DE19947198A1 - Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines in der Abgase einzubringenden Reduktionsmittels, insbesondere eines Harnstoffe bzw. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, mit einer Mischkammer (8), in welche in einem Reduktionsmittelspeicher (1) gespeichertes Reduktionsmittel über eine Reduktionsmittelleitung (1a), und in einem Druckluftspeicher (20) enthaltene Druckluft über eine Druckluftleitung (24) zur Erzeugung eines Reduktionsmittel-Luft-Gemisches einbringbar sind, wobei ein geschlossener Regelkreis (1a, 10, 11, 50, 51, 52) zur Regelung bzw. Steuerung eines in der Reduktionsmittelleitung (1) herrschenden Druckes vorgesehen ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine unter
Verwendung eines in die Abgase einzubringenden
Reduktionsmittels, insbesondere Harnstoff bzw. Harnstoff-
Wasser-Lösung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Als Folge der in den letzten Jahren stets niedriger
anzusetzenden Schadstoffgrenzwerte sind zahlreiche
Vorrichtungen und Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen
in Brennkraftmaschinen entwickelt worden. Beispielsweise
mittels Katalysatorsystemen, welche Harnstoff und/oder
Ammoniak als Reduktionsmittel zur NOx-Konvertierung
verwenden, sind effiziente Abgasnachbehandlungssysteme zur
Verfügung gestellt.
Um eine Verminderung von NOx-Bestandteilen in Abgasen zu
erzielen, wurden insbesondere für Dieselmotoren
Reduktionskatalysatoren entwickelt, die üblicherweise in
sogenannte SCR-Katalysatoren (engl. Selective Catalytic
Reduction) mit Harnstoffdosiersystem und
Speicherkatalysatoren unterteilt werden. Die sogenannten
SCR-Katalysatoren werden mittels einer Harnstoff- und/oder
Ammoniakreduktionsmittelzufuhr generiert, während die
sogenannten Speicherkatalysatoren mit Kohlenwasserstoffen
des mitgeführten Brennkraftmaschinen-Brennstoffs in
sogenannten Abgasfettphasen regeneriert werden.
Aus der EP-A-0381236 ist ein System bekannt, welches zum
Entfernen von Stickoxiden in Abgasen aus einem Dieselmotor
Ammoniak als Reduktionsmittel zudosiert. Bei diesem System
ist ferner ein Turbolader vorgesehen, welcher den Druck des
Abgases senkt. Eine verwendete Harnstoff-Wasser-Lösung wird
mittels Druckluft zudosiert.
Aus der DE-A-44 41 261 ist eine Einrichtung zum
Nachbehandeln einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher
die Leistung des Katalysators über eine Dosiereinrichtung
verbessert werden soll. Die Dosiereinrichtung ist als
Kleinstmengendosier-Verdrängerpumpe ausgebildet, die auf
einem zylindrischen Rotationskörper einen Gewindegang in
der Form einer Nut aufweist, wobei zur Änderung der
Förderungleistung der Rotationskörper mit variabler
Drehzahl angetrieben wird. Die Zugabe des Reduktionsmittels
in das Abgassystem erfolgt vorzugsweise kennfeldabhängig,
d. h. in Abhängigkeit von Menge und/oder Zusammensetzung
des Abgases.
Es ist beispielsweise aus der DE 42 30 056 A1 bekannt, ein
Aerosol auf der Grundlage eines Reduktionsmittels und
dieses beaufschlagender Druckluft in einer Mischkammer zu
erzeugen. Hierbei werden das Reduktionsmittel und die Luft
über getrennte Leitungen der Mischkammer zugeführt.
Es ist bei derartigen herkömmlichen Vorrichtungen zum
Nachbehandeln einer Brennkraftmaschine üblich, eine
Regelung des Betriebsdruckes des zugeführten
Reduktionsmittels, insbesondere der zugeführten Harnstoff-
Wasser-Lösung (HWL) mittels eines mechanischen Druckreglers
durchzuführen. Derartige Druckregler weisen individuelle
Kennlinien auf, die von der Durchströmmenge, der Temperatur
oder auch dem Alter des Druckreglers abhängig sind, und
somit zu Streu-, Drift- oder Nichtlinearitätseffekten bei
der Druckregelung führen können.
Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung einer
gattungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen
dahingehend, daß eine Druckregelung des Betriebsdruckes des
zugeführten Reduktionsmittels in einfacher und
zuverlässiger Weise gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, einen geschlossenen
Regelkreis zur Regelung bzw. Steuerung eines in der
Reduktionsmittelleitung herrschenden Druckes zu verwenden,
können die oben erwähnten Effekte, insbesondere
Drifteffekte und Nichtlinearitäten, kompensiert werden,
wobei darüber hinaus mehrdimensionale Kennfelder einer
Druckregelung darstellbar sind. Dies führt beispielsweise
dazu, daß ein in der Reduktionsmittelleitung herrschender
Druck unabhängig von einer der Mischkammer der Vorrichtung
zuzuführenden Reduktionsmittelmenge eingestellt werden
kann; beispielsweise kann ein mit zunehmender
Reduktionsmittelmenge steigender Mischkammerdruck
kompensiert werden.
Mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen geschlossenen
Regelkreises mit frei steuerbarem Reduktionsmitteldruck
kann somit die Reduktionsmittel-Dosierung und
Gemischaufbereitung den jeweiligen Betriebszuständen
angepaßt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist der geschlossene Regelkreis ein mittels
eines Steuergerätes ansteuerbares Magnetventil zur
Druckregelung und einen mit dem Steuergerät in
Wirkverbindung stehenden Drucksensor zur Detektierung des
in der Reduktionsmittelleitung herrschenden Druckes auf.
Derartige Bauteile sind in preiswerter Weise verfügbar und
erweisen sich in der Praxis als robust und zuverlässig, so
daß auf der Grundlage derartiger Bauteile ein zuverlässiger
Regelkreis bereitstellbar ist.
Zweckmäßigerweise ist das Reduktionsmittel über ein als
Magnetventil ausgeführtes Einspritzventil in die
Mischkammer einführbar, wobei das Einspritzventil
insbesondere baugleich mit dem Magnetventil zur
Druckregelung in der Reduktionsmittelleitung ausgebildet
ist. Durch baugleiche Ausbildung der erwähnten
Einspritzventile sind die Kosten der Vorrichtung insgesamt
weiter reduzierbar.
Die Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten
Ausführungsform weiter beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine blockschaltbildartige Ansicht einer
bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Harnstofftank bezeichnet, aus
welchem eine Harnstoff-Wasser-Lösung über eine Leitung 1a
mit einem Rückschlagventil 2 und einem als Filtersieb
ausgeführten Filter 3 von einer Förderpumpe 4 angesaugt und
über einen Druck- bzw. Pulsationsdämpfer 5 sowie ein
weiteres Rückschlagventil 6 zu einem Dosierventil 7 einer
Mischkammer 8 gefördert wird. Das Dosierventil 7 dosiert
die erforderliche Menge an Harnstoff-Wasser-Lösung in einen
Mischraum, welcher in der Figur nicht im einzelnen
dargestellt ist. Ein den Druck in der Leitung 1a
detektierender Drucksensor ist mit 10 bezeichnet. Ferner
zweigt von der Leitung 1a ein Rückführleitung 1b ab, welche
mittels eines als 2/2-Wege-Magnetventils 11 beaufschlagbar
ist. In der Rückführleitung 1b ist ein weiteres
Rückschlagventil 2a ausgebildet.
Der Drucksensor 10 überträgt detektierte Druckwerte über
eine Leitung 50 in ein Steuergerät 40. Ein Regler 52 ist
als Software in dem Steuergerät integriert ausgebildet. Das
Steuergerät 40 gibt, in Abhängigkeit von den mittels des
Drucksensors 10 detektierten Druckwerten in der Leitung 1a,
über eine Steuerleitung 51 Steuersignale auf das
Magnetventil 11. Durch entsprechende Betätigung des
Magnetventils 11 ist die Rückführleitung öffenbar oder
sperrbar, wodurch eine Regelung des Druckes innerhalb der
Leitung 1a durchführbar ist. Mittels des Drucksensors 10,
des Reglers 52, des Magnetventils 11 und der entsprechenden
Leitungen 50, 51 ist daher ein geschlossener Regelkreis zur
Regelung des Drucks in der Leitung 1a zur Verfügung
gestellt. Mittels des Magnetventils 11 ist ferner
beispielsweise eine notwendige Entlüftung der Leitung 1a
durchführbar. Gemäß einer nicht im einzelnen dargestellten
Ausführungsform wäre es denkbar, daß die Reglerfunktion
durch das Steuergerät 40 übernommen wird.
Mit 20 ist ferner ein Druckluftbehälter bezeichnet, aus
welchem Druckluft über einen Druckbegrenzer 21, ein 2/2-
Wegeventil 22 und ein Rückschlagventil 23 in die
Mischkammer 8 einbringbar ist. Durch Vorsehen des
Rückschlagventils 23, welches beispielsweise als
Kugelventil oder Flachventil ausgebildet sein kann, kann
ein Rückströmen eines Reduktionsmittel-Luft-Gemisches aus
der Mischkammer in die Druckluftleitung verhindert werden.
Hierdurch ist in vorteilhafter Weise die Gefahr einer
Kontamination eines mit der Druckluftleitung 24
kommunizierenden Druckluft-Bordnetzes gegenüber
herkömmlichen Systemen stark reduziert.
In der Mischkammer 8 wird unter Beaufschlagung der
Harnstoff-Wasser-Lösung mittels der Druckluft ein Aerosol
und ein Wandfilm erzeugt, welche über eine Aerosolleitung
25 in einen Katalysator 30 eingebracht werden. Das
Steuergerät 40 erfaßt hierbei Signale, die von einem
übergeordneten Motorsteuergerät über eine CAN-Datenleitung
41 empfangen werden, sowie die Signale von Druck-,
Temperatur- bzw. Füllstandssensoren 61 bis 65, deren
Funktionsweise an sich bekannt ist und hier nicht weiter
erläutert wird. Das Steuergerät 40 berechnet aus diesen
Informationen eine Harnstoff-Dosiermenge, welche einem den
Katalysator 30 durchströmenden Abgas zugegeben werden soll.
Das Steuergerät 40 regelt ferner mit Hilfe der
beschriebenen Magnetventile sowohl den Druck in der
Druckluftleitung 24, als auch mit Hilfe des Magnetventils
11 (Entlüftungsventil) und des Harnstoffdrucksensors 10 den
Druck in der Harnstoffleitung 1a. Mittels des Steuergerätes
40 sind Abweichungen und Fehler erkennbar und speicherbar.
Der Fehlerspeicher kann aus dem Steuergerät mit Hilfe eines
Interfaces und entsprechender Diagnosesoftware ausgelesen
werden.
Claims (3)
1. Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer
Brennkraftmaschine unter Verwendung eines in die Abgase
einzubringenden Reduktionsmittels, insbesondere eines
Harnstoffs bzw. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, mit einer
Mischkammer (8), in welche in einem
Reduktionsmittelspeicher (1) gespeichertes Reduktionsmittel
über eine Reduktionsmittelleitung (1a), und in einem
Druckluftspeicher (20) enthaltene Druckluft über eine
Druckluftleitung (24) zur Erzeugung eines Reduktionsmittel-
Luft-Gemisches einbringbar sind,
gekennzeichnet durch
einen geschlossenen Regelkreis (1a, 10, 11, 50, 51, 52)
zur Regelung bzw. Steuerung eines in der
Reduktionsmittelleitung (1a) herrschenden Druckes.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der geschlossene Regelkreis ein mittels eines Steuergerätes
und/oder Reglers (40, 52) ansteuerbares Magnetventil (11)
zur Druckregelung und einen mit dem Steuergerät (40)
und/oder Regler (52) in Wirkverbindung stehenden
Drucksensor (10) zur Detektierung des in der
Reduktionsmittelleitung (1a) herrschenden Druckes aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel über ein als
Magnetventil ausgeführtes Einspritzventil (7) in die
Mischkammer einführbar ist, wobei das Einspritzventil (7)
insbesondere baugleich mit dem Magnetventil (11) zur
Druckregelung ausgeführt ist.
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