DE102015210193A1

DE102015210193A1 - Tank-System zur Lagerung eines Reagenzmittels, Computer-Programm und Computer-Programmprodukt

Info

Publication number: DE102015210193A1
Application number: DE102015210193.2A
Authority: DE
Inventors: Marc Neufeld; Daniel Koehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tank-System (10), bei welchem in einem Tank (12) ein Reagenzmittel (14) gelagert ist, welches zur Dosierung in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator mittels eines Reagenzmittel-Dosiersystems vorgesehen ist, bei welchem das Reagenzmittel (14) in einem Tank (12) gelagert ist. Das erfindungsgemäße Tank-System (10) zeichnet sich dadurch aus, dass das im Raum (16) des Tanks (12) oberhalb des flüssigen Reagenzmittels (14) vorliegende Gasgemisch als Kühlmittel in einem Kühlkreislauf (18) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tank-System zur Lagerung eines Reagenzmittels, welches dazu vorgesehen ist, von einem Reagenzmittel-Dosiersystem in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert zu werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät, ein Steuergerät-Programm sowie ein Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode.
Stand der Technik
Zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine kann eine selektive katalytische Reduktion (Selective Catalytic Reduction = SCR) mit dem Ziel einer NOx-Verminderung im Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird in den Abgaskanal der Brennkraftmaschine eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reagenzmittels dosiert. Das Reagenzmittel kann Ammoniak sein, welches beispielsweise aus einer Vorstufe in Form einer Harnstoff-Wasser-Lösung im Abgaskanal durch Hydrolyse gewonnen wird.
Ein solches Reagenzmittel-Dosiersystem ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 196 07 073 A1 bekannt. Die Harnstoff-Wasser-Lösung wird dabei durch eine Leitung von einem Tank zu einem Dosierventil gefördert und in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert, wobei die Dosierrate mittels des Dosierventils festgelegt wird.
In aktuellen Reagenzmittel-Dosiersystemen, wie diese unter der Bezeichnung DENOXTRONIC der Anmelderin bekannt sind, saugt eine Pumpe die Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Reagenzmitteltank und verdichtet diese auf den für eine Zerstäubung erforderlichen Systemdruck von beispielsweise 3 bis 9 bar. Unter Berücksichtigung von beispielsweise aktueller Brennkraftmaschinendaten und Katalysatordaten wird die Dosierrate des Reagenzmittels auf möglichst maximale NOx-Reduzierung abgestimmt.
Die üblicherweise verwendete, in DIN-Normen definierte Harnstoff-Wasser-Lösung altert mit zunehmenden Temperaturen, wobei die Alterung eine Aufspaltung in Wasser und Ammoniak betrifft. Bei der Dosierung einer gealterten Harnstoff-Wasser-Lösung muss aufgrund der verringerten Konzentration der dosierten Harnstoff-Wasser-Lösung mit einer verringerten NOx-Reduktionsrate gerechnet werden. Wegen der hohen Temperatur der Harnstoff-Wasser-Lösung muss weiterhin mit der Gefahr eines Auskristallisierens des Reagenzmittels an einem Dosierventil gerechnet werden.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2006 053 485 A1 ist ein Reagenzmittel-Dosiersystem beschrieben, bei welchem zum Kühlen des Dosierventils auch dann, wenn keine Dosierung von Reagenzmittel erforderlich wäre, eine gezielt vorgegebene Minimalmenge dosiert wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Tank-System anzugeben, in welchem ein Reagenzmittel für ein Reagenzmittel-Dosiersystem gelagert ist, bei welchem das Auftreten einer hohen Temperatur des in einem Tank gelagerten Reagenzmittels verhindert werden kann.
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Tank-System, in welchem ein Reagenzmittel gelagert ist, welches ein Reagenzmittel-Dosiersystem in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator dosiert, bei welchem das Reagenzmittel in einem Tank gelagert ist. Das erfindungsgemäße Tank-System zeichnet sich dadurch aus, dass das in einem Raum des Tanks oberhalb des flüssigen Reagenzmittels vorliegende Gasgemisch als Kühlmittel in einem Kühlkreislauf vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Tank-System, welches für die Lagerung eines Reagenzmittels vorgesehen ist, welches ein Reagenzmittel-Dosiersystem in den Abgasbereich einer Brennkraftmaschine dosiert, ermöglicht eine aktive Kühlung des im Tank gelagerten Reagenzmittels. Das für die aktive Kühlung erforderliche Kühlmittel wird von dem im Tank gelagerten Reagenzmittels selbst bereitgestellt, sodass kein zusätzliches Kühlmittel benötigt wird. Eine Kühlung kann insbesondere bei hohen Temperaturen erforderlich sein, bei denen das Reagenzmittel gegebenenfalls einem mit der Temperatur zunehmendem Alterungsprozess unterliegen kann. Ein derartiges Reagenzmittel bzw. eine Vorstufe des Reagenzmittels ist eine Harnstoff-Wasser-Lösung, aus welcher durch Hydrolyse im Abgasbereich das Reagenzmittel Ammoniak gewonnen wird, welches in einem SCR-Katalysator zur Reduktion von NOx-Komponenten des Abgases der Brennkraftmaschine dient.
Das erfindungsgemäße Tank-System bzw. der Tank, in welchem das Reagenzmittel oder die Vorstufe des Reagenzmittels gelagert ist, befindet sich beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, in welchem das Reagenzmittel-Dosiersystem angeordnet ist. Die Erfindung findet jedoch darüber hinaus auch bei einem Tank-System Anwendung, bei welchem der Tank außerhalb eines Kraftfahrzeugs positioniert ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Tank-System mit einem Vorratstank einer Servicestation oder mit einem in einem Tanklager befindlichen Tank handeln.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Tank-Systems sind jeweils Gegenstände von abhängigen Vorrichtungsansprüchen.
Eine Ausgestaltung sieht einen Temperatursensor zum Erfassen des Temperatur-Istwerts des im Tank gelagerten Reagenzmittels vor. Wenn weiterhin ein Vergleicher zum Vergleichen des Temperatur-Istwerts mit einem Temperatur-Schwellenwert vorgesehen ist, kann der Kompressor gezielt dann betrieben werden, wenn der Temperatur-Istwert den Temperatur-Schwellenwert überschreitet.
Der Druck des oberhalb des flüssigen Reagenzmittels im Tank vorliegenden Gasgemischs, entsprechend dem Dampfdruck, hängt von der Temperatur im Tank ab. Eine andere Ausgestaltung sieht deshalb einen Drucksensor zum Erfassen des Druck-Istwerts des im Tank gelagerten Reagenzmittels vor. Wenn ein Vergleicher zum Vergleichen des Druck-Istwerts mit einem Unterdruck-Schwellenwert vorgesehen ist, kann der Kompressor gezielt abgeschaltet werden, wenn der Druck-Istwert den Unterdruck-Schwellenwert unterschreitet.
Eine Ausgestaltung sieht ein speziell hergerichtetes Steuergerät zum Betreiben des Tank-Systems vor.
Ein erfindungsgemäßes Steuergerät-Programm ist in dem Steuergerät zum Betreiben des Tank-Systems hinterlegt.
Ein erfindungsgemäßes Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Tank-Systems ergeben sich aus der Beschreibung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Zeichnung
Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Teils eines erfindungsgemäßen Tank-Systems.
Detaillierte Beschreibung
Die Figur zeigt ein Tank-System 10, welches ein in einem Tank 12 gelagertes Reagenzmittel 14 bzw. eine Vorstufe des Reagenzmittels enthält, dass zur Dosierung in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator mittels eines Reagenzmittel-Dosiersystems vorgesehen ist.
Bei dem Reagenzmittel 14 kann es sich um eine Harnstoff-Wasser-Lösung handeln, aus welcher durch Hydrolyse im Abgasbereich bei hoher Temperatur Ammoniak entsteht, welches unmittelbar als Reagenzmittel im SCR-Katalysator zur Reduktion von NOx-Komponenten des Abgases der Brennkraftmaschine dient. In diesem Fall ist das Reagenzmittel 14 eine Vorstufe des letztendlich benötigten Reagenzmittels. Die folgende Beschreibung ist auf eine Harnstoff-Wasser-Lösung abgestellt, die als Reagenzmittel 14 bezeichnet wird.
Das Reagenzmittel 14 unterliegt einem Alterungsprozess, der bei höheren Temperaturen zunehmend schneller abläuft. Im Raum 16 oberhalb des flüssigen Reagenzmittels 14 liegen die Komponenten Wasser und Ammoniak des flüssigen Reagenzmittels 14 in einer Gasphase als Wasserdampf-Ammoniak-Gasgemisch vor.
Insbesondere Ammoniak kann als Kältemittel in Klimaanlagen eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Tank-System 10 sieht vor, dass das im Raum 16 des Tanks 12 oberhalb des flüssigen Reagenzmittels 14 vorliegende Gasgemisch als Kühlmittel in einem Kühlkreislauf 18 vorgesehen ist.
Durch einen Kompressor 20 wird ein Unterdruck im Tank 12 durch Absaugen des Gasgemischs erzeugt. Die Siedetemperatur des Reagenzmittels 14 kann durch den sich einstellenden Unterdruck gegenüber dem normalen Luftdruck im Tank 12 auf einen bestimmten Wert eingestellt werden, der unterhalb der Umgebungstemperatur liegen kann. Das erfindungsgemäße Tank-System 10 ermöglicht somit eine aktive Kühlung des im Tank 12 gelagerten Reagenzmittels 14, ohne dass ein zusätzliches Kältemittel erforderlich wäre.
Das vom Kompressor 20 angesaugte Gasgemisch wird im Kompressor 20 komprimiert. Das komprimierte Gasgemisch 24 wird auf einen Druck komprimiert, sodass die Siedetemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur des nachfolgenden Kondensators 26 liegt. Daher kondensiert im Kondensator 26 das komprimierte Gasgemisch 24 wieder zu flüssigem Reagenzmittel 14, welches in einem nachgeschalteten Expansionsventil 28 wieder auf den Druck des Reagenzmittels 14 im Tank 12 vermindert wird. Das Expansionsventil 28 stellt damit ein abgekühltes flüssiges Reagenzmittel 14 mit einem geringen Gasanteil bereit, das zum Tank 12 zugeführt zurückgeführt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung ist im Tank 12 ein Temperatursensor 30 vorgesehen, der den Temperatur-Istwert 32 des Reagenzmittels 14 bzw. des Gasgemisches im Raum 16 oberhalb des flüssigen Reagenzmittels 14 im Tank 12 erfasst und einem Steuergerät 34 zur Verfügung stellt.
Das Steuergerät 34 enthält einen Temperatur-Vergleicher 36, der den Temperatur-Istwert 32 mit einem Temperatur-Schwellenwert 38 vergleicht. Sobald der Temperatur-Istwert 32 den Temperatur-Schwellenwert 38 überschreitet, stellt der Temperatur-Vergleicher ein erstes Schaltsignal 40 bereit, welches eine Schaltstufe 42 in ein Schaltsignal 44 des Kompressors 20 umsetzt, wobei in diesem Fall das Schaltsignal 44 einem Einschaltsignal des Kompressors 20 entspricht. Rein prinzipiell kann die Schaltstufe 42 das Schaltsignal 44 in ein Abschaltsignal ändern, sobald das erste Schaltsignal 40 entfällt. Die Zurücknahme des ersten Schaltsignals 40 bedeutet, dass der Temperatur-Istwert 32 unter den Temperatur-Schwellenwert 38 gefallen ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist im Tank 12 ein Drucksensor 46 vorgesehen, der den Druck-Istwert 48 im Tank 12 erfasst. Der Drucksensor 46 kann innerhalb des flüssigen Reagenzmittels 14 angeordnet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor im Raum 16 oberhalb des flüssigen Reagenzmittels 14 im Tank 12 angeordnet.
Der Druck-Istwert 48, welcher ein Maß für die Temperatur des Reagenzmittels 14 bzw. des Gasgemischs im Raum 16 widerspiegelt, wird in einem Druck-Vergleicher 50 im Steuergerät 34 mit einem Unterdruck-Schwellenwert 52 verglichen. Sobald der Druck-Istwert 48 den Unterdruck-Schwellenwert 52 unterschreitet, stellt der Druck-Vergleicher 48 ein zweites Schaltsignal 54 bereit, welches ebenfalls der Schaltstufe 42 zur Verfügung gestellt wird. Beim Auftreten des zweiten Schaltsignals 54 ändert die Schaltstufe 42 das Schaltsignal 44 für den Kompressor 20 in ein Abschaltsignal.
Während der Temperatur-Vergleicher 36 eine Temperatur-Regelung ermöglicht, kann mit dem Druck-Vergleicher 48 alternativ oder zusätzlich eine Druck-Regelung im Tank 12 durchgeführt werden.
Das in der Figur gezeigten erfindungsgemäße Tank-System 10 ist beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet. Generell ist das Reagenzmittel 14 bzw. die Vorstufe des Reagenzmittels 14 zur Dosierung in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator mittels eines Reagenzmittel-Dosiersystems vorgesehen. Wie bereits erwähnt, kann der Tank 12 des erfindungsgemäßen Tank-Systems gleichermaßen ein Vorratstank sein, der beispielsweise bei einer Servicestation, gegebenenfalls im Freien, positioniert ist oder beispielsweise ein Vorratstank sein, der in einem Tanklager untergebracht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19607073 A1 [0004]
DE 102006053485 A1 [0007]

Claims

Tank-System, bei welchem in einem Tank (12) ein Reagenzmittel (14) gelagert ist, welches zur Dosierung in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine stromaufwärts vor einen SCR-Katalysator mittels eines Reagenzmittel-Dosiersystems vorgesehen ist, mit einem Tank (12), in welchem das Reagenzmittel (14) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das im Raum (16) des Tanks (12) oberhalb des flüssigen Reagenzmittels (14) vorliegende Gasgemisch als Kühlmittel in einem Kühlkreislauf (18) vorgesehen ist.
Tank-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (18) einen Kompressor (20), einen Kondensator (26) sowie ein Expansionsventil (28) enthält und dass der Kompressor (20) das Gasgemisch ansaugt.
Tank-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (30) zum Erfassen des Temperatur-Istwerts (32) des im Tank (12) gelagerten Reagenzmittels (14) vorgesehen ist.
Tank-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatur-Vergleicher (36) zum Vergleichen des Temperatur-Istwerts (32) mit einem Temperatur-Schwellenwert (38) vorgesehen ist und dass der Kompressor (20) eingeschaltet ist, wenn der Temperatur-Istwert (32) den Temperatur-Schwellenwert (38) überschreitet.
Tank-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (46) zum Erfassen des Drucks-Istwerts (48) des im Tank (12) gelagerten Reagenzmittels (14) vorgesehen ist.
Tank-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck-Vergleicher (50) zum Vergleichen des Druck-Istwerts (48) mit einem Unterdruck-Schwellenwert (52) vorgesehen ist und dass der Kompressor (20) ausgeschaltet ist, wenn der Druck-Istwert (48) den Unterdruck-Schwellenwert (52) unterschreitet.
Tank-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reagenzmittel (14) eine Harnstoff-Wasser-Lösung vorgesehen ist.
Tank-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein speziell hergerichtetes Steuergerät (34) zum Betreiben des Tank-Systems (10) vorgesehen ist.
Steuergerät-Programm, das im Steuergerät (34) nach Anspruch 8 zum Betreiben des Tank-Systems (10) hinterlegt ist.
Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode für das Steuergerät (34) nach Anspruch 8 zum Betreiben des Tank-Systems, wenn das Programm auf dem Steuergerät (34) ausgeführt wird.