DE4237705A1 - Verfahren zum Steuern der Zugabemenge an Stickoxid-Reduktionsmitteln in das durch eine Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren strömendes Abgas - Google Patents
Verfahren zum Steuern der Zugabemenge an Stickoxid-Reduktionsmitteln in das durch eine Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren strömendes AbgasInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der
Zugabemenge an Stickoxid-Reduktionsmitteln in das durch eine
Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren strömende Abgas nach dem
Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Bei der Verbrennung von
Brennstoff im Dieselmotor entsteht als Bestandteil der Abgase
neben anderen Schadstoffen das die Atmosphäre in besonderem Maße
belastende Stickoxid (NOx). Zur Verminderung der
Stickoxid-Emission erfolgt eine Behandlung der Abgase, bei der
unter Einsatz eines Reduktionsmittels, z. B. Ammoniak (NH3), in
Gegenwart eines Katalysators eine Reduktion von NOx zu
molekularem Stickstoff und Wasserdampf stattfindet.
Aus der EP 0 381 236 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren
bekannt, bei dem die Zugabe des Stickoxid-Reduktionsmittels in
das Abgas durch einen Reduktionsmittel-Zugaberegler steuerbar
ist.
Die Abgaszusammensetzung und damit auch die im Abgas enthaltene
NOx-Menge verändert sich stark mit den wechselnden
Betriebszuständen des Dieselmotors. Der
Reduktionsmittel-Zugaberegler wird deshalb durch verschiedene,
die Betriebsparameter des Dieselmotors übertragende Sensoren
beeinflußt.
Eine Abgasreinigungsanlage, an die mehrere Dieselmotoren
angeschlossen sind, die unabhängig voneinander bei
unterschiedlichen Betriebszuständen gefahren werden können,
erfordert im Hinblick auf das bekannte Verfahren einen äußerst
aufwendigen, kostenintensiven Reduktionsmittel-Zugaberegler. Die
Betriebsparameter aller angeschlossenen Dieselmotoren müssen
nämlich dem Reduktionsmittel-Zugaberegler aufgeschaltet werden,
damit aus diesen Meßwerten immer die optimale
Reduktionsmittelzugabemenge ermittelt werden kann.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern
der Zugabemenge an Stickoxid-Reduktionsmitteln in das durch eine
Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren strömende Abgas zu
schaffen das unabhängig von den an die Abgasreinigungsanlage
angeschlossenen Dieselmotoren betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 3 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß die Abgasreinigungsanlage völlig unabhängig von den
zugeordneten Dieselmotoren betreibbar ist, daß die Erfassung der
für die Beeinflussung des Reduktionsmittel-Zugabereglers
erforderlichen Betriebsparameter einen nur minimalen Aufwand
erfordert und daß sich ein sparsamer Verbrauch an
Reduktionsmittel ergibt, weil die Wirksamkeit der
Stickoxid-Reduktion durch Sensoren festgestellt wird und direkt
auf den Reduktionsmittel-Zugaberegler zurückwirkt.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich für das
Verfahren nach Anspruch l mit dem Merkmal von Anspruch 2. Der
Oxidationskatalysator verhindert, daß die Atmosphäre in
unzulässiger Weise mit unverbrauchtem Reduktionsmittel, z. B. mit
gasförmigem Ammoniak, belastet wird, das bei etwaiger
Fehlanpassung der Reduktionsmittelmenge aus dem
Reduktionskatalysator austritt.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 Ablaufschema für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1;
Fig. 3 Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 Ablaufschema für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3.
Zwei Anordnungen nach Fig. 1 und Fig. 3 zur Durchführung von
Verfahren zur Stickoxid-Reduktion in dieselmotorischen Abgasen
umfassen je einen Abgaskamin 11 mit einem selektiven
Reduktionskatalysator 12 und einem nachgeschalteten
Oxidationskatalysator 13. An den Abgaskamin 11 sind mehrere
Dieselmotoren 14, 15, 16 über Abgasleitungen 17, 18, 19
gleichzeitig angeschlossen, wobei die Dieselmotoren 14, 15, 16
unabhängig voneinander betreibbar sind.
Im selektiven Reduktionskatalysator 12 wird das im Abgas je nach
Betriebszustand der Dieselmotoren 14, 15, 16 in wechselnder
Konzentration enthaltene Stickoxid mit einem Reduktionsmittel,
in der Regel Ammoniak (NH3), in Gegenwart einer
Katalysatorsubstanz zu molekularem Stickstoff und Wasserdampf
reduziert. Im nachgeschalteten Oxidationskatalysator 13 erfolgt
die Neutralisierung des bei der Stickoxid-Reduktion nicht
verbrauchten Reduktionsmittels. Dadurch wird verhindert, daß
gasförmiges Ammoniak in unzulässiger Weise mit dem gereinigten
Abgas in die Atmosphäre gelangt.
Stromauf des Reduktionskatalysators 12 ist eine
Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung 20 angeordnet, an die über
eine Reduktionsmittelleitung 21 ein Reduktionsmittelspeicher 22
angeschlossen ist. Ein in der Reduktionsmittelleitung 21
angeordnetes Dosierventil 23 ist von einem
Reduktionsmittel-Zugaberegler 24 derart steuerbar, daß ein
kontinuierlicher, dem momentanen Stickoxidgehalt des Abgases
angepaßter Reduktionsmittelstrom Q20 dem Abgas beigemischt wird.
Verschiedene Sensoren 26, 27, 28, 29, 30 am Abgaskamin 11 sind
über Meßleitungen mit dem Reduktionsmittel-Zugaberegler 24
verbunden und liefern die für seine Funktion notwendigen
Meßdaten über den Zustand der dieselmotorischen Abgase.
Das in Fig. 2 dargestellte Ablaufschema zeigt die beim ersten
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vorgesehenen Regelungsvorgänge
für die Dosierung des Reduktionsmittels, wobei neben dem
Abgastemperatur-Sensor 26 die für das Reduktionsmittel
empfindlichen Sensoren 27 und 28 eingesetzt sind.
Bei Inbetriebnahmen von einem der Dieselmotoren 14, 15, 16 wird
auf nicht weiter dargestellte Weise der
Reaktionsmittel-Zugaberegler 24 aktiviert. Das Dosierventil 23
ist zunächst geschlossen. Der Regelzyklus beginnt mit der
Feststellung der Abgastemperatur T. Dazu gelangt das Signal des
Abgastemperatur-Sensors 26 zu einem Temperatur-Vergleicher 31.
Hat die Abgastemperatur T einen vorgegebenen Minimalwert Tmin
noch nicht überschritten, bleibt das Dosierventil 23
geschlossen, der mit der Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung 20
eingespeiste Reduktionsmittelstrom Q20 ist Null und die
Temperaturabfrage beginnt aufs Neue. Meldet der
Abgastemperatur-Sensor 26 eine Abgastemperatur T, die den
Minimalwert Tmin überschritten hat, erfolgt die Abfrage der
Reduktionsmittelanteile Q28 im Abgas stromab des
Reduktionskatalysators 12 mit dem Reduktionsmittelsensor 28.
Dessen Signal wird in einem Komperator 32 mit einem vorgegebenen
Minimalwert Qmin verglichen. Ist Q28 kleiner Qmin, bewirkt das
Ausgangssignal 36 über den Reduktionsmittel-Zugaberegler 24 das
Öffnen des Dosierventils 23, so daß ein
Anfangs-Reduktionsmittelstrom über die
Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung 20 in das Abgas gelangt. Die
zeitliche Änderung dQ27/dt des Reduktionsmittelabbaues innerhalb
des Reduktionskatalysators 12 wird mit dem
Reduktionsmittelsensor 27 durch zwei aufeinanderfolgende
Messungen ermittelt. Die Signale der
beiden Messungen werden in einem Komperator 34 verarbeitet.
Solange der absolute Zahlenwert von dQ27/dt einen vorbestimmten
Maximalbetrag max nicht überschritten hat, beginnt der
vorbeschriebene Regelzyklus von neuem mit der Temperaturabfrage.
Wenn der absolute Zahlenwert von dQ27/dt den Maximalbetrag max
übersteigt, wird der Regelzyklus unterbrochen und die Abfrage
nach der zeitlichen Änderung des Reduktionsmittelabbaues solange
wiederholt, bis der Komperator 34 feststellt, daß der
Absolutwert von dQ27/dt wieder kleiner max ist. Darauf setzt der
vorbeschriebene Regelzyklus wieder ein. Solange der Komperator
32 weiterhin das Ergebnis Q28 kleiner als Qmin meldet, wird der
Reduktionsmittelstrom Q20 jedesmal um einen kleinen Betrag dQ20
erhöht.
Die schrittweise Erhöhung des Reduktionsmittelstromes Q20
erfolgt solange, bis der Vergleich im Komperator 32 zu dem
Ergebnis führt, daß Q28 größer als Qmin ist. Darauf folgt ein
weiterer Vergleich im Komperator 33, mit einem vorgegebenen
Maximalwert Qmax. Stellt sich dabei heraus, daß Q28 den
Maximalwert Qmax noch nicht überschritten hat, liegt die
Reduktionsmittelkonzentration innerhalb der vorgegebenen
Grenzwerte, d. h. die Anlage wird gerade mit einem solchen
Reduktionsmittelüberschuß betrieben, daß eine vollständige
Stickoxid-Reduktion stattfindet und am Ausgang des
Oxidationskatalysators 13 die zulässige Restmenge an
Reduktionsmittel nicht überschritten wird. Der nächste
Regelzyklus beginnt dann wieder mit der Temperaturabfrage. Zeigt
der Vergleich im Komperator 33 aber, daß Q28 größer als Qmax
ist, bewirkt sein Ausgangssignal 36 eine Verringerung des
Reduktionsmittelstromes Q20 um einen kleinen Betrag dQ20. Auch
hier wird anschließend wie oben erwähnt die zeitliche Änderung
dQ27/dt des Reduktionsmittelabbaues mit Komperator 34 ermittelt.
Die schrittweise Verkleinerung des Reduktionsmittelstromes Q20
wird fortgesetzt, bis am Komperator 32 wieder das Ausgangssignal 35
erscheint, was die schrittweise Vergrößerung des
Reduktionsmittelstromes Q20 auslöst.
Das in Fig. 4 dargestellte Ablaufschema zeigt die beim zweiten
Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 vorgesehenen Regelungsvorgänge
für die Dosierung des Reduktionsmittels, wobei neben dem
Temperatursensor 26 die für Stickoxid empfindlichen Sensoren 29
und 30 eingesetzt sind.
Bei Inbetriebnahmen von einem der Dieselmotoren 14, 15, 16 wird
auf nicht weiter dargestellte Weise der
Reaktionsmittel-Zugaberegler 24 aktiviert. Das Dosierventil 23
ist zunächst geschlossen. Der Regelzyklus beginnt mit der
Feststellung der Abgastemperatur T. Dazu gelangt das Signal des
Abgastemperatur-Sensors 26 zu einem Temperatur-Vergleicher 31.
Hat die Abgastemperatur T einen vorgegebenen Minimalwert Tmin
noch nicht überschritten, bleibt das Dosierventil 23
geschlossen, der mit der Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung 20
eingespeiste Reduktionsmittelstrom Q20 ist Null und die
Temperaturabfrage beginnt aufs Neue.
Meldet der Abgastemperatur-Sensor 26 eine Abgastemperatur T, die
den Minimalwert Tmin überschritten hat, erfolgt die Feststellung
des Stickoxidanteils NOX30 im Abgas hinter dem
Oxidationskatalysator 13 mittels Stickoxid-Sensor 30. Dessen
Signal wird in einem Komperator 37 mit dem vorgegebenen
Stickoxidmaximalwert NOXmax verglichen. Ist NOX30 größer NOXmax,
bewirkt das Ausgangssignal 38 über den
Reduktionsmittel-Zugaberegler 24 das Öffnen des Dosierventils
23, so daß ein Anfangs-Reduktionsmittelstrom über die
Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung 20 in das Abgas gelangt.
Lautet das Ergebnis des Vergleichs im Komperator 37 aber, daß
NOX30 nicht größer NOXmax ist, wird die Aktivierung des
Dosierventils 23 umgangen. Es findet dann keine bzw. keine
erhöhte Zugabe von Reduktionsmittel statt.
Zur Kontrolle der Reduktionsmittelzugabe erfolgt in einem
weiteren Komperator 39 ein Vergleich des mit Stickoxid-Sensor 30
gemessenen Stickoxidanteiles NOX30 mit dem durch
Stickoxid-Sensor 29 gemessenen Stickoxidanteiles NOX29 im Abgas,
gemessen stromab des Reduktionskatalysators 12. Wenn der
Vergleich im Komperator 39 das Ergebnis liefert, NOX30 ist
kleiner NOX29, ist die eingespeiste Reduktionsmittelmenge in
Ordnung und der Regelzyklus beginnt von neuem mit der
Temperaturabfrage. Solange der Komperator 37 weiterhin das
Ergebnis NOX30 größer als NOXmax meldet, wird der
Reduktionsmittelstrom Q20 jedesmal um einen kleinen Betrag dQ20
erhöht.
Die schrittweise Erhöhung des Reduktionsmittelstromes Q20 wird
fortgesetzt, bis der Vergleich im Komperator 39 zu dem Ergebnis
führt, daß NOX30 größer als NOX29 ist. Dieser Fall kann
eintreten, wenn überschüssiges Reduktionsmittel im
Oxidationskatalysator 13 teilweise zu Stickoxid umgewandelt
worden ist. Der Komperator 39 liefert dann das Ausgangssignal
40, das den Reduktionsmittel-Zugaberegler 24 veranlaßt, das
Dosierventil 23 um eine Stufe dQ20 zu schließen. Danach folgt
eine erneute Abfrage im Komperator 39, ob NOX30 größer als NOX29
ist. Wenn das Ergebnis "ja" lautet, liefert der Komperator 39
wieder das Ausgangssignal 40, das den
Reduktionsmittel-Zugaberegler 24 veranlaßt, das Dosierventil 23
um eine weitere Stufe dQ20 zu schließen. Ist das Ergebnis aber
"nein", beginnt ein neuer Regelzyklus mit der Temperaturabfrage.
Claims (3)
1. Verfahren zum Steuern der Zugabemenge an
Stickoxid-Reduktionsmitteln in das durch eine
Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren strömendes Abgas, wobei
die Abgasanlage einen selektiven Reduktionskatalysator aufweist
und stromauf des Reduktionskatalysators eine von einem
Reduktionsmittel-Zugaberegler steuerbare Reduktionsmittel-
Zugabevorrichtung angeordnet ist, wobei das Signal eines
Abgastemperatursensors den Reduktionsmittel-Zugaberegler
beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabemenge primär
von der Reduktionsmittel-Konzentration, gemessen mit einem
ersten Reduktionsmittelsensor (28) stromab des
Reduktionskatalysators (12), beeinflußbar ist und daß als
Korrekturgröße der Zugabemenge die zeitliche Änderung der
Reduktionsmittel-Konzentration, gemessen mit einem innerhalb des
Reduktionskatalysators (12) angeordneten Reduktionsmittelsensor
(27), dem Reduktionsmittel-Zugaberegler (24) aufschaltbar ist.
2. Verfahren zum Steuern der Zugabemenge an
Stickoxid-Reduktionsmitteln in das durch eine
Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren strömendes Abgas nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem
Reduktionskatalysator (12) ein Oxidationskatalysator (13)
nachgeschaltet ist.
3. Verfahren zum Steuern der Zugabemenge an
Stickoxid-Reduktionsmitteln in das durch eine
Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren strömendes Abgas nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1 und dem Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zugabemenge primär von der
Stickoxid-Konzentration, gemessen mit einem ersten
Stickoxidsensor (29) zwischen Reduktionskatalysator (12) und
Oxidationskatalysator (13), beeinflußbar ist und daß als
Korrekturgröße der Zugabemenge die Stickoxid-Konzentration,
gemessen mit einem zweiten Stickoxidsensor (30) stromab des
Oxidationskatalysators (13) dem Reduktionsmittel-Zugaberegler
(24) aufschaltbar ist.
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DE4237705A DE4237705A1 (de) | 1992-11-07 | 1992-11-07 | Verfahren zum Steuern der Zugabemenge an Stickoxid-Reduktionsmitteln in das durch eine Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren strömendes Abgas |
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DE4237705A1 true DE4237705A1 (de) | 1994-05-11 |
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DE4237705A Withdrawn DE4237705A1 (de) | 1992-11-07 | 1992-11-07 | Verfahren zum Steuern der Zugabemenge an Stickoxid-Reduktionsmitteln in das durch eine Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren strömendes Abgas |
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