DE102009025226A1 - System for injecting urea solution on exhaust line of internal combustion engine, has reservoir for urea, and has nozzle that is injected in exhaust line - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Eindüsung von Harnstofflösung in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mit einem Vorratstank für die Harnstofflösung und wenigstens einer in den Abgasstrang einspritzenden Düse.The The invention relates to a system for the injection of urea solution in an exhaust line of an internal combustion engine with a storage tank for the urea solution and at least one in the exhaust line injecting nozzle.
Das Eindüsen von Harnstoff in den Abgasstrang von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, ist bekannt. Der Stickoxidanteil am Abgas eines Verbrennungsmotors kann durch eine selektive katalytische Reduktion (SCR) verringert werden. Dazu wird dem Abgas eine unmittelbar reduzierend wirkende Substanz wie Ammoniak oder ein Vorprodukt zugeführt, das erst im Abgas reduzierende Substanzen freisetzt. Als Vorprodukt wird eine Harnstoff-Wasser-Lösung verwendet. Ein geeignetes Vorprodukt ist beispielsweise unter dem Namen AdBlue erhältlich.The Injecting urea into the exhaust tract of internal combustion engines, especially diesel engines, is known. The nitrogen oxide content at Exhaust gas of an internal combustion engine can be replaced by a selective catalytic Reduction (SCR) can be reduced. For this purpose, the exhaust gas is an immediate reducing substance such as ammonia or a precursor supplied, releases the first in the exhaust reducing substances. As an intermediate product a urea-water solution is used. A suitable one For example, precursor is available under the name AdBlue.
Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
Problematisch bei bekannten Systemen zur Eindüsung von Harnstoff-Lösung in Abgasstränge ist, dass das System nicht zu warm werden darf, um eine Kristallisation des gelösten Harnstoffs zu vermeiden. Weiter werden Kraftstoffeinspritzdüsen verwendet, deren Düsenöffnung zwar geöffnet und geschlossen werden können, deren Mechanik aber verstopfungsempfindlich ist und beim Einfrieren der Harnstofflösung Schaden nehmen kann.Problematic in known systems for the injection of urea solution in exhaust pipes is that the system does not get too warm allowed to crystallize the dissolved urea too avoid. Further, fuel injectors are used the nozzle opening while open and can be closed, the mechanism but sensitive to clogging and damage when freezing the urea solution can.
Mit der Erfindung soll ein verbessertes System zur Eindüsung von Harnstofflösung in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine geschaffen werden.With The invention is an improved system for injection of urea solution in an exhaust line of an internal combustion engine be created.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein System zur Eindüsung von Harnstofflösung in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mit einem Vorratstank für die Harnstofflösung und wenigstens einer in den Abgasstrang einspritzenden Düse vorgesehen, bei dem ein elektromagnetisches Ventil zum wahlweisen Absperren und Freigeben einer Strömungsverbindung zur Düse, eine Zirkulationsleitung vom Vorratstank zum elektromagnetischen Ventil und wieder zurück zum Vorratstank sowie eine Steuereinheit zur Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils vorgesehen ist.According to the invention For this a system for the injection of urea solution in an exhaust line of an internal combustion engine with a storage tank for the urea solution and at least one in provided the exhaust line injecting nozzle, in which a electromagnetic valve for optional shut-off and release a flow connection to the nozzle, a circulation line from the storage tank to the electromagnetic valve and back to the Storage tank and a control unit for controlling the electromagnetic Valve is provided.
Das Vorsehen einer Düse und eines von der Düse getrennten elektromagnetischen Ventils bietet zunächst die Möglichkeit, je nach vorgesehenem Anwendungsfall eine Düse mit optimalem Tropfenspektrum zu verwenden, also beispielsweise ein Tropfenspektrum, das zum weitaus größten Teil Tropfen einer gleichmäßigen, vordefinierten Größe enthält. Indem ein Volumenstrom in der Zirkulationsleitung wesentlich größer gehalten wird als ein mittels der Düse in den Abgasstrang eingedüster Volumenstrom können an der Düse im Wesentlichen konstante Druckverhältnisse geschaffen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass das von der Düse erzeugte Tropfenspektrum über verschiedene Betriebszustände im Wesentlichen konstant bleibt. Darüber hinaus hat die funktionelle Trennung von elektromagnetischen Ventil und Düse den Vorteil, dass die Gefahr der Beschädigung der Düse beim Einfrieren der Harnstofflösung wesentlich geringer ist, da die Düse selbst keine bewegten mechanischen Teile aufweisen muss. Das Magnetventil kann beispielsweise als sog. Tellerventil ausgebildet sein, bei dem ein, eine Absperröffnung verschließender bzw. freigebender Teller elektromagnetisch bewegt und/oder verformt wird. Elektromagnetische Ventile können unempfindlich gegenüber dem Einfrieren von Fluid innerhalb des Ventils ausgebildet werden. Die Düse selbst kann beispielsweise selbstentleerend ausgeführt oder in sonstiger Weise geeignet ausgebildet werden, so dass keine Beschädigungen beim Einfrieren der Harnstofflösung zu befürchten sind. Die funktionale Trennung von Düse und elektromagnetischen Ventil erlaubt es daher, das erfindungsgemäßen System unempfindlich zu gestalten und gleichzeitig eine gleichmäßigere und für den vorgesehenen Anwendungsfall optimale Eindüsung der Harnstofflösung bereitzustellen. Die funktionale Trennung von Düse und elektromagnetischen Ventil schließt dabei nicht aus, dass Düse und elektromagnetisches Ventil in einer Baueinheit kombiniert sind. Wie ausgeführt wurde, ist erfindungsgemäß aber vorgesehen, dass die Düse selbst keine bewegten, mechanischen Teile aufweist, die für das Öffnen und Verschließen der Düsenöffnungen vorgesehen sind sondern dass eine stromaufwärts der Düse vorgesehene Durchtrittsöffnung des elektromagnetischen Ventils geöffnet oder verschlossen wird.The Providing a nozzle and one separate from the nozzle electromagnetic valve initially offers the possibility depending on the intended application, a nozzle with optimal Drop spectrum to use, so for example a drop spectrum, that for the most part drops a uniform, contains predefined size. By a Volume flow in the circulation line much larger is held as a means of the nozzle in the exhaust system Intake volume flow can be at the nozzle created essentially constant pressure conditions become. This will ensure that from the nozzle generated droplet spectrum over various operating conditions remains essentially constant. In addition, the functional has Separation of electromagnetic valve and nozzle the advantage that the risk of damaging the nozzle when Freezing the urea solution is much lower, since the nozzle itself has no moving mechanical parts got to. The solenoid valve may be formed, for example, as a so-called. Poppet valve be, in which one, a shut-off occlusive or releasing plate electromagnetically moved and / or deformed becomes. Electromagnetic valves can be insensitive to the Freezing of fluid can be formed within the valve. The For example, the nozzle itself can be self-draining or be designed to be suitable in any other way, so that no Damage when freezing the urea solution to be feared. The functional separation of nozzle and electromagnetic valve therefore allows the inventive System insensitive and at the same time a more even and optimal injection for the intended application to provide the urea solution. The functional separation of nozzle and electromagnetic valve closes not mind that nozzle and electromagnetic valve combined in one unit. As stated, is inventively but provided that the Nozzle itself has no moving, mechanical parts, the for opening and closing the Nozzle openings are provided but that one provided upstream of the nozzle passage opening of the electromagnetic valve opened or closed becomes.
Durch Vorsehen einer Zirkulationsleitung und einem elektromagnetischen Ventil zum wahlweisen Absperren und Freigeben einer Strömungsverbindung zur Düse kann die Harnstofflösung während des Betriebs des erfindungsgemäßen Systems permanent in Zirkulation gehalten werden. Dadurch wird verhindert, dass sich ein im Bereich der Düse, also auch in unmittelbarer Nähe des Abgasstrangs, befindliche Teil der Harnstofflösung zu stark erwärmt. Es ist erfindungsgemäß dabei vorgesehen, dass im Betrieb des Systems der Volumenstrom in der Zirkulationsleitung wesentlich größer ist als der zur Düse fließende Volumenstrom. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine ausreichende Kühlung der Harnstofflösung und auch der Düse unabhängig vom Betriebszustand des Systems gegeben ist. Die in der Zirkulationsleitung befindliche Harnstofflösung kann dabei auch dazu verwendet werden, die Düse selbst und/oder das elektromagnetische Ventil zu kühlen. Durch Vorsehen eines elektromagnetischen Ventils und einer Steuereinheit für die Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils kann eine äußerst präzise Dosierung der Harnstofflösung vorgenommen werden. Ein entscheidender Vorteil ist dabei, dass das elektromagnetische Ventil nicht unbedingt in der Düse integriert sein muss und dadurch die Düse selbst, die ja unmittelbar am Abgasstrang angeordnet ist, ohne bewegte Teile, wie beispielsweise Nadelventile odgl. auskommen kann. Das elektromagnetische Ventil selbst kann dadurch ein Stück weit vom Abgasstrang entfernt angeordnet werden, so dass keine zu hohen Temperaturen am elektromagnetischen Ventil selbst zu befürchten sind. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, das elektromagnetische Ventil oder lediglich den Elektromagnet mittels der Zirkulationsleitung zu kühlen. Die Düse selbst weist – wie erwähnt – keine bewegten Teile auf und kann darüber hinaus große freie Strömungsquerschnitte aufweisen, um das Verstopfungsrisiko gering zu halten.By providing a circulation line and an electromagnetic valve for selectively shutting off and releasing a flow connection to the nozzle, the urea solution can be kept permanently in circulation during the operation of the system according to the invention. This prevents a part of the urea solution located in the region of the nozzle, that is also in the immediate vicinity of the exhaust line, from overheating. It is inventively provided that during operation of the system, the volume flow in the circulation line is substantially larger than the flow flowing to the nozzle volume flow. In this way it can be ensured that a sufficient cooling of the urea solution and the nozzle is given regardless of the operating state of the system. The urea solution present in the circulation line can also be used to the nozzle itself and / or the electromagnetic Cool the valve. By providing an electromagnetic valve and a control unit for the control of the electromagnetic valve, an extremely precise metering of the urea solution can be made. A decisive advantage is that the electromagnetic valve does not necessarily have to be integrated in the nozzle and thereby the nozzle itself, which is indeed arranged directly on the exhaust line, without moving parts, such as needle valves or the like. can get along. The electromagnetic valve itself can thereby be arranged a distance away from the exhaust line, so that too high temperatures at the electromagnetic valve itself are to be feared. In addition, it may be provided to cool the electromagnetic valve or only the solenoid by means of the circulation line. The nozzle itself has - as mentioned - no moving parts and can also have large free flow cross-sections to keep the risk of clogging low.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Düse als Axial-Hohlkegeldüse ausgebildet.In Further development of the invention is the nozzle as axial hollow cone nozzle educated.
Mittels einer Axial-Hohlkegeldüse kann eine sehr feine Verteilung der eingedüsten Harnstofflösung erreicht werden. Speziell die von einer Axial-Hohlkegeldüse erzeugten Tropfengrößen sind zum einen klein und es kann auch sichergestellt werden, dass die erzeugten Tropfengrößen innerhalb eines eng begrenzten Bereichs liegen.through An axial hollow cone nozzle can be a very fine distribution the injected urea solution can be achieved. Especially the droplet sizes generated by an axial hollow cone nozzle For one thing, they are small and it can also be ensured that the generated drop sizes within a tight limited area.
In Weiterbildung der Erfindung bilden das elektromagnetische Ventil und die Düse ein Bauteil, das von einem Abschnitt der Zirkulationsleitung durchsetzt ist.In Further development of the invention form the electromagnetic valve and the nozzle is a component passing through a portion of the circulation conduit is.
Auf diese Weise können sowohl die Düse als auch das elektromagnetische Ventil mittels der in der Zirkulationsleitung strömenden Harnstofflösung wirkungsvoll gekühlt werden. Durch entsprechende Dimensionierung der Zirkulationsleitung sowie des Volumenstroms innerhalb der Zirkulationsleitung kann dadurch eine unzulässig hohe Erwärmung der Düse und des elektromagnetischen Ventils verhindert werden. Auf diese Weise kann das Auskristallisieren des Harnstoffs verhindert werden. Ein großer Volumenstrom in der Zirkulationsleitung, der im Vergleich zum eingedüsten Volumenstrom wesentlich größer ist, ermöglicht es darüber hinaus auch, die Düse unabhängig vom Betriebszustand mit einem konstanten Fluiddruck zu beaufschlagen und dadurch ein von der Düse erzeugtes konstantes Tropfenspektrum sicherzustellen.On this way, both the nozzle and the electromagnetic valve by means of the circulation line flowing urea solution effectively cooled become. By appropriate dimensioning of the circulation line and the volume flow within the circulation line can thereby an inadmissibly high heating of the nozzle and of the electromagnetic valve can be prevented. In this way the crystallization of the urea can be prevented. One large volume flow in the circulation line, which in Compared to the injected volume flow considerably larger In addition, it also allows the nozzle regardless of the operating state with a constant fluid pressure to act on and thereby generated by the nozzle ensure constant drop spectrum.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Düse unter Zwischenfugen eines Halteblechs mit wenigstens zwei Lagen am Abgasstrang gehalten.In Further development of the invention is the nozzle under intermediate joints a holding plate with at least two layers held on the exhaust line.
Mittels eines Halteblechs mit wenigstens zwei Lagen wird eine thermische Entkopplung zwischen Abgasstrang und Düse ermöglicht. Die Wärmeeinleitung vom Abgasstrang in die Düse kann dadurch verringert werden. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Düse in einen beispielsweise kegelstumpfförmigen und sich in Richtung des Abgasstranges öffnenden Hohlkörper einsprüht, der in den Abgasstrang hinein vorragt und verhindert, dass die Düse von den heißen Auspuffgasen unmittelbar angeströmt wird.through a holding plate with at least two layers is a thermal Decoupling between the exhaust line and nozzle allows. The heat input from the exhaust line into the nozzle can be reduced. It may be beyond that be provided that the nozzle in an example frusto-conical and in the direction of the exhaust line opening hollow body sprayed, which projects into the exhaust line and prevents that the nozzle is directly streamed by the hot exhaust gases becomes.
In Weiterbildung der Erfindung sind das elektromagnetische Ventil und die Düse in einer Haltevorrichtung befestigt, die am Abgasstrang ange ordnet ist, die aus mehreren Materiallagen aufgebaut ist und die mittels Ausnehmungen in den Materiallagen einen Abschnitt der Zirkulationsleitung bereitstellt.In Further development of the invention are the electromagnetic valve and the nozzle mounted in a holding device, which is located on the exhaust line is arranged, which is composed of several material layers and the by means of recesses in the material layers a section of the circulation pipe provides.
Mittels einer Haltevorrichtung aus mehreren Lagen kann zum einen eine Wärmeübertragung vom Abgasstrang auf die Düse und/oder das elektromagnetische Ventil sowie die Zirkulationsleitung wirkungsvoll verringert werden. Darüber hinaus können mittels Ausnehmungen in einzelnen Materiallagen Fluidkanäle in der Haltevorrichtung definiert werden, die dann einen Abschnitt der Zirkulationsleitung bilden. Die Leitungsabschnitte können dadurch kurz gehalten werden, da zwischen Haltevorrichtung und elektromagnetischem Ventil bzw. Düse keine Leitungskupplungen odgl. erforderlich sind. Vielmehr werden die Düse und/oder das elektromagnetische Ventil so in die mehrlagige Haltevorrichtung eingesetzt und darin abgedichtet, dass die Fluidkanäle in der Haltevorrichtung unmittelbar an entsprechenden Fluideintritten bzw. Austritten in das elektromagnetische Ventil und/oder die Düse enden. Beispielsweise sind die Haltevorrichtung und das elektromagnetische Ventil sowie die Düse unlösbar zu einem einstückigen Bauteil verbunden.through a holding device of several layers can on the one hand a heat transfer from the exhaust line to the nozzle and / or the electromagnetic Valve and the circulation line can be effectively reduced. In addition, by means of recesses in individual material layers fluid channels in the holding device then define a section of the circulation pipe form. The line sections can be kept short be as between holding device and electromagnetic valve or nozzle no line couplings or the like. required are. Rather, the nozzle and / or the electromagnetic valve inserted into the multi-layer holding device and sealed therein, that the fluid channels in the holding device immediately at corresponding fluid inlets or discharges into the electromagnetic Valve and / or the nozzle ends. For example, the Holding device and the electromagnetic valve and the nozzle permanently connected to a one-piece component.
In Weiterbildung der Erfindung steuert die Steuereinheit das elektromagnetische Ventil mittels einer Pulsweitenmodulation an.In Further development of the invention, the control unit controls the electromagnetic Valve by means of a pulse width modulation.
Auf diese Weise ist eine präzise Dosierung über einen sehr weiten Volumenstrombereich problemlos möglich.On this way is a precise dosage over one very wide volume flow range easily possible.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Pumpe in der Zirkulationsleitung stromaufwärts des elektromagnetischen Ventils vorgesehen.In Further development of the invention is a pump in the circulation line provided upstream of the electromagnetic valve.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Kühleinrichtung in der Zirkulationsleitung stromabwärts des elektromagnetischen Ventils vorgesehen.In Further development of the invention is a cooling device in the circulation line downstream of the electromagnetic Valve provided.
Mittels einer Kühleinrichtung oder Kühlstrecke kann die Temperaturerhöhung der Harnstofflösung, die dadurch entsteht, dass die Zirkulationsleitung zur Düse unmittelbar am Abgasstrang geführt werden muss, an die Umgebung abgegeben werden. Je nach Anwendung kann dabei die Zirkulationsleitung selbst als Kühlstrecke dienen oder es kann ein in die Zirkulationsleitung eingefügter Wärmeübertrager vorgesehen sein.By means of a cooling device or cooling section, the temperature increase of the urea solution, which results from the fact that the circulation tion to the nozzle must be performed directly on the exhaust line, be discharged to the environment. Depending on the application, the circulation line itself can serve as a cooling section or it can be provided in the circulation line inserted heat exchanger.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. Einzelmerkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen können dabei in beliebiger Weise kombiniert werden. In den Zeichnungen zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of preferred embodiments of the invention. Individual features of the different embodiments can be combined in any way. In show the drawings:
In
Im
Betrieb wird die Harnstofflösung durch die Axial-Hohlkegeldüse
Es
kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, die Stichleitung
Die
schematische Darstellung der
Die
Haltevorrichtung
Es
ist ohne weiteres zu erkennen, dass der gesamte Fluidstrom in der
Zirkulationsleitung durch das Bauteil
Auf
die Materiallage
Es
ist anhand der Darstellung der
Das
Ventil
In
der Baueinheit
Um
eine Beschädigung des Systems durch Einfrieren der Harnstofflösung
zu vermeiden, können beispielsweise auch Mittel vorgesehen
sein, um die Zirkulationsleitung
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |