DE29717494U1 - Vorrichtung zur NOx-Reduktion im Abgas einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur NOx-Reduktion im Abgas einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
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Beschreibung
Vorrichtung zur NOx-Reduktion im Abgas einer Brennkraftmaschine
5
5
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur NOx-Reduktion im
Abgas einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Während das Abgase einer mit der Luftzahl &lgr; = 1 betriebenen Otto-Brennkraftmaschine mit Hilfe des sogenannten Dreiwege-Katalysators
wirkungsvoll von den Hauptemittenden Stickoxide NOx, Kohlenwasserstoffe HC und Kohlenmonoxid CO gereinigt
werden kann, ist dieser Katalysator zur Abgasnachbehandlung
bei einer mit Luftüberschuß {&lgr; >l) arbeitenden Brennkraftmaschine (Dieselbrennkraftmaschine oder Otto-Brennkraftmaschine
mit Magerbetrieb) nur teilweise geeignet. Es werden lediglich die Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid weitgehend abgebaut,
während wegen des hohen Sauerstoffgehaltes im Abgas die Stickoxide nicht merklich vermindert werden können.
Die Stickoxidemissionen solcher Brennkraftmaschinen läßt sich
mit Hilfe der sogenannten selektiven katalytischen Reaktion (Selectiv Catalytic Reduktion, SCR-Verfahren,) vermindern.
Als Reduktionsmittel wird dabei häufig Ammoniak NH3 dem SCR-Prozeß
durch die Harnstoff-Hydrolyse zur Verfugung gestellt
wird. Der in wässriger Lösung mitgeführte Harnstoff dient dabei als Ammoniakträger und wird mit Hilfe eines Dosiersystems
vor einem Hydrolysekatalysator zu Ammoniak umgewandelt, der
dann in dem eigentlichen SCR-Katalysator die Stickoxide reduziert .
Darüberhinaus ist es auch möglich, Ammoniak unmittelbar als
Reduktionsmittel einzusetzen. Es ist dann kein Hydrolysekatalysator notwendig.
Ein solches NOx-Reduktionssystem mit einem SCR-Katalysator
und Reduktionsmitteldosierung erfordert Sensoren und Aktoren, wie Temperatursensoren und NOx -Sensoren am Abgasstrang
stromaufwärts bzw. stromabwärts des SCR-Katalysators, ein Dosierventil,
einen Reduktionsmittelbehälter mit Füllstandsund Temperaturmessung, Heizeinrichtung, sowie ein Fördersystem
(Pumpe und Leitungen). Zur Steuerung des NOx-Reduktionssystems
sind spezielle Steuer- und Regelalgorithmen für die exakte Dosierung und für den Reduktionsmittelbehälter zusätzlich
zu dem Brennkrafmaschinenemanagement notwendig.
Die Implementierung eines solchen NOx-Reduktionssystemes mit
einem SCR-Katalysator und Reduktionsmitteldosierung in moderne PKWs und LKW's erfordert sowohl eine optimale Nutzung von
verfügbaren Einbauraum, als auch eine Minimierung der zusätzlichen Steuergerätebelastung.
Daraus ergeben sich folgende Probleme:
a) Der Reduktionsmittelbehälter kann nicht immer in räumlicher Nähe zum Steuergerät der Brennkraftmaschine verbaut
werden. Da aber der Reduktionsmittelbehälter mehrere Sensoren {Temperatursensor, Füllstandssensor) und Aktoren
(elektrische Heizung, Förderpumpe) benötigt, ist der Auf-
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wand für die Verkabelung und Steckverbindungen nicht unerheblich und trägt zusätzlich zum Platzbedarf bei.
b) Die großen Kabellängen erfordern erhöhten Aufwand bezüglich elektromagnetischer Kompatibilität, insbesondere benötigen
die Sensoren separate Masseleitungen, um trotz hoher Ströme für die Aktoren (Förderpumpe und Reduktionsmittelheizung)
korrekte Meßwerte zu ermöglichen.
c) Die Sensoren und Aktoren belegen zusätzliche Ein- und Ausgänge an dem elektronischen Steuergerät der Brennkraftmaschine.
Der Steuergeräterechner wird durch tankspezifische Daten, wie beispielsweise Sensorkennlinien und durch
Steuerung von Heizung und Förderpumpe belastet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur NOx-Reduktion im Abgas einer mit Luftüberschuß arbeitenden
Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesel-Brennkraftmaschine
der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die angegebenen Nachteile weitgehend vermieden werden können.
0 Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Durch die Integration eines Steuergerätes direkt im oder am Reduktionsmittelbehälter als eine eigene Funktionseinheit zusammen
mit den Aktoren und Sensoren für den Reduktionsmittelbehälter, können die unter a) bis c) genannten Probleme gelöst
werden.
0 Die elektrischen Verbindungen innerhalb dieser Funktionseinheit können kostengünstig und ohne zusätzlichen Bedarf an
• Mt t*
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Einbauraum ausgeführt werden, da nur kurze, in der Gehäusekonstruktion
integrierte Leitungsführungen und keine separaten
Steckverbindungen mehr nötig sind. Die Verwendung einer seriellen Schnittstelle als Verbindung zum Steuergerät der
Brennkraftmaschine minimiert den Verkabelungsaufwand erheblich. Es werden nur noch eine Busleitung {zB. CAN) und eine
Stromversorgungsleitung benötigt.
Aufgrund der räumlichen Integration von Sensorik und Signalaufbereitung
wird eine hohe elektromagnetische Kompatibilität und Meßgenauigkeit erreicht. Durch die direkte Zuordnung von
Sensoren zum Steuergerät zudem kostengünstige, unkalibrierte Sensoren verwendet werden, da die Kalibrierung exemplarspezifisch
im Steuergerät gespeichert werden kann.
Das Steuergerät der Brennkraftmaschine benötigt nur eine serielle Schnittstelle '(zB. CAN, Controller Area Network). Diese
Schnittstelle ist in vielen Anwendungen ohnehin im Steuerungssysten der Brennkraftmaschine nötig, stellt als keinen
Mehraufwand dar. Im Steuergerät der Brennkraftmaschine müssen
keine Daten für Sensoren und Aktoren des Reduktionsmittelbehälters gespeichert werden. Der Rechner im Steuergerät der
Brennkraftmaschine wird weitgehend von Steueraufgaben, die den Reduktionsmitelbehälter betreffen, enlastet. Es ist somit
nur eine geringere Rechnerleistung nötig.
Ein Ausführungsbeispiel ist im folgenden unter Bezugnahme der einzigen Figur näher erläutert. Sie zeigt in Form eines
Blockschaltbildes eine Brennkraftmaschine BKM mit zugehörigem 0 Brennkraftmaschinen-Steuergerät BKM_STG und ein NOx-Reduktionsssystem,
bestehend aus einem SCR-Katalysator SCR-
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KAT, einem Reduktionsmittelbehälter RED_BEH und einem Steuergerät RED_BEH_STG. Dieses ist im oder am Reduktionsmittelbehälter
RED_BEH integriert und folgedessen in der Figur innerhalb eines Blockes dargstellt und als Reduktionsmittelbehälter
mit integriertem Steuergerät ITU (Intelligente Tank-Unit) bezeichnet.
Der Reduktionsmittelbehälter RED_BEH weist eine Pumpe zum Fördern des Reduktionsmittel auf, sowie eine elektrische
Heizeinrichtung zum Beheizen des Reduktionsmittels. Über eine ensprechende Sensorik wird sowohl die Temperatur, als auch
der Füllstand des Reduktionsmittels im Behälter erfasst. Diese
Signale werden an das integrierte Steuergerät RED_BEH_STG zur Signalaufbereitung und Weiterverarbeitung übergeben.
15
Das Steuergerät am Reduktionsmittelbehälter enthält folgende Funktionsblöcke:
-eine serielle Schnittstelle {zB: CAN-BUS) zu dem Steuergerät der Brennkraftmaschine BKM_STG und /oder zu weiteren Steuergeraten.
Über diese Schnittstelle werden zB. Drehzahl, Regelweg und Ladelufttemperatur übergeben.
-eine Aktoransteuerung (Heizungsansteuerung, Pumpenansteuerung)
mit der Möglichkeit zur Prüfung der Aktoren, beispielsweise durch Messung von Strömen oder Reaktionszeiten.
-alle notwenigen Spannungsversorgungen und Signalaufbereitungsschaltungen für die internen Sensoren (Füllstand, Temperatur
des Reduktionsmittels)
-alle Signalauswertungen gemäß sensorspezifischen Kenndaten
-Plausibilitätsprüfungen der Sensorsignale (Fehlererkennung, 0 Diagnose)
-Selbstkalibrierfunktionen und Diagnose
Über die serielle Schnittstelle werden die von dem integrierten Steuergerät RED_BEH_STG am Reduktionsmittelbehälter aufbereiteten
Daten und Signale dem Steuergerät der Brennkraft maschine BKM_STG übertragen. Dieses steuert ein Dosierventil
für das Reduktionsmittel an und wertet die zum Betrieb der Brennkraftmaschine und des NOx-Reduktionssystems nötigen Signale,
wie zB. ein Temperatursignal stromaufwärts des SCR-Katalyators und das Signal eines NOx-Sensors stromabwärts des
SCR-Katalysators aus.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur NOx-Reduktion im Abgas einer mit Luftüberschuß
arbeitende Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesei-Brennkraftmaschine
mit
-einem in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine (BKM) angeordneten
SCR-Katalysator (SCR_KAT),
-einem Reduktionsmittelbehälter (RED_BEH) zum Speichern von Reduktionsmittel,
-einer Dosiereinrichtung zum Zumessen des Reduktionsmittels in die Abgasleitung stromaufwärts des SCR-Katalysators
(SCR_KAT) und
-einer Steuerungseinrichtung (RED_BEH_STG) mit zugeordneten
-einer Steuerungseinrichtung (RED_BEH_STG) mit zugeordneten
Sensoren und Aktoren zum Steuern des NOx -Reduktionssystemes
15
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (RED_BEH_STG) als eine Funktionseinheit zusammen
mit den für die Speicherung, Förderung und Aufbereitung des Reduktionsmittels benötigten Sensoren und Aktoren
in den Reduktionsmittelbehälter (RED_BEH) integriert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (RED_BEH_STG) über eine serielle
Schnittstelle (CAN) mit einem Steuergerät der Brennkraftmaschine
(BKM_STG) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (RED_BEH_STG) Signalaufbereitungsschaltungen
für die Signale enthält, die von den dem Redukti-0 onsmittelbehälter (RED_BEH) zugeordneten Sensoren erfasst
werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reduktionsmittelbehälter (RED_BEH) Sensoren zur Ermitt-5
lung des Füllstandes und der Temperatur des Reduktionsmittels zugeordnet sind.
GR 97 G 2745 ·'· S . t &iacgr; *..&idigr; · '··· ;*
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung {RED_BEH_STG) Steuerschaltungen für
dem Reduktionsmittelbehälter (RED_BEH) zugeordnete Aktoren, wie Förderpumpe und Heizeinrichtung für das Reduktionsmittel
enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Steuergerät der Brennkraftmaschine (BKMjSTG) aus den
über die Schnittstelle (CAN) übertragenen Signalen und Daten Ansteuersignale für die Dosiereinrichtung errechnet werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Steuergerät der Brennkraftmaschine (BKM_STG) aus den
Signalen eines im Abgasstrom angeordneten Temperatursensors und eines stromabwärts des SCR--Katalysators (SCR_KAT) angeordneten
NOx-Sensors Signale zur Ansteurung der Dosiereinrichtung
ermittelt werden.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29717494U DE29717494U1 (de) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Vorrichtung zur NOx-Reduktion im Abgas einer Brennkraftmaschine |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29717494U1 true DE29717494U1 (de) | 1997-12-11 |
Family
ID=8046685
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29717494U1 (de) |
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- 1997-09-30 DE DE29717494U patent/DE29717494U1/de not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19980129 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20010130 |
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20040129 |
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| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20051221 |
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| R071 | Expiry of right |