DE10330913B4 - Method and device for metering reducing agent to the exhaust gas of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Zumessen von NOx-Reduktionsmittel (30) zum Abgas eines Verbrennungsmotors (10) über ein Zumessventil (36), wobei der Verbrennungsmotor (10) in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Bereichen (50, 52) von Betriebsparametern betrieben werden kann, die sich wenigstens durch einen Bedarf an Reduktionsmittel (30) unterscheiden, wobei eine Anpassung einer zuzumessenden Reduktionsmittelmenge an den Bedarf in einem ersten Bereich (50) durch Variation einer kontinuierlich zugemessenen Reduktionsmittelmenge erfolgt, und in einem zweiten Bereich (52) wenigstens teilweise durch eine diskontinuierlich intermittierende Zumessung von Reduktionsmittel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Bereich (50) durch einen vergleichsweise hohen Bedarf an Reduktionsmittel (30) auszeichnet und dass sich der zweite Bereich (52) durch einen verringerten Bedarf an Reduktionsmittel auszeichnet.A method of metering NOx reductant (30) to the exhaust of an internal combustion engine (10) via a metering valve (36), wherein the internal combustion engine (10) is operable in at least two mutually different regions (50, 52) of operating parameters at least by a need for reductant (30), wherein an adjustment of a quantity of reductant to be metered to the demand in a first region (50) by varying a continuously metered amount of reducing agent, and in a second region (52) at least partially by a batch intermittent metering Reducing agent is carried out, characterized in that the first region (50) characterized by a relatively high demand for reducing agent (30) and that the second region (52) characterized by a reduced demand for reducing agent.

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Figure DE000010330913B4_0001

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zumessen von NOx-Reduktionsmittel zum Abgas eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for metering NOx reducing agent to the exhaust gas of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Steuergerät, das ein solches Verfahren steuert.Moreover, the invention relates to a control device which controls such a method.

Ein solches Verfahren und ein solches Steuergerät sind aus der US 2002/0029564 A1 bekannt.Such a method and such a control unit are from the US 2002/0029564 A1 known.

Es ist allgemein bekannt, dass der Stickoxidanteil am Abgas eines Verbrennungsmotors durch eine selektive katalytische Reduktion (SCR) verringert werden kann. Dazu wird dem Abgas eine unmittelbar reduzierend wirkende Substanz wie Ammoniak oder ein Vorprodukt zugeführt, das erst im Abgas reduzierende Substanzen freisetzt. Als Vorprodukt kann beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) verwendet werden. Bei einer Reaktion des Harnstoffs mit dem Wasser (kombinierte Thermolyse und Hydrolyse) entsteht Ammoniak (NH3), das bei der selektiven katalytischen Reduktion mit Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) zu molekularem Stickstoff (N2) und Wasser umgewandelt wird. Die selektive katalytische Reduktion findet in einem SCR-Katalysator statt. Die Hydrolyse kann durch einen vorgeschalteten Hydrolysekatalysator erfolgen. Eine Umwandlung der Harnstoff-Wasser-Lösung findet aber auch im Rahmen der SCR-Reaktion statt, so dass ein separater Hydrolysekatalysator nicht obligatorisch vorhanden sein muss.It is well known that the nitrogen oxide content in the exhaust gas of an internal combustion engine can be reduced by a selective catalytic reduction (SCR). For this purpose, a directly reducing substance such as ammonia or a precursor is supplied to the exhaust, which releases only in the exhaust reducing substances. As a precursor, for example, a urea-water solution (HWL) can be used. In a reaction of the urea with the water (combined thermolysis and hydrolysis) produces ammonia (NH3), which is converted in the selective catalytic reduction with nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO2) to molecular nitrogen (N2) and water. The selective catalytic reduction takes place in an SCR catalyst. The hydrolysis can be carried out by an upstream hydrolysis catalyst. However, a conversion of the urea-water solution also takes place in the context of the SCR reaction, so that a separate hydrolysis catalyst need not necessarily be present.

Die eingangs genannte Druckschrift US 2002/0 029 564 A1 unterscheidet zwischen stationären Betriebszuständen und Betriebszuständen mit Beschleunigung. In stationären Betriebszuständen wird eine „steady state rate” von Kohlenwasserstoffen zum Abgas zugemessen (vergleiche zum Beispiel Claim 11, Merkmal e). Die Zumessung erfolgt nach Absatz 90 dieser Druckschrift dadurch, dass eine feste Menge an Kohlenwasserstoffen durch das Zumessventil periodisch zugemessen wird. Dabei soll die Zumessung entweder kontinuierlich oder durch periodische Pulse erfolgen. In Betriebszuständen mit Beschleunigung erfolgt nach Absatz 91 und Claim 1, Merkmal e) und ii) der US 2002/0 029 564 A1 eine gepulste Einspritzung von Kohlenwasserstoffen, bei der die Pulsbreite der Zeitspanne entsprechen soll, während der beschleunigt wird, wobei als Folge der Beschleunigung vorübergehend höhere NOx-Emissionen auftreten.The aforementioned document US 2002/0 029 564 A1 differentiates between stationary operating states and operating states with acceleration. In stationary operating states, a "steady state rate" of hydrocarbons is assigned to the exhaust gas (compare, for example, claim 11, feature e). The metering is carried out according to paragraph 90 of this document, characterized in that a fixed amount of hydrocarbons is metered periodically through the metering valve. The metering should be done either continuously or by periodic pulses. In operating states with acceleration, according to paragraph 91 and claim 1, feature e) and ii) of US 2002/0 029 564 A1 a pulsed injection of hydrocarbons, where the pulse width is to correspond to the time span that is being accelerated, resulting in temporarily higher NOx emissions as a result of the acceleration.

Die Dosierung der Harnstoff-Wasser-Lösung erfolgt häufig mit Luftunterstützung durch ein sogenanntes Dosierrohr, das in den Abgasstrom hineinragt. Dieses Dosierrohr besteht beispielsweise aus einem gebogenen oder alternativ geradem Stahlrohr mit etwa 4 mm Außendurchmesser, 2 mm Innendurchmesser und Sprühlochern am Ende, durch die die Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrom versprüht wird.The metering of the urea-water solution is often carried out with air support by a so-called metering tube, which projects into the exhaust gas stream. This metering tube consists for example of a bent or alternatively straight steel tube with about 4 mm outer diameter, 2 mm inner diameter and Sprühlochern at the end, through which the urea-water solution is sprayed into the exhaust stream.

In bestimmten Motorbetriebspunkten ist die benötigte Menge an Reduktionsmittel (HWL) gering. Bei diesen Betriebspunkten sind in Motorversuchen zum Teil Beeinträchtigungen der HWL-Dosierung aufgetreten, die die Erfüllung der jeweils gültigen Abgasgesetzgebung in Frage stellen. Die Beobachtungen und Untersuchungen der ausgefallenen Dosiervorrichtungen weisen darauf hin, dass sich Ablagerungen von Harnstoff oder von dessen Reaktionsprodukten innerhalb und außerhalb des Dosierrohrs ansammeln und nach einer gewissen Zeit zur Verstopfung des Rohrs und/oder der Sprühlöcher führen.In certain engine operating points, the required amount of reducing agent (HWL) is low. At these operating points, some impairments of the HWL dosage have occurred in engine tests which call into question the fulfillment of the respectively valid emission legislation. The observations and investigations of the failed metering devices indicate that deposits of urea or its reaction products accumulate inside and outside the metering tube and lead to clogging of the tube and / or the spray holes after a certain time.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens zum Zumessen von NOx-Reduktionsmittel zum Abgas eines Verbrennungsmotors sowie in der Angabe eines Steuergerätes zur Steuerung des Verfahrens, das die Ansammlung von Ablagerungen von Harnstoff oder von dessen Reaktionsprodukten innerhalb und außerhalb des Dosierrohrs vermeidet und damit die Funktionsfähigkeit einer Abgasnachbehandlungsanlage mit Reduktionsmittelzumessung zum Abgas auch bei höheren Betriebsstundenzahlen aufrecht erhält.Against this background, the object of the invention is to provide a method for metering NOx reducing agent to the exhaust gas of an internal combustion engine and in the specification of a control device for controlling the process, the accumulation of deposits of urea or its reaction products inside and outside the metering tube avoids and thus maintains the functionality of an exhaust aftertreatment system with Reduktionsmittelzumessung the exhaust even at higher operating hours.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sich der erste Bereich (50) durch einen vergleichsweise hohen Bedarf an Reduktionsmittel (30) auszeichnet und dass sich der zweite Bereich (52) durch einen verringerten Bedarf an Reduktionsmittel auszeichnet.This object is achieved in a method of the type mentioned in that the first area ( 50 ) by a comparatively high demand for reducing agent ( 30 ) and that the second area ( 52 ) characterized by a reduced need for reducing agent.

Entsprechend wird diese Aufgabe bei einem Steuergerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sich der erste Bereich (50) durch einen vergleichsweise hohen Bedarf an Reduktionsmittel (30) auszeichnet und dass sich der zweite Bereich (52) durch einen verringerten Bedarf an Reduktionsmittel auszeichnet.Accordingly, this object is achieved in a control device of the type mentioned in that the first area ( 50 ) by a comparatively high demand for reducing agent ( 30 ) and that the second area ( 52 ) characterized by a reduced need for reducing agent.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch diese Merkmale wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich im Inneren des Dosierrohrs bei allen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors eine Filmströmung der Harnstoff-Wasser-Lösung an der Wand einstellt. Der Transport erfolgt durch Schubspannungen, die von der vorbeiströmenden Dosierluft in der Flüssigkeit hervorgerufen werden.By these features, the object of the invention is completely solved. The invention is based on the recognition that adjusts a film flow of urea-water solution on the wall in the interior of the metering at all operating points of the internal combustion engine. The transport takes place by shear stresses, which are caused by the passing dosing air in the liquid.

In Bereichen geringer NOx-Anteile im Rohabgas, die meist mit relativ niedrigen Abgastemperaturen korrelieren, werden geringe HWL-Mengen benötigt und es bildet sich offenbar nur ein dünner Flüssigkeitsfilm an der Rohrwand aus, der die Rohrwand schlecht kühlt. Als Folge bilden sich schlecht benetzte Zonen mit erhöhten Wandtemperaturen, an denen das Wasser lokal verdampft und es mit der Zeit zu Ablagerungen des festen Harnstoffs kommt. Diese Bedingungen treten bei geringen bis mittleren Drehzahlen des Verbrennungsmotors bei niedriger Last auf. Bei mittelschweren und schweren Lastkraftwagen (medium duty, heavy duty) liegen typische Werte niedriger Dosiermittelmengen bei Werten von etwa 300 bis 500 Gramm Harnstoff-Wasser-Lösung pro Stunde. Im Vergleich dazu liegen hohe Dosiermittelmengen in diesem technischen Umfeld typischerweise bei 2,5 bis 8 Kg pro Stunde. In areas of low levels of NOx in the raw exhaust gas, which usually correlate with relatively low exhaust gas temperatures, small amounts of HWL are required and evidently only a thin liquid film forms on the pipe wall, which badly cools the pipe wall. As a result, poorly wetted zones with elevated wall temperatures form, where the water locally vaporizes and solid urea deposits build up over time. These conditions occur at low to medium engine speeds at low load. Medium and heavy duty trucks typically have low dosages at levels of about 300 to 500 grams of urea-water solution per hour. In comparison, high dosages in this technical environment are typically 2.5 to 8 kg per hour.

Durch die diskontinuierlich intermittierende Zumessung kann die Dicke des Flüssigkeitsfilms zeitlich variiert werden. Als Folge kann verhindert werden, dass sich die Dicke eines Flüssigkeitsfilmes mehr oder weniger gleichmäßig bei kleiner werdendem Reduktionsmittelbedarf verringert. Durch diese Art der Zumessung kann periodisch eine größere Filmstärke, gewissermaßen ein Schwall oder eine Welle, erzeugt werden. Bei der größeren Filmstärke ist eine lokale Austrocknung nicht zu erwarten. Im Gegenteil: Bei geeigneter Wahl der Wiederholungsfrequenz und der Öffnungsimpulsbreiten des Zumessventils können eventuell vorhandene ältere Ablagerungen aufgelöst und weggeschwemmt werden. Da übliche SCR-Katalysatoren Harnstofffolgeprodukte und NH3 (Ammoniak) in gewissen Grenzen speichern können, ist das Verfahren ohne Beeinträchtigung des NOx-Umsatzes durchführbar. Als Folge kann die Abgasnachbehandlung zur NOx-Reduktion auch bei Nutzkraftwagen im unteren Teillastbereich sicher durchgeführt werden. Der untere Teillastbereich zeichnet sich durch eine vergleichsweise geringe NOx-Rohemission und damit durch einen geringen Reduktionsmittelbedarf aus.Due to the discontinuous intermittent metering, the thickness of the liquid film can be varied over time. As a result, it can be prevented that the thickness of a liquid film decreases more or less uniformly as the reducing agent requirement decreases. By this type of metering periodically a larger film thickness, in a sense, a surge or a wave can be generated. At the larger film thickness, a local dehydration is not expected. On the contrary: With a suitable choice of the repetition frequency and the opening pulse widths of the metering valve, any existing older deposits can be dissolved and washed away. Since conventional SCR catalysts can store urea products and NH3 (ammonia) within certain limits, the process is feasible without affecting the NOx conversion. As a result, the exhaust aftertreatment for NOx reduction can be carried out safely even in commercial vehicles in the lower part load range. The lower part load range is characterized by a comparatively low NOx raw emission and thus by a low reduction agent requirement.

Es ist bevorzugt, dass eine Umsteuerung der Zumessung von Reduktionsmittel beim Übergang zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ohne eine sprunghafte Änderung der zugemessenen Menge an Reduktionsmittel erfolgt.It is preferred that a reversal of the metering of reducing agent takes place at the transition between the first region and the second region without a sudden change in the metered amount of reducing agent.

Durch diese Ausgestaltung wirkt sich der Wechsel zwischen beiden Zumessungsarten nicht in der zeitlich gemittelten Durchflussmenge aus. Da sich der Übergang von Betriebspunkten mit höherer NOx-Roh-Emission zu Betriebspunkten mit niedrigerer Roh-Emission ebenfalls ohne sprungartige Änderung der NOx-Menge vollzieht, kommt es beim Übergang weder zu einem Mangel an Reduktionsmittel, der die NOx-Konvertierung sinken ließe, noch zu einem Überschuss, der bei einem Durchbruch durch den SCR-Katalysator zu unerwünschten Emissionen von Ammoniak führen würde.Due to this configuration, the change between the two types of metering does not affect the time-averaged flow rate. Since the transition from operating points with higher NOx raw emission to operating points with lower raw emissions also without sudden change in the amount of NOx takes place, there is no transition to the lack of reducing agent, which would reduce the NOx conversion, nor to an excess that would result in undesirable emissions of ammonia if breached by the SCR catalyst.

Bevorzugt ist auch, dass die über das Zumessventil zugemessene Menge an Reduktionsmittel in einer Leitung durch ein in der Leitung strömendes Gas zum Abgas transportiert wird.It is also preferred that the metered via the metering valve amount of reducing agent is transported in a line through a gas flowing in the line to the exhaust gas.

Durch diese an sich bekannte Art des Reduktionsmitteltransports kann das Reduktionsmittel in das Abgas eingesprüht werden. Dadurch wird eine gute Dosierbarkeit der Reduktionsmittelzumessung und eine gute Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas erzielt. Außerdem eröffnet der Reduktionsmitteltransport durch ein Gas weitere Freiheitsgrade bei der Beeinflussung des Transports des Reduktionsmittels zum Abgas. Dies wird in weiter unten vorgestellten Ausgestaltungen zur Vermeidung von Harnstoffablagerungen im Dosiersystem ausgenutzt.By this known type of reducing agent transport, the reducing agent can be sprayed into the exhaust gas. This achieves good metering of the reducing agent metering and good distribution of the reducing agent in the exhaust gas. In addition, the reduction agent transport through a gas opens up further degrees of freedom in influencing the transport of the reducing agent to the exhaust gas. This is exploited in embodiments presented below for avoiding urea deposits in the metering system.

Ferner ist bevorzugt, dass ein Volumenstrom des Gases in Abhängigkeit vom Reduktionsmittelbedarf gesteuert eingestellt wird.Furthermore, it is preferred that a volume flow of the gas is adjusted controlled in dependence on the reducing agent requirement.

Es hat sich gezeigt, dass eine Änderung der Dosierluftzufuhr, die zusätzlich zur Änderung des Musters erfolgt, mit dem ein Reduktionsmittelzumessventil angesteuert wird, die Bildung von Ablagerungen weiter verringern kann.It has been found that a change in the dosing air supply, in addition to the change in the pattern with which a reducing agent metering valve is activated, can further reduce the formation of deposits.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass bei verringertem Reduktionsmittelbedarf ein verringerter Volumenstrom eingestellt wird.A further preferred embodiment is characterized in that a reduced volume flow is set with reduced reducing agent requirement.

Durch diese Maßnahme wird die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Film verringert. Bei einer Verringerung des Druckes im Dosierrohr von 1,7 bar auf etwa 1,4 bar und einem Abgasgegendruck von etwa 1,1 bar hat sich eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit um etwa 30 Prozent ergeben. Damit nimmt auch die Wandschubspannung in dem Flüssigkeitsfilm stark ab und die Filmdicke steigt deutlich an. Gleichzeitig ist der Übergang von Wärme durch Konvektion, der für die Verdampfung von Wasser aus der Harnstoff-Wasser-Lösung mit verantwortlich ist, wegen der verringerten Reynoldszahl kleiner. Dadurch sinkt die Gefahr, dass sich durch Verdunstung von Wasser aus dem Film feste Ablagerungen bilden.By doing so, the flow rate of the liquid in the film is reduced. With a reduction of the pressure in the metering tube of 1.7 bar to about 1.4 bar and an exhaust gas back pressure of about 1.1 bar, a reduction in the flow rate by about 30 percent resulted. Thus, the wall shear stress in the liquid film decreases sharply and the film thickness increases significantly. At the same time, the transfer of heat by convection, which is responsible for the evaporation of water from the urea-water solution with, is smaller because of the reduced Reynolds number. This reduces the risk of solid deposits forming due to evaporation of water from the film.

Bevorzugt wird im ersten Bereich ein zeitlich kontinuierlicher Volumenstrom eingestellt und im zweiten Bereich wenigstens zeitweise ein pulsierender Volumenstrom eingestellt.Preferably, a time-continuous volumetric flow is set in the first region and a pulsating volumetric flow is set at least temporarily in the second region.

Es hat sich gezeigt, dass gerade die Erzeugung eines pulsierenden Volumenstroms von Dosierluft im zweiten Bereich, also dort, wo die Menge des zuzumessenden Reduktionsmittels durch eine Variation der Wiederholungsfrequenz der Öffnungsimpulsbreiten an den Bedarf angepasst wird, zu einer weiteren Verringerung der Bildung von Ablagerungen führt.It has been shown that precisely the generation of a pulsating volume flow of dosing air in the second region, ie where the amount of the reducing agent to be metered by a Variation of the repetition frequency of the opening pulse widths is adjusted to the needs, leading to a further reduction of the formation of deposits.

Dabei ist bevorzugt, dass das Niveau des im zweiten Bereich pulsierenden Volumenstroms kleiner ist als Niveau des Volumenstroms im ersten Bereich.It is preferred that the level of the volume flow pulsating in the second area is smaller than the level of the volume flow in the first area.

Bevorzugt ist auch, dass das Niveau des Volumenstroms im zweiten Bereich bei einem Übergang in den ersten Bereich rampenförmig auf das höhere Niveau für den ersten Bereich umgesteuert wird.It is also preferred that the level of the volumetric flow in the second region is reversed in a ramp-shaped manner to the higher level for the first region during a transition into the first region.

Besonders bevorzugt ist auch, dass der pulsierende Volumenstrom bei geschlossenem Zumessventil eingestellt wird.It is also particularly preferred that the pulsating volume flow is adjusted when the metering valve is closed.

Diese Maßnahmen verstärkt den Vorteil einer verringerten Bildung von Ablagerungen weiter. In der Praxis hat sich gezeigt, dass insbesondere diese Merkmale in Verbindung mit den vorstehenden Merkmalen einen besonders großen positiven Einfluss auf die gewünschte Verringerung der Bildung von Ablagerungen hat.These measures further enhance the advantage of reduced deposit formation. In practice, it has been found in particular that these features in combination with the above features have a particularly great positive influence on the desired reduction in the formation of deposits.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die Wiederholungsfrequenz im ersten Bereich zwischen 2 und 15 Hz, und sie wird im zweiten Bereich so eingestellt, dass das Zumessventil jeweils für Zeitintervalle von 0,5 s bis 10 s geschlossen wird.In a preferred embodiment, the repetition frequency in the first range is between 2 and 15 Hz, and it is set in the second range so that the metering valve is closed in each case for time intervals of 0.5 s to 10 s.

Diese Intervalle haben sich als guter Kompromiss zur Realisierung vergleichsweise großer Reduktionsmittelströme bei hohen NOx-Roh-Emissionen des Verbrennungsmotors und vergleichsweise kleiner Reduktionsmittelströme im Bereich geringerer NOx-Roh-Emissionen des Verbrennungsmotors in Verbindung mit einer Verringerung der Bildung von Ablagerungen im Dosiersystem herausgestellt.These intervals have proven to be a good compromise for realizing comparatively large reductant streams at high NOx raw emissions of the engine and comparatively small reductant streams in the region of lower NOx raw emissions of the engine in conjunction with a reduction in the formation of deposits in the dosing system.

Mit Blick auf das Steuergerät ist bevorzugt, dass es wenigstens eines der oben genannten Verfahren und Ausgestaltungen steuert.With regard to the control unit, it is preferred that it controls at least one of the above-mentioned methods and configurations.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further advantages will become apparent from the description and the accompanying figures.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 schematisch das technische Umfeld, in dem die Erfindung ihre Wirkung entfaltet; 1 schematically the technical environment in which the invention unfolds its effect;

2 eine Darstellung typischer Bereiche von Betriebspunkten eines Verbrennungsmotors, die sich durch ihren Bedarf an Reduktionsmittel unterscheiden, in qualitativer Form; 2 a representation of typical areas of operating points of an internal combustion engine, which differ by their need for reducing agent, in qualitative form;

3 ein erstes Ansteuermuster eines Zumessventils, wie es in einem ersten Bereich nach 2 verwendet wird; und 3 a first drive pattern of a metering valve, as in a first area after 2 is used; and

4 ein zweites Ansteuermuster eines Zumessventils, wie es in einem zweiten Bereich nach 2 verwendet wird. 4 a second control pattern of a metering valve, as in a second area after 2 is used.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Abgasanlage 12, einem Reduktionsmittel-Dosiersystem 14 und einem Dosierluftsystem 16. Das Reduktionsmittel-Dosiersystem 14 weist ein Steuergerät 18 auf. Bei dem Steuergerät 18 kann es sich um das Steuergerät handeln, mit dem der Verbrennungsmotor 10 gesteuert wird. Alternativ kann ein separates Dosiersteuergerät vorgesehen sein. Zur Steuerung einer Zufuhr von Reduktionsmittel zur Abgasanlage 12 verarbeitet das Steuergerät 18 Signale einer Sensorik 20 über Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 10. Die Sensorik 20 umfasst insbesondere einen Drehzahlsensor. Weiter steuert das Steuergerät 18 ein Leistungsstellglied 22 des Verbrennungsmotors 10. Bei dem Leistungsstellglied kann es sich beispielsweise um eine Anordnung von Einspritzventilen handeln, über die dem Verbrennungsmotor 10 eine drehmomentbestimmende Kraftstoffmenge zugeführt wird. 1 shows an internal combustion engine 10 with an exhaust system 12 a reductant dosing system 14 and a metered air system 16 , The reducing agent metering system 14 has a controller 18 on. At the control unit 18 it can be the control unit with which the internal combustion engine 10 is controlled. Alternatively, a separate dosing control device may be provided. For controlling a supply of reducing agent to the exhaust system 12 processes the controller 18 Signals of a sensor 20 about operating parameters of the internal combustion engine 10 , The sensors 20 includes in particular a speed sensor. Next controls the controller 18 a power actuator 22 of the internal combustion engine 10 , The power actuator can be, for example, an arrangement of injection valves, via which the internal combustion engine 10 a torque-determining amount of fuel is supplied.

Bei dem Verbrennungsmotor 10 handelt es sich bevorzugt um einen Dieselmotor, der zum Antrieb von mittelschweren oder schweren Lastkraftwagen dient. Die Abgase des Verbrennungsmotors 10 werden über ein Abgasrohr 24 und einen Oxidationskatalysator 25 in einen Katalysator 26 geführt. Im Abgasrohr 24 ist in Strömungsrichtung der Abgase vor dem Katalysator 26 ein Dosierrohr 28 angeordnet. Über dieses Dosierrohr 28 wird Reduktionsmittel 30 aus einem Reduktionsmittel-Vorratsbehälter 32 in das Abgas vor den Katalysator 26 gesprüht. Der Katalysator 26 ist ein Denox-Katalysator, der in Verbindung mit dem eingesprühten Reduktionsmittel 30 den Stickoxidanteil im Abgas verringert. Als Denox-Katalysator 26 kommt daher insbesondere ein SCR-Katalysator in Frage, wie er eingangs erwähnt wurde. Einem SCR-Katalysator 26 ist vorzugsweise ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet, der aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht explizit dargestellt ist. Bei dem eingesprühten Reduktionsmittel 30 handelt es sich bevorzugt um eine Harnstoff-Wasser-Lösung, aus der durch eine Thermolyse- und Hydrolysereaktion Ammoniak gebildet wird, das mit den Stickoxiden aus dem Abgas im SCR-Katalysator 26 zu molekularem Stickstoff und Wasser reagiert.In the internal combustion engine 10 it is preferably a diesel engine used to drive medium or heavy trucks. The exhaust gases of the internal combustion engine 10 be over an exhaust pipe 24 and an oxidation catalyst 25 into a catalyst 26 guided. In the exhaust pipe 24 is upstream of the catalyst in the flow direction of the exhaust gases 26 a metering tube 28 arranged. About this dosing tube 28 becomes reducing agent 30 from a reducing agent reservoir 32 in the exhaust gas in front of the catalyst 26 sprayed. The catalyst 26 is a Denox catalyst used in conjunction with the sprayed reductant 30 reduces the nitrogen oxide content in the exhaust gas. As a Denox catalyst 26 Therefore, in particular, an SCR catalyst in question, as mentioned in the introduction. An SCR catalyst 26 is preferably preceded by an oxidation catalyst, which is not explicitly shown in the figures for reasons of clarity. In the sprayed reducing agent 30 it is preferably a urea-water solution from which by a thermolysis and Hydrolysis reaction ammonia is formed with the nitrogen oxides from the exhaust gas in the SCR catalyst 26 reacts to molecular nitrogen and water.

Zur Dosierung des Reduktionsmittels 30 weist das Reduktionsmittel-Dosiersystem 14 zunächst eine Pumpe 34 auf, die Reduktionsmittel 30 aus dem Vorratsbehälter 32 über ein Zumessventil 36 zu einer Mischkammer 38 fördert. Zusätzlich zum Reduktionsmittel 30 wird der Mischkammer 38 Dosierluft aus dem Dosierluftsystem 16 zugeführt. Die Luft aus dem Dosierluftsystem 16 strömt über die Mischkammer 38 und eine Leitung 39 sowie über das Dosierrohr 28 in das Abgasrohr 24. Dabei bildet sich ein Aerosol. Das Aerosol wird durch die Dosierluft mit in die Leitung 39 gerissen, in der sich ein Flüssigkeitsfilm abscheidet, der die inneren Wände der Leitung 39 bedeckt. Die Leitung 39 besitzt typischerweise einen Innendurchmesser von 4 mm und das Dosierrohr 28 besitzt typischerweise einen Innendurchmesser von 2 mm. Unter der Einwirkung der strömenden Dosierluft bildet sich in der Leitung 39 und im Dosierrohr 28 ein Film von Reduktionsmittel aus, der von der Dosierluft zu Sprühlöchern am abgasseitigen Ende des Dosierrohrs 28 transportiert wird und über die genannten Sprühlöcher in das Abgas eingesprüht wird.For dosing the reducing agent 30 indicates the reductant dosing system 14 first a pump 34 on, the reducing agents 30 from the reservoir 32 via a metering valve 36 to a mixing chamber 38 promotes. In addition to the reducing agent 30 becomes the mixing chamber 38 Dosing air from the dosing air system 16 fed. The air from the dosing air system 16 flows over the mixing chamber 38 and a line 39 as well as via the dosing tube 28 in the exhaust pipe 24 , This forms an aerosol. The aerosol is introduced into the line by the dosing air 39 torn, in which a liquid film separates, the inner walls of the pipe 39 covered. The administration 39 typically has an inside diameter of 4 mm and the dosing tube 28 typically has an inner diameter of 2 mm. Under the influence of the flowing metering air is formed in the line 39 and in the dosing tube 28 a film of reducing agent, from the metering air to spray holes at the exhaust side of the metering tube 28 is transported and sprayed into the exhaust via said spray holes.

Das Dosierluftsystem 16 kann mit der Druckversorgung identisch sein, die bei Lastkraftwagen zur Versorgung von Druckluftbremsanlagen ohnehin vorhanden ist. Solche Druckluftversorgungen weisen bekanntlich einen Vorratsbehälter 40 auf, der von einem Kompressor 42 mit Druckluft versorgt wird. Der Kompressor 42 wird üblicherweise vom Verbrennungsmotor 10 angetrieben, beispielsweise über einen Zahnriemen 44. Für das Reduktionsmittel-Dosiersystem 14 werden Luftmengen in der Größenordnung von einigen Litern pro Minute benötigt. Ein solcher Bedarf kann ohne Weiteres von vorhandenen Druckluftversorgungen in Lastkraftwagen gedeckt werden.The dosing air system 16 can be identical to the pressure supply that is already present in lorries for supplying compressed air brake systems. Such compressed air supplies are known to have a reservoir 40 on top of a compressor 42 is supplied with compressed air. The compressor 42 is usually the internal combustion engine 10 driven, for example via a toothed belt 44 , For the reducing agent metering system 14 Air volumes of the order of a few liters per minute are needed. Such a need can be easily met by existing compressed air supplies in trucks.

Die vom Dosierluftsystem 16 an das Reduktionsmittel-Dosiersystem 14 gelieferte Dosierluftmenge wird typischerweise durch eine überkritische Drossel 48 auf beispielsweise 20 l/min begrenzt. Dabei versteht man unter einer überkritischen Drossel eine Drossel, die bei Druckdifferenzen oberhalb einer kritischen Schwelle einen Durchfluss liefert, der bei weiter steigender Druckdifferenz nicht mehr ansteigt. Dabei ist die Druckdifferenz der Unterschied zwischen den Absolutdrücken auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Drossel. Für eine Ausgestaltung eines Verfahrens, bei dem auch die Dosierluftmenge gesteuert wird, weist das Reduktionsmittel-Dosiersystem 14 optional ein steuerbares Ventil 46 auf. Sowohl das steuerbare Ventil 46 als auch das Zumessventil 36 kann als zwei Schaltstellungen aufweisendes 2-Wege-Ventil (2/2-Ventil) ausgeführt sein und jeweils vom Steuergerät 18 gesteuert werden.The of the dosing air system 16 to the reductant dosing system 14 Delivered dosing air is typically through a supercritical throttle 48 limited to, for example, 20 l / min. Here, a supercritical throttle is understood as meaning a throttle which, in the case of pressure differences above a critical threshold, delivers a flow which no longer increases as the pressure difference increases. The pressure difference is the difference between the absolute pressures on the input side and the output side of the throttle. For an embodiment of a method in which the Dosierluftmenge is controlled, has the reducing agent metering system 14 optionally a controllable valve 46 on. Both the controllable valve 46 as well as the metering valve 36 can be designed as two-position switching 2-way valve (2/2-valve) and each of the control unit 18 to be controlled.

In der 2 sind mögliche Betriebsbereiche eines Verbrennungsmotors 10 in einer Ebene dargestellt, die durch Achsen für Drehzahlwerte n und Drehmomentwerte M aufgespannt wird. Die Kurve 49 schließt die Menge aller möglichen (M, n)-Wertepaare ein, die sich im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 ergeben können. Diese Menge aller möglichen Wertepaare (M, n) teilt sich in einen ersten Bereich 50 und einen zweiten Bereich 52 auf. Der erste Bereich 50 zeichnet sich durch einen vergleichsweise hohen Bedarf an Reduktionsmittel 30 aus. Im Gegensatz dazu zeichnet sich der zweite Bereich 52 durch einen verringerten Bedarf an Reduktionsmittel 30 aus.In the 2 are possible operating ranges of an internal combustion engine 10 represented in a plane which is spanned by axes for speed values n and torque values M. The curve 49 includes the set of all possible (M, n) value pairs that are present in the operation of the internal combustion engine 10 can result. This set of all possible value pairs (M, n) is divided into a first range 50 and a second area 52 on. The first area 50 is characterized by a comparatively high demand for reducing agents 30 out. In contrast, the second area stands out 52 by a reduced need for reducing agent 30 out.

Um das Reduktionsmittel 30 bedarfsgerecht zu dosieren, steuert das Steuergerät 18 das Zumessventil 36 abwechselnd in den geöffneten und geschlossenen Zustand. Ergänzend kann die Dosierluftmenge über das steuerbare Ventil 46 von dem Steuergerät 18 gesteuert werden. Im ersten Bereich 50 erfolgt die Steuerung des Zumessventils 36 und des steuerbaren Ventils 46 nach den Mustern der 3. 3 zeigt den Massenstrom dm/dt des Reduktionsmittels 30 und der Dosierluft über der Zeit. Dabei gibt die Pulsfolge 54 den Öffnungszustand des Zumessventils 36 und damit den Durchfluss durch das Zumessventil 36 an. Ein hoher Pegel des Signals der Pulsfolge 54 entspricht einem geöffneten Zumessventil 36 und ein niedriger Pegel der Pulsfolge 54 entspricht einem geschlossenen Zumessventil 36.To the reducing agent 30 To dose as needed, controls the controller 18 the metering valve 36 alternately in the open and closed state. In addition, the Dosierluftmenge via the controllable valve 46 from the controller 18 to be controlled. In the first area 50 the control of the metering valve takes place 36 and the controllable valve 46 according to the patterns of 3 , 3 shows the mass flow dm / dt of the reducing agent 30 and the dosing air over time. There is the pulse sequence 54 the opening state of the metering valve 36 and thus the flow through the metering valve 36 at. A high level of the signal of the pulse train 54 corresponds to an open metering valve 36 and a low level of the pulse train 54 corresponds to a closed metering valve 36 ,

Die Pulsfolge 54 setzt sich aus Einzelpulsen 56 zusammen, die eine Pulsbreite oder Öffnungsdauer 58 besitzen und mit einer Periodendauer 60 aufeinander folgen. Im Beispiel der 3 ist eine Periodendauer von einer halben Sekunde erkennbar, was einer Ansteuerfrequenz von 2 Hz entspricht. Es versteht sich aber, dass das Zumessventil 36 auch mit anderen Frequenzen angesteuert werden kann, wobei sich Frequenzen zwischen 2 Hz und 10 Hz, insbesondere 4 Hz, als besonders geeignet gezeigt haben. Die Menge an zudosiertem Reduktionsmittel 30 wird im ersten Betriebsbereich 50 kontinuierlich an den tatsächlichen Bedarf angepasst. Dabei erfolgt die Zumessung kontinuierlich, weil sich bei den genannten Frequenzen hinter Zumessventil 36 ein kontinuierlicher Strom von Reduktionsmittel 30 einstellt. Die Variation der zugemessenen Menge kann durch eine Variation der Öffnungsdauer 58 bei fester Periodendauer 60 erfolgen.The pulse sequence 54 consists of single pulses 56 together, the one pulse width or opening duration 58 own and with a period duration 60 follow one another. In the example of 3 is a period of half a second recognizable, which corresponds to a drive frequency of 2 Hz. It is understood, however, that the metering valve 36 can also be controlled with other frequencies, with frequencies between 2 Hz and 10 Hz, in particular 4 Hz, have been found to be particularly suitable. The amount of reductant added 30 will be in the first operating area 50 continuously adapted to actual needs. The metering takes place continuously, because at the frequencies mentioned behind metering valve 36 a continuous stream of reducing agent 30 established. The variation of the metered amount can be achieved by varying the opening duration 58 at fixed period 60 respectively.

Die Dosierluftmenge wird im Beispiel der 3 zeitlich konstant gehalten. Dies ist in der 3 durch die Linie 62 dargestellt, die den konstanten Volumenstrom der Dosierluft über das dauerhaft geöffnete steuerbare Ventil 46 repräsentiert. Der konstante Dosierluft-Volumenstrom treibt einen mittleren Reduktionsmittelstrom von der Mischkammer 38 zum Dosierrohr 28, wie er durch die Linie 64 in der 3 repräsentiert wird. Bei einer Verlängerung der Öffnungsdauer 58 würde der mittlere Reduktionsmittelstrom 64 steigen. Entsprechend würde er bei einer Verkleinerung der Öffnungsdauer 58 sinken.The Dosierluftmenge is in the example of 3 kept constant over time. This is in the 3 through the line 62 shown, the constant volume flow of the dosing via the permanently open controllable valve 46 represents. The constant metered air volume flow drives an average reducing agent flow from the mixing chamber 38 to the dosing tube 28 as he goes through the line 64 in the 3 is represented. With an extension of the opening duration 58 would be the average reductant flow 64 climb. Accordingly, he would at a reduction of the opening duration 58 decline.

Wie eingangs erwähnt, haben sich bei der Dosierung kleiner Mengen von Reduktionsmittel mit einem Ansteuermuster für das Zumessventil 36, wie es der Pulsfolge 54 entspricht, Ablagerungen im Dosiersystem gebildet, die die Funktionsfähigkeit des Systems beeinträchtigen. Um die Bildung dieser Ablagerungen zu vermeiden, schaltet das Steuergerät 18 dann auf ein anderes Ansteuermuster um, wenn sich der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 im zweiten Bereich 52 befindet.As mentioned above, have in the dosage of small amounts of reducing agent with a drive pattern for the metering 36 as is the pulse sequence 54 corresponds, deposits formed in the dosing system that affect the functioning of the system. In order to avoid the formation of these deposits, the control unit switches 18 then to another driving pattern, when the operating point of the internal combustion engine 10 in the second area 52 located.

Ein Beispiel für ein zweites Ansteuermuster ist in der 4 dargestellt. In der 4 können die Pulse 66 und 68 in einer ersten Ausgestaltung jeweils als Öffnungen des Zumessventils 36 verstanden werden. Zur Erzeugung eines Schwalles wird das Zumessventil 36 während einer Zeitdauer 70 mit einem Tastverhältnis öffnend angesteuert. Die Menge an zudosiertem Reduktionsmittel 30 wird dann zumindest teilweise dadurch variiert, dass der Abstand 72 zwischen zwei solchen Zeitdauern 72 variiert wird. Je größer der Abstand 72 gewählt wird, desto kleiner ist der über mehrere Öffnungsperioden (Zeitdauern 72) gebildete Mittelwert der zugemessenen Reduktionsmittelmenge.An example of a second drive pattern is in 4 shown. In the 4 can the pulses 66 and 68 in a first embodiment in each case as openings of the metering valve 36 be understood. To generate a surge, the metering valve 36 during a period of time 70 triggered with a duty cycle opening. The amount of reductant added 30 is then at least partially varied by the distance 72 between two such periods 72 is varied. The greater the distance 72 is selected, the smaller is the over several opening periods (time periods 72 ) average of the metered amount of reducing agent.

Die Zeitdauern 70 und der Abstand 72 zweier Impulszüge 66 und 68 wird beispielsweise gerade so gewählt, dass sich im zeitlichen Mittel ein mittlerer Reduktionsmittelstrom 74 ergibt, wie er dem mittleren Reduktionsmittelstrom 64 nach 3 entspricht. Dies zeigt, dass zwischen beiden Mustern ohne sprungartige Änderung der Reduktionsmitteldosierung umgeschaltet werden kann. Es hat sich gezeigt, dass durch die in größeren Abständen 72 erfolgende Öffnung des Zumessventils 36 ein gewissermaßen wellenförmiger Transport von Reduktionsmittel 30 von der Mischkammer 38 zum Dosierrohr 28 stattfindet. Weiter hat sich gezeigt, dass dieser geänderte Transportmechanismus die Bildung von Ablagerungen im Dosiersystem zwischen der Mischkammer 38 und den Sprühöffnungen des Dosierrohrs 28 wirksam verhindert oder zumindest verringert.The time periods 70 and the distance 72 two pulse trains 66 and 68 is, for example, just chosen so that averaged over time a mean reducing agent flow 74 gives as he the average reductant flow 64 to 3 equivalent. This shows that it is possible to switch between the two patterns without a sudden change in the reducing agent dosage. It has been shown that by the longer distances 72 Successful opening of the metering valve 36 a somewhat wavy transport of reducing agent 30 from the mixing chamber 38 to the dosing tube 28 takes place. It has also been shown that this modified transport mechanism prevents the formation of deposits in the metering system between the mixing chamber 38 and the spray holes of the metering tube 28 Effectively prevented or at least reduced.

Dieser erwünschte Effekt kann noch dadurch verstärkt werden, dass der Volumenstrom 76 der Dosierluft ebenfalls pulsierend eingestellt wird. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, den Dosierluft-Volumenstrom 76 so zu variieren, dass er zeitlich parallel mit Öffnungen des Reduktionsmittelzumessventils 36 einen konstanten Wert 78 besitzt. Weiter hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, den Wert des Volumenstroms der Dosierluft in den Phasen 72 zu verringern, in denen das Zumessventil 36, das den Strom des Reduktionsmittels 30 steuert, geschlossen ist. Dabei kann der Volumenstrom bei einem steuerbaren Ventil 46 mit variablem Öffnungsquerschnitt auf einen mittleren, von null verschiedenen Wert reduziert werden, wie es durch die Bezugsziffer 86 in der 4 repräsentiert wird. Bevorzugt wird der Strom der Dosierluft jedoch mit einem zwischen einer Geschlossen-Stellung und einer Offen-Stellung digital umschaltbaren 2-Wege-Ventil (2/2-Ventil) nach 3 digital so gesteuert, wie es durch die Abfolge der Pegel 82, 88 und 84 in der 4 dargestellt ist. Über das als Luftdruckregelventil arbeitende Ventil 46 wird vor der Drossel 48 der Druckvariiert. Als Folge des resultierenden variierenden Druckabfalls über der Drossel 48 stellt sich in der Leitung 39 ein pulsierender Luftstrom ein, wie er als Beispiel schematisch durch den gestrichelten Kurvenzug 76 in der 4 dargestellt ist. Bevorzugt liegt die Durchflussmenge dm/dt bereits anfänglich unter der Dosierluftmenge 62 nach 3. Mit anderen Worten: Bei kleinen Zumessmengen an Dosiermittel 30 wird bevorzugt auch die Dosierluftmenge vom Niveau 62 auf das Niveau 78 abgesenkt. Beim später erfolgenden Übergang zu größeren Zumessmengen an Reduktionsmittel 30 erfolgt bevorzugt ein rampenförmiges Steigern der Dosierluftmenge auf das Niveau 62, wie es in der 4 durch den Kurvenzug 91 dargestellt ist. Bevorzugt erfolgt das rampenförmige Steigern nach Ablauf einer Totzeit 89, in der das Niveau der Dosierluftzufuhr zunächst auf einem niedrigeren Niveau, beispielsweise dem Niveau 78, bleibt.This desired effect can be further enhanced by the fact that the volume flow 76 the metering air is also set pulsating. It has been found to be particularly advantageous, the dosing air volume flow 76 to vary so that it is parallel in time with openings of Reduktionsmittelzumessventils 36 a constant value 78 has. Furthermore, it has proven to be advantageous, the value of the volume flow of the dosing in the phases 72 reduce in which the metering valve 36 that the flow of the reducing agent 30 controls, is closed. In this case, the volume flow at a controllable valve 46 be reduced with variable opening cross section to a mean, non-zero value, as indicated by the reference numeral 86 in the 4 is represented. Preferably, however, the stream of metered air is detected with a digitally switchable between a closed position and an open position 2-way valve (2/2 valve) 3 digitally controlled as indicated by the sequence of levels 82 . 88 and 84 in the 4 is shown. About the working as air pressure control valve 46 will be in front of the throttle 48 the pressure varies. As a result of the resulting varying pressure drop across the throttle 48 turns in the line 39 a pulsating air flow, as exemplified schematically by the dashed curve 76 in the 4 is shown. Preferably, the flow rate dm / dt is already initially below the Dosierluftmenge 62 to 3 , In other words: For small quantities of dosing agent 30 is preferred also the Dosierluftmenge from the level 62 to the level 78 lowered. In the later transition to larger quantities of reducing agent 30 Preferably, a ramp-shaped increase of the dosing air quantity to the level 62 as it is in the 4 through the curve 91 is shown. The ramp-shaped raising preferably takes place after a dead time has elapsed 89 in which the level of the metering air initially at a lower level, for example, the level 78 , remains.

Die durch den Wechsel der Dosierluftmengen-Niveaus 78, 86, 82, 88, 84 und 80 in der 4 dargestellte Pulsation der Dosierluft wird bevorzugt in den Zeitdauern 72 erzeugt, in denen das Zumessventil 36 geschlossen bleibt.The by changing the Dosierluftmengen levels 78 . 86 . 82 . 88 . 84 and 80 in the 4 Pulsation of the dosing air shown is preferred in the periods 72 generated in which the metering valve 36 remains closed.

Alternativ oder ergänzend kann einer Verstopfung des Dosierrohrs 28 auch durch eine ausreichend große Steigerung der Temperatur des Dosierrohrs entgegengewirkt werden. Der Wärmeeintrag in das Dosierrohr 28 kann zum Beispiel über Rippen an der Außenseite des Dosierrohrs erhöht werden, die Wärme aus dem Abgas aufnehmen. Dabei wird eine Erhöhung um einen Faktor bevorzugt, der größer als zwei ist. Der resultierende Anstieg der Temperaturen der Wand des Dosierrohrs auf Werte oberhalb von etwa 135°C führt dann zu einem Aufschmelzen von eventuellen Harnstoffablagerungen.Alternatively or additionally, a blockage of the metering tube 28 be counteracted by a sufficiently large increase in the temperature of the metering tube. The heat input into the dosing tube 28 can be increased, for example, via ribs on the outside of the metering tube, which absorb heat from the exhaust gas. In this case, an increase by a factor which is greater than two is preferred. The resulting increase in the temperatures of the wall of the metering tube to values above about 135 ° C then leads to a melting of any urea deposits.

Ebenfalls alternativ oder ergänzend kann einer Verstopfung des Dosierrohrs 28 auch durch eine ausreichend große Verringerung der Temperatur des Dosierrohrs entgegengewirkt werden. Eine Verringerung der Temperatur kann durch eine Absenkung des Wärmeeintrags in das Dosierrohr 28 als Folge einer konsequenten thermische Isolierung des Dosierrohrs vom Abgasrohr and vom Abgasstrom erzielt werden. Bei niedrigen Wandtemperaturen unter 100°C kann das Sieden des Wassers verhindert werden. Als Folge werden Ablagerungen fester Substanzen vermieden.Also alternatively or additionally, a blockage of the metering tube 28 be counteracted by a sufficiently large reduction in the temperature of the metering tube. A reduction of the temperature can be achieved by lowering the heat input into the metering tube 28 As a result of a consistent thermal insulation of the metering tube from the exhaust pipe and the exhaust stream can be achieved. At low wall temperatures below 100 ° C, the boiling of the water can be prevented. As a result, deposits of solid substances are avoided.

Bei konsequenter Anwendung sind diese Maßnahmen auch in Alleinstellung zur Lösung der Aufgabe der Erfindung in der Lage.With consistent application, these measures are also in isolation to achieve the object of the invention in a position.

Claims (13)

Verfahren zum Zumessen von NOx-Reduktionsmittel (30) zum Abgas eines Verbrennungsmotors (10) über ein Zumessventil (36), wobei der Verbrennungsmotor (10) in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Bereichen (50, 52) von Betriebsparametern betrieben werden kann, die sich wenigstens durch einen Bedarf an Reduktionsmittel (30) unterscheiden, wobei eine Anpassung einer zuzumessenden Reduktionsmittelmenge an den Bedarf in einem ersten Bereich (50) durch Variation einer kontinuierlich zugemessenen Reduktionsmittelmenge erfolgt, und in einem zweiten Bereich (52) wenigstens teilweise durch eine diskontinuierlich intermittierende Zumessung von Reduktionsmittel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Bereich (50) durch einen vergleichsweise hohen Bedarf an Reduktionsmittel (30) auszeichnet und dass sich der zweite Bereich (52) durch einen verringerten Bedarf an Reduktionsmittel auszeichnet.Method for metering NOx reducing agent ( 30 ) to the exhaust gas of an internal combustion engine ( 10 ) via a metering valve ( 36 ), wherein the internal combustion engine ( 10 ) in at least two distinct areas ( 50 . 52 ) can be operated by operating parameters that at least by a need for reducing agent ( 30 ), wherein an adaptation of an amount of reductant to be metered to the demand in a first range ( 50 ) by varying a continuously metered amount of reducing agent, and in a second range ( 52 ) Takes place at least partially by a discontinuously intermittent metering of the reducing agent, characterized in that the first region ( 50 ) by a comparatively high demand for reducing agent ( 30 ) and that the second area ( 52 ) characterized by a reduced need for reducing agent. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umsteuerung der Zumessung von Reduktionsmittel beim Übergang zwischen dem ersten Bereich (50) und dem zweiten Bereich (52) ohne eine sprunghafte Änderung der zugemessenen Menge an Reduktionsmittel (30) erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that a reversal of the metering of reducing agent in the transition between the first area ( 50 ) and the second area ( 52 ) without a sudden change in the amount of reducing agent ( 30 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die über das Zumessventil (36) zugemessene Menge an Reduktionsmittel (30) in einer Leitung (39) durch ein in der Leitung strömendes Gas zum Abgas transportiert wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that via the metering valve ( 36 ) metered amount of reducing agent ( 30 ) in a line ( 39 ) is transported to the exhaust gas by a gas flowing in the conduit. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenstrom (62) des Gases in Abhängigkeit vom Bedarf an Reduktionsmittel (30) gesteuert eingestellt wird.Method according to claim 3, characterized in that a volume flow ( 62 ) of the gas as a function of the need for reducing agent ( 30 ) is controlled. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei verringertem Bedarf an Reduktionsmittel (30) ein verringerter Volumenstrom (86, 88) eingestellt wird.A method according to claim 4, characterized in that with reduced need for reducing agent ( 30 ) a reduced volume flow ( 86 . 88 ) is set. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Bereich (50) ein zeitlich kontinuierlicher Volumenstrom (62) eingestellt wird.Method according to claim 4 or 5, characterized in that in the first area ( 50 ) a temporally continuous volume flow ( 62 ) is set. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Bereich (52) wenigstens zeitweise ein pulsierender Volumenstrom (76) eingestellt wird.Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that in the second area ( 52 ) at least temporarily a pulsating volume flow ( 76 ) is set. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Niveau (78) des pulsierenden Volumenstroms 76 kleiner ist als das Niveau des Volumenstroms 62 im ersten Bereich (50).Method according to claim 7, characterized in that the level ( 78 ) of the pulsating volume flow 76 smaller than the level of the volumetric flow 62 in the first area ( 50 ). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Niveau (78, 80) des Volumenstroms 76 im zweiten Bereich (52) bei einem Übergang in den ersten Bereich (50) rampenförmig auf das höhere Niveau (62) für den ersten Bereich (50) umgesteuert wird.Method according to claim 8, characterized in that the level ( 78 . 80 ) of the volume flow 76 in the second area ( 52 ) when moving to the first area ( 50 ) ramp up to the higher level ( 62 ) for the first area ( 50 ) is reversed. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Volumenstrom (76) bei geschlossenem Zumessventil (36) eingestellt wird.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the pulsating volume flow ( 76 ) with closed metering valve ( 36 ) is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zumessventil (36) in dem ersten Bereich (50) mit einer Wiederholungsfrequenz zwischen 2 und 15 Hz getaktet angesteuert wird und in dem zweiten Bereich (52) jeweils für Zeitintervalle von 0,5 s bis 10 s geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metering valve ( 36 ) in the first area ( 50 ) is clocked at a repetition frequency between 2 and 15 Hz and in the second range ( 52 ) is closed in each case for time intervals of 0.5 s to 10 s. Steuergerät (18) zur Steuerung von Verfahren zum Zumessen von NOx-Reduktionsmittel (30) zum Abgas eines Verbrennungsmotors (10) über ein Zumessventil (36), wobei der Verbrennungsmotor (10) in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Bereichen (50, 52) von Betriebsparametern betrieben werden kann, die sich wenigstens durch einen Bedarf an Reduktionsmittel (30) unterscheiden, wobei das Steuergerät (18) die zuzumessende Menge an Reduktionsmittel (30) in einem ersten Bereich (50) von Betriebsparametern durch Variation einer kontinuierlich zugemessenen Reduktionsmittelmenge zumisst, und in einem zweiten Bereich von Betriebsparametern (52) wenigstens teilweise durch eine diskontinuierlich intermittierende Zumessung von Reduktionsmittel steuert, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Bereich (50) durch einen vergleichsweise hohen Bedarf an Reduktionsmittel (30) auszeichnet und dass sich der zweite Bereich (52) durch einen verringerten Bedarf an Reduktionsmittel auszeichnet.Control unit ( 18 ) for controlling methods for metering NOx reducing agent ( 30 ) to the exhaust gas of an internal combustion engine ( 10 ) via a metering valve ( 36 ), wherein the internal combustion engine ( 10 ) in at least two distinct areas ( 50 . 52 ) can be operated by operating parameters that at least by a need for reducing agent ( 30 ), wherein the control unit ( 18 ) the amount of reducing agent to be metered ( 30 ) in a first area ( 50 ) of operating parameters by varying a continuously metered amount of reducing agent, and in a second range of operating parameters ( 52 ) At least partially controlled by an intermittent discontinuous metering of a reducing agent, characterized in that the first region ( 50 ) by a comparatively high demand for reducing agent ( 30 ) and that the second area ( 52 ) characterized by a reduced need for reducing agent. Steuergerät (18) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eines der Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 11 steuert.Control unit ( 18 ) according to claim 12, characterized in that it controls at least one of the methods according to claims 2 to 11.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8006482B2 (en) 2007-03-02 2011-08-30 Caterpillar Inc. Method of purging fluid injector by heating
US7958721B2 (en) 2007-06-29 2011-06-14 Caterpillar Inc. Regeneration system having integral purge and ignition device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020029564A1 (en) * 2000-02-22 2002-03-14 Engelhard Corporation System for reducing NOx transient emission
DE10116214A1 (en) * 2001-03-30 2002-10-10 Bosch Gmbh Robert Device for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020029564A1 (en) * 2000-02-22 2002-03-14 Engelhard Corporation System for reducing NOx transient emission
DE10116214A1 (en) * 2001-03-30 2002-10-10 Bosch Gmbh Robert Device for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine

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