SE1051091A1 - Arrangemang och förfarande för att införa ett vätskeformigt reduktionsmedel i avgaser från en förbränningsmotor - Google Patents

Abstract

13 SAM MANDRAG Arrangemang och förfarande för införing av ett vätskeformigt re-duktionsmedel, exempelvis urea, i avgaser från en förbrånnings-motor, varvid reduktionsmedlet med hjälp av ett insprutningsor-gan (5) insprutas som en spray i en blandningskanal (2) eller iavgaser som leds in i en blandningskanal. Reduktionsmedlet på-förs en elektrisk laddning av en första polaritet så att åtminstoneen del av de droppar av reduktionsmedel som ingår i den av in-sprutningsorganet genererade sprayen bringas att uppvisa enelektrisk laddning av denna första polaritet. En eller flera ytor(11) hos blandningskanalen påförs en elektrisk laddning avnåmnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktions-medeldropparna repelleras av dessa ytor, och/eller en eller fleraytor (8) hos blandningskanalen och/eller hos ett i blandningska-nalen anordnat förångningsorgan (6) hålls jordade eller påförs enelektrisk laddning av en polaritet motsatt nämnda första polaritetså att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna attraherasav dessa ytor. (Fi9 1)

Description

10 15 20 25 30 35 När urea används som reduktionsmedel insprutas detta i avgas- ledningen i form av en vätskeformig urealösning med hjälp av ett insprutningsorgan. lnsprutningsorganet innefattar ett munstycke via vilket urealösningen under tryck insprutas i avgasledningen i finfördelad form som en spray. Under stora delar av en diesel- motors driftstillstånd har avgaserna en tillräckligt hög temperatur för att kunna förånga urealösningen så att ammoniak bildas. Det är dock svårt att undvika att en del av den tillförda urealösningen kommer i kontakt med och fastnar på avgasledningens invändiga väggyta i ett oförångat tillstånd. Då en förbränningsmotor drivs på ett likformigt sätt under en tidsperiod, dvs under ett stationärt driftförhållande, uppträder inga nämnvärda variationer hos av- gasflödet och den i avgaserna insprutade urealösningen kommer därför att träffa väsentligen samma område av avgasledningen under hela denna tidsperiod. Under verkan av den förhållandevis svala urealösningen kan temperaturen sänkas lokalt i detta om- råde, vilket i sin tur kan leda till att det i detta område bildas en film av urealösning som sedan dras med av avgasflödet. Efter att denna film har förflyttats en viss sträcka i avgasledningen kom- mer vattnet i urealösningen att koka bort under verkan av de heta avgaserna. Kvar blir fast urea som långsamt förångas av värmen i avgasledningen. Om tillförseln av fast urea är större än förång- ningen sker en ansamling av fast urea i avgasledningen. Om skiktet av urea blir tillräckligt tjockt kommer urean och dess sön- derdelningsprodukter att reagera med varandra till bildande av primitiva polymerer på ureabas, så kallade ureaklumpar. Sådana ureaklumpar kan med tiden blockera en avgasledning.

Det är således önskvärt att den insprutade urealösningen sprids ut väl i avgaserna så att urealösningen förhindras att träffa vä- sentligen samma område av avgasledningen. En god spridning av urealösningen i avgaserna underlättar dessutom förångningen av urealösningen.

För att underlätta förångningen av den insprutade urealösningen kan ett förångningsorgan vara anordnat i avgasledningen ned- 10 15 20 25 30 35 ströms insprutningsstället. Detta förångningsorgan kan i sin enklaste form utgöras av en metallplåt som värms upp av avga- serna och på vilken reduktionsmedeldroppar är avsedda att fastna och förångas. Förångningsorganet kan alternativt uppvisa ett flertal parallella kanaler som är avsedda att genomströmmas av avgaser, varvid reduktionsmedeldroppar som medföljer avga- serna är avsedda att fastna på de av avgaserna uppvärmda ka- nalväggarna och förångas. Förångningsorganet kan innefatta katalytiskt material för att påskynda förångningen av reduktions- medlet eller sakna sådant material. För att underlätta förång- ningen av det insprutade reduktionsmedlet kan det i vissa fall även vara önskvärt att erhålla en jämn fördelning av reduktions- medlet över en eller flera väggytor i avgasledningen som med hög tillförlitlighet hålls tillräckligt varma under verkan av de heta avgaserna.

UPPFINNINGENS SYFTE Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett arran- gemang av den ovan beskrivna typen som skapar förbättrade möjligheter att säkerställa en god förångning av det insprutade reduktionsmedlet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Enligt föreliggande uppfinning uppnås nämnda syfte med hjälp av ett arrangemang uppvisande de i patentkravet 1 definierade sär- dragen och ett förfarande uppvisande de i patentkravet 4 definie- rade särdragen.

Enligt uppfinningen insprutas reduktionsmedel med hjälp av ett insprutningsorgan som en spray i en blandningskanal eller i av- gaser som leds in i en blandningskanal, varvid reduktionsmedlet påförs en elektrisk laddning av en första polaritet så att åtmin- stone en del av de droppar av reduktionsmedel som ingår i den av insprutningsorganet genererade sprayen bringas att uppvisa en elektrisk laddning av denna första polaritet. Dessutom påförs 10 15 20 25 30 35 en eller flera ytor hos blandningskanalen en elektrisk laddning av nämnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktions- medeldropparna repelleras av dessa ytor, och/eller en eller flera ytor hos blandningskanalen eller hos ett i blandningskanalen an- ordnat förångningsorgan hålls jordade eller påförs en elektrisk laddning av en polaritet motsatt nämnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna attraheras av de sistnämnda ytorna. Härigenom kan dropparna av det insprutade reduktionsmedlet på ett enkelt sätt styras bort från de ytor hos blandningskanalen där det finns risk för en kraftig och på förång- ningen menligt inverkande koncentration av reduktionsmedel el- ler där det finns risk att för förångningen ogynnsamt låga tempe- raturer kan förekomma. Som ett alternativ till eller i kombination med denna repellering av reduktionsmedeldropparna kan reduk- tionsmedeldropparna genom elektrisk attraktion styras mot och spridas ut över ytor som förväntas hålla en för förångningen lämpligt hög temperatur, såsom vissa ytor hos blandningskanalen eller ytorna hos ett i blandningskanalen anordnat förångnings- organ. De elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna kommer dessutom att repellera varandra, vilket bidrar till en god spridning av reduktionsmedeldropparna i blandningskanalen.

Andra fördelaktiga särdrag hos arrangemanget och förfarandet enligt uppfinningen framgår av de osjälvständiga patentkraven och den nedan följande beskrivningen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hjälp av utföringsexempel, med hänvisning till bifogade ritningar.

Det visas i: Fig 1 en schematisk principskiss över ett arrangemang enligt en första utföringsform av föreliggande uppfinning, Fig 2 en schematisk principskiss över ett arrangemang enligt en andra utföringsform av uppfinningen, 10 15 20 25 30 35 Fig 3 en schematisk principskiss över ett arrangemang enligt en tredje utföringsform av uppfinningen, och Fig 4 en schematisk principskiss över ett arrangemang enligt en fjärde utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN I Fig 1-4 illustreras ett arrangemang 1 enligt tre olika utförings- former av föreliggande uppfinning för att införa ett vätskeformigt reduktionsmedel i avgaser från en förbränningsmotor. Arrange- manget kan exempelvis vara anordnat i en avgasledning upp- ströms en SCR-katalysator för att införa ett vätskeformigt reduk- tionsmedel i form av urealösning i avgasledningen uppströms SCR-katalysatorn, eller vara anordnat i en avgasefterbehandling- sanordning för att införa ett vätskeformigt reduktionsmedel i form av urealösning uppströms en i avgasefterbehandlingsanord- ningen ingående SCR-katalysator.

Arrangemanget 1 innefattar en blandningskanal 2 som är avsedd att vid sin uppströmsände mottaga avgaser från en förbrän- ningsmotor och leda dessa avgaser vidare i riktning mot en av- gasefterbehandlingsenhet i form av en SCR-katalysator. Bland- ningskanalen 2 är således avsedd att genomströmmas av avga- ser. Blandningskanalen 2 är avgränsad i radiell riktning av en rörformig vägg 3 av metall, exempelvis rostfritt stål. Avgaser leds in i blandningskanalen 2 via en uppströms blandningskanalen anordnad avgaskanal 4.

Arrangemanget 1 innefattar vidare ett insprutningsorgan 5 som är anordnat att under tryck spruta in det vätskeformiga reduktions- medlet i finfördelad form som en spray i blandningskanalen 2. lnsprutningsorganet 5 kan exempelvis innefatta ett insprutnings- munstycke. lnsprutningsorganet 5 är lämpligen anordnat att spruta in reduktionsmedlet i centrum av blandningskanalens upp- 10 15 20 25 30 35 strömsände i riktning mot blandningskanalens nedströmsände, såsom illustreras i Fig 1-4.

Avgasernas flödesriktning i blandningskanalen 2 är markerad med pilen P1 i Fig 1-4.

Hos de i Fig 1 och 2 illustrerade utföringsformerna är ett förång- ningsorgan 6 anordnat i blandningskanalen 2 nedströms insprut- ningsorganet 5. Detta förångningsorgan 6 är av metall, exempel- vis rostfritt stål, och är försett med ett flertal inbördes parallella genomströmningskanaler 7. Avgaserna är avsedda att passera genom dessa genomströmningskanaler 7 under det att reduk- tionsmedeldroppar som medföljer avgaserna träffar och fastnar på ytorna 8 hos de väggar 9 hos förångningsorganet 6 som av- gränsar genomströmningskanalerna 7 från varandra. Det reduk- tionsmedel som på så sätt fångas upp av förångningsorganets väggytor 8 förångas under verkan av avgasernas värme. Förång- ningsorganet 6 skulle alternativt även kunna ha annan utformning och exempelvis innefatta en metallplåt anordnad i blandningska- nalen 2 för att fånga upp reduktionsmedeldroppar som medföljer de passerande avgaserna. Förångningsorganet 6 kan innefatta katalytiskt material eller sakna sådant material.

Arrangemanget 1 innefattar laddningsreglermedel 10 som är an- ordnade att påföra reduktionsmedlet en elektrisk laddning av en första polaritet så att åtminstone en del av de droppar av reduk- tionsmedel som ingår i den av insprutningsorganet 5 genererade sprayen kommer att uppvisa en elektrisk laddning av denna för- sta polaritet. Laddningsreglermedlen 10 är vidare anordnade: - att påföra en eller flera ytor 11 hos blandningskanalen 2 en elektrisk laddning av nämnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna repelleras av dessa ytor 11, och/eller - att hålla en eller flera ytor 8, 12 hos blandningskanalen 2 och/eller hos det i blandningskanalen anordnade förångnings- organet 6 jordade eller påföra dessa ytor 8, 12 en elektrisk ladd- ning av en polaritet motsatt nämnda första polaritet så att de 10 15 20 25 30 35 elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna attraheras av dessa ytor 8, 12.

För att åstadkomma önskad laddning hos det insprutade reduk- tionsmedlet kan vilken som helst i sig känd laddningsteknik an- vändas. En mängd olika laddningsmetoder som kan användas för detta syfte är välkända för fackmannen och kommer därför ej att beskrivas i närmare detalj här.

Hos de illustrerade utföringsformerna är laddningsreglermedlen 10 anordnade att ladda reduktionsmedlet med negativ laddning.

För att åstadkomma detta kan laddningsreglermedlen 10 exem- pelvis innefatta en elektrod 13 av lämplig utformning anordnad i närheten av insprutningsorganet 5. Genom att matas med elekt- risk ström av hög spänning genererar elektroden 13 ett elektro- statiskt fält som åstadkommer en jonisering av de passerande reduktionsmedeldropparna, varigenom dessa blir negativt lad- dade.

Laddningsreglermedlen 10 skulle alternativt kunna vara anord- nade att ladda reduktionsmedlet med negativ eller positiv ladd- ning genom triboelektrisk uppladdning. I detta fall kan exempel- vis insprutningsorganet 5 innefatta ett lämpligt material som lad- dar det passerande reduktionsmedlet när reduktionsmedlet kom- meri kontakt med detta material.

Hos de i Fig 1 och 2 illustrerade utföringsformerna är laddnings- reglermedlen 10 anordnade att ladda blandningskanalens rörfor- miga vägg 3 med laddning av samma polaritet som reduktions- medeldropparna, dvs negativ laddning i de aktuella exemplen, så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna repelleras av denna vägg 3. I de i Fig 1 och 2 illustrerade exemplen innefattar laddningsreglermedlen 10 en elektrisk strömkälla 14, exempelvis i form av ett batteri, och väggen 3 är via en ledning 15 anslutet till en negativ pol hos strömkällan 14 för att under verkan av strömkällan påföras en negativ laddning. 10 15 20 25 30 35 Hos den i Fig 1 illustrerade utföringsformen är laddningsregler- medlen 10 vidare anordnade att ladda förångningsorganet 6 med laddning av motsatt polaritet jämfört med reduktionsmedeldrop- parna, dvs positiv laddning i det aktuella exemplet, så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna attraheras av för- ångningsorganets väggytor 8. I detta fall måste naturligtvis för- ångningsorganet 6 vara elektriskt isolerat från blandningskana- lens vägg 3. I det i Fig 1 illustrerade exemplet är förångningsor- ganet 6 via en ledning 16 anslutet till en positiv pol hos ström- källan 14 för att under verkan av strömkällan påföras en positiv laddning.

Hos den I Fig 2 illustrerade utföringsformen är laddningsregler- medlen 10 anordnade att hälla förångningsorganet 6 jordat så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna attraheras av förångningsorganets väggytor 8. I detta fall innefattar laddnings- reglermedlen 10 en ledning 17 som förbinder förångningsorganet 6 med elektrisk jord. Även i detta fall måste förångningsorganet 6 vara elektriskt isolerat från blandningskanalens vägg 3.

Hos de i Fig 3 och 4 illustrerade utföringsformerna är laddnings- reglermedlen 10 anordnade att ladda en första del 3a av bland- ningskanalens rörformiga vägg 3 med laddning av samma pola- ritet som reduktionsmedeldropparna, dvs negativ laddning i de aktuella exemplen, så att de elektriskt laddade reduktionsmedel- dropparna repelleras av denna första väggdel 3a. I de i Fig 3 och 4 illustrerade exemplen innefattar laddningsreglermedlen 10 en elektrisk strömkälla 14, exempelvis i form av ett batteri, och den första väggdelen 3a är via en ledning 18 anslutet till en negativ pol hos strömkällan 14 för att under verkan av strömkällan påfö- ras en negativ laddning.

Hos den I Fig 3 illustrerade utföringsformen är laddningsregler- medlen 10 vidare anordnade att hålla en andra del 3b av bland- ningskanalens rörformiga vägg 3 jordad så att de elektriskt lad- dade reduktionsmedeldropparna attraheras av denna andra väggdel 3b. I detta fall innefattar laddningsreglermedlen 10 en 10 15 20 25 ledning 19 som förbinder den andra väggdelen 3b med elektrisk jord. I detta fall måste naturligtvis den första väggdelen 3a vara elektriskt isolerad från den andra väggdelen 3b.

Hos den i Fig 4 illustrerade utföringsformen är laddningsregler- medlen 10 anordnade att ladda en andra del 3b av blandnings- kanalens rörformiga vägg 3 med laddning av motsatt polaritet jämfört med reduktionsmedeldropparna, dvs positiv laddning i det aktuella exemplet, så att de elektriskt laddade reduktionsmedel- dropparna attraheras av denna andra väggdel 3b. Även i detta fall måste den första väggdelen 3a vara elektriskt isolerad från den andra väggdelen 3b. I det i Fig 4 illustrerade exemplet är den andra väggdelen 3b via en ledning 20 anslutet till en positiv pol hos strömkällan 14 för att under verkan av strömkällan påfö- ras en positiv laddning.

Det uppfinningsenliga arrangemanget är särskilt avsett att an- vändas i ett tungt motorfordon, såsom exempelvis en buss, ett dragfordon eller en lastbil.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till mo- difikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på områ- det, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke sådan denna definieras i bifogade patentkrav.

Claims (6)

10 PATENTKRAV

1. Arrangemang för att införa ett vätskeformigt reduktionsmedel, 10 15 20 25 30 35

2. Arrangemang enligt krav 1, exempelvis urea, i avgaser från en förbränningsmotor, vilket arrangemang (1) innefattar: - en blandningskanal (2) avsedd att genomströmmas av avga- ser, - ett insprutningsorgan (5) för insprutning av reduktionsmedlet som en spray i blandningskanalen (2) eller i avgaser som leds in i blandningskanalen (2), kännetecknat därav, att arrangemanget (1) vidare innefattar laddningsreglermedel (10) som är anordnade: - att påföra reduktionsmedlet en elektrisk laddning av en första polaritet så att åtminstone en del av de droppar av reduk- tionsmedel som ingår i den av insprutningsorganet (5) genere- rade sprayen kommer att uppvisa en elektrisk laddning av denna första polaritet, och - att påföra en eller flera ytor (11) hos blandningskanalen (2) en elektrisk laddning av nämnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna repelleras av dessa ytor (11), och/eller hålla en eller flera ytor (8, 12) hos blandningskanalen (2) och/eller hos ett i blandningskanalen anordnat förångningsorgan (6) jordade eller påföra de sist- nämnda ytorna (8, 12) en elektrisk laddning av en polaritet motsatt nämnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna attraheras av dessa ytor (8, 12). kännetecknat därav, att blandningskanalen (2) är avgränsad i radiell riktning av en rörformig vägg (3), varvid nämnda laddningsmedel (10) är an- ordnade att påföra åtminstone en del av denna rörformiga vägg (3) en elektrisk laddning av nämnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna repelleras av denna del av den rörformiga väggen. .

Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat därav, att nämnda laddningsmedel (10) är anordnade: 10 15 20 25 30 35 11 - att påföra en första del (3a) av den rörformiga väggen (3) en elektrisk laddning av nämnda första polaritet så att de elekt- riskt laddade reduktionsmedeldropparna repelleras av denna första del (3a) av den rörformiga väggen, och - att hålla en andra del (3b) av den rörformiga väggen (3) jor- dad, eller påföra denna andra del (3b) av den rörformiga väg- gen en elektrisk laddning av en polaritet motsatt nämnda för- sta polaritet, så att de elektriskt laddade reduktionsmedel- dropparna attraheras av denna andra del (3b) av den rörfor- miga väggen. .

Förfarande för införing av ett vätskeformigt reduktionsmedel, exempelvis urea, i avgaser från en förbränningsmotor, varvid reduktionsmedlet med hjälp av ett insprutningsorgan (5) in- sprutas som en spray i en blandningskanal (2) eller i avgaser som leds in i en blandningskanal (2),kännetecknat därav: - att reduktionsmedlet påförs en elektrisk laddning av en första polaritet så att åtminstone en del av de droppar av reduk- tionsmedel som ingår i den av insprutningsorganet (5) genere- rade sprayen bringas att uppvisa en elektrisk laddning av denna första polaritet, och - att en eller flera ytor (11) hos blandningskanalen (2) påförs en elektrisk laddning av nämnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna repelleras av dessa ytor (11), och/eller en eller flera ytor (8, 12) hos bland- ningskanalen (2) och/eller hos ett i blandningskanalen anord- nat förångningsorgan (6) hålls jordade eller påförs en elektrisk laddning av en polaritet motsatt nämnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna attraheras av dessa ytor (8, 12). .

Förfarande enligt krav 4, varvid blandningskanalen (2) är av- gränsad i radiell riktning av en rörformig vägg (3), känneteck- Lt därav, att åtminstone en del av den rörformiga väggen (3) påförs en elektrisk laddning av nämnda första polaritet så att de elektriskt laddade reduktionsmedeldropparna repelleras av denna del av den rörformiga väggen. 10 12

6. Förfarande enligt krav 5, kännetecknat därav: - att en första del (3a) av den rörformiga väggen (3) påförs en elektrisk laddning av nämnda första polaritet så att de elekt- riskt laddade reduktionsmedeldropparna repelleras av denna första del (3a) av den rörformiga väggen, och - att en andra del (3b) av den rörformiga väggen (3) hälls jor- dad, eller påförs en elektrisk laddning av en polaritet motsatt nämnda första polaritet, så att de elektriskt laddade reduk- tionsmedeldropparna attraheras av denna andra del (3b) av den rörformiga väggen.