DE102021204807A1 - Sensor arrangement, exhaust aftertreatment device, internal combustion engine, vehicle and method for operating an exhaust aftertreatment device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Sensor-Anordnung (29) zum Bestimmen wenigstens eines Abgasparameters in einer Abgasströmung, mit- einem Gehäuse (31), das einen Abgasführungsabschnitt (33) und eine Sensorkammer (35) aufweist, in der wenigstens ein Abgassensor (15) angeordnet ist, wobei- das Gehäuse (31) eingerichtet ist, um an einem Abgasleitungsabschnitt (7) eines Abgasstrangs (8) zur Bestimmung des wenigstens einen Abgasparameters in dem Abgasleitungsabschnitt (7) angeordnet zu werden, wobei- die Sensor-Anordnung (29) eine Abschirmeinrichtung (25) aufweist, die wahlweise in eine Abschirmstellung und eine Freigabestellung verlagerbar ist, wobei- die Abschirmeinrichtung (25) eingerichtet ist, um in der Freigabestellung eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Abgasführungsabschnitt (33) und der Sensorkammer (35) derart freizugeben, dass im Betrieb der Sensor-Anordnung (29) Abgas von dem Abgasführungsabschnitt (33) in die Sensorkammer (35) zu dem wenigstens einen Abgassensor (15) gelangen kann, und wobei- die Abschirmeinrichtung (25) eingerichtet ist, um in der Abschirmstellung die Sensorkammer (35) derart von dem Abgasführungsabschnitt (33) abzuschirmen, dass im Betrieb der Sensor-Anordnung (29) kein Abgas zu dem wenigstens einen Abgassensor (15) gelangen kann.The invention relates to a sensor arrangement (29) for determining at least one exhaust gas parameter in an exhaust gas flow, with a housing (31) which has an exhaust gas guide section (33) and a sensor chamber (35) in which at least one exhaust gas sensor (15) is arranged is, wherein- the housing (31) is set up to be arranged on an exhaust pipe section (7) of an exhaust line (8) for determining the at least one exhaust gas parameter in the exhaust pipe section (7), wherein- the sensor arrangement (29) has a Has a shielding device (25) that can be moved either into a shielding position and a release position, wherein the shielding device (25) is set up to release a fluidic connection between the exhaust gas routing section (33) and the sensor chamber (35) in the release position in such a way that during operation of the sensor arrangement (29), exhaust gas from the exhaust gas guide section (33) into the sensor chamber (35) to the at least one exhaust gas sensor (15). and wherein the shielding device (25) is set up to shield the sensor chamber (35) from the exhaust gas guide section (33) in the shielding position in such a way that during operation of the sensor arrangement (29) no exhaust gas reaches the at least one exhaust gas sensor ( 15) can reach.
Description
Die Erfindung betrifft eine Sensor-Anordnung, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, eine Brennkraftmaschine, ein Fahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung.The invention relates to a sensor arrangement, an exhaust gas aftertreatment device, an internal combustion engine, a vehicle with such an internal combustion engine, and a method for operating an exhaust gas aftertreatment device.
Beim Betrieb von Sensor-Anordnungen, die eingerichtet sind, um wenigstens einen Abgasparameter in einer Abgasströmung insbesondere einer Brennkraftmaschine zu bestimmen, ergibt sich zumindest bei manchen Anwendungen das Problem, dass die Sensor-Anordnungen zu bestimmten Zeiten und insbesondere abhängig von einer bestimmten Ausgestaltung der Abgasströmung benötigt werden, wobei sie zu anderen Zeiten und insbesondere bei anderer Ausgestaltung der Abgasströmung nicht nur nicht benötigt werden, sondern sogar durch die Abgasströmung negativ beeinträchtigt werden. Beispielsweise ergibt sich beim Betrieb einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, insbesondere einem Schifffahrzeug, gegebenenfalls der Umstand, dass dieses Fahrzeug zeitweise in emissionsregulierten Bereichen betrieben wird, wo eine bestimmte Abgasnachbehandlung erwünscht oder sogar vorgeschrieben ist. Die Sensor-Anordnung wird dann benötigt, um die Abgasnachbehandlung zu gewährleisten. In anderen, nicht emissionsregulierten Gebieten soll dagegen die Abgasnachbehandlung entfallen und die Brennkraftmaschine gegebenenfalls sogar mit einem anderen Brennstoff, beispielsweise mit marinem Schweröl, betrieben werden. Die von der Brennkraftmaschine emittierte Abgasströmung kann dann Bestandteile, insbesondere Schwefel oder Schwefelverbindungen umfassen, welche die Sensor-Anordnung beeinträchtigen, insbesondere kontaminieren. Es besteht daher grundsätzlich ein Bedarf daran, die Sensor-Anordnung wahlweise nutzen und wahlweise von einer negativen Beeinträchtigung durch das Abgas verschonen zu können.When operating sensor assemblies that are set up to determine at least one exhaust gas parameter in an exhaust gas flow, in particular an internal combustion engine, there is at least some applications with the problem that the sensor assemblies at certain times and in particular depending on a specific configuration of the exhaust gas flow are needed, where they are not only not needed at other times and especially when the exhaust gas flow is configured differently, but are even adversely affected by the exhaust gas flow. For example, when operating an internal combustion engine in a vehicle, in particular a ship, the fact may arise that this vehicle is temporarily operated in emission-regulated areas where a specific exhaust gas aftertreatment is desired or even prescribed. The sensor arrangement is then required to ensure exhaust gas aftertreatment. In other, non-emission-regulated areas, on the other hand, exhaust gas after-treatment is to be omitted and the internal combustion engine may even be operated with a different fuel, for example marine heavy oil. The exhaust gas flow emitted by the internal combustion engine can then include components, in particular sulfur or sulfur compounds, which impair, in particular contaminate, the sensor arrangement. There is therefore a fundamental need to be able to use the sensor arrangement selectively and to be able to selectively spare it from being adversely affected by the exhaust gas.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensor-Anordnung, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, eine Brennkraftmaschine, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise gelindert, vorzugsweise vermieden werden, wobei besonders bevorzugt Vorteile gegenüber der beschriebenen Ausgestaltung verwirklicht werden.The invention is therefore based on the object of creating a sensor arrangement, an exhaust gas aftertreatment device, an internal combustion engine, a vehicle and a method for operating an exhaust gas aftertreatment device, with the disadvantages mentioned being at least partially alleviated, preferably avoided, with particularly preferred advantages over the ones described design can be realized.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved by providing the present technical teaching, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Sensor-Anordnung zum Bestimmen wenigstens eines Abgasparameters in einer Abgasströmung geschaffen wird, die ein Gehäuse aufweist, das einen Abgasführungsabschnitt und eine Sensorkammer aufweist. In der Sensorkammer ist wenigstens ein Abgassensor angeordnet. Das Gehäuse ist eingerichtet, um an einem Abgasleitungsabschnitt eines Abgasstrangs angeordnet zu werden, um den wenigstens einen Abgasparameter in dem Abgasleitungsabschnitt bestimmen zu können. Die Sensor-Anordnung weist eine Abschirmeinrichtung auf, die wahlweise in eine Abschirmstellung und in eine Freigabestellung verlagert werden kann. Die Abschirmeinrichtung ist eingerichtet, um in der Freigabestellung eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Abgasführungsabschnitt des Gehäuses und der Sensorkammer derart freizugeben, dass im Betrieb der Sensor-Anordnung Abgas von dem Abgasführungsabschnitt in die Sensorkammer und somit zu dem wenigstens einen Abgassensor gelangen kann. Die Abschirmeinrichtung ist außerdem eingerichtet, um die Sensorkammer in der Abschirmstellung derart von dem Abgasführungsabschnitt abzuschirmen, dass im Betrieb der Sensor-Anordnung kein Abgas zu dem wenigstens einen Abgassensor gelangen kann. Somit ist es vorteilhaft insbesondere möglich, die Sensor-Anordnung in zwei verschiedenen Betriebszuständen zu betreiben, wobei in dem einen Betriebszustand, welcher der Freigabestellung der Abschirmeinrichtung entspricht, der wenigstens eine Abgasparameter in der den Abgasleitungsabschnitt durchsetzenden Abgasströmung erfasst werden kann, was insbesondere den geregelten Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht, wobei andererseits in einem zweiten Betriebszustand, welcher der Abschirmstellung der Abschirmeinrichtung entspricht, der Abgassensor effektiv von der Abgasströmung abgeschirmt ist, sodass er nicht negativ von dem Abgas, insbesondere den von der Abgasströmung umfassten Schadsubstanzen, beispielsweise Schwefel oder Schwefelverbindungen, beeinträchtigt werden kann. Somit wird insbesondere ein zielführender, die Lebensdauer der Sensor-Anordnung verlängernder Betrieb in verschiedenen Umgebungen, insbesondere in Gebieten mit verschiedener oder fehlender Emissionsregulierung, für die Sensor-Anordnung ermöglicht. The object is achieved in particular by creating a sensor arrangement for determining at least one exhaust gas parameter in an exhaust gas flow, which has a housing which has an exhaust gas guide section and a sensor chamber. At least one exhaust gas sensor is arranged in the sensor chamber. The housing is set up to be arranged on an exhaust pipe section of an exhaust line in order to be able to determine the at least one exhaust gas parameter in the exhaust pipe section. The sensor arrangement has a shielding device that can be selectively shifted into a shielding position and into a release position. The shielding device is set up to release a fluidic connection between the exhaust gas routing section of the housing and the sensor chamber in the release position in such a way that during operation of the sensor arrangement, exhaust gas can flow from the exhaust gas routing section into the sensor chamber and thus to the at least one exhaust gas sensor. The shielding device is also set up to shield the sensor chamber from the exhaust gas routing section in the shielding position in such a way that no exhaust gas can reach the at least one exhaust gas sensor during operation of the sensor arrangement. It is thus advantageously possible, in particular, to operate the sensor arrangement in two different operating states, wherein in one operating state, which corresponds to the release position of the shielding device, the at least one exhaust gas parameter can be detected in the exhaust gas flow passing through the exhaust pipe section, which in particular allows for regulated operation an exhaust gas aftertreatment device, whereby, on the other hand, in a second operating state, which corresponds to the shielding position of the shielding device, the exhaust gas sensor is effectively shielded from the exhaust gas flow, so that it is not adversely affected by the exhaust gas, in particular by the harmful substances contained in the exhaust gas flow, for example sulfur or sulfur compounds can. In this way, in particular, a purposeful operation that extends the service life of the sensor arrangement in different environments, in particular in areas with different or non-existent emission regulations, is made possible for the sensor arrangement.
Unter einem Abgasparameter wird hier eine in der Abgasströmung messbare physikalische und/oder chemische Größe verstanden, insbesondere eine Schadstoffkonzentration, eine Konzentration eines anderen Stoffes, beispielsweise Sauerstoff, ein Druck und/oder eine Temperatur. Entsprechend ist der Abgassensor bevorzugt eingerichtet zur Messung eines solchen Abgasparameters. Ganz besonders bevorzugt ist der Abgassensor eingerichtet zur Erfassung einer Stickoxidkonzentration im Abgas, sei es Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, oder eine Gesamt-Stickoxidkonzentration, oder einer Reduktionsmittelkonzentration, insbesondere einer Ammoniakkonzentration. Die Sensor-Anordnung ist bevorzugt eingerichtet zum Bestimmen des wenigstens einen Abgasparameters in einer Abgasströmung einer Brennkraftmaschine. Insbesondere ist die Sensor-Anordnung eingerichtet zur Anordnung und Verwendung im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine.An exhaust gas parameter is understood here to mean a physical and/or chemical variable that can be measured in the exhaust gas flow, in particular a pollutant concentration, a concentration of another substance, for example oxygen, a pressure and/or a temperature. Accordingly, the exhaust gas sensor is preferably set up to measure such an exhaust gas parameter. The exhaust gas sensor is very particularly preferably set up to detect a nitrogen oxide concentration in the exhaust gas, be it nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, or a total nitrogen oxide concentration, or a reducing agent concentration, in particular an ammonia concentration. The sensor arrangement is preferably set up to determine the at least one exhaust gas parameter in an exhaust gas flow of an internal combustion engine. In particular, the sensor arrangement is set up for arrangement and use in the exhaust system of an internal combustion engine.
Das Gehäuse kann bevorzugt derart an dem Abgasleitungsabschnitt angeordnet werden, dass es zumindest mit dem Abgasführungsabschnitt in den Abgasleitungsabschnitt und insbesondere in eine in dem Abgasleitungsabschnitt geführte Abgasströmung hineinragt.The housing can preferably be arranged on the exhaust pipe section in such a way that at least the exhaust gas guide section protrudes into the exhaust pipe section and in particular into an exhaust gas flow guided in the exhaust pipe section.
Der Abgasführungsabschnitt ist bevorzugt ein Teil des Gehäuses, welcher eingerichtet ist, um Abgas aus einer den Abgasleitungsabschnitt durchsetzenden Abgasströmung - vorzugsweise einen für eine Abgaszusammensetzung in dem Abgasleitungsabschnitt repräsentativen Anteil der Abgasströmung - in die Sensorkammer zu leiten. Vorzugsweise ist der Abgasführungsabschnitt dabei weiter eingerichtet, um eine lokale Strömungsberuhigung zu bewirken und so eine aussagekräftige und repräsentative Messung des wenigstens einen Abgasparameters zu ermöglichen. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Abgasführungsabschnitt als anströmseitig zumindest bereichsweise offenes Beprobungsrohr ausgebildet, welches mit einer Rohrlängsachse vorzugsweise senkrecht zur Abgasströmung in dem Abgasleitungsabschnitt angeordnet werden kann. Die Anströmseite ist dabei diejenige Querseite des Beprobungsrohrs, welche dem anströmenden Abgas zugewandt ist. Vorzugsweise weist das Beprobungsrohr anströmseitig eine Mehrzahl von Einströmöffnungen, insbesondere Bohrungen auf, durch welche Abgas in das Beprobungsrohr und damit in den Abgasführungsabschnitt eintreten kann. Die Sensorkammer ist bevorzugt an einem Ende des Beprobungsrohrs, insbesondere an einem stirnseitigen Ende des Beprobungsrohrs, angeordnet.The exhaust gas routing section is preferably a part of the housing which is set up to conduct exhaust gas from an exhaust gas flow passing through the exhaust pipe section--preferably a proportion of the exhaust gas flow representative of an exhaust gas composition in the exhaust pipe section--into the sensor chamber. Preferably, the exhaust gas routing section is further set up to cause a local calming of the flow and thus enable a meaningful and representative measurement of the at least one exhaust gas parameter. In a preferred embodiment, the exhaust gas routing section is designed as a sampling pipe that is at least partially open on the inflow side, which can be arranged with a pipe longitudinal axis preferably perpendicular to the exhaust gas flow in the exhaust pipe section. The inflow side is that transverse side of the sampling tube which faces the inflowing exhaust gas. The sampling tube preferably has a plurality of inflow openings, in particular bores, on the inflow side, through which exhaust gas can enter the sampling tube and thus the exhaust gas routing section. The sensor chamber is preferably arranged at one end of the sampling tube, in particular at a front end of the sampling tube.
Es ist möglich, dass in der Sensorkammer genau ein Abgassensor angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass in der Sensorkammer eine Mehrzahl von Abgassensoren angeordnet ist, vorzugsweise genau zwei Abgassensoren angeordnet sind.It is possible for exactly one exhaust gas sensor to be arranged in the sensor chamber. However, it is also possible for a plurality of exhaust gas sensors to be arranged in the sensor chamber, preferably exactly two exhaust gas sensors being arranged.
Der Abgasleitungsabschnitt ist insbesondere ein Teil eines Abgasstrangs, vorzugsweise ein Rohr, Rohrabschnitt oder auch eine Mehrzahl von Rohren, wobei eine Abgasströmung des Abgasstrangs entlang des Abgasleitungsabschnitts geführt werden kann.The exhaust gas line section is in particular a part of an exhaust line section, preferably a pipe, pipe section or also a plurality of tubes, it being possible for an exhaust gas flow of the exhaust gas line to be guided along the exhaust line section.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abschirmeinrichtung eine Ventilvorrichtung aufweist, die angeordnet und eingerichtet ist, um die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Abgasführungsabschnitt und der Sensorkammer in der Freigabestellung freizugeben und in der Abschirmstellung zu sperren. Auf diese Weise kann mittels der Ventilvorrichtung in einfacher und zugleich sehr effektiver Weise sichergestellt werden, dass der Abgassensor in der Freigabestellung mit Abgas beaufschlagt und in der Abschirmstellung von Abgas abgeschirmt wird. Die Ventilvorrichtung ist vorzugsweise an dem Gehäuse oder in dem Gehäuse, insbesondere zwischen dem Abgasführungsabschnitt und der Sensorkammer, angeordnet. Vorzugweise weist die Ventilvorrichtung ein Schaltventil auf, insbesondere ein elektrisch oder elektronisch ansteuerbares Schaltventil.According to a development of the invention, it is provided that the shielding device has a valve device which is arranged and set up to release the fluidic connection between the exhaust gas routing section and the sensor chamber in the release position and to block it in the shielding position. In this way, the valve device can be used to ensure in a simple and at the same time very effective manner that the exhaust gas sensor is acted upon by exhaust gas in the release position and is shielded from exhaust gas in the shielding position. The valve device is preferably arranged on the housing or in the housing, in particular between the exhaust gas routing section and the sensor chamber. The valve device preferably has a switching valve, in particular an electrically or electronically controllable switching valve.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abschirmeinrichtung eine Spülluftvorrichtung aufweist, wobei die Spülluftvorrichtung eine Spülluftquelle aufweist. Die Spülluftquelle ist mit dem Gehäuse, insbesondere mit der Sensorkammer, strömungstechnisch verbindbar. Die Spülluftvorrichtung ist eingerichtet, um die Spülluftquelle in der Abschirmstellung strömungstechnisch mit der Sensorkammer zu verbinden, sodass die Sensorkammer in Richtung des Abgasführungsabschnitts mit Spülluft durchströmt wird. Die Spülluftvorrichtung ist außerdem eingerichtet, um die Spülluftquelle in der Freigabestellung strömungstechnisch von der Sensorkammer zu trennen. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Abgassensor sehr effizient einerseits in der Freigabestellung mit Abgas beaufschlagt und andererseits in der Abschirmstellung von Abgas verschont werden, insbesondere indem in der Freigabestellung keine Spülluft die Sensorkammer durchströmt, wobei in der Abschirmstellung eine Spülluftströmung von der Sensorkammer in Richtung des Abgasführungsabschnitts derart bereitgestellt wird, dass der Abgassensor quasi von Abgas freigeblasen wird, wobei aufgrund der Spülluftströmung kein Abgas aus der Richtung des Abgasführungsabschnitts in die Sensorkammer gelangen kann. Bevorzugt wird durch die Spülluftströmung auch ein Eintreten von Abgas aus dem Abgasleitungsabschnitt in den Abgasführungsabschnitt verhindert.According to a development of the invention, it is provided that the shielding device has a scavenging air device, the scavenging air device having a scavenging air source. The scavenging air source can be fluidically connected to the housing, in particular to the sensor chamber. The scavenging air device is set up to fluidically connect the scavenging air source to the sensor chamber in the shielding position, so that scavenging air flows through the sensor chamber in the direction of the exhaust gas routing section. The scavenging air device is also set up to fluidically separate the scavenging air source from the sensor chamber in the release position. In this way, exhaust gas can be applied to the at least one exhaust gas sensor very efficiently on the one hand in the release position and on the other hand it can be spared from exhaust gas in the shielding position, in particular in that no scavenging air flows through the sensor chamber in the release position, with a scavenging air flow from the sensor chamber in the direction of the Exhaust gas guide section is provided in such a way that the exhaust gas sensor is quasi blown free of exhaust gas, with no exhaust gas being able to get into the sensor chamber from the direction of the exhaust gas guide section due to the scavenging air flow. The scavenging air flow also preferably prevents exhaust gas from entering the exhaust gas line section into the exhaust gas routing section.
Die Spülluftquelle kann in bevorzugter Ausgestaltung eine Ladeluftleitung einer Brennkraftmaschine sein, wobei ein entsprechender Spülluftdruck bevorzugt durch einen Verdichter, beispielsweise einen Kompressor oder den Verdichter eines Abgasturboladers, bereitgestellt wird. Die Spülluftquelle kann aber auch ein Spülluftspeicher sein, in den Ladeluft der Brennkraftmaschine in bestimmten Betriebspunkten eingespeichert werden kann, insbesondere unter Druckerhöhung, beispielsweise durch einen Verdichter, insbesondere einen Kompressor oder einen Verdichter eines Abgasturboladers der Brennkraftmaschine. Es ist aber auch möglich, dass die Spülluftquelle eine geeignet ausgestaltete Luftpumpe ist, die beispielsweise Umgebungsluft in die Sensorkammer fördert. Der Spülluftdruck wird bevorzugt höher gewählt als ein Abgasgegendruck, sodass der wenigstens eine Abgassensor stets mit Spülluft umspült sind, wenn die Spülluftvorrichtung aktiv ist. Die Spülluft wird bevorzugt über den Abgasstrom entsorgt.In a preferred embodiment, the scavenging air source can be a charge air line of an internal combustion engine, with a corresponding scavenging air pressure preferably being provided by a compressor, for example a compressor or the compressor of an exhaust gas turbocharger. However, the scavenging air source can also be a scavenging air reservoir, in which the charge air of the internal combustion engine can be stored at certain operating points, in particular with an increase in pressure, for example by a compressor, in particular a compressor or a compressor of an exhaust gas turbocharger internal combustion engine. However, it is also possible for the scavenging air source to be a suitably designed air pump which, for example, conveys ambient air into the sensor chamber. The scavenging air pressure is preferably chosen to be higher than an exhaust gas back pressure, so that the at least one exhaust gas sensor is always surrounded by scavenging air when the scavenging air device is active. The scavenging air is preferably disposed of via the exhaust gas flow.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Spülluftvorrichtung mindestens eine Spülluftdüse auf, die in der Sensorkammer oder an der Sensorkammer angeordnet und derart ausgerichtet ist, dass eine Spülluftströmung von der mindestens einen Düse ausgehend in Richtung des Abgasführungsabschnitts durch die Sensorkammer erzeugt werden kann. Vorteilhaft ist die mindestens eine Düse in Richtung des Abgasführungsabschnitts ausgerichtet.In a preferred embodiment, the scavenging air device has at least one scavenging air nozzle, which is arranged in the sensor chamber or on the sensor chamber and is aligned in such a way that a scavenging air flow can be generated from the at least one nozzle in the direction of the exhaust gas routing section through the sensor chamber. The at least one nozzle is advantageously aligned in the direction of the exhaust gas routing section.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Abgassensor ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Stickoxidsensor und einem Ammoniaksensor. Insbesondere diese Sensoren werden einerseits für eine Abgasnachbehandlung insbesondere in einem emissionsregulierten Bereich benötigt, insbesondere für eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden, vorzugsweise unter Vermeidung eines Ammoniakschlupfs aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Außerdem sind diese Sensoren in besonderer Weise anfällig für eine Kontaminierung, insbesondere durch schwefelhaltige Abgase.According to a development of the invention, it is provided that the at least one exhaust gas sensor is selected from a group consisting of: a nitrogen oxide sensor and an ammonia sensor. In particular, these sensors are required on the one hand for exhaust gas aftertreatment, particularly in an emissions-regulated area, in particular for selective catalytic reduction of nitrogen oxides, preferably while avoiding ammonia slip from the exhaust gas aftertreatment device. In addition, these sensors are particularly susceptible to contamination, particularly from exhaust gases containing sulfur.
In bevorzugter Ausgestaltung ist es möglich, dass in der Sensorkammer sowohl wenigstens ein Stickoxidsensor als auch wenigstens ein Ammoniaksensor, insbesondere genau ein Stickoxidsensor und genau ein Ammoniaksensor, angeordnet sind.In a preferred embodiment, it is possible for both at least one nitrogen oxide sensor and at least one ammonia sensor, in particular precisely one nitrogen oxide sensor and precisely one ammonia sensor, to be arranged in the sensor chamber.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung eines Abgasstroms, insbesondere zur katalytischen Nachbehandlung eines Abgasstroms, vorzugsweise zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in dem Abgasstrom, geschaffen wird. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist einen Abgasleitungsabschnitt auf, der einen Nachbehandlungsabschnitt und einen stromabwärts des Nachbehandlungsabschnitts angeordneten Sensorabschnitt aufweist. Der Nachbehandlungsabschnitt weist wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement auf. Der Sensorabschnitt weist wenigstens einen Abgassensor auf. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist außerdem einen Umgehungspfad auf, der stromaufwärts des Nachbehandlungsabschnitts aus dem Abgasleitungsabschnitt ausmündet und zwischen dem Nachbehandlungsabschnitt und dem Sensorabschnitt wieder in den Abgasleitungsabschnitt einmündet. Insbesondere kann eine zumindest bereichsweise den Abgasleitungsabschnitt durchströmende Abgasströmung also durch den Umgehungspfad oder durch den Nachbehandlungsabschnitt strömen. Unabhängig davon, ob die Abgasströmung durch den Umgehungspfad oder durch den Nachbehandlungsabschnitt strömt, passiert sie in jedem Fall den Sensorabschnitt.The object is also achieved by creating an exhaust gas aftertreatment device for aftertreatment of an exhaust gas flow, in particular for catalytic aftertreatment of an exhaust gas flow, preferably for selective catalytic reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas flow. The exhaust gas aftertreatment device has an exhaust pipe section, which has an aftertreatment section and a sensor section arranged downstream of the aftertreatment section. The aftertreatment section has at least one exhaust aftertreatment element. The sensor section has at least one exhaust gas sensor. The exhaust gas after-treatment device also has a bypass path, which opens out of the exhaust pipe section upstream of the after-treatment section and into the exhaust pipe section again between the after-treatment section and the sensor section. In particular, an exhaust gas flow that at least partially flows through the exhaust pipe section can therefore flow through the bypass path or through the aftertreatment section. Regardless of whether the exhaust flow flows through the bypass path or through the aftertreatment section, it always passes through the sensor section.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist eine Stelleinrichtung auf, die eingerichtet ist, um wahlweise in einer ersten Funktionsstellung den Abgasstrom durch den Nachbehandlungsabschnitt in den Sensorabschnitt zu führen und zugleich den Umgehungspfad zu sperren, und um in einer zweiten Funktionsstellung den Abgasstrom durch den Umgehungspfad in den Sensorabschnitt zu führen und zugleich den Nachbehandlungsabschnitt zu sperren. Der Abgasstrom wird also entweder nur durch den Nachbehandlungsabschnitt und nicht durch den Umgehungspfad, oder nur durch den Umgehungspfad und nicht durch den Nachbehandlungsabschnitt geführt.The exhaust gas aftertreatment device has an actuating device that is set up to selectively guide the exhaust gas flow through the aftertreatment section into the sensor section in a first functional position and at the same time to block the bypass path, and to guide the exhaust gas flow through the bypass path into the sensor section in a second functional position and at the same time to lock the post-processing section. The exhaust gas flow is thus either guided only through the aftertreatment section and not through the bypass path, or only through the bypass path and not through the aftertreatment section.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist außerdem eine Abschirmeinrichtung auf, die eingerichtet ist, um wahlweise eine Anströmung des wenigstens einen Abgassensors mit Abgas zuzulassen oder den wenigstens einen Abgassensor von Abgas abzuschirmen. Der Abgassensor kann also wahlweise mit Abgas beaufschlagt oder von Abgas verschont sein.The exhaust gas aftertreatment device also has a shielding device that is set up to selectively allow exhaust gas to flow against the at least one exhaust gas sensor or to shield the at least one exhaust gas sensor from exhaust gas. The exhaust gas sensor can therefore either be exposed to exhaust gas or spared from exhaust gas.
Schließlich weist die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Steuereinrichtung auf, die mit der Stelleinrichtung und mit der Abschirmeinrichtung wirkverbunden ist. Die Steuereinrichtung ist außerdem eingerichtet, um die Stelleinrichtung wahlweise in die erste Funktionsstellung oder in die zweite Funktionsstellung zu schalten, und um die Abschirmeinrichtung derart anzusteuern, dass in der ersten Funktionsstellung der Stelleinrichtung eine Anströmung des wenigstens einen Abgassensors mit Abgas zugelassen wird, wobei in der zweiten Funktionsstellung der Stelleinrichtung der wenigstens eine Abgassensor von Abgas abgeschirmt ist. Der Abgassensor wird also dann, wenn der Nachbehandlungsabschnitt von Abgas durchströmt ist und damit auch das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement zum Einsatz kommt, mit Abgas beaufschlagt, sodass insbesondere ein geregelter Betrieb des Abgasnachbehandlungselements möglich ist. Wird dagegen der Abgasstrom entlang des Umgehungspfads geführt, wird der Abgassensor von Abgas abgeschirmt, sodass er insbesondere vorteilhaft keiner Kontamination ausgesetzt ist. Insoweit verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Abgasnachbehandlungseinrichtung insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Sensor-Anordnung beschrieben wurden.Finally, the exhaust gas aftertreatment device has a control device that is operatively connected to the actuating device and to the shielding device. The control device is also set up to switch the actuating device either to the first functional position or to the second functional position, and to activate the shielding device in such a way that in the first functional position of the actuating device, exhaust gas is permitted to flow against the at least one exhaust gas sensor, wherein in the second functional position of the actuating device, the at least one exhaust gas sensor is shielded from exhaust gas. When exhaust gas flows through the after-treatment section and the at least one exhaust-gas after-treatment element is used, the exhaust-gas sensor is subjected to exhaust gas, so that regulated operation of the exhaust-gas after-treatment element is possible. If, on the other hand, the exhaust gas flow is guided along the bypass path, the exhaust gas sensor is shielded from exhaust gas, so that it is particularly advantageously not exposed to any contamination. In this respect, in connection with the exhaust aftertreatment device, in particular the pros parts that have already been described in connection with the sensor arrangement.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine erfindungsgemäße Sensor-Anordnung oder eine Sensor-Anordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei ist insbesondere der wenigstens eine Abgassensor der Sensor-Anordnung der zuvor erwähnte Abgassensor der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Weiterhin ist dabei insbesondere die Abschirmeinrichtung der Sensor-Anordnung die zuvor erwähnte Abschirmeinrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Somit stellt insbesondere die Sensor-Anordnung sowohl den wenigstens einen Abgassensor als auch die Abschirmeinrichtung für die Abgasnachbehandlungseinrichtung bereit. Die Steuereinrichtung ist mit der Sensor-Anordnung wirkverbunden und eingerichtet, um die Abschirmeinrichtung der Sensor-Anordnung in der ersten Funktionsstellung der Stelleinrichtung in die Freigabestellung zu schalten, und um die Abschirmeinrichtung der Sensor-Anordnung in der zweiten Funktionsstellung der Stelleinrichtung in die Abschirmstellung zu schalten. Auf diese Weise werden die bereits zuvor genannten Vorteile besonders effektiv verwirklicht.According to a development of the invention, it is provided that the exhaust gas aftertreatment device has a sensor arrangement according to the invention or a sensor arrangement according to one of the exemplary embodiments described above. In particular, the at least one exhaust gas sensor of the sensor arrangement is the previously mentioned exhaust gas sensor of the exhaust gas aftertreatment device. Furthermore, in particular the shielding device of the sensor arrangement is the previously mentioned shielding device of the exhaust gas aftertreatment device. Thus, in particular, the sensor arrangement provides both the at least one exhaust gas sensor and the shielding device for the exhaust gas aftertreatment device. The control device is operatively connected to the sensor arrangement and set up to switch the shielding device of the sensor arrangement to the release position when the actuating device is in the first functional position, and to switch the shielding device of the sensor arrangement to the shielding position when the actuating device is in the second functional position . In this way, the advantages already mentioned above are realized particularly effectively.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die wenigstens eine erfindungsgemäße Sensor-Anordnung oder eine Sensor-Anordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist die Brennkraftmaschine eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung oder eine Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Sensor-Anordnung und der Abgasnachbehandlungseinrichtung erläutert wurden.The object is also achieved by creating an internal combustion engine which has at least one sensor arrangement according to the invention or a sensor arrangement according to one of the exemplary embodiments described above. Alternatively or additionally, the internal combustion engine has an exhaust gas aftertreatment device according to the invention or an exhaust gas aftertreatment device according to one of the exemplary embodiments described above. In connection with the internal combustion engine, the advantages that have already been explained in connection with the sensor arrangement and the exhaust gas aftertreatment device are realized in particular.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt eingerichtet, um in einem Fahrzeug betrieben zu werden, insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs. Bevorzugt ist die Brennkraftmaschine eingerichtet zum Antrieb eines Schifffahrzeugs.The internal combustion engine is preferably set up to be operated in a vehicle, in particular to drive the vehicle. The internal combustion engine is preferably set up to drive a ship vehicle.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt als Hubkolbenmotor, insbesondere als Großmotor, ausgebildet.The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating piston engine, in particular as a large engine.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Fahrzeug, insbesondere ein Schifffahrzeug, geschaffen wird, welches eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine oder eine Brennkraftmaschine nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. In Zusammenhang mit dem Fahrzeug verwirklichen sich dabei insbesondere die bereits zuvor in Zusammenhang mit der Sensor-Anordnung, der Abgasnachbehandlungseinrichtung und der Brennkraftmaschine erwähnten Vorteile. Insbesondere ein solches Fahrzeug, ganz besonders ein Schifffahrzeug, kann sich sowohl in emissionsregulierten Bereichen als auch in Bereichen ohne Emissionsregulierung bewegen, wobei der Betrieb der Brennkraftmaschine auf die jeweils herrschenden oder gegebenenfalls gänzlich fehlenden Bestimmungen abgestimmt werden kann. Insbesondere kann in einem emissionsregulierten Bereich ein Brennstoff für den Betrieb der Brennkraftmaschine eingesetzt werden, der vergleichsweise sauber verbrennt, wobei zusätzlich eine Abgasnachbehandlung, insbesondere eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden, durchgeführt werden kann. In diesem Fall wird vorteilhaft auch der wenigstens eine Abgassensor der Sensor-Anordnung verwendet, um den Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu regeln. Andererseits kann die Brennkraftmaschine in nicht emissionsregulierten Gebieten mit einem kostengünstigeren, dafür aber weniger sauber verbrennenden Brennstoff betrieben werden, wobei insbesondere keine Abgasnachbehandlung, insbesondere keine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden durchgeführt wird. In diesem Fall wird der wenigstens eine Abgassensor vorteilhaft von dem für ihn schädlichen Abgas abgeschirmt.The object is also achieved by creating a vehicle, in particular a ship, which has an internal combustion engine according to the invention or an internal combustion engine according to one of the exemplary embodiments described above. In connection with the vehicle, the advantages already mentioned above in connection with the sensor arrangement, the exhaust gas aftertreatment device and the internal combustion engine are realized in particular. In particular, such a vehicle, especially a ship, can move both in emission-regulated areas and in areas without emission regulation, with the operation of the internal combustion engine being able to be matched to the respectively prevailing or possibly completely non-existent regulations. In particular, in an emissions-regulated area, a fuel can be used to operate the internal combustion engine that burns comparatively cleanly, with exhaust gas aftertreatment, in particular selective catalytic reduction of nitrogen oxides, also being able to be carried out. In this case, the at least one exhaust gas sensor of the sensor arrangement is advantageously also used in order to regulate the operation of the exhaust gas aftertreatment device. On the other hand, the internal combustion engine can be operated in non-emission-regulated areas with a cheaper fuel that burns less cleanly, with no exhaust gas aftertreatment, in particular no selective catalytic reduction of nitrogen oxides, being carried out. In this case, the at least one exhaust gas sensor is advantageously shielded from the exhaust gas that is harmful to it.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung geschaffen wird, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung abhängig von wenigstens einem Betriebsparameter in einer Nachbehandlungsstellung oder in einer Ruhestellung betrieben wird. In der Nachbehandlungsstellung wird ein Abgasstrom durch wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement geleitet, und es wird wenigstens ein Abgassensor stromabwärts des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements mit dem Abgasstrom beaufschlagt. Vorzugsweise wird dabei der Betrieb des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements mittels des wenigstens einen Abgassensors geregelt. In der Ruhestellung wird der Abgasstrom unter Aussparung des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements an diesem vorbeigeführt, und der wenigstens eine Abgassensor wird von dem Abgasstrom abgeschirmt. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit der Sensor-Anordnung, der Abgasnachbehandlungseinrichtung, der Brennkraftmaschine und dem Fahrzeug erläuterten Vorteile.Finally, the object is also achieved by creating a method for operating an exhaust gas aftertreatment device, wherein the exhaust gas aftertreatment device is operated in an aftertreatment position or in a rest position depending on at least one operating parameter. In the aftertreatment position, an exhaust gas flow is directed through at least one exhaust gas aftertreatment element, and the exhaust gas flow is applied to at least one exhaust gas sensor downstream of the at least one exhaust gas aftertreatment element. The operation of the at least one exhaust gas aftertreatment element is preferably regulated by means of the at least one exhaust gas sensor. In the rest position, the exhaust gas flow is routed past the at least one exhaust gas aftertreatment element, and the at least one exhaust gas sensor is shielded from the exhaust gas flow. In connection with the method, there are in particular the advantages already explained in connection with the sensor arrangement, the exhaust gas aftertreatment device, the internal combustion engine and the vehicle.
Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung oder eine Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele betrieben. Die Ruhestellung der Abgasnachbehandlungseinrichtung entspricht bevorzugt der zweiten Funktionsstellung der Stelleinrichtung, wobei die Nachbehandlungsstellung der ersten Funktionsstellung der Stelleinrichtung entspricht. Entsprechend ist der Ruhestellung bevorzugt die Abschirmstellung der Abschirmeinrichtung zugeordnet, und der Nachbehandlungsstellung ist die Freigabestellung der Abschirmeinrichtung zugeordnet.As part of the method, an exhaust gas aftertreatment device according to the invention or an exhaust gas aftertreatment device according to one of the embodiments described above is preferred tion examples operated. The rest position of the exhaust gas after-treatment device preferably corresponds to the second functional position of the actuating device, with the after-treatment position corresponding to the first functional position of the actuating device. Correspondingly, the shielding position of the shielding device is preferably assigned to the rest position, and the release position of the shielding device is assigned to the post-treatment position.
Der wenigstens eine Abgassensor ist insbesondere der wenigstens eine Abgassensor einer erfindungsgemäßen Sensor-Anordnung oder einer Sensor-Anordnung gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.The at least one exhaust gas sensor is in particular the at least one exhaust gas sensor of a sensor arrangement according to the invention or a sensor arrangement according to one of the exemplary embodiments described above.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Betriebsparameter ein geographischer Ort verwendet wird, an dem das Verfahren durchgeführt wird. Insbesondere auf diese Weise kann vorteilhaft der Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung an konkrete Bedingungen angepasst werden, die von dem geographischen Ort abhängen, an dem das Verfahren durchgeführt wird, insbesondere an dort herrschende oder fehlende Emissionsregulierungen.According to one development of the invention, it is provided that a geographic location at which the method is carried out is used as the at least one operating parameter. In this way in particular, the operation of the exhaust gas aftertreatment device can advantageously be adapted to specific conditions that depend on the geographic location at which the method is carried out, in particular on the emission regulations that prevail there or are absent.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Ausführungsbeispiel einer Abgasnachbehandlungseinrichtung; -
2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sensor-Anordnung; -
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Sensor-Anordnung, und -
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung.
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1 a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine with an embodiment of an exhaust gas aftertreatment device; -
2 a schematic representation of a first exemplary embodiment of a sensor arrangement; -
3 a schematic representation of a second exemplary embodiment of a sensor arrangement, and -
4 a schematic representation of an embodiment of a method for operating an exhaust gas aftertreatment device.
Die Brennkraftmaschine 1 dient bevorzugt dem Antrieb eines Fahrzeugs 2 oder ist sonst Teil des Fahrzeug 2, insbesondere Teil einer Energieversorgung für das Fahrzeug 2. Das Fahrzeug 2 ist bevorzugt ein Schifffahrzeug, insbesondere eine Yacht, ein Fährschiff, ein Containerschiff oder Frachtschiff, oder ein Unterseeboot.The
Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Motorblock 5 auf, in dem wenigstens ein Brennstoff mit Verbrennungsluft umgesetzt wird, wobei Abgas entsteht. Dieses Abgas gelangt in die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3.The
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 ist eingerichtet zur insbesondere katalytischen Nachbehandlung eines Abgasstroms, insbesondere zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, die in dem Abgasstrom enthalten sind. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 weist einen Abgasleitungsabschnitt 7 auf, der wiederum einen Nachbehandlungsabschnitt 9 mit wenigstens einem Abgasnachbehandlungselement 11 und einen stromabwärts des Nachbehandlungsabschnitts 9 angeordneten Sensorabschnitt 13 mit wenigstens einem Abgassensor 15 aufweist. Schematisch dargestellt sind hier zwei Abgassensoren 15, die in dem Sensorabschnitt 13 angeordnet sind. Das Abgasnachbehandlungselement 11 ist bevorzugt eingerichtet zur selektiven katalytischen Oxidation von Stickoxiden, insbesondere ist bevorzugt vorgesehen, dass das Abgasnachbehandlungselement 11 als SCR-Katalysator ausgebildet ist.The exhaust
Der Abgasleitungsabschnitt 7 ist insbesondere Teil eines Abgasstrangs 8 der Brennkraftmaschine 1.The
Bevorzugt sind auch stromaufwärts des Abgasnachbehandlungselements 11 weitere Abgassensoren 17 angeordnet. Insoweit kann die Regelung des Betriebs der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 verbessert sein, wenn wenigstens ein Abgasparameter sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des Abgasnachbehandlungselements 11 gemessen wird. Insoweit kann es sich bei den Abgassensoren 15 und den weiteren Abgassensoren 17 insbesondere um gleiche Abgassensoren handeln, das heißt Abgassensoren, die eingerichtet sind, um gleiche Abgasparameter zu erfassen; es ist aber auch möglich, dass die Abgassensoren 15 und die weiteren Abgassensoren 17 verschiedene Abgasparameter erfassen. Insbesondere ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Abgassensoren 15 verschiedene Abgasparameter erfassen, wobei insbesondere der eine Abgassensor 15 als Stickoxidsensor und der andere Abgassensor 15 als Ammoniaksensor ausgebildet sein kann. Entsprechend können auch die beiden weiteren Abgassensoren 17 verschiedene Abgasparameter erfassen. Es ist auch möglich, dass einer der Abgassensoren 15 oder der weiteren Abgassensoren 17 ein Abgastemperatursensor ist.Further
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 weist außerdem einen Umgehungspfad 19 auf, der hier zwei Teil-Umgehungspfade, nämlich einen ersten Teil-Umgehungspfad 19.1 und einen zweiten Teil-Umgehungspfad 19.2 umfasst. Die Teil-Umgehungspfade 19.1, 19.2 sind bevorzugt identisch ausgebildet, sodass im Folgenden lediglich allgemein auf einen Umgehungspfad 19 Bezug genommen wird.The exhaust
Der Umgehungspfad 19 mündet stromaufwärts des Nachbehandlungsabschnitts 9 aus dem Abgasleitungsabschnitt 7 aus und mündet zwischen dem Nachbehandlungsabschnitt 9 und dem Sensorabschnitt 13 wieder in den Abgasleitungsabschnitt 7 ein. Die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ beziehen sich dabei auf die Strömungsrichtung des Abgases, insbesondere ausgehend von dem Motorblock 5 in Richtung der Abgassensoren 15. Der Umgehungspfad 19 dient der Umgehung des Abgasnachbehandlungselements 11; die Abgasströmung wird über den Umgehungspfad 19 um das Abgasnachbehandlungselement 11 herumgeführt.The
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 weist außerdem eine Stelleinrichtung 21 auf, die eingerichtet ist, um wahlweise in einer ersten Funktionsstellung einen Abgasstrom durch den Nachbehandlungsabschnitt 9 in den Sensorabschnitt 13 zu führen und dabei den Umgehungspfad 19, insbesondere beide Teil-Umgehungspfade 19.1, 19.2 zu sperren, und um in einer zweiten Funktionsstellung den Abgasstrom durch den Umgehungspfad 19, insbesondere durch beide Teil-Umgehungspfade 19.1, 19.2, in den Sensorabschnitt 13 zu führen und zugleich den Nachbehandlungsabschnitt 9 zu sperren. Hierzu weist die Stelleinrichtung 21 bevorzugt eine Mehrzahl von ansteuerbaren Abgasklappen 23 auf.The exhaust gas after-
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 weist außerdem eine nur schematisch dargestellte Abschirmeinrichtung 25 auf, die eingerichtet ist, um wahlweise eine Anströmung des wenigstens einen Abgassensors 15 mit Abgas zuzulassen oder den wenigstens einen Abgassensor 15 von Abgas abzuschirmen.The exhaust
Die weiteren Abgassensoren 17 sind bevorzugt hinter den Abgasklappen 23, welche dem Abgasnachbehandlungselement 11 zugeordnet sind, angeordnet und somit geschützt, wenn der Abgasstrom entlang des Umgehungspfads 19 geführt wird.The additional
Weiterhin weist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 eine Steuereinrichtung 27 auf, die mit der Stelleinrichtung 21 und mit der Abschirmeinrichtung 25 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Stelleinrichtung 21 wahlweise in die erste Funktionsstellung und in die zweite Funktionsstellung zu schalten, und um die Abschirmeinrichtung 25 derart anzusteuern, dass in der ersten Funktionsstellung der Stelleinrichtung 21 eine Anströmung des wenigstens einen Abgassensors 15 mit Abgas zugelassen wird, wobei in der zweiten Funktionsstellung der Stelleinrichtung 21 die Abgassensoren 15 von Abgas abgeschirmt sind.Furthermore, the exhaust gas after-
Die Steuereinrichtung 27 ist bevorzugt mit den Abgassensoren 15 zur Erfassung des wenigstens einen Abgasparameters wirkverbunden. Bevorzugt ist sie außerdem auch mit den weiteren Abgassensoren 17 zur Erfassung des wenigstens einen Abgasparameters oder eines weiteren Abgasparameters wirkverbunden. Außerdem ist die Steuereinrichtung 27 mit der Stelleinrichtung 21 und mit der Abschirmeinrichtung 25 zu deren jeweiliger Ansteuerung, insbesondere synchronisierter Ansteuerung, wirkverbunden. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung 27 ein Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 oder in ein Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 integriert, sei es als Hardwaremodul oder als Softwaremodul. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung 27 eine sogenannte Engine Control Unit (ECU).The
Bei b) ist insbesondere eine Detailansicht des Sensorabschnitts 13 des Abgasleitungsabschnitts 7 dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass die Abgassensoren 15 Teil einer Sensor-Anordnung 29 sind, die ein Gehäuse 31 aufweist, das an dem Abgasleitungsabschnitt 7 in dem Sensorabschnitt 13 angeordnet ist, um den wenigstens einen Abgasparameter in dem Abgasleitungsabschnitt 7 zu messen.In b) a detailed view of the
Das Gehäuse 31 weist einen Abgasführungsabschnitt 33 und eine hier insbesondere oberhalb des Abgasführungsabschnitts 33 angeordnete Sensorkammer 35 auf, wobei in der Sensorkammer 35 wenigstens ein Abgassensor 15, hier vorzugsweise zwei Abgassensoren 15, insbesondere die beiden Abgassensoren 15 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3, angeordnet sind. Die Sensor-Anordnung 29 weist außerdem auch die hier ebenfalls schematisch angedeutete Abschirmeinrichtung 25 auf, die wahlweise in eine Abschirmstellung und eine Freigabestellung verlagerbar ist. Dabei ist die Abschirmeinrichtung 25 eingerichtet, um in der Freigabestellung eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Abgasführungsabschnitt 33 und der Sensorkammer 35 derart freizugeben, dass im Betrieb der Sensor-Anordnung 29 Abgas von dem Abgasführungsabschnitt 33 in die Sensorkammer 35 zu dem wenigstens einen Abgassensor 15 gelangen kann, und wobei in der Abschirmstellung die Sensorkammer 35 derart von dem Abgasführungsabschnitt 33 abgeschirmt ist, dass im Betrieb der Sensor-Anordnung 29 kein Abgas zu dem wenigstens einen Abgassensor 15 gelangen kann.The
Wie bereits ausgeführt, ist bevorzugt einer der in der Sensorkammer 35 angeordneten Abgassensoren 15 ein Stickoxidsensor, wobei der andere in der Sensorkammer 35 angeordnete Abgassensor 15 ein Ammoniaksensor ist.As already explained, one of the
Die Steuereinrichtung 27 ist insbesondere mit der Sensor-Anordnung 29 wirkverbunden und eingerichtet, um die Abschirmeinrichtung 25 der Sensor-Anordnung 29 in der ersten Funktionsstellung der Stelleinrichtung 21 in die Freigabestellung und in der zweiten Funktionsstellung der Stelleinrichtung 21 in die Abschirmstellung zu schalten.The
In
Die Abschirmeinrichtung 25 weist hier eine Ventilvorrichtung 39 auf, die angeordnet und eingerichtet ist, um die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Abgasführungsabschnitt 33 und der Sensorkammer 35 in der Freigabestellung freizugeben und in der Abschirmstellung zu sperren. Insbesondere weist die Ventilvorrichtung 39 hierfür ein verlagerbares Ventilelement 41 auf. Die Ventilvorrichtung 39 ist insbesondere ansteuerbar, bevorzugt als ansteuerbares Schaltventil ausgebildet, wobei die Steuereinrichtung 27 mit der Ventilvorrichtung 39 zu deren Ansteuerung wirkverbunden ist. Durch geeignete Verlagerung des Ventilelements 41 kann insbesondere eine Durchgangsöffnung 43 zwischen dem Abgasführungsabschnitt 33 und der Sensorkammer 35 wahlweise gesperrt und freigegeben werden. Bei b) ist schematisch mittels zweier durchkreuzter erster Pfeile P1 dargestellt, dass in der Abschirmstellung kein in den Abgasführungsabschnitt 33 eintretendes Abgas weiter in die Sensorkammer 35 und damit zu den Abgassensoren 15 gelangen kann.The shielding
Insoweit weist die Spülluftvorrichtung 45 bevorzugt in einer strömungstechnischen Verbindung zwischen der Spülluftquelle 47 und der Sensorkammer 35 ein Schaltventil 49 auf, das ansteuerbar ausgebildet und mit der Steuereinrichtung 27 zu seiner Ansteuerung wirkverbunden ist.In this respect, the scavenging
Bei a) und b) sind wiederum verschiedene Ansichten des zweiten Ausführungsbeispiels der Sensor-Anordnung 29 dargestellt. Bei b) es dabei mithilfe zweier zweiter Pfeile P2 dargestellt, dass in der Abschirmstellung der Abgasführungsabschnitt 33 von der Sensorkammer 35 her mit Spülluft durchströmt ist, sodass bevorzugt kein Abgas in den Abgasführungsabschnitt 33 eintreten, insbesondere aber kein Abgas von dem Abgasführungsabschnitt 33 her in die Sensorkammer 35 gelangen kann. Die Abgassensoren 15 werden somit durch die Spülluftströmung von Abgas freigestellt, insbesondere freigeblasen. Der Druck der Spülluft wird dabei bevorzugt höher gewählt als ein Abgasgegendruck in dem Sensorabschnitt 13, sodass die Abgassensoren 15 stets mit Spülluft umspült sind, wenn die Spülluftvorrichtung 45 aktiv ist. Die Spülluft wird über den Abgasstrom entsorgt.At a) and b) again different views of the second embodiment of the
Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 abhängig von wenigstens einem Betriebsparameter, vorzugsweise in Abhängigkeit von einem geographischen Ort, an dem das Verfahren durchgeführt wird, in einer Nachbehandlungsstellung oder in einer Ruhestellung betrieben wird. In der Nachbehandlungsstellung wird ein Abgasstrom durch das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement 11 geleitet, und der wenigstens eine Abgassensor 15 wird mit dem Abgasstrom beaufschlagt. In der Ruhestellung wird der Abgasstrom unter Aussparung des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements 11 an diesem vorbeigeführt, und der wenigstens eine Abgassensor 15 wird von dem Abgasstrom abgeschirmt.As part of a method for operating the exhaust
Das erste Teil-Verfahren gemäß
In einem sechsten Schritt S6 wird sodann geprüft, ob die Spülluftvorrichtung 45 aktiviert, das heißt die strömungstechnische Verbindung zwischen der Spülluftquelle 47 und der Sensorkammer 35 freigegeben ist. Ist dies der Fall, wird die Spülluftvorrichtung 45 in einem siebten Schritt S7 deaktiviert, das heißt die strömungstechnische Verbindung zwischen der Spülluftquelle 47 und der Sensorkammer 35 wird gesperrt. Insoweit bezieht sich die Darstellung gemäß
Optional wird anschließend in einem achten Schritt S8 geprüft, ob ein Vorheizmodus für wenigstens einen der Abgassensoren 15 aktiv ist. Ist dies der Fall, wird in einem neunten Schritt S9 der Vorheizmodus deaktiviert.Optionally, in an eighth step S8, a check is then carried out to determine whether a preheating mode is active for at least one of the
Anschließend wird in einem zehnten Schritt S10 geprüft, ob eine Reduktionsmittelzufuhr, insbesondere eine Harnstoffzufuhr, zu dem Abgasnachbehandlungselement 11 aktiv ist. Ist dies nicht der Fall, wird die Reduktionsmittelzufuhr in einem elften Schritt S11 aktiviert.Then, in a tenth step S10, it is checked whether a supply of reducing agent, in particular a supply of urea, to exhaust
Anschließend wird in einem zwölften Schritt S12 geprüft, ob die Bedingung B1 noch vorliegt; ist dies der Fall, wird das Verfahren in dem ersten Schritt S1 fortgesetzt. Liegt dagegen die erste Bedingung B1 nicht mehr vor, wird darauf geschlossen, dass eine zweite Bedingung B2 vorliegt, die dann erfüllt ist, wenn die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 in einem nicht emissionsregulierten Bereich betrieben wird, was als IMO2-Betrieb bezeichnet wird.Then, in a twelfth step S12, it is checked whether condition B1 is still present; if this is the case, the method is continued in the first step S1. If, on the other hand, the first condition B1 is no longer present, it is concluded that a second condition B2 is present, which is met when the exhaust
In diesem Fall wird das Verfahren mit dem zweiten Teil-Verfahren gemäß
Sodann wird in einem vierzehnten Schritt S14 geprüft, ob die Reduktionsmittelzufuhr aktiv ist. Ist dies der Fall, wird sie in einem fünfzehnten Schritt S15 deaktiviert. Anschließend wird in einem sechzehnten Schritt S16 geprüft, ob die Spülluftvorrichtung 45 aktiv ist. Ist dies nicht der Fall, wird die Spülluftvorrichtung 45 in einem siebzehnten Schritt S17 aktiviert. Anschließend wird in einem achtzehnten Schritt S18 geprüft, ob die zu dem Umgehungspfad 19 führende Abgasklappe 23 geöffnet ist. Ist dies nicht der Fall, wird diese Abgasklappe 23 in einem neunzehnten Schritt S19 geöffnet. Anschließend wird in einem zwanzigsten Schritt S20 geprüft, ob die zu dem Abgasnachbehandlungselement 11 führende Abgasklappe 23 geschlossen ist. Ist dies nicht der Fall, wird diese Abgasklappe 23 in einem einundzwanzigsten Schritt S21 geschlossen.Then, in a fourteenth step S14, it is checked whether the supply of reducing agent is active. If this is the case, it is deactivated in a fifteenth step S15. Then, in a sixteenth step S16, it is checked whether the scavenging
Optional wird anschließend in einem zweiundzwanzigsten Schritt S22 geprüft, ob der Vorheizmodus für den wenigstens einen Abgassensor 15 aktiv ist. Ist dies nicht der Fall, wird der Vorheizmodus in einem dreiundzwanzigsten Schritt S23 aktiviert.Optionally, in a twenty-second step S22, it is then checked whether the preheating mode for the at least one
Anschließend wird in einem vierundzwanzigsten Schritt S24 geprüft, ob die zweite Bedingung B2 noch erfüllt ist. Ist dies der Fall, wird das Verfahren in dem dreizehnten Schritt S13 fortgesetzt. Ist dies dagegen nicht der Fall, wird davon ausgegangen, dass nunmehr wiederum die erste Bedingung B1 erfüllt ist, und das Verfahren wird entsprechend mit dem ersten Teil-Verfahren gemäß
Vorzugsweise wird das Verfahren während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 kontinuierlich und dauerhaft durchgeführt.The method is preferably carried out continuously and permanently during operation of the
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- 2021-05-11 DE DE102021204807.2A patent/DE102021204807B4/en active Active
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