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Dokumentenidentifikation DE102007044403B4 28.04.2011
Titel Vorrichtung zum Einbringen einer Reduktionsmittelflüssigkeit in ein Abgas einer Verbrennungsanlage
Anmelder Continental Automotive GmbH, 30165 Hannover, DE
Erfinder Bauer, Peter, 95505 Immenreuth, DE;
Bentz, Rainer, 66606 St. Wendel, DE;
Frank, Joachim, Dr., 96450 Coburg, DE;
Ketterl, Hermann, Dr., 93049 Regensburg, DE
DE-Anmeldedatum 18.09.2007
DE-Aktenzeichen 102007044403
Offenlegungstag 19.03.2009
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse F01N 3/10  (2006.01)  A,  F,  I,  20070918,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse B01D 53/90  (2006.01)  A,  L,  I,  20070918,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen einer Reduktionsmittelflüssigkeit in ein Abgas einer Verbrennungsanlage, mit einem Vorratsbehälter, mit einem Abgabemittel zur Abgabe der Reduktionsmittelflüssigkeit in einer Förderrichtung in das Abgas, mit einer zwischen dem Vorratsbehälter und dem Abgabemittel angeordneten Zuführleitung, mit einem in der Zuführleitung angeordneten Fördermittel zur Förderung der Reduktionsmittelflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter zu dem Abgabemittel.

Bei der Umsetzung von fossilem oder von aus Pflanzen gewonnenem Brennstoff in mechanische und/oder thermische Energie werden hohe Wirkungsgrade angestrebt. Dabei liegen die Umsetzungstemperaturen häufig derart hoch, dass bei der Umsetzung (Verbrennung) in nennenswertem Umfang Stickoxide gebildet werden.

Da eine Freisetzung der Stickoxide unerwünscht und daher zu vermeiden ist, werden die Stickoxide üblicherweise katalytisch reduziert. Zur Beseitigung der Stickoxide hat sich insbesondere das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (auch SCR-Verfahren genannt) als ein technisch gut beherrschbares Verfahren etabliert, das zur Entstickung von Abgasen einer Verbrennungsanlage, auch einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingesetzt wird.

Bei diesem Verfahren werden die in dem Abgas enthaltenen Stickoxide in Anwesenheit von Sauerstoff an einem selektiv arbeitenden Reduktionskatalysator mittels eines geeigneten Reduktionsmittels in molekularen Stickstoff und Wasser umgesetzt. Als ein Reduktionsmittel hat sich Ammoniak gegenüber anderen Reduktionsmitteln wie Kohlenwasserstoffen oder Cyanursäure durchgesetzt.

Ammoniak ist eine stark riechende und in höherer Konzentration auch toxische Verbindung. Das zur Entstickung der Abgase eines Verbrennungsmotors z. B. eines Fahrzeugs notwendige Reduktionsmittel wird deshalb häufig in Form einer wässrigen Harnstofflösung in einem Vorratsbehälter in dem Fahrzeug mitgeführt, aus der das Ammoniak insbesondere durch Hydrolyse in der zur Entstickung benötigten Menge freigesetzt werden kann.

Dazu ist es aus der DE 10 2004 054 238 A1 bekannt, die wässrige Harnstofflösung in einer Förderrichtung aus einem Vorratsbehälter über eine Förderpumpe und eine Zuführleitung durch ein Abgabemittel dem Abgas eines Verbrennungsmotors beizugeben.

Sowohl aus der Offenlegungsschrift DE 103 51 458 A1 als auch aus der Offenlegungsschrift DE 199 47 197 A1 sind weitere Vorrichtungen zum einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgas einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei diesen Vorrichtungen werden mittels Entlüftungsvorrichtungen die durch Gaseinschlüsse entstehenden Druckschwankungen im System verringert und die Dosiergenauigkeit dadurch verbessert.

Dagegen ist aus der DE 10 2006 019 973 A1 ein Dosiersystem und ein Verfahren zur Bereitstellung von Reduktionsmittel in einem Abgastrakt bekannt, bei dem der Frostschutz verbessert ist. Dazu ist zum wenigstens teilweisen Verdrängen des Reduktionsmittels aus dem Dosiersystem ein schaltbares Ventil mit einem Verdrängungsmedieneinlass vorgesehen, über welchen zu einem Verdrängen des Reduktionsmittels in ausgewählten Betriebsphasen bevorzugt Umgebungsluft angesaugt wird.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter der Maßgabe einer möglichst kostengünstigen Realisierbarkeit, eine langlebige, alternative Vorrichtung zum Einbringen einer Reduktionsmittelflüssigkeit in ein Abgas einer Verbrennungsanlage anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Einbringen einer Reduktionsmittelflüssigkeit in ein Abgas einer Verbrennungsanlage, mit einem Vorratsbehälter, mit einem Abgabemittel zur Abgabe der Reduktionsmittelflüssigkeit in das Abgas, mit einer zwischen dem Vorratsbehälter und dem Abgabemittel angeordneten Zuführleitung, mit einem in der Zuführleitung angeordneten Fördermittel zur Förderung der Reduktionsmittelflüssigkeit in einer Förderrichtung aus dem Vorratsbehälter zu dem Abgabemittel, wobei der Zuführleitung stromauf des Fördermittels ein betätigbares Belüftungsmittel zugeordnet ist, wobei das Abgabemittel über eine Rückführleitung an den Vorratsbehälter angeschlossen ist, und wobei in der Rückführleitung ein betätigbares Absperrmittel angeordnet ist. Hierbei ist es vorgesehen, dass das Belüftungsmittel in einer Ansaugleitung angeordnet ist, die an den Vorratsbehälter angeschlossen ist.

Bei einem Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit besteht die Gefahr einer Beschädigung der mit ihr befüllten Bauteile der Vorrichtung, beispielsweise der Zuführleitung. Um eine Schädigung zu vermeiden ist es bekannt die Reduktionsmittelflüssigkeit, insbesondere bei entsprechend niedrigen Temperaturen, beispielsweise aus der Zuführleitung zu entleeren. Um dabei die Reduktionsmittelflüssigkeit nicht unnötig zu verschwenden und die Umwelt dadurch zu belasten ist es z. B. aus der DE 10 2004 054 238 A1 bekannt, die Reduktionsmittelflüssigkeit entgegen der Normalbetrieb-Förderrichtung in den Vorratsbehälter zurückzupumpen.

Nach dem heutigen Stand der Technik wird dazu in der Regel eine kostenintensive Förderpumpe mit umdrehbarer Drehrichtung verwendet. Alternativ wird eine günstige Förderpumpe mit konstanter Drehrichtung verwendet, wobei für eine Umkehr der Förderrichtung ein in der Regel teueres Spezial-Ventil, häufig ein 4/2-Wegeventil, also ein Ventil mit 4 Anschlüssen und 2 Schalterstellungen, zu einem Vertauschen des Pumpeneinlasses und des -auslasses verwendet wird.

Die Erfindung geht nun einen gänzlich anderen Weg. Statt eine Entleerung der Reduktionsmittelflüssigkeit in den Vorratsbehälter durch eine Förderrichtungsumkehr z. B. der Förderpumpe zu erreichen, erfolgt die Entleerung in den Vorratsbehälter ohne eine Umkehr der Förderrichtung und der damit verbundenen kostenintensiven Komponenten, wie beispielsweise eine Förderpumpe mit umkehrbarer Drehrichtung oder ein 4/2-Wegeventil.

Dazu ist für eine Entleerung der Reduktionsmittelflüssigkeit aus der Zuführleitung in den Vorratsbehälter ohne Förderrichtungsumkehr ein betätigbares Belüftungsmittel und eine Rückführleitung mit einem betätigbaren Absperrmittel vorgesehen.

Über das Belüftungsmittel wird für einen Entleerungsvorgang ein Einlassen eines gasförmigen Mediums in die Zuführleitung ermöglicht bzw. andernfalls verhindert.

Das Belüftungsmittel ist über eine Ansaugleitung an den Vorratsbehälter angeschlossen. Bei einem geöffneten Belüftungsmittel ist somit über die Ansaugleitung ein in dem Vorratsbehälter befindliches Gas in die Zuführleitung förderbar. Dadurch wird zweierlei erreicht. Zum einen wird auf billige Weise partikelarme Luft für das Entleeren genutzt. Dadurch wird langfristig ein Verstopfen der Zuführleitung und insbesondere des Abgabemittels, z. B. der Einspritzdüse, vermieden. Zum anderen wird dadurch gewährleistet, dass die Reduktionsmittelflüssigkeit nicht über ”unkontrollierte” Austrittsöffnungen aus dem System gelangt und dabei möglicherweise Korrosionsschäden verursacht. Im Falle einer als wässrige Harnstofflösung gegebenen Reduktionsmittelflüssigkeit ist es beispielsweise bekannt, dass aus der Harnstofflösung auskristallisierter Harnstoff aufgrund seiner Kriecheigenschaften aus einer vorhandenen Austrittsöffnung ”herauskriecht”. Ein derartiges Kriechverhalten ist z. B. auch bei Salzkristallen, die aus einer Kochsalzlösung auskristallisieren, bekannt. In dem Fall wird durch die in den Vorratsbehälter mündende Ansaugleitung verhindert, dass z. B. der Harnstoff unkontrolliert aus dem ”System” heraus tritt.

Das Belüftungsmittel selber ist dabei beispielsweise ein betätigbares Verschlusselement, z. B. ein Schalter oder ein Absperrschieber, das bei einem Öffnen bzw. Schließen einen Gaseintritt in die Zuführleitung ermöglicht bzw. verhindert.

Über das Absperrmittel, das beispielsweise als ein Absperrventil ausgeführt ist, ist es möglich, die Rückführleitung gegenüber dem Vorratsbehälter zu öffnen bzw. zu schließen. Bei einem Öffnen des Absperrmittels ist es z. B. im Falle einer Entleerung möglich, die Reduktionsmittelflüssigkeit über die Rückführleitung in den Vorratsbehälter abzuführen. Das Absperrmittel ist dabei beispielsweise als ein Schalter oder ein Absperrschieber gegeben.

Bei einem Entleerungsvorgang werden das Belüftungsmittel und das Absperrmittel geöffnet.

Durch das Öffnen des Belüftungsmittels fördert das in Förderrichtung gesehen stromab des Belüftungsmittels angeordnete Fördermittel, also beispielsweise eine Pumpe ohne umkehrbare Drehrichtung, das sehr viel leichtere gasförmige Medium statt der ”schweren” Reduktionsmittelflüssigkeit in die Zuführleitung, saugt es sozusagen in die Zuführleitung.

Das in die Zuführleitung geförderte Gas, beispielsweise eine Gasblase, drückt dann gewissermaßen die in der Zuführleitung befindliche und zu entleerende Reduktionsmittelflüssigkeit durch die Zuführleitung hindurch, in Förderrichtung auf das Abgabemittel zu.

Das Absperrmittel ist für eine Entleerung ebenfalls geöffnet, d. h. die Rückführleitung ist zum Vorratsbehälter hin geöffnet. Dadurch wird insbesondere der Aufbau eines Abgabedrucks am Abgabemittel, welches häufig eine Düse umfasst, verhindert. Somit wird die von dem Gas in Richtung zu dem Abgabemittel gedrängte Reduktionsmittelflüssigkeit nicht über das Abgabemittel abgegeben, sondern wird z. B. von der Gasblase weiter in den Vorratsbehälter gedrängt. Ergänzend oder alternativ ist es beispielsweise möglich, dass das Abgabemittel, z. B. die Düse, für eine Entleerung absperrbar ist, so dass eine Entleerung über das Abgabemittel zusätzlich verhindert wird.

Eine Entleerung der Zuführleitung geschieht somit ohne eine Umkehr der Förderrichtung des Fördermittels. Dadurch ist es z. B. möglich eine kostengünstige Pumpe ohne umkehrbare Drehrichtung für eine Entleerung einzusetzen.

Im normalen Betrieb, also bei der Abgabe der Reduktionsmittelflüssigkeit in das Abgas, sind das Belüftungsmittel und das Absperrmittel geschlossen. Ein Schließen bedeutet im Falle des Belüftungsmittels, dass das Belüftungsmittel einen Gaseintritt in die Zuführleitung verhindert. Somit wird bei einer Betätigung des Fördermittels die Reduktionsmittelflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter zum Abgabemittel gefördert. Im Falle des Absperrmittels bedeutet ein Schließen, dass die Rückführleitung gegenüber dem Vorratsbehälter geschlossen ist. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass sich am Abgabemittel ein Abgabedruck aufbaut, da über die Rückführleitung kein Druckabbau in den Vorratsbehälter erfolgt. Infolge dessen wird die Reduktionsmittelflüssigkeit über das Abgabemittel in das Abgas abgegeben. Alternativ oder ergänzend ist es z. B. bei einem absperrbaren Abgabemittel möglich, das Abgabemittel für eine Abgabe zu öffnen.

Im Fall eines geöffneten Belüftungsmittels bei einem gleichzeitig geschlossenen Absperrmittel kann insbesondere Durchspülen der Zuführleitung realisiert werden. In dem Fall ”saugt” das Fördermittel über das Belüftungsmittel aus dem Vorratsbehälter Luft an. Die derart ”angesaugte” Luft wird zusammen mit der sich in der Zuführleitung befindlichen Reduktionsmittelflüssigkeit über das Abgabemittel abgeben. Die Zuführleitung wird sozusagen mit Gas ”durchgespült”. Dadurch lässt sich beispielsweise eine Verstopfung der Zuführleitung durch anhaftende Rückstände vermeiden. Ein Durchspülen der Zuführleitung wird insbesondere auf besonders einfache, kostengünstige Weise realisiert, da z. B. kein zusätzliches Durchspülventil notwendig ist.

Im Fall eines geschlossenen Belüftungsmittels bei einem gleichzeitig geöffneten Absperrmittel wird ein Im-Kreis-Pumpen der Reduktionsmittelflüssigkeit realisiert, derart dass die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter über die Zuführleitung und die Rückführleitung wieder zurück in den Vorratsbehälter transportiert wird. Mit einem derartigen Im-Kreis-Pumpen ist es beispielsweise möglich, einen Temperaturausgleich zwischen der Reduktionsmittelflüssigkeit im Vorratsbehälter und in dem übrigen System herbeizuführen. Ein derartiger Temperaturausgleich kann beispielsweise wünschenswert sein, falls die Temperatur der Reduktionsmittelflüssigkeit im Vorratsbehälter über eine gewünschte Temperatur ansteigt, also zu warm ist. Bei einem Im-Kreis-Pumpen der warmen Reduktionsmittelflüssigkeit kühlt diese beispielsweise in der Zuführ- und Rückführleitung ab und wird abgekühlt wieder in den Vorratsbehälter geführt.

Die Reduktionsmittelflüssigkeit ist beispielsweise ein flüssiges Reduktionsmittel oder eine in das Reduktionsmittel umsetzbare Vorläufersubstanz, welche chemisch und/oder thermisch in ein Reduktionsmittel umsetzbar ist. Zur Umsetzung einer derartigen Vorläufersubstanz, die z. B. als eine wässrige Harnstofflösung oder als Ammoniakwasser gegeben ist, wird diese direkt in das Abgas eingebracht oder alternativ in einen Aufbereitungsreaktor. Im Zuge einer Hydro- und/oder Thermolyse oder durch eine chemische Reaktion wird die Vorläufersubstanz in das Reduktionsmittel umgewandelt. Für eine Umsetzung umfasst die Vorrichtung gegebenenfalls einen Aufbereitungsreaktor.

Mittels der Zuführleitung wird die Reduktionsmittelflüssigkeit, beziehungsweise die umgesetzte Reduktionsmittelflüssigkeit, aus dem Vorratsbehälter zu dem Abgabemittel geführt, von dem sie zur Reaktion mit den Stickoxiden dem Abgas insbesondere vor einem Reduktionskatalysator beigegeben wird. Das Abgabemittel ist dazu beispielsweise als eine absperrbare Einspritzdüse gegeben, mit der die Reduktionsmittelflüssigkeit in das Abgas eingespritzt wird, gegebenenfalls unter Aerosolbildung.

Mit dem Fördermittel wird die Reduktionsmittelflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter gefördert und über die Zuführleitung, gegebenenfalls unter Umsetzung in das Reduktionsmittel, in das Abgabemittel gefördert. Das Fördermittel ist beispielsweise eine Förderpumpe oder auch eine Druckluftpumpe.

Vorzugsweise ist der Rückführleitung und/oder der Zuführleitung eine Heizvorrichtung zugeordnet. Dadurch ist es zum einen möglich, bei niedrigen Temperaturen ein Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit beispielsweise in der Zuführ- und Rückführleitung zu verhindern. Zum anderen ist es dadurch auch möglich, die Reduktionsmittelflüssigkeit im Vorratsbehälter zu erwärmen, indem z. B. die im Kreis gepumpte Reduktionsmittelflüssigkeit während des Durchgangs durch die beheizte Zuführ- und Rückführleitung erwärmt wird, und die derart erwärmte Flüssigkeit wieder dem Vorratsbehälter zugeführt wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Belüftungsmittel und das Absperrmittel jeweils als ein Ventil ausgebildet. Das Belüftungs- und das Absperrmittel kann dabei beispielsweise jeweils als ein Membranventil ausgeführt sein. Ebenso ist beispielsweise eine Ausführung als eine Membrane möglich. Ein Ventil lässt sich, beispielsweise auf elektromagnetischen Wege, schnell und präzise schalten, so dass auf betriebsbedingte Erfordernisse schnell reagiert werden kann.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Ventile 2/2-Wegeventile. Hierbei wird unter einem 2/2-Wegeventil ein Ventil mit 2 Anschlüssen und 2 Schalterstellungen verstanden. Ein 2/2-Wegeventil ist in seiner Bauweise ein konstruktiv einfaches Ventil und dadurch kostengünstig herzustellen.

Zweckmäßigerweise ist das Abgabemittel ein Einspritzventil. Die Verwendung eines Einspritzventils zur Einbringung der Reduktionsmittelflüssigkeit in das Abgas bietet sich an, da ein Einspritzventil häufig zur Abgabe von Flüssigkeiten verwendet wird und daher als ein Massenbauteil relativ preisgünstig ist.

Vorzugsweise ist das Fördermittel eine Membranpumpe. Bei einer Membranpumpe ist das zu fördernde Medium, also in dem Fall die Reduktionsmittelflüssigkeit, durch eine Membran von den mechanischen Teilen der Pumpe getrennt. Dadurch sind die mechanischen Teile vor schädlichen Einflüssen der Reduktionsmittelflüssigkeit abgeschirmt. Eine Membranpumpen ist deshalb zur Förderung der unter Umständen korrosiv wirkenden Reduktionsmittelflüssigkeit besonders geeignet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Gleichwirkende Teile sind dabei mit gleichlautenden Bezugszeichen versehen. Dabei zeigt in schematischer Darstellung:

1 eine an einen Abgasstrang angeschlossene Vorrichtung zum Einbringen einer Reduktionsmittelflüssigkeit in einem ersten Betriebszustand.

2 die in 1 dargestellte Vorrichtung in einem zweiten Betriebszustand,

3 die in 1 dargestellte Vorrichtung in einem dritten Betriebszustand und

4 eine Vorrichtung in einem vierten Betriebszustand.

In 1 ist eine Verbrennungsanlage 2 dargestellt, die mit einer Vorrichtung 4 zum Einbringen einer Reduktionsmittelflüssigkeit 5 ausgestattet ist.

Gemäß 1 ist an dem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Verbrennungsanlage 2 zum Abführen der Abgase 6, die im Betrieb der Verbrennungsanlage 2 entstehen, eine Abgasleitung 8 angeordnet. Über die Abgasleitung 8 werden die Abgase 6 von der Verbrennungsanlage 2 zu einem Reduktionskatalysator 10 geführt und durchströmen diesen. Der Reduktionskatalysator 10 ist insbesondere ein DeNOx-Katalysator, mit dem die im Abgas 6 enthaltenen Stickoxide mit einem Reduktionsmittel 12 nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) zu umweltfreundlichem Stickstoff und Wasser umgesetzt werden. Als Reduktionsmittel 12 wird insbesondere Ammoniak verwendet.

Da Ammoniak eine stark riechende und in höherer Konzentration auch toxische Verbindung darstellt, wird das benötigte Ammoniak aus einer ”harmlosen” Reduktionsmittelflüssigkeit 5, hier aus einer wässrigen Harnstofflösung, gewonnen. Dazu wird die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 mittels der Vorrichtung 4 in den heißen Abgasstrang 6 eingebracht, wo diese dann thermisch in das Reduktionsmittel 12 umgesetzt wird.

Gemäß den Figuren umfasst die Vorrichtung 4 dazu einen Vorratsbehälter 20 in dem die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 bevorratet wird.

Im normalen Betrieb wird die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 aus dem Vorratsbehälter 20 über eine Zuführleitung 22 in ein Abgabemittel 23, welches hier als ein Einspritzventil 24 gegeben ist, gefördert und über dieses in das heiße Abgas 6 abgegeben. Die in das heiße Abgas 6 eingebrachte Reduktionsmittelflüssigkeit 5 wird dann thermisch in das Reduktionsmittel 12 umgesetzt, beispielsweise hydrolysiert.

Zur Förderung der Reduktionsmittelflüssigkeit 5 aus dem Vorratsbehälter 20 umfasst die Vorrichtung 4 ein Fördermittel 26, das hier als eine Membranpumpe 28 gegeben ist. Mit der Membranpumpe 28 wird die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 in Förderrichtung 29 aus dem Vorratsbehälter 20 über die Zuführleitung 22 in das Abgabemittel 23 gepumpt.

Gemäß den Figuren umfasst die Vorrichtung 4 außerdem eine Ansaugleitung 30 und eine Rückführleitung 32. In der Ansaugleitung 30 ist ein Belüftungsmittel 34 angeordnet und in der Rückführleitung 32 ein Absperrmittel 36. Das Belüftungsmittel 34 und das Absperrmittel 36 sind hier jeweils ein 2/2-Wegeventil 38. Unter einem 2/2-Wegeventil wird hier ein Ventil mit 2 Anschlüssen und 2 Schalterstellungen verstanden.

Mit dem als Ventil 38 gegebenen Belüftungsmittel 34 ist es möglich, die Ansaugleitung 30 für einen Durchtritt eines in dem Vorratsbehälter 20 befindlichen Gases 40 zu öffnen bzw. zu schließen, derart dass bei einem geöffneten Belüftungsmittel 34 das Gas 32, z. B. eine Gasblase, über die Ansaugleitung 30 aus dem Vorratsbehälter 20 in die Zuführleitung 22 förderbar ist.

Das als Einspritzventil 24 ausgebildete Abgabemittel 23 ist über die Rückführleitung 32 an dem Vorratsbehälter 20 angeschlossen. Über das in der Rückführleitung 32 angeordnete Ventil 38 ist die Rückführleitung 32 zum Vorratsbehälter 20 hin öffnen- bzw. schließbar. An der Rückführleitung 32 sind beispielsweise eine Anzahl von Sensoren 33, z. B. Druck- und/oder Temperatursensoren, angeordnet.

In der 1 sind das Absperrmittel 36 und das Belüftungsmittel 34 im Normalbetrieb dargestellt. Beide Mittel 34, 36 befinden sich hierzu in einer geschlossenen Ventil-Schalterstellung. Konkret heißt das, dass über die Ansaugleitung 30 kein Gas 40 in die Zuführleitung 22 förderbar ist und dass die Rückführleitung 32 zum Vorratsbehälter 20 hin geschlossen ist. In dieser Ventil-Schalterstellung des Belüftungs- und des Absperrmittels 34, 36 wird bei einer Betätigung der Membranpumpe 28 die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 aus dem Vorratsbehälter 20 herausgepumpt und bei einem Abgabedruck von ca. 10 bar über das Einspritzventil 24 in das Abgas 6 eingespritzt.

In der 2 sind das Absperrmittel 36 und das Belüftungsmittel 34 im Entleerungsbetrieb dargestellt. Beide Mittel 34, 36 befinden sich hierzu jeweils in einer offenen Ventil-Schalterstellung. Im Falle des geöffneten Belüftungsmittels 34 heißt das, dass über die Ansaugleitung 30 Gas 40 aus dem Vorratsbehälter 20 in die Zuführleitung 22 förderbar ist. Im Falle des geöffneten Absperrmittels 36 bedeutet das, dass die Rückführleitung 32 hin zum Vorratsbehälter 20 geöffnet ist.

Bei einer Betätigung fördert die Membranpumpe 28, aufgrund des geöffneten Belüftungsmittels 34, nicht die ”schwere” Reduktionsmittelflüssigkeit 5 aus dem Vorratsbehälter 20, sondern ”saugt” gewissermaßen das ”leichte” Gas 40, z. B. eine Gasblase, aus dem Vorratsbehälter 20 über die Ansaugleitung 30 in die Zuführleitung 22. Die derart angesaugte Gasblase wird von der Membranpumpe 28 in Richtung zu dem Einspritzventil 24 gefördert. Dabei drückt die Gasblase die in der Zuführleitung 22 befindliche und zu entleerende Reduktionsmittelflüssigkeit 5 in Förderrichtung 29 durch die Zuführleitung 22 zu dem Einspritzventil 24.

Das Absperrmittel 36 ist in der Darstellung ebenfalls geöffnet, somit ist die Rückführleitung 32 zum Vorratsbehälter 20 hin geöffnet. Dadurch baut sich am Einspritzventil 24 kein Abgabedruck auf, so dass die von der Gasblase zu dem Einspritzventil 24 gedrängte Reduktionsmittelflüssigkeit 5 nicht über das Einspritzventil 24 abgegeben wird. Stattdessen wird die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 von der Gasblase in die Rückführleitung 32 und weiter in den Vorratsbehälter 20 gedrängt.

Somit wird die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 aus der Zuführleitung 22 in den Vorratsbehälter 20 entleert, ohne dass eine Umkehr der Foerderrichtung 29 des Foerdermittels 26, in dem Fall der Membranpumpe 28, notwendig ist.

In 3 ist das Belüftungsmittel 34 in einer geöffneten und das Absperrmittel 36 in einer geschlossenen Ventil-Schalterstellung dargestellt.

Im hier dargestellten Fall lässt sich insbesondere ein Durchspülen der Zuführleitung 22 realisieren. Bei einer Betätigung der Membranpumpe 28 ”saugt” diese über die Ansaugleitung 30 Gas 40 aus dem Vorratsbehälter 20 in die Zuführleitung 22. Da die Rückführleitung 32 zum Vorratsbehälter 20 hin geschlossen ist, erfolgt kein Druckabbau in den Vorratsbehälter 20, sondern am Abgabemittel 23 wird ein Abgabedruck aufgebaut.

Dadurch wird das von der Membranpumpe 28 aus dem Vorratsbehälter 20 ”angesaugte” Gas 40 zusammen mit der sich in der Zuführleitung 22 befindlichen Reduktionsmittelflüssigkeit 5 über das Einspritzventil 24 abgeben. Die Zuführleitung 22 wird also durchgespült. Dadurch ist es beispielsweise möglich eine Verstopfung der Zuführleitung 22 durch anhaftende Rückstände zu vermeiden. Da kein zusätzliches Durchspülventil notwendig ist, ist ein Durchspülen der Zuführleitung 22 auf besonders einfache, kostengünstige Weise realisierbar.

In 4 ist das Belüftungsmittel 34 in einer geschlossenen und das Absperrmittel 36 in einer geöffneten Ventil-Schalterstellung dargestellt.

Im hier dargestellten Fall lässt sich insbesondere ein Im-Kreis-Pumpen der Reduktionsmittelflüssigkeit 5 realisieren. Bei einer Betätigung der Membranpumpe 28 pumpt diese Reduktionsmittelflüssigkeit 5 aus dem Vorratsbehälter 20 in die Zuführleitung 22 und in Foerderrichtung 29 zu dem Einspritzventil 24. Aufgrund des fehlenden Abgabedrucks wird die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 über das Einspritzventil 24 nicht abgegeben, sondern über die Rückführleitung 32 in den Vorratsbehälter 20 abgeführt.

In der hier dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 4 ist an der Rückführleitung 32 und an der Zuführleitung 22 zusätzlich eine Heizvorrichtung 42 angeordnet. Mit der Heizvorrichtung 42 ist die in der Zuführ- und der Rückführleitung 22, 32 befindliche Reduktionsmittelflüssigkeit 5 beheizbar. Dadurch ist es beispielsweise möglich bei niedrigen Temperaturen ein Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit 5 in der Zuführ- und Rückführleitung 22, 32 zu verhindern.

In der hier dargestellten Ventilstellung des Absperr- und des Belüftungsmittels 36, 34 ist es weiterhin möglich, mittels der Heizvorrichtung 42 die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 im Vorratsbehälter 20 zu erwärmen, indem durch das Im-Kreis-Pumpen die Reduktionsmittelflüssigkeit 5 bei dem Durchgang durch die Zuführ- und Rückführleitung 22, 32 erwärmt wird, und die derart erwärmte Flüssigkeit 5 wieder dem Vorratsbehälter 20 zugeführt wird.


Anspruch[de]
Vorrichtung (4) zum Einbringen einer Reduktionsmittelflüssigkeit (5) in ein Abgas (6) einer Verbrennungsanlage (2), mit einem Vorratsbehälter (20), mit einem Abgabemittel (23) zur Abgabe der Reduktionsmittelflüssigkeit (5) in das Abgas (6), mit einer zwischen dem Vorratsbehälter (20) und dem Abgabemittel (23) angeordneten Zuführleitung (22), mit einem in der Zuführleitung (22) angeordneten Fördermittel (26) zur Förderung der Reduktionsmittelflüssigkeit (5) in einer Förderrichtung (29) aus dem Vorratsbehälter (20) zu dem Abgabemittel (23), wobei das Abgabemittel (23) über eine Rückführleitung (32) an den Vorratsbehälter (20) angeschlossen ist, und wobei in der Rückführleitung (32) ein betätigbares Absperrmittel (36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführleitung (22) stromauf des Fördermittels (26) ein betätigbares Belüftungsmittel (34) zugeordnet ist und dass das Belüftungsmittel (34) in einer Ansaugleitung (30) angeordnet ist, die an den Vorratsbehälter (20) angeschlossen ist. Vorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführleitung (32) und/oder der Zuführleitung (22) eine Heizvorrichtung (42) zugeordnet ist. Vorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsmittel (34) und das Absperrmittel (36) jeweils als ein Ventil ausgebildet ist. Vorrichtung (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile 2/2-Wegeventile (38) sind. Vorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgabemittel (23) ein Einspritzventil (24) ist. Vorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermittel (26) eine Membranpumpe (28) ist.






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