DE102015015973A1 - Exhaust after-treatment device for an internal combustion engine of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit wenigstens einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgaskanal (14), mit einer Dosiereinrichtung (18), mittels welcher an wenigstens einer Zuführstelle (20) ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in den Abgaskanal (14) einbringbar ist, und mit wenigstens einem stromab der Zuführstelle (20) angeordneten Katalysator (22) zum Entsticken des Abgases, wobei der Abgaskanal (14) einen die Zuführstelle (20) umfassenden und sich bis zu einer stromauf des Katalysators (22) und stromab der Zuführstelle (20) beziehungsweise stromab eines optionalen Elements (28) angeordneten Endstelle (32) erstreckenden Aufbereitungsbereich (30) aufweist, welcher zumindest teilweise durch eine Wandung (36) aus einem nicht-katalytischen, keramischen Material gebildet ist.The invention relates to an exhaust aftertreatment device (10) for an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising at least one exhaust gas passage (14) through which exhaust gas of the internal combustion engine is provided, with a metering device (18) by means of which at least one supply point (20) comprises a reducing agent for de-stoking the exhaust gas the exhaust duct (14) can be introduced, and with at least one downstream of the feed point (20) arranged catalyst (22) for Entsticken the exhaust gas, wherein the exhaust passage (14) comprises a supply (20) and up to an upstream of the catalyst ( 22) and downstream of the feed point (20) or downstream of an optional element (28) arranged terminal (32) extending processing region (30), which is at least partially formed by a wall (36) of a non-catalytic ceramic material.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an exhaust aftertreatment device for an internal combustion engine of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Derartige Abgasnachbehandlungseinrichtungen für Verbrennungskraftmaschine von Kraftwagen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst wenigstens einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgaskanal sowie eine Dosiereinrichtung, mittels welcher an wenigstens einer Zuführstelle ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in den Abgaskanal und somit in das den Abgaskanal durchströmende Abgas einbringbar ist. Ferner ist wenigstens ein Katalysator zum Entsticken des Abgases vorgesehen, wobei der Katalysator stromab der Zuführstelle angeordnet ist. Bei dem Katalysator handelt es sich insbesondere um einen SCR-Katalysator (SCR – selektive katalytische Reduktion), wobei mittels des SCR-Katalysators, insbesondere in dem SCR-Katalysator, eine Reaktion, insbesondere eine chemische Reaktion, bewirkt wird, in deren Rahmen zumindest Bestandteile des Reduktionsmittels mit im Abgas enthaltenen Stickoxiden (NOx) zu Wasser und Stickstoff reagieren. Dadurch können im Abgas enthaltene Stickoxide reduziert werden, was auch als Entsticken oder Denoxieren des Abgases bezeichnet wird.Such exhaust aftertreatment devices for internal combustion engines of motor vehicles are already well known from the general state of the art. The exhaust gas aftertreatment device comprises at least one exhaust gas passage through which exhaust gas of the internal combustion engine can flow, and a metering device, by means of which a reducing agent for removing the exhaust gas into the exhaust gas channel and thus into the exhaust gas flowing through the exhaust gas channel can be introduced at at least one feed point. Further, at least one catalyst is provided for Entsticken the exhaust gas, wherein the catalyst is arranged downstream of the feed point. In particular, the catalyst is an SCR catalyst (SCR-selective catalytic reduction), wherein by means of the SCR catalyst, in particular in the SCR catalyst, a reaction, in particular a chemical reaction, is effected, within whose scope at least constituents of the reducing agent with nitrogen oxides contained in the exhaust gas (NO x ) to react with water and nitrogen. As a result, nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be reduced, which is also referred to as de-staking or denoxing of the exhaust gas.
Dies bedeutet, dass das Reduktionsmittel und der Katalysator dem Entsticken des Abgases dienen. Darunter ist zu verstehen, dass das Abgas der beispielsweise als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine Stickoxide (NOx) enthalten kann, welche zumindest teilweise mithilfe des Reduktionsmittels entfernt beziehungsweise beseitigt werden. Hierbei können die Stickoxide beispielsweise mit Ammoniak (NH3) aus dem Reduktionsmittel zu Stickstoff und Wasser reagieren. Diese Reaktion erfolgt im Rahmen einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR), insbesondere in dem von dem mit dem Reduktionsmittel versetzten Abgas durchströmbaren Katalysator, welcher Bestandteil der Abgasnachbehandlungseinrichtung sein kann.This means that the reducing agent and the catalyst serve to de-stench the exhaust gas. This is understood to mean that the exhaust gas of the internal combustion engine designed, for example, as a diesel engine may contain nitrogen oxides (NO x ) which are at least partially removed or eliminated with the aid of the reducing agent. Here, the nitrogen oxides, for example, with ammonia (NH 3 ) from the reducing agent to nitrogen and react with water. This reaction takes place in the context of a selective catalytic reduction (SCR), in particular in the catalyst which can be flowed through by the exhaust gas mixed with the reducing agent and which can be a component of the exhaust gas aftertreatment device.
Üblicherweise ist das Reduktionsmittel eine wässrige Lösung, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, welche beispielsweise mittels der Dosiereinrichtung in den Abgaskanal eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird. Es hat sich gezeigt, dass es durch das Einbringen des Reduktionsmittels in den Abgaskanal zu Ablagerungen und insbesondere Harnstoffablagerungen im Inneren der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere im Inneren eines den Abgaskanal begrenzenden Abgasführungselements, kommen kann.Usually, the reducing agent is an aqueous solution, in particular an aqueous urea solution, which is introduced into the exhaust gas channel, in particular injected, for example by means of the metering device. It has been found that by introducing the reducing agent into the exhaust gas channel deposits and in particular urea deposits can occur in the interior of the exhaust gas aftertreatment device, in particular in the interior of an exhaust gas guide element delimiting the exhaust gas channel.
Ferner offenbart die
Außerdem offenbart die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Ablagerungen, die aus dem Einbringen des Reduktionsmittels in den Abgaskanal resultieren, zumindest gering gehalten werden können.Object of the present invention is to develop an exhaust aftertreatment device of the type mentioned in such a way that deposits that result from the introduction of the reducing agent in the exhaust passage can be kept at least low.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an exhaust gas aftertreatment device having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass Ablagerungen, die aus dem Einbringen des Reduktionsmittels in den Abgaskanal resultieren, zumindest gering gehalten werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abgaskanal einen die Zuführstelle umfassenden und sich bis zu einer stromauf des Katalysators und stromab der Zuführstelle angeordneten Endstelle erstreckenden Aufbereitungsbereich aufweist, welcher somit stromauf des beispielsweise als SCR-Katalysator ausgebildeten Katalysators angeordnet ist, wobei der Aufbereitungsbereich zumindest teilweise durch eine Wandung aus einem nicht-katalytischen, keramischen Material gebildet ist. Dies bedeutet, dass der Abgaskanal zumindest in einem stromauf des Katalysators angeordneten Längenbereich durch die Wandung aus dem nicht-katalytischen, keramischen Material gebildet ist. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Wandung durch eine Beschichtung gebildet ist, welche auf einen Grundkörper, welcher aus einem von dem nicht-katalytischen, keramischen Material unterschiedlichen Werkstoff gebildet ist, aufgebracht ist. Die Wandung aus dem nicht-katalytischen, keramischen Material verhindert eine übermäßige Anhaftung von Ablagerungen, insbesondere Harnstoff-Ablagerungen, und Folgeprodukten, sodass übermäßige, aus dem Reduktionsmittel resultierende Ablagerungen im Inneren der Abgasnachbehandlungseinrichtung vermieden werden können.In order to develop an exhaust aftertreatment device specified in the preamble of claim 1 type such that deposits resulting from the introduction of the reducing agent in the exhaust duct can be kept at least low, it is provided according to the invention that the exhaust duct comprising a feed point and up to a processing area extending upstream of the catalyst and located downstream of the feed point, which is thus arranged upstream of the example of an SCR catalyst catalyst, wherein the treatment area is at least partially formed by a wall of a non-catalytic, ceramic material. This means that the exhaust gas channel is formed at least in a longitudinal region arranged upstream of the catalyst through the wall of the non-catalytic, ceramic material. It is provided, for example, that the wall is formed by a coating which is applied to a base body, which is formed from a different material from the non-catalytic, ceramic material. The wall of the non-catalytic, ceramic material prevents excessive adhesion of deposits, particularly urea deposits, and by-products, so that excessive deposits resulting from the reducing agent inside the exhaust aftertreatment device can be avoided.
Unter dem nicht-katalytischen Material ist zu verstehen, dass das Material katalytisch unwirksam ist beziehungsweise katalytisch nicht wirkt und somit eine Reaktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden mit im Reduktionsmittel enthaltenen Bestandteilen nicht bewirkt beziehungsweise nicht unterstützt, insbesondere im Gegensatz zu dem Katalysator.By the non-catalytic material is meant that the material is catalytically ineffective is or does not act catalytically and thus does not cause or support a reaction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas with constituents contained in the reducing agent, in particular in contrast to the catalyst.
Dadurch, dass die Wandung aus dem nicht-katalytischen, keramischen Material zumindest den Längenbereich des Abgaskanals begrenzt, kann das den Abgaskanal durchströmende Abgas an der Wandung entlang strömen und dabei die Wandung berühren, sodass die Wandung dem Abgas und somit dem in das Abgas eindosierten Reduktionsmittel direkt ausgesetzt ist. Da nun die Wandung aus dem nicht-katalytischen, keramischen Material gebildet ist, können jedoch übermäßige Ablagerungen auf der Wandung vermieden werden. Ferner kann eine Oberflächenbeschaffenheit der Wandung derart geschaffen werden, dass die Menge des in das Abgas einzubringenden Reduktionsmittels auch bei geringen Temperaturen gering gehalten werden kann bei gleichzeitiger Realisierung einer hinreichenden effektiven Entstickung des Abgases.Characterized in that the wall of the non-catalytic, ceramic material delimits at least the length range of the exhaust passage, the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow along the wall and thereby touch the wall, so that the wall of the exhaust gas and thus the metered into the exhaust reducing agent directly exposed. However, since the wall is formed of the non-catalytic ceramic material, excessive deposits on the wall can be avoided. Furthermore, a surface finish of the wall can be created such that the amount of reducing agent to be introduced into the exhaust gas can be kept low even at low temperatures while at the same time realizing a sufficient effective denitrification of the exhaust gas.
Durch den Einsatz der Wandung aus dem nicht-katalytischen, keramischen Material ist es möglich, übermäßige Anhaftungen von Harnstoff-Ablagerungen und Folgeprodukten sowohl in Bereichen, welche nahe an der Zuführstelle angeordnet sind, als auch in Bereichen, welche weit von der Zuführstelle entfernt sind, zu vermeiden. In der Folge können auch besonders hohe Mengen des Reduktionsmittels in das Abgas eingebracht werden, ohne dass es zu übermäßigen Ablagerungen kommt, sodass ein besonders hoher Wirkungsgrad hinsichtlich der Entstickung des Abgases sowie ein besonders hoher Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden können.By using the wall of the non-catalytic ceramic material, it is possible to prevent excessive adhesion of urea deposits and by-products both in areas located close to the feed point and in areas far from the feed point. to avoid. As a result, particularly high amounts of the reducing agent can be introduced into the exhaust gas, without causing excessive deposits, so that a particularly high efficiency in terms of denitrification of the exhaust gas and a particularly high efficiency of the internal combustion engine can be realized.
Um die Kosten der Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders gering zu halten, ist die Wandung vorzugsweise durch die zuvor beschriebene Beschichtung gebildet, welche somit als nicht-katalytische beziehungsweise katalytisch nicht-wirksame, keramische Beschichtung ausgebildet ist, die Harnstoff-Ablagerungen sowie Ablagerungen von Folgeprodukten unterbindet. Hierdurch ist es insbesondere möglich, in einem nahe an der Zuführstelle angeordneten Bereich und/oder in einem die Zuführstelle umfassenden Bereich einen besonders großen Winkel, unter welchem das Reduktionsmittel mittels der Dosiereinrichtung in den Abgaskanal eingebracht wird, zu realisieren, sodass jeweilige Durchmesser von Tropfen des Reduktionsmittels besonders gering gehalten werden können. Der zuvor genannte Winkel wird auch als Spraywinkel bezeichnet. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass geringe Durchmesser der Tropfen des Reduktionsmittels zu einer besonders vorteilhaften Verdampfung des Reduktionsmittels führen. Mit anderen Worten führen kleinere Durchmesser der Tropfen zu einer besseren Verdampfung einer in den Abgaskanal mittels der Dosiereinrichtung eingebrachten Menge des Reduktionsmittels, wodurch eine übermäßige Auskühlung von den Abgaskanal begrenzenden Wandungsbereichen vermieden werden kann.In order to keep the costs of the exhaust aftertreatment device particularly low, the wall is preferably formed by the previously described coating, which is thus designed as non-catalytic or catalytically non-effective, ceramic coating, which prevents urea deposits and deposits of secondary products. This makes it possible, in particular, to realize a particularly large angle at which the reducing agent is introduced into the exhaust gas duct by means of the metering device in an area arranged close to the supply point and / or in a region encompassing the supply point, so that respective diameters of drops of the Reducing agent can be kept very low. The aforementioned angle is also referred to as spray angle. This embodiment is based on the finding that small diameters of the drops of the reducing agent lead to a particularly advantageous evaporation of the reducing agent. In other words, smaller diameters of the droplets lead to a better evaporation of an amount of reducing agent introduced into the exhaust gas duct by means of the metering device, whereby excessive cooling of wall regions bounding the exhaust duct can be avoided.
Da bei der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung Ablagerungen, die aus dem Einbringen des Reduktionsmittels in den Abgaskanal resultieren, zumindest gering gehalten werden können, kann auch der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden, da zusätzliche Regenerationsvorgänge zum Auflösen von Ablagerungen nicht mehr erforderlich sind.Since in the exhaust gas aftertreatment device according to the invention deposits that result from the introduction of the reducing agent into the exhaust duct can be kept at least low, the fuel consumption of the internal combustion engine can be kept low, since additional regeneration processes to dissolve deposits are no longer required.
Das nicht-katalytische, keramische Material wird insbesondere nach thermischen Aspekten und Anlagerungsaspekten ausgewählt, insbesondere in Zusammenspiel mit dem verwendeten Reduktionsmittel. Bei einem Einsatz von mehreren beziehungsweise unterschiedlichen Reduktionsmitteln, insbesondere in unterschiedlichen, mehreren Bereichen, kann die Wandung, insbesondere je nach eingesetztem Reduktionsmittel, aus unterschiedlichen, keramischen und nicht-katalytischen Materialien bestehen.The non-catalytic, ceramic material is selected in particular according to thermal aspects and addition aspects, in particular in conjunction with the reducing agent used. When using several or different reducing agents, in particular in different, several areas, the wall, in particular depending on the reducing agent used, consist of different, ceramic and non-catalytic materials.
Ferner ist es möglich, die Wandung durch ein massives, aus dem nicht-katalytischen, keramischen Material gebildeten Bauteil und nicht etwa durch eine Beschichtung eines Bauteils zu bilden. Unter dem nicht-katalytischen, keramischen Material beziehungsweise der Wandung ist zu verstehen, dass das Material kein aktives Material ist und demzufolge nicht der Abgasnachbehandlung, sondern rein der Verhinderung von Anlagerungen beziehungsweise Ablagerungen dient.Further, it is possible to form the wall by a solid component formed of the non-catalytic ceramic material and not by a coating of a component. Under the non-catalytic, ceramic material or the wall is to be understood that the material is not an active material and therefore not the exhaust aftertreatment, but purely the prevention of deposits or deposits is used.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur 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 a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or alone in the single figure 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 der einzigen Fig. eine schematische Schnittansicht einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, wobei wenigstens eine Wandung aus einem nicht-katalytischen, keramischen Material gebildet ist, mittels welcher durch ein Einbringen eines Reduktionsmittels bewirkte Ablagerungen zumindest gering gehalten werden können.The drawing shows in the single FIGURE is a schematic sectional view of an exhaust aftertreatment device for an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein at least one wall of a non-catalytic, ceramic material is formed, by means of which by introducing a reducing agent caused deposits can be kept at least low.
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen mit
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung
Mittels des SCR-Katalysators
Aus der Fig. ist erkennbar, dass das Reduktionsmittel unter Ausbildung eines Strahls in den Abgaskanal
Stromab der Zuführstelle
Der Abgaskanal
Um nun übermäßige, aus dem Einbringen des Reduktionsmittels in den Abgaskanal
Ein Bereich, in welchem die Wandung
Der Aufbereitungsbereichs
Die Wandung
Das Element
Das Element
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust treatment device
- 1212
- AbgasführungselementExhaust guide element
- 1414
- Abgaskanalexhaust duct
- 1616
- Pfeilarrow
- 1818
- Dosiereinrichtungmetering
- 20 20
- Zuführstelleinduct
- 2222
- SCR-KatalysatorSCR catalyst
- 2424
- Sprayspray
- 2626
- Mittelachsecentral axis
- 2828
- Elementelement
- 3030
- Aufbereitungsbereichtreatment area
- 3232
- Endstelleterminal
- 3434
- Längenbereichlength range
- 3636
- Wandungwall
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1676985 A1 [0005] EP 1676985 A1 [0005]
- FR 2731746 A1 [0006] FR 2731746 A1 [0006]
- US 2010/0005791 A1 [0006] US 2010/0005791 A1 [0006]
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DE102015015973.9A DE102015015973A1 (en) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | Exhaust after-treatment device for an internal combustion engine of a motor vehicle |
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DE102015015973A1 true DE102015015973A1 (en) | 2016-08-11 |
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ID=56498080
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102015015973.9A Withdrawn DE102015015973A1 (en) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | Exhaust after-treatment device for an internal combustion engine of a motor vehicle |
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2015
- 2015-12-10 DE DE102015015973.9A patent/DE102015015973A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R230 | Request for early publication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |