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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgas einer Brennkraftmaschine mittels selektiver katalytischer Reduktion von Stickoxiden, umfassend einen Vorratsbehälter zur Aufnahme einer Harnstofflösung und eine Einspritzdüse, über welche die Harnstofflösung dosiert in einen Abgaskanal einbringbar ist, wobei die Einspritzdüse bezüglich des Abgaskanals zurückgezogen angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.
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Aus der
DE 10 2007 031 817 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, mittels welcher das Abgas einer Brennkraftmaschine einer selektiven katalystischen Reduktion von Stickoxiden unterzogen wird. Diese Vorrichtung verfügt hierbei über eine Einspritzdüse, welche über einen Vorratsbehälter mit einer Harnstofflösung versorgt wird. Bei einer Betätigung der Einspritzdüse wird eine der Betätigungsdauer entsprechende Menge an Harnstofflösung in einen Abgaskanal der Brennkraftmaschine eingebracht, wobei die Harnstofflösung dort unter dem Temperatureinfluss des Abgases auf dem Fachmann bekannte Art und Weise im Rahmen einer Thermolyse- und einer Hydrolysereaktion in Ammoniak umgesetzt wird. Mittels des Ammoniaks werden anschließend die Stickoxide im Abgas in einem speziellen, nachgeschalteten SCR-Katalysator reduziert.
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Bei einem direkten Kontakt der Einspritzdüse mit dem heißen Abgas können sich Bauteile der Einspritzdüse allerdings derart stark aufheizen, dass die Dauerhaltbarkeit und die Funktion beeinträchtigt werden. Als Folge dessen können Dichtheitsprobleme und Mehrmengendosierungen auftreten. Ferner können Kunststoffbauteile der Einspritzdüse schmelzen und die Harnstofflösung zum Kochen gebracht werden. Um dies zu vermeiden, ist die Einspritzdüse bezüglich des Abgaskanals zurückgezogen angeordnet, so dass der schädliche Temperatureinfluss deutlich reduziert werden kann. Des Weiteren ist ein Abschirmblech vorgesehen, das den Wärmeeintrag weiter reduziert.
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Ausgehend von einer Vorrichtung des Standes der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgas einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, bei welcher eine Benetzung umliegender Bauteile der Einspritzdüse mit Harnstofflösung vermieden werden kann, um die Ausbildung von Ablagerungen in diesen Bereichen durch Harnstoff bzw. unerwünschte Folgeprodukte des Harnstoffs zu verhindern.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird aus vorrichtungstechnischer Sicht und ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Aus verfahrenstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5. Die sich jeweils rückbeziehenden, abhängigen Ansprüchen geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass die Einspritzdüse an einem Düsenende über ein ringförmiges Barriereelement verfügt, welches, sich am Düsenende bildende Tropfen sammelt und in einem Zwischenraum zurückbehält, um ein Abfallen der Tropfen auf umliegende Bauteile zu verhindern. Dieser Zwischenraum des ringförmigen Barriereelements wird hierbei bei einer Einspritzung von Harnstofflösung in den Abgaskanal geleert. Durch das Sammeln der, sich aufgrund von Leckage und anderen Effekten an der Einspritzdüse ausbildenden Tropfen kann verhindert werden, dass diese Tropfen ablaufen und die Wände umliegender Bauteile benetzen. Denn dadurch, dass die umliegenden Bauteile der Einspritzdüse ebenfalls bezüglich des Abgaskanals zurückgezogen platziert sind, wird auch eine weitestgehende Abschirmung dieser Bauteile von Temperatureinflüssen des Abgases der Brennkraftmaschine erreicht. Dementsprechend weisen diese Bauteile aber auch eine deutlich niedrigere Temperatur als das Abgas auf, was dazu führt, dass die Harnstofflösung bei einem Auftreffen auf die Bauteile nicht chemisch in Ammoniak umgesetzt wird, sondern stattdessen auskristallisiert. Bei einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik führt dies zur Bildung von Ablagerungen und einer Beeinträchtigung der Funktion des Systems. Im Gegensatz hierzu wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Abfallen der Tropfen auf die umliegenden Bauteile verhindert und statt dessen eine Beförderung der sich ansammelnden Harnstofflösung in den heißen Abgaskanal vorgenommen, wo eine reguläre Umsetzung der Harnstofflösung erfolgen kann. Folglich kann hierdurch die Ausbildung von Ablagerungen an der Einspritzdüse und benachbarten Bauteilen vermieden werden.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Barriereelement aus einem hydrophoben Material oder ist mit einem derartigen Material beschichtet. Zweckmäßigerweise handelt es sich hierbei um Polytetrafluorethylen. Mittels einer derartigen Gestaltung des Barriereelements kann ein Überwinden des Barriereelements durch Harnstofflösung zuverlässig ausgeschlossen werden.
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Es ist eine Ausgestaltung der Erfindung, dass das Barriereelement mindestens eine, sich in den Zwischenraum erstreckende Kante aufweist. Durch diese Maßnahme werden Harnstofflösungstropfen an einem Verlassen des Zwischenraumes gehindert, indem durch die mindestens eine Kante ein zusätzliches Hindernis geschaffen wird. Die mindestens eine Kante ist hierbei vorzugsweise spitz und umlaufend ausgebildet.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Barriereelement einen trapezartigen Querschnitt auf und ist mit einer kurzen Grundseite des Querschnitts an der Einspritzdüse befestigt. Dies hat den Vorteil, dass der Kontaktbereich mit der Einspritzdüse sehr kurz gehalten werden kann, gleichzeitig aber ein ausreichend großer Zwischenraum geschaffen wird, in welchem die sich an der Einspritzdüse ansammelnde Harnstofflösung gesammelt werden kann.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden ab einer definierten Pause zwischen regulären Einspritzungen, welche zur Nachbehandlung des Abgases durchgeführt werden, Zusatzeinspritzungen ausgelöst, um ein Überlaufen des Zwischenraumes zu verhindern. Mittels dieser Zusatzeinspritzungen wird der Zwischenraum von Zeit zu Zeit gezielt geleert, so dass ein Auslaufen der angesammelten Harnstofflösung aus dem Zwischenraum unterbunden werden kann. Stattdessen wird die angesammelte Harnstofflösung über die Zusatzeinspritzungen in den Abgaskanal befördert.
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Zweckmäßigerweise werden die Zusatzeinspritzungen hierbei gegenüber den regulären Einspritzungen zeitlich deutlich verkürzt ausgeführt. Dadurch kann die, durch die Zusatzeinspritzungen zusätzlich in das Abgas eingebrachte Harnstofflösungsmenge möglichst gering gehalten werden.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur näher dargestellt.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine. Diese Vorrichtung umfasst hierbei eine Einspritzdüse 1, die einen, dem Fachmann bekannten Aufbau aufweist und hier nicht weiter im Detail dargestellt ist. Die Einspritzdüse 1 steht mit einem Vorratsbehälter 2 in Verbindung, aus welchem die Einspritzdüse 1 mittels einer Pumpe 3 mit einer Harnstofflösung versorgt wird. Diese Harnstofflösung wird bei einer Betätigung der Einspritzdüse 1 entsprechend der Länge der Betätigung dosiert in einen Abgaskanal 4 eingebracht, wie beispielhaft durch die Spritzkegel 5 dargestellt. Die somit in den Abgaskanal 4 eingespritzte Harnstofflösung wird durch die Temperatur des, im Abgaskanal 4 strömenden, heißen Abgases auf dem Fachmann bekannte Art und Weise in einer Thermolyse- und einer Hydrolysereaktion in Ammoniak umgesetzt. Dieses gebildete Ammoniak reagiert in einem nachgeschalteten – hier nicht dargestellten – SCR-Katalysator mit Stickoxiden im Abgas dann zu Stickstoff und Wasser.
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Um allerdings die Einspritzdüse 1 vor einer Einwirkung der hohen Temperaturen des vorbeiströmenden Abgases zu schützen, was ansonsten zu Beeinträchtigungen der Funktion der Einspritzdüse 1 führen würde, ist diese in einer Nische 6 des Abgaskanals 4 zurückgezogen angeordnet. Im dargestellten Fall ist die Einspritzdüse 1 auf einen Durchbruch im Abgaskanal 4 aufgesetzt, wobei hierbei auch anderweitige Möglichkeiten zur Positionierung der Einspritzdüse 1 in der Nische 6 des Abgaskanals 4 denkbar sind. Durch diese zurückgezogene Position der Einspritzdüse 1 wird verhindert, dass temperaturempfindliche Elemente, wie beispielsweise Kunststoffteile, der Einspritzdüse 1 beschädigt werden und die in der Einspritzdüse 1 befindliche Harnstofflösung bereits in der Einspritzdüse 1 unzulässige Temperaturen erreicht.
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Allerdings kommt es auch in einem nicht betätigten Zustand der Einspritzdüse 1 aufgrund von Leckage oder anderen Effekten zu einem Austreten von Harnstofflösung aus der Einspritzdüse 1, wodurch sich im Bereich eines Düsenendes 7 der Einspritzdüse 1 Harnstofflösung in Form von Tropfen ansammelt. Ab einer bestimmten Größe dieser Tropfen würden diese auf umliegende Bauteile der Einspritzdüse 1 abfallen. Da jedoch diese umliegenden Bauteile, im dargestellten Fall Seitenwände der Nische 6, jedoch ebenfalls nicht unmittelbar mit heißem Abgas in Kontakt stehen, weisen diese eine niedrigere Temperatur auf, welche nicht dazu ausreicht, eine Thermolyse- und Hydrolysereaktion der Harnstofflösung herbeizuführen. Dies würde dazu führen, dass die Harnstofflösung in diesem Bereich auskristallisiert und Ablagerungen bildet. Ab einem bestimmten Ausmaß dieser Ablagerungen führt dies jedoch zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Einspritzdüse 1.
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Um nun diese Bildung von Ablagerungen zu verhindern, verfügt die Einspritzdüse 1 im Bereich ihres Düsenendes 7 über ein ringförmiges Barriereelement 8, welches aus dem hydrophoben Material Polytetrafluorethylen gebildet ist und hierdurch für ein Ansammeln der ausgetretenen Harnstofflösung in einem Zwischenraum 9 sorgt, wie durch die Ansammlung 10 veranschaulicht. Das Barriereelement 8 weist dabei einen trapezförmigen Querschnitt auf und ist mit einer kurzen Grundseite an der Einspritzdüse 1 befestigt, so dass ein extrem platzsparendes Anbringen des Barriereelements 8 im Bereich des Düsenendes 7 möglich ist, gleichzeitig aber ein ausreichend großer Zwischenraum 9 zur Aufnahme der Ansammlung 10 gebildet wird.
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Das Barriereelement 8 kann hierbei als separates Bauteil oder als auf das Düsenende 7 der Einspritzdüse 1 aufgebrachte, ringförmige Beschichtung ausgebildet sein. Im letzteren Fall könnte eine zusätzliche Verbindung mit der Einspritzdüse 1 entfallen.
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Bei einem Betrieb der Vorrichtung wird der Zwischenraum 9 üblicherweise beim Tätigen regulärer Einspritzungen entleert, indem die sich in diesem Fall ausbildenden Spritzkegel 5 Teilmengen der Ansammlung 10 mitreißen und in das heiße Abgas befördern. Um allerdings auch während eines längeren Ausbleibens einer regulären Einspritzung ein Überlaufen des Zwischenraumes 9 zu verhindern, was ansonsten erneut zu einem Abfallen von Tropfen auf umliegende. Bauteile führen würde, werden in diesem Fall gezielt kurze Zusatzeinspritzungen durchgeführt, sodass eine Entleerung des Zwischenraumes 9 erzwungen werden kann. Hierbei sind diese Zusatzeinspritzungen zeitlich derart verkürzt ausgeführt, dass die somit unnötig eingespritzte Harnstofflösungsmenge möglichst gering gehalten werden kann.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit möglich, die Bildung von Ablagerungen im Bereich umliegender Bauteile der Einspritzdüse 1 zu vermeiden, indem ein ungewolltes Abtropfen einer Ansammlung 10 der Harnstofflösung verhindert wird. Mittels des gezielten Entleerens des Zwischenraumes 9 des Barriereelements 8, notfalls durch Zusatzeinspritzungen, kann ein Überlaufen des Zwischenraumes 9 hierbei unterbunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007031817 A1 [0002]
