SE536182C2 - Anordning för insprutning av reduktionsmedel i en avgasledning - Google Patents

Abstract

Uppfinningen beskriver en anordning för att tillföra ett reduktionsmedel (22), t exurea, till en avgasledning (10) vid en förbränningsmotor (101). innanreduktionsmedlet (22) tillförs avgasledningen (10) tillsätts kolsyra (29, 30, 31).Därmed bildas ett väldigt turbulent flöde av reduktionsmedel i avgasledningen ochproblemet med ureaklumpar i avgasledningen (10) minskar. Uppfinningen avser även en motor med en sådan anordning samt ett fordon med en sådan motor. Figur 3 för publicering.

Description

535 182 2 som kan reagera vidare med sig själva och med ny tillförd urea från avgaserna.

Resultatet blir primitiva polymerer på ureabas som bildar beläggningar på insidan av avgasledningen. Sådana beläggningar kan med tiden blockera en avgasledning.

Många faktorer påverkar bildningen av ureaklumpar och dessa kan grovt delas in i avgas- vägg- och sprayegenskaper. Avgasegenskaperna är till exempel temperatur, sammansättning, flöde och strömning. Väggegenskapern är till exempel väggmaterialets värmeledningsförmåga, yttertemperatur vid en given tidpunkt och ytfinhet. Sprayegenskaper är bland annat droppstorleksfördelning, sprayvinkel hastighet, temperatur, doseringsfrekvens och vätskans densitet. Naturligtvis spelar även deisgnmässiga faktorer in som insprutningsposition och insprutningsvlnkel relativt abgaserna, samt munstryckets utformning.

Som lösning på nämnda problem har tidigare föreslagit olika sätt att säkerställa att urean sönderdelas bättre genom att ureans strålar riktas mot ett galler såsom är beskrivet l EP 1748162.

En annan variant på lösning beskrivs i EP 1781908, där lösningen går ut på att insprutningen görs i ett värmeisolerande rör, så att de insprutade strålarna inte riskerar att träffar kalla ytor i avgasledningen.

Enligt en ytterligare variant beskriven i WO 2006/084551 utnyttjas ett insprutningssystem med en roterande munstycksdel. Munstycksdelen är vinklad sä att munstycket kan rotera av de reaktionskrafter som insprutningen ger upphov till.

För att denna rotation ska bli så effektiv som möjligt erfordras att munstyckena anordnas på stort radiellt avstånd från dess rotationscentrum Detta är i nära anslutning till avgasledningen väggar vilka är de områden man vill undvika.

Gemensamt för de kända lösningar är att de på olika sätt fordrar att olika komponenter måste anordnas i anslutning till insprutama och anordningarna blir därmed mer eller mindre kostsamma. I vissa fall fordras dessutom regelbunden kontroll och underhåll vilket ytterligare ökar kostnaderna.

SYFTE MED UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en anordning som löser de problem som återfinns hos den kända tekniken. Särskilt syftar uppfinningen till en anordning 538 'H32 3 och en metod för att öka turbulensen vid insprutandet av ett reduktionsmedel i en avgasledning, så att problemet med ureaklumpar i avgasledningen minskar.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Enligt uppfinningen uppnås dessa syften med en anordning enligt patentkrav 1.

Genom att lösa kolsyra i reduktionsmedlet så kommer kolsyran att vilja frigöra sig då reduktionsmedlet sprutas in i avgasledningen. Kolsyran bidrar därmed till att skapa ett turbulent flöde som sprider reduktionsmedlet över en större yta. Det turbulenta flödet medför att stora droppari reduktionsmedlet slås sönder och droppama får en högre hastighet. Nedkylningseffekten som uppstår då reduktionsmedlet träffar avgasledningen blir heller inte så påtaglig om flödet är turbulent, och risken för att oförångat reduktionsmedel fastnar på avgasledningens väggar minskar.

Sammantaget så ökar förångningen av reduktionsmedlet då kolsyra tillförs.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är koldloxidkällan ansluten till ledningen genom vilken reduktionsmedlet transporteras från tanken till insprutningssystemet. Fördelen med detta är att endast den mängd reduktionsmedel som för tillfället tillförs avgasledningen trycksätts. Det går då att reglera mängden kolsyra i reduktionsmedlet på ett mer noggrant sätt och risken för feldosering av kolsyra minskar.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen tillförs kolsyran till ledningen under tryck. Behovet av en separat komponent i form av en pump minskar då.

Enligt ännu en utföringsform är en pump anordnad på ledningen. Pumpen ökar trycket i ledningen och bidrar till att skapa det önskvärda turbulenta flödet.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är reduktionsmedlet urea.

Ovan nämnda syften uppnås även med en förbränningsmotor innefattandes en anordning enligt uppfinningen, samt ett fordon innefattandes en sådan motor.

HGURFÖRTECKMNG Figur 1 visar schematiskt ett fordon med en motor enligt uppfinningen. 536 'H32 4 Figur 2 visar schematiskt en detalj av en avgasledning med en anordning enligt uppfinningen.

Figur 2a visar schematiskt en detalj av en insprutningssystem enligt uppfinningen.

Figur 3 visar schematiskt en utföringsforrn av en anordning enligt uppfinningen.

Figur 4 visar schematiskt en annan utföringsform av en anordning enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Figur 1 visar ett fordon 100 utrustat med en förbränningsmotor 101 enligt uppfinningen. På figuren är fordonet visat som en tung lastbil men uppfinningen kan även utövas vid andra typer av fordon, till exempel anläggningsbilar eller bussar.

Uppfinningen kan även utövas vid fristående motorer, tex vid reservkraftverk, eller vid båtmotorer. lfigur 2 visas schematiskt en del av en avgasledning 10 till en förbrännlngsmotor 101 enligt uppfinningen. På avgasledningen 10 finns en krök 10a där risken att oförångat reduktionsmedel ansamlas. Avgasledningen 10 mynnar l en katalysator 12 i vilken skadliga ämnen i avgasema omvandlas. Reduktionsmedel tillförs avgasledningen 10 via en insprutningssystem 23_ Insprutningssystemet 23 visas i detalj i figur 2a. Reduktionsmedel 22 tillförs insprutningssystemet 23 via en ledning 21. Reduktionsmedlet 22 tillförs insprutningssystemet 23 under tryck. Ett vanligt tryck är mellan 3.3-3.8 bar. Detta tryck kan uppnås genom att den tank 20 (se figur 3) som reduktionsmedlets 22 förvaras i är trycksatt, eller att en pump (ej visad) är anordnad på ledningen 21 mellan tanken 20 och insprutningssystemet 23. l figur 2a visas att doseringen av reduktionsmedel 22 trycksätts med hjälp av tryckluft 40 (se figur 3) via en tryckluftledning 41. Trycket i tryckluften 40 är cirka 8 bar, men kan också vara ca 4 bar. Tryckluftens 40 tryck beror av den aktuella doseringen av reaktionsmedel 22. En styrenhet 35 doserar reduktionsmedel 22 beroende pà aktuellt körfall för förbränningsmotorn 101 och justerar trycket i tryckluften 40 efter aktuell dosering, så att utsläppen från förbränningsmotorn 101 blir så låga som möjligt. 538 182 lnsprutningssystemet 23 innefattar ett munstycke 24 med utlopp i form av små hål . Det finns flera olika sätt att utforma hålen 25 beroende på vilken typ av flöde som är önskvärt. Till exempel kan ett enda koniskt hål användas för att tillföra reduktionsmedlet. Hålen 25 kan vara anordnade på sidan av munstycket 24, vilket visas i figur 2a, men de kan också vara anordnade på munstyckets 24 ändyta 26.

Munstyckets 24 ändyta 26 kan också vara konisk och försedd med hål. Munstycket 24 kan också vara försedd med en invändig virvelkammare (ej visad). Eftersom utfonnningen av munstycket endast en del av de faktorer som påverkar bildningen av ureaklumpar så måste även övriga faktorer vägas in vid val av munstycke.

När reduktionsmedlet passerar munstycket sjunker trycket snabbt och en dimma med droppar bildas. Det är önskvärt att dropparna är små eftersom reduktionsmedlet då snabbare omvandlas till en önskvärd förening. Om reduktionsmedlet till exempel är urea så omvandlas droppama bland annat till ammoniak. Mindre droppar har också en mindre rörelsemängd vilket gör att droppen lättare följer med gasflödet och träffar avgasrörets 10 vägg på ett större avstånd än vad en större droppe gör. Större droppar leder till att förångningen av reduktionsmedel tar längre tid och risken för fasta avlagringar av reduktionsmedel 22 på avgasledningens 10 väggar ökar. Större droppar får också en lägre hastighet vilket inte är gynnsamt för förångningen av reduktionsmedel .

Reduktionsmedlet 22 kan vara urea löst i vatten, tex Adblue f" som innehåller en koncentration av 32,5% urea. l figur 3 visas en utförlngsform av uppfinningen. En trycksatt behållare 29 med kolsyra är ansluten till ledningen 21 så att, då reduktionsmedlet 22 når insprutningsorganet 23 är kolsyra löst i reduktionsmedlet 22. Behållaren 29 kan till exempel vara en kolsyrepatron. Tillförseln av kolsyra styrs av styrenheten 35. Man kan också tänka sig att en separat styrenhet styr tillförseln av kolsyra, alternativt att en annan på fordonet 100 befintlig styrenhet styr tillförseln av kolsyra, tex styrenheten för förbränningsmotorn 101.

Kolsyran tillsätts reduktionsmedlet 22 vid ett tryck på mellan 7,5 och 8,5 bar, särskilt 8 bar. Koncentrationen av kolsyra i reduktionsmedlet beror av temperaturen.

Eftersom temperaturen på de i systemet ingående delama varierar så kommer även koncentrationen av kolsyra i reduktionsmedlet 22 att variera. Ett högre tryck riskerar 535 182 6 att skapa separation mellan gas och vätska vilket försvårar en korrekt dosering medan ett lägre tryck riskerar att inte skapa tillräcklig turbulens i reduktionsmedlet 22.

I figur 4 visas en annan utföringsform av uppfinningen. Här tillsätts kolsyra till tryckluftledningen 41 istället för till ledningen 21 för reduktionsmedel 22. Den här utföringsformen kräver färre modifieringar av det befintliga systemet och blir därför enklare och billigare att implementera.

Enligt uppfinningen så ges möjligheten till ett väldigt turbulent flöde då ett reduktionsmedel sprutas in i en avgasledning, genom att tillsätta kolsyra till reduktionsmedlet. Det turbulenta flödet skapar små droppar av reduktionsmedlet och droppama får en högre hastighet. Därigenom minskar risken för att ureaklumpar bildas på avgasledningens väggar och problemet med blockering av avgasledningen minskas.

Uppfinningen är inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformema, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke sådan denna definieras i bifogade patentkrav.

Claims (7)

535 182 PATENTKRAV

1. Anordning för insprutning av ett reduktionsmedel (22) i en avgasledning (10) vid en förbränningsmotor (101) innefattande en tank (20) innehållandes reduktionsmedlet (22), ett insprutningssystem (23) försett med ett munstycke (24) med utlopp (26) från vilket reduktionsmedlet (22) kan insprutas i avgasledningen (10). en ledning (21) som förbinder insprutningssystemet (23) med tanken (20). där anordningen innefattar en koldioxidkälla (29, 30) anordnad att tillföra koldioxid till reduktionsmedlet (22) kännetecknad av att koldioxidkällan (29, 30) ansluts till ledningen (21 ).

2. Anordning enligt något av ovanstående krav kännetecknad av att kolsyrekällan (29) är trycksatt.

3. i Anordning enligt något av ovanstående krav kännetecknad av att en pump (28) är anordnad på ledningen (21).

4. Anordning enligt krav 3 kännetecknad av att pumpen (28) är anordnad mellan koldioxidkällan (29, 30) och insprutningssystemet (23).

5. Anordning enligt patentkrav 1 kännetecknad av att reduktionsmedlet är urea löst i vatten.

6. Förbränningsmotor (101) innefattandes en anordning enligt något av ovanstående patentkrav.

7. Fordon (100) innefattandes en förbrånningsmotor (101 ) enligt patentkrav 6.