DE102008043141A1

DE102008043141A1 - Tank und Abgassteuervorrichtung, die selbigen verwendet

Info

Publication number: DE102008043141A1
Application number: DE102008043141A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Kariya-shi Matsuyama; Kenji Kariya-shi Date
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2009-05-14
Also published as: JP2009103069A

Abstract

Ein Tank zur Verwendung in einem Abgassteuersystem ist vorgesehen, das ausgelegt ist, um Ammoniak in ein Abgas zu sprühen, das aus einer Brennkraftmaschine abgegeben wird, um Stickoxidemissionen, die in dem Abgas enthalten sind, zu reduzieren. Der Tank besteht aus einer doppelwandigen Struktur einschließlich eines Innenbehälters, der eine Ammoniakspeicherkammer definiert, in der Ammoniak gespeichert ist, eines Außenbehälters, der den Innenbehälter umgibt, und einer Fluidspeicherkammer, die zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter definiert ist. Die Fluidspeicherkammer speichert in sich ein Fluid, wie beispielsweise Wasser, welches dazu dient, um das Ammoniak zu lösen und zu fangen, welches aus der Ammoniakspeicherkammer entweicht, wodurch die Freisetzung des Ammoniaks in die Atmosphäre vermieden wird. Eine Abgassteuervorrichtung ist ebenfalls vorgesehen, die den Tank aufweist und ausgelegt ist, um Wasser in das Abgas zu sprühen, um das Ammoniak zu fangen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Tank in dem Ammoniak zum Gebrauch als Reduktionsmittel in einer Abgassteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gespeichert ist und auf eine Abgassteuervorrichtung, die einen derartigen Tank verwendet.
2. Stand der Technik
SCR-Systeme (Systeme mit selektiver katalytische Reduktion) sind bekannt, die als Abgassteuersysteme für Automobilbrennkraftmaschinen wie beispielsweise Dieselmaschinen ausgelegt sind, um ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung oder Ammoniak zu verwenden, um NOx-Emissionen (Stickoxidemissionen), die in einem Abgas enthalten sind, in harmlose oder weniger schädliche Produkte (d. h., Stickstoff und Wasser) wirksam umzuwandeln. Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldungserstveröffentlichung Nr. 2006-132393 ein derartiges SCR-System. Das Ammoniak hat gewöhnlich einen reizenden Geruch, der die Umgebung in der Atmosphäre nachteilig beeinflussen kann und muss daher davon abgehalten werden, in die Umgebung zu entweichen. Um einen derartigen Ammoniakaustritt zu vermeiden kann ein Oxidationskatalysator in dem Abgasrohr der Maschine stromabwärts eines SCR-Katalysators eingebaut sein, um Ammoniak, das keine Reaktion eingegangen ist bzw. unverbraucht ist und in dem Abgas verbleibt, zu oxidieren und es in die Atmosphäre abzugeben.
Jedoch sind Tanks, die typischerweise beim Speichern von Ammoniak verwendet werden, gewöhnlich nicht dazu ausgelegt, um Ammoniak daran zu hindern, nach außen zu entweichen. Das Ammoniak wird gewöhnlich in flüssiger Form unter Druck gespeichert, damit mit diesem leicht umgegangen werden kann. Die Tanks haben deshalb das Problem, dass ein Brechen eines Behälters des Tanks bewirken wird, dass das Ammoniak leicht in die Atmosphäre entweicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung einen Tank bereitzustellen, der mit einer Ammoniakspeicherkammer ausgestattet ist, in der Ammoniak zum Gebrauch als Reduktionsmittel in einer Abgassteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gespeichert ist und der ausgelegt ist, um das Ammoniak zu fangen, das aus der Ammoniakspeicherkammer entweicht, um eine Freisetzung des Ammoniaks in die Atmosphäre zu vermeiden.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung eine Abgassteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, die dazu ausgelegt ist, um Ammoniak in einem Abgas, das von der Maschine abgegeben wird, ohne einer Freisetzung des Ammoniaks in die Atmosphäre zu fangen.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Tank zum Gebrauch in einem Abgassteuersystem vorgesehen, das ausgelegt ist, um Ammoniak in das von einer Brennkraftmaschine abgegebene Abgas zu sprühen, um in dem Abgas enthaltenes Stickoxid zu reduzieren. Der Tank hat Folgendes: (a) einen Innenbehälter, der eine Ammoniakspeicherkammer definiert, innerhalb der das Ammoniak gespeichert ist; (b) einen Außenbehälter, der den Innenbehälter umgibt; und (c) eine Fluidspeicherkammer, die zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter definiert ist. Die Fluidspeicherkammer speichert in sich Fluid, wie beispielsweise Wasser, welches dazu dient, um das Ammoniak zu lösen und zu fangen, das aus der Ammoniakspeicherkammer entweicht, wodurch die Freigabe des Ammoniaks in die Atmosphäre vermieden wird.
Bei der bevorzugten Form der Erfindung hat der Tank ferner eine Bruchüberwachungseinrichtung zum Überwachen, ob der Innenbehälter gebrochen ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der Innenbehälter gebrochen ist, kann sie bestimmen, dass das Ammoniak aus der Ammoniakspeichervorrichtung entweicht. Ein Alarm kann ausgegeben werden, um auf einen Austausch des Innenbehälters zu drängen.
Die Bruchüberwachungseinrichtung kann durch einen Drucksensor realisiert werden, der in dem Innenbehälter eingebaut ist, um einen Druck in der Ammoniakspeicherkammer zu messen.
Die Bruchüberwachungseinrichtung kann alternativ durch einen pH-Sensor realisiert sein, der zum Messen eines pH-Werts des Fluids arbeitet, das in der Fluidspeicherkammer gespeichert ist.
Das Fluid in der Fluidspeicherkammer kann Wasser aufweisen.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Abgassteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die Folgendes aufweist: (1) einen Tank mit (a) einem Innenbehälter, der eine Ammoniakspeicherkammer definiert, in der Ammoniak gespeichert wird, (b) einen Außenbehälter, der den Innenbehälter umgibt, und (c) eine Fluidspeicherkammer, die zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter definiert ist, um ein Fluid zu speichern, das dazu dient, um das Ammoniak darin zu lösen und zu fangen; (2) ein Abgasrohr, das einen Abgasweg definiert, durch den das aus einer Brennkraftmaschine abgegebene Abgas strömt; (3) einen Reduktionskatalysator, der in dem Abgasweg eingebaut ist, um eine Stickoxidemission zu reduzieren, die in dem Abgas enthalten ist; (4) einen Ammoniakinjektor, der in dem Abgasweg stromaufwärts des Reduktionskatalysators eingebaut ist, um das Ammoniak, das in dem Tank gespeichert ist, in das Abgas zu sprühen; und (5) einen Fluidinjektor, der in dem Abgasweg stromabwärts des Reduktionskatalysators eingebaut ist. Der Fluidinjektor arbeitet, um das Fluid einzusprühen, das in der Fluidspeicherkammer des Tanks gespeichert ist, um das Ammoniak zu fangen, das in dem Abgas enthalten ist, das durch den Reduktionskatalysator getreten ist, wodurch die Freisetzung des Ammoniaks in die Atmosphäre vermieden wird.
Bei der bevorzugten Form der Erfindung hat die Abgassteuervorrichtung ferner einen Ammoniakoxidationskatalysator, der stromabwärts des Reduktionskatalysators eingebaut ist, um das Ammoniak zu oxidieren, das in dem Abgas enthalten ist, und eine Steuereinrichtung, um ein Sprühen des Fluids aus dem Fluidinjektor zu steuern. Die Steuereinrichtung arbeitet, um den Fluidinjektor zu betätigen, damit dieser das Fluid in das Abgas sprüht, wenn bestimmt wird, dass eine Leistungsfähigkeit des Ammoniakoxidationskatalysators verringert ist.
Die Abgassteuervorrichtung kann auch eine Bruchüberwachungseinrichtung zum Überwachen aufweisen, ob der Innenbehälter gebrochen ist oder nicht.
Die Steuervorrichtung kann ausgelegt sein, um zu bestimmen, ob das Ammoniak in dem Abgas, das aus dem Reduktionskatalysator strömt, enthalten ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass das Ammoniak in dem Abgas enthalten ist, betätigt die Steuereinrichtung den Fluidinjektor, um das Fluid in das Abgas zu sprühen, um das Ammoniak zu fangen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung besser verstanden werden, die jedoch nicht herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die speziellen Ausführungsbeispiele zu beschränken, sondern nur zum Zwecke der Erklärung und des Verständnisses dienen.
In den Zeichnungen:
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Abgassteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ist eine Schnittansicht, die einen Innenaufbau eines Tanks zeigt, der in der Abgassteuervorrichtung von 1 eingebaut ist;
3 ist ein Flussdiagramm eines Programms, das von der Abgassteuervorrichtung von 1 ausgeführt wird, um zu bestimmen, ob ein Tank gebrochen ist oder nicht;
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Abgassteuervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm eines Programms, das von der Abgassteuervorrichtung von 4 ausgeführt wird, um zu bestimmen, ob der Tank gebrochen ist oder nicht;
6 ist eine schematische Ansicht, die eine Abgassteuervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
7 ist ein Flussdiagramm eines Programms, das von der Abgassteuervorrichtung von 5 ausgeführt wird, um das Sprühen von Wasser in das Abgas zu steuern, um Ammoniak ohne einer Freisetzung von diesem in die Atmosphäre zu fangen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in verschiedenen Ansichten kennzeichnen, ist insbesondere in 1 eine Abgassteuervorrichtung 10 für Automobildieselmaschinen gezeigt, die in einem Abgassystem 12 einer Brennkraftdieselmaschine 11 eingebaut ist. Die Abgassteuervorrichtung 10 ist mit einem Abgasrohr 13, einem Oxidationskatalysator 14, einem Ammoniakinjektor 15, einem Tank 30, einer Steuereinrichtung 16, einem SCR-Katalysator (Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion) 17, einem NOx-Sensor 18 und einem Ammoniakoxidationskatalysator 19 ausgestattet. Das Abgasrohr 13 definiert einen Abgasweg 20 in sich, durch den aus der Dieselmaschine 11 emittiertes Abgas strömt. Das Abgas strömt durch den Abgasweg 20 und tritt in den Oxidationskatalysator 14 ein. Der Oxidationskatalysator 14 arbeitet, um Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) zu oxidieren, die in dem Abgas enthalten sind, um Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) zu produzieren. Ein DPF (Dieselpartikelfilter) kann zwischen der Dieselmaschine 11 und dem Oxidationskatalysator 14 oder stromabwärts des Oxidationskatalysators 14 eingebaut sein.
Der Injektor 15 ist zwischen dem Oxidationskatalysator 14 und dem SCR-Katalysator 17 angeordnet. Im Speziellen befindet sich der Injektor 15 stromaufwärts des SCR-Katalysators 17 und arbeitet, um von dem Tank 30 zugeführtes Ammoniak in das durch den Abgasweg 20 strömende Abgas einzuspritzen. Der Injektor 15 hat in sich ein bewegliches Bauteil eingebaut, wie beispielsweise eine Nadel (nicht gezeigt), die innerhalb eines Injektorkörpers in einer Längsrichtung von diesem hin- und herbeweglich ist. Die Bewegung des beweglichen Bauteils wird durch einen Solenoidaktor 21 erreicht. Der Injektor 15 hat in seinem Kopf eine Sprühöffnung 22 ausgebildet, durch die Ammoniak in das Abgas eingespritzt wird, das durch den Abgasweg 20 strömt. Das bewegliche Bauteil des Injektors 21 wird durch den Solenoidaktor 21 herauf- oder herunterbewegt, um die Sprühöffnung 22 zu öffnen oder zu schließen. Der Injektor 15 ist an dem Abgasrohr 13 gesichert, wobei der Kopf dem Abgasweg 20 ausgesetzt ist, um das Ammoniak innerhalb des Abgasrohrs 13 zu sprühen.
Die Steuereinrichtung 16 wird durch eine ECU (elektronische Steuereinheit) realisiert und arbeitet, um das Sprühen von Ammoniak aus dem Injektor 15 zu steuern. Die Steuereinrichtung 16 ist mit einem typischen Mikrocomputer ausgestattet, der aus einer CPU, einem ROM und einem RAM hergestellt ist. Die Steuereinrichtung 16 ist auch mit anderen Steuereinrichtungen (nicht gezeigt) für die Dieselmaschine 11 durch ein fahrzeuginternes LAN (nicht gezeigt) verbunden. Der SCR-Katalysator 17 arbeitet, um in dem Abgas enthaltenes NOx selektiv zu reduzieren. Insbesondere wird in dem SCR-Katalysator 17 NOx in dem Abgas durch das aus dem Injektor 15 gesprühte Ammoniak in Stickstoff (N) und Wasser (H₂O) reduziert.
Der NOx-Sensor 18 ist in dem Abgasweg 20 stromabwärts des SCR-Katalysators 25 eingebaut. Der NOx-Sensor 18 arbeitet, um die Konzentration von NOx zu messen, die in dem Abgas enthalten ist, das durch den Abgasweg 20 strömt. Insbesondere gibt der NOx-Sensor 18 ein elektrisches Signal als eine Funktion der NOx Konzentration zu der Steuereinrichtung 16 aus. Die Steuereinrichtung 16 analysiert die Ausgabe von dem NOx-Sensor 18 und Informationen hinsichtlich der Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1, wie sie durch das fahrzeuginterne LAN eingegeben werden, um eine von dem Injektor 15 einzusprühende Ammoniakmenge zu steuern (d. h., eine Ein-Dauer, während der der Injektor 15 geöffnet gehalten wird).
Der Ammoniakoxidationskatalysator 19 arbeitet, um Ammoniak zu oxidieren. Wenn eine überhöhte Menge von Ammoniak ungewünschterweise in das Abgasrohr 20 eingesprüht wird, um NOx in dem Abgas zu reduzieren, oder wenn das NOx mit dem Ammoniak in dem SCR-Katalysator 17 unvollständig reagiert, kann dies bewirken, dass unverbrauchtes Ammoniak in die Atmosphäre abgegeben wird. Das Ammoniak ist gewöhnlich flüssig und hat einen reizenden Geruch, der die Umgebung in der Atmosphäre nachteilig beeinflussen kann. Um diesen Nachteil zu vermeiden wird der Ammoniakoxidationskatalysator 19 verwendet, um das unverbrauchte Ammoniak, das in dem Abgas verbleibt, zu oxidieren und zu der Atmosphäre abzugeben.
Der Tank 30 ist ausgelegt, um das von dem Injektor 15 einzusprühende Ammoniak zu speichern. Der Tank 30 ist, wie es in 2 dargestellt ist, aus einem Innenbehälter 31 und einem Außenbehälter 32 ausgebildet. Insbesondere besteht der Tank 30 aus einem Doppelwandaufbau, in dem der Innenbehälter 31 innerhalb des Außenbehälters 32 angeordnet ist. Der Innenbehälter 31 bildet eine Ammoniakspeicherkammer 33, in der Ammoniak in flüssiger Form gespeichert ist. Der Tank 30 definiert auch zwischen dem Innenbehälter 31 und dem Außenbehälter 32 eine Fluidspeicherkammer 34, in der Wasser gespeichert ist.
Der Tank 30 ist auch mit einem Drucksensor 35 ausgestattet. Der Drucksensor 35 ist in einer Wand des Innenbehälters 31 eingebaut und arbeitet, um ein elektrisches Signal als eine Funktion des Drucks in der Ammoniakspeicherkammer 33 zu der Steuereinrichtung 16 auszugeben. Die Steuereinrichtung 16 analysiert den Druck in der Ammoniakspeicherkammer 33, wie er durch den Drucksensor 35 gemessen wird, um zu bestimmen, ob der Innenbehälter 31 gebrochen ist oder nicht, oder anders gesagt, ob das Ammoniak aus der Ammoniakspeicherkammer 33 entweicht oder nicht.
Die Steuereinrichtung 16, die vorstehend beschrieben ist, analysiert die durch den NOx-Sensor 18 gemessenene NOx Konzentration in dem Abgas und den Betriebszustand der Dieselmaschine 11, der durch das Fahrzeug interne LAN abgeleitet wird, um eine Sollmenge an Ammoniak zu bestimmen, die aus dem Injektor 15 zu sprühen ist. Insbesondere wurde herausgefunden, dass die Menge an NOx, die aus der Dieselmaschine 11 emittiert wird, mit dem Grad einer Last auf die Dieselmaschine 11 korreliert, d. h., mit der in die Dieselmaschine 11 gesprühten Kraftstoffmenge. Basierend auf einer solchen Tatsache berechnet die Steuereinrichtung 16 eine Basismenge an Ammoniak, die von dem Injektor 15 einzusprühen ist, als eine Funktion der Menge an Kraftstoff, der in die Dieselmaschine 11 gesprüht wird, wie es durch das Fahrzeug interne LAN hergeleitet wird und korrigiert diese, um die Konzentration von NOx stromabwärts des SCR-Katalysators 17, wie sie durch den NOx-Sensor 18 gemessen wird, unter einen gegebenen Referenzwert zu bringen, um eine Sollmenge an Ammoniak, die tatsächlich in das Abgas einzusprühen ist, zu bestimmen. Die Steuereinrichtung 16 gibt ein Antriebssignal, wie es als eine Funktion der Sollmenge an Ammoniak bestimmt wird, zu dem Solenoidaktor 21 des Injektors 15 aus, um das Ammoniak in das Abgas zu sprühen.
Rückbezugnehmend auf 1 hat die Abgassteuervorrichtung 10 auch ein Ammoniakzufuhrsystem 23, das zwischen dem Tank 30 und dem Injektor 15 angeordnet ist. Das Ammoniakzufuhrsystem 23 ist mit einem Zufuhrrohr 24 und einem Druckregulator 25 ausgestattet. Das Zufuhrrohr 24 definiert einen Ammoniakzufuhrweg, der sich zwischen dem Tank 30 und dem Injektor 15 erstreckt. Der Druckregulator 25 verdampft das Ammoniak, das durch den Ammoniakzufuhrweg strömt, reguliert dessen Druck und befördert es zu dem Injektor 15. Insbesondere wird der Injektor 15 mit gasförmigem Ammoniak versorgt. Das Ammoniakzufuhrsystem 23 kann auch eine Pumpe umfassen, die arbeitet, um das Ammoniak, das dem Injektor 15 zuzuführen ist, mit Druck zu beaufschlagen.
Die Betriebsweisen der Abgassteuervorrichtung 10 und des Tanks 30 werden nachstehend beschrieben.
Gewöhnlich korrodiert oder altert der Innenbehälter 31 des Tanks 30, was zu dessen Brechen führen kann. Dies wird bewirken, dass das Ammoniak in der Ammoniakspeicherkammer 33 zu der Außenseite des Innenbehälters 31 entweicht. Der Innenbehälter 31 ist von der Flüssigkeitsspeicherkammer 34 umgeben, die zwischen dem Innenbehälter 31 und dem Außenbehälter 32 definiert ist. Die Flüssigkeitsspeicherkammer 34 speichert in sich Wasser, in dem das Ammoniak in großem Maße löslich ist. Das Ammoniak, wenn es aus der Ammoniakspeicherkammer 33 austritt, wird sich in dem Wasser innerhalb der Fluidspeicherkammer 34 lösen. Anders gesagt wird das Ammoniak durch das Wasser innerhalb der Flüssigkeitsspeicherkammer 34 vollständig gefangen.
Das Wasser, in dem Ammoniak gelöst wird, ist alkalisch (oder basisch). Dadurch, wenn sich das Ammoniak, das aus der Ammoniakspeicherkammer 33 entwichen ist, in dem Wasser innerhalb der Fluidspeicherkammer 34 löst, wird das Wasser basisch sein. Dies kann bewirken, dass der Innenbehälter 31 und der Außenbehälter 32 abhängig von der Qualität deren Material korrodieren. Es ist deshalb wesentlich, das Entweichen von Ammoniak, das aufgrund des Drucks des Innenbehälters 31 auftritt, so früh wie möglich herauszufinden.
Die Steuereinrichtung 16 ist deshalb ausgelegt, um ein Tankversagensüberwachungsprogramm auszuführen, wie es in 3 dargestellt ist, um den Bruch des Innenbehälters 31 des Tanks 30 herauszufinden.
Nachdem sie in das Programm eingetreten ist, geht die Routine zu Schritt 101, wobei die Ausgabe von dem Drucksensor 35 abgetastet wird, um den Druck in der Ammoniakspeicherkammer 33 zu messen, der sich in dem Innenbehälter 31 gebildet hat. Wenn der Injektor 15 das Ammoniak in das Abgas sprüht, das durch den Abgasweg 20 strömt, wird dies zu einem Druckabfall innerhalb der Ammoniakspeicherkammer 33 führen. Der Druck in der Ammoniakspeicherkammer 33 korreliert deshalb mit der Ammoniakmenge, die aus dem Injektor 15 gesprüht wird.
Die Routine geht zu Schritt 102 weiter, wobei bestimmt wird, ob der Druck in der Ammoniakspeicherkammer 33, wie er bei Schritt 101 bestimmt wird, innerhalb eines gegebenen zulässigen Bereichs liegt oder nicht. Der Druck in der Ammoniakspeicherkammer 33, wie er vorstehend beschrieben ist, korreliert mit der Ammoniakmenge, die aus dem Injektor 15 gesprüht wird. Die Steuereinrichtung 16 bestimmt die Sollmenge an Ammoniak, die aus dem Injektor 15 einzusprühen ist, auf die vorstehend beschriebene Art und Weise und berechnet eine Änderung des Drucks in der Ammoniakspeicherkammer 33, von dem erwartet wird, dass er aufgrund des Einsprühens der Sollmenge an Ammoniak ansteigt. Wenn eine Änderung oder ein Unterschied zwischen den Drücken in der Ammoniakspeicherkammer 33, wie sie durch den Drucksensor 35 vor und nach dem Einsprühen von Ammoniak aus dem Injektor 15 gemessen werden, im Wesentlichen identisch zu der berechneten Druckänderung in der Ammoniakspeicherkammer 33 innerhalb des zulässigen Bereichs ist, bestimmt die Steuereinrichtung 16, dass der Druck in der Ammoniakspeicherkammer 33 auf einem zulässigen Niveau ist. Alternativ, wenn der Unterschied zwischen den Drücken in der Ammoniakspeicherkammer 33, wie sie durch den Drucksensor 35 vor und nach dem Einsprühen von Ammoniak aus dem Injektor 15 gemessen werden, größer als die berechnete Änderung des Drucks in der Ammoniakspeicherkammer 33 ist, d. h., außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, bestimmt die Steuereinrichtung 16, dass der Innenbehälter 31 gebrochen ist, so dass das Ammoniak entweicht. Wenn kein Ammoniak aus dem Injektor 15 gesprüht wurde aber der Druck in der Ammoniakspeicherkammer 33 abgefallen ist, kann die Steuereinrichtung 16 auch bestimmen, dass der Innenbehälter 31 gebrochen ist.
Wenn bei Schritt 102 eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der Innenbehälter 31 gebrochen ist, dann geht die Routine zu Schritt 103 weiter, wobei ein Alarmsignal ausgegeben wird, um eine Bedienperson eines Automobils, in dem die Abgassteuervorrichtung 10 eingebaut ist, zu informieren, dass der Innenbehälter 31 gebrochen ist. Insbesondere betätigt die Steuereinrichtung 16 eine Alarmierungseinrichtung 26, wie sie in 1 dargestellt ist, um die Fahrzeugbedienperson über die Fehlfunktion des Tanks 30 zu informieren. Die Alarmierungseinrichtung 26 kann eine Lampe oder ein Summer sein, die bzw. der in dem Armaturenbrett des Automobils eingebaut ist, um visuell oder akustisch vor der Fehlfunktion des Tanks 30 zu warnen.
Wie es vorstehend beschrieben ist, besteht die Tankvorrichtung 30 aus einer doppelwandigen Struktur, die aus dem Innenbehälter 31 und dem Außenbehälter 32 aufgebaut ist, um die Fluidspeicherkammer 34 auszubilden, in der Wasser gespeichert ist. Die Fluidspeicherkammer 34 arbeitet, um das Ammoniak zu sammeln, das aus der Ammoniakspeicherkammer 33 entweicht, wodurch vermieden wird, dass das Ammoniak in die Atmosphäre freigegeben wird, was gewöhnlich durch den Bruch des Innenbehälters 31 auftritt.
Die Steuereinrichtung 16 überwacht das Brechen des Innenbehälters 31 durch Verwenden einer Druckänderung in der Ammoniakspeicherkammer 33, wie sie durch den Drucksensor 35 gemessen wird, und betätigt die Alarmierungseinrichtung 26 in dem Fall des Brechens des Innenbehälters 31, um die Fahrzeugbedienperson visuell oder akustisch über die Fehlfunktion des Tanks 30 zu informieren. Speziell ist die Abgassteuervorrichtung 10 des Ausführungsbeispiels ausgelegt, um das Brechen des Tanks 30 frühzeitig zu erfassen und das Entweichen des Ammoniaks in die Atmosphäre zu vermeiden.
Anstelle von Wasser kann die Fluidspeicherkammer 34 ein wasserbasierendes Fluid oder Säurefluid oder eine Lösung speichern. Wenn es in Wasser gelöst ist, wird das Ammoniak basisch. Der Gebrauch des Säurefluids in der Fluidspeicherkammer 34 stellt deshalb sicher, dass das Ammoniak innerhalb des Tanks 30 gefangen wird. Die Fluidspeicherkammer 34 kann alternativ ein Sauergas anstelle der Flüssigkeit speichern.
4 zeigt die Abgassteuervorrichtung 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, wie das Brechen des Tanks 30 erfasst wird. Die gleichen Bezugszeichen, wie sie in dem ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt wurden, bezeichnen die gleichen Teile und eine Erklärung von diesen im Detail wird hier weggelassen.
Der Tank 30 ist mit einem pH-Sensor 36 (pH entspricht dem Grad einer Azidität oder Alkalität) ausgestattet. Der pH- Sensor 36 ist in dem Außenbehälter 32 eingebaut und arbeitet, um den pH-Wert innerhalb der Fluidspeicherkammer 34 zu messen, die zwischen dem inneren und dem Außenbehälter 31 und 32 ausgebildet ist und um ein elektrisches Signal zu der Steuereinrichtung 16 auszugeben, das diesen angibt. Die Steuereinrichtung 16 analysiert die Ausgabe von dem pH-Sensor 36, um zu bestimmen, ob der Innenbehälter 31 des Tanks 30 gebrochen ist oder nicht.
Speziell ist die Steuereinrichtung 16 dieses Ausführungsbeispiels ausgelegt, um ein Tankfehlfunktionsüberwachungsprogramm auszuführen, wie es in 5 dargestellt ist, um das Brechen des Innenbehälters 31 des Tanks 30 herauszufinden.
Nach einem Eintreten in das Programm geht die Routine zu Schritt 201 voran, wobei die Ausgabe von dem pH-Sensor 36 abgetastet wird, um den pH-Wert von Wasser innerhalb der Ammoniakspeicherkammer 33 zu messen, die innerhalb des Innenbehälters 31 ausgebildet ist. Das Wasser in der Fluidspeicherkammer 34 hat einen neutralen pH-Wert, d. h., hat einen pH-Wert von in etwa sieben (7) bis Ammoniak darin gelöst ist. Der Bruch des Innenbehälters 31, wie es bereits in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wird bewirken, dass das Ammoniak von der Ammoniakspeicherkammer 33 entweicht und in dem Wasser in der Fluidspeicherkammer 34 gelöst wird, so dass das Wasser in der Fluidspeicherkammer 34 einen pH-Wert haben wird, der größer als sieben (7) ist.
Nachdem der pH-Wert des Wassers in der Fluidspeicherkammer 34 gemessen ist, geht die Routine zu Schritt 202 weiter, wobei bestimmt wird, ob der pH-Wert des Wassers innerhalb eines gegebenen zulässigen Bereichs liegt, wie er um sieben (7) herum definiert ist, oder nicht. Wenn eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der pH-Wert des Wassers um sieben (7) herum liegt, bestimmt die Steuereinrichtung 16, dass der Innenbehälter 31 des Tanks 30 nicht gebrochen ist. Die Routine endet dann. Alternativ, wenn bei Schritt 202 eine NEIN-Antwort erhalten wird und der pH-Wert des Wassers als größer als sieben (7) bestimmt wird, bestimmt die Steuereinrichtung 16, dass der Innenbehälter 31 gebrochen ist, so dass das Ammoniak entweicht. Die Routine geht zu Schritt 203 weiter, wobei die Alarmierungseinrichtung 26 betätigt wird, um die Bedienperson des Automobils, in dem die Abgassteuervorrichtung 10 eingebaut ist, zu informieren, dass der Innenbehälter 31 gebrochen ist.
Wie es aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich ist, ist die Steuereinrichtung 16 des zweiten Ausführungsbeispiels ausgelegt, um den pH-Wert des Wassers, das in der Fluidspeicherkammer 34 gespeichert ist, durch den pH-Sensor 36 zu analysieren, um zu überwachen, ob der Innenbehälter 31 des Tanks 30 gebrochen ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Innenbehälter 31 gebrochen ist, betätigt die Steuereinrichtung 16 die Alarmierungseinrichtung 26, um die Fahrzeugbedienperson über die Fehlfunktion des Tanks 30 zu informieren. Insbesondere arbeitet die Abgassteuervorrichtung 10 dieses Ausführungsbeispiels, um den Bruch des Tanks 30 frühzeitig zu erfassen und das Entweichen von Ammoniak in die Atmosphäre zu vermeiden.
Anstelle von Wasser kann die Fluidspeicherkammer 34 ein Säurefluid speichern. Wenn sich das Ammoniak in einem Säurefluid löst, wird sich der pH-Wert des Säurefluids erhöhen, wie bei Wasser.
6 stellt die Abgassteuervorrichtung 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Die gleichen Bezugszeichen, wie sie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt wurden, bezeichnen gleiche Teile und eine Erklärung derer im Detail wird hier weggelassen.
Die Abgassteuervorrichtung 10 ist mit einem Fluidinjektor 41 und einem Ammoniaksensor 42 ausgestattet, die stromabwärts des Ammoniakoxidationskatalysators 19 angeordnet sind. Der Fluidinjektor 41 hat, wie der Injektor 15, einen Solenoidaktor 43, der durch die Steuereinrichtung 16 unter Strom gesetzt wird oder nicht, um eine Sprühöffnung 44 zu öffnen oder zu schließen, die an dem Kopf eines Körpers des Fluidinjektors 41 ausgebildet ist, um dadurch Wasser in den Abgasweg 20 zu sprühen. Der Ammoniaksensor 42 arbeitet, um die Konzentration von Ammoniak zu messen, das in dem Abgas enthalten ist, das durch den Abgasweg 20 strömt, und um ein elektrisches Signal zu der Steuereinrichtung 16 auszugeben, das diese angibt.
Der Fluidinjektor 41 ist mit dem Tank 30 durch ein Wasserzufuhrsystem 50 verbunden. Das Wasserzufuhrsystem 50 ist mit einem Zufuhrrohr 51 und einer Pumpe 52 ausgestattet. Das Zufuhrrohr 51 definiert einen Wasserzufuhrweg, durch den Wasser von dem Tank 30 zu dem Fluidinjektor 41 geliefert wird. Die Pumpe 52 arbeitet, um das Wasser, das von dem Tank 30 zu dem Fluidinjektor 41 zu befördern ist, mit Druck zu beaufschlagen. Das Zufuhrrohr 51 ist mit der Fluidspeicherkammer 34 verbunden, die zwischen dem Innenbehälter 31 und dem Außenbehälter 32 des Tanks 30 ausgebildet ist, um das Wasser aus der Fluidspeicherkammer 34 dem Fluidinjektor 41 zuzuführen.
Die Steuereinrichtung 16 von diesem Ausführungsbeispiel ist ausgelegt, um ein Wassersprühsteuerprogramm, wie es in 7 dargestellt ist, auszuführen, um das Freisetzen von Ammoniak in die Atmosphäre zu vermeiden.
Nach einem Eintritt in das Programm geht die Routine zu Schritt 301 weiter, wobei die Ausgabe von dem Ammoniaksensor 42 abgetastet wird, um die Konzentration von Ammoniak zu bestimmen, das in dem Abgas enthalten ist. Die Routine geht zu Schritt 302 weiter, wobei bestimmt wird, ob die Ammoniakkonzentration, wie sie in Schritt 302 bestimmt wird, in einem gegebenen zulässigen Bereich liegt oder nicht.
Das Ammoniak, wie es aus dem Injektor 15 gesprüht wird, dient zum Reduzieren von NOx in dem Abgas durch den SCR-Katalysator 17. Anders gesagt wird das meiste Ammoniak in dem SCR-Katalysator 17 verbraucht. Wenn jedoch eine überschüssige Menge von Ammoniak ungewünschter Weise in den Abgasweg 20 gesprüht wird oder wenn das NOx mit dem Ammoniak in dem SCR-Katalysator 17 unvollständig reagiert, kann dies zu einem sogenannten Ammoniakdurchtreten führen, bei dem unverbrauchtes Ammoniak durch den SCR-Katalysator 17 tritt. Das Ammoniak, wie es durch den SCR-Katalysator 17 getreten ist, wird durch den Ammoniakoxidationskatalysator 19 oxidiert, der sich stromabwärts des SCR-Katalysators 17 befindet. Wenn jedoch die Aktivität des Ammoniakoxidationskatalysators 19 aus irgendeinem Grund verringert ist, kann dies bewirken, dass das unverbrauchte Ammoniak durch den Ammoniakoxidationskatalysator 19 tritt, so dass es zusammen mit dem Abgas in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Um das vorstehende Problem zu vermeiden, wenn bei Schritt 302 eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass das Ammoniak aus dem Ammoniakoxidationskatalysator 19 abgegeben wird, dann geht die Routine zu Schritt 303 weiter, wobei die Pumpe 52 und der Fluidinjektor 41 betätigt werden. Die Routine geht zu Schritt 304 weiter, wobei der Fluidinjektor 41 das Wasser, wie es in der Fluidspeicherkammer 34 des Tanks 30 gespeichert ist, in das Abgas sprüht, das stromabwärts des Ammoniakoxidationskatalysators 19 strömt. Dies bewirkt, dass das in dem Abgas enthaltene Ammoniak in dem Wasser gelöst oder gefangen wird, das aus dem Fluidinjektor 41 gesprüht wird. Das Wasser, wie es in das Abgas gesprüht wird, das durch den Abgasweg 20 strömt, wird in einem Behälter (nicht gezeigt) gesammelt und wird zyklisch entsorgt. Das Wasser kann alternativ ohne in dem Behälter gesammelt zu werden in die Atmosphäre abgegeben werden.
Wie es aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich ist, wenn der Ammoniakoxidationskatalysator 19 gebrochen sein sollte oder dessen Fähigkeit aufgrund von beispielsweise einer mangelnden Reaktionstemperatur des Ammoniaks verringert sein sollte, arbeitet die Abgassteuervorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels, um das Wasser in das Abgas zuzuführen, um das unverbrauchte Ammoniak, welches durch den Ammoniakoxidationskatalysator 19 getreten ist, zu fangen, wodurch die Freisetzung des Ammoniaks in die Atmosphäre vermieden wird.
Die Verwendung von in der Fluidspeicherkammer 34 des Tanks 30 gespeichertem Wasser beim Absorbieren des unverbrauchten Ammoniaks, eliminiert den Bedarf eines zusätzlichen Wasserspeichers zum Zuführen des Wassers zu dem Fluidinjektor 41. Dies vermeidet die Freisetzung von Ammoniak in die Atmosphäre, ohne den Aufbau der Abgassteuervorrichtung 10 komplizierter zu machen. Die Fluidspeicherkammer 34 kann ausgelegt sein, um ein anders Fluid als Wasser zu speichern, um es durch den Fluidinjektor 41 einzusprühen.
Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart wurde, um ein besseres Verständnis von dieser zu erleichtern, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen ausgeführt werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte verstanden werden, dass die Erfindung alle möglichen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen zu den gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst, welche ausgeführt werden können, ohne von dem Prinzip der Erfindung, wie es in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen. Die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 können kombiniert werden. Beispielsweise kann die Abgassteuervorrichtung 10 des dritten Ausführungsbeispiels die Alarmierungseinrichtung 26 aufweisen, wie sie in dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, oder sie kann ausgelegt sein, um den Bruch des Tanks 10 in der gleichen Art und Weise zu erfassen, wie sie in dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Ein Tank zur Verwendung in einem Abgassteuersystem ist vorgesehen, das ausgelegt ist, um Ammoniak in ein Abgas zu sprühen, das aus einer Brennkraftmaschine abgegeben wird, um Stickoxidemissionen, die in dem Abgas enthalten sind, zu reduzieren. Der Tank besteht aus einer doppelwandigen Struktur einschließlich eines Innenbehälters, der eine Ammoniakspeicherkammer definiert, in der Ammoniak gespeichert ist, eines Außenbehälters, der den Innenbehälter umgibt, und einer Fluidspeicherkammer, die zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter definiert ist. Die Fluidspeicherkammer speichert in sich ein Fluid, wie beispielsweise Wasser, welches dazu dient, um das Ammoniak zu lösen und zu fangen, welches aus der Ammoniakspeicherkammer entweicht, wodurch die Freisetzung des Ammoniaks in die Atmosphäre vermieden wird. Eine Abgassteuervorrichtung ist ebenfalls vorgesehen, die den Tank aufweist und ausgelegt ist, um Wasser in das Abgas zu sprühen, um das Ammoniak zu fangen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-132393 [0002]

Claims

Tank zur Verwendung in einem Abgassteuersystem, das ausgelegt ist, um Ammoniak in ein von einer Brennkraftmaschine abgegebenes Abgas zu sprühen, um in dem Abgas enthaltenes Stickoxid zu reduzieren, der Folgendes aufweist: einen Innenbehälter, der eine Ammoniakspeicherkammer definiert, in der Ammoniak gespeichert wird; einen Außenbehälter, der den Innenbehälter umgibt; und eine Fluidspeicherkammer, die zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter definiert ist, wobei die Fluidspeicherkammer in sich ein Fluid speichert, das dazu dient, das Ammoniak darin zu lösen und zu fangen.
Tank gemäß Anspruch 1, der ferner eine Bruchüberwachungseinrichtung aufweist, um zu überwachen, ob der Innenbehälter gebrochen ist oder nicht.
Tank gemäß Anspruch 2, wobei die Bruchüberwachungseinrichtung durch einen Drucksensor realisiert ist, der in dem Innenbehälter eingebaut ist, um einen Druck in der Ammoniakspeicherkammer zu messen.
Tank gemäß Anspruch 2, wobei die Bruchüberwachungseinrichtung durch einen pH-Sensor realisiert ist, der arbeitet, um einen pH-Wert des in der Fluidspeicherkammer gespeicherten Fluids zu messen.
Tankvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Fluid in der Fluidspeicherkammer Wasser enthält.
Abgassteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die Folgendes aufweist: einen Tank einschließlich (a) eines Innenbehälters, der eine Ammoniakspeicherkammer definiert, in der Ammoniak gespeichert ist, (b) eines Außenbehälters, der den Innenbehälter umgibt, und (c) einer Fluidspeicherkammer, die zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter definiert ist, um ein Fluid zu speichern, das dazu dient, das Ammoniak darin zu lösen und zu fangen; ein Abgasrohr, das einen Abgasweg definiert, durch den ein von einer Brennkraftmaschine abgegebenes Abgas strömt; einen Reduktionskatalysator, der in dem Abgasweg eingebaut ist, um eine in dem Abgas enthaltene Stickoxidemission zu reduzieren; einen Ammoniakinjektor, der in dem Abgasweg stromaufwärts des Reduktionskatalysators eingebaut ist, um das Ammoniak, wie es in dem Tank gespeichert ist, in das Abgas zu sprühen; und einen Fluidinjektor, der in dem Abgasweg stromabwärts des Reduktionskatalysators eingebaut ist, wobei der Fluidinjektor arbeitet, um das Fluid, wie es in der Fluidspeicherkammer des Tanks gespeichert ist, einzusprühen, um das in dem Abgas enthaltene Ammoniak, das durch den Reduktionskatalysator getreten ist, zu fangen.
Abgassteuervorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner einen Ammoniakoxidationskatalysator, der stromabwärts des Reduktionskatalysators eingebaut ist, um das in dem Abgas enthaltene Ammoniak zu oxidieren, und eine Steuereinrichtung aufweist, um ein Einsprühen des Fluids aus dem Fluidinjektor zu steuern, wobei die Steuereinrichtung arbeitet, um den Fluidinjektor zu betätigen, um das Fluid in das Abgas einzusprühen, wenn bestimmt ist, dass eine Fähigkeit des Ammoniakoxidationskatalysators verringert ist.
Abgassteuervorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner eine Bruchüberwachungseinrichtung aufweist, um zu überwachen, ob der Innenbehälter gebrochen ist oder nicht.
Abgassteuervorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner eine Steuereinrichtung aufweist, die arbeitet, um zu bestimmen, ob das Ammoniak in dem Abgas, das aus dem Reduktionskatalysator strömt, enthalten ist oder nicht, und wobei dann, wenn bestimmt ist, dass das Ammoniak in dem Abgas enthalten ist, die Steuereinrichtung den Fluidinjektor betätigt, um das Fluid in das Abgas zu sprühen, um das Ammoniak zu fangen.