DE102009032487A1 - Anti-freeze device for exhaust gas purification device for internal combustion engine of commercial motor vehicle, has valve opening passage when pressure in interior of injecting device achieves and/or exceeds pressure of valve - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungseinrichtung für Fahrzeuge, bei der zur Abgasreinigung ein fluides und insbesondere ein flüssiges Reduktionsmittel verwendet wird.The The present invention relates to an exhaust gas purification device for vehicles, in the exhaust gas purification a fluid and in particular a liquid reducing agent is used.
Bei der thermischen Verwertung von festen, gasförmigen und flüssigen natürlichen und fossilen Brennstoffen wie beispielsweise Kohle, Gas, Öl und Holz kommt es in der Regel zur Bildung von Stickoxiden NOX. Auch die Abgase von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge und Nutzfahrzeuge enthalten Stickoxide. Besonders hoch ist der Anteil an Stickoxiden in Abgasen von dieselbetriebenen Verbrennungsmotoren.In the thermal utilization of solid, gaseous and liquid natural and fossil fuels such as coal, gas, oil and wood, there is usually the formation of nitrogen oxides NO X. The exhaust gases of internal combustion engines for motor vehicles and commercial vehicles contain nitrogen oxides. The proportion of nitrogen oxides in exhaust gases from diesel-powered internal combustion engines is particularly high.
Stickoxide und insbesondere Stickstoffdioxid NO2 stehen im Verdacht, die menschlichen Atmungsorgane zu reizen oder zu schädigen. Außerdem werden Stickoxide aufgrund der Bildung von Salpetersäure (HNO3) durch Reaktion mit Wasser (H2O) (2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2) oder durch Aufnahme von N2O5 in Aerosolpartikel und nachfolgender Bildung von NO3 – in flüssiger Phase mit für die Entstehung des ”Sauren Regens” in Verbindung gebracht. Ferner gelten Stickoxide auch an der Bildung von Smog und (unter Einfluss von UV-Strahlung) auch an der Bildung von Ozon (O3) beteiligt.Nitrogen oxides and in particular nitrogen dioxide NO 2 are suspected of irritating or damaging the human respiratory system. In addition, nitric oxides due to the formation of nitric acid (HNO 3 ) by reaction with water (H 2 O) (2NO 2 + H 2 O → HNO 3 + HNO 2 ) or by incorporation of N 2 O 5 in aerosol particles and subsequent formation of NO 3 - in the liquid phase associated with the formation of "acid rain". Furthermore, nitrogen oxides are also involved in the formation of smog and (under the influence of UV radiation) also in the formation of ozone (O 3 ).
Es werden daher verstärkt Anstrengungen unternommen, den Gehalt von Stickoxiden im Abgas zu reduzieren. Hierfür wurde vorgeschlagen, ein ungiftiges fluides Reduktionsmittel aus Wasser (H2O) und Harnstoff (CH4N2O) präzise dosiert in den (noch heißen) Abgasstrom einzuspritzen. Der dabei entstehende Ammoniak (NH3) reagiert mit den Stickoxiden des Abgases in einem der Einspritzung entlang des Abgasstroms nachgeschalteten SCR-Katalysator (SCR = Selective Catalytic Reduction, zu deutsch: Selektive katalytische Reduktion) zu für die Umwelt unschädlichem Stickstoff und Wasser. Als flüssiges Reduktionsmittel kann beispielsweise mit Wasser versetzter Harnstoff verwendet werden. Eine 32,5%-ige wässrige Harnstofflösung ist zum Beispiel unter dem Markennamen AdBlue® im Handel erhältlich. Die Einspritzung des Reduktionsmittels kann dabei mit Druckluft vermischt oder direkt in flüssiger Form erfolgen. Prinzipiell wäre es auch möglich Ammoniak anstelle von Harnstoff als Reduktionsmittel zu verwenden, aufgrund der ätzenden, umweltgefährdenden und giftigen Eigenschaft von Ammoniak ist dies jedoch äußerst problematisch.Efforts are therefore increasingly being made to reduce the content of nitrogen oxides in the exhaust gas. For this purpose, it was proposed to inject a non-toxic fluid reducing agent of water (H 2 O) and urea (CH 4 N 2 O) precisely metered into the (still hot) exhaust stream. The resulting ammonia (NH 3 ) reacts with the nitrogen oxides of the exhaust gas in a downstream of the injection along the exhaust stream SCR catalyst (SCR = Selective Catalytic Reduction, to German: Selective catalytic reduction) to the environment harmless nitrogen and water. As the liquid reducing agent, for example, urea mixed with water may be used. A 32.5% aqueous urea solution is available, for example under the brand name AdBlue ® commercially. The injection of the reducing agent can be mixed with compressed air or carried out directly in liquid form. In principle, it would also be possible to use ammonia instead of urea as a reducing agent, but due to the corrosive, environmentally hazardous and toxic property of ammonia, this is extremely problematic.
Die Verwendung von fluiden und insbesondere von flüssigen Reduktionsmitteln zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungsvorrichtung birgt abgesehen von der Tatsache, dass zum Betrieb der jeweiligen Verbrennungsvorrichtung zusätzlich zum Brennstoff auch Reduktionsmittel bereitgestellt werden muss, den Nachteil, dass sich das Reduktionsmittel bei tiefen Temperaturen verfestigen kann, wobei die Volumenänderung des Reduktionsmittels beim Einfrieren nicht nur zur Beeinträchtigung, sondern auch zur Beschädigung von mit ihm in Kontakt stehenden Komponenten führen kann.The Use of fluid and in particular of liquid reducing agents for Purification of exhaust gases from a combustion device is eliminated from the fact that to the operation of the respective combustion device additionally to the fuel also reducing agent must be provided the disadvantage that the reducing agent at low temperatures solidify, wherein the volume change of the reducing agent in Freezing not only to the impairment, but also to damage can lead from in contact with him components.
Der Gefrierpunkt von AdBlue® liegt beispielsweise bei –11°C, einer Temperatur die auch in den Wintern der gemäßigten Zonen oftmals unterschritten wird. Bei wässrigen Reduktionsmitteln nimmt das von ihnen beim Einfrieren beanspruchte Volumen zu. Bei AdBlue® beispielsweise um ca. 11% des Volumens im flüssigen Zustand. Steht für die Ausdehnung des einfrierenden Reduktionsmittels kein entsprechender Raum zur Verfügung, so nimmt der Druck im Reduktionsmittel und damit verbunden auch auf die mit ihm in Kontakt stehenden Komponenten zu.The freezing point of AdBlue ® is, for example, at -11 ° C, a temperature that is often undershot even in the winters of temperate zones. In the case of aqueous reducing agents, the volume occupied by them during freezing increases. For example, with AdBlue ® , about 11% of the volume in the liquid state. If there is no corresponding space available for the expansion of the freezing reducing agent, the pressure in the reducing agent and, associated therewith, also increases in the components in contact with it.
Zum Einspritzen des Reduktionsmittels in den Abgasstrom wird eine als Einspritzdüse bezeichnete Vorrichtung verwendet, die häufig bewegliche Komponenten zur aktiven oder passiven Steuerung von Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge des Reduktionsmittels aufweist. Die Einspritzdüse wird auch als Injektor bezeichnet. Die mit einem Einfrieren von Reduktionsmittel in der Einspritzdüse verbundene Volumen- bzw. Druckänderung kann zu Undichtigkeiten der Einspritzdüsenvorrichtung und zur Beschädigung deren eventuell vorhandener beweglicher Komponenten mit der Folge einer Funktionsbeeinträchtigung führen, die sich bis zum Ausfall oder zur Zerstörung der Einspritzdüse ausweiten kann.To the Injection of the reducing agent into the exhaust stream is referred to as injection designated device uses, often moving components for active or passive control of injection timing and injection quantity of the reducing agent. The injector is also referred to as an injector. The volume associated with freezing of reductant in the injector or pressure change can lead to leaks in the injector device and damage to it possibly existing movable components resulting in a functional impairment to lead, which expand until the failure or destruction of the injector can.
Um dies zu verhindern kann die Abgasreinigungseinrichtung mit einer Fremdheizung für die Einspritzdüse oder auch weitere Teile der Reduktionsmittelzuführung versehen werden, welche die Temperatur des Reduktionsmittels immer oberhalb dessen Gefrierpunkts hält. Der Energiebedarf entsprechender Heizungen ist jedoch sehr hoch. Bei mobilen Verbrennungsanlagen wird die zum Heizen benötigte Energie meist über separate Energiespeicher begrenzter Kapazität, beispielsweise durch Batterien oder Akkumulatoren, bereitgestellt, so dass eine entsprechende Beheizung nur über einen begrenzten Zeitraum aufrecht erhalten werden kann. Vor allem für Kraft- und Nutzfahrzeuge ergeben sich hierdurch nicht unwesentliche Einschränkungen bezüglich deren Funktionsbereitschaft. Außerdem bedeutet eine Fremdheizung einen zusätzlichen technischen Aufwand, der zu einer erheblichen Verteuerung der Abgasreinigungseinrichtung sowie deren Unterhalts führt.Around To prevent this, the exhaust gas purification device with a External heating for the injector or other parts of the reducing agent supply are provided, which the temperature of the reducing agent always above its freezing point holds. Of the Energy demand corresponding heaters is very high. at mobile incinerators will be the energy needed for heating mostly over separate energy storage of limited capacity, for example by batteries or Accumulators, provided so that appropriate heating only over for a limited period of time. Especially for power and commercial vehicles result in this not insignificant restrictions in terms of their operational readiness. Furthermore means an external heating an additional technical effort, to a considerable increase in the price of the exhaust gas purification device and their maintenance leads.
Um die Funktionsbereitschaft der Einspritzdüseneinrichtung bei kalten Umgebungstemperaturen auch ohne Beheizen zu verbessern, ist es bekannt, die Einspritzdüse bei Nichtbenutzung der Verbrennungsanlage zu entleeren. Hierzu sind jedoch technische Einrichtungen erforderlich, die nach dem Abschalten der Verbrennungsanlage weiterhin mit Strom bzw. Energie versorgt werden müssen. Außerdem ist ein Großteil der Kraftfahrzeughersteller nicht bereit den mit diesen Einrichtungen verbundenen Kostenaufwand zu tragen.In order to improve the operational readiness of the injector device at cold ambient temperatures even without heating, it is known to empty the injector when not using the incinerator. However, these are technical equipment required, which must be supplied after switching off the incinerator continue to be supplied with electricity or energy. In addition, a large proportion of motor vehicle manufacturers are unwilling to bear the costs associated with these facilities.
Ausgehend von dem Geschilderten sind Ausführungsformen der Erfindung darauf gerichtet, eine kostengünstige Vorrichtung anzugeben, die eine Funktionsbeeinträchtigung oder eine Beschädigung der Einspritzdüse durch gefrierendes Reduktionsmittel verhindert.outgoing of the above are embodiments of the invention to provide a cost effective device, the one functional impairment or damage the injection prevented by freezing reducing agent.
Entsprechende Ausführungsformen sind Gegenstand der unabhängigen Ansprüche.Appropriate embodiments are the subject of independent Claims.
Eine Ausführungsform umfasst eine Gefrierschutzvorrichtung für eine Einspritzeinrichtung (wie beispielsweise eine Einspritzdüse oder einen Injektor) zur Injektion eines Reduktionsmittels in den von einer Verbrennungsvorrichtung abgegebenen Abgasstrom. Die Gefrierschutzvorrichtung weist eine den Innenraum der Einspritzeinrichtung mit einem Außenraum der Einspritzeinrichtung verbindende Öffnung auf und ein in der Öffnung angeordnetes Ventil, das so ausgebildet ist, dass es die Öffnung verschließt, wenn der Druck im Inneren der Einspritzeinrichtung unterhalb des Ansprechdrucks des Ventils ist, und eine Passage in der Öffnung freigibt, wenn der Druck im Inneren der Einspritzeinrichtung den Ansprechdruck des Ventils erreicht und/oder überschreitet.A embodiment includes an antifreeze device for an injector (such as an injector or an injector) for Injection of a reducing agent into that of a combustion device discharged exhaust stream. The antifreeze device has a Interior of the injector with an outside space of the injector connecting opening on and one in the opening arranged valve which is formed so that it closes the opening, if the pressure inside the injector below the set pressure is the valve, and releases a passage in the opening when the pressure Inside the injector, the set pressure of the valve reaches and / or exceeds.
Ein mit einer entsprechenden Öffnung und einem entsprechenden Überdruckventil versehene Einspritzdüse begrenzt vorteilhaft den Druck, den gefrierendes Reduktionsmittel im Innenraum dieser Einrichtung aufbauen kann. Die Erfindung macht sich dabei zunutze, dass gefrorenes Reduktionsmittel plastisch verformbar und somit ”fließfähig” ist, d. h. durch den eigenen Druck in die Öffnung gepresst und durch die von dem Überdruckventil freigegebene Passage aus dem Innenraum herausgedrückt werden kann.One with a corresponding opening and a corresponding pressure relief valve provided injector advantageously limits the pressure, the freezing reducing agent can build in the interior of this device. The invention does take advantage of the fact that frozen reducing agent plastically deformable and thus "flowable", d. H. pressed into the opening by its own pressure and through the from the pressure relief valve released passage are pushed out of the interior can.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Abgasreinigungseinrichtung mit einem Behälter für ein fluides Reduktionsmittel, einer Einspritzeinrichtung und einer Förderpumpe, die in einer den Behälter mit der Einspritzeinrichtung verbindenden Fluidverbindung angeordnet und zum Pumpen des Reduktionsmittels aus dem Behälter in die Einspritzeinrichtung ausgebildet ist. Die Einspritzeinrichtung der Abgasreinigungseinrichtung ist mit einer wie oben bezeichneten Gefrierschutzvorrichtung versehen und weist eine in den Abgasstrom einer Verbrennungsvorrichtung mündende Düsenöffnung auf, die zum Einspritzen des Reduktionsmittels in den Abgasstrom der Verbrennungsvorrichtung ausgebildet ist.A another embodiment relates to an exhaust gas purification device with a container for a fluid Reducing agent, an injection device and a feed pump, which in one the container Arranged with the injector connecting fluid connection and for pumping the reducing agent from the container into the injector is trained. The injector of the exhaust gas purification device is provided with an antifreeze device as mentioned above and has a nozzle opening opening into the exhaust gas stream of a combustion device, for injecting the reducing agent into the exhaust stream of Combustion device is formed.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe ”umfassen”, ”aufweisen”, ”beinhalten”, ”enthalten” und ”mit”, sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen sind, und das Vorhandensein von anderen oder zusätzlichen Merkmalen oder von Gruppierungen anderer oder zusätzlicher Merkmale weder ausschließen noch erfordern.In In this context, it should be noted that in this Description and claims to the list terms used to describe "comprise", "comprise", "include", "contain" and "with", as well as their grammatical modifications, generally as non-conclusive enumeration of features such. B. process steps, facilities, areas, Sizes and the like, and the presence of others or additional Characteristics or groupings of others or additional ones Characteristics neither exclude still require.
Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsformen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.further developments the described embodiments are each subject of the dependent Claims.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Außenraum der Einspritzeinrichtung vom Innenvolumen einer Leitung gebildet, das die nicht an den Innenraum der Einspritzeinrichtung angrenzende Seite der Öffnung mit dem Inneren eines Gefäßes zur Aufbewahrung des Reduktionsmittels verbindet. Alternativ wie zusätzlich kann in weiteren Ausführungsformen der Außenraum der Einspritzeinrichtung auch vom Innenvolumen einer Leitung gebildet werden, das die nicht an den Innenraum der Einspritzeinrichtung angrenzende Seite der Öffnung mit dem Inneren eines an die Verbrennungsvorrichtung anschließenden Abgasstrangs verbindet.According to one embodiment becomes the outdoor space the injector is formed by the internal volume of a conduit, that is not adjacent to the interior of the injector Side of the opening with the inside of a vessel to Storage of the reducing agent connects. Alternatively, as an additional option in further embodiments of outer space the injection device also formed by the internal volume of a line that are not attached to the interior of the injector adjacent side of the opening with the interior of an exhaust gas line adjoining the combustion device combines.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ventil einen federbelasteten Schließkörper, der in der Öffnung oder an der an den Außenraum der Einspritzeinrichtung angrenzenden Seite der Öffnung angeordnet ist.According to one embodiment The valve comprises a spring-loaded closing body, which in the opening or on the outside the injector adjacent side of the opening is arranged.
In einer Ausführungsform wird das Reduktionsmittel der Abgasreinigungseinrichtung von einer wässrigen Harnstofflösung gebildet, und insbesondere von einer 32,5%igen wässrigen Harnstofflösung.In an embodiment is the reducing agent of the exhaust gas purification device of an aqueous urea solution formed, and in particular of a 32.5% aqueous urea solution.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung je für sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denenFurther Features of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments in connection with the claims as well the figures. The individual features may in one embodiment according to the invention ever for be realized or more than one. In the following explanation some embodiments the invention is referred to the attached figures, of which
Die
in der
Zum
dosierten Einspritzen des Reduktionsmittels
In
der schematischen Darstellung von
Ein
innerhalb des Gehäuses
Das
Verschieben der Düsennadel
Wie
oben bereits angedeutet sind die in
Bei
Abstellen der Abgasreinigungseinrichtung
Um
dies zu verhindern ist das Einspritzdüsengehäuse
Steigt
nun der Druck des im Einspritzdüseninneren
gefrierenden Reduktionsmittel über
den Druck an, mit dem der Schließkörper
Die
beschriebene Ausgestaltung der Gefrierschutzvorrichtung
In
einer weiteren Ausführungsform
sind Schließkörper
In
einer weiteren Ausführungsform
wird als Vorspannungselement
Um
zu vermeiden, dass aus der Einspritzdüse
In
einer weiteren Ausführungsform,
die in der
Abweichend
von der in der
Die
vorgestellte Gefrierschutzvorrichtung verhindert auf passive, zuverlässige und
kostengünstige
Weise, dass der mit dem Einfrieren von Reduktionsmittel
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Legal Events
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Owner name: ROBERT BOSCH GMBH, 70839 GERLINGEN, DE |
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