DE102009060286A1

DE102009060286A1 - Fahrzeug mit einer, ein SCR-Katalysatorsystem aufweisenden Abgasanlage

Info

Publication number: DE102009060286A1
Application number: DE102009060286A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.-Ing. 38442 Herr; André Dr.-Ing. 19258 Horn; Stefan Dipl.-Ing. 38550 Wendenburg; Martina Dr.-Ing. 38106 Gottschling; Arne Dipl.-Ing. 38531 Brömer; Stefan Dr. 38444 Resch; Ralf 38462 Krause; Harald Dipl.-Ing. 38442 Loeck
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (10) mit einer Abgasanlage (14), die ein nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeitendes Katalysatorsystem (20) mit zumindest einem in einem Abgaskanal (16) der Abgasanlage (14) angeordneten SCR-Katalysator (22) und mit einem Ammoniakspeichersystem (24) aufweist, wobei das Ammoniakspeichersystem (24) zumindest einen Speicher (26, 54, 60) umfasst, der ein NH3-Speichermaterial enthält, das temperaturabhängig Ammoniak (NH3) freizusetzen vermag.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Abgasanlage, die ein nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeitendes Katalysatorsystem aufweist.
Verbrennungsmotoren, die zeitweise oder überwiegend mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben werden, produzieren Stickoxide NO_x (hauptsächlich NO₂ und NO), die NO_x-reduzierende Maßnahmen erforderlich machen. Eine motorische Maßnahme, um die NO_x-Rohemission im Abgas zu reduzieren, stellt die Abgasrückführung dar, bei der ein Teil des Abgases des Verbrennungsmotors in die Verbrennungsluft rückgeführt wird, wodurch die Verbrennungstemperaturen gesenkt und somit die NO_x-Entstehung reduziert wird. Die Abgasrückführung ist jedoch nicht immer ausreichend, um gesetzliche NO_x-Grenzwerte einzuhalten, weswegen zusätzlich eine aktive Abgasnachbehandlung erforderlich ist, welche die NO_x-Endemission senkt. Eine bekannte NO_x-Abgasnachbehandlung sieht den Einsatz von NO_x-Speicherkatalysatoren vor, die im mageren Betrieb (bei λ > 1) Stickoxide in Form von Nitraten speichern und in kurzen Intervallen mit einer fetten Abgasatmosphäre (λ < 1) die gespeicherten Stickoxide desorbieren und in Gegenwart der im fetten Abgas vorhandenen Reduktionsmittel zu Stickstoff N₂ reduzieren.
Als weiterer Ansatz zur Konvertierung von Stickoxiden in Abgasen magerlauffähiger Verbrennungsmotoren ist der Einsatz von Katalysatorsystemen bekannt, die nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR für selective catalytic reduction) arbeiten. Diese Systeme umfassen zumindest einen SCR-Katalysator, der in Gegenwart eines dem Abgas kontinuierlich zugeführten Reduktionsmittels, üblicherweise Ammoniak NH₃, die Stickoxide des Abgases in Stickstoff und Wasser umwandelt. Dabei kann das Ammoniak aus einer wässrigen Ammoniaklösung dem Abgasstrom zudosiert werden oder aus einer Vorläuferverbindung, beispielsweise Harnstoff, im Wege der Thermolyse und Hydrolyse erhalten werden. Ein neuer vielversprechender Ansatz für die Ammoniakspeicherung im Fahrzeug stellen NH₃-Speichermaterialien dar, die Ammoniak in Abhängigkeit von der Temperatur reversibel binden. Insbesondere sind in diesem Zusammenhang Metallamminspeicher bekannt, beispielsweise MgCl₂, CaCl₂ und SrCl₂, die Ammoniak in Form einer Komplexverbindung speichern, um dann beispielsweise als MgCl₂(NH₃)_x, CaCl₂(NH₃)_x beziehungsweise SrCl₂(NH₃)_x vorzuliegen. Aus diesen Verbindungen kann durch Zufuhr von Wärme das Ammoniak wieder freigesetzt werden. Vorteil der Metallamminspeicher ist, dass diese Verbindungen bei Raumtemperatur drucklos eine große Menge Ammoniak in sehr geringen Volumina speichern können. So bindet beispielsweise ein Mol SrCl₂ acht Mol NH₃. Zudem lassen diese Verbindungen eine gut kontrollierbare Freisetzung des Ammoniaks zu und sind sehr sicher.
Um eine schnellere Startbereitschaft zu erzielen, ist bekannt, neben einem oder zwei Hauptspeichern einen vergleichsweise kleinvolumig dimensionierten Startspeicher vorzusehen, der üblicherweise eine elektrische Heizeinrichtung aufweist. Der Hauptspeicher kann entweder mit einer elektrischen Heizeinrichtung oder mit einer mit Motorkühlwasser versorgten Heizeinrichtung beheizt werden. Der aufgrund seines geringen Volumens schnell aufgeheizte und betriebsbereite Startspeicher übernimmt in der Aufwärmehase die NH₃-Versorgung des SCR-Katalysators. Seine Beheizung erfolgt solange, bis im Hauptspeicher der Betriebsdruck aufgebaut ist. Erst wenn auch der thermisch trägere Hauptspeicher seine Betriebstemperatur und seinen Betriebsdruck aufgebaut hat, wird die gesamte NH₃-Versorgung von diesem übernommen. Der Startspeicher wird dann mit NH₃ aus dem Hauptspeicher beladen und besitzt somit bei jedem Systemstart einen praktisch identischen NH₃-Füllstand.
DE 10 2006 061 370 A1 beschreibt ein ähnliches System, bei dem der Hauptspeicher ein NH₃-Speichermaterial mit relativ hohem NH₃-Dampfdruck aufweist, insbesondere SrCl₂(NH₃)_x, und ein kleinvolumiger Betriebspeicher vorgesehen ist, der ein NH₃-Speichermaterial mit vergleichsweise geringerem NH₃-Dampfdruck enthält, insbesondere MgCl₂(NH₃)_x. Durch die unterschiedlichen Dampfdrücke wird der Stofftransport vom SrCl₂-Speicher zum MgCl₂-Speicher unterstützt, so dass die Auffüllung des letzteren beschleunigt wird. Die NH₃-Versorgung des SCR-Katalysators erfolgt in diesem System ausschließlich aus dem Betriebsspeicher, der seinerseits durch den Hauptspeicher beladen wird.
Sämtliche bekannte Ammoniakspeichersysteme des Standes der Technik sind so konzipiert, dass bei Erschöpfung des NH₃-Speichermaterials in einem der Speicher dieser durch Fachpersonal ausgetauscht werden muss. Dabei sind die Speicher derartig verbaut, dass ihr Austausch im Rahmen einer Inspektion in der Werkstatt erfolgen muss. Dies ist für einen Fahrzeugführer relativ unflexibel. Auch führt dieses Konzept zu einer Verkürzung der Serviceintervalle beziehungsweise zu einer Häufung der erforderlichen Inspektionen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einem SCR-Katalysatorsystem vorzuschlagen, bei dem die Ammoniakversorgung des Ammoniakspeichersystems im Wesentlichen unabhängig von Werkstattaufenthalten beziehungsweise Inspektionen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist eine Abgasanlage auf, die ein nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeitendes Katalysatorsystem aufweist, welches zumindest einen in einem Abgaskanal der Abgasanlage angeordneten SCR-Katalysator sowie ein Ammoniakspeichersystem umfasst. Das Ammoniakspeichersystem enthält zumindest einen Speicher, der ein NH₃-Speichermaterial enthält, das temperaturabhängig Ammoniak NH₃ freizusetzen vermag. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest einer der Speicher des Ammoniakspeichersystems als eine, durch einen Nutzer des Fahrzeugs austauschbare Wechselkartusche ausgestaltet ist, die an einer für den Nutzer ohne Baumaßnahmen zugänglichen Position des Fahrzeugs angeordnet ist. Dabei wird unter dem Ausdruck ”ohne Baumaßnahmen zugänglich” eine Position im oder am Fahrzeug verstanden, die für den Fahrzeugnutzer ohne weiteres zugänglich ist, insbesondere nicht die Benutzung eines Werkzeuges erfordert. Allenfalls muss der Fahrzeugnutzer eine Klappe öffnen und/oder einen Fahrzeugschlüssel benutzen, um an die Wechselkartusche zu gelangen. Durch die zugänglich angeordnete austauschbare Wechselkartusche wird erreicht, dass ein Austausch dieses Ammoniakspeichers ohne Werkstattaufenthalt möglich ist und unabhängig von einem Serviceintervall gewechselt werden kann. Somit ist ein einfacher Austausch durch den Nutzer bei Bedarf möglich.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die zumindest eine Wechselkartusche in einem Motorraum des Fahrzeugs unterhalb einer Motorhaube untergebracht. Somit muss der Fahrzeugnutzer lediglich die Motorhaube öffnen, woran er durch andere Maßnahmen, wie dem Nachfüllen von Wischwasser, Motoröl oder Kühlwasser, gewöhnt ist. Alternativ kann die zumindest eine Wechselkartusche innerhalb eines Kofferraums des Fahrzeugs zugänglich angeordnet sein. Somit ist auch gemäß dieser Ausgestaltung lediglich das Öffnen der Heckklappe erforderlich, um an die Wechselkartusche zu gelangen. In einer weiteren alternativen Anordnung befindet sich die Wechselkartusche unterhalb einer Außenkarosserie des Fahrzeugs, insbesondere unter einem Außenblech, von wo sie unterhalb einer Klappe zugänglich angeordnet sein kann, die ähnlich einer Tankklappe ausgestaltet sein kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zumindest eine Wechselkartusche werkzeugfrei austauschbar, das heißt der Fahrzeugnutzer kann per Hand ohne die Verwendung von Hilfsmitteln die zum Austausch erforderlichen Handgriffe durchführen, insbesondere eine entleerte Kartusche entfernen und eine neue einsetzen. Alternativ kann das Fahrzeug mit einem Bordwerkzeug ausgestattet sein, mit dessen Hilfe die Wechselkartusche ausgetauscht werden kann. In jeden Fall ist somit sichergestellt, dass ein Laie ohne technische Vorbildung zum Austausch befähigt ist.
In vorteilhafter Ausführung der Erfindung weist die zumindest eine Wechselkartusche eine Schnellkupplung auf, die so ausgestaltet ist, dass die Wechselkartusche mit einer fahrzeugseitigen Kartuschenhalterung, die der Aufnahme der Wechselkartusche dient, gasdicht verbunden wird. Beispielsweise kann die Schnellkupplung als Rastverbindung, Schraubverbindung oder über einen Spannhebelmechanismus bedient werden. Derartige, allgemein bekannte Verbindungsarten sind ohne großen Kraftaufwand intuitiv und sicher durch den Laien bedienbar.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Ammoniakspeichersystem zumindest eine fahrzeugseitige Kartuschenhalterung zur Aufnahme der Wechselkartusche auf, die eine integrierte Heizeinrichtung sowie optional zumindest eine Temperaturmessstelle und/oder eine Druckmessstelle aufweisen kann. Indem die Peripherieanschlüsse Heizeinrichtung, Temperatur- und Druckmessstellen fahrzeugseitig integriert vorgesehen sind, wird ermöglicht, die Wechselkartusche robust und kostengünstig zu gestalten. Insbesondere umfasst die Wechselkartusche lediglich ein beispielsweise aus einem Kunststoff oder Metallblech bestehendes Gefäß zur Aufnahme des NH₃-Speichermaterials und einen geeigneten Verbindungsmechanismus, insbesondere die Schnellkupplung zur Verbindung mit der Kartuschenhalterung.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die zumindest eine Wechselkartusche einen Sicherheitsverschluss aufweist, der ausgestaltet ist, die Wechselkartusche im nicht eingebauten Zustand selbsttätig zu schließen. Auf diese Weise wird ausgeschlossen, dass bei der Demontage der Wechselkartusche Ammoniak in die Umgebung entweichen kann. Auch kann es auf diese Weise nicht passieren, dass der Fahrzeugnutzer das Verschließen der Kartusche nach ihrer Entnahme vergisst.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wechselkartusche mit einer Einführhilfe zur Unterstützung eines verkantungsfreien und korrekten Einsatzes ausgestattet und/oder sie weist eine Form auf, die den verkantungsfreien und korrekten Einsatz unterstützt. Beispielsweise kann die Kartusche eine in Richtung einer Anschlussstelle an die Kartuschenhalterung konisch sich verjüngende Gestalt aufweisen. Auch kann die Gestaltung derart ausgebildet sein, dass die Wechselkartusche nur in einer bestimmten Ausrichtung einsetzbar ist. Durch diese Maßnahmen wird die Systemsicherheit erhöht, da ein nicht korrekter Einsatz der Kartusche und damit eine möglicherweise undichte Verbindung verhindert wird.
Mit besonderem Vorteil kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass das Ammoniakspeichersystem zumindest zwei Wechselkartuschen umfasst. Auf diese Weise kann die NH₃-Versorgung des Systems zunächst aus einer der Wechselkartuschen betrieben werden und bei Erschöpfung derselben unterbrechungsfrei auf eine zweite Kartusche umgestellt werden. Dies ermöglicht, die Wechselkartusche vollständig aufzubrauchen und keinen NH₃-Reservepuffer vorhalten zu müssen. Somit kann das System praktisch unterbrechungsfrei arbeiten und der Fahrzeugnutzer den Austausch zu einem für ihn komfortablen Zeitpunkt durchführen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Ammoniakspeichersystem neben der zumindest einen Wechselkartusche zumindest einen Betriebsspeicher, der ein NH₃-Speichermaterial enthält, welches temperaturabhängig Ammoniak reversibel bindet. In diesem Fall ist das System so eingerichtet, dass eine NH₃-Versorgung des SCR-Katalysators aus dem zumindest einen Betriebsspeicher erfolgt und dieser kontinuierlich oder diskontinuierlich durch die Wechselkartusche beladen wird.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass alternativ oder neben dem zumindest einen Betriebsspeicher ein vergleichsweise großvolumiger Hauptspeicher vorgesehen ist, der ebenfalls ein NH₃-Speichermaterial enthält, welches temperaturabhängig Ammoniak reversibel bindet. In diesem Fall ist das System so eingerichtet, dass eine NH₃-Beladung des Betriebsspeichers aus dem zumindest einen Hauptspeicher erfolgt, der seinerseits wiederum aus der zumindest einen Wechselkartusche beladen wird. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass über den relativ großvolumigen Hauptspeicher eine relativ große NH₃-Menge im Ammoniakspeichersystem vorgehalten wird, die aus einer oder mehreren Wechselkartuschen wiederbeladen werden kann, falls die Kapazität des Hauptspeichers nicht ausreicht, um den NH₃-Bedarf eines Serviceintervalls zu decken.
Im Zusammenhang mit mehreren Wechselkartuschen kann eine Steuereinrichtung des SCR-Katalysatorsystems vorhanden sein, die eingerichtet ist, die NH₃-Versorgung des SCR-Katalysators oder – bei Vorhandensein zumindest eines Betriebsspeichers und/oder zumindest eines Hauptspeichers – deren NH₃-Beladung zunächst aus einer ersten Wechselkartusche zu steuern und, wenn der NH₃-Füllstand der ersten Wechselkartusche eine untere Grenze unterschreitet oder gleich Null ist, die NH₃-Versorgung des SCR-Katalysators beziehungsweise die NH₃-Beladung des Betriebs- und/oder Hauptspeichers auf eine zweite Wechselkartusche umzustellen. Hierdurch wird ein unterbrechungsfreier Betrieb gewährleistet. In diesem Zusammenhang kann die Steuereinrichtung ferner eingerichtet sein, ein Kartuschenaustauschsignal an einen Fahrer und/oder an ein Onboard-Diagnosesystem (OBD-System) auszugeben, wenn die NH₃-Versorgung beziehungsweise -beladung aus der ersten Wechselkartusche beendet und auf die zweite Wechselkartusche umgestellt wurde. Dabei kann das Signal mit einer Angabe einer voraussichtlichen Fahrstrecke ergänzt werden, die mit der zweiten Wechselkartusche zurückgelegt werden kann. Vorzugsweise wird das Kartuschenaustauschsignal erst ausgegeben, wenn die auszutauschende Wechselkartusche eine untere Temperaturschwelle und/oder eine untere Druckschwelle unterschreitet, so dass ihr Austausch gefahrlos möglich ist. Auf diese Weise muss dem Fahrzeugnutzer nicht zugemutet werden, abzuwarten, bis eine ausreichende Abkühlung der Wechselkartusche erfolgt ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das NH₃-Speichermaterial der zumindest einen Wechselkartusche so gewählt, dass es einen höheren NH₃-Dampfdruck aufweist als das NH₃-Speichermaterial des zumindest einen Betriebsspeichers und/oder des zumindest einen Hauptspeichers. Auf diese Weise wird eine Beladung des Betriebsbeziehungsweise Hauptspeichers aufgrund des Unterschiedes der NH₃-Dampfdrücke erleichtert. In diesem Zusammenhang kann auf eine Heizeinrichtung der zumindest einen Wechselkartusche verzichtet werden, da die NH₃-Umlagerung spontan abläuft.
In alternativer Ausführung kann das NH₃-Speichermaterial der zumindest einen Wechselkartusche jedoch auch mit einem besonders niedrigen NH₃-Dampfdruck gewählt sein, wodurch die Wechselkartusche geringeren Stabilitätsanforderungen genügen muss. Insbesondere muss die Wechselkartusche, wenn sie beispielsweise im Kofferraum als Reserve transportiert wird und auch einer Aufheizung infolge von Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, nur geringeren Drücken standhalten können.
Das NH₃-Speichermaterial der zumindest einen Wechselkartusche ist bevorzugt aus der Gruppe der NH₃-komplexierenden Metallsalze gewählt, insbesondere aus den Alkali- und Erdalkalimetallsalzen und Übergangsmetallsalzen. Hier sind insbesondere MgCl₂(NH₃)_x, CaCl₂(NH₃)_x und SrCl₂(NH₃)_x zu nennen. Ebenfalls einsetzbar sind jedoch auch NH₃-adsorbierende Feststoffe, insbesondere säureaktivierte Aktivkohle und Zeolithe, Ammoniak oder Ammoniaklösungen. Wenn ein Material mit relativ niedrigem NH₃-Dampfdruck aus Sicherheitsgründen eingesetzt werden soll, ist insbesondere MgCl₂(NH₃)_x zu bevorzugen.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug;
2 eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
3 eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
4 eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer dritten Ausgestaltung der Erfindung;
5 eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer vierten Ausgestaltung der Erfindung;
6 eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer fünften Ausgestaltung der Erfindung; und
7 eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung.
1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Kraftfahrzeug, das ein erfindungsgemäßes SCR-Katalysatorsystem aufweist, von denen verschiedene bevorzugte Ausgestaltungen in den 2 bis 7 schematisch dargestellt sind.
2 zeigt einen Verbrennungsmotor 12 mit einer daran angeschlossenen Abgasanlage 14. Bei dem Verbrennungsmotor 12 handelt es sich um einen zumindest zeitweise oder permanent mager laufenden Motor, beispielsweise einen Dieselmotor.
Ein Abgas des Verbrennungsmotors 12 wird in einen Abgaskanal 16 der Abgasanlage 14 eingeleitet, wo an einer motornahen Position ein erster Katalysator 18 angeordnet sein kann, beispielsweise ein Oxidations- oder 3-Wege-Katalysator.
Die Abgasanlage 14 umfasst ferner ein nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion arbeitendes SCR-Katalysatorsystem 20, das einen SCR-Katalysator 22, insbesondere einen NO_x-Reduktionskatalysator, und ein insgesamt mit 24 bezeichnetes Ammoniakspeichersystem aufweist. Das Ammoniakspeichersystem 24 umfasst zumindest einen NH₃-Speicher zur Aufnahme eines NH₃-Speichermaterials, wobei von den vorgesehenen Speichern erfindungsgemäß zumindest einer als austauschbare Wechselkartusche 26 ausgebildet ist. In dem in 2 dargestellten Beispiel sind sämtliche NH₃-Speicher als Wechselkartuschen 26 ausgestaltet. Die Wechselkartuschen 26 umfassen jeweils ein nicht dargestelltes NH₃-Speichermaterial, das in der Lage ist, in Abhängigkeit von der Temperatur Ammoniak NH₃ freizusetzen. Die Wechselkartuschen sind über ein Kupplungssystem, in eine Kartuschenhalterung 28 eingesetzt, aus der sie vorzugsweise ohne Gebrauch eines Werkzeuges, höchstens aber mit einem als Zubehörteil im Fahrzeug 10 vorhandenen Bordwerkzeug, entnommen werden und in diese eingesetzt werden können.
Um die Wechselkartuschen 26 beziehungsweise das darin enthaltene NH₃-Speichermaterial auf seinen erforderlichen Betriebsdruck zu bringen, ist für jede Wechselkartusche 26 jeweils eine Heizeinrichtung 30 vorgesehen. Dabei kann es sich um eine elektrische Heizeinrichtung handeln oder um eine mit einem flüssigen Medium betriebene Heizeinrichtung, die beispielsweise durch ein Motorkühlwasser oder ein Wärmeträgeröl beheizt wird. Die Heizeinrichtung 30 kann seitens der entnehmbaren Wechselkartusche 26 vorgesehen sein oder aber – bevorzugt – in die fahrzeugseitige, fest installierte Kartuschenhalterung 28 integriert sein; beide alternative Anordnungsmöglichkeiten sind in 2 dargestellt. Daneben weist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Kartuschenhalterung 28 einen Temperatursensor 32 auf, der in alternativer, allerdings weniger bevorzugten Ausführung ebenfalls seitens der Wechselkartuschen 26 angeordnet sein kann. Alternativ oder zusätzlich zu dem Temperatursensor 32 kann eine (nicht dargestellte) Druckmessstelle kartuschenseitig oder seitens der Kartuschenhalterung 28 vorgesehen sein. Die integrierte Anordnung der Heizeinrichtung 30 sowie der Temperaturmessstelle und/oder Druckmessstelle in der Kartuschenhalterung 28 hat den Vorteil, dass die austauschbare Wechselkartusche 26 einfach und kostengünstig gestaltet werden kann. Ferner wird die Gefahr der Beschädigung empfindlicher Elemente der Wechselkartusche 26 minimiert. Auch kann der Anschluss der Wechselkartusche 26 mit der Kartuschenhalterung 28 vereinfacht werden, da keine elektrischen Kontakte oder Fluidverbindungen hergestellt werden müssen.
Bei dem in den Kartuschen 26 befindlichen NH₃-Speichermaterial handelt es sich vorzugsweise um ein NH₃-komplexierendes Metallsalz, das auch als Metallammin bezeichnet wird. Beispielsweise kommen hier die Verbindungen MgCl₂(NH₃)_x, CaCl₂(NH₃)_x und SrCl₂(NH₃)_x in Frage, welche das gebundene NH₃ zum Teil stufenweise freisetzen. Beispielsweise setzt der Strontiumchloridamminkomplex, der bis zu 8 Mol NH₃ pro Mol SrCl₂ speichern kann, sieben Mol NH₃ bei Erreichen einer Temperatur von etwa 60–80°C und das achte Mol NH₃ bei etwa 150°C frei. In einer bevorzugten Ausführung wird ein NH₃-Speichermaterial gewählt, das einen relativ niedrigen NH₃-Dampfdruck aufweist. Insbesondere ist hier MgCl₂(NH₃)₆ mit Vorteil verwendbar, das erst bei Temperaturen oberhalb von 140°C Ammoniak in nennenswertem Umfang freisetzt und somit einen Überdruck erzeugt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Sicherheit von im Fahrzeug 10 mitgeführten, noch nicht eingesetzten Reservekartuschen 26 erhöht wird, beispielsweise wenn eine passive Aufheizung durch Sonneneinstrahlung erfolgt, beziehungsweise dass die Wechselkartuschen 26 mit einer niedrigeren Druckstabilität konzipiert sein können. Auch im Falle einer Beschädigung der Wechselkartusche 26, würde Ammoniak erst bei Erreichen der Desorptionstemperatur freigesetzt.
Die Wechselkartuschen 26 sind so ausgelegt, dass sie durch einen Fahrzeugnutzer ohne technische Vorbildung – und nicht nur durch Fachpersonal im Rahmen eines Werkstattaufenthaltes – bequem und ohne Baumaßnahmen ausgetauscht werden können. Hierfür ist es von Vorteil, dass sie an einer ohne weiteres zugänglichen Position des Fahrzeugs 10 angeordnet sind. Mögliche Anordnungen sind in 1 angedeutet. Einer ersten Möglichkeit entsprechend ist zumindest eine der Wechselkartuschen 26 in einem Motoraum 34 (in 1 durch einen unterbrochenen Pfeil angedeutet) unterhalb einer Motorhaube 36 des Fahrzeug 10 angeordnet. Auf diese Weise kann der Fahrzeugnutzer die Wechselkartusche/n 26 durch einfaches Öffnen der Motorhaube 36 erreichen und austauschen. Alternativ kann zumindest eine der Wechselkartuschen 26 innerhalb eines Kofferraums 38 (in 1 wiederum durch einen unterbrochenen Pfeil angedeutet) angeordnet sein und durch öffnen einer Heckklappe 40 zugänglich sein. Schließlich kann zumindest eine der Wechselkartuschen 26 im Bereich einer Außenkarosserie 42 des Fahrzeugs 42, insbesondere unterhalb einer Klappe 44, zugänglich positioniert sein. Dabei kann die Klappe 44 eine herkömmliche Tankklappe sein, die neben der Wechselkartusche 26 auch einen Tankstutzen verdeckt, oder eine eigene, nur die Wechselkartusche 26 abdeckende Klappe.
Um die Sicherheit und Praktikabilität des erfindungsgemäßen Konzepts der Wechselkartuschen 26 noch weiter zu verbessern, weisen diese vorzugsweise einen selbsttätigen Sicherheitsverschluss auf, der nach der Entnahme der Wechselkartusche 26 aus der Kartuschenhalterung 28 die Kartusche 26 automatisch verschließt. Somit wird einerseits ein Austreten von eventuell in der Kartusche noch vorhandenen Restammoniaks verhindert und andererseits auch ein unbeabsichtigtes Öffnen der Kartusche vor ihrem Einsetzen in die Halterung 28. Beispielsweise kann eine Klappe oder Blende die Kartusche 26 im nicht eingebauten Zustand verschließen und durch einen Mechanismus seitens der Kartuschenhalterung 28 beim Einsetzen der Kartusche 26 in die Halterung betätigt und geöffnet werden. Beim Entnehmen der Kartusche 26 aus der Halterung hingegen kann ein kartuschenseitiger Federmechanismus oder dergleichen für das selbsttätige Verschließen der Klappe oder Blende sorgen. Derartige Sicherheitsverschlüsse sind in vielfältigen Konstruktionen aus unterschiedlichsten Anwendungsbereichen bekannt und bedürfen keiner näheren Ausführung.
Darüber hinaus kann die zumindest eine Wechselkartusche 26 eine Schnellkupplung aufweisen, mit deren Hilfe die Wechselkartusche 26 mit der fahrzeugseitigen Kartuschenhalterung 28 beziehungsweise einem Gasleitungssystem des Ammoniakspeichersystems 24 gasdicht verbindbar ist. Auch derartige Schnellkupplungen sind dem Fachmann aus verschiedenen Anwendungsbereichen bekannt. Ebenfalls bekannt und mit Vorteil im Rahmen der Erfindung einsetzbar sind Verbindungssysteme, welche die Eigenschaften einer Schnellkupplung und eines Sicherheitsverschlusses vereinen. Vorzugsweise ist das Einsetzen der Wechselkartusche 26 in die Kartuschenhalterung 28 ohne die Benutzung von Werkzeug möglich. Allenfalls kann ein Bordwerkzeug am Fahrzeug 10 als Zubehör vorgesehen sein, mit dessen Hilfe das Einsetzen zu bewerkstelligen ist. Zusätzlich kann der korrekte Sitz der Kartusche 26 und/oder die Arretierung der Kupplung beispielsweise sensorisch erfasst werden und eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs 10 nur bei positiver Detektion von Sitz und Arretierung zugelassen werden.
Ferner weist die zumindest eine Wechselkartusche 26 eine Größe, eine Form und ein Gewicht auf, die eine Handhabung durch einen durchschnittlichen Nutzer problemlos ermöglichen. Darüber hinaus sollte auch sichergestellt sein, dass die Wechselkartusche 26 einfach, sicher und möglichst nur in einer korrekten Position in die Kartuschenhalterung 28 eingesetzt werden kann. Um dies zu gewährleisten, kann die zumindest eine Wechselkartusche 26 eine Einführhilfe aufweisen. Beispielsweise kann sie eine leicht konisch in Richtung der Kupplung sich verjüngende Gestalt aufweisen, wodurch ein Verkanten der Kartusche 26 in der Halterung 28 verhindert wird. Darüber hinaus kann sie eine asymmetrische Gestalt besitzen, die ein Einsetzen der Kartusche 26 ausschließlich in korrekter Ausrichtung erlaubt.
Gemäß 2 stehen die Wechselkartuschen 26 jeweils mit einer Gaszufuhrleitung 46 in Verbindung, die stromauf des SCR-Katalysators 22 in den Abgaskanal 16 mündet. Dabei ist an einer geeigneten Stelle der Leitung 46 eine steuerbare Dosiereinrichtung 48 zur variablen Einstellung des NH₃-Stroms angeordnet, das etwa als ein Drosselventil (Massflow-Regler) oder Gasdosierventil ausgestaltet sein kann. Die Fluidverbindung zwischen den Wechselkartuschen 26 und der Gaszufuhrleitung 46 können über Ventile 50 hergestellt beziehungsweise unterbrochen werden. Optional können weitere Temperatur- und/oder Druckmessstellen im Leitungssystem angeordnet sein (nichtdargestellt). in 2 ist mit 45 eine Kupplung beziehungsweise Schnellkupplung angedeutet welche die Kartuschenhalterung 28 mit der Leitung 46 verbindet. Wie vorstehend ausgeführt ist demgegenüber bevorzugt vorgesehen, eine derartige Kupplung zur Herstellung einer Verbindung zwischen Wechselkartusche 26 und Kartuschenhalterung 28 zusätzlich oder alternativ vorzusehen.
Die Signale der Temperatursensoren 32 und gegebenenfalls Drucksensoren finden Eingang in eine Steuereinrichtung 52 zur Steuerung des Betriebs des Ammoniakspeichersystems 24. Die Steuereinrichtung 52 steuert in Abhängigkeit dieser und anderer Signale die Heizleistungen der Heizeinrichtungen 30, die Stellung der Ventile 50 sowie die Stellung der Dosiereinrichtung 48. Letztere erfolgt insbesondere abhängig von einem Ammoniakbedarf des SCR-Katalysators 22, der entweder über einen im Abgaskanal installierten NO_x-Sensor (nicht dargestellt) erfasst wird oder in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Motors 12, insbesondere von einer Motordrehzahl, einer Motorlast, einer Motortemperatur etc., rechnerisch oder anhand von NO_x-Kennfeldern ermittelt werden kann. Die Steuereinrichtung 52 kann als eigenständiges Gerät installiert sein oder in ein Motorsteuergerät (nicht dargestellt) integriert sein.
Die Steuereinrichtung 52 ist vorzugsweise so eingerichtet, dass die Ammoniakversorgung des SCR-Katalysators 22 zunächst aus einer ersten der vorhandenen Wechselkartuschen 26 erfolgt. Sobald ein NH₃-Füllstand der ersten Wechselkartusche 26 eine untere Grenze unterschreitet oder gleich Null ist, werden die Ventile 50 so angesteuert, dass die NH₃-Versorgung auf eine zweite Wechselkartusche 26 umgestellt wird. Ist dies erfolgt, gibt die Steuereinrichtung 52 ein Kartuschenaustauschsignal aus, das dem Fahrer angezeigt wird und das zusätzlich in einem OBD-System gespeichert werden kann. Vorzugsweise wird das Kartuschenaustauschsignal erst an den Fahrer ausgegeben, wenn die auszutauschende Wechselkartusche 26 eine untere Temperaturschwelle und/oder eine untere Druckschwelle unterschreitet, die so gewählt sind, dass eine sichere Entnahme möglich ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Fahrzeugnutzer, nachdem er zum Kartuschenwechsel aufgefordert wurde, erst ein Abkühlen der Kartusche 26 abwarten muss.
3 zeigt eine Abwandlung des Ammoniakspeichersystems 24 aus 2. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden im Einzelnen nicht noch einmal erläutert. Darüber hinaus wurde auf die Darstellung der Steuereinrichtung 52 in dieser und den folgenden Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Das in 3 dargestellte System unterscheidet sich von dem der 2 dadurch, dass zusätzlich zu den beiden Wechselkartuschen 26 ein weiterer NH₃-Speicher vorgesehen ist, insbesondere ein Betriebsspeicher 54. Der Betriebsspeicher 54 kann ein, verglichen mit den Wechselkartuschen 26, relativ kleines Volumen aufweisen und ist von einem im System fest verbauten und nur durch Fachpersonal austauschbaren Isoliermantel umgeben. Ebenso wie die Wechselkartuschen 26 ist auch der Betriebsspeicher 54 mit einer elektrischen oder fluidbetriebenen Heizeinrichtung 56 ausgestattet und über ein Ventil 58 mit der Gaszufuhrleitung 46 verbunden. Anders als in der in 2 gezeigten Ausführung erfolgt bei dem System nach 3 die Ammoniakversorgung des SCR-Katalysators 22 nicht direkt aus den Wechselkartuschen 26, sondern aus dem Betriebsspeicher 54, der zu diesem Zweck kontinuierlich auf seiner Betriebstemperatur beziehungsweise auf seinem Betriebsdruck geheizt wird. Auf der anderen Seite ist die in 3 nicht dargestellte Steuereinrichtung 52 eingerichtet, die NH₃-Beladung des Betriebsspeichers 54 zunächst aus einer ersten Wechselkartusche 26 zu steuern und, wenn der NH₃-Füllstand der ersten Wechselkartusche 26 eine untere Grenze unterschreitet oder Null ist, die NH₃-Beladung des Betriebsspeichers 54 auf eine zweite Wechselkartusche 26 umzustellen. Dabei kann die NH₃-Beladung des Betriebsspeichers 54 während des Betriebs des SCR-Katalysatorsystems 20 erfolgen oder nach Abstellen des Systems. Auch in diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Ausgabe des Kartuschenaustauschsignals durch die Steuereinrichtung 52 vorzugsweise nach Abkühlung der auszutauschen Wechselkartusche 26 unterhalb einer geeigneten Temperatur- beziehungsweise Druckschwelle.
Der Betriebsspeicher 54 enthält ein NH₃-Speichermaterial, das temperaturabhängig NH₃ reversibel zu binden vermag. Vorzugsweise ist dieses aus einem der vorstehend genannten Metallamminverbindungen gewählt. In der in 3 gezeigten Ausführung kann das NH₃-Speichermaterial des Betriebsspeichers 54 einerseits und der Wechselkartuschen 26 andererseits so gewählt werden, dass das NH₃-Speichermaterial der Wechselkartuschen 26 einen höheren NH₃-Dampfdruck aufweist als das des Betriebsspeichers 54. Diese Ausgestaltung ermöglichst es, auf die Heizeinrichtungen 30 der Wechselkartuschen 26 zu verzichten, da in Folge des Dampfdruckunterschiedes eine spontane Wiederbeladung des Betriebsspeichers 54 erfolgt.
4 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung des Ammoniakspeichersystems 24. Dieses beinhaltet neben einer Wechselkartusche 26 und einem Betriebsspeicher 54 einen im Vergleich zum Betriebsspeicher 54 beziehungsweise der Wechselkartusche 26 relativ großvolumigen Hauptspeicher 60. Der Hauptspeicher 60 beinhaltet ein NH₃-Speichermaterial, das temperaturabhängig Ammoniak reversibel bindet beziehungsweise freisetzt. Dieses kann aus den im Zusammenhang mit dem Speichermaterial der Wechselkartusche 26 genannten Materialien gewählt sein. Auch hier kann das NH₃-Speichermaterial der Wechselkartusche 26 mit einem höheren Dampfdruck als das des Hauptspeichers 60 gewählt sein, so dass auf die Heizeinrichtung 30 der Wechselkartusche 26 verzichtet werden kann. Bei dem in 4 dargestellten System erfolgt die Ammoniakversorgung des SCR-Katalysators 22 ausschließlich aus dem kontinuierlich beheizten Betriebsspeicher 54. Der Betriebsspeicher 54 wird während des Betriebs des SCR-Katalysatorsystems 20 oder nach dem Abstellen durch den Hauptspeicher 60 beladen, der zu diesem Zweck über eine Heizeinrichtung 62 verfügt, um Ammoniak aus dem NH₃-Speichermaterial des Hauptspeichers 60 freizusetzen. Der Hauptspeicher 60 wiederum wird über die Wechselkartusche 26 kontinuierlich oder diskontinuierlich mit NH₃ beladen. Sofern diese erschöpft ist beziehungsweise ihr NH₃-Füllstand eine vorbestimmte untere Grenze unterschreitet, wird ihre Fluidverbindung durch Schließen des Ventils 50 unterbrochen und ihre Beheizung beendet. Nach Abkühlen der Wechselkartusche 26 gibt die Steuereinrichtung 52 wiederum ein Kartuschenaustauschsignal an den Fahrzeugnutzer aus.
5 zeigt eine Variante des in 4 dargestellten Ammoniakspeichersystems 24, welches sich von diesem dadurch unterscheidet, dass zwei oder mehr Wechselkartuschen 26 vorgesehen sind, um den Hauptspeicher 60 wiederzubeladen. Insbesondere ist hier das System so eingerichtet, dass die Wechselkartuschen 26 im Wechsel zur Beladung des Hauptspeichers 60 betrieben werden, so dass, wenn eine der Wechselkartuschen 26 entleert ist, die NH₃-Beladung des Hauptspeichers 60 auf eine andere Wechselkartusche 26 umgestellt wird. Nach Abkühlung der entleerten Wechselkartusche 26 kann diese ohne Unterbrechung des Systems jederzeit gefahrlos gewechselt werden.
Das Ammoniakspeichersystem 24, das in 6 dargestellt ist, umfasst ebenfalls eine Wechselkartusche 26, einen Betriebsspeicher 54 sowie einen großvolumigen Hauptspeicher 60. Dieses System ist so konzipiert, dass wiederum die Ammoniakversorgung des SCR-Katalysators 22 durch den kontinuierlich beheizten Betriebsspeicher 54 erfolgt. Die NH₃-Beladung des Betriebsspeichers 54 erfolgt durch den Hauptspeicher 60, der über ein Ventil oder Rückschlagventil 64 mit der Gaszufuhrleitung 46 verbindbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Volumen beziehungsweise die Kapazität des Hauptspeichers 60 so bemessen, dass sein NH₃-Speichervorrat für die Länge eines durchschnittlichen Serviceintervalls ausgelegt ist. Allerdings werden in modernen Fahrzeugen variable Inspektionsintervalle angestrebt, die beispielsweise von einer Ölalterung und einem Kundennutzungsverhalten abhängig sind. Für den Fall das die Kapazität des Hauptspeichers 60 aufgrund eines überdurchschnittlich langen Serviceintervalls oder eines abweichenden Kundennutzungsverhaltens nicht bis zum nächsten Inspektionstermin ausreicht, wird der Fahrzeugnutzer rechtzeitig vor Erschöpfung des Hauptspeichers 60 aufgefordert, das System durch Einsetzen einer Wechselkartusche 26 zu erweitern. Nach Entleerung des Hauptspeichers 60 erfolgt dann eine Umschaltung der NH₃-Beladung des Betriebsspeichers 54 von dem Hauptspeicher 60 auf die Wechselkartusche 26. Alternativ kann hier auch ein direkter Betrieb über die Wechselkartusche 26 erfolgen, indem diese die NH₃-Versorgung des SCR-Katalysators 22 übernimmt. In dem in 6 dargestellten System ist ein Kartuschenwechsel durch den Fahrzeugnutzer demnach nur darin erforderlich, wenn die im Hauptspeicher 60 mitgeführte NH₃-Menge nicht für das Serviceintervall ausreicht.
Die in 7 dargestellte Ausführungsvariante unterscheidet sich von der Ausführung gemäß 6 dadurch, dass zwei oder mehr Wechselkartuschen 26 vorgesehen sein können. Die Wechselkartuschen 26 können so betrieben werden, dass der Arbeitsspeicher 54 von diesen befüllt wird oder die Wechselkartuschen 26 als Betriebskartuschen eingesetzt werden, indem sie direkt die NH₃-Dosierung in das Abgas vornehmen. Dabei können die Wechselkartuschen 26 im Wechsel betrieben werden, so dass eine nicht benutzte (nicht beheizte) Kartusche ausgewechselt werden kann.
Die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele erlauben eine Erhöhung des Kundenkomforts, da längere Zeitintervalle definiert werden können, innerhalb welcher ein Wiederbefüllen oder ein Wechsel des Hauptspeichers 60 in der Werkstatt erfolgen kann. Ist der Hauptspeicher vor dem Ablauf eines Serviceintervalls erschöpft, kann der Kunde das Wechselintervall der Hauptkartusche 60 durch Einsatz einer Wechselkartusche 26 verlängern. Da die Wechselkartusche 26 im normalen Betrieb in den meisten Ausführungsformen nicht beheizt wird, kann gewährleistet werden, dass die Kartusche beim Kartuschenwechsel nicht heiß ist und daher im Bereich der Kupplung nicht unter Druck steht. Dieses vereinfacht die zu treffenden Sicherheitsmaßnahmen und verringert eine mögliche Gefährdung des Nutzers.
Wenn die Wechselkartusche 26 mit einem weiteren Speicher (Betriebsspeicher 54 und/oder Hauptspeicher 60) verbunden ist, welcher fest im Fahrzeug verbaut ist (gegebenenfalls durch Servicepersonal wechselbar), kann das Ammoniak aus der Wechselkartusche 26 in den fest verbauten Speicher 54 beziehungsweise 60 umgelagert werden. Dadurch ist die einfache Zugänglichkeit des mit dem Fahrzeug 10 fest verbundenen Speichers 54, 60 nicht erforderlich. Die Möglichkeiten seiner Platzierung im Fahrzeug 10 sind daher sehr variabel und er kann an einer Stelle positioniert werden, die bezüglich eines möglichen Unfalls besonders geschützt ist. Der mit dem Fahrzeug 10 fest verbundene Speicher 54, 60 muss des Weiteren nicht genormt sein. Er kann in Form und Größe an das Fahrzeugkonzept angepasst werden und daher den Bauraum optimal nutzen. Demgegenüber sollten die Wechselkartuschen 26 flächendeckend verfügbar sein, beispielsweise an Tankstellen. Um dies zu gewährleisten, ist der Einsatz einer genormten Bauart der Wechselkartuschen 26 wünschenswert, da das Vorhalten verschiedenster Bauarten für verschiedene Fahrzeuge und Hersteller aufwändig ist.
Wenn mehr als eine Wechselkartusche 26 verwendet werden, kann von diesen jeweils eine betrieben werden. Wenn eine Kartusche 26 leer ist, schaltet die Steuerung 52 automatisch auf eine andere Wechselkartusche 26 um. Erst dann wird der Nutzer zum Wechsel der erschöpften Kartusche aufgefordert. Dies hat den Vorteil, dass durch die Steuereinrichtung 52 einerseits sichergestellt werden kann, dass das System unterbrechungsfrei arbeiten kann. Andererseits kann somit dafür gesorgt werden, dass die auszuwechselnde Kartusche 26 kalt und drucklos ist, wenn der Nutzer zu ihrem Wechsel aufgefordert wird. Dieses System ermöglicht auch, ausschließlich erschöpfte Kartuschen auszuwechseln, beispielsweise im Rahmen einer Inspektion oder eines Werkstattbesuchs. Auf diese Weise wird der NH₃-Vorrat bestmöglich genutzt, bei der gleichzeitigen Möglichkeit, den Speicher 54, 60 auch zwischen den Serviceintervallen aufzufüllen, zum Beispiel als Vorbereitung auf einen längeren unabhängigen Betrieb. Im Falle der Verwendung mehrerer Wechselkartuschen 26 kann auch auf einen fest verbauten Hauptspeicher 60 verzichtet werden. Hierdurch werden kleinere, zerklüftete und/oder nicht zusammenhängende Bauräume im Fahrzeug besser genutzt.
Insgesamt führen alle vorstehend vorgestellten Ausführungsbeispiele, in denen erfindungsgemäß die herkömmlich vorgesehenen, fest installierten Ammoniakspeicher durch austauschbare Wechselkartuschen ersetzt oder ergänzt werden, zu einer Erhöhung des Nutzerkomforts und zu einer Flexibilisierung von Inspektionsintervallen.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
12: Verbrennungsmotor
14: Abgasanlage
16: Abgaskanal
18: erster Katalysator
20: SCR-Katalysatorsystem
22: SCR-Katalysator
24: Ammoniakspeichersystem
26: Wechselkartusche
28: Kartuschenhalterung
30: Heizeinrichtung
32: Temperaturmessstelle/Temperatursensor
34: Motorraum
36: Motorhaube
38: Kofferraum
40: Heckklappe
42: Fahrzeugkarosserie
44: Klappe
45: Kupplung/Schnellkupplung
46: Gaszufuhrleitung
48: Dosiereinrichtung
50: Ventil
52: Steuereinrichtung
54: Betriebsspeicher
56: Heizeinrichtung
58: Ventil
60: Hauptspeicher
62: Heizeinrichtung
64: Ventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006061370 A1 [0005]

Claims

Fahrzeug (10) mit einer Abgasanlage (14), die ein nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeitendes Katalysatorsystem (20) mit zumindest einem in einem Abgaskanal (16) der Abgasanlage (14) angeordneten SCR-Katalysator (22) und mit einem Ammoniakspeichersystem (24) aufweist, wobei das Ammoniakspeichersystem (24) zumindest einen Speicher (26, 54, 60) umfasst, der ein NH₃-Speichermaterial enthält, das temperaturabhängig Ammoniak (NH₃) freizusetzen vermag, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Speicher (26, 54, 60) als eine, durch einen Nutzer des Fahrzeugs (10) austauschbare Wechselkartusche (26) ausgestaltet ist, die an einer für den Nutzer ohne Baumaßnahmen zugänglichen Position des Fahrzeugs (10) angeordnet ist.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wechselkartusche (26) in einem Motorraum (34) des Fahrzeugs (10) unterhalb einer Motorhaube (36), innerhalb eines Kofferraums (38), und/oder unterhalb einer Außenkarosserie (42), insbesondere unterhalb einer Klappe (44), zugänglich angeordnet ist.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wechselkartusche (26) werkzeugfrei oder mithilfe eines Bordwerkzeugs des Kraftfahrzeugs (10) austauschbar ist.
Fahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wechselkartusche (26) eine Schnellkupplung aufweist, die ausgestaltet ist, die Wechselkartusche (26) mit einer fahrzeugseitigen Kartuschenhalterung (28) zur Aufnahme der Wechselkartusche (26) gasdicht zu verbinden.
Fahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniakspeichersystem (24) zumindest eine fahrzeugseitige Kartuschenhalterung (28) zur Aufnahme der Wechselkartusche (26) aufweist, die eine integrierte Heizeinrichtung (30) sowie optional zumindest eine Temperatur- und/oder Drucksmessstelle (32) aufweist.
Fahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wechselkartusche (26) einen Sicherheitsverschluss aufweist, der ausgestaltet ist, die Wechselkartusche (26) im nicht eingebauten Zustand selbsttätig zu schließen.
Fahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wechselkartusche (26) eine Einführhilfe zur Unterstützung eines verkantungsfreien und korrekten Einsatzes und/oder eine den verkantungsfreien und korrekten Einsatz unterstützende Form ausweist.
Fahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniakspeichersystem zumindest zwei Wechselkartuschen (26) umfasst.
Fahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniakspeichersystem (24) zumindest einen Betriebsspeicher (54) aufweist, der ein NH₃-Speichermaterial enthält, welches temperaturabhängig Ammoniak (NH₃) reversibel zu binden vermag, und das System so eingerichtet ist, dass eine NH₃-Versorgung des SCR-Katalysators (22) aus dem zumindest einen Betriebsspeicher (54) erfolgt.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniakspeichersystem (24) neben dem zumindest einen Betriebsspeicher (54) zumindest einen relativ zum Betriebsspeicher (54) großvolumigen Hauptspeicher (60) aufweist, der ein NH₃-Speichermaterial enthält, welches temperaturabhängig Ammoniak (NH₃) reversibel zu binden vermag, und das System so eingerichtet ist, dass eine NH₃-Beladung des zumindest einen Betriebsspeichers (56) aus dem zumindest einen Hauptspeicher (60) erfolgt und eine NH₃-Beladung des zumindest einen Hauptspeicher (60) aus der zumindest einen Wechselkartusche (26).
Fahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das SCR-Katalysatorsystem (20) eine Steuereinrichtung (52) umfasst, die eingerichtet ist, die NH₃-Versorgung des SCR-Katalysators (22) oder die NH₃-Beladung des zumindest einen Betriebsspeichers (54) oder des zumindest einen Hauptspeichers (60) zunächst aus einer ersten Wechselkartusche (26) zu steuern und, wenn ein NH₃-Füllstand der ersten Wechselkartusche (26) eine untere Grenze unterschreitet oder Null ist, die NH₃-Versorgung oder die NH₃-Beladung auf eine zweite Wechselkartusche (26) umzustellen.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (52) eingerichtet ist, ein Kartuschenaustauschsignal auszugeben, wenn die NH₃-Versorgung oder die NH₃-Beladung aus einer Wechselkartusche (26) beendet und auf eine andere Wechselkartusche (26) umgestellt wurde.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (52) eingerichtet ist, das Kartuschenaustauschsignal erst auszugeben, wenn die auszutauschende Wechselkartusche (26) eine untere Temperaturschwelle und/oder eine untere Druckschwelle unterschreitet.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das NH₃-Speichermaterial des zumindest einen Betriebsspeichers (54) und/oder des zumindest einen Hauptspeichers (60) einen geringeren NH₃-Dampfdruck aufweist als das NH₃-Speichermaterial der zumindest einen Wechselkartusche (26).
Fahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das NH₃-Speichermaterial der zumindest einen Wechselkartusche (26) aus der Gruppe der NH₃-komplexierenden Metallsalze, insbesondere der Alkali-, Erdalkali- und Übergangsmetallsalze; der NH₃-adsorbiernden Feststoffen, insbesondere Aktivkohle und Zeolithen; Ammoniak und seinen Lösungen gewählt ist.