WO2012000582A1 - Reduktionsmittelzugabesystem - Google Patents

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WO2012000582A1
WO2012000582A1 PCT/EP2011/002316 EP2011002316W WO2012000582A1 WO 2012000582 A1 WO2012000582 A1 WO 2012000582A1 EP 2011002316 W EP2011002316 W EP 2011002316W WO 2012000582 A1 WO2012000582 A1 WO 2012000582A1
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas system for a motor vehicle, in particular for a passenger car, with at least one tube which surrounds an inner tube, which can be bypassed by exhaust gas and flowed through by exhaust gas in the axial direction. Furthermore, an injector is provided, by means of which a reduction agent suitable for reducing nitrogen oxides to nitrogen reducing agent in the inner tube can be introduced.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • an aqueous urea solution is introduced into an exhaust gas system of the motor vehicle.
  • the solution is not injected directly into the exhaust line in front of the SCR catalyst, but a little way in front of the catalyst, for example about 60 cm upstream of the same.
  • a pipe section of the exhaust line from the injection to the SCR catalyst is referred to as a mixing section. In this mixing section, the evaporation of the aqueous urea solution takes place, and from the urea, ammonia is released, which is then available in the SCR catalyst for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides to nitrogen available.
  • DE 10 2004 020 138 A1 describes a reducing agent addition system for a commercial vehicle, in which a first pipe is connected to a second pipe via a corrugated hose. Within the corrugated hose, an inner tube is arranged, which can be flowed through by exhaust gas both in the axial direction and by the exhaust gas on the outside. An injector passes through the first tube, and an exit nozzle of the injector is angled so that the aqueous urea solution exits the nozzle in the axial direction during operation of the injector.
  • Object of the present invention is to provide an exhaust system of the type mentioned, which is designed to save space and allows a particularly good mixing of the reducing agent with exhaust gas.
  • the exhaust gas line according to the invention which can be used in particular in a passenger car, comprises at least one tube which surrounds an inner tube which can be flowed around by exhaust gas and can be flowed through by exhaust gas in the axial direction.
  • An injector for introducing a reducing agent suitable for reducing nitrogen oxides to nitrogen in the inner tube opens into the inner tube obliquely to the axial direction of the inner tube. Due to the obliquely with respect to the inner tube arrangement of the injector space requirements of the injector is particularly low, and the exhaust system can be designed to save space. Due to the fact that the reducing agent enters the inner tube obliquely to the axial main direction of the exhaust gas flowing through the inner tube, a particularly good mixing of the reducing agent with the exhaust gas is also achievable.
  • the inner tube is also surrounded on the outer peripheral side of exhaust gas.
  • the inner tube has a particularly high surface temperature, and the reducing agent introduced into the inner tube by means of the injector is vaporized particularly quickly.
  • the rapid evaporation of the reducing agent also allows a rapid processing of the reducing agent, such as when using an aqueous urea solution, a release of ammonia from the urea, and a particularly uniform distribution of the reducing agent in the exhaust gas.
  • the reducing agent injected directly into the inner tube is entrained by the partial flow of the exhaust gas which flows in the axial direction through the inner tube. After flowing through the inner tube, the exhaust gas acted upon by the reducing agent is mixed with the partial flow of the exhaust gas which has flowed past the inner tube on the outer peripheral side.
  • the inner tube is arranged in the region of a decoupling element, by means of which a first tube is connected to a second pipe of the exhaust gas line.
  • the inner tube shields the decoupling of the in the reducing gas introduced from the exhaust line, so that it can not come to a deposition of ingredients of the reducing agent on the decoupling.
  • the reduction of vibrations also contributes to the fact that the exhaust line has a particularly high durability, since it leads to a lower
  • Ingredients of the reducing agent can come to the decoupling element.
  • the injector can open into the inner tube upstream of the decoupling element or in the region of the decoupling element, since it is ensured by the inner tube that no reducing agent comes into contact with the inner tube.
  • An exhaust system 10 of a passenger car comprises a first tube 12, which is connected by means of a corrugated tube 14 with a second tube 16.
  • the corrugated tube 14 serves as a decoupling element, since it reduces a transmission of vibrations from the first tube 12 to the second tube 16.
  • the tubes 12, 16 and the corrugated tube 14 surround an inner tube 18, which is connected via holders 20 fixed to the first tube 12.
  • An injector 22 opens obliquely into the inner tube 18, so that a urea solution 24 emerging from the injector 22 enters the inner tube 18 transversely to the axial flow direction of the exhaust gas through the inner tube 18.
  • the exhaust gas flowing through the inner pipe 18 is illustrated by flow arrows 26 which simultaneously indicate the axial direction of the inner pipe 18.
  • the inner pipe 18 can also be flowed around on the outside by exhaust gas, wherein this partial flow of the exhaust gas is also illustrated by flow arrows 28.
  • the inner tube 18 has a very high surface temperature, and a particularly rapid evaporation of the aqueous urea solution 24 takes place.
  • the injector 22 opens obliquely into the inner tube 18, a particularly intensive and rapid mixing of the urea solution 24 and released from this ammonia with the exhaust gas is possible.
  • this mixing is assisted by a mixer 30 which, as shown here by way of example, is arranged downstream of a metering nozzle 32 receiving the injector 22.
  • the mixer 30 may also be disposed downstream of an outlet 34 of the inner tube 18 in alternative embodiments.
  • the outlet 34 of the inner tube 18 protrudes into the second tube 16, so that it comes to lie downstream of an end 36 of the corrugated tube 14. As a result, it is particularly reliably avoided that the corrugated tube 14 comes into contact with the urea solution 24.
  • the inner tube 18 is tapered towards an inlet 38 of the inner tube 18. This results in a region downstream of the inlet 38 favorable pressure conditions for introducing the aqueous urea solution 24 in this area. These pressure conditions are the rapid and intensive mixing of the urea solution 24 with the exhaust gas in the inner tube 18 beneficial.
  • both the first tube 12 and the second tube 16 are double-walled, so that an air gap insulation ensures particularly good thermal insulation of the exhaust gas located in the exhaust line 10. This can also be a particularly rapid evaporation and processing of the urea solution 24 can be achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasstrang (10) für einen Personenkraftwagen mit wenigstens einem Rohr (12, 14, 16), welches ein von Abgas umströmbares und in axialer Richtung von Abgas durchströmbares Innenrohr (18) umgibt. Ein Injektor (22) ist zum Einbringen eines zum Reduzieren von Stickoxiden zu Stickstoff geeigneten Reduktionsmittels (24) in das Innenrohr (18) ausgelegt und mündet schräg zu der axialen Richtung des Innenrohrs (18) in das Innenrohr (18) ein.

Description

REDUKTIONSMITTELZUGABESYSTEM
Die Erfindung betrifft einen Abgasstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit wenigstens einem Rohr, welches ein von Abgas umströmbares und in axialer Richtung von Abgas durchströmbares Innenrohr umgibt. Des Weiteren ist ein Injektor vorgesehen, mittels welchem ein zum Reduzieren von Stickoxiden zu Stickstoff geeignetes Reduktionsmittel in das Innenrohr einbringbar ist.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Reduzierung von Emissionen an Stickoxiden bei einem Kraftfahrzeug mit Dieselmotor einen SCR-Katalysator einzusetzen (SCR = selective catalytic reaction, selektive katalytische Reduktion). Hierbei wird in einen Abgasstrang des Kraftfahrzeugs eine wässrige Harnstofflösung eingebracht. Damit die wässrige Harnstofflösung verdampfen und sich im Abgas gleichmäßig verteilen kann, wird die Lösung nicht direkt vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang eingespritzt, sondern ein Stück weit vor dem Katalysator, beispielsweise rund 60 cm stromaufwärts desselben. Eine Rohrstrecke des Abgasstrangs vom Einspritzort bis zum SCR-Katalysator wird als Mischstrecke bezeichnet. In dieser Mischstrecke findet das Verdampfen der wässrigen Harnstofflösung statt, und aus dem Harnstoff wird Ammoniak freigesetzt, welcher anschließend in dem SCR-Katalysator zum selektiven katalytischen Reduzieren von Stickoxiden zu Stickstoff zur Verfügung steht.
Die DE 10 2004 020 138 A1 beschreibt ein Reduktionsmittelzugabesystem für ein Nutzfahrzeug, bei welchem ein erstes Rohr über einen Wellschlauch mit einem zweiten Rohr verbunden ist. Innerhalb des Wellschlauchs ist ein Innenrohr angeordnet, welches sowohl in axialer Richtung von Abgas durchströmbar als auch außenseitig von Abgas umströmbar ist. Ein Injektor tritt durch das erste Rohr hindurch, und eine Austrittsdüse des Injektors ist abgewinkelt, sodass die wässrige Harnstofflösung beim Betrieb des Injektors in axialer Richtung aus der Düse austritt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgasstrang der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bauraumsparend ausgebildet ist und eine besonders gute Durchmischung des Reduktionsmittels mit Abgas ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgasstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Abgasstrang, welcher insbesondere bei einem Personenkraftwagen zum Einsatz kommen kann, umfasst wenigstens ein Rohr, welches ein von Abgas umströmbares und in axialer Richtung von Abgas durchströmbares Innenrohr umgibt. Ein Injektor zum Einbringen eines zum Reduzieren von Stickoxiden zu Stickstoff geeigneten Reduktionsmittels in das Innenrohr mündet schräg zu der axialen Richtung des Innenrohrs in das Innenrohr ein. Durch die in Bezug auf das Innenrohr schräge Anordnung des Injektors ist ein Platzbedarf des Injektors besonders gering, und der Abgasstrang kann besonders bauraumsparend ausgebildet werden. Dadurch, dass das Reduktionsmittel schräg zu der axialen Hauptrichtung des durch das Innenrohr strömenden Abgases in das Innenrohr eintritt, ist zudem eine besonders gute Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas erreichbar.
Das Innenrohr wird auch außenumfangsseitig von Abgas umströmt. Dadurch weist das Innenrohr eine besonders hohe Oberflächentemperatur auf, und das mittels des Injektors in das Innenrohr eingebrachte Reduktionsmittel wird besonders schnell verdampft. Das schnelle Verdampfen des Reduktionsmittels ermöglicht darüber hinaus ein rasches Aufbereiten des Reduktionsmittels, etwa bei Verwendung einer wässrigen Harnstofflösung ein Freisetzen von Ammoniak aus dem Harnstoff, und ein besonders gleichmäßiges Verteilen des Reduktionsmittels im Abgas.
Das direkt in das Innenrohr eingespritzte Reduktionsmittel wird von demjenigen Teilstrom des Abgases mitgerissen, welcher in axialer Richtung durch das Innenrohr strömt. Nach dem Durchströmen des Innenrohrs wird das mit dem Reduktionsmittel beaufschlagte Abgas mit dem Teilstrom des Abgases vermischt, welcher außenumfangsseitig an dem Innenrohr vorbeigeströmt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Innenrohr im Bereich eines Entkoppelelements angeordnet, mittels welchem ein erstes Rohr an ein zweites Rohr des Abgasstrangs angebunden ist. Das Innenrohr schirmt das Entkoppelelement von dem in den Abgasstrang eingebrachten Reduktionsmittel ab, sodass es auf dem Entkoppelelement nicht zu einer Ablagerung von Inhaltsstoffen des Reduktionsmittels kommen kann.
Das Entkoppelelement, bei welchem es sich um ein Wellrohr, insbesondere um einen Metallbalg, handeln kann, sorgt dafür, dass Schwingungen des Abgasstrangs besonders weitgehend unterbunden werden können. Dies wirkt sich vorteilhaft auf das NVH-Verhalten (NVH = noise, Vibration, harshness; Geräusch, Vibration, Rauhigkeit) des Kraftfahrzeugs aus. Es kommt also zu besonders wenigen, als Geräusch hörbaren und/oder als
Vibrationen spürbaren Schwingungen des Abgasstrangs, wenn dieser das Entkoppelelement aufweist. Das Reduzieren von Schwingungen trägt auch dazu bei, dass der Abgasstrang eine besonders hohe Haltbarkeit aufweist, da es zu einer geringeren
Materialbeanspruchung kommt.
Durch das Innenrohr ist also verhindert, dass Reduktionsmittel an das im Vergleich zu dem Innenrohr kühle Entkoppelelement gelangt und dass es zu einer Abscheidung von
Inhaltsstoffen des Reduktionsmittels an dem Entkoppelelement kommen kann.
Der Injektor kann stromaufwärts des Entkoppelelements oder im Bereich des Entkoppelelements in das Innenrohr einmünden, da durch das Innenrohr sichergestellt ist, dass kein Reduktionsmittel mit dem Innenrohr in Kontakt kommt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt einen Abgasstrang für einen Personenkraftwagen, bei welchem stromaufwärts eines Wellrohrs, welches zwei Rohre miteinander verbindet, ein Injektor in ein Innenrohr einmündet, welches das Wellrohr von einer in das Innenrohr injizierten Harnstofflösung abschirmt. Ein Abgasstrang 10 eines Personenkraftwagens umfasst ein erstes Rohr 12, welches mittels eines Wellrohrs 14 mit einem zweiten Rohr 16 verbunden ist. Das Wellrohr 14 dient als Entkoppelelement, da es ein Übertragen von Schwingungen von dem ersten Rohr 12 auf das zweite Rohr 16 vermindert.
Die Rohre 12, 16 und das Wellrohr 14 umgeben ein Innenrohr 18, welches über Halter 20 fest mit dem ersten Rohr 12 verbunden ist. Ein Injektor 22 mündet schräg in das Innenrohr 18 ein, sodass eine aus dem Injektor 22 austretende Harnstofflösung 24 quer zur axialen Strömungsrichtung des Abgases durch das Innenrohr 18 in das Innenrohr 18 eintritt. Das durch das Innenrohr 18 strömende Abgas ist durch Strömungspfeile 26 veranschaulicht, welche gleichzeitig die axiale Richtung des Innenrohrs 18 angeben. Das Innenrohr 18 ist jedoch auch außenseitig von Abgas umströmbar, wobei dieser Teilstrom des Abgases ebenfalls durch Strömungspfeile 28 veranschaulicht ist.
Dadurch, dass das Abgas auch außenseitig das Innenrohr 18 umströmt, weist das Innenrohr 18 eine sehr hohe Oberflächentemperatur auf, und es kommt zu einem besonders raschen Verdampfen der wässrigen Harnstofflösung 24. Gleichzeitig wird aus dem Harnstoff Ammoniak freigesetzt, welcher in einem (nicht gezeigten) stromabwärts des zweiten Rohrs 16 angeordneten SCR-Katalysator (= selective catalytic reduction) eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden zu Stickstoff ermöglicht.
Dadurch, dass der Injektor 22 schräg in das Innenrohr 18 einmündet, ist eine besonders intensive und rasche Durchmischung der Harnstofflösung 24 und des aus dieser freigesetzten Ammoniaks mit dem Abgas ermöglicht. Diese Durchmischung wird vorliegend durch einen Mischer 30 unterstützt, welcher wie vorliegend beispielhaft gezeigt, stromabwärts eines den Injektor 22 aufnehmenden Dosierstutzens 32 angeordnet ist.
Der Mischer 30 kann in alternativen Ausführungsformen auch stromabwärts eines Auslasses 34 des Innenrohrs 18 angeordnet sein. Der Auslass 34 des Innenrohrs 18 ragt vorliegend in das zweite Rohr 16 hinein, sodass er stromabwärts eines Endes 36 des Wellrohrs 14 zu liegen kommt. Dadurch ist besonders sicher vermieden, dass das Wellrohr 14 mit der Harnstofflösung 24 in Kontakt kommt.
Das Innenrohr 18 ist vorliegend sich zu einem Einlass 38 des Innenrohrs 18 hin verjüngend ausgebildet. Dadurch entsteht in einem Bereich stromabwärts des Einlasses 38 günstige Druckverhältnisse zum Einbringen der wässrigen Harnstofflösung 24 in diesen Bereich. Diese Druckverhältnisse sind der raschen und intensiven Durchmischung der Harnstofflösung 24 mit dem Abgas im Innenrohr 18 zuträglich.
Vorliegend sind sowohl das erste Rohr 12 als auch das zweite Rohr 16 doppelwandig ausgebildet, sodass eine Luftspaltisolierung für eine besonders gute thermische Isolierung des sich in dem Abgasstrang 10 befindenden Abgases sorgt. Dadurch kann ebenfalls ein besonders rasches Verdampfen und Aufbereiten der Harnstofflösung 24 erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
Abgasstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit wenigstens einem Rohr (12, 14, 16), welches ein von Abgas umströmbares und in axialer Richtung von Abgas durchströmbares Innenrohr (18) umgibt, und mit einem Injektor (22) zum Einbringen eines zum Reduzieren von Stickoxiden zu Stickstoff geeigneten Reduktionsmittels (24) in das Innenrohr (18),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Injektor (22) schräg zu der axialen Richtung des Innenrohrs (18) in das Innenrohr (18) einmündet.
Abgasstrang nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Innenrohr (18) im Bereich eines Entkoppelelements (14) angeordnet ist, mittels welchem ein erstes Rohr (12) an ein zweites Rohr (16) des Abgasstrangs (10) angebunden ist.
Abgasstrang nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Injektor (22) stromaufwärts des Entkoppelelements (14) oder im Bereich des Entkoppelelements (14) in das Innenrohr (18) einmündet.
Abgasstrang nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Auslass (34) des Innenrohrs (18) über ein Ende (36) des Entkoppelelements (14) hinaus in das zweite Rohr ( 6) hineinreicht.
5. Abgasstrang nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Innenrohr (18) an dem stromaufwärts des Entkoppelelements (14) angeordneten ersten Rohr (12) mittels wenigstens eines Halteelements (20) festgelegt ist.
6. Abgasstrang nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Rohr (12) und/oder das zweite Rohr (16) doppelwandig ausgebildet sind.
7. Abgasstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Innenrohr ( 8) sich einlassseitig verjüngend ausgebildet ist.
8. Abgasstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 7
gekennzeichnet durch
wenigstens eine im Bereich des Innenrohrs (18) und/oder stromabwärts des Innenrohrs (18) angeordnete Mischeinrichtung (30) zum Vermischen des
Reduktionsmittels (24) mit dem Abgas.
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