DE102020111793A1 - System for injecting a liquid into a pipe - Google Patents

System for injecting a liquid into a pipe Download PDF

Info

Publication number
DE102020111793A1
DE102020111793A1 DE102020111793.0A DE102020111793A DE102020111793A1 DE 102020111793 A1 DE102020111793 A1 DE 102020111793A1 DE 102020111793 A DE102020111793 A DE 102020111793A DE 102020111793 A1 DE102020111793 A1 DE 102020111793A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
liquid
gas
line
injector
reducing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020111793.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Bakir Puran
Bouzid Seba
Roberto Andreutti
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Machines Bulle SA
Original Assignee
Liebherr Machines Bulle SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Machines Bulle SA filed Critical Liebherr Machines Bulle SA
Publication of DE102020111793A1 publication Critical patent/DE102020111793A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/54Nitrogen compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/06Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape in annular, tubular or hollow conical form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/06Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane
    • B05B7/062Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane with only one liquid outlet and at least one gas outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/30Arrangements for supply of additional air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/206Ammonium compounds
    • B01D2251/2067Urea
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/90Injecting reactants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/24Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas with means, e.g. a container, for supplying liquid or other fluent material to a discharge device
    • B05B7/2489Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas with means, e.g. a container, for supplying liquid or other fluent material to a discharge device an atomising fluid, e.g. a gas, being supplied to the discharge device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1433Pumps
    • F01N2610/144Control thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • F01N2610/146Control thereof, e.g. control of injectors or injection valves
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Einspritzen einer Flüssigkeit in eine Leitung, vorzugsweise zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, wobei das System eine Gaspumpe, eine Flüssigkeitspumpe, einen Injektor, eine von der Flüssigkeitspumpe zum Injektor führende Flüssigkeitsleitung und eine von der Gaspumpe zum Injektor führende Gasleitung aufweist, wobei in der Flüssigkeitsleitung oder innerhalb des Injektors steuerbares Sperrventil angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsstrom zum Injektor oder durch den Injektor hindurch im Takt freigeben und blockieren zu können, und/oder wobei der Injektor eine zentrale Flüssigkeitsaustrittsöffnung zur Abgabe eines Flüssigkeitsstrahls in die Leitung aufweist, die von einem durch eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen gebildeten Ring umgeben ist, wobei die eine oder die mehreren Gasaustrittsöffnungen ausgebildet sind, einen kegelförmig zur Achse des Flüssigkeitsstrahls hin zulaufenden Gasvorhang auszubilden.The invention relates to a system for injecting a liquid into a line, preferably for injecting a liquid reducing agent into an exhaust line of an internal combustion engine, the system comprising a gas pump, a liquid pump, an injector, a liquid line leading from the liquid pump to the injector and one from the gas pump has gas line leading to the injector, wherein a controllable shut-off valve is arranged in the liquid line or within the injector in order to be able to release and block a flow of liquid to the injector or through the injector in time, and / or wherein the injector has a central liquid outlet opening for dispensing a liquid jet has in the line, which is surrounded by a ring formed by one or more gas outlet openings, wherein the one or more gas outlet openings are formed, a conical gas supply tapering towards the axis of the liquid jet g to train.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum funktionsgerechten Einspritzen einer Flüssigkeit in eine Leitung, vorzugsweise zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a system for the functional injection of a liquid into a line, preferably for the injection of a liquid reducing agent into an exhaust line of an internal combustion engine.

Beim Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine besteht die technische Herausforderung in der Konditionierung der Flüssigkeit bzw. des Reduktionsmittels unter der Zielsetzung, dass dieses in der Leitung in möglichst geringer Tröpfchengrösse vorliegt und über eine möglichst kurze Laufstrecke über dem Strömungsquerschnitt homogen verteilt ist sowie das Ablagern von Tröpfchen idealerweise vollständig vermieden wird.When injecting a liquid reducing agent into an exhaust pipe of an internal combustion engine, the technical challenge is the conditioning of the liquid or the reducing agent with the aim of ensuring that it is present in the pipe in the smallest possible droplet size and is homogeneously distributed over the flow cross-section over the shortest possible distance the deposition of droplets is ideally completely avoided.

Zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von Brennkraftmaschinen ist die Technik der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) bekannt geworden, wobei eine flüssige Harnstofflösung als Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingespritzt wird. Diese Technologie ist bereits seit vielen Jahren weitverbreitet in Strassenfahrzeugen, insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen und auch im Non-Road Bereich z. B. bei Mobilen Arbeitsmaschinen im Einsatz.The technique of selective catalytic reduction (SCR) has become known for reducing nitrogen oxides in the exhaust gases of internal combustion engines, a liquid urea solution being injected into the exhaust gas flow as a reducing agent. This technology has been widespread in road vehicles for many years, especially in heavy commercial vehicles and also in the non-road sector, e.g. B. in use in mobile machines.

Brennkraftmaschinen für nicht für den Strassenverkehr bestimmte Mobile Arbeitsmaschinen und Geräte, die seit dem 01.01.2019 produziert werden, muss die Verordnung (EU) 2016/1628 des Europäischen Parlaments und des Rates in ihrem Geltungsbereich erfüllt werden. Das hat die Konsequenz, dass nunmehr auch für Off Road Dieselmotoren, deren mechanische Abgabeleistung grösser 560 kW ist, bestimmte Abgas¬grenz¬werte eingehalten werden müssen; u.a. für Stickoxide, besser als NOx bekannt. Deshalb besteht nunmehr ein Bedarf an Vorrichtungen mit denen höhere Reduktionsmittel-Mengen funktionsgerecht in die Abgasnachbehandlung zugeführt werden können. Mit gängigen Einspritzsystemen können die deutlich größeren Reduktionsmittel-Einspritzmengen von beispielsweise rund 30 kg Harnstofflösung pro Stunde, die für die nunmehr auch der Abgasgesetzgebung unterliegenden die besonders großen - genauer ausgedrückt die besonders leistungsstarken Dieselmotoren vielfach benötigt werden, nicht bereitgestellt werden. Denn eine Skallierung der bestehenden Systeme führt zu keiner funktionsgerechten Reduktionsmittel-Einspritzung. Daher werden für die Abgasnachbehandlung eines entsprechend leistungsstarken Dieselmotors derzeit mehrere Einspritzsysteme mit separaten Reduktionsmittel-Injektoren im Parallelbetrieb eingesetzt. Dies ist aber nicht nur aus Kostengründen nachteilig, sondern führt auch zu nicht optimalen Platzierungen von Einspritzstellen zumindest für einen Injektor, erhöhtem Wartungsaufwand und einer erhöhten Fehleranfälligkeit.Internal combustion engines for mobile work machines and devices not intended for road traffic, which have been produced since 01.01.2019, must comply with Regulation (EU) 2016/1628 of the European Parliament and of the Council in its scope. As a result, off-road diesel engines whose mechanical output power is greater than 560 kW now also have to comply with certain exhaust gas limit values; i.a. for nitrogen oxides, better known as NOx. Therefore, there is now a need for devices with which higher quantities of reducing agent can be fed into the exhaust gas aftertreatment in a functional manner. Conventional injection systems cannot provide the significantly larger reducing agent injection quantities of around 30 kg of urea solution per hour, which are often required for the particularly large - to be more precise, the particularly powerful - diesel engines, which are now also subject to exhaust gas legislation. This is because scaling the existing systems does not lead to a functional reducing agent injection. For this reason, several injection systems with separate reducing agent injectors are currently used in parallel for the exhaust gas aftertreatment of a correspondingly powerful diesel engine. However, this is not only disadvantageous for reasons of cost, but also leads to non-optimal placement of injection points, at least for an injector, increased maintenance effort and increased susceptibility to errors.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein robustes gattungsgemäßes System bereitzustellen, welches geeignet ist, um die für die Abgasnachbehandlung von entsprechend hohen Reduktionsmittelmengen, wie das für heutige entsprechend leistungsstarke Dieselmotoren der Fall ist, funktionsgerecht einspritzen zu können.The object of the invention is to provide a robust system of the generic type which is suitable for injecting the correspondingly high amounts of reducing agent for exhaust gas aftertreatment, as is the case for today's correspondingly powerful diesel engines.

Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein System zum funktionsgerechten Einspritzen einer Flüssigkeit in eine Leitung, vorzugsweise zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, wobei das System eine Gaspumpe, eine Flüssigkeitspumpe, einen Injektor, eine von der Flüssigkeitspumpe zum Injektor führende Flüssigkeitsleitung und eine von der Gaspumpe zum Injektor führende Gasleitung aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Flüssigkeitsleitung oder innerhalb des Injektors steuerbares Sperrventil angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsstrom um Injektor oder durch den Injektor hindurch im Takt freigeben und blockieren zu können, und/oder dass der Injektor eine zentrale Flüssigkeitsaustrittsöffnung zur Abgabe eines Flüssigkeitsstrahls in die Leitung aufweist, die von einem durch eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen gebildeten Ring umgeben ist, wobei die eine oder die mehreren Gasaustrittsöffnungen ausgebildet sind, einen kegelförmig zur Achse des Flüssigkeitsstrahls hin zulaufenden Gasvorhang auszubilden.Against this background, the invention relates to a system for the functional injection of a liquid into a line, preferably for injecting a liquid reducing agent into an exhaust line of an internal combustion engine, the system being a gas pump, a liquid pump, an injector, a liquid line leading from the liquid pump to the injector and has a gas line leading from the gas pump to the injector. According to the invention it is provided that a controllable shut-off valve is arranged in the liquid line or within the injector in order to be able to release and block a flow of liquid around the injector or through the injector, and / or that the injector has a central liquid outlet opening for the delivery of a liquid jet into the Has line, which is surrounded by a ring formed by one or more gas outlet openings, wherein the one or more gas outlet openings are designed to form a conical gas curtain tapering towards the axis of the liquid jet.

Der Gasvorhang ist vorzugsweise aus mehreren einzelnen Gasstrahlen gebildet, die aus einzelnen punktuellen Gasaustrittsöffnungen des Injektors austreten. Alternativ kann ein ringförmiger Austrittsschlitz vorgesehen sein. Es ist bevorzugt, dass alle Strahlen bzw. Segmente des Gasvorhangs an demselben Punkt an der Achse des Flüssigkeitsstrahls zusammenlaufen.The gas curtain is preferably formed from several individual gas jets which emerge from individual point gas outlet openings of the injector. Alternatively, an annular outlet slot can be provided. It is preferred that all jets or segments of the gas curtain converge at the same point on the axis of the liquid jet.

Das Sperrventil kann so ausgeführt sein, dass es beim Ausbleiben einer Ansteuerung geschlossen ist und nur durch eine Ansteuerung geöffnet wird bzw. geöffnet bleibt. Alternativ kann das Sperrventil so ausgeführt sein, dass es beim Ausbleiben einer Ansteuerung geöffnet ist und nur durch eine Ansteuerung geschlossen wird bzw. geschlossen bleibt. Bevorzugt kommt ein solches Sperrventil zum Einsatz, welches möglichst schnell zwischen den beiden Zuständen geöffnet und geschlossen ändert. In einer idealisierten Betrachtung, welche die Übergangszustände zwischen dem Schliessen und Öffnen des Sperrventils und die kurzzeitig vorliegenden transienten Reduktionsmittel-Volumenströme, welche durch das in Gang kommen und das Unterbrechen der Einspritzung entstehen, vernachlässigt, gleicht der Zeitverlauf des eingespritzten Reduktionsmittel-Volumenstroms einem sogenannten Pulsweiten Modulierten Signal, besser in seiner Abkürzung als PWM-Signal bekannt.The shut-off valve can be designed in such a way that it is closed when there is no activation and is only opened or remains open when activated. Alternatively, the shut-off valve can be designed in such a way that it is open when there is no activation and is only closed or remains closed by activation. Such a shut-off valve is preferably used, which changes between the two open and closed states as quickly as possible. In an idealized view, which neglects the transition states between the closing and opening of the shut-off valve and the short-term transient volume flows of the reducing agent, which are started and the injection is interrupted, the time course of the injected is the same Reducing agent volume flow a so-called pulse-width modulated signal, better known in its abbreviation as a PWM signal.

Wird beispielsweise die Hälfte der maximal möglichen Reduktionsmittel-Zuführung verlangt, ist - zur besseren Textverständlichkeit unter Vernachlässigung der Übergangszustände - zu 50 % eines Taktes das Sperrventil geöffnet und während der verbleibenden 50 % des Taktes ist das Sperrventil geschlossen. Pro Takt liegt ein Öffnungs- und ein Schliessvorgang des Sperrventils vor. Ausnahmen bestehen nur dann, wenn überhaupt kein Reduktionsmittel oder die maximale Reduktionsmittel-Zufuhr besteht. Solange der erstgenannte Fall vorliegt bleibt klarerweise das Sperrventil dauerhaft geschlossen; im zweiten Fall dauerhaft geöffnet.If, for example, half of the maximum possible reducing agent supply is required, the shut-off valve is opened for 50% of a cycle and the shut-off valve is closed during the remaining 50% of the cycle - for better understanding of the text, neglecting the transition states. There is one opening and one closing operation of the shut-off valve per cycle. Exceptions only exist if there is no reducing agent at all or the maximum reducing agent supply is available. As long as the first-mentioned case is present, the shut-off valve clearly remains permanently closed; in the second case permanently open.

Bei dem steuerbaren Sperrventil handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisch gesteuertes Hubankerventil, wobei vorzugsweise eine elektronische Steuerung oder Regelung zum Einsatz kommt. Eine solche Steuerung oder Regelung erfolgt unter Berücksichtigung bestimmter Betriebsgrössen z.B. der Abgastemperatur, dem Drehzahl-Drehmomenten-Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine etc. sowie weiterer Parameter, die beispielsweise als anwendungsspezifische Festgrössen vorliegen können.The controllable shut-off valve is preferably an electrically controlled lifting armature valve, an electronic control or regulation being preferably used. Such a control or regulation is carried out taking into account certain operating parameters, e.g. the exhaust gas temperature, the speed-torque operating point of the internal combustion engine, etc., as well as other parameters that can be present, for example, as application-specific fixed values.

In einer Ausführungsform weist das System eine Überdruckleitung auf, die zwischen der Flüssigkeitspumpe und dem Sperrventil von der Flüssigkeitsleitung abgezweigt ist, wobei in der Überdruckleitung ein Überdruckventil angeordnet ist, das ausgebildet ist, sich bei Erreichen eines Schwellendrucks in der Flüssigkeitsleitung zu öffnen und den Ablauf von Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsleitung durch die Überdruckleitung zu ermöglichen. Das System kann ein Flüssigkeitsreservoir aufweisen, das saugseitig mit der Flüssigkeitspumpe in Verbindung steht und in das die Überdruckleitung vorzugsweise führt.In one embodiment, the system has an overpressure line which is branched off from the liquid line between the liquid pump and the shut-off valve, an overpressure valve being arranged in the overpressure line which is designed to open when a threshold pressure is reached in the liquid line and to drain the flow of To allow liquid from the liquid line through the pressure relief line. The system can have a liquid reservoir which is connected to the liquid pump on the suction side and into which the overpressure line preferably leads.

Die Flüssigkeitspumpe und die Gaspumpe können von einem gemeinsamen Motor angetrieben werden. Die beiden Pumpen können beispielsweise an derselben Welle angeordnet sein. Bei dem Motor handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor, beispielsweise um einen bürstenlosen Gleichstrommotor.The liquid pump and the gas pump can be driven by a common motor. The two pumps can for example be arranged on the same shaft. The motor is preferably an electric motor, for example a brushless direct current motor.

Der Einfallwinkel des kegelförmig zulaufenden Gasvorhangs kann zwischen 25-60°, vorzugsweise zwischen 30-50° und weiter vorzugsweise zwischen 35-45° betragen. Bei dem von der einen oder den mehreren Gasaustrittsöffnungen gebildeten Ring handelt es sich vorzugsweise um einen Kreisring. Der Einfallwinkel ist vorzugsweise an allen Winkelpositionen des Kreisrings identisch.The angle of incidence of the conically tapering gas curtain can be between 25-60 °, preferably between 30-50 ° and more preferably between 35-45 °. The ring formed by the one or more gas outlet openings is preferably a circular ring. The angle of incidence is preferably identical at all angular positions of the circular ring.

In einer Ausführungsform sind die Flüssigkeitsaustrittsöffnungen und die Gasaustrittsöffnungen einerseits und die Flüssigkeitspumpe und die Gaspumpe andererseits so relativ zueinander ausgelegt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Zerstäubergases durch die Gastaustrittsöffnung oder die Gasaustrittsöffnungen größer als die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsaustrittsöffnung ist. Das Verhältnis beträgt 10:1 bis 25:1, weiter vorzugsweise 15:1 bis 22:1 und insbesondere 17:1 bis 20:1. Die Pumpen sind dabei vorzugsweise ausgelegt, auf nur einer Betriebsstufe betrieben werden zu können, bzw. dass durch gemeinsamen Betrieb der Pumpen durch denselben Motor die jeweiligen Betriebsstufen immer im selben Verhältnis zueinander stehen.In one embodiment, the liquid outlet openings and the gas outlet openings on the one hand and the liquid pump and the gas pump on the other hand are designed relative to one another in such a way that the flow speed of the atomizer gas through the gas outlet opening or the gas outlet openings is greater than the flow speed of the liquid through the liquid outlet opening. The ratio is 10: 1 to 25: 1, more preferably 15: 1 to 22: 1 and in particular 17: 1 to 20: 1. The pumps are preferably designed so that they can only be operated on one operating level, or that the respective operating levels are always in the same ratio to one another through joint operation of the pumps by the same motor.

Beispielhafte Öffnungsdimensionen und Pumpenauslegungen und die schlussendlich fest gewählten Betriebspunkte der Pumpen können so sein, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsaustrittsöffnung zwischen 5-15 m/s, vorzugsweise 7-10 m/s und weiter vorzugsweise zwischen 8-9 m/s liegt und/oder dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch die Gastaustrittsöffnung oder die Gasaustrittsöffnungen zwischen 100-200 m/s, vorzugsweise 150-200 m/s und weiter vorzugsweise zwischen 160-180 m/s liegt. Die Werte beziehen sich jeweils auf den Mittelwert der Geschwindigkeitsverteilung.Exemplary opening dimensions and pump designs and the ultimately fixed operating points of the pumps can be such that the flow rate of the liquid through the liquid outlet opening is between 5-15 m / s, preferably 7-10 m / s and more preferably between 8-9 m / s and / or that the flow velocity of the gas through the gas outlet opening or the gas outlet openings is between 100-200 m / s, preferably 150-200 m / s and more preferably between 160-180 m / s. The values refer to the mean value of the speed distribution.

Der Injektor kann wenigstens sechs und vorzugsweise wenigstens acht Gasaustrittsöffnungen aufweisen. Die Gasaustrittsöffnungen können in gleichem Abstand auf dem durch sie gebildeten Ring verteilt sein. Der Konvergenzpunkt des kegelförmig zulaufenden Gasvorhangs kann sich in einem Abstand von 0,5-10 mm, vorzugsweise 1-5 mm und weiter vorzugsweise 1,5-2,5 mm von der Flüssigkeitsaustrittsöffnung befinden.The injector can have at least six and preferably at least eight gas outlet openings. The gas outlet openings can be distributed equally spaced on the ring formed by them. The point of convergence of the conically tapering gas curtain can be located at a distance of 0.5-10 mm, preferably 1-5 mm and more preferably 1.5-2.5 mm from the liquid outlet opening.

Die beschriebenen Auslegungsparameter haben sich in Versuchen für eine wirkungsvolle Zerstäubung bei den genannten vergleichsweise grossen einzuspritzenden Flüssigkeitsmengen als optimal erwiesen. Im Kontext des erfindungsgemässen Systems sollte eine optimale Zerstäubung folgende Kriterien erfüllen. (1) Die eingebrachte Flüssigkeit darf nur in kleinen Tröpfchen vorliegen. Die Maximalgrösse dieser Tröpfchen sollte ca. 30 µm (SMD) nicht überschreiten. (2) Die eingebrachte Flüssigkeit muss nach einer kurzen Laufstrecke ein möglichst homogene Verteilung über dem Strömungsquerschnitt aufweisen. (3) Die Realität muss möglichst genau mit der Idealisierung übereinstimmen, dass sich nicht einmal kleinste Mengen der eingebrachten Flüssigkeit absetzen und Ablagerungen bilden dürfen.The design parameters described have proven to be optimal in tests for effective atomization with the above-mentioned comparatively large amounts of liquid to be injected. In the context of the system according to the invention, optimal atomization should meet the following criteria. (1) The liquid introduced may only be present in small droplets. The maximum size of these droplets should not exceed approx. 30 µm (SMD). (2) The liquid introduced must have as homogeneous a distribution as possible over the flow cross-section after a short run. (3) Reality must correspond as closely as possible to the idealization that not even the smallest amounts of the liquid introduced should settle and form deposits.

In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Bohrtiefen der Gasaustrittsöffnungen im Bereich von zwischen 0,5-5 mm, vorzugsweise im Bereich von zwischen 0,5-3 mm und weiter vorzugsweise im Bereich von zwischen 1-2,5 mm liegen. Dies stellt insbesondere bei der beschriebenen Auslegung einen guten Kompromiss zwischen möglichst geringem Druckverlust einerseits und möglichst guter Strahlbildung andererseits dar.In one embodiment it can be provided that the drilling depths of the gas outlet openings in the range of between 0.5-5 mm, preferably in the range of between 0.5-3 mm and more preferably in the range of between 1-2.5 mm. In the design described, this represents a good compromise between the lowest possible pressure loss on the one hand and the best possible jet formation on the other.

Vor dem eingangs genannten Hintergrund betrifft die Erfindung ferner eine mobile Arbeitsmaschine mit einer Brennkraftmaschine und einer von der Brennkraftmaschine abführenden Abgasleitung, wobei an der Abgasleitung ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem angeordnet ist, um ein flüssiges Reduktionsmittel, vorzugsweise eine Harnstofflösung aus einem entsprechend gefüllten Tank funktionsgereicht in die Abgasleitung einzuspritzen. Bei der Brennkraftmaschinen kann es sich um einen Dieselmotor mit einem Hubraum von beispielsweise größer 15, größer 20 oder gar größer 25 Litern handeln.Against the background mentioned at the beginning, the invention also relates to a mobile work machine with an internal combustion engine and an exhaust line leading away from the internal combustion engine, an injection system according to the invention being arranged on the exhaust line to feed a liquid reducing agent, preferably a urea solution from a correspondingly filled tank, into the exhaust line in a functional manner inject. The internal combustion engine can be a diesel engine with a displacement of, for example, greater than 15, greater than 20 or even greater than 25 liters.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems oder einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine, wobei das System bei konstantem Betrieb beider Pumpen durch eine getaktete Ansteuerung des Sperrventils so betrieben wird, dass Flüssigkeit gepulst durch die Flüssigkeitsaustrittsöffnung abgegeben wird.The invention also relates to a method for operating an injection system according to the invention or a mobile work machine according to the invention, the system being operated with constant operation of both pumps by a clocked control of the shut-off valve so that liquid is pulsed through the liquid outlet opening.

Die Taktung ist vorzugsweise gleichbleibend. Die Taktungsfrequenz kann in einer Ausführungsform zwischen 0,5-5 Hz, vorzugsweise zwischen 2-4 Hz und weiter vorzugsweise zwischen 2,5-3,5 Hz liegen.The timing is preferably constant. In one embodiment, the clocking frequency can be between 0.5-5 Hz, preferably between 2-4 Hz and more preferably between 2.5-3.5 Hz.

Bei der eingespritzten Flüssigkeit handelt es sich vorzugswiese um ein flüssiges Reduktionsmittel, beispielsweise eine Harnstofflösung. Bei dem Zerstäubergas handelt es sich vorzugswiese um Luft.The injected liquid is preferably a liquid reducing agent, for example a urea solution. The nebulizer gas is preferably air.

Der Betrieb der Pumpen und die Gestaltung der Verbindungen und Austrittsöffnungen werden vorzugsweise so miteinander abgestimmt, dass während einer Einspritzphase die oben im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Systems genannten Strömungsgeschwindigkeiten bzw. - geschwindigkeitsverhältnisse von Gas und Flüssigkeit erreicht werden.The operation of the pumps and the design of the connections and outlet openings are preferably coordinated with one another in such a way that the flow rates or rate ratios of gas and liquid mentioned above in connection with the description of the system according to the invention are achieved during an injection phase.

Geeignete Absolutdrücke der Flüssigkeit vor dem Austritt aus dem Injektor können bei zwischen 1,2-3 bar, vorzugsweise zwischen 1,3-2 bar und weiter vorzugsweise zwischen 1,4-1,6 bar liegen. Die Förderrate der Flüssigkeit während einer Einspritzphase kann größer 20 kg/h sein, vorzugsweise größer 25 kg/h und weiter vorzugsweise etwa 30 kg/h oder mehr betragen. Förderraten für das Zerstäubergas können, insbesondere bei Zugrundelegung einer Flüssigkeitsförderrate von etwa 30 kg/h, bei 1-6 kg/h, vorzugsweise bei 2-5 kg/h und weiter vorzugsweise bei 2,5-4 kg/h liegen. Die resultierende durchschnittliche Tröpfchengröße sollte maximal 30 µm (SMD) betragen.Suitable absolute pressures of the liquid before it exits the injector can be between 1.2-3 bar, preferably between 1.3-2 bar and more preferably between 1.4-1.6 bar. The delivery rate of the liquid during an injection phase can be greater than 20 kg / h, preferably greater than 25 kg / h and more preferably about 30 kg / h or more. Delivery rates for the atomizer gas can be 1-6 kg / h, preferably 2-5 kg / h, and more preferably 2.5-4 kg / h, in particular based on a liquid delivery rate of about 30 kg / h. The resulting average droplet size should be a maximum of 30 µm (SMD).

Wie erwähnt, besteht der grundlegend neue Ansatz des erfindungsgemässen Systems darin, dass - abgesehen von den Übergangszuständen, d.h. dem Einsetzen einer Einspritzung und dem Abbrechen einer Einspritzung - der Injektor immer in einem einzigen Betriebspunkt betrieben wird. Selbstverständlich wird bevorzugt ein auf diesen Betriebspunkt optimierter Injektor benutzt. Während der Übergangszustände liegt zwar eine jeweils transiente Phase einer Reduktionsmittel-Einspritzung vor. Allerdings sind diese transienten Vorgänge beim jeweiligen Öffnen des Sperrventils reproduzierbar. Das gleiche trifft beim Schliessen des Sperrventils zu. Wie zuvor ausführlich dargelegt wird die Anpassung auf den jeweils momentanen Reduktionsmittelbedarf über eine diskontinuierliche, gepulste Reduktionsmittel-Zuführung erreicht.As mentioned, the fundamentally new approach of the system according to the invention consists in that - apart from the transition states, i.e. the start of an injection and the termination of an injection - the injector is always operated at a single operating point. Of course, an injector optimized for this operating point is preferably used. A transient phase of a reducing agent injection is present during the transition states. However, these transient processes are reproducible when the shut-off valve is opened. The same applies when the shut-off valve is closed. As explained in detail above, the adaptation to the respective instantaneous reducing agent requirement is achieved via a discontinuous, pulsed reducing agent supply.

Bei den vorbekannten Systemen liegt hingegen eine Einspritzmenge vor, die kontinuierlich an die Anforderung angepasst wird. Folglich muss über die gesamte Bandbreite beginnend von kleinsten Einspritzmengen bis hin zu der Maximalmenge stets eine ausreichend gute Gemischbildung erzielt werden. Und genau dieser Nachteil wird durch das erfindungsgemässe System und das erfindungsgemässe Verfahren vermeiden.In the previously known systems, on the other hand, there is an injection quantity that is continuously adapted to the requirement. As a result, a sufficiently good mixture formation must always be achieved over the entire bandwidth, starting from the smallest injection quantities up to the maximum quantity. And precisely this disadvantage is avoided by the system according to the invention and the method according to the invention.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel. In den Figuren zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung des Prinzips der selektiven katalytischen Reduktion;
  • 2: ein Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems;
  • 3: eine Schnittansicht durch den Injektor einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems; und
  • 4: eine schematische Darstellung der Flüssigkeitszerstäubung, welche durch das Einspritzen über einen wie in 3 gezeigten Injektor eintritt.
Further details and advantages of the invention emerge from the exemplary embodiment described below with reference to the figures. In the figures show:
  • 1 : a schematic representation of the principle of selective catalytic reduction;
  • 2 : a circuit diagram of an embodiment of an injection system according to the invention;
  • 3 : a sectional view through the injector of an embodiment of an injection system according to the invention; and
  • 4th : a schematic representation of the liquid atomization, which is achieved by the injection via a like in 3 injector shown enters.

In 1 ist eine schematische Darstellung des Prinzips der selektiven katalytischen Reduktion gezeigt.In 1 a schematic representation of the principle of selective catalytic reduction is shown.

Von der Brennkraftmaschine 100 erstreckt sich eine Abgasleitung 101 hin zu einem Katalysator 102. Hierbei gelangen die Abgase der Brennkraftmaschine 100 mittels der Abgasleitung 101 in Richtung des Katalysators 102. Damit der Katalysator 102 die in dem Abgas enthaltenen Stickoxide wirkungsvoll reduzieren kann, wird dem Abgas ein Additiv in Form von fein zerstäubtem Reduktionsmittel 103 zugegeben. Hierzu befindet sich an der Abgasleitung 101 ein Einspritzsystem E, welches einen Injektor 50 umfasst, über den in die Abgasleitung 101 zwischen der Brennkraftmaschine 100 und dem Katalysator 102 in die Abgasleitung 101 ein Reduktionsmittelzugeführt werden kann. Der Injektor 50 ist anhand einer Reduktionsmittelzuführleitung 20 mit einem Tank 22 und anhand einer Zerstäuberluftleitung 10 mit einem luftansaugenden Kompressor 11 verbunden. Anhand der Einrichtung E kann Reduktionsmittel fein zerstäubt und in den Abgasstrom der Abgasleitung 101 eingespritzt werden. Das Reduktionsmittel 103 wird mit dem Abgasstrom durchmischt, sodass im Katalysator 102 die im Abgas befindlichen Stickoxide effektiv reduziert werden können.From the internal combustion engine 100 extends an exhaust pipe 101 towards a catalyst 102 . The exhaust gases from the internal combustion engine get here 100 by means of the exhaust pipe 101 towards the catalyst 102 . So that the catalyst 102 the nitrogen oxides contained in the exhaust gas effectively can reduce, the exhaust gas is an additive in the form of finely atomized reducing agent 103 admitted. This is located on the exhaust pipe 101 an injection system E, which has an injector 50 includes, via the into the exhaust pipe 101 between the internal combustion engine 100 and the catalyst 102 into the exhaust pipe 101 a reducing agent can be supplied. The injector 50 is based on a reducing agent supply line 20th with a tank 22nd and using an atomizing air line 10 with an air-sucking compressor 11 connected. Using the device E, reducing agent can be finely atomized and added to the exhaust gas flow of the exhaust pipe 101 be injected. The reducing agent 103 is mixed with the exhaust gas flow so that in the catalytic converter 102 the nitrogen oxides in the exhaust gas can be effectively reduced.

2 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems E. Das System weist eine an einer Zerstäuberluftleitung 10 angeordnete Luftpumpe 11 (einen Kompressor) und eine an einer Reduktionsmittelleitung 20 angeordnete Reduktionsmittelpumpe 21 auf, die anhand eines gemeinsamen Motors 30 über die gemeinsame Achse 31 betrieben werden. Bei dem Motor 30 handelt es sich um einen bürstenlosen Gleichstrommotor. 2 shows a circuit diagram of an embodiment of an injection system E according to the invention. The system has one on an atomizer air line 10 arranged air pump 11 (a compressor) and one on a reducing agent line 20th arranged reducing agent pump 21st based on a common engine 30th over the common axis 31 operate. With the engine 30th it is a brushless DC motor.

Die Leitungen 10 und 20 führen von einer mit einem Luftfilter 13 versehenen Luftansaugöffnung 12 bzw. einem Reduktionsmittelreservoir 22 zu einem Injektor 50, die in weiterer Folge noch näher beschrieben werden wird. Der Injektor 50 mündet in die Abgasleitung 101 einer Brennkraftmaschine.The lines 10 and 20th run by one with an air filter 13 provided air intake opening 12 or a reducing agent reservoir 22nd to an injector 50 which will be described in more detail below. The injector 50 opens into the exhaust pipe 101 an internal combustion engine.

In Bezug auf das Schaltbild ist in der Reduktionsmittelleitung 20 zwischen der Reduktionsmittelpumpe 21 und dem Injektor 50 ein als steuerbares Sperrventil 25 in Form eines Hubankerventils angeordnet. In einer realen Umsetzung befindet sich das Sperrventil in Bezug auf die Strömungspfadlänge deutlich näher an der Reduktionsmittel-Austrittsöffnung 52. Je nach Systemausführung kann sich das Sperrventil 25 im Injektor 50 befinden. Ein gewisser Abstand oder andere Massnahmen sind jedoch erforderlich, damit das Sperrventil 25 durch das heisse Abgas nicht überhitzt wird. Zwischen Reduktionsmittelpumpe 21 und Sperrventil 25 befinden sich an der Reduktionsmittelleitung 20 ferner ein Druckspeicher 26 für Reduktionsmittel und ein Drucksensor 27, was aber lediglich optional und nicht notwendig ist. Der allgemeinen Konvention eines Schaltbilds entsprechend bildet die gezeigte Anordnung, die Verzweigung des Druckspeichers 26, die Verzweigung des Drucksensors 27 und das Sperrventil bildet in Bezug die Zuführungsrichtung des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelpumpe 21 zum Injektor 50 lediglich die Reihenfolge ab.Referring to the circuit diagram, is in the reducing agent line 20th between the reducing agent pump 21st and the injector 50 a controllable shut-off valve 25th arranged in the form of a lifting armature valve. In a real implementation, the shut-off valve is located significantly closer to the reducing agent outlet opening in relation to the flow path length 52 . Depending on the system design, the shut-off valve 25th in the injector 50 are located. A certain distance or other measures are necessary, however, so that the shut-off valve 25th is not overheated by the hot exhaust gas. Between reducing agent pump 21st and shut-off valve 25th are located on the reducing agent line 20th also a pressure accumulator 26th for reducing agent and a pressure sensor 27 which is only optional and not necessary. In accordance with the general convention of a circuit diagram, the arrangement shown forms the branching of the pressure accumulator 26th , the branch of the pressure sensor 27 and the shutoff valve forms with respect to the direction of supply of the reducing agent from the reducing agent pump 21st to the injector 50 only the order.

Zwischen Reduktionsmittelpumpe 21 und Sperrventil 25 zweigt von der Reduktionsmittelleitung 20 eine Überdruckleitung 40 ab, die in das Reduktionsmittelreservoir 22 bzw. in den Ansaugbereich der Reduktionsmittelpumpe 21 mündet. In der Überdruckleitung 40 ist ein Überdruckventil 41 angeordnet, das ausgebildet ist, die Überdruckleitung 40 freizugeben, sobald im Leitungspfad zwischen Reduktionsmittelpumpe 21, Sperrventil 25 und Überdruckventil 41 das Reduktionsmittel ein Druckniveau erreicht, welches einen Schwellenwert übersteigt. Dies ist typischerweise der Fall, wenn im Betrieb das Sperrventil 25 für einen bestimmten Zeitraum geschlossen bleibt und die Reduktionsmittelpumpe 21 bestimmungsgemäß weiter betrieben wird. Ein deratiges Verhalten liegt wunschgemäss vor, wenn die SCR-Einrichtung E lediglich eine geringe Reduktionsmittel-Zuführungsrate benötigt. In einer solchen Situation befindet sich das Sperrventil 25 während eines Taktes über einen weitaus längeren Zeitraum im Sperrbetrieb und nur während eines sehr kurzen Zeitraums im geöffneten Zustand, wohingegen die Reduktionsmittelpumpe 21 bei gleicher Förderrate, wie im Fall des maximalen Reduktionsmittel-Bedarfs arbeitet.Between reducing agent pump 21st and shut-off valve 25th branches from the reducing agent line 20th an overpressure line 40 from that in the reducing agent reservoir 22nd or in the suction area of the reducing agent pump 21st flows out. In the overpressure line 40 is a pressure relief valve 41 arranged, which is formed, the pressure relief line 40 to be released as soon as in the line path between the reducing agent pump 21st , Shut-off valve 25th and pressure relief valve 41 the reducing agent reaches a pressure level which exceeds a threshold value. This is typically the case when the shut-off valve is in operation 25th remains closed for a certain period of time and the reducing agent pump 21st continues to be operated as intended. Such behavior is present as desired when the SCR device E only requires a low reducing agent feed rate. The check valve is in such a situation 25th during a cycle over a much longer period of time in blocking operation and only for a very short period of time in the open state, whereas the reducing agent pump 21st works at the same delivery rate as in the case of the maximum reducing agent requirement.

In der Zerstäuberluftleitung 10 ist ein Speicher 16 für Druckluft vorgesehen, was ebenfalls lediglich optional ist und nicht notwendig wäre.In the atomizing air line 10 is a memory 16 intended for compressed air, which is also only optional and would not be necessary.

3 zeigt Schnittansichten durch den Injektor 50 des in 2 gezeigten Systems, einmal als Übersichtsdarstellung (links) und einmal vergrößert (rechts). 3 shows sectional views through the injector 50 of the in 2 shown system, once as an overview (left) and once enlarged (right).

Der Injektor 50 weist zum einen eine zentrale Austrittsöffnung 52 zur Abgabe eines Reduktionsmittelstrahls auf, die mit der Reduktionsmittelleitung 20 in Verbindung steht. Ferner weist der Injektor 50 einen um die Reduktionsmittelleitung 20 bzw. die Reduktionsmittelaustrittsöffnung 52 herum angeordneten Ringraum 53 auf, der mit der Zerstäuberluftleitung 10 in Verbindung steht und an einer kegelmantelförmigen Blende 54 mit einer Reihe an kreisförmig um die Reduktionsmittelaustrittsöffnung 52 herum verteilten Luftaustrittsöffnungen 51 endet. Die Blende 54 ist derart geformt, dass die Achsen der Luftaustrittsöffnungen 51 in einem bestimmten Einfallwinkel α zur Achse der Reduktionsmittelaustrittsöffnung 52 stehen, wie in der nachstehenden Diskussion der 4 näher erläutert werden wird.The injector 50 on the one hand has a central outlet opening 52 to deliver a reducing agent jet to the reducing agent line 20th is connected. Furthermore, the injector 50 one around the reducing agent line 20th or the reducing agent outlet opening 52 around arranged annulus 53 on, the one with the atomizing air line 10 is in connection and on a cone-shaped aperture 54 with a row in a circle around the reducing agent outlet opening 52 air outlet openings distributed around 51 ends. The aperture 54 is shaped in such a way that the axes of the air outlet openings 51 at a certain angle of incidence α to the axis of the reducing agent outlet opening 52 stand as in the discussion below of the 4th will be explained in more detail.

4 zeigt letztlich eine schematische Darstellung der Flüssigkeitszerstäubung durch enen wie in der 3 gezeigten Injektor 50. Bei dem runden Sichtfenster handelt es sich nicht um eine Querschnittsdarstellung durch die Abgasleitung 101, sondern die Darstellung ist ein Längsschnitt bezogen auf die Austrittsrichtung des Reduktionsmittels aus dem Injektor 50, also letztlich eine Ansicht von derselben Perspektive wie in 3. 4th finally shows a schematic representation of the liquid atomization by enen as in FIG 3 shown injector 50 . The round viewing window is not a cross-sectional view through the exhaust pipe 101 but the illustration is a longitudinal section based on the direction of exit of the reducing agent from the injector 50 , ultimately a view from the same perspective as in 3 .

In dieser Darstellung ist gut erkennbar, wie die aus den Luftaustrittsöffnungen austretenden Druckluftstrahle 151 mit dem Einfallswinkel α von beispielsweise 40° kegelförmig auf den aus der Reduktionsmittelaustrittsöffnung austretenden Reduktionsmittelstrahl 152 zulaufen und an einem Zerstäubungspunkt Z auf diesen auftreffen. Der Reduktionsmittelstrahl 152 wird so in kleine Tröpfchen, die eine Maximalgrösse von 30 µm (SMD) aufweisen, zerstäubt und das fein zerstäubte Reduktionsmittel 103 verteilt sich homogen über dem Strömungsquerschnitt nach einer kurzen Laufstrecke der Abgasleitung 101. Darüber hinaus wird das Anlagern von Reduktionsmittel im Abgaspfad, d.h. in der Abgasleitung 101 sowie den Bestandteilen des Abgasnachbehandlungssystems weitestgehend vermieden. Der Abstand L zwischen dem Zerstäubungspunkt Z, entsprechend dem Konvergenzpunkt der kegelförmig zulaufenden Reduktionsmittelstrahlen 152 kann beispielsweise 2 mm betragen.This illustration clearly shows how the compressed air jets emerging from the air outlet openings 151 with the angle of incidence α of, for example, 40 ° conically on the reducing agent jet emerging from the reducing agent outlet opening 152 run up and hit at an atomization point Z on this. The reducing agent jet 152 is thus atomized into small droplets with a maximum size of 30 µm (SMD) and the finely atomized reducing agent 103 is distributed homogeneously over the flow cross-section after a short distance of the exhaust pipe 101 . In addition, the accumulation of reducing agent in the exhaust gas path, ie in the exhaust pipe 101 and the components of the exhaust aftertreatment system are largely avoided. The distance L between the atomization point Z, corresponding to the point of convergence of the conically tapering reducing agent jets 152 can for example be 2 mm.

Anhand des erfindungsgemäßen Systems kann bei großen Systemen in robuster Weise eine ausreichende Menge an Harnstofflösung funktionsgereicht in die Abgasleitung eingespritzt werden. Aufgrund der guten Gemischbildung samt dem kleinen Tröpfchendurchmesser darf und kann das System auch bereits bei niedrigen Abgastemperaturen von beispielsweise etwa 160°C eingesetzt werden. Dem Fachmann ist bekannt, dass eine Reduktionsmittel-Einspritzung bei zu niedrigen Temperaturen zu Ablagerungen, sogennaten Deposits, des Reduktionsmittels frührt, was unbedingt vermieden werden muss. Auf einen teuren Sensor zur Messung des Reduktionsmitteldrucks kann verzichtet werden. Wie dem Fachmann bekannt, ist hierfür ein geeigneter Sensor besonders teuer, weil dieser so ausgeführt sein muss, dass der Sensor durch das Einfrieren des Reduktionsmittels nicht zerstört wird, denn als Reduktionsmittel dient typischerweise eine wässrige Harnstofflösung, die bereits bei -11° C gefriert. Die Auslegung der Pumpen und vor allem die Beschaffenheit des Injektors kann auf einen Stationärwert optimiert werden und das System kann sehr schnell auf Sollwertänderungen in der Reduktionsmitteldosierung reagieren.With the aid of the system according to the invention, a sufficient amount of urea solution can be injected into the exhaust line in a robust manner in a robust manner in large systems. Due to the good mixture formation and the small droplet diameter, the system can and can also be used at low exhaust gas temperatures of around 160 ° C, for example. It is known to the person skilled in the art that injection of reducing agent at temperatures that are too low leads to deposits, so-called deposits, of the reducing agent, which must be avoided at all costs. An expensive sensor for measuring the reducing agent pressure can be dispensed with. As is known to those skilled in the art, a suitable sensor for this is particularly expensive because it must be designed in such a way that the sensor is not destroyed by the freezing of the reducing agent, because an aqueous urea solution that freezes at -11 ° C is typically used as the reducing agent. The design of the pumps and, above all, the condition of the injector can be optimized to a stationary value and the system can react very quickly to changes in the setpoint value in the reducing agent dosage.

Claims (13)

System zum Einspritzen einer Flüssigkeit in eine Leitung, vorzugsweise zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, wobei das System eine Gaspumpe, eine Flüssigkeitspumpe, einen Injektor, eine von der Flüssigkeitspumpe zum Injektor führende Flüssigkeitsleitung und eine von der Gaspumpe zum Injektor führende Gasleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeitsleitung oder innerhalb des Injektors steuerbares Sperrventil angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsstrom zum Injektor oder durch den Injektor hindurch im Takt freigeben und blockieren zu können, und/oder dass der Injektor eine zentrale Flüssigkeitsaustrittsöffnung zur Abgabe eines Flüssigkeitsstrahls in die Leitung aufweist, die von einem durch eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen gebildeten Ring umgeben ist, wobei die eine oder die mehreren Gasaustrittsöffnungen ausgebildet sind, einen kegelförmig zur Achse des Flüssigkeitsstrahls hin zulaufenden Gasvorhang auszubilden.System for injecting a liquid into a line, preferably for injecting a liquid reducing agent into an exhaust line of an internal combustion engine, the system comprising a gas pump, a liquid pump, an injector, a liquid line leading from the liquid pump to the injector and a gas line leading from the gas pump to the injector has, characterized in that controllable shut-off valve is arranged in the liquid line or within the injector in order to be able to release and block a liquid flow to the injector or through the injector in time, and / or that the injector has a central liquid outlet opening for dispensing a liquid jet in the line, which is surrounded by a ring formed by one or more gas outlet openings, wherein the one or more gas outlet openings are formed, a gas curtain tapering conically towards the axis of the liquid jet to educate. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Überdruckleitung aufweist, die zwischen der Flüssigkeitspumpe und dem Sperrventil von der Flüssigkeitsleitung abgeht, wobei in der Überdruckleitung ein Überdruckventil angeordnet ist, das ausgebildet ist, sich bei Erreichen eines Schwellendrucks in der Flüssigkeitsleitung zu öffnen und den Ablauf von Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsleitung durch die Überdruckleitung zu ermöglichen.System according to Claim 1 , characterized in that the system has an overpressure line which branches off from the liquid line between the liquid pump and the shut-off valve, wherein an overpressure valve is arranged in the overpressure line which is designed to open when a threshold pressure is reached in the liquid line and the drainage of To allow liquid from the liquid line through the pressure relief line. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitspumpe und die Gaspumpe von einem gemeinsamen Motor angetrieben werden.System according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid pump and the gas pump are driven by a common motor. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallwinkel des kegelförmig zulaufenden Gasvorhangs zwischen 25-60°, vorzugsweise zwischen 30-50° und weiter vorzugsweise zwischen 35-45° beträgt.System according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of incidence of the conically tapering gas curtain is between 25-60 °, preferably between 30-50 ° and more preferably between 35-45 °. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsaustrittsöffnungen und die Gasaustrittsöffnungen einerseits und die Flüssigkeitspumpe und die Gaspumpe andererseits so relativ zueinander ausgelegt sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Zerstäubergases durch die Gastaustrittsöffnung oder die Gasaustrittsöffnungen größer als die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsaustrittsöffnung ist, vorzugsweise 10 bis 25 mal so groß, weiter vorzugsweise 15 bis 22 mal so groß und insbesondere 17 bis 20 mal so groß.System according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid outlet openings and the gas outlet openings on the one hand and the liquid pump and the gas pump on the other hand are designed relative to one another in such a way that the flow rate of the atomizer gas through the gas outlet opening or the gas outlet openings is greater than the flow rate of the liquid through the liquid outlet opening is, preferably 10 to 25 times as large, more preferably 15 to 22 times as large and in particular 17 to 20 times as large. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor wenigstens sechs und vorzugsweise wenigstens acht Gasaustrittsöffnungen aufweist und/oder dass die Gasaustrittsöffnungen in gleichem Abstand auf dem durch sie gebildeten Ring verteilt sind.System according to one of the preceding claims, characterized in that the injector has at least six and preferably at least eight gas outlet openings and / or that the gas outlet openings are evenly spaced on the ring formed by them. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Konvergenzpunkt des kegelförmig zulaufenden Gasvorhangs in einem Abstand von 0,5-10 mm, vorzugsweise 1-5 mm und weiter vorzugsweise 1,5-2,5 mm von der Flüssigkeitsaustrittsöffnung befindet.System according to one of the preceding claims, characterized in that the point of convergence of the converging gas curtain is at a distance of 0.5-10 mm, preferably 1-5 mm and more preferably 1.5-2.5 mm from the liquid outlet opening. Mobile Arbeitsmaschine mit einer Brennkraftmaschine und einer von der Brennkraftmaschine abführenden Abgasleitung, dadurch gekennzeichnet, dass an der Abgasleitung ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist, um ein flüssiges Reduktionsmittel, vorzugsweise eine Harnstofflösung aus einem entsprechend gefüllten Tank in die Abgasleitung einzuspritzen.Mobile work machine with an internal combustion engine and an exhaust pipe leading away from the internal combustion engine, characterized in that a system according to one of the preceding claims is arranged on the exhaust pipe in order to inject a liquid reducing agent, preferably a urea solution, from an appropriately filled tank into the exhaust pipe. Verfahren zum Betrieb eines Systems nach einem der Ansprüche 1-7 oder einer mobilen Arbeitsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das System bei konstantem Betrieb beider Pumpen durch eine getaktete Ansteuerung des Sperrventils so betrieben wird, dass Flüssigkeit gepulst durch die Flüssigkeitsaustrittsöffnung abgegeben wird.Method for operating a system according to one of the Claims 1 - 7th or a mobile work machine Claim 8 , characterized in that the system is operated with constant operation of both pumps by a clocked control of the shut-off valve so that liquid is pulsed through the liquid outlet opening. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweiten durch eine entsprechende Ansteuerung des Sperrventils verändert werden können, bevorzugt durch eine elektrische Ansteuerung des Sperrventils.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the pulse widths can be changed by a corresponding control of the shut-off valve, preferably by an electrical control of the shut-off valve. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweiten durch eine Regelung oder Steuerung festgelegt werden können, wobei die Festlegung unter Berücksichtigung bestimmter Betriebsgrössen z.B. der Abgastemperatur, dem Drehzahl-Drehmomenten-Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine etc. sowie weiterer Parameter, die beispielsweise als anwendungsspezifische Festgrössen vorliegen können, abhängig sind.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the pulse widths can be determined by a regulation or control, the determination taking into account certain operating parameters e.g. the exhaust gas temperature, the speed-torque operating point of the internal combustion engine, etc. as well as other parameters that can be available as application-specific fixed parameters, for example are. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Taktes die Pulsweite, d.h. die Zeitdauer in der ein flüssiges Reduktionsmittel über die Flüssigkeitsaustrittsöffnung abgegeben wird bzw. die Zeitdauer in der das Sperrventil geöffnet ist, umso grösser ist, je höher die Soll-Förderrate des flüssigen Reduktionsmittels ist.Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that within a cycle the pulse width, ie the time in which a liquid reducing agent is dispensed via the liquid outlet opening or the time in which the shut-off valve is open, the greater the higher the target delivery rate of the liquid reducing agent. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der eingespritzten Flüssigkeit um ein flüssiges Reduktionsmittel, vorzugsweise eine Harnstofflösung handelt und/oder dass es sich bei dem Zerstäubergas um Luft handelt.Method according to one of the Claims 9 to 12 , characterized in that the injected liquid is a liquid reducing agent, preferably a urea solution and / or that the atomizing gas is air.
DE102020111793.0A 2019-05-22 2020-04-30 System for injecting a liquid into a pipe Pending DE102020111793A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH00676/19 2019-05-22
CH00676/19A CH716216A1 (en) 2019-05-22 2019-05-22 System for injecting a liquid into a pipe.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020111793A1 true DE102020111793A1 (en) 2020-11-26

Family

ID=73052744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020111793.0A Pending DE102020111793A1 (en) 2019-05-22 2020-04-30 System for injecting a liquid into a pipe

Country Status (2)

Country Link
CH (1) CH716216A1 (en)
DE (1) DE102020111793A1 (en)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3825206A1 (en) * 1988-07-25 1990-02-01 Degussa METHOD FOR CATALYTIC NICKELING OF EXHAUST GASES BY MEANS OF A REDUCING AGENT
DE19726392A1 (en) * 1997-06-21 1998-12-24 Bosch Gmbh Robert Mixture dispenser
DE19817994A1 (en) * 1998-04-22 1999-11-04 Emitec Emissionstechnologie Method and device for purifying exhaust gas from an internal combustion engine containing nitrogen oxide (NO¶x¶)
JP2004073384A (en) * 2002-08-13 2004-03-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for reducing harmful gas by spraying two-fluid, and fire extinguishing system by spray of two fluid
JP4090972B2 (en) * 2003-09-19 2008-05-28 日産ディーゼル工業株式会社 Engine exhaust purification system
CA2840760C (en) * 2011-07-01 2019-03-12 Alzchem Ag Ammonia gas generator and method for generating ammonia for reducing nitrogen oxides in exhaust
JP6108427B2 (en) * 2012-06-21 2017-04-05 ヤンマー株式会社 Urea water injection nozzle
CN102979604B (en) * 2012-11-28 2015-07-01 中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所 Reducing agent spraying and metering device
JP6480368B2 (en) * 2016-03-16 2019-03-06 株式会社Kcm Work vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
CH716216A1 (en) 2020-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1327060B1 (en) Device for producing a reducing agent/exhaust gas mixture and exhaust gas purification system
EP1051235B1 (en) Device for introducing a reducing agent into a section of the exhaust pipe of an internal combustion engine
EP2013456B1 (en) Device for supplying a reducing agent into an exhaust strand of an internal combustion engine
EP0928884A2 (en) Mixture delivery device
WO2007017044A1 (en) Device for dosing a reducing agents
EP3325782B1 (en) Injection valve, exhaust-gas aftertreatment system
EP2685060B1 (en) Reductant metering system with emptying of the reductant line after the end of metering
EP2791484B1 (en) Device and method for evaporating a fluid in an exhaust line
DE102020111793A1 (en) System for injecting a liquid into a pipe
WO2013079509A1 (en) Exhaust gas aftertreament system and method for introducing a reductant into an exhaust gas channel of an internal combustion engine
WO2016015792A1 (en) Reduction agent dosing system with damped reduction agent feed
WO2011113464A1 (en) Fuel feeding system
DD153167A1 (en) MULTI-RAY DRAWER FOR DIRECT INJECTION OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES
EP2825740B1 (en) Dosing device
EP3324015A1 (en) Reductant dosing system with conduit heating
DE102017209520A1 (en) Spray disk for injector
EP0101822B1 (en) Fuel injector for an internal-combustion engine
DE102010043442A1 (en) Method for metering reducing agent in exhaust pipe of internal combustion engine, involves supplying compressed air for aerosol formation at different times for metering reducing agent by metering valve
WO2023242030A1 (en) Burner for a motor vehicle, method for operating such a burner, and motor vehicle
DE102010043958A1 (en) Device for introducing reducing agent in exhaust tract of internal combustion engine, comprises dosing valve, which is arranged in area of exhaust pipe, and spray pipe, which extends in flow cross section of exhaust pipe
DE102020212961A1 (en) Procedure for adjusting the flow rate
DE102020002143A1 (en) Reducing agent metering system with at least two metering points
DE102018215899A1 (en) Exhaust duct with fluid introduction point
WO2018099502A1 (en) Internal combustion engine comprising an intake flow accelerator
DE102015211983A1 (en) Selective catalytic reduction system