DE102006055235A1

DE102006055235A1 - Verfahren zur Erkennung der Qualität einer Harnstoff-Wasser-Lösung

Info

Publication number: DE102006055235A1
Application number: DE102006055235A
Authority: DE
Inventors: Buelent Barcin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2008-05-29

Abstract

Bei einem Verfahren zur Erkennung der Qualität einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) einer Abgasbehandlungseinheit zur Umsetzung, insbesondere zur Reduzierung von Stickoxidverbindungen, eines Abgasstromes einer Verbrennungseinrichtung, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, wird während einer vorgebbaren Zeitdauer nach einem Befüllen eines HWL-Tanks das Signal wenigstens eines stromabwärts eines SCR-Katalysators angeordneten Abgassensors zur Ermittlung der Stickoxid- bzw. Ammoniakkonzentration mit vorgebbaren Vergleichswerten verglichen und bei Abweichung des Signals von den Vergleichswerten um vorgebbare Schwellenwerte auf eine HWL minderer Qualität geschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Qualität einer Harnstoff-Wasser-Lösung.
Stand der Technik
Zur Reduzierung von Stickoxidemissionen von Kraftfahrzeugen sind aus dem Stand der Technik Abgasbehandlungseinheiten bekannt, bei denen eine Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL), die in einer Speichereinrichtung, beispielsweise in einem Tank, gespeichert ist dem Abgasstrang einer Verbrennungseinheit, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, zugeführt wird. Zur Verringerung der Stickoxidemission wird hierbei das sogenannte Selectiv Catalytic-Reduction(SCR)-Verfahren eingesetzt. Da die HWL durch das Eindüsen in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine im Bereich eines SCR-Katalysators über längere Sicht verbraucht wird, muss sie von Zeit zu Zeit nachgefüllt werden.
Die Reduktion von Stickoxiden ist dabei nur möglich, wenn die Harnstoff-Wasser-Lösung eine genügend hohe Qualität aufweist. Bei Befüllung des HWL-Tanks mit einer Harnstoff-Wasser-Lösung minderer Qualität ist dagegen eine Reduktion der Stickoxide im Abgas der Verbrennungseinheit nicht sichergestellt.
Aufgrund gesetzlicher Vorschriften müssen Fahrzeuge heutiger Bauart eine On-Board-Diagnoseeinheit aufweisen, die sämtliche abgasrelevanten Systeme des Fahrzeugs überwacht (OBD II). Bei Befüllung des Harnstoff-Wasser-Lösung-Tanks mit einer Harnstoff- Wasser-Lösung minderer Qualität wird durch eine On-Board-Diagnoseeinheit ein allgemeiner Fehler der Abgasbehandlungseinheit erfasst, beispielsweise der Fehler „zu niedrige Stickoxid-Umsatzrate". Dieser Fehler kann jedoch verschiedene Ursachen haben, zum Beispiel kann er auftreten, wenn eine Komponente im Dosiersystem defekt ist, der SCR-Katalysator gealtert ist, wenn eine Stickoxid-Sensor-Drift vorliegt oder wenn eben ein falsches oder ein Reduktionsmittel minderer Qualität nachgefüllt wurde. Die in den Gesetzen verschiedener Staaten vorgeschriebene Forderung, nach einer genauen Präzisierung des Fehlers (Pin-Pointing) kann mit einer solch allgemeinen Fehleraussage nicht erfüllt werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Qualität der Harnstoff-Wasser-Lösung erkannt werden kann. Dies geschieht dadurch, dass eine Befüllung des Harnstoff-Wasser-Lösungs-Speichers oder –Tanks erkannt wird und im Anschluss an eine solche Befüllung eine Messung der Abgaszusammensetzung stromabwärts eines SCR-Katalysators vorgenommen wird. Aufgrund des Signals des Abgassensors kann auf die Qualität der Harnstoff-Wasser-Lösung geschlossen werden dadurch, dass das Signal mit Vergleichswerten verglichen wird und wenn dieses bei Berücksichtigung vorgebbarer Schwellenwerte von den Vergleichswerten abweicht, darauf geschlossen wird, dass die Flüssigkeit in dem Harnstoff-Wasser-Lösung-Tank entweder keine Harnstoff-Wasser-Lösung oder eine solche mindere Qualität ist.
Die Befüllung des Harnstoff-Wasser-Lösung-Tanks kann mittels eines Füllstandsensors aufgrund des Füllstands ermittelt werden dadurch, dass der Füllstand nach einem Neustart der Verbrennungseinheit erfasst und mit einem gespeicherten Wert verglichen wird, der unmittelbar vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine gespeichert wird. Wenn der Füllstand nach dem Neustart der Verbrennungseinheit größer ist als der gespeicherte Wert, muss ein Befüllvorgang stattgefunden haben.
In diesem Falle wird nach Ablauf des vorgenannten Zeitintervalls eine Abgasmessung stromabwärts des SCR-Katalysators vorgenommen.
Der Füllstand kann beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine in einem Speicher einer Steuereinrichtung, insbesondere eines Steuergeräts der Brennkraftmaschine gespeichert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt und
2 schematisch ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Abgasbehandlungseinheit zur Stickoxid-Reduzierung eines Rohabgasstroms 101 einer nicht näher dargestellten Verbrennungseinrichtung, wie beispielsweise einer Diesel- oder auch Benzinbrennkraftmaschine dargestellt. In 1 ist nur beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasbehandlungseinheit zur Stickoxid-Reduzierung mit Luftunterstützung dargestellt, wie sie beispielsweise in Lastkraftwagen zum Einsatz kommen kann. Die Erfindung ist nicht auf die in 1 dargestellte Abgasbehandlungseinheit beschränkt, sondern kann auch eingesetzt werden in Verbindung mit einer Abgasbehandlungseinheit zur Stickoxid-Reduzierung ohne Luftunterstützung für Lastkraftwagen sowie auch in Verbindung mit einer Abgasbehandlungseinheit zur Stickoxid-Reduzierung ohne Luftunterstützung für Personenkraftwagen, die nachfolgend nicht dargestellt sind.
Der Rohabgasstrom 101 wird optional in einem Oxidationskatalysator 102 vorbehandelt. Vorzugsweise in Strömungsrichtung hinter dem Oxidationskatalysator 102 wird mittels einer Düse 104 eine Harnstoff-Wasser-Lösung(HWL) 105 im Bereich eines SCR-Katalysators 103 (Selective-Catalytic-Reduction) weitgehend gleichmäßig verdöst.
In einer nicht näher dargestellten Weise wird im SCR-Katalysator 103 in einer ersten Reaktionsstufe der in der HWL 105 enthaltene Harnstoff mit Wasser zu Ammoniak und Kohlendioxid umgesetzt bzw. hydrolisiert. In einer zweiten Reaktionsstufe wird Ammoniak und insbesondere Stickstoffmonoxid sowie Stickstoffdioxid in Stickstoff und Wasser umgesetzt.
Gemäß 1 kann sowohl die Hydrolyse als auch die Reduktion in einer Baueinheit 103 erfolgen. Alternativ hierzu kann jedoch in nicht näher dargestellter Weise sowohl für die Hydrolyse als auch für die Reduktion jeweils eine separate, vorzugsweise katalytisch aktive Baueinheit vorgesehen sein.
Generell können in nicht näher dargestellter Weise auch weitere Komponenten wie (Dieselruß-) Partikelfilter oder dergleichen für die Abgasbehandlung des Rohabgasstromes 101 vorgesehen sein.
Zur stöchiometrischen Umsetzung der HWL 105 mit den Stickoxidemissionen der Brennkraftmaschine wird die in einem Tank 106 gespeicherte HWL 105 mittels einer Pumpe 107 und einem Regelventil 108, einem Dosierventil 109 unter Druck, der beispielsweise zwischen 20 bis 25 bar betragen kann, zugeführt. Für die Eindüsung der HWL 105 wird zusätzlich vorzugsweise ein atmosphärischer Luftstrom 110 mittels einer Pumpe 111 und einem Druckspeicher 112 sowie einem Regelventil 113 dem Dosierventil 109 zugeführt. Die HWL-Lufteindüsung in den Abgasstrom 101 wird derart realisiert, dass eine weitgehend gleichmäßige Anströmung des SCR-Katalysators 103 erreicht wird. Gegebenenfalls können hierfür vorteilhafte Strömungselemente wie Umlenkbleche oder dergleichen im SCR-Katalysator 103 vorgesehen werden.
In dem Tank 106 ist ein Füllstandsensor 117 angeordnet, der den Füllstand der HWL 105 erfasst. Neben dem Füllstandsensor 117 können weitere Sensoren, beispielsweise ein Drucksensor 114 und/oder ein Temperatursensor 116 vorgesehen sein, die ebenfalls zur Ermittlung des Füllstands herangezogen werden können. Die Signale dieser Sensoren werden einer Steuereinrichtung 115, beispielsweise einem Steuergerät 115 zugeführt, in dem der Füllstand ermittelt wird. Der Tank 106 ist mittels eines Tankstutzens 118 weitgehend gasdicht verschlossen.
Da nun die HWL 105 in dem Tank 106 zur Herbeiführung der vorbeschriebenen Reaktionen zur Reduktion der Stickoxide im Abgas über einen bestimmten Zeitraum verbraucht wird, muss sie innerhalb gewisser Intervalle nachgefüllt werden. Die Nachfüllung erfolgt durch Öffnen des Verschlusses 118 und Befüllen des Tanks 106.
Wenn nun eine HWL 105 minderer Qualität oder gar keine HWL 105 in den Tank 106 gefüllt wird, ist die Reduktion der Stickoxide im Abgas nicht möglich. Um die Qualität der in den Tank 106 gefüllten HWL 105 zu erkennen, dient das nachfolgend in Verbindung mit in 2 erläuterte Verfahren.
Zunächst wird überprüft, ob eine Befüllung des Tanks 106 durchgeführt wurde. Dies erfolgt durch Messen des Füllstands mittels des Füllstandssensors 117 in einem Schritt 202 und Vergleichen dieses Füllstands mit einem gespeicherten Wert, der unmittelbar vor Abstellen der Brennkraftmaschine gespeichert wurde, in einem Schritt 205. Wenn in Schritt 205 festgestellt wird, dass der erfasste Wert dem gespeicherten Wert entspricht oder kleiner als dieser ist, liegt keine Befüllung des Tanks 106 vor. Ist das Gegenteil der Fall, wird auf eine Befüllung des Tanks geschlossen und diese signalisiert. Es erfolgt sodann nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls, welches durch Erfassen der Zeit in einem Schritt 210 und Abfragen in einem Schritt 220, ob die Zeit eine vorgegebene Zeitdauer überschritten hat, bestimmt wird, eine Messung der Zusammensetzung des Abgasstroms 109 mittels der Sensoren 120, 121 in einem Schritt 230.
In Schritt 240 werden die durch die Sensoren 120, 121 erfassten Werte mit Vergleichswerten verglichen, die in einer Speichereinrichtung (nicht dargestellt) des Steuergeräts 115 gespeichert sind. Es versteht sich, dass hierbei Intervalle um die Vergleichswerte durch Festlegen entsprechender Schwellenwerte berücksichtigt werden und untersucht wird, ob die gemessenen Werte innerhalb dieser Intervalle liegen. Vergleichswerte kön nen dabei arbeitspunktabhängige Größen sein genauso wie Signale, welche den Wirkungsgrad des SCR-Katalysators kennzeichnen, Signale, die die maximale Ansteuergrenze des Dosierventils kennzeichnen oder auch die Stickoxid-Konzentration im Abgas. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt 260 darauf geschlossen, dass die HWL 105 eine genügend hohe Qualität aufweist und es erfolgt kein Fehlereintrag in einem Fehlerspeicher. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, das heißt, wenn Abgasgrenzwerte nicht erreicht werden, die mit einer geeigneten HWL 105 genügend hoher Qualität erreicht werden müssten, wird in Schritt 270 darauf geschlossen, dass die HWL 105 eine mindere Qualität aufweist und es erfolgt ein Fehlereintrag in einem Fehlerspeicher in Schritt 280, bevor das Verfahren beendet wird. Durch das vorstehend beschriebene Verfahren ist eine Erkennung der Qualität der HWL 105 möglich, ohne hierfür aufwendige und damit auch teure HWL-Qualitätssensoren verwenden zu müssen.

Claims

Verfahren zur Erkennung der Qualität einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) (105) einer Abgasbehandlungseinheit zur Umsetzung, insbesondere zur Reduzierung von Stickoxidverbindungen, eines Abgasstromes (101) einer Verbrennungseinrichtung, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, wobei während einer vorgebbaren Zeitdauer nach einem Befüllen eines HWL-Tanks (106) das Signal wenigstens eines stromabwärts eines SCR-Katalysators (103) angeordneten Abgassensors (120, 121) zur Ermittlung der Stickoxid- bzw. Ammoniakkonzentration mit vorgebbaren Vergleichswerten verglichen wird und bei Abweichung des Signals von den Vergleichswerten um vorgebbare Schwellenwerte auf eine HWL (105) minderer Qualität geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergleichswerte eine oder mehrere der folgenden Größen verwendet wird: – arbeitspunktabhängige Größen, – Signale, welche den Wirkungsgrad des SCR-Katlysators (103) kennzeichnen, – Signale, welche die maximale Ansteuergrenze eines Dosierventils (109) zur Zufügung der HWL (105) charakterisieren, – die Stickoxidkonzentration im Abgas.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen des HWL-Tanks (106) durch Erfassung des Füllstands mittels wenigstens eines Sensors (116, 114), insbesondere eines Füllstandsensors (117) durch Vergleichen des gemessenen Füllstands mit einem vor Abschalten der Verbrennungseinrichtung gespeicherten Füllstand-Wert verglichen wird und auf ein Befüllen dann geschlossen wird, wenn der erfasste Füllstand-Wert größer ist als der vor Abschalten der Verbrennungseinrichtung gespeicherte Wert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand des HWL-Tanks in einem Speicher einer Steuereinrichtung (115) der Verbrennungseinrichtung, insbesondere in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine gespeichert wird.