WO2001025601A1 - Vorrichtung zum nachbehandeln von abgasen einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a device for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine using one to be introduced into the exhaust gases
  • Reducing agent in particular urea or urea-water solution, according to the preamble of claim 1.
  • Efficient exhaust gas aftertreatment systems are made available, for example, by means of catalyst systems which use urea and / or ammonia as a reducing agent for NO x conversion.
  • reduction catalysts have been developed, especially for diesel engines, which are usually used in so-called SCR catalysts (Selective Catalytic Reduction) with urea dosing system and
  • Storage catalysts are divided.
  • the so-called SCR catalysts are generated by means of a urea and / or ammonia reducing agent supply, while the so-called storage catalysts are regenerated with hydrocarbons of the internal combustion engine fuel carried in so-called exhaust gas fat phases.
  • a system is known from EP-A-0381236 which doses ammonia as a reducing agent for removing nitrogen oxides in exhaust gases from a diesel engine.
  • a turbocharger is also provided, which lowers the pressure of the exhaust gas.
  • a urea-water solution is added using compressed air.
  • a device for the aftertreatment of an internal combustion engine in which the performance of the catalyst is to be improved via a metering device.
  • the metering device is designed as a small-volume metering displacement pump which has a thread in the form of a groove on a cylindrical rotating body, the rotating body being driven at a variable speed in order to change the delivery rate.
  • the addition of the reducing agent into the exhaust system is preferably dependent on the Kennfeid, ie. H. depending on the amount and / or composition of the exhaust gas.
  • the object of the invention is to improve a generic device for the aftertreatment of exhaust gases in such a way that pressure control of the operating pressure of the supplied reducing agent is ensured in a simple and reliable manner.
  • reducing agent line prevailing pressure To use reducing agent line prevailing pressure, the above-mentioned effects, in particular drift effects and non-linearities, can be compensated, in addition, multi-dimensional maps of a pressure control can be displayed.
  • a prevailing in the reducing agent line Pressure can be set independently of a quantity of reducing agent to be supplied to the mixing chamber of the device, for example an increasing mixing chamber pressure with increasing quantity of reducing agent can be compensated.
  • the reducing agent metering and mixture preparation can thus be adapted to the respective operating conditions.
  • the closed control circuit has a solenoid valve which can be controlled by means of a control device for pressure regulation and a pressure sensor which is operatively connected to the control device for detecting the pressure prevailing in the reducing agent line.
  • a control device for pressure regulation and a pressure sensor which is operatively connected to the control device for detecting the pressure prevailing in the reducing agent line.
  • the reducing agent can expediently be introduced into the mixing chamber via an injection valve designed as a solenoid valve, the injection valve in particular being identical in construction to the solenoid valve
  • Figure 1 is a block diagram view of a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • 1 denotes a urea tank, from which a urea-water solution is drawn in by a feed pump 4 via a line 1 a with a check valve 2 and a filter 3 designed as a filter screen, and via a pressure or pulsation damper 5 and another Check valve 6 is fed to a metering valve 7 of a mixing chamber 8.
  • the metering valve 7 doses the required amount of urea-water solution in a mixing room, which is not shown in detail in the figure.
  • a pressure sensor that detects the pressure in line la is designated by 10.
  • a return line 1 b branches off from line 1 a, which can be acted upon by means of a 2/2-way solenoid valve 11.
  • a further check valve 2a is formed in the return line 1b.
  • the pressure sensor 10 transmits detected pressure values to a control device 40 via a line 50.
  • a controller 52 is designed as software integrated in the control device.
  • the control device 40 outputs, depending on the means of Pressure sensor 10 detects pressure values in line la, control signals to solenoid valve 11 via a control line 51.
  • the return line can be opened or blocked by corresponding actuation of solenoid valve 11, as a result of which the pressure within line la can be regulated.
  • the regulator 52, the solenoid valve 11 and the corresponding lines 50, 51 a closed control loop for regulating the pressure in line 1a is therefore provided.
  • the solenoid valve 11 for example, a necessary ventilation of the line 1 a can be carried out. According to an embodiment that is not shown in detail, it would be conceivable that the controller function is taken over by the control device 40.
  • the 20 also denotes a compressed air container from which compressed air can be introduced into the mixing chamber 8 via a pressure limiter 21, a 2/2-way valve 22 and a check valve 23.
  • a check valve 23 which for example as
  • Ball valve or flat valve can be formed, backflow of a reducing agent-air mixture from the mixing chamber can be prevented in the compressed air line.
  • the risk of contamination of an on-board compressed air system communicating with the compressed air line 24 is advantageously greatly reduced compared to conventional systems.
  • an aerosol and a wall film are generated by applying compressed air to the urea-water solution, which aerosol line 25 are introduced into a catalyst 30.
  • the control unit 40 detects signals that are received by a higher-level engine control unit via a CAN data line 41, as well as the signals from pressure, temperature and level sensors 61 to 65, the functioning of which is known per se and will not be explained further here.
  • the control unit 40 uses this information to calculate a urea metering quantity which is to be added to an exhaust gas flowing through the catalytic converter 30.
  • the control device 40 also regulates the pressure in the compressed air line 24 with the aid of the described solenoid valves, as well as the pressure in the urea line la with the aid of the solenoid valve 11 (vent valve) and the urea pressure sensor 10. Deviations and errors can be identified and stored by means of the control device 40.
  • the error memory can be read out of the control unit with the help of an interface and the corresponding diagnostic software.

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Abstract

Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines in die Abgase einzubringenden Reduktionsmittels, insbesondere eines Harnstoffs bzw. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, mit einer Mischkammer (8), in welche in einem Reduktionsmittelspeicher (1) gespeichertes Reduktionsmittel über eine Reduktionsmittelleitung (1a), und in einem Druckluftspeicher (20) enthaltene Druckluft über eine Druckluftleitung (24) zur Erzeugung eines Reduktionsmittel-Luft-Gemisches einbringbar sind, wobei ein geschlossener Regelkreis (1a, 10, 11, 50, 51, 52) zur Regelung bzw. Steuerung eines in der Reduktionsmittelleitung (1) herrschenden Druckes vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines in die Abgase einzubringenden
Reduktionsmittels, insbesondere Harnstoff bzw. Harnstoff- Wasser-Lösung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Als Folge der in den letzten Jahren stets niedriger anzusetzenden Schadstoffgrenzwerte sind zahlreiche
Vorrichtungen und Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen in Brennkraftmaschinen entwickelt worden. Beispielsweise mittels Katalysatorsystemen, welche Harnstoff und/oder Ammoniak als Reduktionsmittel zur NOx-Konvertierung verwenden, sind effiziente Abgasnachbehandlungssysteme zur Verfügung gestellt.
Um eine Verminderung von NOx-Bestandteilen in Abgasen zu erzielen, wurden insbesondere für Dieselmotoren Reduktionskatalysatoren entwickelt, die üblicherweise in sogenannte SCR-Katalysatoren (engl. Selective Catalytic Reduction) mit Harnstoffdosiersystem und
Speicherkatalysatoren unterteilt werden. Die sogenannten SCR-Katalysatoren werden mittels einer Harnstoff- und/oder Ammoniakreduktionsmittelzufuhr generiert, während die sogenannten Speicherkatalysatoren mit Kohlenwasserstoffen des mitgeführten Brennkraftmaschinen-Brennstoffs in sogenannten Abgasfettphasen regeneriert werden.
Aus der EP-A-0381236 ist ein System bekannt, welches zum Entfernen von Stickoxiden in Abgasen aus einem Dieselmotor Ammoniak als Reduktionsmittel zudosiert . Bei diesem System ist ferner ein Turbolader vorgesehen, welcher den Druck des Abgases senkt. Eine verwendete Harnstoff-Wasser-Lösung wird mittels Druckluft zudosiert.
Aus der DE-A-44 41 261 ist eine Einrichtung zum Nachbehandeln einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher die Leistung des Katalysators über eine Dosiereinrichtung verbessert werden soll. Die Dosiereinrichtung ist als Kleinstmengendosier-Verdrängerpumpe ausgebildet, die auf einem zylindrischen Rotationskörper einen Gewindegang in der Form einer Nut aufweist, wobei zur Änderung der Förderungleistung der Rotationskörper mit variabler Drehzahl angetrieben wird. Die Zugabe des Reduktionsmittels in das Abgassystem erfolgt vorzugsweise kennfeidabhängig, d. h. in Abhängigkeit von Menge und/oder Zusammensetzung des Abgases .
Es ist beispielsweise aus der DE 42 30 056 AI bekannt, ein Aerosol auf der Grundlage eines Reduktionsmittels und dieses beaufschlagender Druckluft in einer Mischkammer zu erzeugen. Hierbei werden das Reduktionsmittel und die Luft über getrennte Leitungen der Mischkammer zugeführt.
Es ist bei derartigen herkömmlichen Vorrichtungen zum Nachbehandeln einer Brennkraftmaschine üblich, eine Regelung des Betriebsdruckes des zugeführten Reduktionsmittels, insbesondere der zugeführten Harnstoff- Wasser-Lösung (HWL) mittels eines mechanischen Druckreglers durchzuführen. Derartige Druckregler weisen individuelle Kennlinien auf, die von der Durchströmmenge, der Temperatur oder auch dem Alter des Druckreglers abhängig sind, und somit zu Streu-, Drift- oder Nichtlinearitätseffekten bei der Druckregelung führen können.
Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen dahingehend, daß eine Druckregelung des Betriebsdruckes des zugeführten Reduktionsmittels in einfacher und zuverlässiger Weise gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, einen geschlossenen Regelkreis zur Regelung bzw. Steuerung eines in der
Reduktionsmittelleitung herrschenden Druckes zu verwenden, können die oben erwähnten Effekte, insbesondere Drifteffekte und Nichtlinearitäten, kompensiert werden, wobei darüber hinaus mehrdimensionale Kennfelder einer Druckregelung darstellbar sind. Dies führt beispielsweise dazu, daß ein in der Reduktionsmittelleitung herrschender Druck unabhängig von einer der Mischkammer der Vorrichtung zuzuführenden Reduktionsmittelmenge eingestellt werden kann, beispielsweise kann ein mit zunehmender Reduktionsmittelmenge steigender Mischkammerdruck kompensiert werden.
Mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen geschlossenen Regelkreises mit frei steuerbarem Reduktionsmitteldruck kann somit die Reduktionsmittel-Dosierung und Gemischaufbereitung den jeweiligen Betriebszuständen angepaßt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der geschlossene Regelkreis ein mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Magnetventil zur Druckregelung und einen mit dem Steuergerät in Wirkverbindung stehenden Drucksensor zur Detektierung des in der Reduktionsmittelleitung herrschenden Druckes auf. Derartige Bauteile sind in preiswerter Weise verfügbar und erweisen sich in der Praxis als robust und zuverlässig, so daß auf der Grundlage derartiger Bauteile ein zuverlässiger Regelkreis bereitstellbar ist.
Zweckmäßigerweise ist das Reduktionsmittel über ein als Magnetventil ausgeführtes Einspritzventil in die Mischkammer einführbar, wobei das Einspritzventil insbesondere baugleich mit dem Magnetventil zur
Druckregelung in der Reduktionsmittelleitung ausgebildet ist. Durch baugleiche Ausbildung der erwähnten Einspritzventile sind die Kosten der Vorrichtung insgesamt weiter reduzierbar.
Die Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform weiter beschrieben. Es zeigt
Figur 1 eine blockschaltbildartige Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Figur 1 ist mit 1 ein Harnstofftank bezeichnet, aus welchem eine Harnstoff-Wasser-Lösung über eine Leitung la mit einem Rückschlagventil 2 und einem als Filtersieb ausgeführten Filter 3 von einer Förderpumpe 4 angesaugt und über einen Druck- bzw. Pulsationsdämpfer 5 sowie ein weiteres Rückschlagventil 6 zu einem Dosierventil 7 einer Mischkammer 8 gefördert wird. Das Dosierventil 7 dosiert die erforderliche Menge an Harnstoff-Wasser-Lösung in einen Mischraum, welcher in der Figur nicht im einzelnen dargestellt ist. Ein den Druck in der Leitung la detektierender Drucksensor ist mit 10 bezeichnet. Ferner zweigt von der Leitung la ein Rückführleitung lb ab, welche mittels eines als 2/2 -Wege-Magnetventils 11 beaufschlagbar ist. In der Rückführleitung lb ist ein weiteres Rückschlagventil 2a ausgebildet.
Der Drucksensor 10 überträgt detektierte Druckwerte über eine Leitung 50 in ein Steuergerät 40. Ein Regler 52 ist als Software in dem Steuergerät integriert ausgebildet. Das Steuergerät 40 gibt, in Abhängigkeit von den mittels des Drucksensors 10 detektierten Druckwerten in der Leitung la, über eine Steuerleitung 51 Steuersignale auf das Magnetventil 11. Durch entsprechende Betätigung des Magnetventils 11 ist die Rückführleitung öffnenbar oder sperrbar, wodurch eine Regelung des Druckes innerhalb der Leitung la durchführbar ist. Mittels des Drucksensors 10, des Reglers 52, des Magnetventils 11 und der entsprechenden Leitungen 50, 51 ist daher ein geschlossener Regelkreis zur Regelung des Drucks in der Leitung la zur Verfügung gestellt. Mittels des Magnetventils 11 ist ferner beispielsweise eine notwendige Entlüftung der Leitung la durchführbar. Gemäß einer nicht im einzelnen dargestellten Ausführungsform wäre es denkbar, daß die Reglerfunktion durch das Steuergerät 40 übernommen wird.
Mit 20 ist ferner ein Druckluftbehälter bezeichnet, aus welchem Druckluft über einen Druckbegrenzer 21, ein 2/2- Wegeventil 22 und ein Rückschlagventil 23 in die Mischkammer 8 einbringbar ist. Durch Vorsehen des Rückschlagventils 23, welches beispielsweise als
Kugelventil oder Flachventil ausgebildet sein kann, kann ein Rückströmen eines Reduktionsmittel-Luft-Gemisches aus der Mischkammer in die Druckluftleitung verhindert werden. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise die Gefahr einer Kontamination eines mit der Druckluftleitung 24 kommunizierenden Druckluft-Bordnetzes gegenüber herkömmlichen Systemen stark reduziert.
In der Mischkammer 8 wird unter Beaufschlagung der Harnstoff-Wasser-Lösung mittels der Druckluft ein Aerosol und ein Wandfilm erzeugt, welche über eine Aerosolleitung 25 in einen Katalysator 30 eingebracht werden. Das Steuergerät 40 erfaßt hierbei Signale, die von einem übergeordneten Motorsteuergerät über eine CAN-Datenleitung 41 empfangen werden, sowie die Signale von Druck-, Temperatur- bzw. Füllstandssensoren 61 bis 65, deren Funktionsweise an sich bekannt ist und hier nicht weiter erläutert wird. Das Steuergerät 40 berechnet aus diesen Informationen eine Harnstoff-Dosiermenge, welche einem den Katalysator 30 durchströmenden Abgas zugegeben werden soll.
Das Steuergerät 40 regelt ferner mit Hilfe der beschriebenen Magnetventile sowohl den Druck in der Druckluftleitung 24, als auch mit Hilfe des Magnetventils 11 (Entlüftungsventil) und des Harnstoffdrucksensors 10 den Druck in der Harnstoffleitung la. Mittels des Steuergerätes 40 sind Abweichungen und Fehler erkennbar und speicherbar. Der Fehlerspeicher kann aus dem Steuergerät mit Hilfe eines Interfaces und entsprechender Diagnosesoftware ausgelesen werden .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer
Brennkraftmaschine unter Verwendung eines in die Abgase einzubringenden Reduktionsmittels, insbesondere eines Harnstoffs bzw. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, mit einer Mischkammer (8) , in welche in einem Reduktionsmittelspeicher (1) gespeichertes Reduktionsmittel über eine Reduktionsmittelleitung (la) , und in einem Druckluftspeicher (20) enthaltene Druckluft über eine Druckluftleitung (24) zur Erzeugung eines Reduktionsmittel- Luft-Gemisches einbringbar sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen geschlossenen Regelkreis (la, 10, 11, 50, 51, 52,) zur Regelung bzw. Steuerung eines in der Reduktionsmittelleitung (la) herrschenden Druckes.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Regelkreis ein mittels eines Steuergerätes und/oder Reglers (40, 52) ansteuerbares Magnetventil (11) zur Druckregelung und einen mit dem Steuergerät (40) und/oder Regler (52) in Wirkverbindung stehenden Drucksensor (10) zur Detektierung des in der
Reduktionsmittelleitung (la) herrschenden Druckes aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel über ein als Magnetventil ausgeführtes Einspritzventil (7) in die Mischkammer einführbar ist, wobei das Einspritzventil (7) insbesondere baugleich mit dem Magnetventil (11) zur Druckregelung ausgeführt ist.
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