DE60300757T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Schutz des Einfrierens eines flüssigen NOx-Reduziermittels für Fahrzeuge - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Schutz des Einfrierens eines flüssigen NOx-Reduziermittels für Fahrzeuge Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft. ein Verfahren und System für den Frostschutz flüssiger NOx-Reduktionsmittel, und spezieller ein Verfahren und System für den Frostschutz von in Fahrzeuganwendungen benutzten, flüssigen NOx-Reduktionsmitteln.
  • Dieselmotoren sind hinsichtlich der Kraftstoffersparnis typischerweise effizienter als Benzinmotoren und stoßen weniger Treibhausgase aus. Im Vergleich zu mit Drei-Wege-Katalysatoren ausgerüsteten Benzinmotoren, erzeugen Dieselmotoren typischerweise jedoch höhere Konzentrationen von Stickoxiden (NOx). Zukünftige Verschmutzungs-Kontrollbestimmungen können es erforderlich machen die von Dieselmotoren erzeugte Menge an NOx und Partikelemissionen zu verringern.
  • Ein Verfahren, das eingesetzt wurde um NOx aus Dieselabgas zu entfernen, verwendet selektive katalytische Reduktion (SCR, Selective Catalytic Reduction; selektive katalytische Reduktion) von NOx mit einem flüssigen, Stickstoff enthaltenden Reduktionsmittel, wie etwa wäßrigem Harnstoff. NOx und das flüssige Reduktionsmittel werden mit einem selektiven Katalysator in Kontakt gebracht und katalytisch in umweltfreundlichen Stickstoff und Wasser umgewandelt. Wird ein flüssiges Reduktionsmittel benutzt, so wird das flüssige Reduktionsmittel typischerweise vor einem Katalysator direkt in den Abgaskanal eingespritzt, um Reduktion von NOx an der Oberfläche des Katalysators oder in dem Katalysator selbst zu bewirken.
  • Ein bedeutender Nachteil flüssiger Reduktionsmittel ist es, daß Einfrieren des Reduktionsmittel auftreten kann. Die Gefriertemperatur variiert relativ zur Zusammensetzung und Konzentration des gelösten Reduktionsmittels. Zum Beispiel frieren Lösungen, die einen Harnstoffgehalt von ungefähr 32,5% in Wasser aufweisen (Eutektikum), typischerweise bei ungefähr 12°F (–11°C). Wie leicht zu erwarten ist, stellt das Einfrieren flüssiger Reduktionsmittel besonders für den Gebrauch von Dieselfahrzeugen in kaltem Klima ein Problem dar, wenn ein flüssiges Reduktionsmittel eingesetzt wird, um dabei zu helfen die Emissionsstandards für NOx zu erfüllen. Auch die Ausdehnung des flüssigen Reduktionsmittels auf Grund des Gefrierens kann Schäden an den Systemkomponenten verursachen.
  • Ein Ansatz, das Problem der Lieferung von flüssigem Reduktionsmittel von einer gefrorenen Reduktionsmittel-Quelle anzusprechen, benutzt Wärme um das flüssige Reduktionsmittel über seinen Gefrierpunkt zu erwärmen. Es wurden Aufwärmverfahren entwickelt, die zusätzliche Energiequellen verwenden um ein Heizgerät zu betreiben, wie etwa Dieselkraftstoff; oder elektrische Zusatzwärme, um das flüssige Reduktionsmittel bei Bedingungen kalten Wetters zu erwärmen. Die Nutzung von Zusatzenergie, um das flüssige Reduktionsmittel zu erwärmen, ist nachteilig, weil die Erfordernis von Zusatzenergie in ineffizienter Verwendung von Energie und gesenkter Kraftstoffersparnis resultieren kann. Zusatzheizung durch Kraftstoffquellen ist weiterhin nachteilig, weil dies ein zweites Kraftstoffeinspritzungs-System erfordert und dadurch Kosten und Emissionen erhöht. Ein anderer Nachteil ist der, daß flüssiges Reduktionsmittel zu weit aufgeheizt werden könnte, was bewirkt daß das flüssige Reduktionsmittel verdunstet und damit ineffektiv wird.
  • Es wäre wünschenswert ein System zu besitzen, das flüssige Reduktionsmittel einsetzen kann, um unter Bedingungen kalter Klimata NOx-Emissionen zu senken, ohne zumindest einige der oben erwähnten Nachteile zu erfahren.
  • Die deutsche Patentschrift DE 201 19 513 offenbart ein System, in welchem in einem von dem Kraftstofftank getrennten Tank aufbewahrtes Reduktionsmittel stromaufwärts eines Katalysators in das Abgas eingespritzt wird. Auf seinem Weg zu der Einspritzung wird das Reduktionsmittel dazu gebracht in Wärme leitender Beziehung mit überschüssigem Kraftstoff zu verlaufen, der von dem Kraftstoff-Einspritzsystem zu dem Kraftstofftank zurückströmt. Das Reduktionsmittel und zurückströmender Kraftstoff sind nebeneinander in getrennten Rohren angeordnet.
  • Die deutsche Patentschrift DE 197 20 003 offenbart eine Anordnung, in welcher das Reduktionsmittel in großer Nähe zu oder innerhalb des Kraftstofftanks gelagert wird, um das Risiko eines Einfrierens des Reduktionsmittels zu verringern.
  • Das in dem ersten dieser Schriften offenbarte System leidet unter dem Nachteil, daß ein Großteil der Außenfläche der Reduktionsmittel-Versorgungsleitung noch immer den Elementen ausgesetzt ist; was es weiterhin nötig macht andere Maßnahmen zu ergreifen, um das Risiko des Einfrierens zu minimieren. In dem zweiten System müssen nicht nur der Reduktionsmitteltank und der Kraftstofftank speziell modifiziert werden, um das Reduktionsmittel aufzunehmen; es wird auch keine Maßnahme offenbart um das Einfrieren des Reduktionsmittel in der Versorgungsleitung von dem Reduktionsmitteltank zu der Einspritzung zu verhindern.
  • Es ist ein Gegenstand dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren und System für ein Motorfahrzeug bereitzustellen, welches zumindest einige der mit der bisherigen Technik in Zusammenhang stehenden Probleme überwindet.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt es ein Verfahren, ein Abgas-Reinigungssystem zu betreiben, erwärmten Kraftstoff von einem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem zu einer Reduktionsmittel-Quelle zu lenken, gefrorenes Reduktionsmittel innerhalb der Reduktionsmittel-Quelle mit von dem erwärmten Kraftstoff übertragener thermischer Energie zu erwärmen, und das Reduktionsmittel zur Reinigung der durch den Abgaskanal strömenden Abgase stromaufwärts eines Katalysators zu einem Abgaskanal zu liefern; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, das Reduktionsmittel durch eine innerhalb einer Kraftstoff-Rückführungsleitung von dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem zu einem Kraftstofftank angeordnete Versorgungsleitung von der Reduktionsmittel-Quelle zu dem Abgasrohr zu transportieren; und durch Verdichtung dieses Kraftstoffes auf diesen hohen Druck in dem Kraftstoff erzeugte Wärme auf dieses Reduktionsmittel zu übertragen.
  • Das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem kann ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem sein.
  • Ein zur Lieferung von Reduktionsmittel zu der Reduktionsmittel-Quelle benutzter Reduktionsmittel-Tank ist in einem Fahrzeug bevorzugt in einer Lage angeordnet, die während des Fahrzeugbetriebs erzeugter Wärme ausgesetzt werden und vor direktem Kontakt gegen Außentemperaturen geschützt werden kann.
  • Bevorzugt ist der Reduktionsmitteltank innerhalb eines Kraftstofftanks angeordnet. Das Reduktionsmittel kann eine wäßrige Harnstofflösung sein.
  • Jene das Reduktionsmittel enthaltenden Bauteile können aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Reduktionsmittels, um Schaden an den Systembauteilen zu verhindern, wenn das Reduktionsmittel gefriert.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein System zum Betrieb eines Abgas-Reinigungssystems eines Motorfahrzeugs bereit, das eine Kraftstoffquelle, ein an die Kraftstoffquelle angeschlossenes Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem und ein Abgasrohr aufweist, um Abgas aus dem Fahrzeug auszustoßen; eine erste Quelle flüssigen Reduktionsmittels; eine zwischen der ersten Quelle flüssigen Reduktionsmittels und dem Abgasrohr angeordnete zweite Quelle flüssigen Reduktionsmittels; eine erste, die Kraftstoffquelle fluidisch mit dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem verbindende Leitung; eine zweite, Rückführungskraftstoff von dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem fluidisch mit der Kraftstoffquelle verbindende Leitung; eine dritte, die erste Quelle flüssigen Reduktionsmittels fluidisch mit dem Abgasrohr verbindende Leitung; eine erste Hochdruck-Kraftstoffpumpe, um Kraftstoff von der Kraftstoffquelle durch das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem an der zweiten Quelle flüssigen Reduktionsmittels vorbei zu der Kraftstoffquelle zurück zu liefern; wobei Verdichtung des Kraftstoffs in dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem den Kraftstoff erwärmt, und eine zweite Pumpe bereitgestellt wird um flüssiges Reduktionsmittel von der zweiten Quelle flüssigen Reduktionsmittels zu dem Abgasrohr zu liefern; dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Quelle flüssigen Reduktionsmittels eine innerhalb dieser zweiten Leitung enthaltene Leitung ist, wodurch in dem zu der Kraftstoffquelle zurückkehrenden Kraftstoff enthaltene und als Ergebnis der Verdichtung durch diese erste Pumpe erzeugte Wärme innerhalb der zweiten Leitung auf dieses Reduktionsmittel übertragen wird.
  • Die Kraftstoffquelle kann ein Kraftstofftank sein, und ein die Quelle flüssigen Reduktionsmittels enthaltender Reduktionsmitteltank kann innerhalb des Kraftstofftanks angeordnet sein.
  • Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden, in der:
  • 1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
  • Unter Bezug auf 1 ist nun die allgemeine Anordnung eines Kraftstoff- und Flüssigreduktionsmittel-Liefersystems 10 einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Während System 10 der vorliegenden Erfindung mit jedem Motor benutzt werden kann, der in der Lage ist NOx zu erzeugen, wird die vorliegende Erfindung besonders auf Verbrennungsmotoren mit Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystemen angewandt.
  • Wie in 1 gezeigt umfaßt das System 10 einen Dieselkraftstofftank 12, der Dieselkraftstoff 14 enthält. In der veranschaulichten Ausführungsform ist ein Reduktionsmitteltank 16, welcher flüssiges Reduktionsmittel 20 enthält, innerhalb des Dieselkraftstofftanks 12 positioniert. Bei Motorstart reicht die Temperatur des Dieselkraftstoffs 14 von Umgebungstemperatur bis zur Betriebstemperatur von Kraftstofftank 12, abhängig von der Zeitdauer, die der Motor außer Betrieb war.
  • Umgebungstemperatur liegt typischerweise zwischen ungefähr –30°C und ungefähr 40°C, und die Betriebstemperatur von Dieselkraftstofftank 14 liegt typischerweise zwischen Umgebungstemperatur und ungefähr 60°C.
  • Den Reduktionsmitteltank 16 innerhalb des Dieselkraftstofftanks 12 bereitzustellen sorgt für zusätzliche, natürliche Isolation des Reduktionsmittels in dem Reduktionsmitteltank 16, durch den Dieseltank 12 selbst und außerdem durch den Dieselkraftstoff 14 innerhalb des Tanks 12.
  • Während die Platzierung des Reduktionsmitteltanks 16 innerhalb des Dieselkraftstofftanks 12 eine bevorzugte Lage für den Reduktionsmitteltank 16 ist, können für den Reduktionsmitteltank 16 auch alternative Lagen innerhalb eines Fahrzeugs benutzt werden; wie etwa jedoch nicht beschränkt hierauf – Lagen, die während des Fahrzeugbetriebs Wärme ausgesetzt werden können, oder Lagen die ein relativ hohes Maß an Schutz vor direktem Kontakt mit der äußeren Umgebung bieten. Beispiele alternativer, geschützter Lagen können im Motorraum ebenso wie im Fahrgastraum gefunden werden, vorausgesetzt die Temperatur in diesen Lagen bleibt bei – und stärker bevorzugt unterhalb – der Zersetzungs- oder Siedetemperatur des flüssigen Reduktionsmittels.
  • Das System 10 schließt weiterhin ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem 22 und eine Dieselkraftstoff-Versorgungsleitung 24 ein, die sich zwischen dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem 22 und dem Dieselkraftstofftank 12 erstreckt und sie fluidisch verbindet. Ein Schaltventil 28 mit einem Temperaturschalter 30 ist zwischen dem Dieselkraftstofftank 12 und dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem 22 angeordnet.
  • Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 32 ist vorzugsweise zwischen dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem 22 und dem Dieselkraftstofftank 12 angeordnet. Ein bevorzugtes Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem 22 ist ein Common-Rail-Einspritzsystem, aber das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem 22 kann jedes den Fachleuten bekannte Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem sein. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 32 pumpt den Dieselkraftstoff 14 durch das System 10.
  • Eine Einspritzungs-Rückführungsleitung 50 ist zwischen dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem 22 und einer Kraftstoffeinspritzsystem-Rückführungsleitung 142 angeordnet.
  • Unter Betriebsbedingungen wird Dieselkraftstoff 14 durch Betrieb der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 32 von dem Dieseltank 12 durch die Dieselkraftstoff-Versorgungsleitung 24 hindurch an dem Schaltventil 28 vorbei und in das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem 22 hinein geliefert. Erwärmung von Dieselkraftstoff 14 tritt aufgrund der Verdichtung des Dieselkraftstoffs 14 durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 32 auf. Die Temperatur des Dieselkraftstoffs 14 bleibt unterhalb der Siedetemperatur des Dieselkraftstoffs 14, d. h. typischerweise unterhalb 70°C. Die typische maximale Betriebstemperatur des Hochruck-Kraftstoffeinspritzsystems 22 beträgt ungefähr 60°C. Der Dieselkraftstoff 14 beginnt – abhängig von der Durchflußrate des Dieselkraftstoffs 14 – innerhalb von ein paar Sekunden nach dem Fahrzeugstart zu erwärmen.
  • Diese Erfindung setzt durch die Verdichtung des Dieselkraftstoffs 14 erzeugte, bestehende Wärme ein, um Wärme zu dem Reduktionsmittel 20 zu liefern. Die Einspritzungs-Rückführungsleitung 50 führt Kraftstoff von den Einspritzungen zu der Kraftstoffeinspritzsystem-Rückführungsleitung 142 im Kreis.
  • Der Wärmeaustausch erwärmt das Reduktionsmittel 20 relativ schnell unter Verwendung bestehender thermischer Energie aus dem verdichteten Dieselkraftstoff 14, ohne zu bewirken daß das Reduktionsmittel 20 übermäßige Temperaturen erreicht, welche Reduktionsmittel 20 verdampfen oder zersetzen würden. Ist das Reduktionsmittel 20 eine Lösung auf Wasserbasis, so ist die höchste zulässige Temperatur für die Lösung die Zersetzungs- oder Hydrolysetemperatur. Vorzugsweise bringt die Erwärmung des Reduktionsmittels 20 mit Dieselkraftstoff 14 das Reduktionsmittel 20 nicht dazu, seine Zersetzungs- oder Hydrolysetemperatur zu überschreiten, weil die Temperatur des verdichteten Kraftstoffs unterhalb 90°C bleibt.
  • Das erwärmte Reduktionsmittel 20 wird durch die Reduktionsmittel-Versorgungsleitung 152 zu der Einspritzvorrichtung 60 geliefert. Das flüssige Reduktionsmittel 20 wird durch die Einspritzvorrichtung 60 vor einer Katalysator-Reduktionseinheit (nicht gezeigt) direkt in das Abgasrohr 56 eingespritzt. Die Einspritzvorrichtung 60 kann jede geeignete Vorrichtung sein, die in der Lage ist den Durchfluß des Reduktionsmittels 20 von der Reduktionsmittel-Abgabeleitung in das Abgasrohr 56 hinein zu regeln. Das Abgas 62 passiert durch das Abgasrohr 56 zu einer Katalysator-Reduktionseinheit (nicht gezeigt), wo das Reduktionsmittel 20 das NOx auf der Oberfläche des Katalysators reduziert, um umweltfreundlichen Stickstoff und Wasser zu bilden.
  • Zur Erwärmung des Reduktionsmittels 20 benutzter Dieselkraftstoff 14 fährt fort – ungefähr bei Umgebungsbedingung und oberhalb des Trübungspunktes des Kraftstoffs und unterhalb der Siedetemperatur- durch die Dieselkraftstoff-Rückführungsleitung 144 zu dem Dieselkraftstofftank 12 zu zirkulieren; und/oder der Dieselkraftstoff 14 zirkuliert durch Betrieb der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 32 durch die Dieselkraftstoff-Rückführungsleitung 146 zu dem Schaltventil 28 zurück zu dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem 22. Das Rückschlagventil 48 stellt einen Widerstand bereit, um dabei zu helfen den Durchfluß an Dieselkraftstoff 14 zu dem Schaltventil gezielt zu regeln, wenn die Temperatur des Dieselkraftstoffs – wie durch den Temperaturschalter 30 bestimmt – niedrig ist, und um den Durchfluß an Dieselkraftstoff zu dem Dieselkraftstofftank 12 zu regeln, wenn die Temperatur des Dieselkraftstoffs ausreichend hoch ist. Der Schaltpunkt kann für diese Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise bei ungefähr 0°C–50°C eingestellt sein.
  • Die Kraftstoffeinspritzsystem-Rückführungsleitung 142 ist außerdem durch Dieselkraftstoff-Rückführungsleitung 146 fluidisch mit dem Schaltventil 28 verbunden.
  • Ein Abschnitt 144 der Reduktionsnttel-Versorgungsleitung 152 ist innerhalb der Rückführungsleitung 142 des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystems positioniert und bildet einen zweiten Behälter für das Reduktionsmittel. Eine Reduktionsmittelpumpe 164 innerhalb der Reduktionsmittel-Versorgungsleitung 152 pumpt das flüssige Reduktionsmittel 20 durch die Reduktionsmittel-Versorgungsleitung 152 zu der Einspritzvorrichtung 60. Die Einspritzvorrichtung 60 ist am Ende der Reduktionsmittel-Abgabeleitung angeordnet, um flüssiges Reduktionsmittel 20 in das Abgasrohr 56 zu lenken.
  • Unter Betriebsbedingungen für das System 110 wird die thermische Energie von dem erwärmten, zurückfließenden Dieselkraftstoff 12 auf die Reduktionsmittelleitung 152 und das darin enthaltene Reduktionsmittel übertragen, um gefrorenes Reduktionsmittel 20 relativ schnell zu verflüssigen, wenn die Temperatur des Reduktionsmittels 20 unter seinen jeweiligen Gefrierpunkt fällt; und um eine Versorgung mit flüssigem Reduktionsmittel 20 für die Abgasreduzierung beizubehalten. Das System 110 stellt eine große Kontaktoberfläche zwischen der aufgewärmten Rückführungs-Dieselkraftstoff 12 enthaltenden Kraftstoffeinspritzungs-Rückführungsleitung 142 und der Reduktionsmittel-Versorgungsleitung 152 bereit, was in relativ schneller Verflüssigung von gefrorenem Reduktionsmittel für eine schnellere Einbringung des flüssigen Reduktionsmittels in das Abgas resultiert. Das System 110 stellt durch zusätzliche Isolierung vor Umgebungstemperaturen außerdem einen größeren Schutz gegen das Einfrieren flüssigen Reduktionsmittels bereit.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das flüssige NOx-Reduktionsmittel eine wäßrige Lösung von Harnstoff. Wäßrige Harnstofflösungen und daraus gebildete Hydrolyseprodukte können als eine Ammoniakquelle benutzt werden, um Reduktion des NOx zu bewirken. Wäßrige Lösungen von Harnstoff können bis zur Löslichkeitsgrenze des Harnstoffs eingesetzt werden. Typischerweise wird die Harnstofflösung basierend auf dem Gewicht der Lösung von ungefähr 2 bis ungefähr 65% Reagens enthalten; stärker bevorzugt von ungefähr 5% bis ungefähr 45% Harnstoff nach Gewicht. Am stärksten bevorzugt liegt die Konzentration für den mobilen Einsatz bei ungefähr 32,5% Harnstoff nach Gewicht, was den niedrigsten Gefrierpunkt ohne Niederschlag von Harnstoff zeigt.
  • Während wäßrige Harnstofflösungen und die daraus gebildeten Hydrolyseprodukte für die NOx- Reduktion bevorzugt sind, können alternative kommerzielle Lösungen aus Hydrolyseprodukten und Kombinationen daraus benutzt werden, um ein flüssiges Reduktionsmittel zu liefern, um Reduktion von NOx auf der Oberfläche des Katalysators zu bewirken. Kommerzielle Lösungen flüssiger Reduktionsmittel schließen – ohne darauf beschränkt zu sein – Lösungen ein die enthalten: Ammoniumcarbonat, Ammoniumcyanat, Ammoniumsalze organischer Säuren, einschließlich Ameisen- und Essigsäure, und Cyanursäure.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung, in welcher das flüssige Reduktionsmittel aufgrund extrem langer Exposition gegen extrem kalte Bedingungen möglicherweise gefrieren kann, können elastische Materialien mit Ausdehnungskoeffizienten höher als jenem des flüssigen Reduktionsmittels benutzt werden, um bestimmte Bauteile des Systems 110 zu bilden, wie etwa die Reduktionsmittel-Versorgungsleitung 152, um einem Schaden der Reduktionsmittel enthaltenden Komponenten durch Platzen vorzubeugen. Reduktionsmittel enthaltende Bauteile schließen den Reduktionsmitteltank 16, die Reduktionsmittel-Versorgungsleitung 152, die Reduktionsmittel-Abgabeleitung und die Einspritzvorrichtung 60 ein, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Das Ausdehnungsverhalten wäßriger Harnstofflösungen ist ähnlich zum Verhalten von Wasser. Der thermische Ausdehnungskoeffizient für Eis beträgt ungefähr 50 × 10–6/K. Geeignete elastische Materialien schließen jegliche organischen, anorganischen und metallischen Materialien oder Mischungen oder Kombinationen dieser ein, welche geeignet sind um das vorgeschriebene Ziel zu erreichen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Speziell bevorzugt sind Polymermaterialien, die einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen als jenen der wäßrigen Harnstofflösung, und die außerdem chemisch verträglich mit wäßrigem Harnstoff sind. Diese Materialien schließen Polyethylen, Polypropylen, Nylon und Teflon ein, sind aber nicht auf diese beschränkt.
  • Zusammengefaßt stellt die vorliegende Erfindung daher ein Verfahren und ein System bereit um flüssiges Reduktionsmittel über seine Gefriertemperatur zu erwärmen, indem man durch Verdichtung von Kraftstoff in einem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem unter Betriebsbedingungen erzeugte, bestehende Wärme einsetzt, um den Gebrauch des flüssigen Reduktionsmittels unter Bedingungen kalten Wetters zu befähigen; um zusammen mit einem Katalysator Emissionen von NOx zu reduzieren, ohne die Gesamt-Kraftstoffersparnis zu verringern oder das flüssige Reduktionsmittel zu überhitzen.
  • In der bevorzugten Implementierung der Erfindung kann eine innerhalb einer Kraftstoff-Rückführungsleitung enthaltene Harnstoff-Versorgungsleitung die Quelle von Reduktionsmittel sein, das durch erwärmtem Kraftstoff rasch verflüssigt wird, der von einem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem durch eine Kraftstoff-Rückführungsleitung zurückkehrt.

Claims (9)

  1. Ein Verfahren, ein Abgas-Reinigungssystem zu betreiben, welches umfaßt erwärmten Kraftstoff von einem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem zu einer Reduktionsmittel-Quelle zu lenken, gefrorenes Reduktionsmittel innerhalb der Reduktionsmittel-Quelle mit von dem erwärmten Kraftstoff übertragener thermischer Energie zu erwärmen, und das Reduktionsmittel zur Reinigung der durch den Abgaskanal strömenden Abgase stromaufwärts eines Katalysators zu einem Abgaskanal zu liefern; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, das Reduktionsmittel durch eine innerhalb einer Kraftstoff-Rückführungsleitung von dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem zu einem Kraftstofftank angeordnete Versorgungsleitung von der Reduktionsmittel-Quelle zu dem Abgasrohr zu transportieren; und durch Verdichtung dieses Kraftstoffes auf diesen hohen Druck in dem Kraftstoff erzeugte Wärme auf dieses Reduktionsmittel zu übertragen.
  2. Ein Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, das es weiterhin umfaßt dieses Reduktionsmittel von einem Reduktionsmitteltank zu dieser Quelle zu liefern, und diesen Reduktionsmitteltank in einer Lage in einem Fahrzeug zu positionieren, die angepaßt ist um während des Fahrzeugbetriebs erzeugter Wärme ausgesetzt zu sein und um vor direkter Exposition gegen Umgebungstemperaturen geschützt zu sein.
  3. Ein Verfahren wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, in dem das Reduktionsmittel eine wäßrige Harnstofflösung ist.
  4. Ein System zum Betrieb eines Abgas-Reinigungssystems eines Motorfahrzeugs, das eine Kraftstoffquelle (12), ein an die Kraftstoffquelle (12) angeschlossenes Hochdruck- Kraftstoffeinspritzsystem (22) und ein Abgasrohr (56) aufweist, um Abgas (62) aus dem Fahrzeug auszustoßen; eine erste Quelle flüssigen Reduktionsmittels (16); eine zwischen der ersten Quelle flüssigen Reduktionsmittels (16) und dem Abgasrohr (56) angeordnete zweite Quelle flüssigen Reduktionsmittels (144); eine erste, die Kraftstoffquelle (12) fluidisch mit dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem (22) verbindende Leitung (24); eine zweite, Rückführungskraftstoff von dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem (22) fluidisch mit der Kraftstoffquelle (22) verbindende Leitung (142); eine dritte, die erste Quelle flüssigen Reduktionsmittels (16) fluidisch mit dem Abgasrohr (56) verbindende Leitung (152); eine erste Hochdruck-Kraftstoffpumpe (32), um Kraftstoff (14) von der Kraftstoffquelle (12) durch das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem (22) an der zweiten Quelle flüssigen Reduktionsmittels (144) vorbei zu der Kraftstoffquelle (12) zurück zu liefern; wobei Verdichtung des Kraftstoffs in dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem (22) den Kraftstoff erwärmt, und eine zweite Pumpe (164) bereitgestellt wird um flüssiges Reduktionsmittel (20) von der zweiten Quelle flüssigen Reduktionsmittels (144) zu dem Abgasrohr (56) zu liefern; dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Quelle flüssigen Reduktionsmittels (144) eine innerhalb dieser zweiten Leitung (142) enthaltene Leitung ist, wodurch in dem zu der Kraftstoffquelle (12) zurückkehrenden Kraftstoff enthaltene und als Ergebnis der Verdichtung durch diese erste Pumpe (32) erzeugte Wärme innerhalb der zweiten Leitung (142) auf dieses Reduktionsmittel übertragen wird.
  5. Ein System wie in Anspruch 4 beansprucht, in dem das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem ein Common-Rail-Einspritzsystem (22) ist.
  6. Ein System wie in Anspruch 4 oder Anspruch 5 beansprucht, in dem das System weiterhin einen die ersten Quellen flüssigen Reduktionsmittels enthaltenden Reduktionsmitteltank (16) umfaßt, wobei der Reduktionsmitteltank (16) in einer Lage positioniert ist, die angepaßt ist um während des Fahrzeugbetriebs erzeugter Wärme ausgesetzt zu sein und um vor direkter Exposition gegen Umgebungstemperaturen geschützt zu sein.
  7. Ein System wie in Anspruch 6 beansprucht, in dem die Kraftstoffquelle ein Kraftstofftank (12) ist, und dieser die Quelle flüssigen Reduktionsmittels (20) enthaltende Reduktionsmitteltank (16) innerhalb des Kraftstofftanks (12) angeordnet ist.
  8. Ein System wie in irgendeinem der Ansprüche 4 bis 7 beansprucht, in dem das flüssige Reduktionsmittel (20) eine wäßrige Harnstofflösung ist.
  9. Ein System wie in irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8 beansprucht, in dem die Reduktionsmittel enthaltenden Bauteile aus einem Material gefertigt sind, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Reduktionsmittels aufweist.
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