DE102007062704A1

DE102007062704A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Abgasnachbehandlung

Info

Publication number: DE102007062704A1
Application number: DE102007062704A
Authority: DE
Inventors: Martin Braun
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-02

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen zur Reduktion von in einem Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Schadstoffen, insbesondere zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, vorgeschlagen, bei dem das Abgas zur Reduktion der Schadstoffe zu einer Aufbereitungseinheit 19 geleitet wird und bei dem ein Reduktionsmittel oder eine Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels 2 zur Verwendung in der Aufbereitungseinheit 19 in einem Behälter 1 gespeichert wird, wobei im Bereich des Behälters 1 ein das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz enthaltender Nebel erzeugt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Bei einem mit Diesel-Kraftstoff betriebenen Fahrzeug muss aufgrund der in den nächsten Jahren anstehenden verschärften Abgasgesetzgebungen in Europa und in den Vereinigten Staaten unter anderem der entstehende Schadstoff NOx (Stickoxide) erheblich reduziert werden. Eine Methode, die zur Anwendung kommt, ist das SCR-Verfahren („SCR" = engl. „Selective Catalytic Reduction"), bei dem die Stickoxide unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels an einem Katalysator zu Stickstoff und Wasser reduziert werden. Dazu wird wässrige Harnstofflösung, „AdBlue" genannt, vor dem SCR-Katalysator in das Abgasrohr mit Hilfe eines Dosierventils eingespritzt. Das AdBlue verdampft und zersetzt sich im heißen Abgas unter anderem auch zu Ammoniak, welches am SCR-Katalysator die Stickoxide reduziert.
Um hohe Umsatzraten am SCR-Katalysator zu erzielen, ist es wichtig, dass die Aufbereitung des Reduktionsmittels bis zum Katalysator soweit fortgeschritten ist, dass es (beispielsweise in Form von gasförmigem Ammoniak) homogen verteilt am Eintritt des Katalysators auftrifft; bei einer Harnstoff-Wasser-Lösung kann die Zersetzung zu Ammoniak auch am Katalysator erfolgen. Je nach Spraygüte und Betriebsbedingungen, werden hierfür relativ lange Verdampfungs- und Zersetzungsstrecken benötigt.
Aus der DE 100 47 512 ist es bekannt, eine Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgastrakt einzuspritzen, die vor Eintritt in das Abgas mit aus einer Druckluftquelle stammenden Druckluft beaufschlagt wird, um ein Aerosol zu erzeugen.
Aus der DE 103 32 114 ist es bekannt, ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung über eine druckgesteuerte Düse in die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine einzubringen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Abgasnachbehandlung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, bei moderaten Einspritzdrücken fein verteiltes Reduktionsmittel, beispielsweise AdBlue, bereitstellen zu können, es wird möglich, ca. 5 Mikrometer kleine Tropfen in einen Abgasstrom einzuspeisen, die sich schnell mit dem Abgas vermischen. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, dass die erforderliche Verdampfungsstrecke hierdurch erheblich verringert wird, was eine lokale Wandbenetzung und Ablagerung im Randbereich bzw. am Abgasrohr vermeiden hilft. Dies wiederum unterstützt in vorteilhafter Weise mit geringem und gezielt dosierbarem Einsatz an Reduktionsmittel einen hohen Umsatz an Stickoxiden. Des Weiteren ist keine aus druckluftunterstützten Systemen bekannte Druckluftquelle zur Erzeugung eines Aerosols erforderlich.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen bzw. Verfahren möglich.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Zerstäubers, insbesondere eines Ultraschallzerstäubers, der in einfacher und elektrisch ansteuerbarer Weise die Erzeugung eines feinen, das Reduktionsmittel enthaltenden Nebels ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Figur zeigt eine Vorrichtung mit einem Speicherbehälter bzw. Tank 1, der flach ausgebildet ist, das heisst, dessen Höhe ist kleiner als seine laterale Ausdehnung. Der Tank 1 ist über eine mit einem Tankdeckel 8 verschließbare Öffnung mit AdBlue 2 befüllbar. Auf dem Boden des Tanks ist ein Ultraschallzerstäuber 3 angeordnet, der eine elektrisch zu Ultraschallschwingungen anregbare Piezomembran 6 aufweist. Eine Dosierleitung 5 verbindet den Tank 1 mit einer Abgasleitung 11, die einen von einer Brennkraftmaschine 20 stammenden Abgasstrom 9 zu einer als Katalysator 19 zur selektiven katalytischen Reduktion ausgebildeten Aufbereitungseinheit führt. In der Dosierleitung 5 ist ein elektrisch ansteuerbares Dosierventil 7 angeordnet, und die Dosierleitung mündet seitlich über eine Einbringvorrichtung 13 in die Abgasleitung. Die Einbringvorrichtung 13 weist hierbei eine koaxial zur Abgasleitung orientierte Ringdüse 18 auf, durch deren Ringspalt hindurch AdBlue in den Abgasstrom eintreten kann.
Der Ultraschallzerstäuber wird über ein nicht näher dargestelltes elektrisches Steuergerät zu Ultraschallschwingungen angeregt, wodurch im Innern 4 des Behälters 1 ein AdBlue enthaltender Nebel erzeugt wird. Dieser Nebel kann über das ebenfalls über das Steuergerät elektrisch ansteuerbare Dosierventil aus dem Behälter dosiert entnommen und stromaufwärts der Aufbereitungseinheit 19 dem Abgasstrom 9 zugeführt werden. Die Zumischung zum Abgas erfolgt über die Ringdüse bzw. den Ring-Jet 18. Durch die Saugkraft der Strömung des Abgases in der Abgasleitung 11 wird das Einbringen des AdBlue in das Abgas unterstützt und der unmittelbar vor der Ringdüse 18 anstehende Nebel-Ringbereich 15 in die Abgasleitung eingesaugt, so dass mit Reduktionsmittel versetztes Abgas 17 in die Aufbereitungseinheit 19 eintreten kann. Ferner verengt die Düse 18 den Strömungsquerschnitt im Abgasrohr, wodurch die Saugwirkung des Abgasstroms bzw. die Erzeugung eines Unterdrucks in der Dosierleitung zwischen Dosierventil und Abgasleitung unterstützt wird.
Viele Eindüsungssysteme sind zwar in der Lage, Fluide in der Abgasanlage in Form flüssiger Tröpfchen einzudösen, doch mit der Tropfengröße steigt auch die Verdampfungstrecke vor dem SCR-Katalaysator. Um diese zu verringern, ist ein feiner Nebel von Vorteil. Bei einer Eindüsung des AdBlue mit Düsen aus bekannten druckluftunterstützten oder druckluftlosen Systemen kann diese hohe Zerstäubungsgüte bei einem Einspritzdruck von beispielsweise 5 bar nicht erreicht werden. Die in der Erfindung beschriebene Methode kann durch die Einbringung von ca. ±5 Mikrometer kleinen Tropfen in Form eines Nebels in die Abgasanlage die Umsatzraten des SCR-Systems in allen Betriebspunkten steigern.
In alternativen Ausführungsformen kann der den Zerstäuber enthaltende Behälter auch ein Zwischenspeicherbehälter sein, der seinerseits aus einem großen Vorratsbehälter gespeist wird. Zusätzlich kann auch eine Druckluftunterstützung vorgesehen sein, um beispielsweise mittels eines Überdrucks in Höhe von 0,5 bar einen Vordruck im (Zwischen-)Speicherbehälter bereitzustellen, der eine zuverlässige und schnell ansprechende Dosierung des AdBlue-Nebels in den Abgastrakt gewährleistet. In einer vereinfachten Ausführungsform, die keine nachteiligen Auswirkungen auf den Abgasgegendruck hat, kann die Einbringvorrichtung auch so ausgeführt sein, dass sie den dem Abgas 9 in der Abgasleitung 11 zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt nicht verengt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10047512 [0004]
- DE 10332114 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen zur Reduktion von in einem Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Schadstoffen, insbesondere zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, mit einer Abgasleitung (11) zur Leitung des Abgases zu einer Aufbereitungseinheit (19) zur Reduktion der Schadstoffe und mit mindestens einem Behälter (1) zur Speicherung eines Reduktionsmittels oder einer Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels (2) zur Verwendung in der Aufbereitungseinheit (19), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Behälters (1) ein Mittel (3, 6) zur Erzeugung eines das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz enthaltenden Nebels angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel im Innern (4) des Behälters (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel einen Zerstäuber (3) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäuber ein Ultraschallzerstäuber ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallzerstäuber eine Piezomembran (6) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter geschlossen bzw. abschließbar (8) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) über eine Dosierleitung (5) mit der Abgasleitung (11) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Behälter (1) und der Abgasleitung (11) ein Dosierventil (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierleitung (5) im Bereich der Abgasleitung (11) in einer Verengung der Abgasleitung (11) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung durch eine in die Abgasleitung integrierte, insbesondere koaxial zur Abgasleitung angeordnete Ringdüse (18) gebildet wird.
Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen zur Reduktion von in einem Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Schadstoffen, insbesondere zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, bei dem das Abgas zur Reduktion der Schadstoffe zu einer Aufbereitungseinheit (19) geleitet wird und bei dem ein Reduktionsmittel oder eine Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels (2) zur Verwendung in der Aufbereitungseinheit (19) in einem Behälter (1) gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Behälters (1) ein das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz enthaltender Nebel erzeugt wird.