SE531199C2 - Anordning för att tillföra ett medium till en avgasledning hos en förbränningsmotor - Google Patents

Description

20 25 30 35 531 199 lösningen, som leds i en passage inuti ledningselementet, torkar på vägen fram till ut- loppsöppningen. Det kan leda till att urea kristalliseras i passagen med följd att tillför- seln av urealösning via ledningselementet helt eller delvis stoppas upp.

US 6,l92,677 visar en insprutningsventil för tillförsel av urealösning till en avgasled- ning. Insprutningsventilen är fäst på utsidan av avgasledningen. Sådana insprutnings- ventiler har komponenter som känsliga för höga temperaturer. För att garantera att in- sprutningsventilen inte erhåller en för hög temperatur cirkuleras komprimerad luft i en luftspalt mellan en yttre vägg och en inre vägg hos insprutningsventilen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning för att tillföra ett medium till avgasema i en avgasledning medelst ett ledningselement som sträcker sig in i en avgasledning där anordningen har en konstruktion så att risken att mediet er- håller en uppvärmning av avgaserna inuti ledningselementet så att det torkar väsentli- gen helt har eliminerats.

Detta syfte uppnås med anordningen av det inledningsvis nämnda slaget, vilket ut- märks av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Att värmeisolera åtminstone ett parti av ledningselementet som sträcker sig in i avgasledningen gör att mediet erhåller en reducerad uppvärmning då det strömmar genom ledningselementet 'fram till utloppsöppningen. Med fördel värmeisoleras väsentligen hela ledningsele- mentet inuti avgasledningen. Därmed garanteras att mediet tillhandahåller en måttlig uppvärmning inuti ledningselementet innan det sprutas eller sprayas in i avgasledning- en. Det värmeisolerande medlet kan vara av ett väsentligen godtycklig slag. Det isole- rade ledningspartiet kan, exempelvis, vara helt eller delvis tillverkat av ett material med goda värmeisolerande egenskaper. Ledningspartiet kan även vara tillverkat av ett basmaterial som försetts med ett skikt av ett värmeisolerande material. Ett sådant vär- meisolerande material måste ha egenskapen att det är motståndskrafti gt mot den höga temperatur och den korrosiva miljö som råder inuti avgasledningen. Ett sådant värme- isolerande material kan vara en keram med lämpliga egenskaper.

Enligt en uttöringsfonn av föreliggande uppfinning innefattar nämnda vänneisolerande medel ett rörformigt element som har monterats inuti avgasledningen i en position så att det innesluter nämnda ledningsparti. Ett sådant rörforrni gt element kan tillverkas av 10 l5 20 25 30 35 53'l 199 ett material som har goda värmeisolerande egenskaper. Med fördel har dock det rör- forrniga elementet ett invändigt utrymme av en storlek så att det bildas en spalt mellan det rörformi ga elementets invändi ga ytor och nämnda ledningspartis utvändiga ytor.

En sådan spalt tillhandahåller på ett enkelt sätt en effektiv värmeisolering mellan det rörfonniga elementet och nämnda ledningsparti. Med en sådan värmeisolerande spalt är det inte nödvändigt att tillverka varken det rörformiga elementet eller ledningsparti- et av ett material med goda värmeisolerande egenskaper. Spalten kan innehålla lufi eller avgaser men den kan även utgöras av vakuum. Företrädesvis är nämnda spalt av en storlek av åtminstone l mm. Därmed tillhandahålls en acceptabel värmeísolering.

Med en bredare spalt tillhandahålls en bättre värmeísolering.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar anordningen åtminstone ett fástelement för att fästa det rörfonniga elementet och ledningselementet på avgasledningen. Med hjälp av ett sådant fästelement kan det rörforrniga partiet och ledningselementet monteras i en position där de skjuter in genom en öppning i avgas- ledningen. Nämnda fästelement kan ha en konstruktion som medger en individuell montering av det rörformiga elementet och ledningselementet på avgasledningen.

Därmed kan det rörformiga elementet monteras först varefter ledningselementet mon- teras lösgörbart i förhållande till det rörformiga elementet. Därmed kan ledningsele- mentet med utloppsöppningar på ett enkelt sätt demonteras och genomgå service eller bytas ut.

Enligt en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning har ledningselementet ett främre parti som innefattar utloppsöppningen, vilket främre ledningsparti skjuter ut ur det rörforrniga elementet. Det främre ledningspartiet, som innefattar utloppsöpp- ningama, är därmed inte värmeisolerat. Att inte värmeisolera det främre ledningsparti- et kan ha fördelen att den urealösning som nått utloppsöppningama garanterat kommer att värmas av avgaserna till sin förångningstemperatur. Därmed garanteras att de rela- tivt trånga utloppsöppningama inte täpps till.

Enligt en föredragen uttöringsforrn av föreliggande uppfinning är det rörformiga ele- mentet tillverkat av rostfritt stål. Rostfritt stål är ett material som tål den korrosiva miljön och den höga temperaturen inuti avgasledningen. Det är dessutom ett relativt billigt material. Med fördel är även ledningselementet tillverkat av rostfritt stål. 10 15 20 25 30 35 531 199 Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är nämnda ut- loppsöppning för tillförsel av mediet belägen i en väsentligen central position hos av- gasledningen. Därmed är avståndet till närmaste vägg hos avgasledningen tämligen stort. Det insprutade mediet kan i och med det ledas med och blandas med avgaserna i avgasledningen utan att någon nämnvärd andel av mediet fastnar på avgasledningens innerväggar. Med fördel är anordningen inrättad att tillföra ett medium i form av en urealösning till avgaserna. Urealösningen kan sprayas in i avgasledningen så att den finfördelas varefter den i kontakt med de heta avgaserna flirångas och ammoniak bil- das. Blandningen av ammoniak och avgaser genomgår därefter en kemisk reaktion i en katalysator där kvävgas och vattenånga bildas. Med en korrekt dosering av urea kan en dieselmotors utsläpp av kväveoxider i en stor utsträckning reduceras.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följ ande beskrivs såsom exempel föredragna utföringsforrner av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. l visar schematiskt en dieselmotor med en avgasledning som försetts med ka- talytisk avgasrening enligt den metod som benämns SCR, Fig. 2 visar en insprutningsanordníng enligt en första utfiåringsforrn av uppfinning- en, Fig. 3 visar en insprutningsanordning enligt en andra utföringsform av uppfinningen och Fig. 4 visar en perspektivvy av insprutningsanordning i Fig. 3 DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. l visar en förbränningsmotor i form av en dieselmotor l. Dieselmotom 1 kan, exempelvis, vara avsedd som drivmotor för ett tyngre fordon. Avgasema från diesel- motorns 1 cylindrar leds, via en avgassamlare 2, till en avgasledning 3. Avgasledning- en 3 har här försetts med en katalytisk avgasrening enligt den metod som benämns SCR (Selective Catalytic Reduction). Denna metod innebär att en urealösning tillförs till avgaserna i dieselmotorns avgasledning 3. Urealösningen lagras i en tank 4 och leds, via en ledning 5, till avgasledningen 3. En styrenhet 6, som kan vara en datoren- het med en lämplig mjukvara, styr tillförseln av urealösningen som leds till avgasled- 10 15 20 25 30 35 531 199 ningen 3 medelst aktivering av en pump 7. Styrenheten 6 kan med information avseen- de, exempelvis, aktuell bränsleförbrukning och avgasernas temperatur beräkna den mängd av urealösningen som behöver tillsättas för att halten av kväveoxider i avgaser- na ska reduceras optimalt. Urealösningen tillförs till avgaserna i avgasledningen 3 me- delst en insprutningsanordning 8. Den tillförda urealösningen är avsedd att upphettas av avgaserna i avgasledningen 3 så att den förângas och omvandlas till ammoniak.

Blandningen av ammoniak och avgaserna leds därefter vidare i avgasledningen 3 till en katalysator 9. I katalysatom 9 sker en kemisk reaktion. Kvävet hos kväveoxiderna i avgaserna reagerar här med kvävet i ammoniaken så att kvävgas bildas. Syret hos kvä- veoxiderna reagerar med vätet i ammoniaken så att vatten bildas. Kväveoxiderna i av- gaserna reduceras således i katalysatom 9 till kvävgas och vattenånga, vilket leds ut till omgivande luft.

Fig. 2 visar en utföringsform av en insprutningsanordning 8 för att tillföra urealösning till avgasledningen 3. Insprutningsanordningen 8 innefattar ett väsentligen rakt rörfor- migt element 10 som är tillverkat av rostfritt stål. Det rörformiga elementet 10 är fast monterat på avgasledningen 3 medelst ett schematiskt visat ringforrnat fästelement 11.

Det rörformiga elementet 10 är fäst på avgasledningen 3 i en position så att det sträck- er sig genom en öppning 12 i en vägg hos avgasledningen 3. Det rörfonni ga elementet 10 har en utvändig yta med en väsentligen motsvarande form som öppningen 12 i av- gasledningen 3. Det rörfonniga elementet 10 är förbundet med fästelementet 11 me- delst lödning eller svetsning. Fästelementet ll är fast förbundet med avgasledningen 3 medelst, exempelvis, svetsning.

Det rörformiga elementet 10 innefattar ett väsentligen slutet inre utrymme 13. Det slutna inre utrymmet 13 kan innehålla luft eller utgöra vakuum. Det rörforrniga ele- mentet 10 innefattar en första öppning 14a genom vilken ledningen 5 sträcker sig in i det inre utrymmet 13. Ett ledningselementet Sa som utgör en del av ledningen 5 kom- mer därvid att vara monterat inuti avgasledningen 3. Ledningselementet Sa är med fördel tillverkat av rostfritt stål så att det tål den varma och korrosiva miljön som råder inuti avgasledningen. Ledningselementet Sa sträcker sig inledningsvis väsentligen ra- diellt in i avgasledningen 3 varefter det uppvisar en krökning i avgasströmmens rikt- ning. Det rörforrniga elementet 10 innefattar en' andra öppning 14b genom vilket ett främre ledningsparti Sa", som har en väsentligen axiell sträckning inuti ledningsele- mentet Sa, sticker ut ur det rörforrniga elementet 10. Det rörformiga elementets 10 inre utrymme 13 innesluter ett ledningsparti Sa' av ledningselementet Sa. Det inre utrymmet 10 15 20 25 30 35 531 '135 13 har en storlek och en form så att det bildas en spalt 15 mellan det rörformiga ele- mentets 10 invändiga yta och ledningspartiets Sa' utvändiga yta. En sådan spalt 15 för- svårar avsevärt värmeöverföringen mellan det rörformiga elementet 10, som är i kon- takt med omgivande avgaser, och ledningspartiet 5a', som är i kontakt med urealös- ning. Spalten 15 utgör ett värmeisolerande skikt mellan det rörformiga elementet 10 och ledningspartiet 5a'. Det främre ledningspartiet Sa" innefattar här ett flertal radiella utloppsöppningar 16, som är belägna i en väsentligen central position inuti avgasled- ningen 3 genom vilka urealösning är avsedd att sprutas uti strömmen 17 av avgaser i avgasledningen 3. Ledningen 5 innefattar ett anslutningsparti 5b, som är beläget ut- vändigt om avgasledningen. Ledningen 5 innefattar en icke visad rörledning, som är inrättad att leda urealösningen från tanken 4 och pumpen 7 till anslutningspartiet 5b varifrån den leds in i ledningselementet 5a.

Fig. 3 och 4 visar en alternativt utformad insprutningsanordning 8 för att tillföra en urealösning till en avgasledning 3. Insprutningsanordningen 8 innefattar ett rörformigt element 10 som, exempelvis medelst lödning, är fast förbundet med ett ringformat för- sta fästelementet 19. Det första fästelementet 19 och det rörformiga elementet 10 monteras som en enhet i en position så att de sträcker sig in genom en öppning 12 hos avgasledningens 3 vägg. F ästelementet 19 har ett parti med en utvändig perifer yta som har en motsvarande form som öppningens 12 invändiga perifera yta. Fästelementet 19 fästs, exempelvis medelst svetsning, på avgasledningen 3. Det rörformiga elementet 10 har här en väsentligen kontinuerligt krökt form med ett motsvarande kontinuerligt krökt inre utrymme 13. Det rörformiga elementet 10 är krökt i avgasemas riktning. Då det rörformiga elementet 10 är fast förankrat i avgasledningen 3 kan ett ledningsele- ment 5a för att leda urealösningen till avgasledningen 3 monteras. Ledningselementet 5a är förbundet, via ett andra fästelement 20, med ett vinklat anslutningsparti 5b. An- slutningspartiet 5b, det andra fästelement 20 och ledningselementet Sa kan utgöra en sammanhängande enhet under ett monteringsförfarande.

Ledningselement 5a har här en motsvarande krökt form som det rörformiga elementet 10 så att det är möjligt att föra in det krökta ledningselementet 5 a in i det redan fast förankrade rörformiga elementet 10. Det andra fästelementet 20 har ett nedåt centralt utskjutande parti med en motsvarande form som en central urtagning hos det första fastelementet 19. Införingsrörelsen av det krökta ledningselementet Sa i det rörformiga elementet 10 fortgår tills det andra fästelementets 20 utskj utande parti mottas i det tör- sta fästelementets 19 urtagning. Då de formanpassade partierna hos det första fästele- 10 15 20 25 30 35 531 'H39 mentet 19 och det andra íästelementet 20 går i ingrepp med varandra hålls lednings- elementet Sa i en förbestämd position inuti det rörformiga elementet 10. l denna tör- bestämda position bildas en spalt 15 mellan det rörforrni ga elementet 10 och det krökta ledningselementet Sa av en väsentligen konstant storlek. Denna spalt 15 har med fördel en storlek av ett antal millimeter. Spalten bör åtminstone vara minst 1 mm bred för att åstadkomma en tillräcklig värmeisolering mellan det rörforrniga elementet 10 och led- ningselementet Sa. För att förankra det rörforrniga elementet 10 och det krökta led- ningselementet Sa i nämnda inbördes position fästs ett klämorgan 21 utvändig om det första fástelementet 19 och det andra fästelementet 20. Klärnorganet 21 dras åt medelst en skruvanordning 22 så att en lösgörbar fórbindning tillhandahålls mellan det första fästelementet 19 och det andra fästelement 20. Därmed hålls det andra iästelementet 19 och ledningselementet Sa även fast i ett fixerat tillstånd på avgasledningen 3. Endast ett främre ledningsparti 5a" av det krökta ledningselementet Sa, vilket här innehåller en eller flera axiella utloppsöppningar 16, sticker ut ur det rörfonniga elementet 10. Ut- loppsöppningama kan även vara radiella som i Fi g. 2. Ett ledningsparti Sa' av det krökta ledningselementet Sa inneslutes således i det rörformiga elementet 10. Led- ningselementet Sa är även här krökt i avgasströmmens 17 riktning. En öppning 14b vid en yttre ände av det rörforrniga elementet 10 har här en större diameter än lednings- partiet Sa'. Därmed är spalten 15 mellan det rörformiga elementet 10 och ledningspar- tiet Sa' inte helt sluten så att avgaser kan ledas in i spalten 15. Eftersom öppning 14b är så pass liten tillhandahålls endast ett begränsat utbyte av avgaserna i spalten 15. De relativt stillastående avgaserna i spalten 15 som är kontakt med ledningspartiet Sa' till- handahåller därmed i en avsevärt lägre temperatur än de omgivande avgaserna som strömmar i avgasledningen 3. Avgasema bildar här ett isolerande skikt mellan det rör- formiga partiet 10 och ledningspartiet Sa'.

Under drift av fordonet beräknar styrenheten 6 med information avseende, exempelvis, aktuell bränsleförbrukning och avgasemas temperatur den mängd av urealösningen som behöver tillsättas för att halten av kväveoxider i avgaserna ska reduceras optimalt.

Styrenheten 6 aktiverar därvid pumpen 7 så att den önskade mängden urealösning leds, via ledningen S, till insprutningsanordningen 8. Urealösningen leds här in i insprut- ningsanordningens ledningselement Sa som sträcker sig in i avgasledningen 3. Ett led- ningspart Sa' av ledningselementet Sa är inneslutet av det rörformiga elementet 10.

Spalten 15 mellan det rörformiga elementet 10 och ledningspartiet Sa' tillhandahåller en värmeisolering av ledningspartiet Sa' så att det tillhandahåller en avsevärt lägre temperatur än det rörformiga elementet 10. Därmed tillhandahåller urealösningen en 10 15 531 499 tämligen begränsad uppvärmning under sin transport inuti ledningselementet Sa innan den sprutas ut, via utloppsöppningama 16, till avgasema som strömmar i avgasled- ningen 3. Med en sådan värmeisolering av ledningspartiet Sa' garanteras väsentligen att urealösningen inte hinner torka ut ipassagen inuti ledningselementet Sa. Därmed sä- kerställs att passagen inuti ledningselementet Sa inte täpps till så att den optimala mängden urealösning med säkerhet kan sprutas in i avgaserna. Att det främre led- ningspartiet Sa", som innefattar utloppsöppningarna 16, inte är värmeisolerat har för- delen att den urealösning som nått utloppsöppningama 16 garanterat kommer att vär- mas upp a v de omgivande avgasema till sin förångningstemperatur. Därmed förhind- ras att urealösning ansarnlas i anslutning till utloppsöppningarna 16 så att de relativt trånga utloppsöppningama 16 inte riskerar att täppas igen.

Uppfinningen är inte begränsad till de på ritningarna visade utfóringsforrnerna utan den kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Exempelvis så kan det värrneisoleran- de medlet 10 kring ledníngspartiet Sa' utgöras av andra medel än vad som exemplifle- ras i beskrivningen. Det som är väsentligt för att tillämpa uppfinningen är att värme- isolerande medel eller material är anordnade runt ledningspartiet Sa' så att det värme- isoleras från kringströmmande avgaser. Insprutningsanordningen är enligt exemplet anordnat i en avgasledning. Denna avgasledning kan utgöras av ett konventionellt av- gasrör men kan även ingå i en ljuddämpare, som utgör en del av avgasledningen.

Claims (7)

53'l 199 Patentkrav

1. Anordning för att tillföra ett medium till en avgasledning (3) hos en förbränningsmotor (1), varvid anordningen innefattar ett ledningselement (Sa) som har en passage för att leda mediet fiån en position utvändigt om avgasledningen (3) till åtminstone en utloppsöppning (16), som är belägen i en position inuti avgasledningen (3), från vilken invändig position mediet är inrättat att tillföras till avgaserna som strömmar i avgasledningen (3) och ett rörformigt element (10) som har monterats inuti avgasledningen i en position (3) så att det innesluter ett ledningsparti (5a') av ledningselementet (Sa) och värmeisolerar mediet i nämnda ledningsparti (5a') från omgivande avgaser i avgasledningen (3), kännetecknad av att anordningen innefattar åtminstone ett fastelement (19, 20) för att fasta det rörformiga elementet (10) och ledningselementet (Sa) på avgasledningen (3) i anslutning till en öppning (12) och att nämnda fastelement (19, 20) har en konstruktion som medger en individuell montering av det rörformiga elementet (10) och ledningselementet (Sa) på avgasledningen (3).

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att det rörformiga elementet (10) har ett invändigt utrymme av en storlek så att det bildas en spalt (15) mellan det rörformiga elementets (10) invändiga ytor och nämnda ledningspartis (5a') utvändiga ytor.

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att nämnda spalt (15) är minst 1 mm bred.

4. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att ledningselementet (5 a) har ett frärnre parti (5a") som innefattar utloppsöppningen (16), vilket främre ledningsparti (5a") skjuter ut ur det rörfonniga elementet (10).

5. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det rörformiga elementet (10) är tillverkat av rostfritt stål.

6. Anordning enligt något av föregående krav, att nämnda utloppsöppning (1,6) för tillförsel av mediet är belägen i en väsentligen central position hos avgasledningen (3)-

7. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att anordningen är inrättad att tillföra ett medium i form av en urealösning till avgaserna.