DE112011104219T5 - Reagenzbehälternormalisierungssystem - Google Patents

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Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Reagenzeinspritzsystem zum Reduzieren von Emissionen von einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei das System einen Reagenzbehälter aufweist. Ein Heizelement ist in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem im Behälter gespeicherten Reagenz angeordnet. Ein Austauschrohr weist ein erstes Ende, das dazu geeignet ist, ein zurückgeführtes flüssiges Reagenz zu empfangen, und ein im Behälter angeordnetes zweites offenes Ende auf. Das Austauschrohr weist ein zwischen dem ersten und dem zweiten Ende vom Austauschrohr abzweigendes Ablaufrohr auf. Ein distales Ende des Ablaufrohrs ist über einer Oberfläche des Reagenz innerhalb einer Dampfkuppel angeordnet.

Description

  • Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Abgasbehandlungssysteme und insbesondere ein Einspritzsystem zum Einspritzen eines Reagenz in einen Abgasstrom von einem Verbrennungsmotor.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In diesem Abschnitt wird mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehende Hintergrundinformation bereitgestellt, die nicht unbedingt den Stand der Technik wiedergibt.
  • Verbrennungsmotoren können unerwünschte Schadstoffemissionen ausgeben, insbesondere in der Form von Stickoxiden (NOx). Ein Verfahren, das zum Reduzieren von NOx-Emissionen von Verbrennungsmotoren verwendet wird, ist als selektive katalytische Reduktion (SCR) bekannt. SCR beinhaltet, wenn sie beispielsweise zum Reduzieren von NOx-Emissionen von einem Dieselmotor verwendet wird, das Einspritzen eines zerstäubten Reagenz in den Abgasstrom des Motors in Beziehung zu einem oder mehreren ausgewählten Motorbetriebsparametern, z. B. der Abgastemperatur, der Motordrehzahl oder der Motorlast, die gemäß einem Motorkraftstoffdurchsatz, einem Turboladedruck oder einem Abgas-NOx-Massendurchsatz gemessen werden. Das Reagenz-Abgas-Gemisch wird durch einen Reaktor geleitet, der einen Katalysator enthält, z. B. Aktivkohle, oder Metalle, z. B. Platin, Vanadium oder Wolfram, die in der Lage sind, die NOx-Konzentration bei Anwesenheit des Reagenz zu reduzieren.
  • Es ist bekannt, dass ein Dieselemissionsfluid, z. B. eine wässrige Harnstofflösung, ein wirksames Reagenz in SCR-Systemen für Dieselmotoren ist. Die Verwendung einer derartigen wässrigen Harnstofflösung und anderer Reagenzien kann jedoch Nachteile mit sich bringen. Wässriger Harnstoff besitzt einen Gefrierpunkt von etwa –11°C. In einigen Klimazonen wird der wässrige Harnstoff zu einem festen Zustand gefrieren. Es können eine oder mehrere Heizeinrichtungen verwendet werden, um einen geeigneten Betrieb des Abgasbehandlungssystems sicherzustellen.
  • In mindestens einer bekannten Anordnung ist eine mit einem Flansch versehene Heizeinheit innerhalb des Reagenzbehälters angeordnet. Ein Mittelvolumen oder ein Kern von flüssigem Reagenz wird durch Auftauen des gefrorenen Reagenz erhalten. Während einiger Betriebsmodi kann das flüssige Reagenz vollständig verbraucht und vom Behälter abgepumpt sein, bevor das restliche gefrorene Reagenz geschmolzen ist. Dadurch kann Pumpenkavitation auftreten. Diese kann zu einem Pumpenschaden führen. Außerdem wird kein Reagenz in den Abgasstrom gepumpt, so dass ein Emissionstest des Fahrzeugs fehlschlagen kann. Durch Abpumpen des flüssigen Reagenz von einem Hohlraum in der Nähe des Heizelements kann ein wesentlicher Unterdruck innerhalb des entleerten Hohlraums entstehen. Dadurch können die Pumpe oder andere Komponenten des Abgasbehandlungssystems beschädigt werden. Daher kann es vorteilhaft sein, ein verbessertes Reagenzeinspritzsystem bereitzustellen, um diese Probleme zu lösen.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • In diesem Abschnitt wird die Erfindung allgemein kurz beschrieben, wobei ihr Umfang und all ihre Merkmale nicht umfassend dargestellt werden sollen.
  • Ein Reagenzeinspritzsystem zum Reduzieren von Emissionen von einem Verbrennungsmotor weist einen Reagenzbehälter auf. Ein Heizelement ist in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem im Behälter gespeicherten Reagenz angeordnet. Ein Austauschrohr weist ein erstes Ende, das dazu geeignet ist, ein zurückgeführtes flüssiges Reagenz zu empfangen, und ein im Behälter angeordnetes zweites offenes Ende auf. Das Austauschrohr weist ein zwischen dem ersten und dem zweiten Ende vom Austauschrohr abzweigendes Ablaufrohr auf. Ein distales Ende des Ablaufrohrs ist innerhalb einer Dampfkuppel über einer Oberfläche des Reagenz angeordnet.
  • Ein Reagenzeinspritzsystem zum Reduzieren von Emissionen von einem Verbrennungsmotor weist eine Einspritzeinrichtung, einen Reagenzbehälter und eine Pumpe zum Pumpen von flüssigem Reagenz vom Behälter auf. Eine Zufuhrleitung verbindet die Pumpe und die Einspritzeinrichtung. Es ist eine Rückführleitung zum Zurückführen des Reagenz von der Einspritzeinrichtung zum Behälter vorgesehen. Ein Heizelement ist in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem im Behälter gespeicherten Reagenz angeordnet. Ein Austauschrohr weist ein mit der Rückführleitung kommunizierendes erstes Ende auf, das dazu geeignet ist, das zurückgeführte flüssige Reagenz zu empfangen. Ein zweites offenes Ende des Austauschrohrs ist im Behälter angeordnet. Das Austauschrohr weist ein zwischen dem ersten und dem zweiten Ende vom Austauschrohr abzweigendes Ablaufrohr auf. Ein distales Ende des Ablaufrohrs ist innerhalb einer Dampfkuppel über einer Oberfläche des Reagenz angeordnet.
  • Weitere Anwendungsgebiete werden anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Kurzbeschreibung sollen lediglich zur Erläuterung dienen und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zum Erläutern ausgewählter Ausführungsformen, nicht aber aller möglicher Implementierungen, und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines exemplarischen Verbrennungsmotors mit einem Abgasbehandlungssystem mit einem Reagenzbehälternormalisierungssystem; und
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm des Reagenzbehälternormalisierungssystems.
  • Sich entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in den mehreren Ansichten der Zeichnungen sich entsprechende Teile und Komponenten.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Nachstehend werden exemplarische Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
  • Es ist klar, dass, obwohl die vorliegenden Lehren in Verbindung mit Dieselmotoren und mit der Reduktion von NOx-Emissionen beschrieben sein können, die vorliegenden Lehren in Verbindung mit einem beliebigen von mehreren Abgasströmen verwendet werden können, z. B. mit Abgasströmen einer Diesel-, einer Benzin-, einer Turbinen-, einer Brennstoffzellen-, einer Düsenstrahl- oder einer beliebigen anderen Antriebsquelle, die einen Abgasstrom ausgibt. Außerdem können die vorliegenden Lehren in Verbindung mit der Reduktion einer beliebigen einer Vielzahl unerwünschter Emissionen verwendet werden. Beispielsweise ist das Einspritzen von Kohlenwasserstoffen zum Regenerieren von Dieselpartikelfiltern ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Für eine weiterführende Beschreibung sollte die Aufmerksamkeit auf die am 21. November 2008 eingereichte, gemeinsam übertragene US-Patentanmeldung Nr. 2009/179087 A1 mit dem Titel ”Method And Apparatus For Injecting Atomized Fluids” gerichtet werden, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Gemäß den Figuren wird ein Abgasbehandlungssystem 8 zum Reduzieren von NOx-Emissionen vom Abgas eines Dieselmotors 21 bereitgestellt. In 1 bezeichnen durchgezogene Linien zwischen den Elementen des Systems Fluidleitungen für ein Reagenz, und gestrichelte Linien bezeichnen elektrische Verbindungen. Das erfindungsgemäße System kann einen Reagenzbehälter 10 zum Speichern des Reagenz und ein Zufuhrmodul 12 zum Zuführen des Reagenz vom Behälter 10 aufweisen. Das Reagenz kann eine Harnstofflösung, ein Kohlenwasserstoff, ein Alkylester, ein Alkohol, eine organische Verbindung, Wasser oder dergleichen oder eine Mischung oder eine Kombination davon sein. Es sollte außerdem klar sein, dass ein oder mehrere Reagenzien im System verfügbar sein können und einzeln oder in Kombination verwendbar sind. Der Behälter 10 und das Zufuhrmodul 12 können ein integriertes Reagenzbehälter/Zufuhrmodul bilden. Außerdem werden als Teil des Systems 8 ein elektronischer Einspritzcontroller 14, eine Reagenzeinspritzeinrichtung 16 und ein Abgassystem 19 bereitgestellt. Das Abgassystem 19 weist eine Abgasrohrleitung 18 auf, über die mindestens einem Katalysatorbett 17 ein Abgasstrom zugeführt wird.
  • Das Zufuhrmodul 12 kann eine Pumpe 22 aufweisen, die das Reagenz vom Behälter 10 über eine Zufuhrleitung 9 zuführt. Der Reagenzbehälter 10 kann aus Polypropylen, epoxidbeschichtetem Kohlenstoffstahl, PVC oder aus rostfreiem Stahl bestehen und gemäß der Anwendung geeignet dimensioniert sein (z. B. gemäß der Fahrzeuggröße, der vorgesehenen Verwendung des Fahrzeugs und dergleichen). Es kann ein (nicht dargestellter) Druckregler bereitgestellt werden, um das System bei einem vorgegebenen Druck-Sollwert zu halten (z. B. bei relativ niedrigen Drücken von etwa 60–80 psi, oder in einigen Ausführungsformen bei einem Druck von etwa 60–150 psi), wobei der Druckregler in der Rückführleitung 35 von der Reagenzeinspritzeinrichtung 16 angeordnet sein kann. Ein Drucksensor kann in der zur Reagenzeinspritzeinrichtung 16 führenden Zufuhrleitung 9 angeordnet sein.
  • Die erforderliche Reagenzmenge kann mit der Last, mit der Motordrehzahl, der Motorgeschwindigkeit, der Abgastemperatur, dem Abgasdurchsatz, dem Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt, der gewünschten NOx-Reduktion, dem barometrischen Druck, der relativen Feuchtigkeit, der AGR-Rate und der Motorkühlmitteltemperatur variieren. Ein NOx-Sensor oder Messgerät 25 ist stromabwärts vom Katalysatorbett 17 angeordnet. Der NOx-Sensor 25 ist betretbar, um ein den Abgas-NOx-Anteil anzeigendes Signal an den Einspritzcontroller 14 auszugeben. Alle oder einige der Motorbetriebsparameter können dem elektronischen Reagenzeinspritzcontroller 14 von einer Motorsteuereinheit 27 über einen Motor/Fahrzeug-Datenbus zugeführt werden. Der elektronische Reagenzeinspritzcontroller 14 könnte auch Teil der Motorsteuereinheit 27 sein. Die Abgastemperatur, der Abgasdurchsatz und der Abgasrückdruck und andere Fahrzeugbetriebsparameter können durch jeweilige Sensoren gemessen werden.
  • Das Abgassystem 8 verwendet außerdem verschiedene Gefrierschutzstrategien zum Auftauen von gefrorenem Reagenz oder zum Verhindern des Gefrierens des Reagenz. Beispielsweise können die Zufuhrleitung 9 und die Rückführleitung 35 erwärmt werden, um zu gewährleisten, dass das Reagenz nicht in den Leitungen gefriert. Es kommt in Betracht, die Leitungen unter Verwendung einer elektrisch betriebenen Ummantelung zu erwärmen, die die Zufuhrleitung 9 und die Rückführleitung 35 umschließt und sich entlang deren Länge erstreckt.
  • 2 zeigt ein durch das Bezugszeichen 40 bezeichnetes anderes Gefrierschutzteilsystem. Insbesondere kann das Teilsystem 40 als ein Reagenzbehälternormalisierungssystem bezeichnet werden. Das Normalisierungssystem 40 dient dazu, zu gewährleisten, dass die Kommunikation zwischen einem Volumen des flüssigen Reagenz und einem Einlass 42 der Zufuhrleitung 9 aufrechterhalten wird. So lange ein Vorrat von flüssigem Reagenz mit dem Einlass 42 in Kommunikation bleibt, kann die Pumpe 22 ohne Kavitation geeignet arbeiten. Wenn das flüssige Reagenz vom Behälter 10 abgepumpt würde, bevor das restliche gefrorene Reagenz geschmolzen ist, kann der Einlass 42 mit einer Luftblase in Kommunikation stehen. Dann kann die Pumpe 22 kavitieren, so dass möglicherweise kein Reagenz wie gewünscht in das Abgas eingespritzt wird.
  • Das Normalisierungssystem 40 weist ein Austauschrohr 46 mit einem mit der Rückführleitung 35 in Fluidkommunikation stehenden ersten Ende 48 und einem innerhalb des Behälters 10 angeordneten zweiten freien Ende 50 auf. Das Austauschrohr 46 ist bezüglich des Bodens im Wesentlichen vertikal ausgerichtet und erstreckt sich durch eine obere Fläche 52 des Behälters 10 über eine Strecke, die größer ist als die halbe Strecke in den Behälter. Das zweite Ende 50 ist von einer unteren oder Bodenfläche 54 des Behälters 10 beabstandet. Das Austauschrohr 46 weist außerdem ein Ablaufrohr 60 mit einem mit einem Innenvolumen des Austauschrohrs 46 kommunizierenden ersten Ende 62 und mit einem zweiten offenen Ende 64 auf. Das Austauschrohr 46 weist mehrere sich in Querrichtung erstreckende Öffnungen 72 auf, die axial voneinander beabstandet sind. Die Öffnungen 72 ermöglichen eine Fluidkommunikation zwischen Volumina im Inneren und außerhalb des Austauschrohrs 46.
  • Bei einem Betrieb bei kaltem Wetter kann das Reagenz gefrieren und einen festen Zustand annehmen. Gefrorenes Reagenz ist in 2 durch das Bezugszeichen 66 bezeichnet. Eine erste Dampfkuppel 68 bildet sich über einer Oberfläche 70 des Reagenz 66. Wenn der Reagenzbehälter 10 ”gefüllt” ist, nimmt die erste Dampfkuppel 68 etwa 11% des Volumens des Behälters 10 ein. Die erste Dampfkuppel 68 nimmt die Erhöhung des Reagenzvolumens auf, wenn das flüssige Reagenz zu einem Feststoff gefriert. Außerdem ist das Ablaufrohr 60 innerhalb der ersten Dampfkuppel 68 über dem Reagenzpegel angeordnet, um zu gewährleisten, dass das Ablaufrohr 60 durch gefrorenes Reagenz nicht blockiert wird.
  • Ein Heizelement 76 ist in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem im Behälter 10 aufgenommenen Reagenz angeordnet. Das Heizelement 76 kann innerhalb des Behälters 10 in der Nähe der Bodenfläche 54 angeordnet sein, wie in 2 dargestellt ist. Alternativ kann das Heizelement 76 mit der Pumpe 22 kombiniert sein, um das Zufuhrmodul 12 zu definieren. Das Zufuhrmodul kann vom Behälter 10 beabstandet oder integral damit ausgebildet sein.
  • Dem Heizelement 76 kann elektrische Energie zugeführt werden, um das gefrorene Reagenz zu schmelzen. Wenn dem Reagenz Energie zugeführt wird, bildet sich in der Nähe des Heizelements 76 ein Volumen 80 von flüssigem Reagenz. Die Pumpe 22 kann flüssiges Reagenz 80 durch den Einlass 42 ansaugen und der Zufuhrleitung 9 und der Einspritzeinrichtung 16 unter Druck stehendes Reagenz zuführen. Während eines typischen Betriebs werden nur ein bis zwei Prozent des gepumpten Reagenz über die Einspritzeinrichtung 16 in den Abgasstrom eingespritzt. Die übrigen etwa 98 Prozent des flüssigen Reagenz werden über die Rückführleitung 35 zurückgeführt.
  • Die Temperatur des Reagenz kann aufgrund des Energieinhalts des Abgases etwas erhöht werden, wenn es die Einspritzeinrichtung 16 durchläuft. Die Temperatur des Reagenz bleibt anschließend im Wesentlichen konstant, weil die Zufuhrleitung 9 und die Rückführleitung 35 erwärmt werden, wie vorstehend beschrieben wurde. Unter Druck stehendes Reagenz tritt in das erste Ende 48 des Austauschrohrs ein und beginnt in den Behälter 10 zu fließen. Wenn eine wesentliche Menge von gefrorenem Reagenz 66 vorhanden ist, wird das über die Rückführleitung 35 fließende erwärmte und unter Druck stehende flüssige Reagenz durch das Ablaufrohr 60 fließen und am zweiten offenen Ende 64 austreten. Das Ablaufrohr 60 und das zweite offene Ende 64 sind derart ausgerichtet, dass ein Strom von flüssigem Reagenz zur Oberfläche 70 in der Nähe einer Außenfläche des Austauschrohrs 46 gelenkt wird. Die Strömung des erwärmten Reagenz wird beginnen das gefrorene Reagenz 66 zu schmelzen. Gleichzeitig wirkt erwärmtes und unter Druck stehendes Reagenz auf die gefrorene Reagenzsäule innerhalb des Austauschrohrs 46 ein. Innerhalb einer relativ kurzen Zeitdauer wird zwischen dem flüssigen Reagenzvolumen 80 und dem über die Rückführleitung 35 zurückfließenden flüssigen Reagenz ein Fluidkommunikationspfad hergestellt. Wenn die Säule des gefrorenen Reagenz im Inneren des Austauschrohrs 46 schmilzt, werden Öffnungen 72 in Fluidkommunikation mit dem über die Rückführleitung 35 zugeführten flüssigen Reagenz angeordnet. Flüssiges Reagenz wird durch die Öffnungen 72 fließen und das Schmelzen von gefrorenem Reagenz 66 in der Nähe einer Außenfläche des Austauschrohrs 46 weiter beschleunigen.
  • Während des Pumpbetriebs kann sich über einer Oberfläche 84 des flüssigen Reagenz 80 eine zweite Dampfkuppel 82 bilden. Die Öffnungen 72 und das Ablaufrohr 60 ermöglichen eine Kommunikation zwischen der ersten Dampfkuppel 68 und der zweiten Dampfkuppel 82, um den Druck dazwischen auszugleichen. Ein Überdruckventil 88 ermöglicht eine Kommunikation zwischen der ersten Dampfkuppel 68 und der Atmosphäre. Dadurch wird die Erzeugung eines Unterdrucks innerhalb der zweiten Dampfkuppel 82 vermieden.
  • Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich zur Erläuterung und Darstellung. Sie soll weder als vollständig noch im einschränkenden Sinn verstanden werden. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern, wo möglich, austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht spezifisch dargestellt oder beschrieben ist. Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich.

Claims (18)

  1. Reagenzeinspritzsystem zum Reduzieren von Emissionen von einem Verbrennungsmotor, wobei das System aufweist: einen Reagenzbehälter; ein in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem im Reagenzbehälter gespeicherten Reagenz innerhalb des Behälters angeordnetes Heizelement; und ein Austauschrohr mit einem ersten Ende, das dazu geeignet ist, ein zurückgeführtes flüssiges Reagenz zu empfangen, und mit einem im Behälter angeordneten zweiten offenen Ende, wobei das Austauschrohr ein zwischen dem ersten und dem zweiten Ende vom Austauschrohr abzweigendes Ablaufrohr aufweist, wobei ein distales Ende des Ablaufrohrs innerhalb einer Dampfkuppel über einer Oberfläche des Reagenz angeordnet ist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das Austauschrohr mehrere sich in Querrichtung erstreckende Öffnungen aufweist.
  3. System nach Anspruch 2, wobei das zweite Ende des Austauschrohrs in der Nähe des Heizelements angeordnet ist.
  4. System nach Anspruch 3, wobei das distale Ende des Ablaufrohrs derart angeordnet ist, dass ein Strom des zurückgeführten flüssigen Reagenz zu einem gefrorenen Abschnitt des Reagenz hin gelenkt wird.
  5. System nach Anspruch 4, wobei das Austauschrohr mehrere sich durch den Behälter erstreckende Kanäle bereitstellt, um den Druck zwischen voneinander beabstandeten Bereichen im Behälter auszugleichen.
  6. System nach Anspruch 1, wobei das Heizelement in der Nähe des Bodens des Behälters angeordnet ist.
  7. System nach Anspruch 1, ferner mit einer Pumpe zum Pumpen von flüssigem Reagenz durch eine mit dem Behälter in Fluidkommunikation stehende Zufuhrleitung.
  8. System nach Anspruch 7, ferner mit einer Rückführleitung zum Zuführen des gepumpten und zurückgeführten Reagenz, das nicht in das Motorabgas eingespritzt worden ist, zum ersten Ende des Austauschrohrs.
  9. System nach Anspruch 8, ferner mit einer an der Verbindungsstelle zwischen der Zufuhrleitung und der Rückführleitung angeordneten Einspritzeinrichtung, wobei die Einspritzeinrichtung ein Reagenz in das Motorabgas einspritzt.
  10. System nach Anspruch 1, wobei die Zufuhrleitung einen in der Nähe eines Bodens des Behälters angeordneten Einlass aufweist.
  11. System nach Anspruch 10, wobei das Heizelement zwischen dem zweiten Ende des Austauschrohrs und dem Einlass innerhalb des Behälters angeordnet ist.
  12. Reagenzeinspritzsystem zum Reduzieren von Emissionen von einem Verbrennungsmotor, wobei das System aufweist: eine Einspritzeinrichtung; einen Reagenzbehälter; eine Pumpe zum Pumpen von flüssigem Reagenz vom Behälter; eine die Pumpe und die Einspritzeinrichtung verbindende Zufuhrleitung; eine Rückführleitung zum Zurückführen des Reagenz von der Einspritzeinrichtung zum Behälter; ein in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem im Behälter gespeicherten Reagenz angeordnetes Heizelement; und ein Austauschrohr mit einem mit der Rückführleitung kommunizierenden ersten Ende, das dazu geeignet ist, das zurückgeführte flüssige Reagenz zu empfangen, und einem im Behälter angeordneten zweiten offenen Ende, wobei das Austauschrohr ein zwischen dem ersten und dem zweiten Ende vom Austauschrohr abzweigendes Ablaufrohr aufweist, wobei ein distales Ende des Ablaufrohrs innerhalb einer Dampfkuppel über einer Oberfläche des Reagenz angeordnet ist.
  13. System nach Anspruch 12, wobei das Austauschrohr mehrere axial beabstandete und sich in Querrichtung erstreckende Öffnungen aufweist.
  14. System nach Anspruch 12, wobei das zweite Ende des Austauschrohrs in der Nähe des Heizelements angeordnet ist.
  15. System nach Anspruch 12, wobei das distale Ende des Ablaufrohrs derart angeordnet ist, dass ein Strom des zurückgeführten flüssigen Reagenz zu einer Außenfläche des Austauschrohrs hin gelenkt wird.
  16. System nach Anspruch 12, wobei das Austauschrohr mehrere sich durch den Behälter erstreckende Kanäle bereitstellt, um den Druck zwischen voneinander beabstandeten Bereichen im Behälter auszugleichen.
  17. System nach Anspruch 12, wobei die Zufuhrleitung einen in der Nähe eines Bodens des Behälters angeordneten Einlass aufweist.
  18. System nach Anspruch 17, wobei das Heizelement zwischen dem zweiten Ende des Austauschrohrs und dem Einlass innerhalb des Behälters angeordnet ist.
DE112011104219.1T 2010-12-07 2011-12-07 Reagenzbehälternormalisierungssystem Active DE112011104219B4 (de)

Applications Claiming Priority (5)

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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8689544B2 (en) * 2011-07-15 2014-04-08 GM Global Technology Operations LLC Emission control system for a vehicle
KR101509950B1 (ko) * 2013-10-24 2015-04-07 현대자동차주식회사 차량용 요소수장치
US10180096B2 (en) * 2014-06-11 2019-01-15 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Fluid delivery system with line pressure control valve
JP6062906B2 (ja) * 2014-10-23 2017-01-18 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
CN105673154B (zh) 2014-11-21 2019-11-08 天纳克(苏州)排放***有限公司 共轨、该共轨的应用、尿素喷射***及其控制方法
EP3228839B1 (de) 2014-11-21 2019-09-25 Tenneco (Suzhou) Emission System Co.,Ltd. Common-rail-anordnung, harnstoffeinspritzsystem und anwendung davon
US10513960B2 (en) 2014-12-25 2019-12-24 Volvo Truck Corporation Exhaust purification device for engine
JP6373291B2 (ja) * 2016-03-02 2018-08-15 日立建機株式会社 建設機械
CN109268111B (zh) * 2018-09-05 2022-02-18 天纳克(苏州)排放***有限公司 防止后处理***中尿素泵发生气蚀的方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6063350A (en) 1997-04-02 2000-05-16 Clean Diesel Technologies, Inc. Reducing nox emissions from an engine by temperature-controlled urea injection for selective catalytic reduction
US5976475A (en) * 1997-04-02 1999-11-02 Clean Diesel Technologies, Inc. Reducing NOx emissions from an engine by temperature-controlled urea injection for selective catalytic reduction
US5968464A (en) 1997-05-12 1999-10-19 Clean Diesel Technologies, Inc. Urea pyrolysis chamber and process for reducing lean-burn engine NOx emissions by selective catalytic reduction
DE19806265C5 (de) * 1998-02-16 2004-07-22 Siemens Ag Dosiersystem
JP2004100684A (ja) * 2002-07-15 2004-04-02 Toyota Industries Corp モータ駆動回路及び電動コンプレッサ
US6810661B2 (en) * 2002-08-09 2004-11-02 Ford Global Technologies, Llc Method and system for freeze protecting liquid NOx reductants for vehicle application
US6941746B2 (en) 2002-11-21 2005-09-13 Combustion Components Associates, Inc. Mobile diesel selective catalytic reduction systems and methods
US8047452B2 (en) 2004-04-26 2011-11-01 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Method and apparatus for injecting atomized fluids
JP2006250117A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Nissan Diesel Motor Co Ltd 排気浄化システムの還元剤噴射状況判定装置
WO2006131201A2 (de) * 2005-06-04 2006-12-14 Eichenauer Heizelemente Gmbh & Co.Kg Harnstoffversorgungssystem für einen abgasreinigungskatalysator und hierfür geeigneter heizeinsatz
DE102006046899A1 (de) * 2006-10-04 2008-04-10 Robert Bosch Gmbh Tank zur Bevorratung eines Reduktionsmittels
JP2009002261A (ja) * 2007-06-22 2009-01-08 Toyota Motor Corp 尿素水供給装置及び排気ガス浄化装置
DE102007044403B4 (de) * 2007-09-18 2011-04-28 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung zum Einbringen einer Reduktionsmittelflüssigkeit in ein Abgas einer Verbrennungsanlage
DE102008005196A1 (de) * 2008-01-18 2009-07-23 Dbk David + Baader Gmbh Tankentnahmesystem mit elektrischer und fluidischer Heizvorrichtung
JP4658267B2 (ja) * 2008-05-26 2011-03-23 株式会社日本自動車部品総合研究所 内燃機関の排気浄化装置
US8511067B2 (en) * 2008-09-30 2013-08-20 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas aftertreatment system
US8234854B2 (en) * 2008-10-22 2012-08-07 Caterpillar Inc. System and method for heating a reducing agent associated with a reducing agent distribution system
JP4978635B2 (ja) * 2009-02-12 2012-07-18 株式会社デンソー 排気浄化システムの制御装置
US20130000743A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-03 Ti Group Automotive Systems, L.L.C. Scr fluid distribution and circulation system

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