der beschriebenen Ausgestaltungen ausgestaltet. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein leichtes Nutzfahrzeug sein. In diesem Segment werden verstärkt Anordnungen zur Reduktion von Stickoxiden eingesetzt, die mit einer beschriebenen Flüssigkeitskühlung ausgestattet sind. Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Anordnung aber auch an Brennkraftmaschinen einsetzbar, die in beliebigen Fahrzeugen oder Maschinen verbaut sind. In a development of the invention, a vehicle having an exhaust gas-conducting exhaust system and an arrangement for reducing nitrogen oxides of the exhaust gas carried in an exhaust system in accordance with one of the described embodiments is configured. The vehicle may be, for example, a passenger car or a light commercial vehicle. In this segment, increasingly used arrangements for the reduction of nitrogen oxides, which are equipped with a described liquid cooling. In principle, however, the arrangement according to the invention can also be used on internal combustion engines which are installed in any vehicles or machines.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass der an dem Dosiermodul angeordnete Durchflussregler bei Unterschreitung einer Kühlmitteltemperatur von angenähert 120°C eine Drosselung oder Sperrung des Kühlmittelflusses durch den Durchflussregler einstellt. Diese Abstimmung beziehungsweise dieses Verfahren bewirkt, dass bei einem Start, insbesondere einem Kaltstart der Brennkraftmaschine und folglich noch kalten Kühlmittel eine Durchströmung des Dosiermoduls mit Kühlmittel gedrosselt beziehungsweise abgesperrt ist. Dadurch wird ein Auskühlen der Ventileinrichtung im Startfall verhindert und ein Ventilklemmer der Ventileinrichtung kann durch eine elektrische Beheizung der Ventileinrichtung jederzeit gelöst werden. Dieser Ventilklemmer wird durch Kristalle, insbesondere Harnstoffkristalle des Dosiermittels, das bevorzugt eine Harnstoffwasserlösung ist, verursacht, wobei die Harnstoffkristalle durch eine elektrische Beheizung geschmolzen werden können. Für den Fall, dass unterhalb einer Kühlmitteltemperatur von 120°C eine Drosselung des Kühlmittelflusses eingestellt wird, erfolgt diese so, dass unterhalb einer Temperatur von 80°C eine Sperrung des Kühlmittelflusses durch den Durchflussregler eingestellt ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Einfrieren der Ventileinrichtung während des Betriebs verhindert werden. Dies kann insbesondere bei in Fahrzeugen verbauten Brennkraftmaschinen auftreten, die einen separaten Ladeluftkühlkreislauf aufweisen. Wird die Ventileinrichtung über diesen Kreislauf gekühlt, sind Temperaturen von weniger als –ca. 11°C möglich, unterhalb der das Dosiermittel in Form einer Harnstoffwasserlösung friert. Für diesen Fall schließt der Durchflussregeler unterhalb einer Temperatur von 0°C, bevorzugt unterhalb von –5°C. Diese Frostschutzfunktion kann auch durch eine entsprechende Ausgestaltung des Durchflussreglers mit der Funktion der Verhinderung einer Auskühlung im Startfall kombiniert werden.The method according to the invention provides that the flow regulator arranged on the dosing module sets throttling or blocking of the coolant flow through the flow regulator when the coolant temperature falls below approximately 120 ° C. This coordination or this method has the effect that at a start, in particular a cold start of the internal combustion engine and consequently still cold coolant, a flow through the metering module is throttled or shut off with coolant. As a result, cooling of the valve device is prevented in the start case and a valve clamp of the valve device can be solved at any time by electrical heating of the valve device. This valve clamp is caused by crystals, in particular urea crystals of the dosing agent, which is preferably a urea-water solution, wherein the urea crystals can be melted by electric heating. In the event that below a coolant temperature of 120 ° C, a throttling of the coolant flow is set, this is done so that below a temperature of 80 ° C, a blockage of the coolant flow is set by the flow controller. Alternatively or additionally, a freezing of the valve device during operation can be prevented. This can occur in particular in internal combustion engines installed in vehicles, which have a separate charge air cooling circuit. If the valve device is cooled via this circuit, temperatures of less than -ca. 11 ° C below which the dosing freezes in the form of a urea water solution. For this case, the flow control closes below a temperature of 0 ° C, preferably below -5 ° C. This antifreeze function can also be combined by a corresponding design of the flow regulator with the function of preventing a cooling in the starting case.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist. Further advantageous embodiments of the invention are described in the drawings, in which an illustrated in the figures embodiment is described in detail.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung einer an einer Brennkraftmaschine verbauten Abgasanlage mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Dosiermodul, 1 a schematic representation of a built-in an internal combustion engine exhaust system with an inventively designed dosing,

2 eine Schnittdarstellung eines Dosiermoduls mit einem integrierten Durchflussregler und 2 a sectional view of a dosing with an integrated flow regulator and

3 eine Detailansicht eines in einen Kühlmittelkreislaufauslass des Dosiermoduls eingebauten Durchflussreglers. 3 a detailed view of a built-in a coolant circuit outlet of the metering flow regulator.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1, die beispielsweise eine vierzylindrige selbstzündende Brennkraftmaschine sein kann, der Kraftstoff mittels eines Common-Rail-Einspritzsystems zugeführt wird. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Abgassammelstutzen 2 auf, der das aus den Brennräumen der einzelnen Zylinder ausgelassene Abgas zusammenführt und in eine Abgasanlage 3 einleitet. Die Abgasanlage 3 weist eine mehrteilige Abgasleitung 4 auf, in die eine Komponente oder mehrere Komponenten zur Reduzierung der schädlichen Bestandteile des Abgases eingebaut sein kann beziehungsweise sein können. Diese Komponenten sind beispielsweise ein ausgangsseitig des Abgassammlers 2 angeordneter Katalysator 5, ein nachfolgender Russfilter 6 und ein ebenfalls nachfolgender Katalysator, der als SCR-Katalysator 7 ausgebildet ist. Ausgangsseitig des SCR-Katalysators 7 werden die damit gereinigten Abgase in die Umgebung abgeleitet.The 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 1 , which may be, for example, a four-cylinder auto-ignition internal combustion engine, the fuel is supplied by means of a common-rail injection system. The internal combustion engine 1 has an exhaust manifold 2 on, which merges the discharged from the combustion chambers of the individual cylinder exhaust and into an exhaust system 3 initiates. The exhaust system 3 has a multi-part exhaust pipe 4 on, in which a component or more components for reducing the harmful components of the exhaust gas can be installed or can be. These components are, for example, an output side of the exhaust manifold 2 arranged catalyst 5 , a subsequent soot filter 6 and also a subsequent catalyst, as the SCR catalyst 7 is trained. On the output side of the SCR catalytic converter 7 The exhaust gases cleaned in this way are discharged into the environment.

Der SCR-Katalysator 7 ist zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in dem Abgas ausgebildet. Zum Betrieb des SCR-Katalysators 7 ist in das dem SCR-Katalysator 7 zugeführte Abgas ein Reduktionsmittel zuzuführen. Die Zuführung des Reduktionsmittels erfolgt über ein Dosiermodul 8, das an die Abgasleitung 4 zwischen dem Russfilter 6 und dem SCR-Katalysator 7 angebaut ist. Für den Fall, dass kein Katalysator 5 und kein Russfilter 6 in der Abgasanlage 3 vorhanden sind, ist das Dosiermodul 8 zwischen dem Abgassammelstutzen 2 und dem SCR-Katalysator 7 die Abgasleitung 4 eingebaut. Dem Dosiermodul 8 wird über eine Dosiermittelleitung 9 ein Dosiermittel, das insbesondere eine Harnstoffwasserlösung ist, zugeführt. Das Dosiermittel wird in einen nicht dargestellten Dosiermitteltank bevorratet und über eine ebenfalls nicht dargestellte Dosiermittelpumpe in die Dosiermittelleitung gefördert. Das Dosiermodul 8 weist weiterhin eine elektrische Steuerleitung 10 auf, die beispielsweise mit einem Brennkraftmaschinensteuergerät verbunden ist und eine nachfolgend noch erläuterte Ventileinrichtung 11 (siehe 2) eines Dosierventils 12 des Dosiermoduls 8 steuert. Weiterhin weist das Dosiermodul 8 einen Kühlmittelkreislaufeinlass 13 und einen Kühlmittelkreislaufauslass 14 auf, die beide über entsprechende Leitungen 15a, 15b mit einer Kühlmittelführung in der Brennkraftmaschine 1 verbunden sind und einen Kühlmittelkreislauf 16 bilden. The SCR catalyst 7 is designed for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas. To operate the SCR catalyst 7 is in the the SCR catalyst 7 supplied exhaust gas to supply a reducing agent. The supply of the reducing agent via a metering module 8th that is connected to the exhaust pipe 4 between the soot filter 6 and the SCR catalyst 7 is grown. In the event that no catalyst 5 and no soot filter 6 in the exhaust system 3 are present, is the dosing module 8th between the exhaust manifold 2 and the SCR catalyst 7 the exhaust pipe 4 built-in. The dosing module 8th is via a Dosiermittelleitung 9 a dosing agent, which is in particular a urea water solution supplied. The dosing agent is stored in a dosing tank, not shown, and conveyed via a metering medium pump, also not shown in the dosing. The dosing module 8th also has an electrical control line 10 on, which is connected for example to an internal combustion engine control unit and a valve unit explained below 11 (please refer 2 ) of a metering valve 12 of the dosing module 8th controls. Furthermore, the metering module 8th a coolant circulation inlet 13 and a coolant circulation outlet 14 on, both via appropriate lines 15a . 15b with a coolant guide in the internal combustion engine 1 are connected and a coolant circuit 16 form.

2 zeigt in einer Schnittdarstellung das Dosiermodul 8 mit den zuvor beschriebenen Anschlüssen. In den Kühlmittelkreislaufauslass 14 ist ein als Thermostatventil ausgebildeter Durchflussregler 17 eingebaut, der den Durchfluss von Kühlmittel, das insbesondere das Kühlwasser der Brennkraftmaschine ist, durch das Dosiermodul 8 regelt. Diese Regelung wird nachfolgend noch genauer erläutert. Das Dosiermodul 8 weist weiterhin das zuvor erwähnte mit der Dosiermittelleitung 9 verbundene Dosierventil 12 auf, das insbesondere die elektromagnetisch betätigte Ventileinrichtung 11 beinhaltet. Die Ventileinrichtung 11 weist eine Ventilkugel 18 auf, die eine auf der Austrittsseite und in die Abgasleitung 4 einmündende Auslassöffnung 19 beherrscht. Im geschlossenen Zustand des Dosierventils 12 ist die Auslassöffnung 19 von der Ventilkugel 18 verschlossen und umgekehrt in geöffneten Zustand strömt Dosiermittel von der Dosiermittelleitung 9 durch die Auslassöffnung 19 in die Abgasleitung 4. Bei einer Bestromung einer Spule 20 wird ein hohl ausgeführter Bolzen 21 gegen die Kraft einer Feder 22 von der Ausslassöffnung 19 wegbewegt, so dass die Ventilkugel 18 von der Auslassöffnung 19 wegbewegt wird und eine Strömungsverbindung zwischen der Dosiermittelleitung 9 und der Auslassöffnung 19 besteht. 2 shows in a sectional view of the dosing 8th with the connections described above. Into the coolant circuit outlet 14 is a flow regulator designed as a thermostatic valve 17 installed, the flow of coolant, which is in particular the cooling water of the internal combustion engine, through the metering module 8th regulates. This regulation will be explained in more detail below. The dosing module 8th further has the aforementioned with the dosing agent line 9 connected metering valve 12 on, in particular the solenoid-operated valve device 11 includes. The valve device 11 has a valve ball 18 on, one on the exit side and in the exhaust pipe 4 opening outlet opening 19 controlled. In the closed state of the metering valve 12 is the outlet opening 19 from the valve ball 18 closed and vice versa in the opened state, dosing agent flows from the dosing medium line 9 through the outlet opening 19 in the exhaust pipe 4 , When energizing a coil 20 becomes a hollow bolt 21 against the force of a spring 22 from the outlet opening 19 moved away, leaving the valve ball 18 from the outlet opening 19 is moved away and a flow connection between the Dosiermittelleitung 9 and the outlet opening 19 consists.

Zur Kühlung der Ventileinrichtung 11 des Dosierventils 12 wird das Dosiermodul 8 von Kühlmittel durchströmt, dass über den Kühlmittelkreislaufeinlass 13 in den Innenraum des Dosiermoduls 8 eingeleitet wird und über den Kühlmittelkreislaufauslass 14 wieder in den Kühlmittelkreislauf 16 abgeleitet wird. Zur Abtrennung insbesondere des elektrischen Teils des Dosierventils 12 ist eine Trennwand 23 in das Dosiermodul 8 angebaut, die im oberen Bereich an einem Dosiermodulgehäuse 24 und im Bereich der Ventileinrichtung 11 an dem Ventilgehäusekörper 25 dicht anliegt. Um eine gezielte Anströmung der Ventileinrichtung 11 im Bereich der Auslassseite des Dosiermittels zu gewährleisten, ist eine als Leitwand 26 ausgebildete Kühlmittelleiteinrichtung in das Dosiermodul 8 eingebaut, die mit dem Dosiermodulgehäuse 24 im Bereich zwischen dem Kühlmittelkreislaufeinlass 13 und den Kühlmittelkreislaufauslass 14 fest verbunden ist. Weiterhin ist die Leitwand 26 an dem Ventilgehäusekörper 25 im Bereich unterhalb der Anbindung der Trennwand 23 befestigt. Die Leitwand 26 weist Durchströmungsöffnungen 27 auf, die insbesondere im Bereich der Ventileinrichtung 11 angeordnet sind und so eine gezielte Kühlung der thermisch belasteten Bereiche der Ventileinrichtung 11 sicherstellen. For cooling the valve device 11 of the metering valve 12 becomes the dosing module 8th flows through coolant that through the coolant circulation inlet 13 into the interior of the dosing module 8th is introduced and via the coolant circuit outlet 14 back into the coolant circuit 16 is derived. For the separation in particular of the electrical part of the metering valve 12 is a partition 23 in the dosing module 8th mounted on the top of a Dosiermodulgehäuse 24 and in the area of the valve device 11 on the valve body 25 tight. To a targeted flow of the valve device 11 To ensure in the area of the outlet side of the dosing, is as a guide wall 26 trained Kühlmittelleiteinrichtung in the dosing 8th fitted with the dosing module housing 24 in the area between the coolant circulation inlet 13 and the coolant circulation outlet 14 is firmly connected. Furthermore, the baffle is 26 on the valve body 25 in the area below the connection of the partition 23 attached. The baffle 26 has flow openings 27 in particular in the area of the valve device 11 are arranged and so a targeted cooling of the thermally stressed areas of the valve device 11 to ensure.

3 zeigt in einer Detailansicht den als Thermostatventil ausgebildeten Durchflussregler 17, der in den Kühlmittelkreislaufauslass 14 eingebaut ist. Der als Thermostat ausgebildete Durchflussregler 17 weist eine zylinderförmige Nadelsitzführung 28 auf, die unverrückbar in den Kühlmittelkreislaufauslass 14 eingesetzt ist. Die Nadelsitzführung 28 weist einen oder mehrere Führungsstege 29 zur Führung einer einen Ventilteller 30 tragenden Ventilnadel 31 auf. Eine Sitzfläche 32 des Ventiltellers 30 wirkt im geschlossenen Zustand des Durchflussreglers 17 mit einem Ventilsitz 33 der Nadelsitzführung 28 zusammen. In dargestellten geöffneten Zustand ist die Sitzfläche 32 beabstandet von dem Ventilsitz 33 angeordnet und folglich ist eine Strömungsverbindung durch den Durchflussregler 17 freigegeben. Der als Thermostat ausgebildete Durchflussregler 17 weist weiterhin ein Bimetallelement 34 auf, das mit der Nadelsitzführung 28 verbunden ist und auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Haltering 35 für die Ventilnadel 31 verbunden ist. Die Ventilnadel 31 ist in den Haltering 25 eingehangen und wird von einer Ventilfeder 36, die sich an den Führungssteg 29 und dem Ventilteller 30 abstützt in Richtung einer Öffnungsbewegung des Durchflussreglers 17 vorgespannt. 3 shows in a detailed view designed as a thermostatic flow regulator 17 entering the coolant circuit outlet 14 is installed. The designed as a thermostat flow controller 17 has a cylindrical needle seat guide 28 on, the immovable in the coolant circuit outlet 14 is used. The needle seat guide 28 has one or more guide bars 29 to Guide a valve disk 30 carrying valve needle 31 on. A seat 32 of the valve disk 30 acts in the closed state of the flow controller 17 with a valve seat 33 the needle seat guide 28 together. In the open state shown is the seat 32 spaced from the valve seat 33 arranged and thus is a flow connection through the flow regulator 17 Approved. The designed as a thermostat flow controller 17 also has a bimetallic element 34 on, with the needle seat guide 28 is connected and on the opposite side with a retaining ring 35 for the valve needle 31 connected is. The valve needle 31 is in the retaining ring 25 mounted and is by a valve spring 36 , which are located at the guide bridge 29 and the valve plate 30 supports in the direction of an opening movement of the flow regulator 17 biased.

Der Durchflussregler 17 ist bevorzugt so abgestimmt, dass bei einem Start, insbesondere einem Kaltstart der Brennkraftmaschine und folglich noch kalten Kühlmittel eine Durchströmung des Dosiermoduls 8 mit Kühlmittel abgesperrt ist. Dies ist unterhalb eines Temperaturbereichs von 80°C bis 120°C der Fall. Dadurch wird ein Auskühlen der Ventileinrichtung 11 im Startfall verhindert und ein Ventilklemmer der Ventileinrichtung 11 kann durch eine in 2 nicht dargestellte elektrische Beheizung der Ventileinrichtung 11 jederzeit gelöst werden. Dieser Ventilklemmer wird durch Harnstoffkristalle verursacht, die durch die elektrische Beheizung geschmolzen werden können.The flow regulator 17 is preferably adjusted so that at a start, in particular a cold start of the internal combustion engine and consequently still cold coolant, a flow through the dosing 8th is shut off with coolant. This is the case below a temperature range of 80 ° C to 120 ° C. This will cause the valve device to cool 11 prevented in the start case and a valve clamp of the valve device 11 can by a in 2 not shown electrical heating of the valve device 11 be solved at any time. This valve clamp is caused by urea crystals, which can be melted by electric heating.

Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Einfrieren der Ventileinrichtung 11 während des Betriebs der brennkraftmaschine verhindert werden. Dies kann insbesondere bei in Fahrzeugen verbauten Brennkraftmaschinen auftreten, die einen separaten Ladeluftkühlkreislauf aufweisen. Wird die Ventileinrichtung 11 über diesen Kreislauf gekühlt, sind Temperaturen von weniger als ca. –11°C möglich, ab der die Harnstoffwasserlösung friert. Für diesen Fall ist der Durchflussregler 17 so eingestellt, dass dieser unterhalb einer Temperatur von 0°C, bevorzugt –5°C schließt.Alternatively or additionally, a freezing of the valve device 11 be prevented during operation of the internal combustion engine. This can occur in particular in internal combustion engines installed in vehicles, which have a separate charge air cooling circuit. Will the valve device 11 Cooled through this cycle, temperatures of less than about -11 ° C are possible, from which the urea water solution freezes. In this case, the flow regulator 17 adjusted so that it closes below a temperature of 0 ° C, preferably -5 ° C.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012206563 A1 [0003] DE 102012206563 A1 [0003]

Claims (12)

Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine (1), aufweisend ein Dosiermodul (8) zum Einbringen eines Reduktionsmittels in eine abgasführende Abgasanlage (3) mit einem SCR-Katalysator (7), wobei das Dosiermodul (8) mit einem Kühlmittelkreislauf (16) zur Kühlung des Dosiermoduls (8) verschaltet ist, und ein Durchflussregler (17) in dem Kühlkreislauf (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussregler (17) an dem Dosiermodul (8) angeordnet ist. Arrangement for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine ( 1 ), comprising a dosing module ( 8th ) for introducing a reducing agent into an exhaust gas-carrying exhaust system ( 3 ) with an SCR catalyst ( 7 ), wherein the dosing module ( 8th ) with a coolant circuit ( 16 ) for cooling the dosing module ( 8th ), and a flow regulator ( 17 ) in the cooling circuit ( 16 ), characterized in that the flow regulator ( 17 ) on the dosing module ( 8th ) is arranged. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussregler (17) in einem Kühlmittelkreislaufauslass (14) des Dosierventils (8) angeordnet ist. Arrangement according to claim 1, characterized in that the flow regulator ( 17 ) in a coolant circulation outlet ( 14 ) of the metering valve ( 8th ) is arranged. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussregeler (17) eine zylinderförmige Nadelsitzführung (28) aufweist, und das die Nadelsitzführung (28) in den Kühlmittelkreislaufauslas (14) eingesetzt ist. Arrangement according to claim 2, characterized in that the flow control ( 17 ) a cylindrical needle seat guide ( 28 ), and that the needle seat guide ( 28 ) in the coolant circuit outlet ( 14 ) is used. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsrichtung des Durchflussreglers (17) in Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgerichtet ist. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the opening direction of the flow regulator ( 17 ) is aligned in the flow direction of the coolant. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussregler (17) ein Thermostatventil ist. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the flow regulator ( 17 ) is a thermostatic valve. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil ein Bimetallelement (34) aufweist. Arrangement according to claim 5, characterized in that the thermostatic valve is a bimetallic element ( 34 ) having. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (8) ein elektrisch betätigtes Dosierventil (12) aufweist, und das eine Ventileinrichtung (11) des Dosierventils (12) auf einer Austrittsseite für Reduktionsmittel an dem Dosiermodul (8) angeordnet ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the dosing module ( 8th ) an electrically operated metering valve ( 12 ), and the one valve device ( 11 ) of the metering valve ( 12 ) on a discharge side for reducing agent on the dosing module ( 8th ) is arranged. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (8) eine Kühlmittelleiteinrichtung aufweist, die den Kühlmittelstrom zu der Ventileinrichtung (11) auf der Austrittsseite leitet.Arrangement according to claim 7, characterized in that the dosing module ( 8th ) has a Kühlmittelleiteinrichtung which the coolant flow to the valve device ( 11 ) on the exit side. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleiteinrichtung eine Durchtrittsöffnungen (27) aufweisende Leitwand (26) ist.Arrangement according to claim 8, characterized in that the Kühlmittelleiteinrichtung a passage openings ( 27 ) having baffle ( 26 ). Fahrzeug mit einer abgasführenden Abgasanlage (3) und einer Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden in dem in der Abgasanlage (3) geführten Abgas nach einem der vorherigen Ansprüche. Vehicle with an exhaust gas carrying exhaust system ( 3 ) and an arrangement for the reduction of nitrogen oxides in the in the exhaust system ( 3 ) guided exhaust gas according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine (1), aufweisend ein Dosiermodul (8) zum Einbringen eines Reduktionsmittels in eine abgasführende Abgasanlage (3) mit einem SCR-Katalysator (7), wobei das Dosiermodul (8) mit einem Kühlmittelkreislauf (16) zur Kühlung des Dosiermoduls (8) verschaltet ist, und ein Durchflussregler (17) in dem Kühlkreislauf (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Dosiermodul (8) angeordnete Durchflussregler (17) bei Unterschreitung einer Kühlmitteltemperatur von angenähert 120°C eine Drosselung oder Sperrung des Kühlmittelflusses durch den Durchflussregler (17) einstellt.Method for operating an arrangement for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine ( 1 ), comprising a dosing module ( 8th ) for introducing a reducing agent into an exhaust gas-carrying exhaust system ( 3 ) with an SCR catalyst ( 7 ), wherein the dosing module ( 8th ) with a coolant circuit ( 16 ) for cooling the dosing module ( 8th ), and a flow regulator ( 17 ) in the cooling circuit ( 16 ), characterized in that on the dosing ( 8th ) flow regulators ( 17 ) when the coolant temperature falls below approximately 120 ° C., throttling or blocking of the coolant flow through the flow regulator ( 17 ). Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelfluss bei einer Drosselung des Kühlmittelflusses unterhalb einer Temperatur von 120°C ab einer Temperatur unterhalb von 80°C durch den Durchflussregler (17) gesperrt ist.A method according to claim 11, characterized in that the coolant flow at a throttling of the coolant flow below a temperature of 120 ° C from a temperature below 80 ° C by the flow regulator ( 17 ) Is blocked.
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