WO2000017499A1 - Method and device for catalytically reducing emission concentrations in the exhaust gas of a combustion system - Google Patents

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Abstract

A problem encountered in computer-controlled diesel catalytic converters is the slowing down of reactant activity. The invention thus provides for the dosage (S10) of the reactant (10) to be coupled (S2, S8) by means of a functional relationship to operation-relevant parameters of the combustion system, for said functional relationship to be corrected (S4, S5, S7) by autoadjustment via emission measurements and for the reactant (10) to be dosed rich of stoichiometry in relation to the calculated emission concentration of the exhaust gas (6). This prevents a slowing down of reactant activity.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Verringerung des Schadstoffgehalts im Abgas einer VerbrennungsanlageMethod and device for the catalytic reduction of the pollutant content in the exhaust gas of an incineration plant
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur katalytischen Verringerung des Schadstoffgehalts im Abgas einer Verbrennungsanlage, bei dem ein Reaktionsmittel dem Abgas zugegeben und an einem Katalysator mit dem Schadstoff umgesetzt wird. Mittels eines funktionalen Zusammenhangs wird aus betriebsrelevanten Parametern der Verbrennungsanlage die pro Zeit von der Verbrennungsanlage emittierte Schadstoffmenge und hieraus die Zugabemenge des Reaktionsmittels berechnet. Zusätzlich wird der funktionale Zusammenhang überprüft und entsprechend korrigiert.The invention relates to a method for catalytically reducing the pollutant content in the exhaust gas of an incineration plant, in which a reactant is added to the exhaust gas and is reacted with the pollutant on a catalyst. By means of a functional relationship, the amount of pollutants emitted by the incineration plant per time and the addition amount of the reactant are calculated from operational parameters of the incineration plant. In addition, the functional relationship is checked and corrected accordingly.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur katalytischen Entfernung eines Schadstoffes im Abgas einer Verbrennungsanlage mit einem vom Abgas durchströmbaren Kata- lysator zur Umsetzung eines Reaktionsmittels mit dem Schadstoff, einer Dosierungsvorrichtung zur Einbringung des Reaktionsmittels in das Abgas und mit einer Kontrolleinheit zur Steuerung des Reaktionsmitteldurchsatzes in der Dosierungsvorrichtung. Die Kontrolleinheit ist dafür ausgelegt, die pro Zeiteinheit von der Verbrennungsanlage emittierten Schadstoffmenge aus betriebsrelevanten Parametern der Verbrennungsanlage mittels eines funktionalen Zusammenhangs zu berechnen. Ferner ist die Kontrolleinheit für die Überprüfung und die Korrektur des funktionalen Zusammenhangs ausgelegt.Furthermore, the invention relates to a device for the catalytic removal of a pollutant in the exhaust gas of an incineration plant with a catalytic converter through which the exhaust gas can flow for reacting a reactant with the pollutant, a metering device for introducing the reactant into the exhaust gas and with a control unit for controlling the reactant throughput in the dosing device. The control unit is designed to calculate the amount of pollutants emitted by the incineration plant per unit of time from operational parameters of the incineration plant by means of a functional relationship. The control unit is also designed for checking and correcting the functional relationship.
Unter einem funktionalen Zusammenhang wird eine mathematische Funktion verstanden, die einem Zustand, der durch eine oder mehrere Variable festgelegt ist, einen Wert zuordnet. Der funktionale Zusammenhang kann insbesondere die Form einer Kennlinie oder eines mehrdimensionalen Kennfeldes haben. Der Einsatz fossiler Energieträger in Verbrennungsanlagen, insbesondere in Verbrennungsmotoren zur Traktion eines Kraftfahrzeugs, wirft aufgrund des Schadstoffgehalts im Abgas große Probleme in Gebieten mit hohen Fahrzeugdichten, also vor allem in den Industriestaaten, auf. Zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas von Ottomotoren sind edelmetallhaltige Katalysatoren bekannt, an denen Kohlenwasserstoffe und Koh- lenmonoxid mit Stickoxiden und Restsauerstoff zu Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Zur Verringe- rung des Schadstoffausstoßes von Dieselmotoren wird derzeit vielerorts an der Entwicklung eines geregelten Dieselkatalysators gearbeitet. Mit ihm soll es möglich sein, den Stickoxidgehalt im Abgas von Dieselmotoren erheblich zu senken. Bevorzugt wird ein sogenannter DeNOx-Katalysator einge- setzt, welcher die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit einem geeigneten Reaktionsmittel, meist Ammoniak, nach dem Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR) zu umweltfreundlichem Stickstoff und Wasser umsetzt. Hierbei wird das Reaktionsmittel oder eine Vorstufe des Reaktionsmittels in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator in das Abgas eingebracht und tritt dann in vorzugsweise homogener Vermischung mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden in den Katalysator ein.A functional relationship is understood to be a mathematical function that assigns a value to a state that is defined by one or more variables. The functional relationship can in particular take the form of a characteristic curve or a multi-dimensional characteristic diagram. The use of fossil fuels in combustion plants, especially in internal combustion engines for traction in a motor vehicle, poses great problems in areas with high vehicle densities, particularly in the industrialized countries, due to the pollutant content in the exhaust gas. To reduce the pollutants in the exhaust gas from gasoline engines, catalysts containing noble metals are known, on which hydrocarbons and carbon monoxide are converted with nitrogen oxides and residual oxygen to carbon dioxide, nitrogen and water. In order to reduce the pollutant emissions of diesel engines, work is currently underway in many places on the development of a regulated diesel catalytic converter. It should make it possible to significantly reduce the nitrogen oxide content in the exhaust gas of diesel engines. A so-called DeNOx catalyst is preferably used, which converts the nitrogen oxides contained in the exhaust gas with a suitable reactant, usually ammonia, to environmentally friendly nitrogen and water using the selective catalytic reduction (SCR) process. Here, the reactant or a precursor of the reactant is introduced into the exhaust gas upstream of the catalyst in the flow direction of the exhaust gas and then enters the catalyst in a preferably homogeneous mixture with the nitrogen oxides contained in the exhaust gas.
Verbrennungsanlagen zur Traktion von Fahrzeugen werden mit variabler Last und Drehzahl betrieben. Das bedeutet, daß die pro Zeiteinheit erzeugten Stickoxidmengen und die Abgasmassenströme und -temperaturen großen Schwankungen unterliegen. Es ist derzeit keine Lösung bekannt, die pro Zeiteinheit in das Abgas einzubringende Reaktionsmittelmenge in einer Weise einzustellen, daß unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors hohe Abscheideraten für die Stickoxide erreicht werden bei gleichzeitig verschwindendem Ausstoß des Reaktionsmittels in die Umwelt. Erschwerend kommt hinzu, daß ein Reaktionsmittel wie Ammoniak giftig ist und bereits bei Konzentrationen von nur wenigen ppm eine erhebliche Geruchsbelästigung für den Menschen darstellt. Aus diesem Grund ist der Ausstoß von Ammoniak in die Umwelt, der sogenannte Reaktionsmittelschlupf, unbedingt zu vermeiden.Combustion systems for traction of vehicles are operated with variable load and speed. This means that the amounts of nitrogen oxide generated per unit of time and the exhaust gas mass flows and temperatures are subject to large fluctuations. There is currently no known solution to adjust the amount of reactant to be introduced into the exhaust gas per unit of time in such a way that high separation rates for the nitrogen oxides are achieved regardless of the operating state of the internal combustion engine, while the emission of the reactant into the environment disappears at the same time. To make matters worse, a reagent such as ammonia is poisonous and, even at concentrations of only a few ppm, represents a considerable odor nuisance for humans. For this reason to avoid the emission of ammonia into the environment, the so-called reagent slip.
Aus der DE 43 15 278 AI ist ein Verfahren bekannt, bei dem die pro Zeiteinheit in das Abgas eingebrachte Reaktionsmittelmenge in Abhängigkeit von betriebsrelevanten Parametern des Motors, des Katalysators und des Abgases eingestellt wird. In einer zum Katalysator zugehörigen Kontrolleinheit ist ein funktionaler Zusammenhang in Form eines Kennfelds ab- gespeichert, mit dessen Hilfe aus den betriebsrelevanten Parametern der Stickoxidausstoß des Motors und die pro Zeiteinheit einzudüsende Menge des Reaktionsmittels berechnet wird. Bei diesem Verfahren bleibt jedoch unberücksichtigt, daß die tatsächlich vom Motor erzeugte Stickoxidmenge z.B. aufgrund von Alterungserscheinungen oder sonstigen Langzeiteffekten von der mittels Kennfeld berechneten Menge abweichen kann. Es ist daher bei diesem Verfahren nicht gewährleistet, daß ein Reaktionsmittelschlupf ausgeschlossen ist.From DE 43 15 278 AI a method is known in which the amount of reactant introduced into the exhaust gas per unit of time is set depending on operationally relevant parameters of the engine, the catalyst and the exhaust gas. A functional relationship is stored in the form of a characteristic map in a control unit associated with the catalytic converter, with the aid of which the nitrogen oxide emissions of the engine and the amount of the reactant to be injected per unit of time are calculated from the operationally relevant parameters. However, this method does not take into account that the amount of nitrogen oxide actually generated by the engine e.g. due to signs of aging or other long-term effects may differ from the quantity calculated using the map. It is therefore not guaranteed in this process that a slippage of reactant is excluded.
In der DE 195 36 571 AI ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Kennfeld laufend korrigiert wird. Ein Sensor mißt unter geeigneten Bedingungen die Schadstoffkonzentration im Abgas des Verbrennungsmotors und vergleicht diese mit einem Wert, der mittels des Kennfelds aus den betriebsrelevanten Parametern errechnet wurde. Bei einer Abweichung des errechneten vom gemessenen Wert jenseits einer Toleranzgrenze wird eine Korrektur des Kennfelds vorgenommen. Die vom Verbrennungsmotor erzeugte Stickoxidmenge und die zu deren Abbau benötigte Reaktionsmittelmenge unterliegen jedoch so schnellen und starken Schwankungen und sind von so vielen Parametern abhängig, daß auch mit diesem Verfahren ein Reaktionsmittelschlupf nicht sicher vermieden wird.DE 195 36 571 AI describes a method in which a map is continuously corrected. Under suitable conditions, a sensor measures the pollutant concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine and compares it with a value that was calculated from the operationally relevant parameters using the characteristic diagram. If the calculated value deviates from a tolerance limit, the map is corrected. However, the amount of nitrogen oxide generated by the internal combustion engine and the amount of reactant required to break it down are subject to such rapid and strong fluctuations and are dependent on so many parameters that even with this method, a reactant slip is not reliably avoided.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich- tung zur katalytischen Verringerung des Schadstoffgehalts im Abgas einer Verbrennungsanlage anzugeben, mit dem der Reaktionsmittelschlupf sicher vermieden werden kann. Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem a) ein Reaktionsmittel dem Abgas zugegeben und an einem Katalysator mit dem Schadstoff umgesetzt wird, b) mittels eines funktionalen Zusammenhangs aus betriebsrelevanten Parametern der Verbrennungsanlage die pro Zeiteinheit von der Verbrennungsanlage emittierte Schadstoffmenge berechnet wird, c) aus der berechneten Schadstoffmenge die Zugabemenge des Reaktionsmittels berechnet wird, d) der funktionale Zusammenhang überprüft und entsprechend korrigiert wird , wobei erfindungsgemäß dem Abgas pro Zeiteinheit eine, bezogen auf die für die Zeiteinheit berechnete Schadstoffmenge, un- terstöchiometrische Menge des Reaktionsmittels zudosiert wird.The object of the invention is to provide a method and a device for the catalytic reduction of the pollutant content in the exhaust gas of an incineration plant, with which the reaction agent slip can be reliably avoided. With regard to the method, this object is achieved by a method in which a) a reactant is added to the exhaust gas and reacted with the pollutant on a catalytic converter, b) the functional quantity of pollutant emissions emitted by the incinerator is calculated from operational parameters of the incinerator by means of a functional relationship c) the addition of the reactant is calculated from the calculated amount of pollutant, d) the functional relationship is checked and corrected accordingly, according to the invention, a sub-stoichiometric amount of the reactant, based on the amount of pollutant calculated for the time unit, is added becomes.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß ein Re- aktionsmittelschlupf dann auftreten kann, wenn eine größere Menge Reaktionsmittel dem Abgas zugegeben wird, als am Katalysator umgesetzt oder eingespeichert werden kann. Bei einem auf vollständige Umsetzung des Schadstoffes ausgelegten Katalysator ist das möglich, wenn innerhalb des Katalysators mehr als die stöchiometrische Menge des Reaktionsmittels bezogen auf den Schadstoff vorliegt. Dies kann dadurch geschehen, daß das Reaktionsmittel in überstöchiometrischer Menge dem Abgas zugegeben wurde. Oder es geschieht dadurch, daß im Katalysator gespeichertes Reaktionsmittel aufgrund von Parameteränderungen des Katalysators frei wird. Beide Umstände lassen sich wegen der enormen Komplexität der ihnen zugrunde liegenden Ursachen nur äußerst schwer aus Messungen und Berechnungen erkennen. Daher ist es sinnvoll, die Lösung des Problems nicht, wie es bisher getan wurde, im Messen und Berechnen zu suchen, sondern direkt bei der Dosierung des Reaktionsmittels anzusetzen. In einer weiteren Überlegung geht die Erfindung davon aus, daß nicht unbedingt die vollständige Beseitigung des im Abgas vorliegenden Schadstoffes anzustreben ist, sondern eine deutliche Verminderung des Schadstoffes schon eine wesentliche Verbesserung darstellt. Besonders gilt dies bei der Reduzierung von Stickoxiden im Abgas von Dieselmotoren in Fahrzeugen. Bislang entweichen die Abgase von Dieselmotoren in der Regel ohne Stickoxidbeseitigung in die Umwelt. Daher bedeutet eine deutliche Verminderung der Stickoxide im Abgas von Die- selmotoren in Fahrzeugen eine erhebliche Entlastung der Umwelt. Voraussetzung hierfür ist, daß das seit langem bekannte Problem des Reaktionsmittelschlupfes gelöst wird. Der Erfindung gelingt beides auf effektive Weise: Die Stickoxide werden durch die Zudosierung des Reaktionsmittels am Katalysator verringert und ein Reaktionsmittelschlupf wird durch die un- terstöchiometrische Dosierung unterbunden.The invention is based on the consideration that a reactant slip can occur when a larger amount of reactant is added to the exhaust gas than can be converted or stored on the catalyst. In the case of a catalyst designed for complete conversion of the pollutant, this is possible if there is more than the stoichiometric amount of the reactant based on the pollutant in the catalyst. This can be done by adding the reagent to the exhaust gas in a stoichiometric amount. Or it happens because the reactant stored in the catalyst is released due to changes in the parameters of the catalyst. Because of the enormous complexity of the underlying causes, both circumstances are extremely difficult to identify from measurements and calculations. Therefore, it makes sense not to look for the solution to the problem in measurement and calculation, as has been done so far, but to start directly with the metering of the reactant. In a further consideration, the invention is based on the fact that the complete removal of the pollutant present in the exhaust gas is not necessarily to be striven for, but a significant reduction in the pollutant is already a significant improvement. This applies particularly to the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas of diesel engines in vehicles. So far, the exhaust gases from diesel engines have generally escaped into the environment without removing nitrogen oxide. Therefore, a significant reduction in nitrogen oxides in the exhaust gas from diesel engines in vehicles means a significant relief for the environment. The prerequisite for this is that the long-known problem of reactant slip has to be solved. The invention achieves both in an effective manner: the nitrogen oxides are reduced by metering in the reactant onto the catalyst and a slip of the reactant is prevented by the sub-stoichiometric metering.
Die Unterstöchiometrie bezieht sich auf die aus einem funktionalen Zusammenhang berechnete Schadstoffmenge im Abgas. Sie wirkt einer auf fehlerhafte Berechnung zurückgehendeThe sub-stoichiometry relates to the amount of pollutants in the exhaust gas calculated from a functional relationship. It acts on a faulty calculation
Überdosierung des Reaktionsmittels entgegen. Zur Vermeidung eines Reaktionsmittelschlupfes ist es daher durch die Erfindung nicht mehr zwingend notwendig, daß die von der Verbrennungsanlage pro Zeiteinheit emittierte Schadstoffmenge genau mit der berechneten Schadstoffmenge übereinstimmt. Das ist insbesondere beim Einbau einer Dosierungsvorrichtung, beispielsweise in ein Fahrzeug, von Vorteil: Vor der ersten Inbetriebnahme der Dosierungsvorrichtung muß der in der Kontrolleinheit der Dosierungsvorrichtung zu speichernde funktionale Zusammenhang nicht an die betreffende Verbrennungsanlage individuell angepaßt werden. Es genügt, wenn der funktionale Zusammenhang an die betreffende Serie der Verbrennungsanlage angepaßt wird. Ein zu einer Serie zugehöriger funktionaler Zusammenhang läßt sich leicht beim Hersteller der Verbren- nungsanlage ermitteln. Diese Tatsache erleichtert die Ausrüstung von Fahrzeugen mit der Dosierungsvorrichtung ganz erheblich. Insbesondere ist die Nachrüstung bei alten Fahrzeu- gen ohne aufwendige Analyse der betriebsrelevanten Parameter des Motors möglich.Overdosing of the reactant counter. To avoid a slippage of reactant, it is therefore no longer absolutely necessary by the invention that the amount of pollutant emitted by the incinerator per unit of time corresponds exactly to the calculated amount of pollutant. This is particularly advantageous when installing a dosing device, for example in a vehicle: before the dosing device is started up for the first time, the functional relationship to be stored in the control unit of the dosing device does not have to be individually adapted to the combustion system in question. It is sufficient if the functional relationship is adapted to the relevant series of the incinerator. A functional relationship belonging to a series can easily be determined by the manufacturer of the combustion system. This fact makes it much easier to equip vehicles with the metering device. In particular, the retrofitting of old vehicles possible without extensive analysis of the operational parameters of the engine.
Durch die Alterung der Verbrennungsanlage ist es notwendig, den funktionalen Zusammenhang von Zeit zu Zeit zu überprüfen und zu korrigieren. Dies geschieht durch Messung der Schadstoffmenge im Abgas und Vergleich des gemessenen Wertes mit dem aus den betriebsrelevanten Parametern berechneten Wert. Hierzu werden geeignete Bedingungen, wie z.B. stationärer Be- trieb, gewählt. Anschließend wird der funktionale Zusammenhang in der Weise korrigiert, daß Meßwert und berechneter Wert innerhalb eines Toleranzbereichs beieinander liegen. Auch dieser Vorgang wird durch die Erfindung erheblich erleichtert: Während es ohne die Erfindung notwendig ist, den funktionalen Zusammenhang laufend, zumindest in kurzen Intervallen zu überprüfen, um ein eventuelles Auseinanderlaufen von berechneter und tatsächlicher Schadstoffmenge wegen Alterung oder Funktionsstörung des Motors zu vermeiden, ist dies bei genereller unterstöchiometrischer Dosierung nicht mehr nötig. Durch die unterstöchiometrische Dosierung ist ein genügend großer Spielraum vorhanden, der bei fehlerhafter Berechnung einen Reaktionsmittelschlupf verhindert. Die Korrektur ist daher nur noch in größeren Zeitintervallen nötig. Sie kann beispielsweise bei gesetzlich vorgeschriebenen Abgasun- tersuchungen, bei Routinekontrollen, oder im Falle von Fahrzeugen bei anfallenden Werkstattbesuchen durchgeführt werden. Somit entfällt durch die Erfindung die Notwendigkeit, einen Schadstoffsensor fest in den Abgaskanal einzubauen.Due to the aging of the incineration plant, it is necessary to check and correct the functional relationship from time to time. This is done by measuring the amount of pollutants in the exhaust gas and comparing the measured value with the value calculated from the operationally relevant parameters. Suitable conditions such as stationary operation. The functional relationship is then corrected in such a way that the measured value and the calculated value lie within a tolerance range. This process is also made considerably easier by the invention: While it is necessary without the invention to continuously check the functional relationship, at least at short intervals, in order to avoid a possible divergence of the calculated and actual amount of pollutants due to aging or malfunction of the engine, this is no longer necessary with general substoichiometric dosing. Due to the substoichiometric dosing, there is sufficient scope to prevent a slippage of reactant if the calculation is incorrect. The correction is therefore only necessary in larger time intervals. It can be carried out, for example, in legally prescribed emissions tests, during routine checks, or in the case of vehicles during visits to the workshop. Thus, the invention eliminates the need to permanently install a pollutant sensor in the exhaust duct.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dem Abgas eine gegenüber der berechneten stöchiometrischen Menge um einen Faktor von 0,1 bis 0,8 verringerte Menge des Reaktionsmittels zudosiert. Hierdurch, und insbesondere wenn die zudosierte Menge nur 60% oder weniger von der berechneten stöchiometrischen Menge beträgt, ist gewährleistet, daß auch durch größere Ungenauigkeiten bei der Dosierung des Reaktionsmittels kein Reaktionsmittelschlupf im Abgas entsteht. Mit Vorteil wird das Abgas hinter dem Katalysator auf Vorhandensein des Reaktionsmittels überprüft. Die Zugabemenge des Reaktionsmittels wird zweckmäßigerweise so eingestellt, daß im wesentlichen kein Reaktionsmittel im Abgas hinter dem Ka- talysator vorhanden ist. Durch diese Kontrolle des Reaktionsmittelschlupfes wird auch bei einem Defekt des Motors, des Katalysators oder der Dosierungsvorrichtung ein Reaktionsmittelschlupf unterbunden. Ferner kann durch eine Kontrolle ein eventuell entstandener Defekt entdeckt und eine weitere Emis- sionen von Reaktionsmittel verhindert werden.In an advantageous embodiment of the invention, an amount of the reagent reduced by a factor of 0.1 to 0.8 compared to the calculated stoichiometric amount is metered into the exhaust gas. This, and in particular if the metered amount is only 60% or less of the calculated stoichiometric amount, ensures that there is no reactant slip in the exhaust gas even due to greater inaccuracies in the metering of the reactant. The exhaust gas behind the catalytic converter is advantageously checked for the presence of the reactant. The amount of the reagent added is expediently set such that there is essentially no reagent in the exhaust gas behind the catalyst. This control of the reactant slip prevents a reactant slip even in the event of a defect in the engine, the catalyst or the metering device. In addition, a defect that may have arisen can be detected by a check and further emissions of reactant can be prevented.
Die Messung des Reaktionsmittelschlupfes wird vorteilhafterweise bei Bedarf mit einem externen Meßgerät durchgeführt. Dies kann ohne großen Aufwand während der gesetzlich vorge- schriebenen Abgasuntersuchungen oder bei Fahrzeugen bei einem Aufenthalt in der Werkstatt geschehen. Besonders bei mit der Dosierungsvorrichtung nachgerüsteten Fahrzeugen ist dies zweckmäßig, da auf die Nachrüstung eines auf das Reaktionsmittel empfindlichen Sensors verzichtet werden kann.The measurement of the reactant slip is advantageously carried out with an external measuring device if necessary. This can be done without great effort during the legally prescribed exhaust gas examinations or for vehicles during a stay in the workshop. This is particularly expedient in the case of vehicles retrofitted with the metering device, since there is no need to retrofit a sensor which is sensitive to the reactant.
Alternativ kann der Reaktionsmittelschlupf selbstverständlich von einem im Abgaskanal hinter dem Katalysator fest installierten Sensor überwacht werden. Bei diesem Verfahren wird ein eventuell durch einen Defekt verursachter Reaktionsmit- telschlupf sofort erkannt und kann durch die Korrektur derAlternatively, the reactant slip can of course be monitored by a sensor permanently installed in the exhaust duct behind the catalytic converter. In this method, a reaction agent slip which may be caused by a defect is recognized immediately and can be corrected by correcting the
Dosierung des Reaktionsmittels schnell und selbsttätig korrigiert werden.Dosage of the reactant can be corrected quickly and automatically.
Das angegebene Verfahren eignet sich insbesondere zur Entfer- nung von Stickoxiden gemäß dem Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR) . Als ein geeignetes Reaktionsmittel ist hierbei Ammoniak oder eine Ammoniak freisetzende Substanz, insbesondere Harnstoff, von Vorteil.The specified method is particularly suitable for the removal of nitrogen oxides according to the selective catalytic reduction (SCR) method. Ammonia or an ammonia-releasing substance, in particular urea, is advantageous here as a suitable reactant.
Ferner eignet sich das angegebene Verfahren besonders für den Einsatz zusammen mit einem mit Luftüberschuß betriebenen Ver- brennungsmotor zur Traktion eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zusammen mit einem Dieselmotor.Furthermore, the specified method is particularly suitable for use together with a supply operated with excess air. Internal combustion engine for traction of a motor vehicle, in particular together with a diesel engine.
Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch eine Vor- richtung gelöst, die a) eine Dosierungsvorrichtung zur Einbringung des Reaktionsmittels in das Abgas, b) einen vom Abgas durchströmbaren Katalysator (8) zur Umsetzung des Reaktionsmittels mit dem Schadstoff und c) eine Kontrolleinheit zur Steuerung des Reaktionsmitteldurchsatzes in der Dosierungsvorrichtung umfaßt, wobei die Kontrolleinheit für die Berechnung der pro Zeiteinheit von der Verbrennungsanlage emittierten Schadstoffmenge mittels eines funktionalen Zusammenhangs aus betriebsrelevan- ten Parametern der Verbrennungsanlage und für die Überprüfung und die Korrektur des funktionalen Zusammenhangs ausgelegt ist, und wobei die Kontrolleinheit erfindungsgemäß für die unterstöchiometrische Dosierung des Reaktionsmittels in Bezug auf den berechneten Schadstoffgehalt ausgelegt ist.With regard to the device, the object is achieved by a device which comprises a) a metering device for introducing the reactant into the exhaust gas, b) a catalytic converter (8) through which the exhaust gas can flow for converting the reactant with the pollutant, and c) a control unit for control of the reactant throughput in the dosing device, the control unit being designed for calculating the amount of pollutant emitted per unit of time from the incineration plant by means of a functional relationship from operationally relevant parameters of the incineration plant and for checking and correcting the functional relationship, and wherein the control unit according to the invention is designed for the substoichiometric dosing of the reactant in relation to the calculated pollutant content.
Mit einer auf diese Weise ausgelegten Kontrolleinheit kann die aus der berechneten Schadstoffmenge resultierende stöchiometrische Menge des Reaktionsmittels verringert werden und diese verringerte Menge in das Abgas der Verbrennungsan- läge eingegeben werden. Solche unterstöchiometrische Dosierung führt zur sicheren Vermeidung eines Reaktionsmittelschlupfes .With a control unit designed in this way, the stoichiometric amount of the reactant resulting from the calculated amount of pollutant can be reduced and this reduced amount can be entered into the exhaust gas of the combustion system. Such sub-stoichiometric metering leads to the safe avoidance of a reagent slip.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontrolleinheit mit einer Eingabevorrichtung ausgestattet, mit der ein Verringerungsfaktor eingegeben werden kann, der zur Berechnung der gewünschten unterstöchiometrischen Eingabemenge herangezogen wird. Die Unterstöchiometrie bezieht sich auf die berechnete Schadstoffmenge. Diese Eingabevor- richtung kann in Form einer Schnittstelle ausgestaltet sein, an die eine externe Steuerungseinheit, beispielsweise eine Steuerungseinheit einer Abgasprüfanläge oder ein Computer an- geschlossen werden kann. Diese externe Steuerungseinheit übermittelt der Kontrolleinheit der Dosierungsvorrichtung den gewünschten Verringerungsfaktor. Die Eingabevorrichtung kann jedoch auch in der Form ausgestaltet sein, daß der Verringe- rungsfaktor direkt, beispielsweise manuell an der Kontrolleinheit der Dosierungsvorrichtung, eingestellt wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the control unit is equipped with an input device with which a reduction factor can be entered which is used to calculate the desired sub-stoichiometric input quantity. The sub-stoichiometry relates to the calculated amount of pollutants. This input device can be designed in the form of an interface to which an external control unit, for example a control unit of an exhaust gas test system or a computer, is connected. can be closed. This external control unit transmits the desired reduction factor to the control unit of the dosing device. However, the input device can also be designed in such a way that the reduction factor is set directly, for example manually on the control unit of the metering device.
Ein weiterer Vorteil läßt sich dadurch erreichen, daß die Kontrolleinheit eine Schnittstelle für eine Übertragung von Daten aufweist, die mittels eines Schadstoffsensors und/oder eines Reaktionsmittelsensors gewonnen wurden. Durch eine solche Schnittstelle können Meßwerte oder die Ergebnisse von Messungen in die Kontrolleinheit der Dosierungsvorrichtung eingegeben werden. Dies ist vorteilhaft beispielsweise für die Durchführung des Verfahrens der Korrektur des Kennfelds anhand von Schadstoffmessungen, die mit einem externen Meßgerät durchgeführt werden. Auch bei der Prüfung des Abgases auf Reaktionsmittelschlupf durch einen externen Sensors ist diese Schnittstelle von Vorteil, da der Verringerungsfaktor dann von der Kontrolleinheit sofort in der Weise eingestellt werden kann, daß kein Reaktionsmittelschlupf mehr auftritt.A further advantage can be achieved in that the control unit has an interface for the transmission of data obtained by means of a pollutant sensor and / or a reaction agent sensor. Such an interface can be used to input measured values or the results of measurements into the control unit of the dosing device. This is advantageous, for example, for carrying out the method of correcting the characteristic map on the basis of pollutant measurements which are carried out with an external measuring device. This interface is also advantageous when testing the exhaust gas for reactant slip by means of an external sensor, since the reduction factor can then be set immediately by the control unit in such a way that no more reactant slip occurs.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to three figures. Show it:
FIG 1 ein Flußdiagramm des Verfahrens, das die Verfahrensschritte der Berechnung des Schadstoffgehalts des Abgases anhand eines Kennfelds, der Korrektur des Kennfeldes und der Berechnung der unterstöchiometrischen Dosierung umfaßt;1 shows a flowchart of the method, which comprises the method steps of calculating the pollutant content of the exhaust gas on the basis of a map, correcting the map and calculating the substoichiometric dosage;
FIG 2 ein Flußdiagramm, das zusätzlich zu den in Figur 1 dargestellten Verfahrensschritten die Kontrolle des Reaktionsmittelschlupfes umfaßt;2 shows a flowchart which, in addition to the method steps shown in FIG. 1, includes the control of the reactant slip;
FIG 3 einen Dieselmotor mit einer nachgeschalteten Vorrichtung zur katalytischen Verringerung des Stickoxidgehalts im Abgas. Beim Verfahren gemäß Figur 1 werden in einem Schritt Sl von einer Kontrollemheit, welche einer Reaktionsmittel-Dosie- rungsvorrichtung zugeordnet ist, betriebsrelevante Parameter der Verbrennungsanlage abgefragt. Die Verbrennungsanlage ist ein Dieselmotor eines Kraftfahrzeuges. Die betriebsrelevanten Parameter des Motors stehen m einer eventuell vorhandenen elektronischen Steuerung des Motors oder an entsprechenden Sensoren zur Verfugung. Diese für den Betrieb des Motors relevanten Parameter können beispielsweise Brennstoffverbrauch, Abgasmassenstrom, Abgastemperatur und Luftdurchsatz sein und zusätzlich Drehzahl, Drehmoment und Fahrpedalstellung umfassen. Aus diesen Parametern wird in einem Verfahrensschπtt S2 mittels eines Kennfeldes die vom Motor pro Zeit emittierte Schadstoffmenge berechnet.3 shows a diesel engine with a downstream device for the catalytic reduction of the nitrogen oxide content in the exhaust gas. In the method according to FIG. 1, operation-relevant parameters of the incineration system are queried in a step S1 by a control unit, which is assigned to a reagent dosing device. The incinerator is a diesel engine of a motor vehicle. The operational parameters of the motor are available in a possibly existing electronic control of the motor or on appropriate sensors. These parameters relevant to the operation of the engine can be, for example, fuel consumption, exhaust gas mass flow, exhaust gas temperature and air throughput and additionally include speed, torque and accelerator pedal position. From these parameters, the amount of pollutant emitted by the engine per time is calculated in a method step S2 using a map.
Als ein einfaches Beispiel können als betriebsrelevante Parameter die Fahrpedalstellung P, der Brennstoffverbrauch B und die Abgastemperatur T genannt werden. Die vom Motor emittierte Schadstoffmenge S berechnet sich dann in einer Nahe- rung nachAs a simple example, the accelerator pedal position P, the fuel consumption B and the exhaust gas temperature T can be mentioned as operationally relevant parameters. The amount of pollutant S emitted by the engine is then calculated as an approximation
S = (B+cP) f (T) ,S = (B + cP) f (T),
wobei c eine fahrzeugspezifische Konstante ist und f eine Korrekturfunktion, die die Abgastemperatur berücksichtigt.where c is a vehicle-specific constant and f is a correction function that takes the exhaust gas temperature into account.
Für genauere Berechnungen sind Kennlinien hilfreich, die den Zusammenhang zwischen Schadstoffmenge und einzelnen betriebsrelevanten Parametern kn pfen und die von den Motorherstel- lern zur Verfugung gestellt werden. Aus diesen Kennlinien kann der Fachmann leicht einen funktionalen Zusammenhang, beispielsweise m Form eines Kennfeldes, erstellen, aus dem sich die vom Motor emittierte Schadstoffmenge berechnen laßt. Ein solches Kennfeld ist n der Kontrollemheit der Dosie- rungsvorrichtung gespeichert. In einem dritten Schritt S3 des Verfahrens wird entschieden, ob die Überprüfung des funktionalen Zusammenhangs durchgeführt werden soll. Dies geschieht beispielsweise, wenn eine Abgaskontrolle durch eine externe Abgasprüfanlage durchge- führt wird und die Steuereinheit der Abgasprüfanlage mit der Kontrolleinheit der Dosierungsvorrichtung verbunden ist. Ist ein Schadstoffsensor fest in den Abgaskanal des Motors eingebaut, so wird der Meßwert des Schadstoffsensors, der sich im Abgaskanal vor dem Katalysator befindet, von der Kontrollein- heit der Dosierungsvorrichtung von Zeit zu Zeit abgefragt. Die Entscheidung hängt von der Art des Schadstoffsensors ab. Ist der Sensor ein träger Sensor, so geschieht dessen Abfrage in zeitlich größeren Intervallen immer dann, wenn vom Sensor ein verwertbarer Meßwert zu erwarten ist. Ob die Abfrage durchgeführt wird, kann z.B. auch von den betriebsrelevanten Parametern des Motors abhängen. Beispielsweise kann das Zustandekommen eines verwendbaren Meßwerts erfordern, daß längere Zeit konstante Betriebsbedingungen vorliegen.For more precise calculations, characteristic curves are helpful which link the amount of pollutants and individual operationally relevant parameters and which are made available by the engine manufacturers. From these characteristics, the person skilled in the art can easily create a functional relationship, for example in the form of a map, from which the amount of pollutant emitted by the engine can be calculated. Such a map is stored in the control unit of the metering device. In a third step S3 of the method, a decision is made as to whether the functional relationship should be checked. This happens, for example, when an exhaust gas control is carried out by an external exhaust gas test system and the control unit of the exhaust gas test system is connected to the control unit of the metering device. If a pollutant sensor is permanently installed in the exhaust gas duct of the engine, the measured value of the pollutant sensor, which is located in the exhaust gas duct in front of the catalytic converter, is interrogated from time to time by the control unit of the metering device. The decision depends on the type of pollutant sensor. If the sensor is a slow sensor, it is queried at longer intervals whenever a usable measured value can be expected from the sensor. Whether the query is carried out can also depend, for example, on the operational parameters of the motor. For example, the establishment of a usable measurement value may require constant operating conditions to exist for a prolonged period.
Wird der Meßwert des Schadstoffsensors nicht abgefragt, so wird im Schritt S8 des Verfahrens von der Kontrolleinheit der Dosierungsvorrichtung die in Bezug zur berechneten Abgasmenge stöchiometrische Dosis des Reaktionsmittels für eine Zeiteinheit berechnet. Diese berechnete Dosis wird in Verfahrens- schritt S9 um den Faktor 0,4 verringert, so daß die verringerte Dosis nur 60% der stöchiometrischen Dosis ausmacht. Im anschließenden Verfahrensschritt S10 wird das Reaktionsmittel in unterstöchiometrischer Dosierung in den Abgaskanal des Motors eingegeben. Die Eingabe kann kontinuierlich unter- stöchiometrisch oder in kurzen Schüben überstöchiometrisch erfolgen.If the measured value of the pollutant sensor is not queried, the control unit of the metering device calculates the stoichiometric dose of the reactant for a unit of time in relation to the calculated amount of exhaust gas in step S8 of the method. In step S9, this calculated dose is reduced by a factor of 0.4, so that the reduced dose only makes up 60% of the stoichiometric dose. In the subsequent process step S10, the reactant is introduced into the exhaust duct of the engine in substoichiometric metering. The input can be continuously sub-stoichiometric or in short batches super-stoichiometric.
Wird hingegen der Meßwert des Schadstoffsensors im Verfahrensschritt S4 abgefragt, so wird im anschließenden Verfah- rensschritt S5 der Meßwert mit dem berechneten Wert verglichen. In Verfahrensschritt S6 wird entschieden, ob der berechnete Wert innerhalb eines Toleranzbereichs um den Meßwert liegt. Ist das der Fall, so ist der Verfahrensschritt S8 der nächstfolgende Schritt. Ansonsten wird in VerfahrensschrittIf, on the other hand, the measured value of the pollutant sensor is queried in method step S4, the measured value is compared with the calculated value in the subsequent method step S5. In method step S6, a decision is made as to whether the calculated value is within a tolerance range around the measured value lies. If this is the case, method step S8 is the next step. Otherwise, in process step
57 der funktionale Zusammenhang in der Weise korrigiert, daß der berechnete Schadstoffwert im Toleranzbereich um den Meß- wert zu liegen kommt. Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird wie oben beschrieben die Dosierung in den Verfahrensschritten57 the functional relationship is corrected in such a way that the calculated pollutant value comes within the tolerance range around the measured value. In the further course of the process, the dosage in the process steps is as described above
58 und S9 berechnet und anschließend im Verfahrensschritt S10 unterstöchiometrisch dosiert.58 and S9 are calculated and then dosed substoichiometrically in method step S10.
Bei starken Lastwechseln des Motors, die zu starken Schwankungen des Schadstoffmassenstroms führen, kann die Berechnung der Schadstoffmenge im Abgas fehlerhaft sein. Außerdem kann in solchem Fall wegen fehlender verwendbarer Meßwerte die Korrektur der Berechnung unmöglich sein. In diesem Fall ge- währleistet die unterstöchiometrische Dosierung (Verfahrensschritt S9) durch die gering gehaltene Zugabemenge des Reaktionsmittels, daß trotz fehlerhafter Berechnung und Unmöglichkeit der Korrektur kein Reaktionsmittelschlupf auftritt. Ferner ist es bei dem in Figur 1 beschriebenen Verfahren ganz allgemein nicht nötig, daß ein berechneter Schadstoffmengenwert innerhalb eines engen Toleranzbereiches um den tatsächlich vorhandenen Wert liegt. Durch die generelle unterstöchiometrische Dosierung wird eine zu große Zugabe von Reaktionsmittel und ein damit verbundener Reaktionsmittel- schlupf verhindert. Dies ist von besonderer Bedeutung bei der Durchführung des Verfahrens in älteren Fahrzeugen, bei denen beispielsweise keine elektronische Motorsteuerung vorhanden ist. Bei diesen Fahrzeugen sind wenig betriebsrelevante Parameter des Motors abrufbar, was die Berechnung des Schadstoff- mengenwerts schwierig und ungenau macht. Durch die unterstöchiometrische Dosierung wird ein weiterer Fehlerbereich des berechneten Werts um den tatsächlich vorliegenden Schad- stoffmengenwert tolerierbar.The calculation of the pollutant quantity in the exhaust gas can be incorrect in the event of strong engine load changes that lead to large fluctuations in the pollutant mass flow. In such a case, it may also be impossible to correct the calculation due to the lack of usable measured values. In this case, the substoichiometric metering (method step S9) ensures that the addition of the reactant is kept low, so that despite the incorrect calculation and the impossibility of correction, no reactant slip occurs. Furthermore, in the method described in FIG. 1, it is generally not necessary for a calculated pollutant quantity value to be within a narrow tolerance range around the value actually present. The general sub-stoichiometric dosing prevents the reagent from being added too much and the associated reagent slip. This is of particular importance when the method is carried out in older vehicles, for example where there is no electronic engine control. With these vehicles, engine parameters that are not relevant to operation can be called up, which makes the calculation of the pollutant quantity value difficult and inaccurate. The substoichiometric dosing makes it possible to tolerate a further error range of the calculated value around the actually present pollutant quantity value.
Das in den Verfahrensschritten S4 bis S7 dargestellte Korrekturverfahren des funktionalen Zusammenhangs gewährleistet, daß die berechnete und tatsächlich vorliegende Schadstoff- menge des Abgases sich im Laufe der Zeit nicht wesentlich auseinanderbewegen. Diese Gefahr besteht beispielsweise bei einem alten Motor, bei dem manche betriebsrelevanten Parameter, wie beispielsweise Fahrpedalstellung und Drehzahl, nicht zu den gleichen Schadstoffmengen im Abgas führen wie bei einem neuen Motor. Die Korrektur kann entweder selbständig von der Kontrolleinheit der Dosierungsvorrichtung gestartet werden wenn ein Schadstoffsensor fest im Abgaskanal eingebaut ist, oder sie wird bei einer Abgasuntersuchung bei einem Werkstattaufenthalt durchgeführt. Diese Möglichkeit ist besonders bei der Nachrüstung der Dosierungsvorrichtung in alte Fahrzeuge von Vorteil, da in diesem Falle kein Schadstoffsensor nachträglich eingebaut werden muß.The correction process of the functional relationship shown in the process steps S4 to S7 ensures that the calculated and actually present pollutant amount of exhaust gas does not move significantly apart over time. This danger exists, for example, with an old engine, in which some parameters relevant to operation, such as accelerator pedal position and speed, do not lead to the same pollutant levels in the exhaust gas as with a new engine. The correction can either be started automatically by the control unit of the metering device if a pollutant sensor is permanently installed in the exhaust gas duct, or it is carried out during an exhaust gas inspection during a visit to the workshop. This option is particularly advantageous when retrofitting the dosing device in old vehicles, since in this case no pollutant sensor has to be installed subsequently.
Das in Figur 1 dargestellte Verfahren gewährleistet, daß bei intakten Komponenten der Katalysatoreinheit kein Reaktionsmittel durch den Katalysator hindurchtritt. Ist der Katalysator oder ein Teil der Kontrolleinheit der Dosierungsvorrichtung allerdings defekt, so ist ein Reaktionsmittelschlupf nicht auszuschließen. In Figur 2 ist ein Prüf- und Korrekturverfahren angegeben, das den Reaktionsmittelschlupf auch in diesem Fall unterbindet. Die Verfahrensschritte Sl bis einschließlich S10 der Figur 2 sind identisch mit denen in Figur 1. Die zu verringernden Schadstoffe sind Stickoxide, das Re- aktionsmittel ist Ammoniak und der Katalysator ist ein DeNOx- Katalysator. In Schritt S15 des Verfahrens wird geprüft, ob die Bedingung für eine Reaktionsmittelmessung hinter dem Katalysator erfüllt ist. Diese Bedingung ist, daß ein Sensor einer stationären, also externen Abgasprüfanlage in den Ab- gaskanal eingebracht wurde und die Steuereinheit der Abgasprüfanlage mit der Kontrolleinheit der Dosierungsvorrichtung verbunden wurde. Ist die Bedingung erfüllt, wird im nachfolgenden Schritt S16 die Messung auf Reaktionsmittel im Abgas hinter dem Katalysator durchgeführt. Fällt die Prüfung S17, ob ein Reaktionsmittelschlupf vorhanden ist, positiv aus, so wird die Berechnung der Dosierung des Reaktionsmittels (Verfahrensschritt S9) in einem Verfahrensschritt S13 in der Weise korrigiert, daß die Dosierung (Verfahrensschritt S10) verringert wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß - gegebenenfalls nach einigen Zyklen Sl bis S18 - die Dosierung so verringert wurde, daß kein Reaktionsmittelschlupf mehr vorhanden ist.The process shown in FIG. 1 ensures that no reactant passes through the catalyst when the components of the catalyst unit are intact. However, if the catalyst or part of the control unit of the metering device is defective, a slippage of reactant cannot be ruled out. FIG. 2 shows a test and correction method which prevents the slippage of the reactant in this case too. Process steps S1 to S10 inclusive of FIG. 2 are identical to those in FIG. 1. The pollutants to be reduced are nitrogen oxides, the reactant is ammonia and the catalyst is a DeNOx catalyst. In step S15 of the method it is checked whether the condition for a reagent measurement behind the catalytic converter is fulfilled. This condition is that a sensor of a stationary, ie external exhaust gas test system has been introduced into the exhaust gas duct and the control unit of the exhaust gas test system has been connected to the control unit of the metering device. If the condition is met, the measurement for reactants in the exhaust gas behind the catalytic converter is carried out in the subsequent step S16. If the test S17, whether a reactant slip is present, is positive, the calculation of the dosage of the reactant (method step S9) is carried out in a method step S13 corrected so that the dosage (step S10) is reduced. In this way it is ensured that - if necessary after a few cycles S1 to S18 - the dosage has been reduced so that there is no longer any reagent slip.
In Figur 3 wird ein Dieselmotor mit einer angeschlossenen Vorrichtung zur katalytischen Stickoxidreduzierung erläutert, welche nach dem angegebenen Verfahren arbeitet. Der mit Luftuberschuß betriebene Dieselmotor 1 zur Traktion eines Kraftfahrzeuges weist eine Schnittstelle 3 auf, an welcher die aktuellen Werte betriebsrelevanter Parameter abgegriffen werden können. Über eine Brennstoffzufuhrung 4 und eine Luft- zufuhrung 5 wird dem Dieselmotor ein Brennstoff/Luftgemisch zur Verbrennung zur Verfugung gestellt. Das Abgas 6 des Dieselmotors wird über einen Krummer einen Abgaskanal 7 und weiter durch einen Katalysator 8 geleitet. Der Katalysator 8 ist als ein sogenannter DeNOx-Katalysator ausgebildet, welcher nach dem bekannten SCR-Verfahren Stickoxide mit Hilfe des Reaktionsmittels Ammoniak zu molekularem Stickstoff und Wasser zersetzt. Die benotigte Menge an Ammoniak wird durch Hydrolyse aus zudosiertem Harnstoff gewonnen. Mit einer an den Abgaskanal 7 angeschlossenen Vorrichtung 30 und Steuereinheit 31 einer stationären Abgasprufanlage werden Schad- stoff- und Reaktionsmittelmenge im Abgas überwacht.In Figure 3, a diesel engine is explained with a connected device for catalytic nitrogen oxide reduction, which works according to the specified method. The diesel engine 1 operated with excess air for traction of a motor vehicle has an interface 3 at which the current values of operationally relevant parameters can be tapped. A fuel / air mixture for combustion is made available to the diesel engine via a fuel supply 4 and an air supply 5. The exhaust gas 6 of the diesel engine is passed through an exhaust duct 7 and further through a catalytic converter 8. The catalytic converter 8 is designed as a so-called DeNOx catalytic converter, which uses the known SCR process to decompose nitrogen oxides into molecular nitrogen and water using the ammonia reactant. The required amount of ammonia is obtained by hydrolysis from metered urea. The quantity of pollutants and reactants in the exhaust gas is monitored with a device 30 and control unit 31 of a stationary exhaust gas test system connected to the exhaust gas duct 7.
Für die Dosierung des Harnstoffs ist eine Dosierungsvorrichtung 9 vorgesehen, welche für das Reaktionsmittel 10 (=Harnstoff) einen Vorratsbehalter 11, eine Zufuhrleitung 12, ein Dosierventil 13 und eine Einspritzdüse 14 umfaßt. ZurFor the metering of the urea, a metering device 9 is provided, which for the reactant 10 (= urea) comprises a storage container 11, a feed line 12, a metering valve 13 and an injection nozzle 14. to
Steuerung der Dosierungsvorrichtung 9 ist eine Kontrollemheit 18 vorgesehen. Über die Ausgange 19, 20 und 21 der Schnittstelle des Dieselmotors stehen der Kontrollemheit die aktuellen Werte für Drehzahl, Stellung des Fahrpedals und Mo- tortemperatur zur Verfugung. Die Kontrolleinheit 18 steuert das Dosierventil 13 der Dosierungsvorrichtung 9 gemäß dem in Figur 1 beschriebenen Verfahren. Pro Zeiteinheit wird entsprechend einem einstellbaren Verringerungsfaktor gegenüber der stöchiometrischen Menge an Reaktionsmittel 10 eine entsprechend verringerte Menge an Reaktionsmittel 10 dem Abgas 6 beigegeben. Der Verringerungsfaktor ist über eine Eingabevorrichtung 22 der Kontrolleinheit 18 eingebbar. Der zudosierte Harnstoff zerfällt im Abgas 6 durch Hydrolyse in Ammoniak und Reste, wobei Ammoniak als ein Reaktionsmittel mit den Stickoxiden an dem Katalysator 8 reagiert .A control unit 18 is provided for controlling the dosing device 9. The current values for speed, position of the accelerator pedal and engine temperature are available to the control unit via outputs 19, 20 and 21 of the interface of the diesel engine. The control unit 18 controls the metering valve 13 of the metering device 9 according to the method described in FIG. 1. A correspondingly reduced amount of reactant 10 is added to the exhaust gas 6 per unit time in accordance with an adjustable reduction factor compared to the stoichiometric amount of reactant 10. The reduction factor can be input via an input device 22 of the control unit 18. The metered urea breaks down in the exhaust gas 6 by hydrolysis into ammonia and residues, ammonia as a reactant reacting with the nitrogen oxides on the catalyst 8.
Eine Untersuchung des Abgases der Verbrennungsanlage wird von einer Abgasprüfanläge durchgeführt, die eine Vorrichtung 30 zum Anschluß an den Abgaskanal 7, eine Steuereinheit 31 und einen Schadstoffsensor 32 zur Erfassung der Stickoxidkonzentration durch Leitfähigkeitsänderung umfaßt. Der Schadstoffsensor 32 mißt die Stickoxidmenge im Abgas 6 des Motors 1. Über eine Schnittstelle 33 ist er mit der Steuereinheit 31 der Abgasprüfanläge verbunden. Die Steuereinheit 31 der Abgasprüfanlage ist über eine Schnittstelle 35 mit der Kontrolleinheit 18 der Dosierungsvorrichtung 9 verbunden und gibt den Schadstoffmengenwert an die Kontrolleinheit 18. Die Kontrolleinheit 18 führt das in Figur 1 beschriebene Verfah- ren zur Korrektur des funktionalen Zusammenhangs durch.An analysis of the exhaust gas from the incineration plant is carried out by an exhaust gas test system which comprises a device 30 for connection to the exhaust gas duct 7, a control unit 31 and a pollutant sensor 32 for detecting the nitrogen oxide concentration by changing the conductivity. The pollutant sensor 32 measures the amount of nitrogen oxide in the exhaust gas 6 of the engine 1. It is connected to the control unit 31 of the exhaust gas test system via an interface 33. The control unit 31 of the exhaust gas test system is connected via an interface 35 to the control unit 18 of the metering device 9 and transmits the pollutant quantity value to the control unit 18. The control unit 18 carries out the method described in FIG. 1 for correcting the functional relationship.
Zusätzlich wird mittels eines Reaktionsmittelsensors 36 in der Vorrichtung 30 der Abgasprüfanläge der Reaktionsmittelschlupf gemessen. Der Meßwert wird über eine Schnittstelle 37 an die Steuereinheit 31 der Abgasprüfanläge weitergegeben.In addition, the reactant slip is measured in the device 30 of the exhaust gas test system by means of a reactant sensor 36. The measured value is passed on to the control unit 31 of the exhaust gas test system via an interface 37.
Die Reaktionsmittelmenge im Abgas 6 hinter dem Katalysator 8 wird über die Schnittstelle 35 an die Kontrolleinheit 18 der Dosierungsvorrichtung gegeben. Nach dem in Figur 2 beschriebenen Verfahren wird von der Kontrolleinheit 18 die Reakti- onsmitteldosierung so eingestellt, daß kein Reaktionsmittel- schlupf auftritt. The amount of reactant in the exhaust gas 6 downstream of the catalytic converter 8 is passed to the control unit 18 of the metering device via the interface 35. According to the method described in FIG. 2, the control unit 18 adjusts the reactant metering in such a way that no reactant slip occurs.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur katalytischen Verringerung des Schadstoffgehalts im Abgas (6) einer Verbrennungsanlage (1), bei dem a) ein Reaktionsmittel (10) dem Abgas (6) zugegeben (SlO) und an einem Katalysator (8) mit dem Schadstoff umgesetzt wird, b) mittels eines funktionalen Zusammenhangs aus betriebsrelevanten Parametern der Verbrennungsanlage die pro Zeiteinheit von der Verbrennungsanlage emittierte Schadstoffmenge berechnet wird c) aus der berechneten Schadstoffmenge eine Zugabemenge des Reaktionsmittels (10) berechnet wird (S2,S8), d) der funktionale Zusammenhang überprüft (S4-S6) und entsprechend korrigiert wird (S7) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Abgas (6) innerhalb der Zeiteinheit eine, bezogen auf die für die Zeiteinheit berechnete Schadstoffmenge, unterstöchiometrische Menge des Reaktionsmittels (10) zudosiert wird (S9,S10).1. A process for the catalytic reduction of the pollutant content in the exhaust gas (6) of an incineration plant (1), in which a) a reaction agent (10) is added to the exhaust gas (6) (SlO) and is reacted with the pollutant on a catalyst (8), b) by means of a functional relationship from operationally relevant parameters of the incineration plant, the amount of pollutant emitted per unit of time is calculated c) from the calculated amount of pollutant, an addition amount of the reactant (10) is calculated (S2, S8), d) the functional relationship is checked (S4 -S6) and is corrected accordingly (S7), characterized in that a sub-stoichiometric amount of the reactant (10), based on the amount of pollutant calculated for the time unit, is added to the exhaust gas (6) (S9, S10).
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine gegenüber der berechneten stöchiometrischen Menge um einen Faktor von 0,1 bis 0,8 verringerte Menge des Reaktionsmittels (10) zudosiert wird.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that an amount of the reagent (10) reduced by a factor of 0.1 to 0.8 compared to the calculated stoichiometric amount is metered.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Abgas (6) hinter dem Katalysator (8) auf Vorhandensein des Reaktionsmittels (10) überprüft wird (S16), und daß die Zugabemenge in der Weise eingestellt wird (S18, S2, S8, S9) , daß im wesentlichen kein Reakti- onsmittel (10) im Abgas hinter dem Katalysator (8) vorhanden ist.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust gas (6) behind the catalyst (8) for the presence of the reaction agent (10) is checked (S16), and that the amount added is set in such a way (S18, S2, S8, S9) that there is essentially no reactant (10) in the exhaust gas behind the catalyst (8).
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Überprüfung (S16) bei Bedarf mit einem externen Prüfgerät (17) durchgeführt wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the check (S16) is carried out if necessary with an external test device (17).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Reaktionsmittel (10) Ammoniak oder eine Ammoniak freisetzende Substanz, insbesondere Harnstoff, ist, und als Schadstoff Stickoxide gemäß dem Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion an einem DeNOx-Katalysator (8) beseitigt werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reactant (10) is ammonia or an ammonia-releasing substance, in particular urea, and as a pollutant nitrogen oxides according to the method of selective catalytic reduction on a DeNOx catalyst (8) be eliminated.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbren- nungsanlage em mit Luftuberschuß betriebener Verbrennungsmotor (1) zur Traktion eines Kraftfahrzeuges ist.6. The method according to any one of claims 1 to 5, so that the combustion system is an internal combustion engine (1) operated with excess air for traction of a motor vehicle.
7. Vorrichtung zur katalytischen Entfernung eines Schadstoffes im Abgas (6) einer Verbrennungsanlage (1), a) mit einem vom Abgas (6) durchstrombaren Katalysator (8) zur Umsetzung eines Reaktionsmittels (10) mit dem Schadstoff, b) mit einer Dosierungsvorrichtung (9) zur Einbringung des Reaktionsmittels (10) m das Abgas (6) und c) mit einer Kontrollemheit (18) zur Steuerung des Reakti- onsmitteldurchsatzes m der Dosierungsvorrichtung, wobei die Kontrollemheit (18) für die Berechnung der pro Zeiteinheit von der Verbrennungsanlage emittierten Schadstoffmenge mittels eines funktionalen Zusammenhangs aus be- triebsrelevanten Parametern der Verbrennungsanlage (1) und für die Überprüfung und die Korrektur des funktionalen Zusammenhangs ausgelegt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontrollemheit (18) f r die unterstöchiometrische Dosierung des Reaktionsmittels (10) m Bezug auf den berechneten Schadstoffgehalt ausgelegt ist.7. Device for the catalytic removal of a pollutant in the exhaust gas (6) of an incineration plant (1), a) with a catalytic converter (8) through which the exhaust gas (6) can flow for converting a reactant (10) with the pollutant, b) with a metering device ( 9) for introducing the reactant (10) m the exhaust gas (6) and c) with a control unit (18) for controlling the reactant throughput m of the metering device, the control unit (18) for calculating the unit of time emitted by the incinerator The amount of pollutant is designed by means of a functional relationship from operationally relevant parameters of the incineration plant (1) and for checking and correcting the functional relationship, characterized in that the control unit (18) for the substoichiometric metering of the reactant (10) m in relation to the calculated Pollutant content is designed.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontrollemheit (18) eine Emgabevorrichtung (22) aufweist, mit der em Verringerungsfaktor eingebbar ist, der zur Berechnung der unterstochiome- trischen Eingabemenge herangezogen wird. 8. The device according to claim 7, characterized in that the control unit (18) has an input device (22) with which em reduction factor can be entered, which is used to calculate the substochiometric input quantity.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontrolleinheit (18) eine Schnittstelle (35) für eine Übertragung von Daten aufweist, die mittels eines Schadstoffsensors (32) und/oder ei- nes Reaktionsmittelsensors (36) gewonnen wurden. 9. The device according to claim 7 or 8, that the control unit (18) has an interface (35) for the transmission of data obtained by means of a pollutant sensor (32) and / or a reactant sensor (36).
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