DE19947198B4

DE19947198B4 - Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19947198B4
Application number: DE19947198A
Authority: DE
Inventors: Walter Frisch; Sven Huber; Hanspeter Mayer; Michael Offenhuber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2019-10-02
Also published as: DE19947198A1; WO2001025601A1

Abstract

Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines in die Abgase einzubringenden Reduktionsmittels, insbesondere eines Harnstoffs und/oder 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-Luftgemisches einbringbar sind, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Regelkreis (1a, 10, 11, 50, 51, 52) zur Regelung und/oder Steuerung eines in der Reduktionsmittelleitung (1a) herrschenden Druckes, wobei der Regelkreis eingerichtet ist zur Entlüftung der Reduktionsmittelleitung (1a).

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 NO_x-Konvertierung verwenden, sind effiziente Abgasnachbehandlungssysteme zur Verfügung gestellt.
Um eine Verminderung von NO_x-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 0 381 236 A1 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 44 41 261 A1 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 der Abgase 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.
Die WO 98/43 732 A1 beschreibt eine Abgasnachbehandlungsanordnung, bei der Harnstoff über einen Injektor in die Abgasleitung eingespritzt wird. Dabei ist eine Pumpe, ein Druckregelventil, ein Drucksensor und ein Steuergerät vorgesehen, um den Druck der wässrigen Harnstofflösung einzuregeln. Dabei kann auch Luft zur Unterstützung der Harnstoffeinspritzung eingesetzt werden.
Die EP 0 826 097 B1 beschreibt eine druckgestützte Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion mit einer Mischkammer, einem Dosierventil und einer Pumpe.
Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen dahingehend, dass eine Druckregelung des Betriebsdrucks 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 Drucks zu verwenden, können die oben erwähnten Effekte, insbesondere Drifteffekte und Nichtlinearitäten, kompensiert werden, wobei darüber hinaus mehrdimensionale Kennfelder einer Druckregelung darstellbar sind; dabei ist der Regelkreis eingerichtet zur Entlüftung der Reduktionsmittelleitung. 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
1 eine blockschaltbildartige Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In 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 öffnenbar 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

Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines in die Abgase einzubringenden Reduktionsmittels, insbesondere eines Harnstoffs und/oder 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-Luftgemisches einbringbar sind, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Regelkreis (1a, 10, 11, 50, 51, 52) zur Regelung und/oder Steuerung eines in der Reduktionsmittelleitung (1a) herrschenden Druckes, wobei der Regelkreis eingerichtet ist zur Entlüftung der Reduktionsmittelleitung (1a).
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 (1d) zur Detektierung des in der Reduktionsmittelleitung (1a) herrschenden Druckes aufweist.
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.