DE102012009246A1 - Metering device for introducing aqueous urea solution in exhaust gas in selective catalytic reduction converter of exhaust gas after-treatment system of motor vehicle, has reduction duct element thermally coupled with conduit element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a metering device according to the preamble of patent claim 1.
Aus dem Serienbau von Kraftwagen sind Abgasnachbehandlungseinrichtungen bekannt, welche einen SCR-Katalysator (SCR – selective catalytic reduction – Selektive Katalytische Reduktion) umfassen. Der SCR-Katalysator dient zum Entsticken von Abgas, d. h. zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine.From the mass production of motor vehicles, exhaust aftertreatment devices are known which comprise an SCR catalytic converter (SCR) (Selective Catalytic Reduction). The SCR catalyst is used to Entsticken exhaust gas, d. H. for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas of an internal combustion engine.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst zudem eine Dosiereinrichtung mit wenigstens einem Dosierelement zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgas. Bei dem Reduktionsmittel handelt es sich beispielsweise um eine wässrige Harnstofflösung. Das Reduktionsmittel dient zum Bereitstellen von Ammoniak, welcher dann in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion mit im Abgas vorhandenen Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser reagiert.The exhaust gas aftertreatment device additionally comprises a metering device with at least one metering element for introducing a reducing agent into the exhaust gas. The reducing agent is, for example, an aqueous urea solution. The reducing agent is used to provide ammonia, which then reacts in a selective catalytic reduction reaction with nitrogen oxides present in the exhaust gas to nitrogen and water.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst auch ein Aufnahmebehältnis für das Reduktionsmittel. Das Aufnahmebehältnis ist mit dem Dosierelement über wenigstens ein Reduktionsleitungselement als erstem Leitungselement zum Führen des Reduktionsmittels von dem Aufnahmebehältnis zum Dosierelement verbunden.The exhaust aftertreatment device also includes a receptacle for the reducing agent. The receptacle is connected to the metering element via at least one reduction line element as the first line element for guiding the reducing agent from the receptacle to the metering element.
Der Gefrierpunkt einer handelsüblichen, wässrigen Harnstofflösung liegt unter dem von Wasser, wobei sie bei sehr niedrigen Außentemperaturen von weniger als –11°C gefrieren kann. Dann ist eine Zudosierung von Reduktionsmittel in das Abgas nicht mehr möglich.The freezing point of a commercially available, aqueous urea solution is lower than that of water, whereby it can freeze at very low outside temperatures of less than -11 ° C. Then, a metered addition of reducing agent into the exhaust gas is no longer possible.
Aus der
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dosiereinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte Erwärmung des Reduktionsmittels ermöglicht ist.It is therefore an object of the present invention to develop a metering device of the type mentioned in such a way that improved heating of the reducing agent is made possible.
Diese Aufgabe wird durch eine Dosiereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Dosiereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a metering device having the features of patent claim 1 and by a metering device having the features of patent claim 6. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Zur Realisierung einer effizienteren und somit verbesserten Erwärmung des Reduktionsmittels ist beim ersten Aspekt der Erfindung wenigstens ein weiteres Reduktionsleitungselement zum Führen des Reduktionsmittels von dem Dosierelement zurück zum Aufnahmebehältnis vorgesehen, welches mit dem Kühlleitungselement zumindest teilweise thermisch gekoppelt ist. Die erfindungsgemäße thermische Kopplung der wenigstens zwei Reduktionsleitungselemente ermöglicht sowohl das Erwärmen des zu dem Dosierelement hinzuführenden als auch des von dem Dosierelement abzuführenden Reduktionsmittels, so dass ein sehr großer Teil eines Kreislaufs des Reduktionsmittels beheizt werden kann. Hierdurch ist es auch möglich, im Aufnahmebehältnis aufgenommenes Reduktionsmittel zu erwärmen, da erwärmtes Reduktionsmittel durch das weitere Reduktionsleitungselement zum Aufnahmebehältnis strömen und sich im Aufnahmebehältnis mit dem noch nicht erwärmten Reduktionsmittel vermischen kann. Bei der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung ist somit sowohl ein Zuführen als auch ein Abführen des Reduktionsmittels zum bzw. vom Dosierelement gewährleistet.In order to realize a more efficient and thus improved heating of the reducing agent in the first aspect of the invention, at least one further reduction line element is provided for guiding the reducing agent from the metering element back to the receptacle, which is at least partially thermally coupled to the cooling line element. The thermal coupling according to the invention of the at least two reduction line elements makes it possible to heat both the reducing agent to be supplied to the metering element and the reducing agent to be removed from the metering element, so that a very large part of a cycle of the reducing agent can be heated. As a result, it is also possible to heat reducing agent received in the receptacle, since heated reducing agent can flow through the further reducing conduit element to the receptacle and can mix in the receiving receptacle with the reducing agent not yet heated. In the metering device according to the invention thus both a supply and a discharge of the reducing agent to or from the metering is guaranteed.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn beide Reduktionsleitungselemente zumindest teilweise in einem durch das Kühlleitungselement begrenzten und von dem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal des Kühlleitungselements aufgenommen sind. Hierbei kann das das Kühlleitungselement durchströmende Kühlmittel die Reduktionsleitungselemente direkt und sehr großflächig kontaktieren, so dass ein sehr guter Wärmeübergang vom Kühlmittel zum Reduktionsmittel in beiden Reduktionsleitungselementen ermöglicht ist.It has proven to be advantageous if both reduction line elements are accommodated at least partially in a cooling channel of the cooling line element delimited by the cooling line element and permeable by the coolant. In this case, the cooling medium flowing through the cooling line element can contact the reduction line elements directly and over a very large area, so that a very good heat transfer from the coolant to the reducing agent in both reduction line elements is made possible.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die separat vom Kühlleitungselement ausgebildeten Reduktionsleitungselemente im Wesentlichen helixförmig um eine außenumfangsseitige Mantelfläche des Kühlleitungselements. Infolge der separaten Ausgestaltung können die Reduktionsleitungselemente und das Kühlleitungselement kostengünstig hergestellt werden. Ferner sind die Reduktionsleitungselemente auf einfache Weise entsprechend am Kühlleitungselement anordenbar.In a further advantageous embodiment of the invention, the reduction line elements formed separately from the cooling line element extend substantially helically around an outer circumferential side surface of the cooling line element. Due to the separate configuration, the reduction line elements and the cooling line element can be produced inexpensively. Furthermore, the reduction line elements can be arranged in a simple manner corresponding to the cooling line element.
Beim zweiten Aspekt der Erfindung ist zur Realisierung einer verbesserten Erwärmung des Reduktionsmittels vorgesehen, dass sich eines der separat voneinander ausgebildeten Leitungselemente (Reduktionsleitungselement und Kühlleitungselement) im Wesentlichen helixförmig um eine außenumfangsseitige Mantelfläche des entsprechend anderen Leitungselements erstreckt. Einerseits ist dadurch ein sehr günstiger Wärmeübergang vom Kühlmittel zu dem Reduktionsmittel geschaffen. Andererseits können die Leitungselemente infolge ihrer separaten Ausgestaltung kostengünstig hergestellt werden. In the second aspect of the invention, in order to realize an improved heating of the reducing agent, one of the separately formed line elements (reduction line element and cooling line element) extends substantially helically around an outer peripheral side surface of the corresponding other line element. On the one hand, this creates a very favorable heat transfer from the coolant to the reducing agent. On the other hand, the line elements can be produced inexpensively due to their separate design.
Die helixförmige Anordnung ermöglicht eine besonders großflächige Kontaktierung der Leitungselemente, wobei vorzugsweise das eine Leitungselement über seine außenumfangsseitige Mantelfläche die außenumfangsseitige Mantelfläche des anderen Leitungselements kontaktiert, um so eine effiziente und effektive, thermische Kopplung zu schaffen.The helical arrangement allows a particularly large-area contacting of the line elements, wherein preferably the one line element contacts the outer peripheral side surface of the other line element via its outer peripheral side surface, so as to provide an efficient and effective thermal coupling.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the frame to leave the invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
Die Dosiereinrichtung umfasst ferner als Aufnahmebehältnis einen in
Das zweite Reduktionsleitungselement
Während eines gefeuerten Betriebs der beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens kommt es zu einer Erwärmung der Verbrennungskraftmaschine. Um diese vor einer Überhitzung zu schützen, ist eine Kühleinrichtung mit einem Kühlkreislauf vorgesehen. Im Kühlkreislauf zirkuliert ein Kühlmittel beispielsweise in Form einer Kühlflüssigkeit. Das Kühlmittel dient zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine, indem ein Wärmeübergang von der Verbrennungskraftmaschine zu dem Kühlmittel stattfindet. Um ein Gefrieren des Kühlmittels bei kalten Umgebungstemperaturen zu vermeiden, ist dieses mit einem Frostschutzmittel versetzt. Im Vergleich mit dem Kühlmittel weist das Reduktionsmittel einen höheren Gefrierpunkt auf. Mit anderen Worten gefriert das Reduktionsmittel schneller als das Kühlmittel.During a fired operation of the internal combustion engine of the motor vehicle designed, for example, as a reciprocating internal combustion engine, the internal combustion engine heats up. To protect them from overheating, a cooling device is provided with a cooling circuit. In the cooling circuit circulates a coolant, for example in the form of a cooling liquid. The coolant is used to cool the internal combustion engine by a heat transfer from the internal combustion engine takes place to the coolant. In order to avoid freezing of the coolant at cold ambient temperatures, this is mixed with an antifreeze. Compared with the coolant, the reducing agent has a higher freezing point. In other words, the reducing agent freezes faster than the coolant.
Um nun ein Gefrieren des Reduktionsmittels zu verhindern und/oder in den Reduktions- leitungselementen
Das Kühlleitungselement
Dabei ist es möglich, sowohl das zu dem Dosierelement hin zu führende als auch von dem Dosierelement abzuführende Reduktionsmittel zu kühlen. Erforderliche An- und Abgänge der Reduktionsleitungselemente
Die Reduktionsleitungselemente
Die separate Ausgestaltung der Reduktionsleitungselemente
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE102007000526A1 (en) | 2006-10-19 | 2008-04-24 | Denso Corp., Kariya | Exhaust gas purification device for an engine |
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