SE530028C2 - Metod och anordning för behandling av avgaser samt fordon - Google Patents

Description

550 028 2 teknik med avgasrecirkulation, sk. EGR (exhaust gas recirculation), varvid de re- cirkulerade avgaserna i de flesta fall dessutom kyls innan den återfórs till motorn.

EGR sänker temperaturen i fórbränningsrummet och genom den lägre temperaturen uppnås lägre NOx-halter i avgaserna, vilka sedan renas genom SCR-teknik. En vä- sentlig nackdel är dock att EGR medför låga temperaturer på avgasema, vilket fór- svårar för SCR-katalysatom att arbeta med tillräckligt höga verkningsgrader efter- som SCR-katalysatorer kräver en viss temperatur fór att fungera tillfredsställande.

Dessutom sänker känd EGR-teknik motorns verkningsgrad då en del energi går åt till EGR-funktionen.

Föreliggande uppfinning har till syfte att åstadkomma en effektiv och kostnadsmäs- sigt tilltalande avgasrening fór fórbränningsmotorer, och då i synnerhet för diesel- motorer, vilken dessutom medför bl a lägre hållfasthetsmässiga krav på motorns komponenter såsom cylindrar m.m.

Kort beskrivning av uppfinningen Syftet enligt ovan uppnås med en metod, en anordning och ett fordon med särdrag enligt de oberoende patentkraven 1, 6 respektive 12. Ytterligare fördelar uppnås med särdrag enligt respektive beroende patentkrav.

Kort beskrivning av ritningama Nedan beskrivs uppfinningen närmare i anslutning till utfiâringsexempel och bifoga- de ritningar, där Fig. 1 i form av ett blockschema schematiskt visar en första utfóringsform av en anordning enligt uppfinningen. 530 028 Beskrivningsexempel I Fig. 1 visas en fórbränningsmotor exemplifierad av en överladdad dieselmotor 1, vilken enligt det visade utförandet innefattar en laddluftkylare 2 och ett turboaggre- gat 3 av gängse slag. Utföranden utan laddluflkylare 2 kan tänkas och förekommer.

Avgasema från motorn, representerade av en pil 4, leds i avgasledningen till en första SCR- katalysator 5 för selektiv katalysisk reduktion (selektive cathalytic re- duction) under reducerande inverkan av ett reduktionsmedel, företrädesvis urea på i och för sig känt sätt, varvid NOx reduceras till N; och/eller N20. Andra reduk- tionsmedel, exempelvis ammoniak, kan också tänkas användas. Föredraget är urea i form av substansen AdBlue®, vilken är 32,5 %-ig lösning av urea i vatten, vilken substans finns specificerad i DIN standard DIN V 70 070.

En anordning 6 för dosering och inblandning av urea i avgaserna är anordnad upp- ströms katalysatom 5 i avgasledningen. I den schematiska figuren visas anordningen 6 och katalysatom 5 åtskilda, men altemativa utföringsformer kan tänkas där dessa är sammanbyggda till en enhet.

En andra SCR-katalysator 7 är anordnad i avgasledningen i serie med den fösta SCR-katalysatorn 5 för behandling av de i den första SCR-katalysatom 5 redan be- handlade avgaserna för att ytterligare minska N0x-halten i avgaserna. En anord- ning 8 för dosering och inblandning av urea förefinns anordnad uppströms den andra SCR- katalysatom 7 analogt med vad som är anordnat vid den första katalysa- tom 5. Även i detta fall kan utföringsfonner tänkas där anordningen 8 och katalysa- torn 7 är sammanbyggda till en enhet.

För respektive katalysator 5, 7 förefinns ett återkopplande styrsystem 9, 10 respekti- ve, anordnat att baserat på utfallet av behandlingen i respektive katalysator styra do- seringen av urea medelst respektive doserings- och inblandningsanordning 6, 8 till 4 respektive katalysator. I detta syfte íörefinns efter respektive katalysator 5, 7 givare i som avkänner halten av representerande parametrar i avgaserna, och vilka givare är förbundna med respektive styrsystem 9, 10 och därvid tillhandahåller information avseende aktuella parametrar. För att givama ska kunna detektera korrekta värden är det viktigt att givama från respektive katalysator är anordnade i positioner där avga- serna är homogent fördelade vad avser de parametar som avkänns. Det är därför en fördel om avgasledningen är utformad med en förhållandevis lång sträcka från kata- lysatom till aktuell givare så att avgasema hinner blandas väl efter utloppen från ka- talysatorn. I vissa fall kan det erfordras att de blandas ytterligare med hjälp av led- skenor , rörkrökar eller andra sätt att blanda avgasema på.

Enligt föredragna utföringsforrner detekteras utfallet som överskott av reduktions- medel, urea, i avgaserna, varvid respektive återkopplande styrsystem är anordnat att styra doseringen mot en förutbestämd halt av reduktionsmedel, exempelvis urea, i avgaserna, exempelvis en minimering av reduktionsmedelshalten i avgasema.

Utföringsforrner kan också tänkas där utfallet detekteras som halten av NOx i avga- sema, varvid respektive styrsystem är anordnat att styra doseringen mot en förutbe- stämd halt av NOx i avgasema.

I båda fallen, reduktionsmedelsöverskott resp. NOx-halt, kan adaptiva styrsystem tänkas där doseringen styrs baserat på erfarenhetsvärden av överskott respektive NOx-halt.

Enligt en i vissa fall särskilt föredragen utröringsforrn detekteras utfallet genom en kombination av de tidigare beskrivna, dvs. som såväl NOx-halt som reduktionsme- delsöverskott i avgaserna, varvid respektive återkopplande styrsystem är anordnat att styra doseringen mot ett förutbestämt utfall vad avser en eller båda av dessa stor- heter. Härvid kan hänsyn tagas till ofullkomligheter hos en katalysator. Sålunda fö- rekommer det att urea ackumuleras, till och med ackumuleras lokalt, i katalysatorn, 530 0128 varvid ett detekterat nollöverskott av urea i avgaserna ej entydigt betyder att tillförd urea förbrukas.

Härvid kan samtidigt detekterad NOx-halt tillföra information att användas för åstadkommande av en effektivare och mer adekvat styming av doseringen och möj- liggöra hänsynstagande till apparattekniska ofullkomligheter av ovan beskrivet slag.

Tänkbart är att olika utföringsformer av detektering används för olika katalysatorer.

Utföringsformer av anordningen kan tänkas där åtrninstone en ytterligare SCR-kata- lysator kopplas i serie med de två första.

Enligt föredragna utföringsforrner är behandlingen av avgaserna avsedd att utföras utan att motorns avgaser recirkuleras till motoms inlopp enligt känd EGR-teknik.

Motorn saknar således returledning som förbinder dess avgassida med dess inlopps- sida. Detta hindrar dock inte att behandlingen av avgaser enligt uppfinningen under vissa betingelser kan kombineras med en motor som dessutom utnyttjar EGR-teknik för reducering av avgasemissionema.

Metoden för behandlingen av avgaserna liksom funktionen hos anordningen enligt uppfinningen torde till väsentlig del redan framgått av ovanstående del av beskriv- ningen.

Avgaserna från motorn leds först till den första SCR-katalysator 5 där avgasema i ett första behandlingsteg genom reaktion med den från anordningen 6 insprutade urean reagerar med kväveoxiderna i avgaserna för minskning av halten av dessa.

Halten av av NOx i avgaserna har visserligen reduceras vid detta steg, men det kvarstår ändock en viss restmängd. De i det första steget behandlade avgasema leds sedan vidare till den andra SCR-katalystaorn 7, som är anordnad i serie med den första katalysatorn, där avgasema i ett andra behandlingssteg genom reaktion med 6 den från anordningen 8 insprutade urean reagerar med kväveoxiderna i avgaserna för ytterligare minskning av halten av NOx .

Dosering av urea i respektive steg styrs medelst de återkopplande styrsystemen 9, 10 i respektive steg baserat på utfallet i respektive steg, där utfallet kan detekteras som NOx-halt och/eller reduktionsmedelsöverskott i avgasema efter respektive steg.

Uppfinningen erbjuder fördelar i form av effektiv avgasbehandling.

Eliminering av behovet av EGR erbjuder fördelar i form av acceptans för höga av- gastemperaturer, vilket medför effektivare katalysatorfunktion. Vidare minskar håll- fasthetskraven på motorn pga. minskat behov av tålighet för höga cylindertryck.

Eliminerad EGR eliminerar naturligtvis erforderligt EGR-system och medför också att fordonets befintliga kylkapacitet räcker till för att tillåta uttag av högre effekter 111' ITIOÉOYIL Det ligger också ett tekniskt egenvärde i att en enhetlig och motom ej påverkande behandlingsteknik används, vilket blir fallet vid seriell användning av SCR- katalysatorer.

Ovan har uppfmningen beskrivits i anslutning till föredragna utföringsformer och utföringsexempel.

Naturligtvis kan fler utföringsfonner liksom mindre förändringar och komplette- ringar tänkas utan att den grundläggande uppfinningstanken frångås.

Sålunda kan två eller flera SCR-katalysatorer inklusive doserings- och inbland- ningsanordningar byggas samman till en enhet.

UW (N CD CD P» 3 G3 7 I beskrivningen ovan har urea i vissa stycken använts som exempel på reduktions- medel. För det fall reduktionsmedlet skulle vara ett annat än urea är beskrivningen tillämplig även för detta, exempelvis vad avser doserings- och inblandningsanord- ningarna etc.

Utföringsformer kan tänkas där ej samma reduktionsmedel används i samtliga SCR- katalysatorer.

Vidare kan de återkopplande styrsystemen ingå som en integrerad del av fordonets övergripande styr- och kontrollsystem. Tänkas kan också att ett gemensamt styrsy- stem finns for båda/alla katalysatorema.

Det har här förutsätts att SCR-katalysatorer och doserings- och inblandningsanord- ningar är för fackmannen kända komponenter med känd funktion. Detsamma gäller teknik för att mäta NOx-halter och reduktionsmedelshalter i avgaserna.

Uppfinningen skall således ej anses begränsad till ovan angivna utfóringsfonner utan kan varieras inom sin av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (12)

10 15 20 25 30 (fl (JJ CD CD iQ! PATENTKRAV

1. Metod för behandling av avgaser från en förbränningsmotor innefattande ett för- sta steg för att reducera halten av kväveoxider, NOx, i avgaserna genom behandling i en första katalysator under reducerande inverkan av reduktionsmedel, och ett andra steg för att ytterligare reducera halten av kväveoxider, NOx, i avgaserna ge- nom behandling av de i den första katalysatom (5) sålunda behandlade avgaserna i åtminstone ytterligare en katalysator (7) ansluten i serie med den första katalysatorn (5) under reducerande inverkan av reduktionsmedel kännetecknat av stegen att dosera tillförseln av reduktionsmedel för respektive katalysator (5, 7) baserat på ut- fallet av behandlingen i respektive katalysator medelst återkopplande styrsystem (9, 10), vilka styrsystem härför är förbundna med givare anordnade efter respektive ka- talysator (5, 7) och som avkänner halten av i avgaserna representerande parametrar och därvid tillhandahåller information .avseende aktuella parametrar.

2. Metod enligt krav 1, kännetecknat av steget att bestämma utfallet som NOx-halt och/eller reduktionsmedelsöverskott i avgaserna.

3. Metod enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att som reduktionsmedel utnyttja urea, företrädesvis i form av AdBlue®.

4. Metod enligt krav 1, 2, eller 3, kännetecknat av steget att tillhandahålla inforrna- tion rörande NOx-halten i avgaserna efter åtminstone den ena katalysatom (5, 7) som underlag för dosering av reduktionsmedel för den katalysatorn (5, 7) samt ste- get att dosera reduktionsmedel för katalysatorn (5, 7) mot en förutbestämd halt av NOX i avgaserna.

5. Metod enligt krav 1, 2, eller 3, kännetecknat av steget att tillhandahålla informa- tion rörande reduktionsmedelsöverskottet i avgaserna efter åtminstone den ena kata- lysatom (5, 7) som underlag för dosering av reduktionsmedel för den katalysatorn 10 15 20 25 5250 Üilšš 9 (5, 7) samt steget att dosera reduktionsmedel för katalysatom (5, 7) så att reduk- tionsmedelsöverskottet minimeras.

6. Anordning för behandling av avgaser från en lörbränningsmotor, innefattande anordningar för att minska halten av kväveoxider, NOx, i avgaserna genom behand- ling i en första katalysator under reducerande inverkan av reduktionsmedel, och åtminstone ytterligare en katalysator (7) för behandling under reducerande in- verkan av reduktionsmedel av den sålunda i den första katalysatorn (5) behandlade avgasema, vilken ytterligare katalysator (7) är ansluten i serie med den första kataly- satom (5), kännetecknad av anordningar (6, 8) för att dOSCIa ICÖUKÜOHSIHCÖCI för tillförsel för respektive katalysator (5, 7) baserat på utfallet av behandlingen i respektive katalysator (5,7) medelst återkopplande styrsystem (9, 10), vilka styrsy- stem (9, 10) härför är förbundna med givare anordnade efter respektive katalysator (5, 7) och som avkänner halten av i avgaserna representerande parametrar och där- vid tillhandahåller information avseende aktuella parametrar.

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av anordningar för att bestämma utfallet som NOx-halt och/eller reduktionsmedelsöverskott i avgaserna efier respektive ka- talysator (5, 7).

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, kännetecknad av att sagda reduktionsmedel är urea, företrädesvis i fonn av AdBlue®.

9. Anordning enligt krav 6, 7 eller 8, kännetecknad av anordningar för att tillhan- dahâlla infonnation rörande NOx-halten i avgaserna som underlag för dosering av reduktionsmedel till åtminstone den ena katalysatom (5, 7) samt att styrsystemet (9, 10) är anordnat att dosera reduktionsmedel för aktuell katalysator (5, 7) mot en för- utbestämd halt av NOx i avgasema. 10 *CO 550 02 10

10. Anordning enligt krav 6, 7 eller 8, kännetecknad av anordningar för att tillhan- dahålla information rörande halten reduktionsmedel i avgaserna som underlag för dosering av reduktionsmedel till åtminstone den ena katalysatom (5, 7) samt att styr- systemet (9, 10) är anordnat att dosera reduktionsmedel för aktuell katalysator (5, 7) så att reduktionsmedelsöverskott minimeras.

11. Anordning enligt krav 7, 8, 9e11er 10, kännetecknad av att åtminstone två kata- lysatorer (5, 7) är anordnade som en enhet for seriell behandling av avgaserna.

12. Fordon, kännetecknat av att det innefattar anordningar enligt något av patent- kraven 6-11.