DE102005000969B4 - Verfahren zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung (7, 9) zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung (1) einer Brennkraftmaschine (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (7, 9) eine im Abgasstrang angeordnete Dosiereinheit (11) aufweist, die vom Abgas umströmt wird, wobei durch eine motorische Nacheinspritzung eine Aufheizung der Dosiereinheit (11) auf mindestens eine vorgegebene Temperatur erfolgt und die externe Nacheinspritzung des Reduktionsmittels mittels der Dosiereinheit (11) erfolgt, wenn die Temperatur der Dosiereinheit (11) gleich oder größer der vorgegebenen Temperatur ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Heutige mager-betreibbare Motoren bzw. Dieselmotoren weisen in ihrem Abgasstrang zur Reinigung des Abgases Katalysatoren, NOX-Speicherkatalysatoren und/oder Partikelfilter, die unter Umständen noch katalytisch beschichtet sind, auf. Zur Regeneration derartiger Abgasreinigungssysteme, beispielsweise zur Regeneration eines Partikelfilters oder eines NOX-Speicherkatalysators, ist es bekannt, dass durch Zuführung eines Reduktionsmittels, vorzugsweise des verwendeten Kraftstoffes, in dem Abgasstrang Kohlenwasserstoffe, d. h., HC, erzeugt werden.
  • So ist aus der DE 44 40 833 A1 eine Katalysator-Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, bekannt, bei der die Katalysatoranordnung einen brennraumnahen sowie einen brennraumfernen Katalysator aufweist, die abstandsbedingt mit ungleichen Temperaturen wirksam sind. Vor jedem Katalysator ist eine Dosiereinrichtung angeordnet, die unabhängig von einander zur Optimierung der Abgas-Schadstoff-Umsetzung jedem Katalysator eine entsprechend abgemessene Reduktionsmittelmenge zuführt.
  • In der DE 102 56 769 A1 ist ein Diesel-Kraftfahrzeug mit einer diskontinuierlich regenerierbaren Abgasanlage beschrieben. Stromaufwärts eines Oxidationskatalysators ist eine Dosiereinheit zur externen Nacheinspritzung eines. Reduktionsmittels, konkret von Kraftstoffdampf, angeordnet. Die Öffnung des Dosierrohrs ist von der Brennkraftmaschine weg in Strömungsrichtung des Abgases orientiert. Nachteilig bei der bekannten Dosiereinrichtung für die externe Nacheinspritzung von Reduktionsmittel einer Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine ist die Gefahr der Rückkondensation und der Verkokung der Dosiereinrichtung.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der keine Rückkondensation des nacheingespritzten Reduktionsmittels sowie eine Verkokung der Dosiereinheit auftritt.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine weist eine im Abgasstrang angeordnete Dosiereinheit einer Dosiereinrichtung auf, wobei die Dosiereinheit vom Abgas umströmt wird. Dabei wird durch eine motorische Nacheinspritzung eine Aufheizung der Dosiereinheit auf mindestens eine vorgegebene Temperatur bewirkt, wobei die externe Nacheinspritzung des Reduktionsmittels mit der Dosiereinheit nur dann erfolgt, wenn die Temperatur der Dosiereinheit gleich oder größer der vorgegebenen Temperatur ist. Vorzugsweise entspricht die vorgegebene Temperatur der Siedetemperatur des Reduktionsmittels.
  • Vorzugsweise ist das Reduktionsmittel der verwendete Kraftstoff, d. h., im Fall eines magerbetreibbaren Otto-Motors folglich Benzin, und im Fall einer Dieselbrennkraftmaschine folglich Diesel. Vorzugsweise beträgt die vorgegebene Temperatur 350°C.
  • Die Abgasreinigungsvorrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Katalysator und/oder einen Partikelfilter auf, wobei der Katalysator ein NOX-Speicherkatalysator und der Partikelfilter auch ein katalytisch beschichteter Partikelfilter sein kann.
  • Durch die Nutzung der motorischen Nacheinspritzung zur Heizung der Dosiereinheit und durch die Tatsache, dass eine Zuführung des Kraftstoffes zur externen Nacheinspritzung nur oberhalb der Siedekurve des Kraftstoffes erfolgt, wird eine Verkokung der Dosiereinheit und eine Rückkondensation des nacheingespritzten Kraftstoffes verhindert. Weiterhin kann die motorische Nacheinspritzung auch zur Reinigung der Dosiereinheit von eventuellen Rückständen verwendet werden.
  • Eine im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Dosiereinheit zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine weist ein im Abgasstrom angeordnetes Rohr auf, wobei die Öffnung des Rohrs von der Brennkraftmaschine weg in Strömungsrichtung des Abgases zeigt, d. h. angeordnet ist. Durch das Rohr wird das Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingespritzt. Vorzugsweise umfasst das Rohr der Dosiereinheit einen seitlichen Rohrabschnitt und einen in Abgasströmungsrichtung angeordneten Dosierabschnitt. Mit anderen Worten, der Rohrabschnitt ragt senkrecht zur Abgasströmungsrichtung in die Abgasvorrichtung hinein, während der Dosierabschnitt um 90° abgewinkelt in Strömungsrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Dosierabschnitt der Dosiereinheit mittig im Abgasstrom angeordnet.
  • Vorzugsweise weist die Dosiereinheit einen innen offenen Flansch auf, in dem das Rohr der Dosiereinheit angeordnet ist. Der Flansch dient zur einfachen Einbringung der Dosiereinheit in ein geflanschtes Abgasreinigungssystem. Vorzugsweise ist das Rohr der Dosiereinheit aus einem Metall, beispielsweise Stahl oder Edelstahl, zum Wärmeübertrag ausgebildet. Das durch die motorische Nacheinspritzung aufgeheizte Abgas umspült das Rohr der Dosiereinheit, durch welches das Reduktionsmittel austritt. Durch die metallische Ausgestaltung wirkte das Rohr als Wärmetauscher und überführt den flüssigen Kraftstoff in die Gasphase. Ferner ist der Bauraum der Dosiereinheit so gering, dass sie als Nachrüstsatz auch in vorhandenen Abgasanlagen eingesetzt werden kann, was insbesondere durch die Ausbildung als Flansch sichergestellt ist.
  • Eine im erfindungsgemäß Verfahren verwendete Dosiereinrichtung zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine umfasst eine im vorangegangenen geschilderte Dosiereinheit, einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Dosierabschnitts der Dosiereinheit, ein steuerbares Dosierventil zur Steuerung der Zufuhr des Reduktionsmittels, sowie eine Steuervorrichtung zur Steuerung der externen Nacheinspritzung und des Dosierventils.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung mit zwei Dosiereinrichtungen,
  • 2 die in Flanschform ausgebildete Dosiereinheit, und
  • 3 ein zeitliches Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer externen Nacheinspritzung.
  • 1 zeigt eine Abgasreinigungsvorrichtung 1, die nachfolgend einer Brennkraftmaschine 2 angeordnet ist, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung einen Katalysator 3 sowie einen nachfolgenden Partikelfilter 4 aufweist, die durch Abgasstränge 5, 6 miteinander und mit dem Motor 2 verbunden sind. Eine erste Dosiereinrichtung 7 mit einer Zuführung 8 bringt ein Reduktionsmittel vor dem Katalysator 3 in den Abgasstrang 5 ein, während eine zweite Dosiervorrichtung 9 mittels einer Zuführung 10 Reduktionsmittel in den Abgasstrang 6 vor dem Partikelfilter 4 einbringt.
  • 2 zeigt eine im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Dosiereinheit 11 einer Dosiereinrichtung 7, 9 der 1, die im Abgasstrang 5, 6 vor dem Katalysator 3 und/oder Partikelfilter 4 der Abgasreinigungsvorrichtung 1 angeordnet ist. Die Dosiereinrichtung 11 umfasst einen entsprechend der Abgasanlage ausgeformten, üblicherweise zylindrischen Flansch 12. Dabei ist der zylindrische Flansch 12 im Innern hohl. In dem Flansch 12 ist ein Dosierrohr 13 angeordnet, das seitlich in das Innere des Flansches 12 hineinragt und einen seitlichen Rohrabschnitt 14 sowie einen dazu um 90° gedrehten Dosierabschnitt 15, der parallel zur Strömungsrichtung 17 des Abgases verläuft, umfasst. Die Öffnung 16 des Dosierabschnitts 15 weist in Strömungsrichtung 17 des Abgases, so dass das Dosierrohr 13 der Dosiereinheit 11 vom in Richtung 17 verlaufenden Abgasstrom umströmt wird. Wird der Abgasstrom durch eine motorische Nacheinspritzung auf erhöhte Temperatur gebracht, so erfolgt durch die Verwendung eines metallischen Materials für das Dosierrohr 13 ein Wärmeübergang auf das durch das Dosierrohr 13 nacheingespritzte Reduktionsmittel. Mit anderen Worten, das Dosierrohr 13 wird aufgeheizt.
  • 3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in einer Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine in zeitlicher Darstellung. Dargestellt ist die Zeit t in Minuten gegenüber der Temperatur des Dosierrohrs 13 TROHR in °C bzw. dem HC-Anteil des Abgases in ppm. Durch eine motorische Nacheinspritzung verändert sich der Temperaturverlauf der Kurve I, und die Temperatur des Dosierrohrs steigt. Mit Erreichen des Siedepunktes des verwendeten Kraftstoffes, hier ca. 350°C, wird die externe Nacheinspritzung des Reduktionsmittels, d. h., des Kraftstoffes, über die Dosiereinheit eingeschaltet, was durch die Rechteckkurve II dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass die Temperaturerhöhung des Dosierrohrs aufgrund des nacheingespritzten Kraftstoffes abnimmt und nur noch langsam weiter steigt. Weiterhin ist durch die Nacheinspritzung des Kraftstoffes nach Kurve II zu erkennen, dass der Anteil an HC im Abgasstrom, dargestellt durch die Kurve III, zunimmt. Die externe Nacheinspritzung in die in 1 gezeigte Kaskaden-Anordnung erzeugt daher zuerst Exotherme auf einem Katalysator oder einem beschichteten Filter. Hier ist die Abgastemperatur aus motorischer Nacheinspritzung hoch genug, um die Dosiervorrichtung vor dem Katalysator auf einer verkokungsfreien Temperatur zu halten. Die zweite Vorrichtung nach 1 sitzt hinter dem Katalysator vor dem Partikelfilter. Die notwendige Temperatur zur Verhinderung einer Vekokung entsteht jetzt aus der Exotherme des Katalysators. Es ist auch die Anordnung möglich, bei der die erste Dosiereinrichtung zur Unterstützung des Exotherme aus dem Katalysator nicht notwendig ist, da die Temperatur für die zweite Dosiervorrichtung auch ohne Unterstützung der ersten Anlage mit einer motorischen Nacheinspritzung erreicht werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgasreinigungsvorrichtung
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Katalysator
    4
    Partikelfilter
    5
    Abgasstrang
    6
    Abgasstrang
    7
    erste Dosiereinrichtung
    8
    Zuführung
    9
    zweite Dosiereinrichtung
    10
    Zuführung
    11
    Dosiereinheit
    12
    Flansch
    13
    Dosierrohr
    14
    seitlicher Rohrabschnitt
    15
    Dosierabschnitt
    16
    Öffnung des Dosierabschnitts
    17
    Abgasströmungsrichtung Temperaturverlauf des Dosierrohrs
    II
    Nacheinspritzung Kraftstoff
    III
    HC-Verlauf

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung (7, 9) zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung (1) einer Brennkraftmaschine (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (7, 9) eine im Abgasstrang angeordnete Dosiereinheit (11) aufweist, die vom Abgas umströmt wird, wobei durch eine motorische Nacheinspritzung eine Aufheizung der Dosiereinheit (11) auf mindestens eine vorgegebene Temperatur erfolgt und die externe Nacheinspritzung des Reduktionsmittels mittels der Dosiereinheit (11) erfolgt, wenn die Temperatur der Dosiereinheit (11) gleich oder größer der vorgegebenen Temperatur ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Temperatur der Siedetemperatur des Reduktionsmittels entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel Kraftstoff ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Temperatur 350°C beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung einen Katalysator (3) und/oder einen Partikelfilter (4) aufweist.
  6. Verwendung einer Dosiereinheit (11) zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung (1) einer Brennkraftmaschine (2), mit einem im Abgasstrom angeordneten Dosierrohr (13), wobei die Rohröffnung (16) des Dosierrrohrs (13) von der Brennkraftmaschine (2) weg in Strömungsrichtung (17) des Abgases angeordnet ist, in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Verwendung einer Dosiereinheit (11) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (11) einen seitlichen Rohrabschnitt (14) und einem in Abgasströmungsrichtung angeordneten Dosierabschnitt (15) aufweist.
  8. Verwendung einer Dosiereinheit (11) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierabschnitt (15) mittig im Abgasstrom angeordnet ist.
  9. Verwendung einer Dosiereinheit (11) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (11) einen innen offenen Flansch (12) zu Montage der Dosiereinheit (11) in der Abgasreinigungsvorrichtung (1) aufweist, in dem das Dosierrohr (13) der Dosiereinheit (11) angeordnet ist.
  10. Verwendung einer Dosiereinrichtung zur externen Nacheinspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Dosiereinheit (11) mit einem im Abgasstrom angeordneten Dosierrohr (13), wobei die Rohröffnung (16) des Dosierrrohrs (13) von der Brennkraftmaschine (2) weg in Strömungsrichtung (17) des Abgases angeordnet ist, einem Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Dosierabschnitts (15) der Dosiereinheit (11), einem steuerbaren Dosierventil und einer Steuervorrichtung zur Steuerung der externen Nacheinspritzung , in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
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