DE102005006260A1

DE102005006260A1 - Zugabevorrichtung zur Zugabe von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005006260A1
Application number: DE102005006260A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Gärtner; Peter Dr.-Ing. Kozuch
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-02-11
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2006-08-24
Also published as: WO2006084569A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zugabevorrichtung (1) zur Zugabe von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung (10) einer Brennkraftmaschine (3). DOLLAR A Die Zugabevorrichtung (1) umfasst ein in der Abgasleitung (10) angeordnetes Venturirohr (11) und eine von außen in das Venturirohr (11) geführte Zugabeleitung (2). DOLLAR A Erfindungsgemäß sind für die Zugabevorrichtung (1) Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung (2) nach einer Beendigung der Reduktionsmittelzugabe vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zugabevorrichtung zur Zugabe von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 195 15 352 A1 ist es bekannt, ein Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion durch eine Zerstäubungsdüse in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine einzubringen. Dabei ist die Abgasleitung im Bereich der Abgabestelle als Venturidüse ausgebildet. Die von der Venturidüse ausgeübte Saugwirkung begünstigt das Einbringen und Verteilen des Reduktionsmittels, wobei dieses gemäß der DE 195 15 352 A1 gleichzeitig als Agglomerationshilfe für im Abgas vorhandene Partikel wirkt. Bei Zugabevorrichtungen zur Einbringung von Reduktionsmitteln in Brennkraftmaschinenabgas besteht jedoch generell das Problem einer Verstopfung oder Verkokung der Zugabedüse.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zugabevorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher die Verstopfungsneigung vermindert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Zugabevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 umfasst die Zugabevorrichtung ein in der Abgasleitung angeordnetes Venturirohr und eine von außen in das Venturirohr geführte Zugabeleitung, wobei erfindungsgemäß Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung nach einer Beendigung der Reduktionsmittelzugabe vorgesehen sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Zugabeleitung endseitig düsenartig ausgebildet ist und in einem Bereich des Venturirohrs endet, in welchem die bei durchströmtem Venturirohr vorhandene Saugwirkung am stärksten ausgeprägt ist. Nach Beendigung eines Zugabevorgangs kann in der Zugabeleitung stehendes Reduktionsmittel infolge der Saugwirkung des Venturirohrs abgesaugt werden, da die erfindungsgemäßen Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung es ermöglichen, dass gasförmiges Fluid in die Zugabeleitung nachströmen kann. Die Zugabeleitung wird somit zumindest endseitig belüftet und von Reduktionsmittel entleert. Die Bildung von Rückständen infolge von verdampfendem oder verkokendem Reduktionsmittel und damit die Gefahr einer Düsenverstopfung wird auf diese Weise wirksam vermieden oder zumindest stark verringert.

Unter einem Reduktionsmittel ist hier insbesondere ein für die Stickoxidreduktion geeignetes Medium zu verstehen, welches vorzugsweise als organische Flüssigkeit oder als wässrige Harnstofflösung aus der Zugabeleitung abgegeben werden kann. Zur Stickoxidreduktion ist stromab der Abgabestelle ein entsprechender Abgaskatalysator vorgesehen.

Der Austritt des Reduktionsmittels aus dem vorzugsweise düsenartig verengten Ende der Zugabeleitung erfolgt bevorzugt axial in Bezug auf die Abgasleitung. Vom sich infolge der Wirkung des Venturirohrs aufweitenden Abgasstrom wird das eingebrachte Reduktionsmittel mitgerissen und verteilt sich weiter im Abgas.

In Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung eine Belüftungsleitung, über welche die Zugabeleitung mit der Umgebung verbindbar ist. Die Belüftung der Zugabeleitung erfolgt daher mit Umgebungsluft.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung eine Belüftungsleitung, über welche die Zugabeleitung mit der Abgasleitung verbindbar ist, so dass die Belüftung der Zugabeleitung mit Abgas ermöglicht ist.

Vorzugsweise zweigt die Belüftungsleitung möglichst nahe an der Spitze der Zugabeleitung von dieser ab. Um die Verbindung der Zugabeleitung mit der Umgebungsluft bzw. mit der Abgasleitung herzustellen, ist in der Belüftungsleitung vorzugsweise ein Ventil vorgesehen, welches zur Belüftung der Zugabeleitung geöffnet wird und ansonsten geschlossen ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Zugabeleitung endseitig ein auswechselbares Düsenteil auf. Durch Auswechslung des Düsenteils kann bei einer trotz der vorgesehenen Maßnahmen eingetretenen Verstopfung eine Funktionsfähigkeit der Zugabevorrichtung wiederhergestellt werden. Zudem ist es ermöglicht, weitgehend baugleiche Zugabevorrichtungen an unterschiedliche Anforderungen bezüglich der Dosiermengen auf einfache Weise anzupassen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Zugabevorrichtung und Abgassystem einer Brennkraftmaschine und
2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zugabevorrichtung in einer Abgasleitung.
Die in 1 dargestellte Anordnung umfasst eine vorzugsweise als Dieselmotor ausgeführte Brennkraftmaschine 3, welche ihre Verbrennungsluft über eine Luftleitung 4 erhält und Verbrennungsabgase über die Abgasleitung 10 an die Umgebung abgibt. Zur Stickoxidverminderung ist in der Abgasleitung 10 ein hierfür geeigneter Abgaskatalysator 5 angeordnet. Stromauf des Abgaskatalysators 5 ist über eine Zugabevorrichtung 1 ein für die Stickoxidverminderung geeignetes Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstofflösung, dem Abgas zuführbar. Hierfür ist die Zugabevorrichtung 1 über eine Zugabeleitung 2 an eine nicht dargestellte Dosiereinrichtung angeschlossen, von welcher eine bedarfsgerecht abgemessene Harnstoffmenge in die Zugabeleitung 2 abgegeben wird. Die Dosiereinrichtung kann für eine Abgabe des Reduktionsmittels in einphasiger, flüssiger Form oder zur Abgabe des Reduktionsmittels als fein verteiltes Aerosol ausgelegt sein, wobei im letztgenannten Fall zweckmäßigerweise eine Zerstäubung mittels Druckluft vorgesehen ist. Die Zugabeleitung 2 ist von außen in vorzugsweise radialer Richtung bis etwa in den mittleren Bereich der Abgasleitung 10 geführt, welche in diesem Bereich ein Venturirohr aufweist. Die spezielle Ausführungsführungsform der Zugabevorrichtung 1 und der Abgasleitung 10 in dem maßgebenden Bereich 9 sind im einzel nen in 2 dargestellt, worauf weiter unten näher eingegangen wird.
In der Zugabeleitung 2 ist ein erstes Ventil 8 angeordnet, über welches die Zugabeleitung 2 nach Beendigung einer Harnstoffzugabe abgesperrt werden kann.
Nach Beendigung der Harnstoffzugabe besteht jedoch die Gefahr eines unkontrollierten Nachtropfens oder einer Verstopfung der Düsenöffnung der Zugabevorrichtung 1, beispielsweise durch Auskristallisieren von Harnstoff. Um dies zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Zugabevorrichtung 1 nach Beendigung der Harnstoffzugabe zu entleeren bzw. freizublasen bzw. zu belüften. Hierzu ist die Zugabeleitung 2 stromab des ersten Ventils 8 mit einer Belüftungsleitung 6 verbunden, welche nach Beendigung der Reduktionsmittelzugabe mittels eines zweiten Ventils 7 zur Entleerung der Zugabevorrichtung 1 geöffnet wird und ansonsten geschlossen ist.
In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, die Zugabeleitung 2 über einen Leitungsabschnitt 6a der Belüftungsleitung 6 mit der Abgasleitung 10 zu verbinden, während in einer alternativen zweiten Ausführungsform die Zugabeleitung 2 über einen Leitungsabschnitt 6b der Belüftungsleitung 6 mit der Umgebung verbindbar ist.
Wird die Zugabe von Harnstofflösung beendet, so wird in der Zugabeleitung 2 stromab des ersten Ventils 8 vorhandene Harnstofflösung durch den Unterdrucks stromab der Abgabestelle entfernt, was infolge des Nachströmens von Abgas bzw. Umgebungsluft durch das geöffnete zweite Ventil 7 ermöglicht ist. Die Zugabeleitung 2 stromab des ersten Ventils 8 wird daher entleert und auf diese Weise ein Nachtropfen oder ein Verstopfen vermieden. Alternativ kann vorgesehen sein, die Belüftungsleitung 6 einströmseitig an eine nicht dargestellte Pressluftversorgung anzuschließen und die Zugabevorrichtung 1 nach Beendigung einer Harnstoffzugabe freizublasen.
Zur näheren Erläuterung betreffend die Ausführung der erfindungsgemäßen Zugabevorrichtung 1 wird nachfolgend Bezug auf die 2 genommen, in welcher der in 1 mit der Bezugsziffer 9 versehene Bereich näher dargestellt ist, wobei die Bauteile, soweit sie denen der 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Gemäß der in 2 gezeigten schematischen Querschnittsdarstellung ist in der Abgasleitung 10 ein Venturirohr 11 angeordnet. Die Anordnung des Venturirohrs erfolgt vorzugsweise wie in 2 dargestellt koaxial in Bezug auf die Mittelachse 15 der Abgasleitung 10 und mit einem radialem Abstand zur Abgasleitung 10. Das Venturirohr 11 ist dabei bevorzugt mittels einer Strebe 14 mit der Abgasleitung 10 fest verbunden. Die Zugabeleitung 2 der Zugabevorrichtung 1 ist etwa im axial mittleren Bereich des Venturirohrs radial durch die Wandung der Abgasleitung 10 und des Venturirohrs 11 geführt. Endseitig weist die Zugabeleitung 2 ein Düsenteil 12 auf, welches im mittleren Bereich des Venturirohrs 11 in Richtung der mit dem Pfeil 16 gekennzeichneten Abgasströmung abgebogen ausgeführt ist und in einer vorzugsweise düsenartig verengten Spitze 13 ausmündet. Alternativ kann die Spitze 13 auch mit mehreren Düsenöffnungen versehen sein. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Düsenteil 12 auswechselbar an der Zugabeleitung 2 befestigt ist. Vorzugsweise ist hierfür für das Düsenteil 12 und die Zugabeleitung 2 eine Schraubverbindung vorgesehen, so dass das Düsenteil 12 durch einfaches Abschrauben entfernt und durch ein anderes Düsenteil 12 ersetzt werden kann.
Obschon die erfindungsgemäße Zugabevorrichtung 1 zur Dosierung verschiedenster, insbesondere in flüssiger Form vorliegender Zuschlagmedien geeignet ist, wird sie vorzugsweise zur Einbringung von Harnstoff in das Abgas der Brennkraftmaschine 3 eingesetzt. Dabei wirkt der Harnstoff als selektives Reduktionsmittel zur katalytischen Stickoxidverminderung. Der Harnstoff liegt für eine Dosierung mit der erfindungsgemäßen Zugabevorrichtung 1 vorzugsweise in Form einer wässrigen Lösung vor oder wird als aerosolartiger Nebel ins Abgas eingedüst. Der infolge des Abgasstroms im ausgangsseitig des Venturirohrs 11 entstehende Unterdruck vergrößert den zwischen einer nicht dargestellten Reduktionsmittel-Einspeisestelle der Zugabeleitung 2 und Düsenspitze 13 vorhandenen Differenzdruck, wodurch die Zerstäubung des Reduktionsmittels im Abgas verbessert ist. Dabei kann vorgesehen sein, zusätzlich Überdruck mittels einer nicht dargestellten externen Pumpeneinheit aufzubauen, um die Zerstäubung weiter zu verbessern. Nach Beendigung eines Reduktionsmittelzugabevorgangs und Betätigung der Ventile 7, 8 erfolgt selbsttätig eine Entleerung der Zugabeleitung 2 im Bereich der Abgasleitung 10, wodurch einerseits ein unkontrolliertes Nachtropfen von Reduktionsmittel und andererseits eine Verstopfung des Düsenteils 12 durch auskristallisierenden Harnstoff oder verkokendes Reduktionsmittel vermieden wird. Durch die erfindungsgemäße austauschbare Ausführung des Düsenteils 13 ist einerseits die Betriebssicherheit der Zugabevorrichtung 1 weiter verbessert, da das Düsenteil 12 beispielsweise bei routinemäßigen Wartungsarbeiten auf einfache Weise ersetzt werden kann. Andererseits ist eine einfache Anpassung der Zugabevorrichtung 1 an unterschiedliche oder veränderte Durchsatzbedingungen ermöglicht.

Claims

Zugabevorrichtung (1) zur Zugabe von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung (10) einer Brennkraftmaschine (3), umfassend ein in der Abgasleitung (10) angeordnetes Venturirohr (11) und eine von außen in das Venturirohr (11) geführte Zugabeleitung (2), dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung (2) nach einer Beendigung der Reduktionsmittelzugabe vorgesehen sind.
Zugabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung (2) eine Belüftungsleitung (6) umfassen, über welche die Zugabeleitung (2) mit der Umgebung verbindbar ist.
Zugabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung (2) eine Belüftungsleitung (6) umfassen, über welche die Zugabeleitung (2) mit der Abgasleitung (10) verbindbar ist.
Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, die Zugabeleitung (2) endseitig ein auswechselbares Düsenteil (12) aufweist.