DE102008045959A1 - Reducing agent supply system for selective catalytic reduction catalyst of internal-combustion engine, has cylinder with combustion chamber and exhaust tract - Google Patents

Reducing agent supply system for selective catalytic reduction catalyst of internal-combustion engine, has cylinder with combustion chamber and exhaust tract Download PDF

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Abstract

The reducing agent supply system (55) has a cylinder with a combustion chamber (26) and an exhaust tract (14), where a reducing agent injection valve is provided for dosing the reducing agent into the exhaust tract. A reducing agent tank (56) supplies the reducing agent to reducing agent injection valve (64) by hydraulic aggregates, where a reducing agent tank or hydraulic aggregates are arranged in a heat absorbing arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittelzuführsystem für eine Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Zylinder mit einem Brennraum und einen Abgastrakt. Der Abgastrakt kommuniziert abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum. Das Reduktionsmittelzuführsystem umfasst ein Reduktionsmitteleinspritzventil zum Zumessen von Reduktionsmittel in den Abgastrakt. Ferner umfasst das Reduktionsmittelzuführsystem einen Reduktionsmitteltank, aus dem über eine Reduktionsmittelleitung Reduktionsmittel zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil geleitet werden kann.The This invention relates to a reductant delivery system for an internal combustion engine. The internal combustion engine comprises a cylinder with a combustion chamber and an exhaust tract. The exhaust tract communicates depending on a switching position of a gas outlet valve with the combustion chamber. The reductant delivery system includes a reductant injection valve for metering reductant in the exhaust tract. Further, the reductant delivery system includes a reducing agent tank from which via a reducing agent line Reductant passed to the reducing agent injection valve can be.

Zur Reduzierung eines Stickoxidanteils im Abgas einer Brennkraftmaschine kann eine Abgasnachbehandlung mit wässriger Reduktionsmittellösung und einem SCR-Katalysator durchgeführt werden. Die wässrige Reduktionsmittellösung kann auch als Reduktionsmittel bezeichnet werden. Bevorzugt ist das Reduktionsmittel Harnstoff. Zur Abgasnachbehandlung wird die wässrige Reduktionsmittellösung mit einer Flüssigkeitspumpe zu einem Reduktionsmitteleinspritzventil gepumpt, das die Reduktionsmittellösung stromaufwärts des SCR-Katalysators in einen Abgasstrom in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zumisst. Die Reduktionsmittellösung reagiert in dem heißen Abgasstrom bevorzugt zu Ammoniak und Kohlendioxid. In dem SCR-Katalysator reagiert dann der Ammoniak mit dem Stickoxidgemisch des Abgases zu Stickstoff und Wasser.to Reduction of a nitrogen oxide content in the exhaust gas of an internal combustion engine can be an exhaust aftertreatment with aqueous reducing agent solution and performed an SCR catalyst become. The watery Reducing Agent Solution can also be referred to as a reducing agent. Is preferred the reducing agent urea. For exhaust aftertreatment is the aqueous Reducing Agent Solution with a liquid pump pumped to a reductant injection valve which receives the reductant solution upstream of the reductant solution SCR catalyst in an exhaust gas stream in an exhaust tract of the internal combustion engine attaches. The reducing agent solution reacts in the hot Exhaust gas stream preferably to ammonia and carbon dioxide. In the SCR catalyst reacts then the ammonia with the nitrogen oxide mixture of the exhaust gas to nitrogen and water.

Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Reduktionsmittelzuführsystem zu schaffen, das ein genaues Zumessen von Reduktionsmittel in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine ermöglicht.The The object of the invention is a Reduktionsmittelzuführsystem to create a precise metering of reducing agent in one Exhaust tract of an internal combustion engine allows.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.The Task is solved by the characteristics of the independent Claim.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Reduktionsmittelzuführsystem für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst mindestens einen Zylinder mit einem Brennraum und einen Abgastrakt, dem Abgas aus dem Brennraum zuführbar ist und in dem der SCR-Katalysator angeordnet ist. Das Reduktionsmittelzuführsystem weist auf ein Reduktionsmitteleinspritzventil zum Zumessen von Reduktionsmittel in den Abgastrakt, einen Reduktionsmitteltank, aus dem dem Reduktionsmitteleinspritzventil mittels hydraulischer Aggregate Reduktionsmittel zuführbar ist, und eine Wärmedämmanordnung. In der Wärmedämmanordnung sind der Reduktionsmitteltank und/oder mindestens eines der hydraulischen Aggregate angeordnet. Die Wärmedämmanordnung weist ein Latentwärmespeichermaterial auf.The Invention is characterized by a Reduktionsmittelzuführsystem for one SCR catalytic converter of an internal combustion engine. The internal combustion engine includes at least one cylinder with a combustion chamber and a Exhaust tract, the exhaust gas from the combustion chamber can be fed and in which the SCR catalyst is arranged. The reductant delivery system points to a reductant injection valve for metering reducing agent into the exhaust gas tract, a reducing agent tank, from the reducing agent injection valve by means of hydraulic Aggregates reductant fed is, and a thermal insulation scheme. In the thermal insulation scheme are the reducing agent tank and / or at least one of the hydraulic Aggregates arranged. The thermal insulation arrangement has a latent heat storage material on.

Dies hat den Vorteil, dass ein Einfrieren und/oder Überhitzen des Reduktionsmittels aufgrund der Eigenschaften des Latentwärmespeichermaterials vermieden werden kann. Kurzfristige Temperaturspitzen in der Brennkraftmaschine können in Bereichen innerhalb der Wärmedämmanordnung ausgeglichen werden.This has the advantage that freezing and / or overheating of the reducing agent due to the properties of the latent heat storage material avoided can be. Short-term temperature peaks in the internal combustion engine can in areas within the thermal insulation system be compensated.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung, und 1 an internal combustion engine with a control device, and

2 eine weitere Darstellung der Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittelzuführsystem und einer Wärmedämmanordnung. 2 a further illustration of the internal combustion engine with a Reduktionsmittelzuführsystem and a Wärmedämmanordnung.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.elements same construction or function are cross-figurative with the same Reference number marked.

In 1 ist eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gezeigt, mit einem Ansaugtrakt 10, einem Motorblock 12, einem Zylinderkopf 13 und einem Abgastrakt 14. Der Ansaugtrakt 10 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 15, einen Sammler 16, und ein Saugrohr 17. Das Saugrohr 17 ist hin zu einem Zylinder Z1 beim Einlasskanal in einen Brennraum 26 des Motorblocks 12 geführt. Der Motorblock 12 umfasst eine Kurbelwelle 18, welche über eine Pleuelstange 20 mit einem Kolben 21 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.In 1 An internal combustion engine of a motor vehicle is shown with an intake tract 10 , an engine block 12 a cylinder head 13 and an exhaust tract 14 , The intake tract 10 preferably includes a throttle 15 , a collector 16 , and a suction tube 17 , The suction tube 17 is toward a cylinder Z1 at the inlet port into a combustion chamber 26 of the engine block 12 guided. The engine block 12 includes a crankshaft 18 , which has a connecting rod 20 with a piston 21 of the cylinder Z1 is coupled.

Der Zylinderkopf 13 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 22 und einem Gasauslassventil 24. Der Zylinderkopf 13 umfasst ferner ein Einspritzventil 28 und eine Zündkerze 30. Alternativ kann das Einspritzventil 28 auch in dem Saugrohr 17 angeordnet sein.The cylinder head 13 includes a valvetrain with a gas inlet valve 22 and a gas outlet valve 24 , The cylinder head 13 further comprises an injection valve 28 and a spark plug 30 , Alternatively, the injection valve 28 also in the intake manifold 17 be arranged.

In dem Abgastrakt 14 ist ein Oxidationskatalysator 32 angeordnet. Ferner ist in dem Abgastrakt ein Katalysator 34 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator) angeordnet. Der Oxidationskatalysator 32 kann das NO zu NO2 oxidieren und damit ein Verhältnis von NO zu NO2 herstellen, das besonders günstig für den Betrieb des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion ist.In the exhaust tract 14 is an oxidation catalyst 32 arranged. Further, in the exhaust tract is a catalyst 34 for selective catalytic reduction (SCR catalyst) arranged. The oxidation catalyst 32 For example, the NO can oxidize to NO 2 and thus produce a ratio of NO to NO 2 which is particularly favorable for the operation of the catalyst 34 for selective catalytic reduction.

Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Steuervorrichtung 35 auf, mit Sensoren, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgrößen ermitteln können. Die Steuervorrichtung 35 ermittelt in Abhängigkeit von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden können. Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 15, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 22, 24, das Einspritzventil 28 oder die Zündkerze 30.The internal combustion engine also has a control device 35 on, with sensors that can record different measured variables and in each case determine the value of the measured variables. The control device 35 determined in response to at least one of the measured variables manipulated variables, which then in one or more actuating signals for controlling actuators with Tels corresponding actuators can be implemented. The actuators are, for example, the throttle 15 , the gas inlet and outlet valves 22 . 24 , the injection valve 28 or the spark plug 30 ,

Die Sensoren umfassen einen Pedalstellungsgeber 36, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 38 erfasst. Weiter weist die Brennkraftmaschine einen Luftmassensensor 40 auf, der stromaufwärts der Drosselklappe 15 angeordnet ist und dort einen Luftmassenstrom erfasst. Ein Temperatursensor 42 stromaufwärts der Drosselklappe 15 erfasst eine Ansauglufttemperatur. Ein Saugrohrdrucksensor 44 stromabwärts der Drosselklappe 15 ist in dem Sammler 16 angeordnet und erfasst einen Saugrohrdruck in dem Sammler 16.The sensors include a pedal position transmitter 36 , the accelerator pedal position of an accelerator pedal 38 detected. Furthermore, the internal combustion engine has an air mass sensor 40 on, the upstream of the throttle 15 is arranged and detected there a mass air flow. A temperature sensor 42 upstream of the throttle 15 detects an intake air temperature. An intake manifold pressure sensor 44 downstream of the throttle 15 is in the collector 16 arranged and detects an intake manifold pressure in the collector 16 ,

Stromaufwärts des Oxidationskatalysators 32 ist eine Abgassonde 52 angeordnet, die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1.Upstream of the oxidation catalyst 32 is an exhaust gas probe 52 arranged, which detects a residual oxygen content of the exhaust gas and whose measurement signal is characteristic of the air / fuel ratio in the combustion chamber of the cylinder Z1.

Ferner ist ein Stickoxidsensor 54 vorgesehen, der stromabwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion angeordnet ist und der einerseits einen Stickoxidgehalt des Abgases erfasst und andererseits eine Querempfindlichkeit gegenüber Ammoniak aufweist.Further, a nitrogen oxide sensor 54 provided downstream of the catalyst 34 is arranged for selective catalytic reduction and on the one hand detects a nitrogen oxide content of the exhaust gas and on the other hand has a cross-sensitivity to ammonia.

Ferner ist dem Abgastrakt 14 vorzugsweise ein Reduktionsmittelzuführsystem 55 zugeordnet (2). Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 umfasst einen Reduktionsmitteltank 56 zum Aufnehmen des Reduktionsmittels. Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 hat weiter verschiedene hydraulische Aggregate wie einen Filter 59, eine Reduktionsmittelpumpe 60, einen Druckregler 62, einen Drucksensor 63 und ein Reduktionsmitteleinspritzventil 64. Mittels der Reduktionsmittelpumpe 60 kann das Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmitteltank 56 über eine Reduktionsmittelleitung 58 zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil 64 geleitet wird. Durch entsprechendes Ansteuern des Reduktionsmitteleinspritzventils 64 kann dann das Reduktionsmittel dem Abgastrakt 14 zugemessen werden, wobei die Einspritzrichtung sowohl in Richtung des Abgasstroms als auch in Richtung entgegen dem Abgasstrom erfolgen kann. Das Pumpen des Reduktionsmittels aus dem Reduktionsmitteltank 56 hin zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil 64 trägt zu einem vorteilhaften Zumessen des Reduktionsmittels bei.Furthermore, the exhaust tract 14 preferably a reductant delivery system 55 assigned ( 2 ). The reductant delivery system 55 includes a reducing agent tank 56 for receiving the reducing agent. The reductant delivery system 55 has further different hydraulic aggregates like a filter 59 , a reducing agent pump 60 , a pressure regulator 62 , a pressure sensor 63 and a reducing agent injection valve 64 , By means of the reducing agent pump 60 the reducing agent can be removed from the reducing agent tank 56 via a reducing agent line 58 to the reducing agent injection valve 64 is directed. By appropriate activation of the reducing agent injection valve 64 can then the reducing agent the exhaust tract 14 be metered, wherein the injection direction can be carried out both in the direction of the exhaust gas flow and in the direction opposite to the exhaust gas flow. The pumping of the reducing agent from the reducing agent tank 56 towards the reducing agent injection valve 64 contributes to an advantageous metering of the reducing agent.

Zum Zuführen von Reduktionsmittel ragt das Reduktionsmitteleinspritzventil 64 in den Abgastrakt 14 stromabwärts des Oxidationskatalysators 32 und stromaufwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion hinein. Stromabwärts des Reduktionsmitteleinspritzventils 64 und stromaufwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion ist vorzugsweise eine Mischvorrichtung zum Mischen des zugemessenen Reduktionsmittels mit dem Abgas angeordnet.For supplying reducing agent, the reducing agent injection valve protrudes 64 in the exhaust tract 14 downstream of the oxidation catalyst 32 and upstream of the catalyst 34 for selective catalytic reduction. Downstream of the reducing agent injection valve 64 and upstream of the catalyst 34 For selective catalytic reduction, a mixing device for mixing the metered reducing agent with the exhaust gas is preferably arranged.

Zusätzlich zu dem Katalysator 34 zur selektiven katalytischen Reduktion kann stromabwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion ein Oxidationskatalysator 46 vorgesehen sein, mittels dem Ammoniak, das aus dem Katalysator 34 zur selektiven katalytischen Reduktion austreten konnte, vor dem Austritt aus dem Abgastrakt 14 oxidiert werden kann.In addition to the catalyst 34 for selective catalytic reduction may be downstream of the catalyst 34 for selective catalytic reduction, an oxidation catalyst 46 be provided, by means of the ammonia, from the catalyst 34 could escape for selective catalytic reduction, before exiting the exhaust tract 14 can be oxidized.

Stromabwärts des Brennraums 26 zweigt eine Abgasrückführleitung 48 von dem Abgastrakt 14 ab, die stromaufwärts des Brennraums 26 in den Ansaugtrakt 10 mündet. In der Abgasrückführleitung 48 ist ein Abgasrückführventil 50 angeordnet, mittels dem die zurückgeleitete Abgasmenge gesteuert werden kann. Mittels der Abgasrückführleitung 48 kann Abgas in den Brennraum 26 der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden, um so den Sauerstoffgehalt in dem angesaugten, für den Brennraum 26 bestimmten Gasgemisch zu senken, und so die Emission von Stickoxiden zu senken.Downstream of the combustion chamber 26 branches an exhaust gas recirculation line 48 from the exhaust tract 14 off, the upstream of the combustion chamber 26 in the intake tract 10 empties. In the exhaust gas recirculation line 48 is an exhaust gas recirculation valve 50 arranged, by means of which the returned amount of exhaust gas can be controlled. By means of the exhaust gas recirculation line 48 can exhaust gas into the combustion chamber 26 the internal combustion engine are returned, so as to the oxygen content in the sucked, for the combustion chamber 26 to reduce certain gas mixture, thus reducing the emission of nitrogen oxides.

Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen ebenfalls entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind.Next the cylinder Z1 are preferably further cylinders Z2 to Z4 provided which also corresponding actuators and optionally sensors assigned.

Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 hat eine Wärmedämmanordnung 66. Der Reduktionsmitteltank 56, der Filter 59, die Reduktionsmittelpumpe 60 und der Druckregler 62 sind innerhalb der Wärmedämmanordnung 66 angeordnet. Die Wärmedämmanordnung 66 umfasst ein Latentwärmespeichermaterial.The reductant delivery system 55 has a thermal insulation system 66 , The reducing agent tank 56 , the filter 59 , the reducing agent pump 60 and the pressure regulator 62 are within the thermal insulation scheme 66 arranged. The thermal insulation arrangement 66 includes a latent heat storage material.

Latentwärmespeichermaterialien nutzen die Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermaterials. So kann insbesondere der Phasenübergang fest-flüssig genutzt werden. Beim Schmelzen nimmt das Latentwärmespeichermaterial eine vorgegebene Wärmemenge auf. Dieser Vorgang ist reversibel, so dass das Latentwärmespeichermaterial die gespeicherte Wärmemenge beim Erstarren wieder abgeben kann. Besonders vorteilhaft ist, dass die Wärme in einem durch die Schmelztemperatur des eingesetzten Latentwärmespeichermaterials festgelegten Temperaturbereich gespeichert werden kann.Latent heat storage materials use the enthalpy of reversible thermodynamic state changes a storage material. In particular, the phase transition solid-liquid be used. During melting, the latent heat storage material takes a given Amount of heat. This process is reversible, so that the latent heat storage material the stored amount of heat can give off when solidifying. It is particularly advantageous that the heat in a by the melting temperature of the latent heat storage material used specified temperature range can be stored.

Aufgrund dieser Eigenschaften des Latentwärmespeichermaterials kann vermieden werden, dass das in dem Reduktionsmittelzuführsystem 55 innerhalb der Wärmedämmanordnung 66 eingesetzte Reduktionsmittel einfriert oder sich über eine vorgegebene Temperatur hinaus erhitzen kann.Due to these properties of the latent heat storage material can be avoided that in the Reduktionsmittelzuführsystem 55 within the thermal insulation system 66 used reducing agent freezes or can heat beyond a predetermined temperature addition.

Insbesondere können so durch die Brennkraftmaschine verursachte kurzfristige Temperaturspitzen in den innerhalb der Wärmedämmanordnung 66 mit Latentwärmespeichermaterial angeordneten Bereichen des Reduktionsmittelzuführsystems 55 ausgeglichen werden.In particular, can thus caused by the internal combustion engine short-term temperature peaks in the within the Wärmedämmanordnung 66 areas of the reducing agent supply system arranged with latent heat storage material 55 be compensated.

Des Weiteren kann so insbesondere verhindert werden, dass beim Auftreten von tiefen Temperaturen außerhalb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei Außentemperaturen unterhalb von –11°C, Reduktionsmittel in den innerhalb der Wärmedämmanordnung 66 mit Latentwärmespeichermaterial angeordneten Bereichen des Reduktionsmittelzuführsystems 55 einfriert.Furthermore, it can thus be prevented in particular that, when low temperatures occur outside of the motor vehicle, for example at outside temperatures below -11 ° C, reducing agents in the within the Wärmedämmanordnung 66 areas of the reducing agent supply system arranged with latent heat storage material 55 freezes.

Claims (1)

Reduktionsmittelzuführsystem (55) für einen SCR-Katalysator (34) einer Brennkraftmaschine, die mindestens aufweist einen Zylinder (Z1) mit einem Brennraum (26) und einen Abgastrakt (14), dem Abgas aus dem Brennraum (26) zuführbar ist und in dem der SCR-Katalysator (34) angeordnet ist, wobei das Reduktionsmittelzuführsystem (55) aufweist – ein Reduktionsmitteleinspritzventil (54) zum Zumessen von Reduktionsmittel in den Abgastrakt (14), – einen Reduktionsmitteltank (56), aus dem dem Reduktionsmitteleinspritzventil (64) mittels hydraulischer Aggregate (59, 60, 62) Reduktionsmittel zuführbar ist, und – eine Wärmedämmanordnung (66), in der der Reduktionsmitteltank (56) und/oder mindestens eines der hydraulischen Aggregate (59, 60, 62) angeordnet sind, wobei die Wärmedämmanordnung (66) ein Latentwärmespeichermaterial aufweist.Reducing agent delivery system ( 55 ) for an SCR catalyst ( 34 ) of an internal combustion engine, which has at least one cylinder (Z1) with a combustion chamber ( 26 ) and an exhaust tract ( 14 ), the exhaust gas from the combustion chamber ( 26 ) and in which the SCR catalyst ( 34 ), wherein the reducing agent feed system ( 55 ) - a reducing agent injection valve ( 54 ) for metering reducing agent into the exhaust gas tract ( 14 ), - a reducing agent tank ( 56 ), from which the reducing agent injection valve ( 64 ) by means of hydraulic units ( 59 . 60 . 62 ) Reducing agent can be supplied, and - a thermal insulation arrangement ( 66 ), in which the reducing agent tank ( 56 ) and / or at least one of the hydraulic units ( 59 . 60 . 62 ), wherein the thermal insulation arrangement ( 66 ) has a latent heat storage material.
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