DE102019219901A1

DE102019219901A1 - Verfahren zum Betreiben eines Abgasreinigungssystems

Info

Publication number: DE102019219901A1
Application number: DE102019219901.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schön; Stéphan Valès; Alexander Herold
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasreinigungssystems eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Eine Harnstofflösung wird aus einem Harnstofflösungstank über ein einen Fluidkanal und ein Dosierventil aufweisendes Dosiermodul einem im Abgasreinigungssystem angeordneten SCR-Katalysator zugeführt. Nach dem Abstellen des Kraftfahrzeuges wird der Druck im Dosiermodul über eine bestimmte Zeitspanne nicht komplett abgebaut, sondern auf einen definierten Druck reduziert, der größer als der Dampfdruck der Harnstofflösung bei der zu erwartenden Temperatur ist. Dieser Druck wird über eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten. Hierdurch wird ein Auskristallisieren von Harnstoffkristallen vermieden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasreinigungssystems eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine Harnstofflösung aus einem Harnstofflösungstank über ein einen Fluidkanal und ein Dosierventil aufweisendes Dosiermodul einem im Abgasreinigungssystem angeordneten SCR-Katalysator zugeführt wird.
Ein bekanntes Abgasreinigungsverfahren zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas von Kraftfahrzeugen ist die selektive katalytische Reduktion (SCR). Hierbei wird kontinuierlich eine wässrige Harnstofflösung beispielsweise mittels einer Dosierpumpe in den Abgasstrom eingespritzt, aus welcher durch Hydrolyse Kohlendioxid und Ammoniak entstehen. Das so entstandene Ammoniak reagiert mit den Stickoxiden im Abgas am SCR-Katalysator zu elementarem Stickstoff (N₂) und Wasser. Dieses SCR-Verfahren wird inzwischen in zahlreichen Kraftfahrzeugen eingesetzt, um die entsprechenden Abgasgrenzwerte (Gehalt an Stickoxiden) einhalten zu können.
Eine derartige verwendete wässrige Harnstofflösung gefriert jedoch unterhalb einer Temperatur von ca. -11 °C. Damit die empfindlichen Komponenten des SCR-Systems, insbesondere das Dosierventil, aufgrund des potentiellen Eisdruckes keinen Schaden nehmen, wird das hydraulische SCR-System nach jedem Motorstopp zumindest teilweise entleert. Die Effizienz des Entleerens ist jedoch hierbei in der Regel kleiner als 100 %, so dass eine gewisse Menge an Harnstofflösung im Dosiermodul, speziell im Dosierventil, verbleibt.
Die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Harnstofflösung führen dazu, dass beim Überschreiten der Dampfdrucktemperatur der Harnstofflösung das Wasser aus der Harnstofflösung verdampft und sich Harnstoffkristalle bilden. Diese Harnstoffkristalle können zu einem Verstopfen bzw. Verkleben von Bauteilen des Dosiermoduls, insbesondere zu einem Verstopfen des Fluidkanals oder zu einem Verkleben der Nadel im Dosierventil, führen.
Um ein Überschreiten der Dampfdrucktemperatur der Harnstofflösung nach dem Entleeren zu verhindern, ist es bekannt, entsprechende Gegenmaßnahmen durchzuführen. Insbesondere werden verschiedene Maßnahmen getroffen, um die Bauteiltemperaturen nach Abstellen des Kraftfahrzeuges entsprechend zu regulieren, beispielsweise Durchführen eines Nachlaufes mit angesteuerter Kühlmittelpumpe und angesteuertem Kühlerlüfter. Das Dosierventil kann dabei luftgekühlt oder wassergekühlt ausgeführt werden. Dies soll die Bauteiltemperaturen des Dosiermoduls im zulässigen Bereich sicherstellen und damit die Bildung von Harnstoffkristallen verhindern.
Vor allem ein Heißabstellen des Kraftfahrzeuges nach Partikelfilterregeneration oder Volllastfahrt kann in Kombination mit hohen Kühlmitteltemperaturen kritisch sein, so dass es zu einem Überschreiten der Dampfdrucktemperatur der Harnstofflösung kommt. So können insbesondere in manchen Konfigurationen, beispielsweise Einbaulage Dosierventil, Nadel 90° zur Horizontalen, über SCR/Partikelfilter, die Temperaturen die Dampfdrucktemperatur der Harnstofflösung im Nachlauf überschreiten. Hierbei siedet die Harnstofflösung beim normalen Abstellen des Kraftfahrzeuges noch nicht. Im Nachlauf erhöhen sich jedoch die Temperaturen, und der leichte Unterdruck im Dosierventil begünstigt ein Verdampfen des Wasseranteiles. Das Dosierventil kann hierbei verkleben oder der Fluidkanal kann verstopfen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Verstopfen bzw. Verkleben von Bauteilen des Dosiermoduls nach dem Abstellen des Kraftfahrzeuges auf besonders einfache Weise verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass nach dem Abstellen des Kraftfahrzeuges der Druck im Dosiermodul über eine bestimmte Zeitspanne nicht komplett abgebaut, sondern auf einen definierten Druck reduziert wird, der größer als der Dampfdruck der Harnstofflösung bei der zu erwartenden Temperatur ist, und über eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird.
Dadurch, dass nach dem Abstellen des Kraftfahrzeuges kein vollständiger Druckabbau stattfindet, sondern dieser lediglich auf einen Druck reduziert wird, der größer ist als der Dampfdruck der Harnstofflösung bei der zu erwartenden Temperatur, wird ein Ausdampfen des Wassers aus der Harnstofflösung vermieden. Hierdurch wird die Bildung von Harnstoffkristallen verhindert, die zu einem Verstopfen bzw. Verkleben von Bauteilen des Dosiermoduls führen können. Ein Ausfall von entsprechenden Bauteilen wird dadurch verhindert. Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf kostengünstige Weise erreicht, da die entsprechenden Verfahrensschritte ohne Hardwareänderung nur über entsprechende Steuer/Regeltechnik (Software) durchgeführt werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der reduzierte Druck beispielsweise für eine Zeitdauer bis zu 5 h aufrechterhalten.
Das zugehörige Steuergerät des Kraftfahrzeuges soll über diesen Zeitraum aktiv bleiben mit allen Überwachungsfunktionen. Die Druckregelung bleibt vorzugsweise ebenfalls aktiv.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zu erwartende Temperatur vorzugsweise aus der entsprechenden Bauteiltemperatur und der Außentemperatur ermittelt. Der definierte Druck, auf den der Druck reduziert wird, wird dann vorzugsweise über eine Dampfdrucktabelle basierend auf Temperatur und Harnstofflösungskonzentration abgebildet. Dabei entspricht die Temperatur vorzugsweise der entsprechenden Bauteiltemperatur und der Außentemperatur, wie vorstehend angegeben.
Als entsprechende Bauteiltemperatur, insbesondere des Dosiermoduls, wird vorzugsweise eine Bauteilgrenztemperatur insbesondere von 130 °C verwendet.
Nach Ablauf der Druckhaltezeit wird das System vorzugsweise normal zurückgesaugt und wird das Dosierventil vorzugsweise entleert. Es versteht sich, dass dann keine Gefahr eines Ausdampfens des Wasseranteiles aus der Harnstofflösung mehr besteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch entsprechend variabel ausgeführt werden. So kann es beispielsweise bei niedrigen Umgebungstemperaturen deaktiviert oder verkürzt werden, wenn hierbei nicht mit einem Unterschreiten des Dampfdruckes der Harnstofflösung gerechnet werden muss.
Auch kann das erfindungsgemäße Verfahren über kritische Bedingungen beim Motorabstellen ausgelöst werden, so dass es nur in speziellen Fällen zur Anwendung kommt.
Vorzugsweise wird das Dosiermodul bzw. das Abgasreinigungssystem nach jedem Motorstopp zumindest teilweise entleert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine Funktionsübersicht über eine Ausführungsform des Verfahrens; und
2 ein Diagramm, das einen beispielhaften Temperaturverlauf nach dem Abstellen des Motors zeigt.

Im vorliegenden Fall geht es um ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasreinigungssystems eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine Harnstofflösung aus einem Harnstofflösungstank über ein einen Fluidkanal und ein Dosierventil aufweisendes Dosiermodul einem im Abgasreinigungssystem angeordneten SCR-Katalysator zugeführt wird. Die Zuführung der Harnstofflösung erfolgt dabei über eine geeignete Dosierpumpe. Diese Bauteile sind bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht mehr im Einzelnen beschrieben.
Bei dem Verfahren wird so vorgegangen, dass nach dem Abstellen des Kraftfahrzeuges bzw. von dessen Motor der Druck im Dosiermodul bzw. im System auf einen definierten Druck reduziert wird und dann über eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird. Dieser definierte Druck ist größer als der Dampfdruck der Harnstofflösung bei der nach dem Abstellen des Fahrzeuges zu erwartenden Temperatur. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Wasseranteil aus der Harnstofflösung ausdampft und sich Harnstoffkristalle im Modul bzw. System bilden, welche zu entsprechenden Verstopfungen bzw. Verklebungen etc. führen.
Die Funktionsübersicht der 1 zeigt in Schritt 1 das Abstellen des Fahrzeuges. In Schritt 2 wird die zu erwartende Temperatur aus der entsprechenden Bauteiltemperatur und der Außentemperatur ermittelt. Als entsprechende Bauteiltemperatur kann hierbei eine Bauteilgrenztemperatur von 130 °C (kritische Temperatur) verwendet werden.
Aus einer geeigneten Dampfdrucktabelle basierend auf der zu erwartenden Temperatur, die in vorstehend beschriebener Weise ermittelt wurde, und der Harnstofflösungskonzentration, die bekannt ist, wird dann der definierte Druck, auf den der Druck reduziert wird, entsprechend abgebildet. Ferner wird die bestimmte Zeitdauer ermittelt, über die der reduzierte Druck aufrechterhalten wird.
Wird hierbei eine Zeitdauer von 0 sec ermittelt, besteht keine Gefahr einer Harnsäurekristallbildung und das Dosiermittel bzw. System kann sofort entleert werden, wie in 1 in Schritt 4 angedeutet. Wird aufgrund der ermittelten Werte festgestellt, dass der definierte reduzierte Druck, der größer als der Dampfdruck der Harnstofflösung bei der zu erwartenden Temperatur ist, über einen Zeitraum t > 0 sec aufrechterhalten werden muss, erfolgt eine geeignete Druckregelung basierend auf Dampfdruck über den von einem geeigneten Timer eingestellten Zeitraum (Schritt 3). Nach Ablauf dieses Zeitraumes wird das Dosiermodul bzw. System gemäß Schritt 4 entleert.
2 zeigt ein Diagramm, das einen beispielhaften Temperaturverlauf nach dem Motorabstellen wiedergibt. Die Zeitdauer zur Aufrechterhaltung eines definierten Druckes nach dem Abstellen des Motors ist hier als Verzögerungszeit angegeben. Die zu erwartende Temperatur (Bauteiltemperatur) als kritische Temperatur beträgt hierbei 125 °C.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Abgasreinigungssystems eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine Harnstofflösung aus einem Harnstofflösungstank über ein einen Fluidkanal und ein Dosierventil aufweisendes Dosiermodul einem im Abgasreinigungssystem angeordneten SCR-Katalysator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen des Kraftfahrzeuges der Druck im Dosiermodul über eine bestimmte Zeitspanne nicht komplett abgebaut, sondern auf einen definierten Druck reduziert wird, der größer als der Dampfdruck der Harnstofflösung bei der zu erwartenden Temperatur ist, und über eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erwartende Temperatur aus der entsprechenden Bauteiltemperatur und der Außentemperatur ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Druck, auf den der Druck reduziert wird, über eine Dampfdrucktabelle basierend auf Temperatur und Harnstofflösungskonzentration abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als entsprechende Bauteiltemperatur eine Bauteilgrenztemperatur, insbesondere von 130 °C, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der reduzierte Druck für eine Zeitdauer bis zu fünf Stunden aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf der Druckhaltezeit das System normal zurückgesaugt und das Dosierventil entleert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es bei niedrigen Umgebungstemperaturen deaktiviert oder verkürzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es über kritische Bedingungen beim Motorabstellen ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul nach jedem Motorstopp zumindest teilweise entleert wird.