DE102015209712B4

DE102015209712B4 - Dosiersystem zur selektiven katalytischen Reduktion, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015209712B4
Application number: DE102015209712.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Krenn; Karl Lindlbauer; Brigitte Pitzl; Gerhard Hofer; Christian Maier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: DE102015209712A1

Abstract

Dosiersystem zur selektiven katalytischen Reduktion, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasrohr, in dem das Abgas in einer bestimmten Strömungsrichtung geführt ist, und mit einem Dosiermodul zum Einsprühen eines Trägermittels in das Abgasrohr, wobei das Dosiermodul (3) das Trägermittel (4) entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in das Abgasrohr (1) einspritzt,dadurch gekennzeichnet,dass in dem Abgasrohr (1) Verdampferrippen (7) angeordnet sind, die im Sprühkegel des eingespritzen Trägermittels (4) liegen, unddass in dem Abgasrohr (1) ein Mischelement (6) angeordnet ist, welches stromabwärts der Verdampferrippen (7) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zur selektiven katalytischen Reduktion, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasrohr, in dem das Abgas in einer bestimmten Strömungsrichtung geführt ist, und mit einem Dosiermodul zum Einsprühen eines Trägermittels in das Abgasrohr.
Der Begriff selektive katalytische Reduktion (SCR) bezeichnet eine Technik zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Gasturbinen, Industrieanlagen und Verbrennungsmotoren. Die chemische Reaktion am SCR-Katalysator ist selektiv, das heißt, dass bevorzugt die Stickoxide (NO, NO₂) reduziert werden, während unerwünschte Nebenreaktionen wie die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid weitgehend unterdrückt werden.
In der Fahrzeugtechnik wird das SCR-Verfahren angewendet, um bei Dieselfahrzeugen die Stickoxidemissionen zu senken. Mit Hilfe dieser Technik können Nutzfahrzeuge die Euro-V-Norm, Landmaschinen die Tier-3b-Norm und PKW die sehr strenge amerikanische BIN5-Norm sowie die Euro-6-Norm erfüllen.
Das für die SCR-Reaktion benötigte Ammoniak wird nicht direkt, d. h. in reiner Form, verwendet, sondern in Form eines Trägermittels, das aus der Reaktion einer 32,5-prozentigen, wässrigen Harnstofflösung, von der Industrie einheitlich mit AdBlue® bezeichnet, gewonnen wird. Diese wässrige Harnstofflösung wird vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang, z. B. mittels Dosierpumpe oder Injektor, eingespritzt. Aus der Harnstoff-Wasser-Lösung entstehen durch eine Hydrolysereaktion Ammoniak und CO₂. Das so erzeugte Ammoniak kann in einem speziellen SCR-Katalysator bei entsprechender Temperatur mit den Stickoxiden im Abgas reagieren.
Die Menge des eingespritzten Trägermittels ist von der motorischen Stickoxidemission und damit von der momentanen Drehzahl und dem Drehmoment des Motors abhängig. Der Verbrauch an Trägermittel beträgt abhängig von der Rohemission des Verbrennungsmotors etwa 2 bis 8 % der Menge des eingesetzten Dieselkraftstoffs. Es muss deshalb ein entsprechendes Tankvolumen mitgeführt werden. Zur Erzielung hoher NO_x-Minderungsraten ist es wichtig, dass das Trägermittel im richtigen Verhältnis zur Stickoxidemission des Verbrennungsmotors dosiert wird. Da SCR-Katalysatoren bis zu einer gewissen Grenze NH₃ speichern können, muss die Dosierung im Mittel der NO_x-Emission entsprechen. Ist die Dosierung zu gering, so sinkt der Wirkungsgrad der Stickoxidminderung, wird zu viel Trägermittel zudosiert, so kann das daraus gebildete Ammoniak nicht mit NO_x reagieren und in die Umgebung gelangen. Da Ammoniak einen stechenden Geruch hat und bereits in sehr kleinen Konzentrationen wahrgenommen werden kann, würde dies bei einer Überdosierung zu einer Geruchsbelästigung in der Nähe des Kraftfahrzeugs führen. Abhilfe schafft man, indem hinter dem SCR-Katalysator ein Oxidationskatalysator eingebaut wird. Dieser wandelt im Falle einer Ammoniak-Überdosierung das NH₃ wieder in Stickstoff und Wasser um. Eine weitere Möglichkeit, den sogenannten Ammoniak-Schlupf zu verhindern, ist eine größere Auslegung des Katalysators, um damit eine gewisse Speicherfunktion zu erhalten.
Die Stickoxidminderung erfolgt ohne Änderung der motorischen Verbrennung und erhält damit den sehr guten Wirkungsgrad von Dieselmotoren.
Insbesondere bei kleinen Kraftfahrzeugen, bei denen der Verbrennungsmotor quer zur Fahrtrichtung eingebaut ist, muss das Abgasrohr des Dosiersystems, in welchem die Mischung von Abgasen und Trägermittel erfolgt, relativ kurz ausgeführt werden, was unter Umständen einen negativen Einfluss auf den erforderlichen Wirkungsgrad des Dosiersystems haben kann.
Aus US 2007/0036694 A1 , DE 10 2012 224 198 A1 , und DE 10 2008 008 563 A1 sind Dosiersysteme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Weitere Dosiersysteme für Abgasanlagen sind aus JP 2013-174 153 A , und DE 10 2008 053 669 A1 bekannt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Dosiersystem zur selektiven katalytischen Reduktion, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasrohr, in dem das Abgas in einer bestimmten Strömungsrichtung geführt ist, und mit einem Dosiermodul zum Einsprühen eines Trägermittels in das Abgasrohr, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem Dosiersystem zur selektiven katalytischen Reduktion, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasrohr, in dem das Abgas in einer bestimmten Strömungsrichtung geführt ist, und mit einem Dosiermodul zum Einsprühen eines Trägermittels in das Abgasrohr, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Dosiermodul das Trägermittel entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in das Abgasrohr einspritzt.
Infolge dieser Ausgestaltung kann auch bei einem relativ kurzen Abgasrohr ein optimaler Wirkungsgrad des Dosiersystems erreicht werden.
Um die Vermischung von Abgas und Trägermittel weiter zu optimieren sind in dem Abgasrohr Verdampferrippen angeordnet, die im Sprühkegel des eingespritzen Trägermittels liegen.
Eine weitere Verbesserung der Vermischung wird erreicht, wenn in dem Abgasrohr ein Mischelement angeordnet ist, welches stromabwärts der Verdampferrippen liegt.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung spritzt das Dosiermodul das Trägermittel in einem Sprühkegel in das Abgasrohr ein. Hierdurch wird eine besonders gute Durchmischung des Abgasstromes mit dem Trägermittel erreicht.
Das Dosiermodul spritzt das Trägermittel vorteilhafterweise unter einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Achse des Abgasrohres ein.
Besonders bevorzugt spritzt das Dosiermodul das Trägermittel unter einem Einbauwinkel von im Wesentlichen 45° zur Achse des Abgasrohres ein.
Die Verdampferrippen können vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel oder unter einem geringen Winkel zur Achse des Abgasrohres ausgerichtet sein.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Dosiersystems, und
2 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Dosiersystem gemäß der Linie A - A in 1.

In den Figuren ist das erfindungsgemäße Dosiersystem lediglich schematisch dargestellt.
Man erkennt ein Abgasrohr 1, das von dem Abgas in einer durch einen Pfeil gekennzeichneten Strömungsrichtung durchströmt wird; im vorliegenden Fall von rechts nach links gemäß 2.
Das Abgasrohr 1 ist mit einem Abzweig 2 versehen, an dem ein Dosiermodul 3 zum Einspritzen eines Trägermittels 4 angebracht ist. Der Abzweig 2 ist so an dem Abgasrohr 1 angeordnet und ausgebildet, dass das Dosiermodul 3 das Trägermittel 4 entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in das Abgasrohr 1 einspritzt. Wie in 2 zu sehen ist, bildet das Trägermittel 4 einen Sprühkegel in dem Abgasrohr 1 aus.
Der Einbauwinkel α, unter dem das Dosiermodul 1 zur Achse X des Abgasrohres 1 ausgerichtet ist, beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 45°, der Einbaubereich 5 kann sich jedoch auch von etwa 0° bis nahezu 90° zur Achse X des Abgasrohres 1 erstrecken. Wichtig ist lediglich, dass das Dosiermodul 1 das Trägermittel 4 entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in das Abgasrohr 1 einspritzt.
In dem Abgasrohr 1 sind Verdampferrippen 7 angeordnet, die im Sprühkegel des eingespritzen Trägermittels 4 liegen und die im Wesentlichen parallel oder unter einem geringen Winkel zur Achse X des Abgasrohres 1 ausgerichtet sind.
Des Weiteren ist in dem Abgasrohr 1 ein Mischelement 6 angeordnet, welches stromabwärts der Verdampferrippen 7 liegt.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasrohr
2: Abzweig
3: Dosiermodul
4: Trägermittel
5: Einbaubereich
6: Mischelement
7: Verdampferrippen
α: Einbauwinkel
X: Achse des Abgasrohres

Claims

Dosiersystem zur selektiven katalytischen Reduktion, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasrohr, in dem das Abgas in einer bestimmten Strömungsrichtung geführt ist, und mit einem Dosiermodul zum Einsprühen eines Trägermittels in das Abgasrohr, wobei das Dosiermodul (3) das Trägermittel (4) entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in das Abgasrohr (1) einspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgasrohr (1) Verdampferrippen (7) angeordnet sind, die im Sprühkegel des eingespritzen Trägermittels (4) liegen, und dass in dem Abgasrohr (1) ein Mischelement (6) angeordnet ist, welches stromabwärts der Verdampferrippen (7) liegt.
Dosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (3) das Trägermittel (4) in einem Sprühkegel in das Abgasrohr (1) einspritzt.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (1) das Trägermittel (4) unter einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Achse (X) des Abgasrohres (1) einspritzt.
Dosiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (3) das Trägermittel (4) unter einem Einbauwinkel (α) von im Wesentlichen 45° zur Achse (X) des Abgasrohres (1) einspritzt.
Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferrippen (7) im Wesentlichen parallel zur Achse (X) des Abgasrohres (1) ausgerichtet sind.
Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferrippen (7) unter einem geringen Winkel zur Achse (X) des Abgasrohres (1) ausgerichtet sind.