WO2006084569A1 - Zugabevorrichtung zur zugabe von reduktionsmittel in eine abgasleitung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Zugabevorrichtung zur zugabe von reduktionsmittel in eine abgasleitung einer brennkraftmaschine Download PDF

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Uwe Gärtner
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Definitions

  • the invention relates to an adding device for adding reducing agent in an exhaust pipe of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is therefore to provide an adding device of the type mentioned, in which the constipation tendency is reduced.
  • the adding device comprises a venturi arranged in the exhaust pipe and a guided from the outside into the venturi metering line, wherein means for ventilating the metering line are provided according to the invention after completion of the Reduktionsffenzugäbe. It is provided that the metering line is formed nozzle-like end and ends in a region of the Venturi tube, in which the present at flow through Venturi tube suction effect is most pronounced. After completion of an addition process, standing in the metering line reducing agent can be sucked due to the suction of the Venturi tube, since the means according to the invention for ventilation of the metering line allow gaseous fluid can flow into the metering line. The metering line is thus vented at least the end and emptied of reducing agent. The formation of residues due to vaporizing or verkokendem reducing agent and thus the risk of nozzle clogging is effectively avoided or at least greatly reduced in this way.
  • a reducing agent is to be understood here in particular as a medium suitable for the reduction of nitrogen oxides, which may preferably be discharged as an organic liquid or as an aqueous urea solution from the metering line.
  • a corresponding catalytic converter is provided downstream of the delivery point.
  • the outlet of the reducing agent from the preferably nozzle-like narrowed end of the metering line is preferably carried out axially with respect to the ⁇ bgastechnisch.
  • the means for ventilating the metering line comprise a vent line, via which the metering line can be connected to the environment. The ventilation of the metering line therefore takes place with ambient air.
  • the means for ventilation of the metering line comprise a vent line, via which the metering line to the exhaust pipe is connectable, so that the ventilation of the metering line is possible with exhaust gas.
  • the vent line branches off as close to the top of the metering line from this.
  • a valve is preferably provided in the ventilation line, which is opened for ventilation of the metering line and is otherwise closed.
  • the metering line on the end of a replaceable nozzle part By replacing the nozzle part, a functioning of the adding device can be restored in a despite the measures provided clogging.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an arrangement of adding device and exhaust system of an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional representation of an arrangement of a preferred embodiment of the inventive adding device in an exhaust pipe.
  • the arrangement shown in Fig. 1 comprises a preferably designed as a diesel engine internal combustion engine 3, which receives its combustion air via an air line 4 and emits combustion exhaust gases via the exhaust pipe 10 to the environment.
  • a suitable exhaust gas catalyst 5 is arranged in the exhaust pipe 10. Upstream of the catalytic converter 5 is via an adding device 1 suitable for the reduction of nitrogen oxides reducing agent, in particular aqueous urea solution, the exhaust gas can be fed.
  • the adding device 1 is connected via a metering line 2 to a metering device, not shown, from which a metered quantity of urea is metered into the metering line 2.
  • the metering device can be designed for dispensing the reducing agent in single-phase, liquid form or for dispensing the reducing agent as a finely divided aerosol, wherein in the latter case expediently atomization by means of compressed air is provided.
  • the metering line 2 is guided from the outside in a preferably radial direction to approximately in the middle region of the exhaust pipe 10, which has a venturi in this area.
  • the specific embodiment of the adding device 1 and the exhaust pipe 10 in the governing region 9 are described in detail in the NEN in Fig. 2, which will be discussed in more detail below.
  • a first valve 8 is arranged, via which the metering line 2 can be shut off after completion of a urea addition.
  • the metering line 2 is connected downstream of the first valve 8 with a vent line 6, which is opened after completion of the Reduktionsstoffzugäbe means of a second valve 7 for emptying the adding device 1 and is otherwise closed.
  • the metering line 2 via a line section 6a of the vent line 6 with the exhaust pipe 10
  • the metering line 2 via a line section 6b of the vent line 6 is connectable to the environment.
  • urea solution present in the addition line 2 downstream from the first valve 8 is removed by the negative pressure downstream of the delivery point, which is made possible by the subsequent second valve 7 as a result of the afterflow of exhaust gas or ambient air.
  • the metering line 2 downstream of the first valve 8 is therefore emptied and avoided in this way dripping or clogging.
  • the Ventilation line 6 on the inflow side to connect to a compressed air supply, not shown, and to release the addition device 1 after completion of a urea addition.
  • a Venturi tube 11 is arranged in the exhaust pipe 10.
  • the arrangement of the Venturi tube is preferably carried out as shown in FIG. 2 is shown coaxially with respect to the central axis 15 of the exhaust pipe 10 and with a radial distance to the exhaust pipe 10.
  • the venturi 11 is preferably fixedly connected by means of a strut 14 with the exhaust pipe 10.
  • the metering line 2 of the adding device 1 is guided radially through the wall of the exhaust pipe 10 and the Venturi tube 11 approximately in the axially central region of the Venturi tube.
  • the metering line 2 has a nozzle part 12, which is designed bent in the central region of the Venturi tube 11 in the direction of the exhaust gas flow indicated by the arrow 16 and opens in a preferably nozzle-like constricted tip 13.
  • the tip 13 may also be provided with a plurality of nozzle openings.
  • the nozzle part 12 is replaceably attached to the metering line 2.
  • a screw connection is provided for the nozzle part 12 and the metering line 2, so that the nozzle part 12 can be removed by simply unscrewing and replaced by another nozzle part 12.
  • the adding device 1 is suitable for the metering of a very wide variety of additives, in particular in liquid form, it is preferably used for introducing urea into the exhaust gas of the internal combustion engine 3.
  • the urea acts as a selective reducing agent for the catalytic reduction of nitrogen oxide.
  • the urea is preferably present in the form of an aqueous solution for metering with the adding device 1 according to the invention or is injected into the exhaust gas as an aerosol-like mist.
  • the resulting due to the exhaust gas flow in the output side of the Venturi tube 11 negative pressure increases between a reducing agent feed point, not shown, the metering line 2 and nozzle tip 13 existing differential pressure, whereby the atomization of the reducing agent in the exhaust gas is improved.
  • an external pump unit not shown
  • the operational safety of the adding device 1 is further improved by the exchangeable design of the nozzle part 13 according to the invention, since the nozzle part 12 can be easily replaced, for example, during routine maintenance work.
  • a simple adaptation of the adding device 1 to different or changed throughput conditions is made possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zugabevorrichtung (1) zur Zugabe von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung (10) einer Brennkraftmaschine (3) . Die Zugabevorrichtung (1) umfasst ein in der Abgasleitung (10) angeordnetes Venturirohr (11) und eine von außen in das Venturirohr (11) geführte Zugabeleitung (2). Erfindungsgemäß sind für die Zugabevorrichtung (1) Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung (2) nach einer Beendigung der Reduktionsmittelzugabe vorgesehen.

Description

DaimlerChrysler AG
ZugabeVorrichtung zur Zugabe von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Zugabevorrichtung zur Zugabe von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 195 15 352 Al ist es bekannt , ein Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion durch eine Zerstäubungsdüse in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine einzubringen . Dabei ist die Abgasleitung im Bereich der Abgabestelle als Venturidüse ausgebildet . Die von der Venturidüse ausgeübte Saugwirkung begünstigt das Einbringen und Verteilen des Reduktionsmittels , wobei dieses gemäß der DE 195 15 352 Al gleichzeitig als Agglomerationshilfe für im Abgas vorhandene Partikel wirkt . Bei ZugabeVorrichtungen zur Einbringung von Reduktionsmitteln in Brennkraftmaschinenabgas besteht j edoch generell das Problem einer Verstopfung oder Verkokung der Zugabedüse .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zugabevorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher die Verstopfungsneigung vermindert ist .
Diese Aufgabe wird durch eine Zugabevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Gemäß Anspruch 1 umfasst die Zugabevorrichtung ein in der Abgasleitung angeordnetes Venturirohr und eine von außen in das Venturirohr geführte Zugabeleitung, wobei erfindungsgemäß Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung nach einer Beendigung der Reduktionsmittelzugäbe vorgesehen sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Zugabeleitung endseitig düsenartig ausgebildet ist und in einem Bereich des Venturirohrs endet , in welchem die bei durchströmtem Venturirohr vorhandene Saug- wirkung am stärksten ausgeprägt ist . Nach Beendigung eines Zugabevorgangs kann in der Zugabeleitung stehendes Reduktionsmittel infolge der Saugwirkung des Venturirohrs abgesaugt werden, da die erfindungsgemäßen Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung es ermöglichen, dass gasförmiges Fluid in die Zugabeleitung nachströmen kann. Die Zugabeleitung wird somit zumindest endseitig belüftet und von Reduktionsmittel entleert . Die Bildung von Rückständen infolge von verdampfendem oder verkokendem Reduktionsmittel und damit die Gefahr einer Düsenverstopfung wird auf diese Weise wirksam vermieden oder zumindest stark verringert .
Unter einem Reduktionsmittel ist hier insbesondere ein für die Stickoxidreduktion geeignetes Medium zu verstehen, welches vorzugsweise als organische Flüssigkeit oder als wässrige Harnstofflösung aus der Zugabeleitung abgegeben werden kann. Zur Stickoxidreduktion ist stromab der Abgabestelle ein entsprechender Abgaskatalysator vorgesehen.
Der Austritt des Reduktionsmittels aus dem vorzugsweise düsenartig verengten Ende der Zugabeleitung erfolgt bevorzugt axial in Bezug auf die Äbgasleitung . Vom sich infolge der Wirkung des Venturirohrs aufweitenden Abgasstrom wird das eingebrachte Reduktionsmittel mitgerissen und verteilt sich weiter im Abgas . In Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung eine Belüftungsleitung, über welche die Zugabeleitung mit der Umgebung verbindbar ist . Die Belüftung der Zugabeleitung erfolgt daher mit Umgebungsluft .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung eine Belüftungsleitung, über welche die Zugabeleitung mit der Abgasleitung verbindbar ist, so dass die Belüftung der Zugabeleitung mit Abgas ermöglicht ist .
Vorzugsweise zweigt die Belüftungsleitung möglichst nahe an der Spitze der Zugabeleitung von dieser ab . Um die Verbindung der Zugabeleitung mit der Umgebungsluft bzw. mit der Abgas- leitung herzustellen, ist in der Belüftungsleitung vorzugsweise ein Ventil vorgesehen, welches zur Belüftung der Zugabeleitung geöffnet wird und ansonsten geschlossen ist .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Zugabeleitung endseitig ein auswechselbares Düsenteil auf . Durch Auswechslung des Düsenteils kann bei einer trotz der vorgesehenen Maßnahmen eingetretenen Verstopfung eine Funktionsfähigkeit der Zugabevorrichtung wiederhergestellt werden . Zudem ist es ermöglicht, weitgehend baugleiche Zugabevorrichtungen an unterschiedliche Anforderungen bezüglich der Dosiermengen auf einfache Weise anzupassen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der j eweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Zugabevorrichtung und Abgassystem einer Brennkraftmaschine und
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zugabevorrichtung in einer Abgasleitung.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung umfasst eine vorzugsweise als Dieselmotor ausgeführte Brennkraftmaschine 3 , welche ihre Verbrennungsluft über eine Luftleitung 4 erhält und Verbrennungsabgase über die Abgasleitung 10 an die Umgebung abgibt . Zur Stickoxidverminderung ist in der Abgasleitung 10 ein hierfür geeigneter Abgaskatalysator 5 angeordnet . Stromauf des Abgaskatalysators 5 ist über eine Zugabevorrichtung 1 ein für die Stickoxidverminderung geeignetes Reduktionsmittel , insbesondere wässrige Harnstofflösung, dem Abgas zuführbar. Hierfür ist die Zugabevorrichtung 1 über eine Zugabeleitung 2 an eine nicht dargestellte Dosiereinrichtung angeschlossen, von welcher eine bedarfsgerecht abgemessene Harnstoffmenge in die Zugabeleitung 2 abgegeben wird. Die Dosiereinrichtung kann für eine Abgabe des Reduktionsmittels in einphasiger, flüssiger Form oder zur Abgabe des Reduktionsmittels als fein verteiltes Aerosol ausgelegt sein, wobei im letztgenannten Fall zweckmäßigerweise eine Zerstäubung mittels Druckluft vorgesehen ist . Die Zugabeleitung 2 ist von außen in vorzugsweise radialer Richtung bis etwa in den mittleren Bereich der Abgasleitung 10 geführt, welche in diesem Bereich ein Venturirohr aufweist . Die spezielle Ausführungsführungsform der ZugabeVorrichtung 1 und der Abgasleitung 10 in dem maßgebenden Bereich 9 sind im einzel- nen in Fig. 2 dargestellt , worauf weiter unten näher eingegangen wird.
In der Zugabeleitung 2 ist ein erstes Ventil 8 angeordnet , über welches die Zugabeleitung 2 nach Beendigung einer Harnstoffzugäbe abgesperrt werden kann.
Nach Beendigung der Harnstoffzugäbe besteht j edoch die Gefahr eines unkontrollierten Nachtropfens oder einer Verstopfung der Düsenöffnung der Zugabevorrichtung 1 , beispielsweise durch Auskristallisieren von Harnstoff . Um dies zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Zugabevorrichtung 1 nach Beendigung der Harnstoffzugäbe zu entleeren bzw. freizu- blasen bzw. zu belüften. Hierzu ist die Zugabeleitung 2 stromab des ersten Ventils 8 mit einer Belüftungsleitung 6 verbunden, welche nach Beendigung der Reduktionsmittelzugäbe mittels eines zweiten Ventils 7 zur Entleerung der Zugabevorrichtung 1 geöffnet wird und ansonsten geschlossen ist .
In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, die Zugabeleitung 2 über einen Leitungsabschnitt 6a der Belüftungsleitung 6 mit der Abgasleitung 10 zu verbinden, während in einer alternativen zweiten Ausführungsform die Zugabeleitung 2 über einen Leitungsabschnitt 6b der Belüftungsleitung 6 mit der Umgebung verbindbar ist .
Wird die Zugabe von Harnstofflösung beendet , so wird in der Zugabeleitung 2 stromab des ersten Ventils 8 vorhandene Harnstofflösung durch den Unterdrucks stromab der Abgabestelle entfernt , was infolge des Nachströmens von Abgas bzw. Umgebungsluft durch das geöffnete zweite Ventil 7 ermöglicht ist . Die Zugabeleitung 2 stromab des ersten Ventils 8 wird daher entleert und auf diese Weise ein Nachtropfen oder ein Verstopfen vermieden. Alternativ kann vorgesehen sein, die Belüftungsleitung 6 einströmseitig an eine nicht dargestellte Pressluftversorgung anzuschließen und die Zugabevorrichtung 1 nach Beendigung einer Harnstoffzugäbe freizublasen. Zur näheren Erläuterung betreffend die Ausführung der erfindungsgemäßen Zugabevorrichtung 1 wird nachfolgend Bezug auf die Fig . 2 genommen, in welcher der in Fig . 1 mit der Bezugsziffer 9 versehene Bereich näher dargestellt ist , wobei die Bauteile , soweit sie denen der Fig . 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Gemäß der in Fig . 2 gezeigten schematischen Querschnittsdarstellung ist in der Abgasleitung 10 ein Venturirohr 11 angeordnet . Die Anordnung des Venturirohrs erfolgt vorzugsweise wie in Fig . 2 dargestellt koaxial in Bezug auf die Mittelachse 15 der Abgasleitung 10 und mit einem radialem Abstand zur Abgasleitung 10. Das Venturirohr 11 ist dabei bevorzugt mittels einer Strebe 14 mit der Abgasleitung 10 fest verbunden. Die Zugabeleitung 2 der Zugabevorrichtung 1 ist etwa im axial mittleren Bereich des Venturirohrs radial durch die Wandung der Abgasleitung 10 und des Venturirohrs 11 geführt . Endseitig weist die Zugabeleitung 2 ein Düsenteil 12 auf, welches im mittleren Bereich des Venturirohrs 11 in Richtung der mit dem Pfeil 16 gekennzeichneten Abgasströmung abgebogen ausgeführt ist und in einer vorzugsweise düsenartig verengten Spitze 13 ausmündet . Alternativ kann die Spitze 13 auch mit mehreren Düsenöffnungen versehen sein. Erfindungs- gemäß ist vorgesehen, dass das Düsenteil 12 auswechselbar an der Zugabeleitung 2 befestigt ist . Vorzugsweise ist hierfür für das Düsenteil 12 und die Zugabeleitung 2 eine Schraubverbindung vorgesehen, so dass das Düsenteil 12 durch einfaches Abschrauben entfernt und durch ein anderes Düsenteil 12 ersetzt werden kann. Obschon die erfindungsgemäße Zugabevorrichtung 1 zur Dosierung verschiedenster, insbesondere in flüssiger Form vorliegender Zuschlagmedien geeignet ist , wird sie vorzugsweise zur Einbringung von Harnstoff in das Abgas der Brennkraftmaschine 3 eingesetzt . Dabei wirkt der Harnstoff als selektives Reduktionsmittel zur katalytischen Stickoxidverminderung . Der Harnstoff liegt für eine Dosierung mit der erfindungsgemäßen Zugabevorrichtung 1 vorzugsweise in Form einer wässrigen Lösung vor oder wird als aerosolartiger Nebel ins Abgas eingedüst . Der infolge des Abgasstroms im ausgangsseitig des Venturirohrs 11 entstehende Unterdruck vergrößert den zwischen einer nicht dargestellten Reduktionsmittel-Einspeisestelle der Zugabeleitung 2 und Düsenspitze 13 vorhandenen Differenzdruck, wodurch die Zerstäubung des Reduktionsmittels im Abgas verbessert ist . Dabei kann vorgesehen sein, zusätzlich Überdruck mittels einer nicht dargestellten externen Pumpeneinheit aufzubauen, um die Zerstäubung weiter zu verbessern . Nach Beendigung eines Reduktionsmittelzugabevorgangs und Betätigung der Ventile 7 , 8 erfolgt selbsttätig eine Entleerung der Zugabeleitung 2 im Bereich der Abgasleitung 10 , wodurch einerseits ein unkontrolliertes Nachtropfen von Reduktionsmittel und andererseits eine Verstopfung des Düsenteils 12 durch auskristallisierenden Harnstoff oder verkokendes Reduktionsmittel vermieden wird. Durch die erfindungsgemäße austauschbare Ausführung des Düsenteils 13 ist einerseits die Betriebssicherheit der Zugabevorrichtung 1 weiter verbessert , da das Düsenteil 12 beispielsweise bei routinemäßigen Wartungsarbeiten auf einfache Weise ersetzt werden kann . Andererseits ist eine einfache Anpassung der Zugabevorrichtung 1 an unterschiedliche oder veränderte Durchsatzbedingungen ermöglicht .

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. ZugabeVorrichtung (1) zur Zugabe von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung (10) einer Brennkraftmaschine (3 ) , umfassend ein in der Abgasleitung (10) angeordnetes Venturirohr (11) und eine von außen in das Venturirohr
(11) geführte Zugabeleitung (2) , dadurch gekennzeichnet , dass Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung (2 ) nach einer Beendigung der Reduktionsmittelzugäbe vorgesehen sind.
2. Zugabevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung (2) eine Belüftungsleitung (6) umfassen, über welche die Zugabeleitung (2 ) mit der Umgebung verbindbar ist .
3. Zugabevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Mittel zur Belüftung der Zugabeleitung (2 ) eine Belüftungsleitung (6) umfassen, über welche die Zugabeleitung (2) mit der Abgasleitung (10) verbindbar ist .
4. Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , die Zugabeleitung (2) endseitig ein auswechselbares Düsenteil (12) aufweist .
PCT/EP2006/000575 2005-02-11 2006-01-24 Zugabevorrichtung zur zugabe von reduktionsmittel in eine abgasleitung einer brennkraftmaschine WO2006084569A1 (de)

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