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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion
von Stickoxiden in einem sauerstoffhaltigen Abgas eines Verbrennungsmotors,
insbesondere eines Dieselmotors, wobei eine Reduktionsmittelflüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter gefördert und über
eine Zuleitung, gegebenenfalls unter Umsetzung in ein Reduktionsmittel,
zur Reaktion mit den Stickoxiden dem Abgas vor einem Reduktionskatalysator
beigegeben wird. Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechendes
Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in
einem sauerstoffhaltigen Abgas eines Verbrennungsmotors.
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Das
Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (auch SCR-Verfahren
genannt) hat sich zur Beseitigung von Stickoxiden mittlerweile als
ein technisch gut beherrschbares Verfahren etabliert, das zur Entstickung
von Abgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, auch
einer Verbrennungsanlage, eingesetzt wird. Dabei werden die in dem
Abgas enthaltenen Stickoxide in Anwesenheit von Sauerstoff an einem
selektiv arbeitenden Reduktionskatalysator mittels eines geeigneten
Reduktionsmittels in molekularen Stickstoff und Wasser umgesetzt.
Als ein Reduktionsmittel hat sich Ammoniak gegenüber anderen
Reduktionsmitteln wie Kohlenwasserstoffen oder Cyanursäure durchgesetzt.
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Ammoniak
ist eine stark riechende und in höherer Konzentration auch
toxische Verbindung. Das zur Entstickung der Abgase eines Verbrennungsmotors
z. B. eines Fahrzeugs notwendige Reduktionsmittel wird deshalb häufig
in Form einer wässrigen Harnstofflösung in einem
Vorratsbehälter in dem Fahrzeug mit geführt, aus
der das Ammoniak insbesondere durch Hydrolyse in der zur Entstickung
benötigten Menge freigesetzt werden kann.
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Dazu
ist es aus der
WO
00/21881 A1 bekannt, die wässrige Harnstofflösung
aus einem Vorratsbehälter über eine Zuleitung
dem Abgas einer Verbrennungsmaschine vor einem SCR-Katalysator beizugeben.
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Bei
niedrigen Temperaturen (ab ca. –11°C) besteht
die Gefahr des Einfrierens der Harnstofflösung. Bei einem
Einfrieren der Harnstofflösung können, aufgrund
des Ausdehnungsverhaltens der Harnstofflösung, das dem
von Wasser ähnelt, hohe Drücke auftreten, so dass
die mit der Harnstofflösung befüllten Bauteile
evtl. beschädigt werden können.
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Um
ein Einfrieren zu vermeiden, ist es aus der
WO 00/21881 A1 bekannt,
die Temperatur der Harnstofflösung im Vorratsbehälter
zu kontrollieren und bei einer übermäßig
niedrigen Temperatur die Harnstofflösung mittels einer
Heizvorrichtung zu beheizen.
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Ausgehend
vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein lebensdauerverlängerndes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung
zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einem
sauerstoffhaltigen Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere
eines Dieselmotors, anzugeben.
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Die
auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst
durch ein Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in
einem sauerstoffhaltigen Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere
eines Dieselmotors, wobei eine Reduktionsmittelflüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter gefördert und über
eine Zuleitung, gegebenenfalls unter Umsetzung in ein Reduktionsmittel, zur
Reaktion mit den Stickoxiden dem Abgas vor einem Reduktionskatalysator
beigegeben wird, wobei zur Charakterisierung der Temperatur der Reduktionsmittelflüssigkeit
ein Temperaturparameter erfasst wird, wobei ein Stillstand des Verbrennungsmotors erfasst
wird, und wobei nach einer Unterschreitung eines ersten Schwellwerts
durch den Temperaturparameter, gegebenenfalls unter Berücksichtigung
weiterer Steuerparameter, in der Zuleitung Druck abgebaut wird.
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Die
Erfindung geht davon aus, dass zur Entstickung der entstehenden
Abgase es notwendig ist, die Reduktionsmittelflüssigkeit,
auch bei tiefen Temperaturen, in einem flüssigen Aggregatszustand
zur Verfügung zu stellen. Eine entsprechende Erwärmung
der Reduktionsmittelflüssigkeit erfolgt dabei beispielsweise
mittels einer Heizvorrichtung. Bei einem Stillstand des Verbrennungsmotors
kann ein Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit nur
durch eine energieintensive Beheizung verhindert werden.
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Die
Erfindung erkennt, dass die Gefahr einer Beschädigung des
Vorratsbehälters durch ein Einfrieren eher gering ist,
da der Vorratsbehälter aufgrund seiner Abmessungen über
ein relativ großes Volumen verfügt, in dem sich
die Reduktionsmittelflüssigkeit bei einem Einfrieren frei
ausdehnen kann, wohingegen bei einem Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit
in der Zuleitung mitunter hohe Drücke auftreten, da sich
die Flüssigkeit in der Zuleitung, aufgrund der geringeren
Abmessungen, kaum ausdehnen kann. Ein Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit
in der Zuleitung kann aufgrund der auftretenden hohen Drücke
deshalb häufig zu einer erheblichen Beschädigung
führen.
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Deshalb
wird bei einem Stillstand des Verbrennungsmotors bei einer entsprechend
niedrigen Temperatur in der Zuleitung Druck abgebaut. Dadurch kann
eine Beschädigung der Zuleitung während eines
Stillstands bei gleichzeitigem Verzicht auf eine energieintensive
Beheizung vermieden werden.
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Der
Druck in der Zuleitung kann beispielsweise über ein Entleerventil
insbesondere in den Vorratsbehälter abgebaut werden. Alternativ
kann der Druck auch durch einen Kurzbetrieb einer zur Förderung
der Reduktionsmittelflüssigkeit eingesetzten Pumpe in Umkehrrichtung
abgebaut werden.
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Die
Reduktionsmittelflüssigkeit ist beispielsweise als eine
flüssige Vorläufersubstanz gegeben, die chemisch
und/oder thermisch in ein Reduktionsmittel umsetzbar ist. Zur Umsetzung
einer derartigen Vorläufersubstanz, die z. B. als eine
wässrige Harnstofflösung oder als Ammoniakwasser
gegeben ist, wird diese z. B. in einen Aufbereitungsreaktor oder auch
direkt in das Abgas eingebracht. Im Zuge einer Hydro- und/oder Pyrolyse
oder durch eine chemische Reaktion wird die Vorläufersubstanz
in das Reduktionsmittel umgewandelt und letztlich dem Reduktionskatalysator
zugeführt. Beispielsweise zerfällt bei einer Erhitzung
von Harnstoff über eine gewisse Temperatur dieser zu Ammoniak,
welches dann dem Reduktionskatalysator zugeführt wird.
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Alternativ
ist es ebenso möglich, dass die Reduktionsmittelflüssigkeit
selber das Reduktionsmittel darstellt, welches dem Reduktionskatalysator zugeführt
wird.
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Als
Temperaturparameter wird beispielsweise die Temperatur der Reduktionsmittelflüssigkeit selber
erfasst. Dabei ist es z. B. möglich, die Temperatur der
in dem Vorratsbehälter befindlichen Reduktionsmittelflüssigkeit
zu erfassen und/oder die Temperatur der Reduktionsmittelflüssigkeit
in der Zuleitung. Der entsprechende Temperaturparameter wird dabei
beispielsweise mit einem Sensor ermittelt und ist je nach verwendetem
Sensor z. B. als ein Widerstands-, Spannungs- oder auch Temperaturwert
gegeben.
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Um
das Auftreten hoher Drücke in der Zuleitung aufgrund eines
Einfrierens der Reduktionsmittelflüssigkeit zu verhindern,
liegt der erste Schwellwert z. B. im Bereich der Gefriertem peratur
der Reduktionsmittelflüssigkeit, beziehungsweise charakterisiert
diesen. Der Schwellwert kann insbesondere gezielt den entsprechenden
Erfordernissen angepasst werden. Beispielsweise wird der Schwellwert, je
nach verwendeter Reduktionsmittelflüssigkeit, unterschiedlich
gewählt. Sinnvoll kann es auch sein, den Schwellwert entsprechend
z. B. der vorgesehenen Betriebsumgebung des Verbrennungsmotors zu wählen.
Beispielsweise kann der Schwellwert in einer Umgebung, in der mit
plötzlichen Temperaturabfällen zu rechnen ist,
z. B. bei klimazonenbedingten großen Unterschieden zwischen
der Tages- und der Nachttemperatur, deutlich über der Gefriertemperatur
der entsprechenden Reduktionsmittelflüssigkeit liegen. In
dem Fall wird in der Zuleitung beispielsweise über das
Entleerventil schon bei einer entsprechend höheren z. B.
Außentemperatur Druck abgebaut, so dass es bei einem Temperatureinbruch
während eines Stillstands nicht zu einer Beschädigung
der Zuleitung durch einen Druckaufbau infolge eines Einfrierens der
Reduktionsmittelflüssigkeit kommt.
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Ebenso
ist es z. B. möglich, bei entsprechenden Betriebserfordernissen
den Schwellwert sehr hoch zu wählen, um gegebenenfalls
den temperaturabhängigen Druckabbau zu verzögern
bzw. gänzlich zu unterdrücken.
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Als
ein weiterer Steuerparameter, der für die Aktivierung eines
Druckabbaus gegebenenfalls berücksichtigt wird, kann beispielsweise
ein Faktor, der Rückschlüsse auf z. B. die Entwicklung
der Umgebungstemperatur zulässt, herangezogen werden. Ein derartiger
Faktor kann beispielsweise der Luftdruck, eine klimatische Bedingung
oder z. B. auch der gemittelte jahreszeitliche Temperaturverlauf
sein.
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Ebenso
ist es z. B. möglich einen Betriebsparameter einer Heizeinrichtung
zum Beheizen der Reduktionsmittelflüssigkeit als einen
weiteren Steuerparameter zu berücksichtigen. Beispielsweise
kann ein programmierter Beheizungszyklus der Heizvorrichtung berücksichtigt
werden, z. B. indem während einer programmiergemäßen
Beheizung der Reduktionsmittelflüssigkeit die Druckabbaufunktion
deaktiviert wird. Unter der Druckabbaufunktion soll insbesondere
der Verfahrensschritt, der in Abhängigkeit von einer Schwellwertunterschreitung
zu einem Druckabbau führt oder eben nicht führt,
verstanden werden.
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Vorzugsweise
wird zum Druckabbau die Reduktionsmittelflüssigkeit aus
der Zuleitung entleert. Bei der Entleerung der Zuleitung wird die
Reduktionsmittelflüssigkeit beispielsweise aus der Zuleitung gänzlich
dem Abgas beigegeben. Dazu wird beispielsweise die Reduktionsmittelflüssigkeit
mittels Druckluft oder einer Pumpe aus der Zuleitung in den Abgasstrang
gefördert. Durch eine gänzliche Entleerung wird
unabhängig von der genauen Ausführung der Zuleitung
zuverlässig verhindert, dass ein Ausdehnen der Reduktionsmittelflüssigkeit,
insbesondere bei einem Einfrieren, zu einer Beschädigung
der Zuleitung führt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Reduktionsmittelflüssigkeit
aus der Zuleitung in den Vorratsbehälter entleert. Die
Reduktionsmittelflüssigkeit wird also in den Vorratsbehälter
zurückgeführt, wodurch der Verbrauch der Reduktionsmittelflüssigkeit
verringert wird.
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Vorzugsweise
wird als Temperaturparameter eine Umgebungstemperatur der Reduktionsmittelflüssigkeit
erfasst. Die Erfassung der Umgebungstemperatur, die z. B. als die
Außentemperatur eines Fahrzeugs gegeben ist, ist zur Charakterisierung
der Temperatur der Reduktionsmittelflüssigkeit, insbesondere
bei einem evtl. länger andauernden Stillstand des Verbrennungsmotors,
im Hinblick auf die Aktivierung der Druckabbaufunktion, besonders
vorteilhaft. Anders als z. B. die Temperatur der Reduktionsmittelflüssigkeit
in dem Vorratsbehälter, wird sie nämlich kaum
durch "kurzfristig" wirkende, unter Umständen nach einem
Stillstand wegfallende Faktoren beeinflusst.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als ein erster
Steuerparameter die Dauer des Stillstands des Verbrennungsmotors
erfasst und erst nach Ablauf einer vorgegebenen Mindestdauer des
Stillstands die Druckabbaufunktion aktiviert. In dieser Ausführung
wird also auch bei einer entsprechend niedrigen, schwellwertunterschreitenden
Temperatur erst nach Ablauf einer Stillstand-Mindestdauer Druck
abgebaut, beispielsweise indem die Zuleitung entleert wird. Damit
wird berücksichtigt, dass bei einer kurzen Stillstandsdauer
("Taxi-Effekt") ein Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit
unwahrscheinlich ist. In dieser Ausführung wird somit z. B.
eine unnötige Entleerung der Zuleitung bei einer nur kurzen
Stillstandsdauer vermieden. Die Mindestdauer liegt beispielsweise
in einem Bereich zwischen 15 Minuten und 30 Minuten und kann als
ein fester Wert vorgegeben werden.
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Bevorzugterweise
wird die Mindestdauer in Abhängigkeit von dem Temperaturparameter
ermittelt. Die Mindestdauer wird also vorzugsweise nicht als ein
fester Wert vorgegeben, sondern z. B. unter Berücksichtigung
der Umgebungstemperatur berechnet oder anderweitig ermittelt. In
dieser Ausführung wird insbesondere dem Umstand Rechnung
getragen, dass ein Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit
umso schneller geschieht, je niedriger beispielsweise die Umgebungstemperatur
ist. Konkret heißt das, dass die bei z. B. –20°C
ermittelte Mindestdauer geringer ist, als die bei z. B. –8°C
ermittelte.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführung wird als ein zweiter
Steuerparameter ein kalendarisches Datum ermittelt und die Druckabbaufunktion
wird in Abhängigkeit von dem aktuellen kalendarischen Datum
aktiviert oder deaktiviert. Das bedeutet beispielsweise, dass die
Druckabbaufunktion in den Wintermonaten aktiviert und in den Sommermonaten,
in denen in Mitteleuropa erfahrungsgemäß kein
Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit, z. B. der Harnstofflösung,
zu erwarten ist, deaktiviert wird. Dadurch kann sinnvoll Energie,
beispielsweise zum Betreiben von Temperatursensoren und Schaltkreisen
zur Auswertung der Sensorsignale, eingespart werden. Das kalendarische
Datum bei dem aktiviert bzw. deaktiviert wird, wird vorzugsweise
an klimatische Gegebenheiten angepasst. So ist beispielsweise bei
einem Einsatz eines Fahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor in nordischen
Breiten ein anderer Aktivierungszeitraum sinnvoll, als bei einem
Einsatz des Fahrzeugs in südlichen Breiten.
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Zweckmäßigerweise
wird abhängig von einem vorgegebenen aktuellen kalendarischen
Datum bei einem hohen Schwellwert in der Zuleitung Druck abgebaut,
beispielsweise indem die Reduktionsmittelflüssigkeit bei
aus der Zuleitung entleert wird. Der Schwellwert wird bei dem vorgegebenen
Datum insbesondere so hoch gewählt, dass beispielsweise eine
temperaturabhängige Entleerung vermieden wird. Konkret
bedeutet das, dass die Zuleitung beispielsweise im Winter unabhängig
von z. B. der Umgebungstemperatur bei einem Stillstand immer entleert
wird. Damit wird insbesondere berücksichtigt, dass in Abhängigkeit
von dem aktuellen kalendarischen Datum mitunter große Temperaturschwankungen
innerhalb kurzer Zeit auftreten können. Beispielsweise
kann im Mitteleuropäischen Winter die Tagestemperatur stark
von der Nachtemperatur abweichen. In dem Fall wird durch einen Druckabbau, beispielsweise
durch ein Entleeren gewährleistet, dass die Reduktionsmittelflüssigkeit
z. B. bei einem Stillstand über Nacht nicht in der Zuleitung
einfriert und diese dadurch beschädigt.
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Bevorzugterweise
wird als ein dritter Steuerparameter eine Lieferspannung einer mit
dem Verbrennungsmotor verbundenen Spannungsquelle erfasst und bei
einer Unterschreitung eines Spannungsschwellwerts durch die Lieferspannung
wird bei einem hohen Schwellwert in der Zuleitung (22) Druck
abgebaut, vorzugsweise indem die Reduktionsmittelflüssigkeit
aus der Zuleitung entleert wird. Die Spannungsquelle ist beispielsweise
als eine Autobatterie gegeben und liefert üblicherweise
den Strom für einen Anlasser des Verbrennungsmotors. In
dieser Ausführung der Erfindung wird der Schwellwert vorzugsweise
so hoch gewählt, dass im Falle einer geringen Batteriespannung
beispielsweise die Zuleitung bei einem Stillstand immer entleert
wird. Bei einem längeren Stillstand z. B. über
Nacht können die Temperaturen z. T. stark absinken, so
dass eventuell die Reduktionsmittelflüssigkeit einfriert.
Für diesen Fall ist häufig eine mittels der Spannungsquelle
betriebene Heizvorrichtung vorgesehen, um die Reduktionsmittelflüssigkeit
bei einer z. B. morgendlichen Wiederinbetriebnahme des Verbrennungsmotors
aufzutauen, damit eine für die Entstickung des Abgases
notwendige Menge flüssiger Reduktionsmittelflüssigkeit
zur Verfügung steht. Um eine Entstickung zu ermöglichen,
ist es bei einer leeren Zuleitung häufig ausreichend, eine
geringe Menge der im Vorratsbehälter eingefrorenen Reduktionsmittelflüssigkeit
aufzutauen. Im Gegensatz dazu würde im Falle einer eingefrorenen
Zuleitung für eine Abgabe der Reduktionsmittelflüssigkeit
in das Abgas eine vollständige Enteisung der Zuleitung
notwendig werden. Somit wird bei einer im Vorfeld entleerten Zuleitung die
Spannungsquelle nur in geringem Maße durch die Beheizung
der gefrorenen Reduktionsmittelflüssigkeit belastet, so
dass auch bei einer schwachen Ausgangs-Lieferspannung der Spannungsquelle ("schwache
Batterie") eine Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors nach dem Stillstand,
insbesondere ein sogenannter Kaltstart, möglich ist.
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Zweckmäßigerweise
wird die Erfassung der Lieferspannung in Abhängigkeit von
dem aktuellen kalendarischen Datum aktiviert oder deaktiviert. In dieser
Ausführung wird die Lieferspannung vorzugsweise in einer
"kalten Jahreszeit", also z. B. im Winter erfasst, wohin gegen eine
Erfassung z. B. im Sommer nicht erfolgt. Die Kapazität
der Spannungsquelle, z. B. der Autobatterie, ist häufig
temperaturabhängig und zeigt eine sogenannte "Wintermüdigkeit". Das
heißt, je tiefer die Autobatterie abgekühlt ist,
desto geringer ist ihre Kapazität. Somit ist eine Überprüfung
der Lieferspannung insbesondere im Winter vorteilhaft, da sich diese
sozusagen allein aufgrund der Kälte "entleert". Zudem ist
in gewissen Jahreszeiten, z. B. im Sommer, ein Einfrieren der Reduktionsmittellösung
eher unwahrscheinlich.
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Die
auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst
durch die Merkmale des auf eine Vorrichtung gerichteten Patentanspruchs.
Demnach umfasst die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion
von Stickoxiden in einem sauerstoffhaltigen Abgas eines Verbrennungsmotors,
insbesondere eines Dieselmotors, unter Anwendung einer Reduktionsmittelflüssigkeit,
eine Abgasleitung zur Führung des Abgases, einen in der Abgasleitung
angeordneten, von dem Abgas durchströmbaren Reduktionskatalysator,
einen Vorratsbehälter, eine von dem Vorratsbehälter
in die Abgasleitung führende Zuleitung und ein Fördermittel
zur Förderung der Reduktionsmittelflüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter über die Zuleitung in
die Abgasleitung, wobei ein Sensor zur Erfassung eines die Temperatur der
Reduktionsmittelflüssigkeit charakterisierenden Temperaturparameters
vorgesehen ist, wobei ein Betriebszustandserfassungsmittel dafür
vorgesehen ist, einen Stillstand des Verbrennungsmotors zu erfassen,
wobei ein Druckabbaumittel (27, 33) zum Druckabbau
in der Zuleitung (22) vorgesehen ist und wobei eine mit
dem Sensor, dem Betriebszustandserfassungsmittel und dem Druckabbaumittel
verbundene Steuereinheit vorgesehen ist, die ausgebildet ist nach
einer Unterschreitung eines ersten Schwellwerts durch den Temperaturparameter,
gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Steuerparameter,
das Druckabbaumittel zu einem Druckabbau in der Zuleitung anzusteuern.
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Die
für das Verfahren geschilderten Vorteile können
hierbei sinngemäß auf die Vorrichtung übertragen
werden.
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Die
Reduktionsmittelflüssigkeit kann ein flüssiges
Reduktionsmittel sein oder ebenso eine in das Reduktionsmittel umsetzbare
Vorläufersubstanz. Für eine Umsetzung umfasst
die Vorrichtung gegebenenfalls einen Aufbereitungsreaktor, der beispielsweise in
der Abgasleitung angeordnet ist oder alternativ separat, außerhalb
der Abgasleitung angeordnet ist.
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Mittels
der Zuleitung wird die Reduktionsmittelflüssigkeit, beziehungsweise
die umgesetzte Reduktionsmittelflüssigkeit, aus dem Vorratsbehälter
in die Abgasleitung geführt, wo sie zur Reaktion mit den Stickoxiden
dem Abgas vor einem Reduktionskatalysator beigegeben wird. Dazu
umfasst die Zuleitung beispielsweise eine Einspritzdüse,
mit dem die Reduktionsmittelflüssigkeit in das Abgas eingespritzt wird,
gegebenenfalls unter Aerosolbildung.
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Im
Fall eines separaten Aufbereitungsreaktors führt die Zuleitung
von dem Vorratsbehälter zu dem Aufbereitungsreaktor und
durch diesen hindurch, beziehungsweise von diesem ab, zu der Abgasleitung.
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Der
Sensor zur Erfassung des Temperaturparameters ist beispielsweise
als ein Thermoelement, als ein Widerstandsthermometer oder auch
als ein Halbleiter-Temperatursensor gegeben. Je nach verwendetem
Sensor ist der Temperaturparameter z. B. als ein Widerstands- oder
Spannungswert oder auch als ein tatsächlicher Temperaturwert
gegeben.
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Der
Sensor ist beispielsweise in dem Vorratsbehälter angeordnet,
um insbesondere die Temperatur der Reduktionsmittelflüssigkeit
zu erfassen. Ebenso ist beispielsweise eine Anordnung an einem Fahrzeug
mit dem Verbrennungsmotor möglich, um z. B. eine Umgebungstemperatur
der Reduktionsmittelflüssigkeit zu erfassen.
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Mit
dem Betriebszustandserfassungsmittel wird insbesondere ein Stillstand
des Verbrennungsmotors erfasst. Als ein derartiges Betriebszustandserfassungsmittel
können beispielsweise verschiedene Sensoren oder Messwertgeber
eingesetzt werden, die Betriebsparameter, die in einem Zusammenhang
mit dem Betrieb des Verbrennungsmotors stehen, erfassen. Derartige
Be triebsparameter können z. B. die Abgasproduktion, die
Motortemperatur oder den Kraftstoffverbrauch betreffen. Aus einem Nicht-Erfassen
kann beispielsweise auf einen Stillstand des Motors geschlossen
werden. Auch kann bevorzugt auf eine zentrale Motorsteuereinrichtung (ECU) über
eine geeignete Schnittstelle zugegriffen werden.
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Mit
dem Fördermittel wird die Reduktionsmittelflüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter gefördert und über
die Zuleitung, gegebenenfalls unter Umsetzung in das Reduktionsmittel,
in die Abgasleitung gefördert. Das Fördermittel
ist beispielsweise als eine Förderpumpe, z. B. eine Membranpumpe,
oder als eine Kolbenpumpe gegeben. Das Fördermittel kann
beispielsweise in der Zuleitung oder auch direkt an dem Vorratsbehälter
angeordnet sein.
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Mit
dem Druckabbaumittel wird Druck in der Zuleitung abgebaut. Dazu
umfasst das Druckabbaumittel beispielsweise ein Entleerventil insbesondere zum
Vorratsbehälter, über das Druck abgebaut werden
kann.
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Vorzugsweise
ist das Druckabbaumittel als ein Entleerungsmittel zum Entleeren
der Zuleitung gegeben. Mit dem Entleerungsmittel wird die Reduktionsmittelflüssigkeit
aus der Zuleitung entleert. Bei der Entleerung fördert
das Entleerungsmittel, beispielsweise mittels Druckluft oder mittels
einer Pumpe, die Reduktionsmittelflüssigkeit aus der Zuleitung in
die Abgasleitung. Vorzugsweise fördert das Entleerungsmittel
die Reduktionsmittelflüssigkeit aus der Zuleitung zurück
in den Vorratsbehälter.
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Vorzugsweise
ist das Entleerungsmittel als eine Pumpe, insbesondere mit umkehrbarer
Förderrichtung, ausgebildet. Zu einer Umkehrung der Förderrichtung
kann beispielsweise die Drehrichtung der Pumpe umgekehrt werden.
Ebenso ist es möglich, eine Pumpe mit stets gleicher Drehrichtung
zu verwenden und z. B. mittels eines 4/2-Wegeventils die Förderrichtung
umzu kehren. Unter einem 4/2-Wegeventil wird hier ein Wegeventil
mit 4 Anschlüssen und 2 Schalterstellungen verstanden.
Damit ist es insbesondere möglich, eine einzige Pumpe sowohl
zum Entleeren der Reduktionsmittelflüssigkeit in den Vorratsbehälter
als auch zur Förderung dieser aus dem Vorratsbehälter
zu verwenden. Somit wird kein zusätzlicher Bauraum für
das Fördermittel benötigt.
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Vorzugsweise
ist die Pumpe in den Vorratsbehälter integriert. Dadurch
wird vermieden, dass die Zuleitung bei einer Entleerung der Reduktionsmittelflüssigkeit
in den Vorratsbehälter nicht vollständig entleert
wird. Mit anderen Worten entsteht also kein "Totvolumen" in einem
Bereich der Zuleitung zwischen der Pumpe und dem Vorratsbehälter
entsteht.
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Mittels
des Zeitgebers wird die Dauer des Stillstands des Verbrennungsmotors
erfasst. Der Zeitgeber ist dabei beispielsweise Teil eines elektronischen
Steuerkreises, z. B. eines Bordcomputers eines Kraftfahrzeugs.
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Der
Datumsgeber zur Erfassung eines kalendarischen Datums kann beispielsweise
als ein Teil eines Bordcomputers eines Kraftfahrzeugs gegeben sein.
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Mit
dem Spannungsmesser wird die Lieferspannung einer mit dem Verbrennungsmotor
verbundenen Spannungsquelle gemessen. Der Spannungsmesser kann beispielsweise
als ein Widerstand gegeben sein, über den die abfallende
Spannung oder ein zur Spannung proportionaler Strom gemessen wird.
Das Messsignal kann beispielsweise mit einem Analog-Digital-Umsetzer
verbunden sein, der das analoge Spannungssignal in ein digitales
Signal umwandelt, das dann zur Auswertung an die Steuereinheit gesendet
wird.
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Die
Spannungsquelle kann insbesondere als eine Autobatterie gegeben
sein. An diese ist der Verbrennungsmotor zur Betätigung
eines Anlassvorgangs angeschlossen. An die Spannungs quelle kann gegebenenfalls
auch eine Heizvorrichtung zur Beheizung der Reduktionsmittelflüssigkeit
angeschlossen sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Dabei zeigt in schematischer
Darstellung:
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1 schematisch
einen Verbrennungsmotor mit einer Vorrichtung zur katalytischen
Reduktion der Stickoxide des Abgases.
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In 1 ist
ein Verbrennungsmotor 2 dargestellt, der mit einer Vorrichtung 4 zur
Entstickung der im Betrieb der Verbrennungsmotors 2 anfallenden Abgase 6 ausgestattet
ist. Gemäß 1 ist an
dem Verbrennungsmotor 2 eine Abgasleitung 8 zur
Abführung der Abgase 6 angeordnet. Die Abgase 6 werden über
die Abgasleitung 8 von dem Verbrennungsmotor 2 zu
einem Reduktionskatalysator 10 geführt und durchströmen
diesen. Der Reduktionskatalysator 10 ist insbesondere ein
DeNOx-Katalysator, mit dem die im Abgas 6 enthaltenen Stickoxide
mit einem Reduktionsmittel 12 nach dem Verfahren der selektiven
katalytischen Reduktion (SCR) zu umweltfreundlichem Stickstoff und
Wasser umgesetzt werden. Als Reduktionsmittel 12 wird Ammoniak
verwendet.
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Da
Ammoniak eine stark riechende und in höherer Konzentration
auch toxische Verbindung darstellt, wird das benötigte
Ammoniak in der Vorrichtung 4 aus einer "harmlosen" Reduktionsmittelflüssigkeit 16,
hier aus einer wässrigen Harnstofflösung, gewonnen.
Dazu wird die Reduktionsmittelflüssigkeit 16 in
den heißen Abgasstrang 6 eingebracht, wo es dann
thermisch in das Reduktionsmittel 12 umgesetzt wird.
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Die
Reduktionsmittelflüssigkeit 16 befindet sich dazu
in einem Vorratsbehälter 20, aus dem sie über
eine Zuleitung 22 mittels eines Injektors 24 in das
heiße Abgas 6 abgegeben und in das Reduktionsmittel 12 umgesetzt,
beispielsweise hydroly siert, wird. In der Zuleitung 22 ist
zusätzlich ein Filter 25 angeordnet, mit der die
Harnstofflösung gereinigt wird bevor sie zum Injektor 24 gelangt.
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Zur
Abgabe der Reduktionsmittelflüssigkeit 16 aus
dem Vorratsbehälter 20 in das Abgas 6 ist
ein Fördermittel 26 vorgesehen, das hier als eine
Pumpe 28 gegeben ist. Mit der Pumpe 28 wird die
Reduktionsmittelflüssigkeit 16 aus dem Vorratsbehälter 20 in die
Abgasleitung 8 gepumpt. Die Pumpe 28 ist dabei mit
umkehrbarer Förderrichtung ausgebildet. Dadurch kann die
Pumpe 28 auch als Entleerungsmittel 30 verwendet
werden, um die Reduktionsmittelflüssigkeit 16 aus
der Zuleitung 22 zu entleeren und zurück in den
Vorratsbehälter 20 zu pumpen.
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Die
Pumpe 28 ist in den Vorratsbehälter 20 integriert.
Dadurch ist es möglich die Reduktionsmittelflüssigkeit 16 bei
einer Entleerung vollständig aus der Zuleitung 22 in
den Vorratsbehälter 20 abzupumpen. Es entsteht
also kein "Totvolumen" in einem Bereich der Zuleitung 22 zwischen
der Pumpe 28 und dem Vorratsbehälter 20,
das nicht abgepumpt werden kann.
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An
dem Vorratsbehälter 20 und der Zuleitung 22 ist
eine Heizvorrichtung 29 angeordnet. Mit der Heizvorrichtung 29 kann
die Reduktionsmittelflüssigkeit 16 beheizt werden.
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Mittels
der Heizvorrichtung 29 wird insbesondere ein Einfrieren
der Reduktionsmittelflüssigkeit 16 im Betrieb
des Verbrennungsmotors 2 bei sehr niedrigen Temperaturen
verhindert, um eine Entstickung der entstehenden Abgase 6 zu
ermöglichen.
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Bei
einem Stillstand des Verbrennungsmotors 2 bei entsprechend
niedrigen Temperaturen besteht ohne Einsatz der Heizvorrichtung 21 die
Gefahr eines Einfrierens der Reduktionsmittelflüssigkeit 16.
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Bei
einem Einfrieren kann aber insbesondere die Zuleitung 22 beschädigt
werden, da sich die gefrierende Reduktionsmittel flüssigkeit 16 in
der "engen" Zuleitung 22, anders als in dem "großen"
Vorratsbehälter 20, nicht frei ausdehnen kann,
so dass mitunter hohe Drücke auftreten können,
die zu einer Beschädigung der Zuleitung 22 führen.
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Um
eine Beschädigung der Zuleitung 22 aufgrund der
auftretenden Drücke zu verhindern ist zwischen dem Vorratsbehälter 20 und
der Zuleitung 22 ein Entleerventil 27 angeordnet.
Mittels des Entleerventils 27 kann insbesondere ein Druckanstieg
rasch kompensiert werden, indem der Druck durch eine geringe Flüssigkeitsabgabe
in den Vorratsbehälter 20 abgebaut wird.
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Um
ein Einfrieren der Reduktionsmittelflüssigkeit 16 in
der Zuleitung 22 gänzlich zu vermeiden, wird die
Reduktionsmittelflüssigkeit 16 bei entsprechend
tiefen Temperaturen bei einem Stillstand des Verbrennungsmotors 2 aus
der Zuleitung 22 entleert. Dadurch kann eine Beschädigung
der Zuleitung 22 bei gleichzeitigem Verzicht auf eine energieintensive Beheizung
vermieden werden.
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Die
Entleerung der Zuleitung 22 durch das Entleerungsmittel 30 wird
durch eine Steuereinheit 32 angesteuert.
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Die
Steuereinheit 32 ist dazu ausgerichtet, bei einem Stillstand
des Verbrennungsmotors 2 und insbesondere bei tiefen Temperaturen,
eine Entleerung der Zuleitung 22 anzusteuern.
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Die
Steuereinheit 32 empfängt, bzw. fragt die Signale
eines Betriebszustandserfassungsmittels 34, eines Datumsgebers 35,
eines Temperatursensors 36, eines Zeitgebers 37 und
eines Spannungsmessers 40 ab und wertet die empfangenen
Signale hinsichtlich der Auslösung einer Entleerung aus.
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Das
Betriebszustandserfassungsmittel 34 umfasst eine Reihe
von Messwertgebern, die eine Betriebsgröße des
Verbrennungsmotors 2, beispielsweise die Drehzahl, erfassen
und eine Auswerteeinheit 38, die aus einem Nicht-Erfassen
der Betriebs größe auf einen Stillstand des Verbrennungsmotors 2 schließt
und im Falle eines erkannten Stillstands ein "Stillstandssignal"
an die Steuereinheit 32 abgibt.
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Der
Datumsgeber 35 erfasst das aktuelle kalendarische Datum
(z. B. 8ter November) und gibt ein entsprechendes "Datumssignal"
an die Steuereinheit 32 ab. Falls die Steuereinheit 32 das
empfangene aktuelle kalendarische Datum einem Aktivierungszeitraum
(hier z. B. die Wintermonate November-Februar) zuordnen kann, aktiviert
die Steuereinheit 32 den Spannungsmesser 40 zur
Erfassung einer Lieferspannung einer mit dem Verbrennungsmotor 2 und der
Heizvorrichtung 29 verbundenen Spannungsquelle 42,
die hier als eine Autobatterie gegeben ist. Eine Aktivierung des
Spannungsmessers 40 ist insbesondere in einer kalten Jahreszeit,
also z. B. im Winter, vorgesehen, da die Spannungsquelle 42 bei niedrigen
Temperaturen häufig eine verminderte Kapazität
besitzt.
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Der
aktivierte Spannungsmesser 40 erfasst den Wert der Lieferspannung
und übermittelt den aktuellen Spannungswert an die Steuereinheit 32.
Die Steuereinheit 32 vergleicht den jeweils aktuellen Spannungswert
der Autobatterie mit einem vorgegebenen Spannungsschwellwert. Stellt
die Steuereinheit 32 eine Unterschreitung des Spannungsschwellwert
durch den aktuellen Spannungswert fest, ist also die Batterie "schwach",
steuert die Steuereinheit 32 das Entleerungsmittel 30 zu
einer Entleerung der Zuleitung 22 an.
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Durch
diese sozusagen "vorsorgliche" Entleerung der Zuleitung 22 soll
gewährleistet werden, dass bei einem eventuellen Einfrieren
der Reduktionsmittelflüssigkeit 16, die Lieferspannung
der Spannungsquelle 42 ausreichend ist, um sowohl die Heizvorrichtung 29 zu
betreiben, damit eine für die Entstickung des Abgases 6 notwendige
Menge an Reduktionsmittelflüssigkeit 16 aufgetaut
werden kann, als auch z. B. einen Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors 2 zu
versorgen.
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Stellt
die Steuereinheit 32 keine Unterschreitung des Spannungsschwellwerts
durch den aktuellen Spannungswert fest, ist also die Batterie nicht "schwach",
wertet die Steuereinheit 32 ein "Temperatursignal" des
Temperatursensors 36 aus. Der Temperatursensor 36 erfasst
hier eine Umgebungstemperatur der Reduktionsmittelflüssigkeit 16 und
ist dazu in einem Außenbereich eines Kraftfahrzeugs mit
dem Verbrennungsmotor 2 angebracht. Der erfasste Temperaturparameter
wird von dem Temperatursensor 36 an die Steuereinheit 32 signaltechnisch als
"Temperatursignal" übermittelt. Die Steuereinheit 32 vergleicht
den abgefragten Temperaturparameter (z. B. –6°C)
mit einem vorgegebenen Schwellwert (z. B. –2°C).
Der Schwellwert liegt hier insbesondere in einem Pufferbereich über
der Gefriertemperatur der als wässrige Harnstofflösung
gegebenen Reduktionsmittelflüssigkeit 16, die
bei ca. –11°C liegt. Falls die Steuereinheit 32 ein
Unterschreiten des Schwellwerts durch den Temperaturparameter feststellt,
fragt sie ein Zeitsignal des Zeitgebers 37, der beispielsweise
in dem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs integriert ist, ab.
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Mittels
des empfangenen Zeitsignals des Zeitgebers 37 ermittelt
die Steuereinheit 32 die aktuelle Dauer des Stillstands
des Verbrennungsmotors 2. Die Steuereinheit 32 vergleicht
die aktuell festgestellte Dauer jeweils mit einer vorgegebenen Mindestdauer.
Stellt die Steuereinheit 32 das Erreichen der Mindestdauer
durch die aktuell festgestellte Dauer des Stillstands fest, steuert
sie das Entleerungsmittel 30 zu einer Entleerung der Zuleitung 22 an. Das
zur Entleerung der Zuleitung 22 angesteuerte Entleerungsmittel 30 pumpt
daraufhin die in der Zuleitung 22 befindliche Reduktionsmittelflüssigkeit 16 in
den Vorratsbehälter 20.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 00/21881
A1 [0004, 0006]