DE102019117572A1

DE102019117572A1 - Beheizbares Zuleitungsrohr zur Entnahme eines flüssigen Betriebsmittels eines Kraftfahrzeugs aus einem Behälter

Info

Publication number: DE102019117572A1
Application number: DE102019117572.0A
Authority: DE
Inventors: Tarik Akbulut; Tobias Meier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Es wird ein Zuleitungsrohr zum Zuführen einer wässrigen Harnstofflösung aus einem Tankbehälter in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs beschrieben, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen der vorbei strömenden Harnstofflösung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist. Alternativ wird ein Zuleitungsrohr, dessen elektrische Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist, zum Zuführen von Wasser aus einem Tankbehälter, zur Verbrennungsluft eines Kraftfahrzeugs hinzu verwendet. Die elektrische Heizeinrichtung dient zum Erwärmen des im Zuleitungsrohr strömenden Wassers.

Description

Die Erfindung beschreibt ein beheizbares Zuleitungsrohr zur Entnahme eines flüssigen Betriebsmittels eines Kraftfahrzeugs aus einem Behälter, insbesondere zur Versorgung eines dieses antreibenden Verbrennungsmotors, nach dem Oberbegriff entweder des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.
Bei manchen Verbrennungsmotoren wird Wasser zur Kühlung über die Einspritzanlage mit eingespritzt, um eine Vollastanreicherung des Gemischs vermeiden zu können. Wassereinspritzung erhöht das Füllungsvolumen und steigert die Leistung des Verbrennungsmotors oder aber reduziert deren Verbrauch. Dazu wird Wasser der Verbrennungsluft zugeführt. Das Wasser wird aufgrund der vergleichsweise warmen Verbrennungsluft verdampft, was dieser Energie entzieht, nämlich die erforderliche Verdampfungsenergie des Wassers. Folglich wird die Verbrennungsluft abgekühlt. Infolgedessen ist die Dichte der Verbrennungsluft erhöht, was zu einer Leistungssteigerung führt. Zudem wird der Verbrennungsmotor im Bereich der Wassereinspritzung gekühlt, was zu einer effektiveren Kühlung als lediglich mittels des Kühlmittelkreislaufs führt. Das Wasser wird meist in einen Ansaugkanal eines Zylinderkopfes oder aber in den Brennraum selbst eingespritzt. Die Wassereinspritzung weist üblicherweise eine Einspritzdüse auf, die mittels einer Wasserleitung mit einem Wassertank als Behälter gekoppelt ist, in dem das Wasser zur Einspritzung bevorratet ist.
Die DE 10 2006 014 527 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zufuhr von Wasser aus einem Behälter in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors.
Bei negativen Temperaturen ist es möglich, dass das sich in der Wassereinspritzung, vorwiegend also in der Wasserleitung, befindende Wasser gefriert und die Wassereinspritzung infolgedessen nicht einsatzbereit ist. Zudem kann eine Beschädigung der Wassereinspritzungsvorrichtung auftreten, aufgrund der sich bei der Eisbildung auftretenden Volumenvergrößerung. Um dies zu vermeiden, wird üblicherweise nach Abstellen des Verbrennungsmotors überschüssiges Wasser aus der Wasserleitung abgepumpt, was vergleichsweise aufwändig ist.
Zur Verminderung von im Abgas eines Dieselmotors enthaltener Schadstoffe, hat sich das Prinzip des geregelten oder gesteuerten Dieselkatalysators als vorteilhafte Technik erwiesen. Diese Technik wird vor allem bei Verbrennungsmotoren, die mit Luftüberschuss betrieben werden, zur Verminderung des Ausstoßes an Stickoxiden eingesetzt. Beim SCR-Verfahren, der selektiven katalytischen Reduktion, werden Stickoxide zusammen mit Ammoniak an einem selektiven Katalysator kontaktiert und katalytisch zu umweltunbedenklichem Stickstoff und zu Wasser umgesetzt. Aufgrund der mit dem Ammoniakeinsatz verbundenen Gefahr, nämlich der Giftigkeit, und aufgrund der durch Ammoniak hervorgerufenen Geruchsbelästigung, soll Ammoniak nicht im Fahrzeug mitgeführt werden.
Anstelle des Ammoniaks wird zur katalytischen Umsetzung der Stickoxide als Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung im Fahrzeug mitgeführt. Aus dieser wässrigen Harnstofflösung wird der Ammoniak durch Hydrolyse jeweils in der augenblicklich gerade zur Umsetzung der Stickoxide benötigten Menge erzeugt. Es ist ein Vorteil der in wässrigen Lösungen vorliegenden ammoniakfreisetzenden Substanzen, wie zum Beispiel Harnstoff, dass die Bevorratung, die Handhabung, die Förder- und Dosierbarkeit technisch besonders einfach zu lösen sind.
Ein Nachteil dieser wässrigen Lösungen besteht darin, dass in Abhängigkeit von der Konzentration der gelösten Substanz, die Gefahr des Einfrierens der Lösung bei bestimmten tiefen Temperaturen besteht. Eine Möglichkeit zur Vermeidung des Einfrierens und zur Vermeidung von Frostschäden ist grundsätzlich die Beheizung der reduktionsmittelführenden Teile der Abgasreinigungsanlage.
Aus der DE 10 2011 102 151 A1 ist bereits ein Zuleitungsrohr bekannt, das als Fluidleitung zwischen einem Vorratstank und einem Abgaskatalysator, um diesen mit der wässrigen Harnstofflösung zu versorgen, eingebaut ist. Eine im Zuleitungsrohr angeordnete Heizeinrichtung ermöglicht es, die Harnstofflösung von Inneren der Leitung her zu beheizen, so dass diese von außen bis auf die elektrischen Anschlüsse zur Beheizung nicht zugänglich sein muss. Im Inneren des Zuleitungsrohrs ist ein Heizdraht verbaut, der ein Gefrieren der Harnstofflösung bei niedrigen Temperaturen verhindert.
Ein Zuleitungsrohr zum Zuführen einer wässrigen Harnstofflösung aus einem Tankbehälter in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer innerhalb des Zuleitungsrohrs befindlichen elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen der vorbei strömenden Harnstofflösung, hat den Nachteil, dass ein großer Abdichtungsaufwand für das Herausführen der elektrischen Heizeinrichtung aus dem Zuleitungsrohr betrieben werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein beheizbares Zuleitungsrohr zur Entnahme eines flüssigen Betriebsmittels eines Kraftfahrzeugs aus einem Behälter bereitzustellen, das einfach aufgebaut und qualitativ hochwertig ist und insbesondere, dass dessen Dichtigkeit zuverlässig gewährleistet werden kann.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach der Erfindung ist ein Zuleitungsrohr, zum Zuführen einer wässrigen Harnstofflösung aus einem Tankbehälter in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen der vorbei strömenden Harnstofflösung, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung innerhalb einer Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist.
Alternativ dazu ist ein Zuleitungsrohr, zum Zuführen von Wasser aus einem Tankbehälter zur Verbrennungsluft eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen des vorbei strömenden Wassers, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist.
Beide Heizanwendungen haben den Vorteil, dass die Wandung des Zuleitungsrohrs nicht durch Teile der Heizeinrichtung durchbrochen wird und so dauerhaft Dichtigkeit des Systems gewährleistet werden kann, wobei dazu nicht das komplette Zuleitungsrohr von außen erwärmt werden muss, was eine schnellere Systemreaktionszeit und Kosteneinsparung mit sich bringt, da der Temperatureintrag näher am Zielort, der Harnstofflösung oder alternativ des Wassers, erfolgt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass die Rohrwandung mehrschichtig aufgebaut ist. Dazu wird das Zuleitungsrohr vorteilhafterweise mittels mehrschichtiger Extrusion erzeugt, insbesondere so, dass dieses wenigstens aus einer elektrisch isolierenden Außenschicht und wenigstens einer innerhalb dieser befindlichen, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs, erwärmbaren Schicht besteht. Dazu kann bevorzugt die, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbare Schicht, wenigstens ein PCT-Element enthalten. Wird die Heizung mittels PTC-Elementen bewirkt, das sind sich unter Stromfluss erwärmende Widerstandselemente, also Heizelemente deren elektrischer Widerstand sich bei Erreichen einer kritischen Temperatur sprunghaft erhöht, ermöglicht dies einen Verzicht auf Temperatursensoren zur Erfasssung und Kontrolle der Medientemperatur der Harnstofflösung. Damit wird eine Schädigung des Kunststoffes durch Überhitzen der Heizung ausgeschlossen, außerdem kann mit relativ geringem Aufwand gefertigt werden. Vorteilhafterweise werden auch keramische PTC-Elemente verwendet, die kostengünstig am Markt erhältlich sind. In Umfangsrichtung des Zuleitungsrohres werden vorteilhafterwseise mehrere PTC-Elemente nebeneinander angeordnet. Zur Verbesserung der Heizleistung kann die wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbare Schicht des Zuleitungsrohrs auch einen erhöhten Rußanteil im Leitungsgrundmaterial Kunststoff enthalten.
Alternativ kann die erwärmbare Schicht des Zuleitungsrohrs aus einem Metallrohr, insbesondere einem Aluminiumrohr, bestehen, das zusätzlich zur isolierenden Außenschicht eine isolierende und Innenschicht besitzt, bevorzugt als Rohr aus einem elektrischen Isolator durch Einschieben in das Metallrohr eingebracht.
Für alle Ausführungsformen ist vorteilhaft, wenn eine elektrische Kontaktierung der erwärmbaren Schicht des Zuleitungsrohrs über leitfähige Quick - Connectoren nach dem Stand der Technik erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006014527 A1 [0003]
DE 102011102151 A1 [0008]

Claims

Zuleitungsrohr zum Zuführen einer wässrigen Harnstofflösung aus einem Tankbehälter in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen der vorbei strömenden Harnstofflösung, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist.
Zuleitungsrohr, zum Zuführen von Wasser aus einem Tankbehälter zur Verbrennungsluft eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen des vorbei strömenden Wassers, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung innerhalb der Rohrwandung des Zuleitungsrohrs ausgebildet ist.
Zuleitungsrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwandung mehrschichtig aufgebaut ist.
Zuleitungsrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mittels mehrschichtiger Extrusion erzeugt wird.
Zuleitungsrohr nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens aus einer elektrisch isolierenden Außenschicht und wenigstens einer innerhalb dieser befindlichen, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbaren Schicht besteht.
Zuleitungsrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbare Schicht wenigstens ein PCT-Element enthält.
Zuleitungsrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die, wenigstens über Teilbereiche ihres Innenumfangs erwärmbare Schicht einen erhöhten Rußanteil im Kunststoff enthält.
Zuleitungsrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmbare Schicht aus einem Metallrohr, insbesondere einem Aluminiumrohr, besteht, das zusätzlich zur isolierenden Außenschicht eine isolierende und Innenschicht besitzt.
Zuleitungsrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dessen isolierende Innenschicht ein Rohr aus einem elektrischen Isolator ist, das durch Einschieben in das Metallrohr, in dieses eingebracht ist.
Zuleitungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmbare Schicht eine elektrische Kontaktierung über leitfähige leitfähige Quick - Connectoren besitzt.