DE102008045959A1

DE102008045959A1 - Reduktionsmittelzuführsystem für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008045959A1
Application number: DE102008045959A
Authority: DE
Inventors: Peter Bauer; Rainer Bentz; Hermann Dr. Ketterl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: DE102008045959B4

Abstract

Reduktionsmittelzuführsystem (55) für einen SCR-Katalysator (34) einer Brennkraftmaschine, die mindestens aufweist einen Zylinder (Z1) mit einem Brennraum (26) und einen Abgastrakt (14), dem Abgas aus dem Brennraum (26) zuführbar ist und in dem der SCR-Katalysator (34) angeordnet ist. Das Reduktionsmittelzuführsystem (55) weist auf ein Reduktionsmitteleinspritzventil (54) zum Zumessen von Reduktionsmittel in den Abgastrakt (14), einen Reduktionsmitteltank (56), aus dem dem Reduktionsmitteleinspritzventil (64) mittels hydraulischer Aggregate (59, 60, 62) Reduktionsmittel zuführbar ist, und eine Wärmedämmanordnung (66), in der der Reduktionsmitteltank (56) und/oder mindestens eines der hydraulischen Aggregate (59, 60, 62) angeordnet sind. Die Wärmedämmanordnung (66) weist ein Latentwärmespeichermaterial auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittelzuführsystem für eine Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Zylinder mit einem Brennraum und einen Abgastrakt. Der Abgastrakt kommuniziert abhängig von einer Schaltstellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum. Das Reduktionsmittelzuführsystem umfasst ein Reduktionsmitteleinspritzventil zum Zumessen von Reduktionsmittel in den Abgastrakt. Ferner umfasst das Reduktionsmittelzuführsystem einen Reduktionsmitteltank, aus dem über eine Reduktionsmittelleitung Reduktionsmittel zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil geleitet werden kann.
Zur Reduzierung eines Stickoxidanteils im Abgas einer Brennkraftmaschine kann eine Abgasnachbehandlung mit wässriger Reduktionsmittellösung und einem SCR-Katalysator durchgeführt werden. Die wässrige Reduktionsmittellösung kann auch als Reduktionsmittel bezeichnet werden. Bevorzugt ist das Reduktionsmittel Harnstoff. Zur Abgasnachbehandlung wird die wässrige Reduktionsmittellösung mit einer Flüssigkeitspumpe zu einem Reduktionsmitteleinspritzventil gepumpt, das die Reduktionsmittellösung stromaufwärts des SCR-Katalysators in einen Abgasstrom in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zumisst. Die Reduktionsmittellösung reagiert in dem heißen Abgasstrom bevorzugt zu Ammoniak und Kohlendioxid. In dem SCR-Katalysator reagiert dann der Ammoniak mit dem Stickoxidgemisch des Abgases zu Stickstoff und Wasser.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Reduktionsmittelzuführsystem zu schaffen, das ein genaues Zumessen von Reduktionsmittel in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Reduktionsmittelzuführsystem für einen SCR-Katalysator einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst mindestens einen Zylinder mit einem Brennraum und einen Abgastrakt, dem Abgas aus dem Brennraum zuführbar ist und in dem der SCR-Katalysator angeordnet ist. Das Reduktionsmittelzuführsystem weist auf ein Reduktionsmitteleinspritzventil zum Zumessen von Reduktionsmittel in den Abgastrakt, einen Reduktionsmitteltank, aus dem dem Reduktionsmitteleinspritzventil mittels hydraulischer Aggregate Reduktionsmittel zuführbar ist, und eine Wärmedämmanordnung. In der Wärmedämmanordnung sind der Reduktionsmitteltank und/oder mindestens eines der hydraulischen Aggregate angeordnet. Die Wärmedämmanordnung weist ein Latentwärmespeichermaterial auf.
Dies hat den Vorteil, dass ein Einfrieren und/oder Überhitzen des Reduktionsmittels aufgrund der Eigenschaften des Latentwärmespeichermaterials vermieden werden kann. Kurzfristige Temperaturspitzen in der Brennkraftmaschine können in Bereichen innerhalb der Wärmedämmanordnung ausgeglichen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung, und
2 eine weitere Darstellung der Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittelzuführsystem und einer Wärmedämmanordnung.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gezeigt, mit einem Ansaugtrakt 10, einem Motorblock 12, einem Zylinderkopf 13 und einem Abgastrakt 14. Der Ansaugtrakt 10 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 15, einen Sammler 16, und ein Saugrohr 17. Das Saugrohr 17 ist hin zu einem Zylinder Z1 beim Einlasskanal in einen Brennraum 26 des Motorblocks 12 geführt. Der Motorblock 12 umfasst eine Kurbelwelle 18, welche über eine Pleuelstange 20 mit einem Kolben 21 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 13 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 22 und einem Gasauslassventil 24. Der Zylinderkopf 13 umfasst ferner ein Einspritzventil 28 und eine Zündkerze 30. Alternativ kann das Einspritzventil 28 auch in dem Saugrohr 17 angeordnet sein.
In dem Abgastrakt 14 ist ein Oxidationskatalysator 32 angeordnet. Ferner ist in dem Abgastrakt ein Katalysator 34 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator) angeordnet. Der Oxidationskatalysator 32 kann das NO zu NO₂ oxidieren und damit ein Verhältnis von NO zu NO₂ herstellen, das besonders günstig für den Betrieb des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion ist.
Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Steuervorrichtung 35 auf, mit Sensoren, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgrößen ermitteln können. Die Steuervorrichtung 35 ermittelt in Abhängigkeit von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden können. Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 15, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 22, 24, das Einspritzventil 28 oder die Zündkerze 30.
Die Sensoren umfassen einen Pedalstellungsgeber 36, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 38 erfasst. Weiter weist die Brennkraftmaschine einen Luftmassensensor 40 auf, der stromaufwärts der Drosselklappe 15 angeordnet ist und dort einen Luftmassenstrom erfasst. Ein Temperatursensor 42 stromaufwärts der Drosselklappe 15 erfasst eine Ansauglufttemperatur. Ein Saugrohrdrucksensor 44 stromabwärts der Drosselklappe 15 ist in dem Sammler 16 angeordnet und erfasst einen Saugrohrdruck in dem Sammler 16.
Stromaufwärts des Oxidationskatalysators 32 ist eine Abgassonde 52 angeordnet, die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1.
Ferner ist ein Stickoxidsensor 54 vorgesehen, der stromabwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion angeordnet ist und der einerseits einen Stickoxidgehalt des Abgases erfasst und andererseits eine Querempfindlichkeit gegenüber Ammoniak aufweist.
Ferner ist dem Abgastrakt 14 vorzugsweise ein Reduktionsmittelzuführsystem 55 zugeordnet (2). Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 umfasst einen Reduktionsmitteltank 56 zum Aufnehmen des Reduktionsmittels. Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 hat weiter verschiedene hydraulische Aggregate wie einen Filter 59, eine Reduktionsmittelpumpe 60, einen Druckregler 62, einen Drucksensor 63 und ein Reduktionsmitteleinspritzventil 64. Mittels der Reduktionsmittelpumpe 60 kann das Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmitteltank 56 über eine Reduktionsmittelleitung 58 zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil 64 geleitet wird. Durch entsprechendes Ansteuern des Reduktionsmitteleinspritzventils 64 kann dann das Reduktionsmittel dem Abgastrakt 14 zugemessen werden, wobei die Einspritzrichtung sowohl in Richtung des Abgasstroms als auch in Richtung entgegen dem Abgasstrom erfolgen kann. Das Pumpen des Reduktionsmittels aus dem Reduktionsmitteltank 56 hin zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil 64 trägt zu einem vorteilhaften Zumessen des Reduktionsmittels bei.
Zum Zuführen von Reduktionsmittel ragt das Reduktionsmitteleinspritzventil 64 in den Abgastrakt 14 stromabwärts des Oxidationskatalysators 32 und stromaufwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion hinein. Stromabwärts des Reduktionsmitteleinspritzventils 64 und stromaufwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion ist vorzugsweise eine Mischvorrichtung zum Mischen des zugemessenen Reduktionsmittels mit dem Abgas angeordnet.
Zusätzlich zu dem Katalysator 34 zur selektiven katalytischen Reduktion kann stromabwärts des Katalysators 34 zur selektiven katalytischen Reduktion ein Oxidationskatalysator 46 vorgesehen sein, mittels dem Ammoniak, das aus dem Katalysator 34 zur selektiven katalytischen Reduktion austreten konnte, vor dem Austritt aus dem Abgastrakt 14 oxidiert werden kann.
Stromabwärts des Brennraums 26 zweigt eine Abgasrückführleitung 48 von dem Abgastrakt 14 ab, die stromaufwärts des Brennraums 26 in den Ansaugtrakt 10 mündet. In der Abgasrückführleitung 48 ist ein Abgasrückführventil 50 angeordnet, mittels dem die zurückgeleitete Abgasmenge gesteuert werden kann. Mittels der Abgasrückführleitung 48 kann Abgas in den Brennraum 26 der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden, um so den Sauerstoffgehalt in dem angesaugten, für den Brennraum 26 bestimmten Gasgemisch zu senken, und so die Emission von Stickoxiden zu senken.
Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen ebenfalls entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind.
Das Reduktionsmittelzuführsystem 55 hat eine Wärmedämmanordnung 66. Der Reduktionsmitteltank 56, der Filter 59, die Reduktionsmittelpumpe 60 und der Druckregler 62 sind innerhalb der Wärmedämmanordnung 66 angeordnet. Die Wärmedämmanordnung 66 umfasst ein Latentwärmespeichermaterial.
Latentwärmespeichermaterialien nutzen die Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermaterials. So kann insbesondere der Phasenübergang fest-flüssig genutzt werden. Beim Schmelzen nimmt das Latentwärmespeichermaterial eine vorgegebene Wärmemenge auf. Dieser Vorgang ist reversibel, so dass das Latentwärmespeichermaterial die gespeicherte Wärmemenge beim Erstarren wieder abgeben kann. Besonders vorteilhaft ist, dass die Wärme in einem durch die Schmelztemperatur des eingesetzten Latentwärmespeichermaterials festgelegten Temperaturbereich gespeichert werden kann.
Aufgrund dieser Eigenschaften des Latentwärmespeichermaterials kann vermieden werden, dass das in dem Reduktionsmittelzuführsystem 55 innerhalb der Wärmedämmanordnung 66 eingesetzte Reduktionsmittel einfriert oder sich über eine vorgegebene Temperatur hinaus erhitzen kann.
Insbesondere können so durch die Brennkraftmaschine verursachte kurzfristige Temperaturspitzen in den innerhalb der Wärmedämmanordnung 66 mit Latentwärmespeichermaterial angeordneten Bereichen des Reduktionsmittelzuführsystems 55 ausgeglichen werden.
Des Weiteren kann so insbesondere verhindert werden, dass beim Auftreten von tiefen Temperaturen außerhalb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei Außentemperaturen unterhalb von –11°C, Reduktionsmittel in den innerhalb der Wärmedämmanordnung 66 mit Latentwärmespeichermaterial angeordneten Bereichen des Reduktionsmittelzuführsystems 55 einfriert.

Claims

Reduktionsmittelzuführsystem (55) für einen SCR-Katalysator (34) einer Brennkraftmaschine, die mindestens aufweist einen Zylinder (Z1) mit einem Brennraum (26) und einen Abgastrakt (14), dem Abgas aus dem Brennraum (26) zuführbar ist und in dem der SCR-Katalysator (34) angeordnet ist, wobei das Reduktionsmittelzuführsystem (55) aufweist – ein Reduktionsmitteleinspritzventil (54) zum Zumessen von Reduktionsmittel in den Abgastrakt (14), – einen Reduktionsmitteltank (56), aus dem dem Reduktionsmitteleinspritzventil (64) mittels hydraulischer Aggregate (59, 60, 62) Reduktionsmittel zuführbar ist, und – eine Wärmedämmanordnung (66), in der der Reduktionsmitteltank (56) und/oder mindestens eines der hydraulischen Aggregate (59, 60, 62) angeordnet sind, wobei die Wärmedämmanordnung (66) ein Latentwärmespeichermaterial aufweist.