DE102008045594A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zudosierung eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zudosierung eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, mit wenigstens einem im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysator, und mit einer Dosiereinrichtung, mittels der zu vorgegebenen Zeiten eine vorgegebene Menge eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang eingebracht wird. Die Dosiereinrichtung (9) ist erfindungsgemäß mehrteilig aus einem an einer definierten Stelle (8) des Abgasstrangs ausgebildeten, ortsfesten Abgasstrang-Anschlusselement (9a) und einem mit diesem lösbar verbindbaren, abgasstrang- und fahrzeugunabhängig, insbesondere entfernt vom Fahrzeug, anordenbaren Anschlussgegenelement (9b) aufgebaut, dergestalt, dass das Anschlussgegenelement (9b) im Servicefall, insbesondere bei stillstehendem Fahrzeug und/oder im Leerlauf betriebener Brennkraftmaschine (1), an das Abgasstrang-Anschlusselement (9a) angeschlossen und anschließend zum Zwecke der Regeneration des wenigstens einen NOx-Speicherkatalysators (5) für eine vorgegebene Zeit eine vorgegebene Reduktionsmittelmenge in den Abgasstrang (2) eingebracht wird. Im Anschluss an die Regeneration wird das Anschlussgegenelement (9b) wieder von dem Abgasstrang-Anschlusselement (9a) gelöst und an vorgegebener Stelle verstaut.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zudosierung eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Zudosierung eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
- Es ist allgemein bekannt, dass bei NOx-Speicherkatalysatoren mit zunehmender Betriebsdauer durch die im Kraftstoff oder Motoröl enthaltenen Schwefelbestandteile, die sich im NOx-Speicherkatalysator ablagern, die NOx-Regenerationsfähigkeit reduziert wird. Um einer derartigien Schwefelvergiftung entgegenzuwirken, sind bereits verschiedene Regenerationsmaßnahmen für NOx-Speicherkatalysatoren bekannt. Beispielsweise kann eine derartige Entschwefelung eines NOx-Speicherkatalysators durch Fahrten bei hoher Last und hohen Katalysatortemperaturen erzielt werden, was eine sogenannte passive Regeneration darstellt. Alternativ dazu kann eine Entschwefelung aber auch aktiv durch eine Betriebsweise der Brennkraftmaschine erfolgen, durch die in Verbindung mit einer zumindest temporären Abgasanfettung die NOx-Speicherkatalysatortemperatur gesteigert wird und gleichzeitig durch die Verbrennung unter Luftmangel Reduktionsmittel vom Verbrennungsmotor bereitgestellt wird. Die gegenwärtig üblichen Schwefelgehalte im Kraftstoff von 10 bis 50 ppm machen eine Entschwefelung des NOx-Speicherkatalysators zur Gewährleistung der Erfüllung der geltenden Abgasgrenzwerte etwa alle 500 bis 5.000 km erforderlich. Sämtliche derartig bekannten aktiven Entschwefelungsverfahren für NOx-Speicherkatalysatoren beruhen darauf, erhöhte Abgastemperaturen von über 550°C in Verbindung mit einer fetten Abgaszusammensetzung bereitzustellen.
- Aus der
DE 102 23 595 A1 ist zudem ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges mit einem NOx-Speicherkatalysator bekannt, bei dem in Verbindung mit einer weitgehenden Verfügbarkeit von schwefelarmen oder schwefelfreien Kraftstoffen zuerst der Wert einer einen Schwefelvergiftungsgrad des NOx-Speicherkatalysators charakterisierenden Zustandsgröße ermittelt wird. Als Zustandsgröße kann hier die NOx-Speicheraktivität des Katalysators oder die in den Katalysator während einer Magerphase einspeicherbare NOx-Menge gewählt werden. Weiter kann als Zustandsgröße auch die in dem Katalysator während eines vorgegebenen Zeitintervalls eingespeicherte Schwefelmenge gewählt werden. Weiter alternativ werden Zeitpunkt und Dauer einer Freigabe einer Magerbetriebsphase der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der in den Katalysator während einer Magerphase einspeicherbaren NOx-Menge festgelegt und als Zustandsgröße die Freigabedauer der Magerbetriebsphase gewählt. - In Abhängigkeit von dem so bestimmten Wert der Zustandsgröße erfolgt dann eine Einstellung der Brennkraftmaschine auf eine Betriebsphase mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis, wobei der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bei einem beliebigen Betriebspunkt zwischen 50 km/h und 100 km/h gegenüber dem gleichen Betriebspunkt ohne gebildeten Statussignal um höchsten 3% verschlechtert wird, insbesondere bei einem Betriebspunkt, der einer Konstantfahrt in der Ebene bei 20° Außentemperatur entspricht.
- Weiter ist aus der
DE 10 2005 034 344 A1 ein Verfahren zur Reaktivierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators bekannt, welcher basische Strontium- oder Bariumverbindungen auf einem Ceroxid enthaltenen Trägermaterial aufweist und darüberhinaus durch die thermische Alterung gebildete Strontium- und/oder Bariumverbindungen mit dem Trägermaterial enthält. Zur Regeneration werden die Verbindungen des Strontiums und/oder Bariums mit dem Trägermaterial durch Behandeln mit einer Stickstoffdioxid, Wasserdampf und ggf. Kohlendioxid enthaltenden Gasmischung bei Temperaturen zwischen 300° und 500°C zersetzt. Daraus soll eine optimierte Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators erzielt werden. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zudosierung eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges zur Verfügung zu stellen, mittels dem insbesondere in Verbindung mit schwefelarmen Kraftstoffen eine im Regenerationsfall optimierte, zuverlässige und funktionssichere Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine möglich ist.
- Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bezüglich der Vorrichtung wird diese Aufgabe gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine Dosiereinrichtung, mittels der zu vorgegebenen Zeiten eine vorgegebene Menge eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges eingebracht werden kann, mehrteilig aus einem an einer definierten Stelle des Abgasstrangs ausgebildeten, ortsfesten Abgasstrang-Anschlusselement und einem mit diesem lösbar verbindbaren, abgasstrang- und fahrzeugunabhängig an ordenbaren, insbesondere entfernt vom Fahrzeug anordenbaren, Anschlussgegenelement aufzubauen. Mit einem derartigen, mehrteiligen Aufbau der Dosiereinrichtung kann das separate, nicht mitzuführende Anschlussgegenelement im Servicefall bevorzugt bei stillstehendem Fahrzeug und/oder im Leerlaufbetrieb einer Brennkraftmaschine an das Abgasstrang-Anschlusselement angeschlossen werden und anschließend zum Zwecke der Regeneration des wenigstens einen NOx-Speicherkatalysators für eine vorgegebene Zeit eine vorgegebene Reduktionsmittelmenge mit einer vorgegebenen Temperatur in den Abgasstrang eingebracht werden. Im Anschluss an die durchgeführte Regeneration kann dann das Anschlussgegenelement wieder von dem Abgasstrang-Anschlusselement gelöst und an der dafür vorgesehenen Stelle verstaut werden.
- Diese erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere bei derartigen Brennkraftmaschinen von Vorteil, die mit einem Kraftstoff betrieben werden, dessen Schwefelgehalt kleiner oder gleich 30 ppm, insbesondere kleiner oder gleich 10 ppm beträgt. Auch das Reduktionsmittel ist bevorzugt ein Stoffgemisch, mit einem Schwefelgehalt von kleiner oder gleich 30 ppm, insbesondere von kleiner oder gleich 10 ppm.
- Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Lösung kann insbesondere in Verbindung mit schwefelarmen Kraftstoffen während eines Fahrzeugservices in einer Werkstatt bzw. bei einem Servicepartner eine gezielte Entschwefelung durchgeführt werden, und zwar unabhängig von einem Fahrzeugbetrieb auf der Straße. Damit können die oftmals harten und erzwungenen Eingriffe in die Motorelektronik während des Betriebs eines Fahrzeuges sowie weitere einzustellende Maßnahmen für den Fahrer unbemerkt vorgenommen werden und können daher auch nicht den Fahrkomfort des Fahrzeuges beeinträchtigen. Zudem können dadurch Sekundäremissionen sowie Änderungen des Verbrennungsgeräusches zuverlässig vermieden werden.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Anschlussgegenelement Bestandteil einer in einer Servicestätte oder Werkstätte angeordneten, ortsfesten oder mobilen Entschwefelungseinrichtung sein. Damit können z. B. in einer Werkstatt Servicepoints eingerichtet werden, mittels denen die Entschwefelung und damit die Regenerierung der vorhandenen NOx-Speicherkatalysatoren auf einfache Weise während eines Servicefalls durchgeführt werden kann.
- Besonders bevorzugt sind das Anschlussgegenelement und das Abgasstrang-Anschlusselement mittels einer Schnellverschlusskupplung verbindbar. Diese Schnellverschlusskupplung kann besonders einfach dicht, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht ausgebildet sein.
- Die Entschwefelungseinrichtung kann zudem bevorzugt mit einem Reduktionsmittelspeicher für ein Reduktionsmittel ausgebildet sein, sowie ferner eine Steuer- und Regeleinrichtung zur definierten Beschickung des Abgasstrangs mit Reduktionsmittel aufweisen. Damit wird eine zuverlässige und funktionssichere Zudosierung von Reduktionsmittel im Servicefalle möglich.
- Gemäß einer weiteren konkreten Ausgestaltung kann, die Entschwefelungseinrichtung eine Leitungsverbindung, insbesondere eine Schlauchleitungsverbindung zwischen dem Reduktionsmittelspeicher und dem Anschlussgegenelement aufweisen, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung dann mittelbar oder unmittelbar bevorzugt in die Schlauchleitungsverbindung im Bereich zwischen dem Anschlussgegenelement und dem Reduktionsmittelspeicher eingekoppelt bzw. integriert ist.
- Die Entschwefelungseinrichtung kann ferner eine Heizeinrichtung aufweisen, mittels der das Reduktionsmittel auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt werden kann. Damit ist insbesondere auf einfache Weise sichergestellt, dass die Regeneration auch tatsächlich bei den erforderlichen Temperaturen in effektiver Weise durchgeführt werden kann.
- Gemäß einer konkreten Außgestaltung kann das Abgasstrang-Anschlusselement im Abgasstrang im Bereich zwischen einem Dieselpartikelfilter und einem NOx-Speicherkatalysator angeordnet sein, d. h. somit gemäß einer allgemeinen Idee in Strömungsrichtung vor dem wenigstens einen NOx-Speicherkatalysator angeordnet sein.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
- Die einzige Figur zeigt schematisch einen Aufbau eines Abgassystems eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine
1 , an die ein Abgasstrang2 anschließt, in den in Strömungsrichtung des Abgasstroms gesehen ein Oxidationskatalysator3 , ein Dieselpartikelfilter4 , ein NOx-Speicherkatalysator5 , ein Sperrkatalysator6 sowie ein Schalldämpfer7 integriert ist. Die Katalysatoren bzw. anderen Bauteile können dabei herkömmlicher Bauart sein und werden nachfolgend nicht näher erläutert. - Im Bereich zwischen dem Dieselpartikelfilter
4 und dem NOx-Speicherkatalysator5 ist hier eine Anschlussstelle8 für Reduktionsmittel im Servicefall vorgesehen. An dieser Anschlussstelle8 ist eine Dosiereinrichtung9 vorgesehen, die mehrteilig aus einem ortsfesten, abgasstrangseitigen Abgasstrang-Anschlusselement9a und einem mit diesem lösbar verbindbaren Anschlussgegenelement9b aufgebaut ist. Wie dies der in der1 lediglich schematisch dargestellt ist, sind die beiden Bauteile9a ,9b hier bevorzugt in Form einer Schnellkupplungsverbindung ausgebildet, so dass eine dichte Verbindung der beiden Bauteile9a ,9b auf schnelle und zuverlässige sowie funktionssichere Art und Weise erfolgen kann. Das gleiche trifft analog auf ein Lösen der Verbindung zu. - Wie dies in der schematischen Darstellung der einzigen Figur weiter eingezeichnet ist, kann das Anschlussgegenelement
9b hier über eine Schlauchleitung10 , unter Zwischenschaltung einer Steuer- und Regeleinrichtung11 , mit einem Reduktionsmittelspeicher12 verbunden sein, der z. B. bevorzugt Bestandteil einer ortsfesten oder mobilen Entschwefelungseinrichtung13 ist, was in der1 strichliert eingezeichnet ist. Diese Entschwefelungseinrichtung13 kann z. B. einen Servicepunkt in einer KfZ-Reperaturwerkstatt bilden, bei dem im Servicefall des Fahrzeuges das Anschlussgegenelement9b an das Abgasstrang-Anschlusselement9a angeschlossen wird, um bei stillstehendem Fahrzeug, im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung11 entsprechend gesteuert bzw. geregelt, für eine vorgegebene Zeitdauer eine vorgegebene Reduktionsmittelmenge zur Regenerierung des NOx-Speicherkatalysators5 in den Abgasstrang2 zuzudosieren. Das zudosierte Reduktionsmittel ist dabei bevorzugt, ebenso wie der Kraftstoff, mittels dem die Brennkraftmaschine1 betrieben wird, ein schwefelarmes Stoffgemisch, das Schwefelwerte unter 30 ppm aufweist. - Wie dies in der einzigen Figur ferner schematisch durch die Heizwendel
14 angedeutet ist, kann das Reduktionsmittel der Entschwefelungseinrichtung13 auch vorgeheizt werden, um im erwärmten Zustand dem Abgasstrang2 zugeführt bzw. zudosiert zu werden. - Bestandteil der Entschwefelungseinrichtung
13 kann ferner auch eine Pumpeinrichtung sein, mittels der sichergestellt wird, dass das zudosierte Reduktionsmittel mit einem gewissen Druck in den Abgasstrang zudosiert wird. Bevorzugt ist hierbei insbesondere im Bereich des Anschlusselementes9a eine Düseneinrichtung vorgesehen, mittels der eine Feinverteilung des zudosierten Reduktionsmittels im Abgasstrang2 möglich wird. - Prinzipiell wäre durch entsprechende Kommunikationseinrichtungen auch eine Kommunikation dieses Servicepunktes mit der Motorsteuerung des jeweiligen Fahrzeuges während der Regeneration denkbar, die im Anschluss an eine erfolgreiche Regeneration einen „Reset” durchführt.
- Weiter könnten auch Sensordaten, wie beispielsweise Temperatur und/oder Lambda-Werte, aus dem Motorsteuergerät zur Überwachung oder Regelung verwendet werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10223595 A1 [0003]
- - DE 102005034344 A1 [0005]
Claims (12)
- Verfahren zur Zudosierung eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, mit wenigstens einem im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysator, und mit einer Dosiereinrichtung, mittels der zu vorgegebenen Zeiten eine vorgegebene Menge eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (
9 ) mehrteilig aus einem an einer definierten Stelle (8 ) des Abgasstrangs ausgebildeten, ortsfesten Abgasstrang-Anschlusselement (9a ) und einem mit diesem lösbar verbindbaren, abgasstrang- und fahrzeugunabhängig, insbesondere entfernt vom Fahrzeug, anordenbaren Anschlussgegenelement (9b ) aufgebaut ist, dergestalt, dass das Anschlussgegenelement (9b ) im Servicefall, insbesondere bei stillstehendem Fahrzeug und/oder im Leerlauf betriebener Brennkraftmaschine (1 ), an das Abgasstrang-Anschlusselement (9a ) angeschlossen und anschließend zum Zwecke der Regeneration des wenigstens einen NOx-Speicherkatalysators (5 ) für eine vorgegebene Zeit eine vorgegebene Reduktionsmittelmenge in den Abgasstrang (2 ) eingebracht wird, wobei das Anschlussgegenelement (9b ) im Anschluss an die Regeneration wieder von dem Abgasstrang-Anschlusselement (9a ) ablösbar ist. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (
1 ) mit einem Kraftstoff betrieben wird, dessen Schwefelgehalt kleiner oder gleich 30 ppm, insbesondere kleiner oder gleich 10 ppm beträgt. - Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel ein Stoffgemisch mit einem Schwefelgehalt von kleiner oder gleich 30 ppm, insbesondere von kleiner oder gleich 10 ppm ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel vor der Zudosierung auf eine vorgegebene Reduktionsmitteltemperatur erhitzt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Service- oder Regenerationsfall vorgegebene Regenerationsdrehzahl der Brennkraftmaschine (
1 ) die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (1 ) ist. - Vorrichtung zur Zudosierung eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, mit wenigstens einem im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysator, und mit einer Dosiereinrichtung, mittels der zu vorgegebenen Zeiten eine vorgegebene Menge eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (
9 ) mehrteilig aus einem an einer definierten Stelle (8 ) des Abgasstrangs ausgebildeten, ortsfesten Abgasstrang-Anschlusselement (9a ) und einem mit diesem lösbar verbindbaren, abgasstrang- und fahrzeugunabhängig, insbesondere entfernt vom Fahrzeug, anordenbaren Anschlussgegenelement (9b ) aufgebaut ist. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgegenelement (
9b ) Bestandteil einer in einer Servicestätte oder Werkstätte angeordneten, ortsfesten oder mobilen Entschwefelungseinrichtung (13 ) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgegenelement (
9b ) und das Abgasstrang-Anschlusselement (9a ) mit einer im verbundenen Zustand gas- und/oder flüssigkeitsdicht ausgebildeten Schnellkupplungs-Verbindung lösbar miteinander verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschwefelungseinrichtung (
13 ) einen Reduktionsmittelspeicher (12 ) für Reduktionsmittel sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11 ) zur definierten Beschickung des Abgasstrangs (2 ) mit Reduktionsmittel aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschwefelungseinrichtung (
13 ) eine Leitungsverbindung (10 ), insbesondere eine Schlauchleitungsverbindung, zwischen dem Reduktionsmittelspeicher und dem Anschlussgegenelement aufweist, und dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11 ) mittelbar oder unmittelbar in die Leitungsverbindung (10 ) im Bereich zwischen dem Anschlussgegenelement (9b ) und dem Reduktionsmittelspeicher (12 ) eingekoppelt ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschwefelungseinrichtung (
13 ) eine Heizeinrichtung (14 ) aufweist, mittels der das Reduktionsmittel auf eine vorgegebene Temperatur aufheizbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasstrang-Anschlusselement (
9a ) im Abgasstrang (2 ) im Bereich zwischen einem Dieselpartikelfilter (4 ) und einem NOx-Speicherkatalysator (5 ) angeordnet ist.
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