DE102019210897A1 - Exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem (2) für Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem ein flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel führenden und/oder aufnehmenden Element (1), und mit zumindest einem Schutzmittel, das dazu ausgebildet ist, ein Gefrieren des Abgasnachbehandlungsmittels gezielt in einem begrenzten Gefrierstartbereich (6) an oder in dem Element (1) beginnen zu lassen. Es ist vorgesehen, dass das Schutzmittel in dem Gefrierstartbereich (6) zumindest einen auf molekularer Ebene wirkenden Kristallisationskeim aufweist.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment system (2) for internal combustion engines, with at least one element (1) guiding and / or receiving a liquid exhaust gas aftertreatment agent, and with at least one protective agent which is designed to prevent the exhaust gas aftertreatment agent from freezing in a targeted manner in a limited freeze start area (6). to start on or in the element (1). It is provided that the protective agent in the freeze start area (6) has at least one crystallization nucleus that acts on the molecular level.
Description
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem ein flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel führenden und/oder aufnehmenden Element, und mit zumindest einem Schutzmittel, das dazu ausgebildet ist, ein Gefrieren des Abgasnachbehandlungsmittels in einem begrenzten Gefrierstartbereich an dem Element gezielt beginnen zu lassen.The invention relates to an exhaust aftertreatment system for internal combustion engines, with at least one element guiding and / or receiving a liquid exhaust aftertreatment agent, and with at least one protective agent which is designed to allow the exhaust aftertreatment agent to begin freezing in a limited freeze start area on the element.
Stand der TechnikState of the art
Aus der Offenlegungsschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem hat den Vorteil, dass eine verbesserte Startbedingung für das Gefrieren des Abgasnachbehandlungsmittels in oder an dem Element geboten wird, die kostengünstig und bauraumsparend realisierbar ist, ohne dabei die sonstigen Eigenschaften des Elements nachteilig zu beeinträchtigen. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass das Schutzmittel an einer dem Abgasmedium zugewandten Oberfläche des Elements in dem Gefrierstartbereich zumindest einen auf molekularer Ebene wirkenden Kristallisationskeim aufweist. Der Kristallisationsvorgang vollzieht sich auf molekularer Ebene. Moleküle fügen sich in ein definiertes, festes Gitter ein. Dadurch, dass der Kristallisationskeim in dem Gefrierstartbereich auf molekularer Ebene wirkt, ist er strukturbildend für das bei dem Gefrieren entstehende Gitter des Abgasnachbehandlungsmittels. Er ruft eine Konzentrationserhöhung bezüglich der kristallisierenden Spezies hervor. Die Bindungen zwischen den sich im Gitter anordnenden Molekülen bleiben dadurch stabil, auch wenn durch die Ausbildung dieser Bindungen Schmelzwärme frei wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Abgasnachbehandlungssystems ist es daher gewährleistet, dass das Abgasnachbehandlungsmittel an der gewünschten Stelle im Gefrierstartbereich zuerst gefriert.The exhaust gas aftertreatment system according to the invention has the advantage that an improved start condition for the freezing of the exhaust gas aftertreatment agent is offered in or on the element, which can be implemented cost-effectively and in a space-saving manner without adversely affecting the other properties of the element. According to the invention, it is provided for this purpose that the protective means has at least one crystallization nucleus acting on the molecular level on a surface of the element facing the exhaust gas medium in the freeze start area. The crystallization process takes place on a molecular level. Molecules fit into a defined, solid lattice. Because the crystallization nucleus acts on a molecular level in the freezing start area, it is structure-forming for the lattice of the exhaust gas aftertreatment agent that is created during freezing. It causes an increase in the concentration of the crystallizing species. The bonds between the molecules arranged in the lattice thus remain stable, even if the formation of these bonds releases heat of fusion. The inventive design of the exhaust gas aftertreatment system therefore ensures that the exhaust gas aftertreatment agent freezes first at the desired point in the freeze start area.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind in dem Gefrierstartbereich eine Vielzahl von Kristallisationskeimen vorhanden. Mit zunehmender Anzahl von Kristallisationskeimen wächst die Wahrscheinlichkeit, dass in dem Gefrierstartbereich das Gefrieren des Abgasnachbehandlungsmittels beginnt.According to a preferred development of the invention, a multiplicity of crystal nuclei are present in the freeze start area. As the number of crystallization nuclei increases, the probability that the exhaust gas aftertreatment agent will begin to freeze in the freeze start area increases.
Besonders bevorzugt ist die dem Medium zugordnete Oberfläche des Elements in Bereichen außerhalb des Gefrierstartbereichs mit einer inerten Oberflächenstruktur versehen ist. Durch die inerte Struktur wird erreicht, dass in den Bereichen außerhalb des Gefrierstartbereichs ein Gefrieren des Abgasnachbehandlungsmittels an dem Element verzögert wird, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass das Abgasnachbehandlungsmittel in dem Gefrierstartbereich zuerst gefriert, weiter erhöht wird.It is particularly preferred that the surface of the element assigned to the medium is provided with an inert surface structure in areas outside the freeze start area. The inert structure ensures that freezing of the exhaust gas aftertreatment agent on the element is delayed in the areas outside the freeze start area, so that the probability that the exhaust gas aftertreatment agent will freeze first in the freeze start area is further increased.
Vorzugsweise ist der Kristallisationskeim durch eine Aluminiumoxid-Beschichtung oder eine Wasserstoffbrücken-bildende Beschichtung gebildet. Diese Beschichtungen führen zu polaren Wechselwirkungen mit dem Abgasnachbehandlungsmittel, insbesondere wenn dieses Harnstoff enthält, und gewährleisten somit ein frühzeitiges Gefrieren des Abgasnachbehandlungsmittels im Bereich des Gefrierstartbereichs.The crystallization nucleus is preferably formed by an aluminum oxide coating or a hydrogen bridge-forming coating. These coatings lead to polar interactions with the exhaust gas aftertreatment agent, in particular if it contains urea, and thus ensure early freezing of the exhaust gas aftertreatment agent in the area of the freeze start area.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der als Kristallisationskeim durch eine Hydroxid oder eine Säuregruppe und/oder durch Zeolithe, insbesondere mit sauren Zentren, gebildet wird. Diese ermöglichen eine starke Wechselwirkung zum gelösten Harnstoff des Abgasnachbehandlungsmittels und bewirken dadurch eine Aufkonzentration direkt an der Oberfläche des Elements, was die Ausbildung eines Gefrierkeims in dem Abgasnachbehandlungsmittel erleichtert.Furthermore, it is preferably provided that the crystallization nucleus is formed by a hydroxide or an acid group and / or by zeolites, in particular with acidic centers. These enable a strong interaction with the dissolved urea of the exhaust gas aftertreatment agent and thereby cause a concentration directly on the surface of the element, which facilitates the formation of a freezing germ in the exhaust gas aftertreatment agent.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Kristallisationskeim durch eine Oberfläche oder Oberflächenbeschichtung mit partiellen Strukturelementen von Harnstoff ausgebildet. Dadurch erhält die Oberflächenbeschichtung einen organischen Anteil. Die Verwendung von Harnstoff beziehungsweise einer Beschichtung, die Strukturelemente des Harnstoffs aufweist, wie beispielsweise das Element R1NR2-CO-NH2, wird das Bilden des Gefrierkeims verbessert.According to a preferred development of the invention, the crystallization nucleus is formed by a surface or surface coating with partial structural elements of urea. This gives the surface coating an organic content. The use of urea or a coating that has structural elements of urea, such as the element R1NR2-CO-NH2, improves the formation of the freezing nucleus.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die inerte Oberfläche durch eine Goldbeschichtung oder eine siliziumbasierte Glasbeschichtung, insbesondere auf Edelstahl, gebildet ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist somit das Element bevorzugt zumindest im Bereich der mit dem Abgasnachbehandlungsmittel zusammenwirkenden Oberfläche aus Edelstahl gefertigt und weist dort eine Goldbeschichtung oder siliziumbasierte Glasbeschichtung auf. Diese Beschichtungen verzögern vorteilhafterweise das Gefrieren des Abgasnachbehandlungsmittels an dem Element.Furthermore, it is preferably provided that the inert surface is formed by a gold coating or a silicon-based glass coating, in particular on stainless steel. According to this embodiment, the element is thus preferably made of stainless steel, at least in the area of the surface interacting with the exhaust gas aftertreatment agent, and has a gold coating or silicon-based glass coating there. These coatings advantageously retard the freezing of the exhaust aftertreatment agent on the element.
Bevorzugt ist das Element als Tankbehälter für eine Tankvorrichtung ausgebildet. Insbesondere ist der Tankbehälter als Abgasnachbehandlungsmitteltank ausgebildet.The element is preferably designed as a tank container for a tank device. In particular, the tank container is designed as an exhaust gas aftertreatment agent tank.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Element als Leitelement, insbesondere als Rohrleitung, ausgebildet, und dient so der Führung und Leitung des Abgasnachbehandlungsmittels.According to a preferred embodiment of the invention, the element is designed as a guide element, in particular as a pipeline, and thus serves to guide and guide the exhaust gas aftertreatment agent.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Element bevorzugt einen Injektor, eine Pumpe oder ein betätigbares Ventil bildet oder mitbildet. So bildet das Element insbesondere ein ein Hydraulikmedium beziehungsweise ein flüssiges Medium leitendes Element eines Injektors, einer Pumpe oder eines betätigbaren Ventils aus.Another embodiment of the invention provides that the element preferably forms or co-forms an injector, a pump or an actuatable valve. In particular, the element forms an element of an injector, a pump or an actuatable valve that conducts a hydraulic medium or a liquid medium.
Besonders bevorzugt weist das Abgasnachbehandlungsmittel mehrere gleiche oder unterschiedliche Elemente auf, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
- Figur ein Element eines Abgasnachbehandlungssystems in einer vereinfachten Schnittdarstellung.
- FIG. 1 shows an element of an exhaust gas aftertreatment system in a simplified sectional illustration.
Die einzige Figur zeigt in einer Längsschnittdarstellung ein vorteilhaftes Element
Dazu weist das Element
Auch ist es denkbar, in der Figur jedoch nicht dargestellt, die Oberfläche mit einer organischen Beschichtung in dem begrenzten Gefrierstartbereich zu versehen, die bereits partielle Strukturelemente des Harnstoffs aufweist, wie beispielsweise das Element R1NR2-CO-NH2, wobei R1 ein organischer Rest, wie beispielsweise ein Harz, ein NR2 ein Wasserstoffatom oder ein weiterer organischer Rest, wie beispielsweise eine CH3-Gruppe ist.It is also conceivable, but not shown in the figure, to provide the surface with an organic coating in the limited freeze start area, which already has partial structural elements of urea, such as the element R1NR2-CO-NH2, where R1 is an organic residue, such as for example a resin, an NR2, a hydrogen atom or another organic radical such as a CH3 group.
In dem übrigen Kontaktbereich zu dem Abgasnachbehandlungsmittel weist das Element
Dadurch, dass in dem Gefrierstartbereich
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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