DE102004062014A1 - Verfahren und Vorrichtung für ein Abgasreinigungssystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gegenseitigen Anpassung eines Födermoduls und eines Dosiermoduls eines Abgasreinigungssystems, das eine Abgasführung und ein Steuermodul aufweist, wobei das Fördermodul einen Vorratsbehälter mit einem Entlüftungsventil aufweist, der eine Harnsäure-Lösung enthält, die über eine Förderpumpe einem Druckregelventil zugeführt wird, und wobei in dem Dosiermodul ein Luftstrom mittels einer Pumpe verdichtet, einem Druckspeicher zugeführt und über ein Regelventil zusammen mit der Harnsäure-Lösung aus dem Druckregelventil einem Dosierventil zugeführt und von dort einer, in der Abgasführung angeordneten Zerstäubereinheit zugeführt wird, wobei im Steuermodul der Wert eines Referenzdruckes auf Basis des sich in der Abgasführung bildenden Druckes abgelegt wird. DOLLAR A Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur gegenseitigen Anpassung eines Fördermoduls (10) und eines Dosiermoduls (20) eines Abgasreinigungssystems (1) mit einem Steuermodul (40), wobei für das Fördermodul (10) und das Dosiermodul (20) jeweils eine Kenngröße oder Kennlinie gebildet wird und als ein maschinenlesbarer Code auf dem jeweiligen Modul angebracht wird. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur gegenseitigen Anpassung eines Fördermoduls (10) und Dosiermoduls (20) für ein Abgasreinigungssystem (1) mit einer Abgasführung (30) und einem Steuermodul (40), wobei im Steuermodul (40) der Wert eines Referenzdruckes auf Basis des sich in der Abgasführung (30) bei ...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gegenseitigen Anpassung eines Fördermoduls und eines Dosiermoduls eines Abgasreinigungssystems, das eine Abgasführung und ein Steuermodul aufweist, wobei das Fördermodul einen Vorratsbehälter mit einem Entlüftungsventil aufweist, der eine Harnsäure-Lösung enthält, die über eine Förderpumpe einem Druckregelventil zugeführt wird, und wobei in dem Dosiermodul ein Luftstrom mittels einer Pumpe verdichtet, einem Druckspeicher zugeführt und über ein Regelventil zusammen mit der Harnsäure-Lösung aus dem Druckregelventil einem Dosierventil zugeführt und von dort einer, in der Abgasführung angeordneten Zerstäubereinheit zugeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur gegenseitigen Anpassung eines Fördermoduls und Dosiermoduls für ein Abgasreinigungssystem mit einer Abgasführung und einem Steuermodul.
  • Im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Stickoxidemission von Kraftfahrzeugen ist eine entsprechende Abgasbehandlung erforderlich. Zur Verringerung der NOx-Emission von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, soll unter anderem das so genannte Selective-Catalytic-Reduction (SCR)-Verfahren eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge des Reduktionsmittels Harnstoff oder Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) zugesetzt.
  • In der DE 10139142 A1 ist beispielsweise ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zur Verringerung der NOx-Emission ein SCR-Katalysator eingesetzt ist, der die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Reagenzmittel Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Das Ammoniak wird in einem stromaufwärts vor dem SCR-Katalysator angeordneten Hydrolyse-Katalysator aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen. Der Hydrolyse-Katalysator setzt den in der HWL enthaltenen Harnstoff zu Ammoniak und Kohlendioxid um. In einem zweiten Schritt reduziert das Ammoniak die Stickoxide zu Stickstoff, wobei als Nebenprodukt Wasser erzeugt wird. Der genaue Mechanismus ist in der Fachliteratur hinreichend beschrieben worden (vgl. WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441-449, 2000). Die HWL wird in einem Reagenzmitteltank bereitgestellt.
  • Ein derartiges Abgasreinigungssystem ist üblicherweise modular aufgebaut, wobei dieses aus einem Fördermodul und einem Dosiermodul für die HWL besteht. Unter Umständen kann es aus produktionslogistischen Gründen vorkommen, dass Fördermodul und Dosiermodul an unterschiedlichen Standorten eingebaut werden. Beispielsweise kann das Fördermodul beim Fahrzeughersteller, das Dosiermodul aber beim Motorenhersteller verbaut werden. Dies erschwert den Ausgleich von Fertigungstoleranzen, was bisher durch ein Ablegen einer entsprechenden Kennlinie im Steuergerät noch möglich war. Aus logistischen Gründen ist dies nur mit erhöhtem Aufwand durchführbar. Im derzeitigen Entwicklungsstand werden daher noch gepaarte Module geliefert, bei denen das Fördermodul und das Dosiermodul zuvor aufeinander abgestimmt wurden.
    •
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem eine gegenseitige Anpassung von beliebigen Dosier- und Fördermodulen einfach und kostengünstig gelingt.
  • Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, dazu eine Vorrichtung bereitzustellen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur gegenseitigen Anpassung eines Fördermoduls und eines Dosiermoduls eines Abgasreinigungssystems, das eine Abgasführung und ein Steuermodul aufweist, in einem Steuermodul der Wert eines Referenzdruckes auf Basis des sich in der Abgasführung bildenden Druckes abgelegt wird. Das Fördermodul weist dabei einen Vorratsbehälter mit einem Entlüftungsventil auf, der eine Harnsäure-Lösung enthält, die über eine Förderpumpe einem Druckregelventil zugeführt wird. In dem Dosiermodul wird ein Luftstrom mittels einer Pumpe verdichtet, einem Druckspeicher zugeführt und über ein Regelventil zusammen mit der Harnsäure-Lösung aus dem Druckregelventil einem Dosierventil zugeführt und von dort einer, in der Abgasführung angeordneten Zerstäubereinheit zugeführt. Der im Steuermodul abgelegte Druckwert ist abhängig von der Luftströmung, der Sprührohrausführung und der verschiedenen Fahrzeugapplikationen und ist ein Toleranz-Maß für die Eigenschaften der verschiedenen Module inkl. der darin enthaltenen Regelventile, Dosierventile und Druckregelventile. Abweichungen vom Sollwert resultieren in vom Druck-Sollwert abweichenden Druckwerten aus denen ein Arbeitspunkt für eine optimale Stickoxid-Reduzierung berechnet werden kann.
  • Bei der Inbetriebnahme des Abgasreinigungssystems wird zunächst das Dosiermodul aktiviert, wobei das Fördermodul nicht aktiviert wird. Dadurch hängen die Druckverhältnisse und Mengenflüsse ausschließlich von den Eigenschaften des Dosiermoduls, der Zerstäubereinheit und der Abgasführung ab und werden von den Eigenschaften des Fördermoduls nicht beeinflusst.
  • Dadurch, dass in einem weiteren Schritt das Dosierventil geöffnet wird und der Referenzdruck nach Einstellen stationärer Druckverhältnisse im Steuermodul abgelegt wird, hängt auch dieser nicht von den Eigenschaften des Fördermoduls ab.
  • Zum Abbau eines Restdruckes im Vorratsbehälter, der den Kalibriervorgang stören würde, sieht eine Verfahrensvariante vor, dass bei der Inbetriebnahme das Entlüftungsventil geöffnet und vor Öffnen des Dosierventils wieder geschlossen wird.
  • Im weiteren Betrieb des Abgasreinigungssystems ist in bevorzugter Ausführungsform vorgesehen, dass die Anpassung von Fördermodul und Dosiermodul bedarfsweise und/oder zyklisch in bestimmten Zeitabständen erfolgt. Eine bedarfsweise Neukalibrierung kann beispielsweise erforderlich werden, wenn ein erhöhter Stickoxid-Anteil mit einem Sensor im Abgasstrang detektiert wird. Dies ermöglicht eine dauerhafte und sichere Reduzierung der Stickoxide aus dem Abgas im Dauerbetrieb. Ein Driften des optimalen Arbeitspunktes infolge Alterungen der Komponenten kann damit kompensiert werden.
  • Ein alternatives Verfahren sieht vor, dass zur gegenseitigen Anpassung eines Fördermoduls und eines Dosiermoduls eines Abgasreinigungssystems mit einem Steuermodul, für das Fördermodul und das Dosiermodul jeweils eine Kenngröße oder Kennlinie gebildet wird und als ein maschinenlesbarer Code auf dem jeweiligen Modul angebracht wird. Die individuellen Eigenschaften der Module, beispielsweise infolge von Fertigungstoleranzen können gemessen und die Module entsprechend gekennzeichnet werden. Bei Inbetriebnahme sieht das Verfahren vor, dass der maschinenlesbare Code gelesen und im Steuermodul, beispielsweise in einem nichtflüchtigen Speicher (EEPROM oder dergleichen) gespeichert wird. Anhand der gespeicherten Codes können dann die optimalen Arbeitspunkte für die verschiedenen Ventile berechnet werden.
  • Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird gelöst, indem im Steuermodul der Wert eines Referenzdruckes auf Basis des sich in der Abgasführung bei einem Kalibrierzyklus bildenden Druckes abgelegt ist, wodurch eine Berechnung des optimalen Arbeitspunktes und damit eine optimale Anpassung von Förder- und Dosiermodul erfolgen kann.
  • Die bevorzugte Ausführungsform sieht für die Vorrichtung vor, dass im Steuermodul der zuvor beschriebene Verfahrensablauf gemäß den Verfahrensansprüchen 1 bis 5 als Hardware und/oder Software abgebildet ist. Der Verfahrensablauf kann als Unterprogramm besonders einfach im Steuermodul, oder alternativ dazu in einer übergeordneten Motorsteuerungssoftware integriert werden. Notwendige Änderungen im Verfahrensablauf zur weiteren Optimierung der Stickoxid-Werte im Abgas können damit besonders schnell realisiert werden.
    •
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Abgasreinigungssystems.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • 1 zeigt ein Fördermodul 10 und ein Dosiermodul 20 eines Abgasreinigungssystems 1 gemäß dem Stand der Technik, das eine Abgasführung 30 und ein Steuermodul 40 aufweist.
  • Das Fördermodul 10 besteht aus einen Vorratsbehälter 11 mit einem Entlüftungsventil 11.1, der eine Harnsäure-Lösung 12 (HWL) enthält, die über eine Förderpumpe 13 einem Dosierventil 22 zugeführt wird. Ein mit der Druckseite der Pompe 13 verbundenes Druckregelventil 14 öffnet bei zu hohem Systemdruck und führt dann HWL zum Vorratsbehälter 11 zurück. Im Dosiermodul 20 wird ein Luftstrom 26 mittels einer Pumpe 25 verdichtet, einem Druckspeicher 24 zugeführt und über ein Regelventil 23 zusammen mit der Harnsäure-Lösung aus der Förderpumpe 13 einem Dosierventil 22 zugeführt. Von dort wird das Luft-HWL-Gemisch einer, in der Abgasführung 30 angeordneten Zerstäubereinheit 21 zugeführt. In der Abgasführung 30 wird ein Abgasstrom 31 in einer ersten Kammer einem Oxidationskatalysator 32 zugeführt. Anschließend wird in den Abgasstrom 31 das Luft-HWL-Gemisch mittels der Zerstäubereinheit 21 eingespritzt. Die Reaktion zum Abbau der Stickoxide erfolgt dann in einer zweiten Kammer, die einen SCR-Katalysator 33 bildet. Ein Drucksensor 34 am SCR-Katalysator misst dabei den Druck und leitet den Wert an das Steuermodul 40 weiter.
  • Das Verfahren zur gegenseitigen Anpassung des Fördermoduls 10 und des Dosiermoduls 20 sieht vor, dass im Steuermodul 40 der Wert eines Referenzdruckes auf Basis des sich in der Abgasführung 30 bildenden Druckes abgelegt wird. Dazu wird bei Inbetriebnahme des Abgasreinigungssystems 1 zunächst das Dosiermodul 20 aktiviert, indem die Pumpe 25 eingeschaltet wird. Dabei ist die Förderpumpe 13 des Fördermoduls 10 nicht aktiviert. Hierdurch kann sich der Druck im Druckspeicher 24 aufbauen. Mit dem Regelventil 23 werden vorbestimmte Mengen- und Druckverhältnisse für das nachfolgende Dosierventil 22 eingestellt.
  • In einem weiteren Schritt wird das Dosierventil 22 geöffnet und die Luft aus dem Regelventil 23 über die Zerstäubereinheit 21 in den SCR-Katalysator 33 eingeblasen. Der Druck im SCR-Katalysator 33 wird mittels des Drucksensors 34 gemessen. Nach Einstellen stationärer Druckverhältnisse am Drucksensor 34 wird der Druckwert als Referenzdruck im Steuermodul 40 abgelegt.
  • Nach dieser Kalibrierung wird das Fördermodul 10 durch Aktivieren der Förderpumpe 13 eingeschaltet, wodurch das Abgasreinigungssystem 1 in den normalen Betriebszustand übergeht.
  • Eine alternative Ausgestaltung sieht bei der Inbetriebnahme vor, dass das Entlüftungsventil 11.1 geöffnet und vor Öffnen des Dosierventils 22 wieder geschlossen wird, wodurch ein Restdruck im Vorratsbehälter 11 vor dem Kalibriervorgang abgebaut werden kann.
  • Im weiteren Betrieb des Abgasreinigungssystems 1 ist vorgesehen, dass die Anpassung von Fördermodul 10 und Dosiermodul 20 bedarfsweise und/oder zyklisch in bestimmten Zeitabständen erfolgt.
  • Eine bedarfsweise Neukalibrierung kann beispielsweise erforderlich werden, wenn ein erhöhter Stickoxid-Anteil mit einem Sensor im Abgasstrang detektiert wird. Dies ermöglicht eine dauerhafte und sichere Reduzierung der Stickoxide aus dem Abgas.
  • Die Vorrichtung sieht vor, dass im Steuermodul 40 der Wert das Referenzdruckes auf Basis des sich in der Abgasführung 30 bildenden Druckes in einem Speicher abgelegt ist. Der zuvor beschriebene Verfahrensablauf zur Anpassung von Fördermodul 10 und Dosiermodul 20 ist vorzugsweise im Steuermodul 40 als Hardware und/oder Software abgebildet. Alternativ kann der Verfahrensablauf auch in einer übergeordneten Motorsteuerung gespeichert sein.
  • Ein alternatives Verfahren sieht vor, dass zur gegenseitigen Anpassung des Fördermoduls 10 und des Dosiermoduls 20 des Abgasreinigungssystems 1 für das Fördermodul 10 und das Dosiermodul 20 jeweils eine Kenngröße oder Kennlinie gebildet wird und als ein maschinenlesbarer Code auf dem jeweiligen Modul angebracht wird. Die individuellen Eigenschaften der Module, beispielsweise infolge von Fertigungstoleranzen können gemessen und die Module entsprechend gekennzeichnet werden.
  • Bei Inbetriebnahme sieht das Verfahren vor, dass der maschinenlesbare Code gelesen und im Steuermodul, beispielsweise in einem nichtflüchtigen Speicher (EEPROM oder dergleichen) gespeichert wird. Anhand der gespeicherten Codes können dann die optimalen Arbeitspunkte für die verschiedenen Ventile berechnet werden.
  • Mit dem aufgezeigten Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung kann eine gegenseitige Anpassung von beliebigen Dosier- und Fördermodulen einfach und kostengünstig realisiert werden. Dies ermöglicht eine optimale Stickoxid-Reduzierung. Vorteilhaft ist dabei weiterhin, dass nicht nur der Abgleich bei der Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine erfolgt, sondern auch eine Nachkalibrierung, beispielsweise zum Ausgleich von Alterungsdrifts ermöglicht wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zur gegenseitigen Anpassung eines Fördermoduls (10) und eines Dosiermoduls (20) eines Abgasreinigungssystems (1), das eine Abgasführung (30) und ein Steuermodul (40) aufweist, wobei das Fördermodul (10) einen Vorratsbehälter (11) mit einem Entlüftungsventil (11.1) aufweist, der eine Harnsäure-Lösung (12) enthält, die über eine Förderpumpe (13) einem Druckregelventil (14) zugeführt wird, und wobei in dem Dosiermodul (20) ein Luftstrom (26) mittels einer Pumpe (25) verdichtet, einem Druckspeicher (24) zugeführt und über ein Regelventil (23) zusammen mit der Harnsäure-Lösung (12) aus dem Druckregelventil (14) einem Dosierventil (22) zugeführt und von dort einer, in der Abgasführung (30) angeordneten Zerstäubereinheit (21) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuermodul (40) der Wert eines Referenzdruckes auf Basis des sich in der Abgasführung (30) bildenden Druckes abgelegt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Inbetriebnahme des Abgasreinigungssystems (1) zunächst das Dosiermodul (20) aktiviert wird, wobei das Fördermodul (10) nicht aktiviert wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt das Dosierventil (22) geöffnet wird und der Referenzdruck nach Einstellen stationärer Druckverhältnisse im Steuermodul (40) abgelegt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Inbetriebnahme das Entlüftungsventil (11.1) geöffnet und vor Öffnen des Dosierventils (22) wieder geschlossen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im weiteren Betrieb des Abgasreinigungssystems (1) bedarfsweise und/oder zyklisch die Anpassung von Fördermodul (10) und Dosiermodul (20) erfolgt.
  6. Vorrichtung zur gegenseitigen Anpassung eines Fördermoduls (10) und Dosiermoduls (20) für ein Abgasreinigungssystem (1) mit einer Abgasführung (30) und einem Steuermodul (40), dadurch gekennzeichnet, dass im Steuermodul (40) der Wert eines Referenzdruckes auf Basis des sich in der Abgasführung (30) bei einem Kalibrierzyklus bildenden Druckes abgelegt ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuermodul (40) der Verfahrensablauf gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 als Hardware und/oder Software abgebildet ist.
  8. Verfahren zur gegenseitigen Anpassung eines Fördermoduls (10) und eines Dosiermoduls (20) eines Abgasreinigungssystems (1) mit einem Steuermodul (40), dadurch gekennzeichnet, dass für das Fördermodul (10) und das Dosiermodul (20) jeweils eine Kenngröße oder Kennlinie gebildet wird und als ein maschinenlesbarer Code auf dem jeweiligen Modul angebracht wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Inbetriebnahme der maschinenlesbare Code gelesen und im Steuermodul (40) gespeichert wird.
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