Stand der Technik

Bei Kraftwagen mit Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, muss aufgrund der Abgasgesetzgebung unter anderem der Schadstoff NO _x reduziert werden. Eine Methode, die dabei zur Anwendung kommt, ist das Verfahren der sogenannten selektiven katalytischen Reduktion („SCR-Verfahren"), bei dem NO _x unter Zuhilfenahme eines Reduktionskatalysators und eines flüssigen Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung („AdBlue" ®), das in den Abgasstrang eingespritzt wird, zu N2 und H2O reduziert wird.

Die wässrige Harnstofflösung hat einen relativ hohen Gefrierpunkt, der durch den Zusatz von Frostschutzmitteln nicht beliebig abgesenkt werden kann, ohne die

Funktionsfähigkeit als Reduktionsmittel zu beeinträchtigen. Um bei kalten Umgebungstemperaturen das Gefrieren und damit die Bildung von Eisdruck in den Dosierventilen, Leitungen und/oder Schläuchen in Folge der Ausdehnung zu verhindern, wird daher häufig das Reduktionsmittel aus den SCR-Dosierventilen und den damit verbundenen Leitungen bzw. Schläuchen nach dem Abschalten des Motors zurück in den Tank gesaugt.

Damit ein nahezu vollständiges Rücksaugen des Reduktionsmittels gewährleistet werden kann, dürfen die Querschnitte der Leitungen nicht zu groß sein. Die Komponenten und Leitungen von SCR-Systemen sind daher so ausgelegt, dass eine verbundene Phasengrenze durch die Geometrie wandern kann.

Auf diese Weise ist ein nahezu vollständiges Entleeren der Leitungen möglich. Ist der Leitungsdurchmesser zu groß, besteht dagegen die Gefahr, dass Luftblasen entstehen und angesaugt werden, während Reduktionsmittel im System zurückbleibt. Aus fertigungstechnischen Gründen kann der Leitungsdurchmesser jedoch nicht beliebig weit reduziert werden. Auch könnte die Leistungsfähigkeit des Abgasreduktionssystems durch einen zu kleinen Leitungsdurchmesser beschränkt werden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Reduktionsmittelleitungen mit einem größerem Leitungsdurchmesser zur Verfügung zu stellen, aus denen das Reduktionsmittel nahezu vollständig rücksaugbar ist. Offenbarung der Erfindung:

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat eine Reduktionsmittelleitung eines Abgasreduktionssystems einen ersten Querschnitt. In der

Reduktionsmittelleitung ist ein Einsatzstück angeordnet, das so ausgebildet ist, dass es den ersten Querschnitt der Reduktionsmittelleitung auf einen zweiten Querschnitt, der kleiner als der erste Querschnitt ist, reduziert.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Reduzieren der Gefahr von Blasenbildung in einer Reduktionsmittelleitung eines

Abgasreduktionssystems, wobei die Reduktionsmittelleitung einen ersten Querschnitt hat, ein Einsatzstück in der Reduktionsmittelleitung anzuordnen, wobei das Einsatzstück den ersten Querschnitt der Reduktionsmittelleitung auf einen zweiten Querschnitt, der kleiner als der erste Querschnitt ist, reduziert.

Das Einsatzstück kann insbesondere in die Reduktionsmittelleitung eingepasst und/oder mit der Reduktionsmittelleitung verschweißt werden.

Durch den Einsatz eines Einsatzstücks gemäß Ausführungsbeispielen der Er- findung ist es möglich, beim Absaugen des Reduktionsmittels in der Reduktionsmittelleitung entstehende Blasen„einzufangen" und die Phasengrenze auf einen größeren Leitungsdurchmesser zu überführen.

Dadurch können Leitungen mit einem größeren Strömungsquerschnitt eingesetzt und durch Rücksaugen nahezu vollständig entleert werden.

In einer Ausführungsform weist das Einsatzstück eine zylindrische Bohrung mit zweiten Querschnitt auf. Ein Einsatzstück mit einer zylindrischen Bohrung ist besonders einfach herstellbar.

In einer Ausführungsform hat das Einsatzstück eine Länge, die größer als oder gleich dem Durchmesser der zylindrischen Bohrung ist, um ein effektives „Einfangen" der in der Reduktionsmittelleitung entstehende Blasen zu

gewährleisten.

In einer Ausführungsform hat das Einsatzstück einen abgeschrägten Bereich, der sich von einem Ende der zylindrischen Bohrung zu einer Stirnseite des Einsatzstücks erstreckt. Der abgeschrägte Bereich kann insbesondere so ausgebildet sein, dass er sich vom zweiten Querschnitt an der zylindrischen Bohrung zum ersten Querschnitt an der Stirnseite des Einsatzstücks aufweitet.

In einer Ausführungsform ist der abgeschrägte Bereich in Bezug auf die

Strömungsrichtung des Reduktionsmittels im normalen Betrieb auf der stromaufwärts ausgerichteten Seite des Einsatzstücks ausgebildet. Beim

Rücksaugen des Reduktionsmittels ist der abgeschrägte Bereich demzufolge auf der stromabwärts ausgerichteten Seite des Einsatzstücks angeordnet. Bei einem Kontaktwinkel von 55°, wie er beispielsweise an der Phasengrenze zwischen wässriger Harnstofflösung („AdBlue" ®) und Stahl auftritt, sollte der Öffnungswinkel einen Wert von 100°, insbesondere einen Wert von 70°, nicht übersteigen. Ein Einsatzstück, das mit einem oder mehreren dieser Merkmale ausgebildet ist, ist besonders effektiv, beim Rücksaugen entstehende Blasen„einzufangen" und die Phasengrenze auf einen größeren Durchmesser zu überführen, um ein nahezu vollständiges Absaugen des Reduktionsmittel aus den Reduktionsmittelleitungen zu ermöglichen.

Kurze Beschreibung der Figuren:

Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Abschnitts einer Reduktionsmittelleitung mit einem Einsatzstück gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Figuren 2a, 2b und 2c sind schematische Darstellungen eines Abschnitts einer Reduktionsmittelleitung mit einem Einsatzstück gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche die Funktionsweise der Erfindung veranschaulichen.

Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung.

Eine Reduktionsmittelleitung 2 ist mit dem Zulauf eines Dosierventils 10 eines Abgasreduktionssystems verbunden, um dieses mit flüssigem Reduktionsmittel, beispielsweise einer wässrigen Harnstofflösung („AdBlue"®) zu versorgen. Im Zulauf des Dosierventils 10 ist ein Filterelement 1 1 angeordnet, um zu verhindern, dass Schmutzpartikel in das Dosierventil 10 eindringen.

Die Reduktionsmittelleitung 2 ist zylindrisch mit einem ersten Durchmesser di ausgebildet, so dass sie einen ersten Querschnitt hat. In einem Abstand a von dem Dosierventil 10 ist in der Reduktionsmittelleitung 2 ein Einsatzstück 4 angeordnet. Das Einsatzstück 4 kann in die Reduktionsmittelleitung 2 eingepasst und/oder mit dem Innenumfang der Reduktionsmittelleitung 2 verschweißt sein, um eine Verschiebung des Einsatzstücks 4 entlang der Reduktionsmittelleitung 2 zuverlässig zu verhindern.

Die Reduktionsmittelleitung 2 kann eine metallische Reduktionsmittelleitung 2 sein, die Teil des Dosierventils 10 ist, wie in der Figur 1 gezeigt. Ein Einsatzstück 4 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung kann auch in eine als Kunststoff- oder Silikonschlauch ausgebildeten Reduktionsmittelleitung eingesetzt werden, die mit der metallischen Reduktionsmittelleitung 2 verbunden ist, um das

Dosierventil 10 mit Reduktionsmittel zu versorgen.

Um das nicht-rücksaugbare Volumen zu minimieren, wird der Abstand a zwischen der Oberkante des Filterelements 1 1 und dem Einsatzstück 4 möglichst klein gewählt, ohne dabei hydraulisch zu drosseln. Der Abstand a kann beispielsweise 1 mm bis 2 mm betragen.

In dem Einsatzstück 4 ist entlang seiner Längsrichtung, die parallel zur

Strömungsrichtung des Reduktionsmittels ausgerichtet ist, eine zylindrische

Bohrung 6 ausgebildet. Der Durchmesser 2 der zylindrischen Bohrung 6 ist kleiner als der Durchmesser di der Reduktionsmittelleitung 2, so dass der Querschnitt der zylindrischen Bohrung 6 kleiner als der Querschnitt der

Reduktionsmittelleitung 2 ist.

Der Querschnitt der Reduktionsmittelleitung 2 wird daher im Bereich des Einsatzstücks auf einen zweiten Querschnitt, der kleiner als der erste Querschnitt der Reduktionsmittelleitung 2 ist, reduziert.

Hat die Reduktionsmittelleitung 2 einen Durchmesser di im Bereich von 4 mm bis 6 mm, kann der Durchmesser 2 der zylindrischen Bohrung 6 beispielsweise 2 mm bis 3 mm betragen. Das Einsatzstück 4 hat in der Strömungsrichtung des Reduktionsmittels entlang der Reduktionsmittelleitung 2 eine Länge L, die vorzugsweise größer oder gleich dem Durchmesser d2 der zylindrischen Bohrung 6 ist. Das Einsatzstück 4 kann beispielsweise eine Länge L von 2 mm bis 5 mm, insbesondere eine Länge L von 3 bis 4 mm haben.

Auf seiner von dem Dosierventil 10 abgewandten Seite, d.h. auf der in Bezug auf die normale Strömungsrichtung des Reduktionsmittels im Betrieb des Dosierventils 10 stromaufwärts ausgerichteten Seite des Einsatzstücks 4 ist ein trichter- förmiger abgeschrägter Bereich (Fase) 8 ausgebildet. Der abgeschrägte Bereich

8 weitet sich vom zweiten Querschnitt der zylindrischen Bohrung 6 mit dem Durchmesser 2 auf den ersten Querschnitt der Reduktionsmittelleitung 2 mit dem Durchmesser di auf. Der optimale Wert für den Öffnungswinkel α des abgeschrägten Bereichs 8 ist von der Oberflächenspannung des Reduktionsmittels und dem Kontaktwinkel ß zwischen dem Reduktionsmittel und dem Material der Reduktionsmittelleitung 2, d.h. einer Eigenschaft der Stoffpaarung aus dem Reduktionsmittel und dem Material der Reduktionsmittelleitung 2, abhängig.

Ist der Kontaktwinkel ß bei einer anderen Stoffpaarung, z.B. wenn ein Kunststoffoder Silikonschlauch als Reduktionsmittelleitung 2 verwendet wird, größer, was einer geringerem Benetzbarkeit entspricht, kann auch der Öffnungswinkel α des Einsatzstücks 4 größer gewählt werden.

Die Figuren 2a, 2b und 2c veranschaulichen schematisch die Funktionsweise eines Einsatzstücks 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 2a zeigt schematisch die Entstehung von Luftblasen 14 beim Rücksaugen des Reduktionsmittels 12, beispielsweise am Filterelement 1 1 des Dosierventils

10.. Da die Luftblasen 14 den Querschnitt der Reduktionsmittelleitung 2 nicht vollständig ausfüllen, werden die Luftblasen 14 (in der Darstellung der Figur 2a nach oben) abgesaugt, während Reduktionsmittel 12 im Raum zwischen den Luftblasen 14 und der Wand 3 der Reduktionsmittelleitung 2 verbleibt. Der an das Filterelement 1 1 anschließende, in der Figur 2a oben dargestellte große

Leitungsquerschnitt ist daher nicht vollständig rücksaugbar und in der

Reduktionsmittelleitung 2 bleibt eine nicht unerhebliche Menge an

Reduktionsmittel 12 zurück. Die Figuren 2b und 2c zeigen ein ähnliches Szenario, wobei oberhalb des Filterelements 1 1 zusätzlich ein Einsatzstück 4 ("eine Blasenfalle") gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Reduktionsmittelleitung 2 angeordnet ist.

Das Einsatzstück 4 weist eine zylindrische Bohrung 6 auf, deren Innendurchmesser Ö2, so gewählt ist, dass er kleiner als der Durchmesser der in den Figuren 2a bis 2c von unten ankommenden Luftblasen 14 ist. Die Luftblasen 14 füllen daher den Querschnitt der zylindrischen Bohrung 6 vollständig aus. Anschließend, wie in den Figuren 2b und 2c weiter oben dargestellt, wird der Durchmesser 2 der zylindrischen Bohrung 6 durch einen abgeschrägten Bereich 8 mit einem ausreichend kleinen Öffnungswinkel α auf den gewünschten Durchmesser di der Reduktionsmittelleitung 2 aufgeweitet.

Bei einem Kontaktwinkel ß von 55°, wie er beispielsweise an der Phasengrenze zwischen wässriger Harnstofflösung und Stahl auftritt, darf der Öffnungswinkel α einen Wert von 100°, insbesondere einen Wert von 70° nicht übersteigen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Phasengrenze von dem kleinen auf den großen Querschnitt übergeht, wie in der Figur 2c gezeigt, ohne dass sich Luftblasen 14 ausbilden, die den Querschnitt der Reduktionsmittelleitung 2 nicht vollständig ausfüllen.

Bei einem größeren Kontaktwinkel ß, wie er beispielsweise an der Phasengrenze zwischen wässriger Harnstofflösung und Kunststoff oder Silikon auftritt, kann auch der Öffnungswinkel α dementsprechend größer gewählt werden.

Die Reduktionsmittelleitung 2 ist daher auch bei einem größeren Durchmesser di nahezu vollständig rücksaugbar, so dass sie nach dem Rücksaugvorgang weitgehend frei von Reduktionsmittel 12 ist.