WO2013079509A1 - Exhaust gas aftertreament system and method for introducing a reductant into an exhaust gas channel of an internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas aftertreament system and method for introducing a reductant into an exhaust gas channel of an internal combustion engine Download PDF

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WO2013079509A1
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mixing chamber
reducing agent
exhaust
metering pump
line
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Rainer Gansel
Andreas Kerst
Ulrich Meingast
Godehard Nentwig
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Exhaust gas aftertreatment system and method for introducing a reducing agent into an exhaust passage of an internal combustion engine Exhaust gas aftertreatment system and method for introducing a reducing agent into an exhaust passage of an internal combustion engine
  • the invention relates to an exhaust aftertreatment system and a method for introducing a reducing agent into an exhaust passage of an internal combustion engine according to the preamble of the independent claims.
  • exhaust aftertreatment systems for the aftertreatment of the exhaust gases of internal combustion engines, in particular for the aftertreatment of nitrogen oxides in the exhaust gas, exhaust aftertreatment systems are known in which a reducing agent, usually aqueous urea solution is metered into the exhaust duct of the internal combustion engine, wherein ammonia is formed from the aqueous urea solution by hydrolysis in the exhaust duct.
  • a reducing agent usually aqueous urea solution
  • ammonia is formed from the aqueous urea solution by hydrolysis in the exhaust duct.
  • the nitrogen oxides are converted by the ammonia to environmentally harmless substances such as nitrogen and water.
  • an exhaust aftertreatment system is known in which aqueous urea solution and compressed air are supplied via a pump to a mixing chamber, the urea solution is atomized by means of compressed air in the mixing chamber and the aerosol is metered into the exhaust passage by means of an injection valve.
  • the exhaust aftertreatment system according to the invention and the method for introducing a reducing agent into an exhaust passage of an internal combustion engine with the features of the independent claims have the advantage that the pump are designed as a metering pump, wherein the promotion and a demand-based metering of the reducing agent to the mixing chamber or to the exhaust passage through the Metering pump takes place.
  • the metering pump is valve-free connected via a reducing agent line to the exhaust passage of an internal combustion engine.
  • valve-free connection of the metering pump to the exhaust duct makes the system "ice-proof", which means that if reductant in the reductant line freezes, it is possible for this reductant to expand without damaging components of the exhaust aftertreatment system
  • the space between the mixing chamber and the metering pump does not expose it to the high thermal load through the exhaust gas duct, while the reducing agent may extend over the end of the reducing agent line in the direction of the mixing chamber or the exhaust gas duct Due to the gapless arrangement of the mixing chamber on the exhaust gas duct, an additional line connecting the mixing chamber and the exhaust gas duct can be dispensed with ammer be heated by the exhaust duct, for example, to promote evaporation of the reducing agent or melt deposits of the reducing agent in the mixing chamber.
  • the measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the specified exhaust aftertreatment system and the specified method are possible.
  • the reducing agent line at least in an opening into the mixing chamber section, is designed as a capillary. Due to the high adhesion forces between the liquid reducing agent and the wall of the capillary, an uncontrolled entry of the reducing agent from the reducing agent line into the mixing chamber is avoided. Thus, only reducing agent enters the mixing chamber, if the reducing agent in the capillary is additionally set under a, compared to the pressure in the mixing chamber, increased pressure. Furthermore, the free surface of the reducing agent with respect to the interface to the outlet opening in the mixing chamber is small, so that there is only a slight evaporation of the reducing agent.
  • a throttle is arranged in the reducing agent line between the metering pump and the mixing chamber. Through the throttle pressure fluctuations in the reducing agent line can be damped, so that no unwanted metering of reducing agent into the mixing chamber.
  • heating means in particular an exhaust gas are provided in the exhaust passage, which heat the mixing chamber to a temperature above a melting temperature of crystallization of the reducing agent.
  • the heating means such as an electrical resistance heater
  • the mixing chamber can also be heated to a temperature above the melting temperature of crystallization of the reducing agent in operating points of the internal combustion engine in which the heat supplied by the exhaust gas of the internal combustion engine alone is insufficient.
  • conveying means are provided which convey the reducing agent, in particular in a shutdown request for the internal combustion engine, from the reducing agent line in the reservoir.
  • the conveying means in particular of the metering pump different funding, the reducing agent from the reducing agent line can be conveyed back into the reservoir, which can be dispensed with a freeze-resistant design of the system and the components of the system of low mate- rials, for example, simple polymer materials manufactured can be.
  • the mixing chamber is connected via a spray tube with an exhaust passage of an internal combustion engine.
  • the atomized reducing agent can be supplied to the exhaust passage such that the exiting reducing agent does not deposit on the walls of the exhaust passage.
  • a valve in particular a check valve, is arranged.
  • the compressed gas supply to the mixing chamber can be interrupted or opened as needed, whereby the demand for compressed gas, compared to a continuous supply of the mixing chamber with compressed gas, is reduced.
  • a return impact valve which additionally prevents backflow of the reducing agent from the mixing chamber into the pressurized gas supply.
  • valve in the compressed gas supply and the metering pump are controlled by a common control unit, as can be the amount of supplied compressed gas ideally adapted to the supplied by the metering amount of the reducing agent.
  • FIGS. 1 and 2 identical components or components having the same function are identified by the same reference numerals.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention.
  • FIG. 3 shows a further alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention.
  • FIG. 4 shows a further alternative exemplary embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exhaust gas aftertreatment system 10 according to the invention.
  • a reservoir 40 for a reducing agent 42 is connected via a line 43, 45 with a delivery unit 50.
  • a filter 44 is arranged in the line 43,45 .
  • the delivery unit 50 comprises a metering pump 55 and a prefilter 52.
  • the delivery unit 50 is connected via a reducing agent line 60 to a first input 71 of a mixing chamber 70.
  • the delivery unit 50 is spatially separated from the mixing chamber 70.
  • the mixing chamber 70 has a second input 72, via which a compressed gas supply 30 is connected to the mixing chamber 70.
  • the pressurized gas supply 30 comprises a pressurized gas source 32, from which a gas 33 under a pressure can be supplied to the mixing chamber 70 via a supply line 34, 36.
  • a valve 35 is arranged, with which the compressed gas source 32 can be separated from the mixing chamber 70.
  • the mixing chamber 70 has a mixing space 75 into which the supply line 34, 36 and the reducing agent line 60 open. Between the first input 71 of the mixing chamber 70 and the mixing space 75, a filter 74 and a throttle 73 are arranged in the reducing agent line 60.
  • a spray pipe 77 leads into an exhaust gas duct 20 of an internal combustion engine 5, wherein the mixing chamber 70 or the mixing space 75 are arranged directly on an exhaust-carrying region of the exhaust gas duct 20.
  • a device 25 for exhaust aftertreatment in the exhaust passage 20 is arranged in the exhaust gas flow direction downstream of the spray tube 77.
  • a control unit 80 is connected via a signal line 82 to the metering pump 55 of the delivery unit 50.
  • the control unit 80 is connected via a further signal line 84 to the valve 35.
  • the metering pump 55 of the delivery unit 50 is valve-free connected to the exhaust passage 20, ie between the output of the metering pump 55 and the exhaust passage no valve is arranged, the metering pump 55 itself, however, may have a known pressure-side valve to complete a compression space in the metering pump 55.
  • the exhaust gas of the engine 5 flows through the exhaust passage 20 to the exhaust gas aftertreatment device 25.
  • a reducing agent 42 can be metered into the exhaust duct 20 exhaust duct 20 via the spray tube 77.
  • the control of the exhaust aftertreatment system 10 is carried out by the control unit 80, via which the metering pump 55 of the delivery unit 50 is driven.
  • the reducing agent 42 is conveyed from the reservoir 40 via the line 43 to a first filter 44, in which particles and impurities are filtered out of the reducing agent. Via the line 45, the reducing agent 42 is further promoted to the delivery unit 50. In the delivery unit 50, the reducing agent 42 flows through a further filter 52, in which again impurities and particles are filtered out of the reducing agent 42, and reaches the metering pump 55.
  • the metering pump 55 measures depending on the signal of the control device 80, a quantity of the reducing agent 42 and promotes this amount of reducing agent 42 via the reducing agent line 60 to the first input 71 of the mixing chamber 70.
  • the reducing agent 42 flows through another filter 74 and a throttle 73 before it enters the mixing chamber 75.
  • the reducing agent 42 is atomized by means of a gas 33, wherein the supply of the gas 33 via a line 36 which is connected to a second input 72 of the mixing chamber 70.
  • the compressed gas supply 30 is connected, wherein the gas 33 flows from the compressed gas source 32, for example a compressed air reservoir, via the line 34, 36 to the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70.
  • the gas is 33, preferably compressed air, under a relation to the pressure in the exhaust passage 20 and in the mixing chamber 75 increased pressure, for example, a pressure between 5 and 20bar.
  • the line 34, 36 by a valve 35 which is controlled by the controller 80, the connection between the compressed gas source 32 and the mixing chamber 70 close.
  • the valve 35 and the metering pump 55 via the control unit 80 and the need of the gas 33 for atomizing the reducing agent 42 are adapted to the supplied by the metering pump 55 to the mixing chamber 70 and the mixing chamber 75 amount of the reducing agent 42.
  • the atomized reducing agent 42 in particular an aerosol of the reducing agent 42, is supplied from the mixing chamber 75 via the spray tube 77 to the exhaust passage 20 and there supports the exhaust aftertreatment in the device 25 for exhaust aftertreatment.
  • a reducing agent 42 find, for example, aqueous urea solution or fuel, in particular diesel fuel, for the reduction of nitrogen oxides use.
  • the control of the valve 35 for example a solenoid valve, is carried out electrically, but can also be done mechanically, pneumatically or hydraulically.
  • the control of the metering pump 55 is also preferably carried out electrically, but is not limited to electrical drive sources.
  • the filters 44, 52, 74 in particular the filters 52 and 74, at least partially eliminated.
  • the throttle 73 in the reducing agent line 60 the entire reducing agent line 60 or at least the part of the reducing agent line 60 which opens into the mixing space 75 can also be designed as a capillary.
  • the throttle 73 can be completely eliminated.
  • FIG. 2 discloses a further exemplary embodiment of an exhaust aftertreatment system 10 according to the invention.
  • a mixing chamber 70 arranged directly on the exhaust duct 20 has two inlets 71, 72, the mixing chamber being connected to the delivery unit 50 via the first inlet 71 through the reducing agent line 60.
  • the second input 72 of the mixing chamber 70 is connected in this embodiment via a second line 34 for the gas 33 to the delivery unit 50.
  • the delivery unit 50 includes the metering pump 55, with which the reducing agent 42 are supplied from the reservoir 40 of the mixing chamber 70 can.
  • the delivery unit 50 has a compressed gas supply 30 with a further pump 90, wherein the further pump 90 is connected via a line 92 to the environment.
  • a drive unit 91 for example an electric motor, is arranged.
  • an air filter 29 is arranged in line 92.
  • the line 34 which connects the further pump 30 with the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70, comprises a storage volume 37 and a further filter 38 to filter out impurities from the compressed gas 33.
  • the delivery unit 50 is connected via a line 43,45 with the reservoir 40 for the reducing agent 42, wherein from the reducing agent line 60, which connects the metering pump 55 of the delivery unit 50 with the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70, a return line 57,59 branches off for returning the reducing agent 42 in the line 45 in front of the metering pump 55 opens.
  • a first, preferably electrically switchable, valve 53 and a check valve 54 is arranged in the return line 57, 59.
  • a control unit 80 is connected via a first signal line 82 to the metering pump 55 and via a second signal line 84 to the further pump 90 or the drive unit 91 of the further pump 90.
  • the metering pump 55 is actuated via the control unit 80, which conveys the reducing agent 42 to the mixing space 75 of the mixing chamber 70.
  • the further pump 90 is controlled by the control unit 80 directly or by means of the drive unit 91, whereby the mixing chamber 75 according to the amount of the supplied reducing agent 42, a corresponding amount of gas 33, in particular compressed air, is supplied, with which the reducing agent 42 in the mixing chamber 75 is atomized.
  • the valve 53 is closed, whereby the return line 57, 59 is interrupted and a return flow of the reducing agent 42 via the return line 57, 59 is prevented.
  • the return line 57, 59 is also interrupted by the check valve 54 in order not to bypass the metering produce pump 55, so that no reducing agent 42, for example, by an increase in pressure in the reservoir 40 on the metering pump 55 can flow past into the mixing chamber 70.
  • the need-based supply of reducing agent 42 and of the gas 33 required for atomizing the reducing agent 42 avoids unnecessary transport of fluids, as a result of which the exhaust-gas aftertreatment system 10 is particularly energy-efficient. If there is a shutdown request for the internal combustion engine 5 during normal operation of the exhaust aftertreatment system 10, parts of the exhaust aftertreatment system 10, in particular the mixing chamber 70 and the reducing agent line 60, are emptied. For this purpose, the valve 53 is opened.
  • pressurized gas 33 is fed to the mixing space 75, which presses the reducing agent 42 back into the mixing chamber 70 and into the reducing agent line 60.
  • the gas 33 By the gas 33, the reducing agent 42 is conveyed via the return line 57, 59 and the lines 45, 43 back into the reservoir 40.
  • the check valve 54 opens by the pressure of the gas 33 and the back-flowing reducing agent 33, whereby the connection via the return line 57, 59 is released.
  • FIG. 3 shows a further, alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system 10 according to the invention.
  • the structure corresponds largely to the structure of FIG. 1, so that will be discussed below only on the differences.
  • the reservoir 40 for the reducing agent 42 is connected via lines 43, 45 to the delivery unit 50, which in turn are connected via the reducing agent line 60 to the first input 71 of the mixing chamber 70.
  • the mixing chamber 70 has a mixing space 75, which is arranged within an exhaust gas leading portion of the exhaust passage 20.
  • a continuation of the reducing agent line 60 in the mixing chamber 70 has a filter 74 and a throttle 73, preferably a supercritical throttle, which are arranged between the first input 71 of the mixing chamber 70 and the mixing chamber 75.
  • the mixing space 75 is above a Compressed gas supply 30, which is connected to the second input 72 of the mixing chamber 70, acted upon by a pressurized gas 33, wherein between the second input 72 and the mixing chamber, a filter 38, a throttle 79 and a check valve 39 are arranged.
  • heating means 78 are arranged in the form of an electrical heating resistor, with which the mixing chamber 75 can be additionally heated.
  • the delivery unit 50 has, in addition to the metering pump 55, a return line 57, 59, in which a remindsaugpumpe 58 is arranged.
  • the return line 57, 59 represents a bypass to the metering pump 55, wherein the reducing agent 42 is connected from the reducing agent line 60 through the remindsaugpumpe 58 via the return line 57, 59 and the lines 45,43 with the reservoir 40.
  • the control unit 80 is connected to the metering pump 55 via a first signal line 82. Via a second signal line 84, the control device 80 is connected to the valve 35 in the line 34, 36, which connects the compressed gas source 32 with the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70.
  • a third signal line 86 leads from the controller 80 to the suction pump 58.
  • the metering of the reducing agent 42 is analogous to the comments on Fig. 1 and Fig. 2. Since it may occur in the use of reducing agents which contain soluble substances, such as aqueous urea solution, crystallization of these substances may be in the reducing agent 42 leading areas of the exhaust aftertreatment system, for example in the mixing chamber 70, in particular in the mixing chamber 75 in the spray tube 77, deposits and / or crystallization, which reduce the fluidic connection from the reservoir 40 to the exhaust duct 20 in cross section or completely clog, which a functional impairment can lead to failure of the exhaust aftertreatment system 10.
  • additional heating means 78 such as an electrical resistance heating or extended to operating conditions of the internal combustion engine 5, in which the supplied via the exhaust gas of the internal combustion engine 5 heat alone is not sufficient to melt the crystallization or decomposition of the deposits.
  • additional heating means 78 may also be integrated in the embodiments of FIGS. 1, 2 and 4 according to the embodiment of FIG. 3.
  • the additional heating means 78 and the mixing chamber 70 or the mixing chamber 75 and the spray tube 77 are heated solely by the heat of the exhaust gas in the exhaust duct 20 in such a way that the crystallization of the deposits or decomposition of the deposits occurs.
  • the return line 57,59 is closed by the remindsaugpumpe 58, so that no bypass of the metering pump 55 is possible.
  • the reducing agent 42 is conveyed from the reducing agent line 60 through the remindsaugpumpe 58 back into the reservoir 40.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention.
  • the embodiment of FIG. 4 differs from the embodiment of FIG. 2 only in so far that the further pump 90 is not integrated into the delivery unit 50, but the other pump 90, and standing with the other pump 90 in a directly functional relationship Air filter 29 and / or the optional storage volume 37 and the further filter 38 outside the delivery unit, in particular spatially separated from the delivery unit, is arranged.
  • the further pump 90 is driven by a drive unit 91 which, for example, is an electric motor.
  • the function corresponds largely to the embodiment of FIG. 2, however, the delivery unit 50 is less complex in manufacturing and assembly due to the smaller number of components and the other pump 90 can at any point, in particular remote from the exhaust duct 20 and or the reducing agent 42, be arranged.

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Abstract

The invention relates to an exhaust gas aftertreament system (10) and a method for introducing a reductant (42) into an exhaust gas channel (20) of an internal combustion engine (5). The exhaust gas aftertreament system (10) comprises a reservoir (40), a metering pump (55), a mixing chamber (70), and a compressed-gas supply (30). The metering pump (55) introduces the reductant (42) from the reservoir (40) into the mixing chamber (70), wherein the compressed-gas supply (30) introduces a gas (33) into the mixing chamber (70) in such a way that the reductant (42) is atomized. The mixing chamber (70) is arranged at a distance from the metering pump (55), wherein the metering pump (55) supplies the mixing chamber (70) with reductant (42) by means of a reductant line (60). The mixing chamber (70) is arranged directly at an area of the exhaust gas channel (20) that conducts exhaust gas. The metering pump (55) meters the reductant (42) to the exhaust gas channel (20).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine  Exhaust gas aftertreatment system and method for introducing a reducing agent into an exhaust passage of an internal combustion engine
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem sowie ein Verfahren zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. The invention relates to an exhaust aftertreatment system and a method for introducing a reducing agent into an exhaust passage of an internal combustion engine according to the preamble of the independent claims.
Zur Nachbehandlung der Abgase von Verbrennungsmotoren, insbesondere zur Nachbehandlung von Stickoxiden im Abgas, sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, bei denen ein Reduktionsmittel, meist wässrige Harnstofflösung in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors eindosiert wird, wobei aus der wässrigen Harnstofflösung durch Hydrolyse im Abgaskanal Ammoniak gebildet wird. Durch selektive katalytische Reduktion werden die Stickoxide durch den Ammoniak zu umweltunbedenklichen Stoffen wie Stickstoff und Wasser umgesetzt. Aus der DE 19856366 ist ein Abgasnachbehandlungssystem bekannt, bei dem wässrige Harnstofflösung und Druckluft über eine Pumpe einer Mischkammer zugeführt werden, die Harnstofflösung mittels der Druckluft in der Mischkammer zerstäubt wird und das Aerosol mittels eines Einspritzventils in den Abgaskanal eindosiert wird. For the aftertreatment of the exhaust gases of internal combustion engines, in particular for the aftertreatment of nitrogen oxides in the exhaust gas, exhaust aftertreatment systems are known in which a reducing agent, usually aqueous urea solution is metered into the exhaust duct of the internal combustion engine, wherein ammonia is formed from the aqueous urea solution by hydrolysis in the exhaust duct. By selective catalytic reduction, the nitrogen oxides are converted by the ammonia to environmentally harmless substances such as nitrogen and water. From DE 19856366 an exhaust aftertreatment system is known in which aqueous urea solution and compressed air are supplied via a pump to a mixing chamber, the urea solution is atomized by means of compressed air in the mixing chamber and the aerosol is metered into the exhaust passage by means of an injection valve.
Offenbarung Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem sowie das Verfahren zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Pumpe als Dosierpumpe ausgeführt sind, wobei die Förderung und eine bedarfsgerechte Zumessung des Reduktionsmittels zur Mischkammer beziehungsweise zum Abgaskanal durch die Dosierpumpe erfolgt. Dabei ist erfindungsgemäß die Dosierpumpe ventilfrei über eine Reduktionsmittelleitung mit dem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Kombination von Förder- und Zumessfunktion durch eine Dosierpumpe kann die Komplexität und somit die Kosten für das Abgasnachbehandlungssystem reduziert werden, da auf eine zusätzliche Dosiereinheit verzichtet werden kann. Durch die ventilfreie Verbindung der Dosierpumpe mit dem Abgaskanal ist das System„eisd ruckfest", das bedeutet, falls in der Reduktionsmittelleitung befindliches Reduktionsmittel gefriert, ist es möglich, dass sich dieses Reduktionsmittel ausdehnt, ohne Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems zu schädigen. Dies kann durch eine elastische Reduktionsmittelleitung sowie durch einen Volumenausgleich realisiert werden, da sich das Reduktionsmittel gegebenenfalls über das Ende der Reduktionsmittelleitung in Richtung der Mischkammer bzw. des Abgaskanals ausdehnen kann. Durch die räumliche Trennung von Mischkammer und Dosierpumpe ist diese nicht der hohen thermischen Belastung durch den Abgaskanal ausgesetzt, während die Mischkammer in vorteilhafter Weise durch den Abgaskanal beheizt wird. Durch die ab- standslose Anordnung der Mischkammer am Abgaskanal kann auf eine zusätzliche Leitung, welche die Mischkammer und den Abgaskanal verbindet, verzichtet werden. Ferner kann die Mischkammer durch den Abgaskanal beheizt werden, beispielsweise um ein Verdunsten des Reduktionsmittels zu fördern beziehungsweise Ablagerungen des Reduktionsmittels in der Mischkammer aufzuschmelzen. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des angegebenen Abgasnachbehandlungssystems sowie des angegebenen Verfahrens möglich. epiphany The exhaust aftertreatment system according to the invention and the method for introducing a reducing agent into an exhaust passage of an internal combustion engine with the features of the independent claims have the advantage that the pump are designed as a metering pump, wherein the promotion and a demand-based metering of the reducing agent to the mixing chamber or to the exhaust passage through the Metering pump takes place. In this case, according to the invention, the metering pump is valve-free connected via a reducing agent line to the exhaust passage of an internal combustion engine. The combination of delivery and metering functions by means of a metering pump can reduce the complexity and thus the costs for the exhaust gas aftertreatment system, since an additional metering unit can be dispensed with. The valve-free connection of the metering pump to the exhaust duct makes the system "ice-proof", which means that if reductant in the reductant line freezes, it is possible for this reductant to expand without damaging components of the exhaust aftertreatment system The space between the mixing chamber and the metering pump does not expose it to the high thermal load through the exhaust gas duct, while the reducing agent may extend over the end of the reducing agent line in the direction of the mixing chamber or the exhaust gas duct Due to the gapless arrangement of the mixing chamber on the exhaust gas duct, an additional line connecting the mixing chamber and the exhaust gas duct can be dispensed with ammer be heated by the exhaust duct, for example, to promote evaporation of the reducing agent or melt deposits of the reducing agent in the mixing chamber. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the specified exhaust aftertreatment system and the specified method are possible.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Reduktionsmittelleitung, zumindest in einem in die Mischkammer mündenden Abschnitt, als Kapillare ausgeführt ist. Durch die hohen Adhäsionskräfte zwischen dem flüssigen Reduktionsmittel und der Wand der Kapillare wird ein unkontrollierter Eintritt des Reduktionsmittels aus der Reduktionsmittelleitung in die Mischkammer vermieden. Somit tritt nur Reduktionsmittel in die Mischkammer ein, wenn das Reduktionsmittel in der Kapillare zusätzlich unter einen, gegenüber dem Druck in der Mischkammer erhöhten, Druck gesetzt wird. Ferner ist die freie Oberfläche des Reduktionsmittels gegenüber der Grenzfläche zur Austrittsöffnung in die Mischkammer klein, so dass es nur zu einer geringen Verdunstung des Reduktionsmittels kommt. An advantageous development is that the reducing agent line, at least in an opening into the mixing chamber section, is designed as a capillary. Due to the high adhesion forces between the liquid reducing agent and the wall of the capillary, an uncontrolled entry of the reducing agent from the reducing agent line into the mixing chamber is avoided. Thus, only reducing agent enters the mixing chamber, if the reducing agent in the capillary is additionally set under a, compared to the pressure in the mixing chamber, increased pressure. Furthermore, the free surface of the reducing agent with respect to the interface to the outlet opening in the mixing chamber is small, so that there is only a slight evaporation of the reducing agent.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn in der Reduktionsmittelleitung zwischen der Dosierpumpe und der Mischkammer eine Drossel angeordnet ist. Durch die Drossel können Druckschwankungen in der Reduktionsmittelleitung gedämpft werden, so dass keine ungewollte Eindosierung von Reduktionsmittel in die Mischkammer erfolgt. It is particularly advantageous if a throttle is arranged in the reducing agent line between the metering pump and the mixing chamber. Through the throttle pressure fluctuations in the reducing agent line can be damped, so that no unwanted metering of reducing agent into the mixing chamber.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass Heizmittel, insbesondere ein Abgas in dem Abgaskanal vorgesehen sind, welche die Mischkammer auf eine Temperatur oberhalb einer Schmelztemperatur von Auskristallisationen des Reduktionsmittels erhitzen. Durch die Heizmittel, beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung, kann die Mischkammer auch in Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, in denen die durch das Abgas der Brennkraftmaschine zugeführte Wärme allein nicht ausreicht, auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur von Auskristallisationen des Reduktionsmittels erhitzt werden. Somit wird eine Funktionsstörung des Abgasnachbehand- lungssystem durch Kristallbildung in der Mischkammer in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine sicher verhindert. A further advantageous development is that heating means, in particular an exhaust gas are provided in the exhaust passage, which heat the mixing chamber to a temperature above a melting temperature of crystallization of the reducing agent. By the heating means, such as an electrical resistance heater, the mixing chamber can also be heated to a temperature above the melting temperature of crystallization of the reducing agent in operating points of the internal combustion engine in which the heat supplied by the exhaust gas of the internal combustion engine alone is insufficient. Thus, a malfunction of the exhaust aftertreatment Lung system safely prevented by crystal formation in the mixing chamber in all operating points of the internal combustion engine.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass Fördermittel vorgesehen sind, welche das Reduktionsmittel, insbesondere bei einem Abschaltewunsch für die Brennkraftmaschine, aus der Reduktionsmittelleitung in den Vorratsbehälter zurückfördern. Durch die Fördermittel, insbesondere von der Dosierpumpe verschiedenen Fördermitteln, kann das Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelleitung zurück in den Vorratsbehälter gefördert werden, wodurch auf eine gefrierfeste Auslegung des Systems verzichtet werden kann und die Komponenten des Systems aus günstigen Mate- rialen, beispielsweise einfachen Polymerwerkstoffen, hergestellt werden können. A further advantageous development is that conveying means are provided which convey the reducing agent, in particular in a shutdown request for the internal combustion engine, from the reducing agent line in the reservoir. By means of the conveying means, in particular of the metering pump different funding, the reducing agent from the reducing agent line can be conveyed back into the reservoir, which can be dispensed with a freeze-resistant design of the system and the components of the system of low mate- rials, for example, simple polymer materials manufactured can be.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Mischkammer über ein Sprayrohr mit einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine verbunden ist. Über ein Sprayrohr kann das zerstäubte Reduktionsmittel dem Abgaskanal derart zugeführt werden, dass das austretende Reduktionsmittel sich nicht an den Wänden des Abgaskanals ablagert. Durch eine gezielte Zufuhr des Reduktionsmittels über das Sprayrohr wird zudem eine gute Gleichverteilung des Reduktionsmittels über den Querschnitt des Abgaskanals erreicht, wodurch die Konvertierungsrate in einem nachgeschalteten Katalysator verbessert werden kann. A further advantageous development is that the mixing chamber is connected via a spray tube with an exhaust passage of an internal combustion engine. Via a spray tube, the atomized reducing agent can be supplied to the exhaust passage such that the exiting reducing agent does not deposit on the walls of the exhaust passage. By a targeted supply of the reducing agent on the spray tube also a good uniform distribution of the reducing agent is achieved over the cross section of the exhaust passage, whereby the conversion rate can be improved in a downstream catalyst.
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass in einer Druckgasleitung, welche die Druckgasversorgung und die Mischkammer verbindet, ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist. Über das Ventil kann die Druckgaszufuhr zu der Mischkammer unterbrochen bzw. bedarfsgerecht geöffnet werden, wodurch der Bedarf an Druckgas, gegenüber einer kontinuierlichen Versorgung der Mischkammer mit Druckgas, verringert wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Verwendung eines Rück- schlagventils, wodurch zusätzlich ein Rückströmen des Reduktionsmittels aus der Mischkammer in die Druckgasversorgung unterbunden wird. Furthermore, it is advantageously provided that in a compressed gas line, which connects the compressed gas supply and the mixing chamber, a valve, in particular a check valve, is arranged. About the valve, the compressed gas supply to the mixing chamber can be interrupted or opened as needed, whereby the demand for compressed gas, compared to a continuous supply of the mixing chamber with compressed gas, is reduced. Particularly advantageous here is the use of a return impact valve, which additionally prevents backflow of the reducing agent from the mixing chamber into the pressurized gas supply.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Ventil in der Druckgasversorgung und die Dosierpumpe über ein gemeinsames Steuergerät angesteuert werden, da sich so die Menge des zugeführten Druckgases ideal auf die durch die Dosierpumpe zugeführte Menge des Reduktionsmittels anpassen lässt. It is particularly advantageous if the valve in the compressed gas supply and the metering pump are controlled by a common control unit, as can be the amount of supplied compressed gas ideally adapted to the supplied by the metering amount of the reducing agent.
Zeichnungen drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Figuren 1 und 2 sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.  Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. In FIGS. 1 and 2, identical components or components having the same function are identified by the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems. Fig. 1 shows a first embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention.
In Fig. 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems dargestellt. 2, an alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention is shown.
Fig. 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems. FIG. 3 shows a further alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention.
Fig. 4 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems. 4 shows a further alternative exemplary embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention.
Ausführungsformen der Erfindung In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem 10 dargestellt. Ein Vorratsbehälter 40 für ein Reduktionsmittel 42 ist über eine Leitung 43, 45 mit einem Förderaggregat 50 verbunden. In der Leitung 43,45 ist ein Filter 44 angeordnet. Das Förderaggregat 50 umfasst eine Dosierpumpe 55 sowie eine Vorfilter 52. Das Förderaggregat 50 ist über eine Reduktionsmittelleitung 60 mit einem ersten Eingang 71 einer Mischkammer 70 verbunden. Dabei ist das Förderaggregat 50 räumlich von der Mischkammer 70 getrennt. Die Mischkammer 70 weist einen zweiten Eingang 72 auf, über welchen eine Druckgasversorgung 30 an die Mischkammer 70 angeschlossen ist. Die Druckgasversorgung 30 umfasst eine Druckgasquelle 32, aus der ein unter einem Druck stehende Gas 33 über eine Zufuhrleitung 34, 36 der Mischkammer 70 zugeführt werden kann. In der Zufuhrleitung 34, 36 ist ein Ventil 35 angeordnet, mit welchem die Druckgasquelle 32 von der Mischkammer 70 getrennt werden kann. Die Mischkammer 70 weist einen Mischraum 75 auf, in welchen die Zufuhrleitung 34, 36 und die Reduktionsmittelleitung 60 münden. Zwischen dem ersten Eingang 71 der Mischkammer 70 und dem Mischraum 75 sind in der Reduktionsmittelleitung 60 ein Filter 74 und eine Drossel 73 angeordnet. Von dem Mischraum 75 führt ein Sprührohr 77 in einen Abgaskanal 20 einer Brennkraftmaschine 5, wobei die Mischkammer 70 beziehungsweise der Mischraum 75 unmittelbar an einem abgasführenden Bereich des Abgaskanals 20 angeordnet sind. In Abgasstromrichtung stromab des Sprührohr 77 ist eine Vorrichtung 25 zur Abgasnachbehandlung im Abgaskanal 20 angeordnet. Ein Steuergerät 80 ist über eine Signalleitung 82 mit der Dosierpumpe 55 des Förderaggregats 50 verbunden. Das Steuergerät 80 ist über eine weitere Signalleitung 84 mit dem Ventil 35 verbunden. Die Dosierpumpe 55 des Förderaggregats 50 ist dabei ventilfrei mit dem Abgaskanal 20 verbunden, d.h. zwischen dem Ausgang der Dosierpumpe 55 und dem Abgaskanal ist kein Ventil angeordnet, die Dosierpumpe 55 selbst kann jedoch ein bekannten druckseitiges Ventil zum Abschluss eines Kompressionsraums in der Dosierpumpe 55 aufweisen. Das Abgas der Brennkraftmaschine 5 strömt durch den Abgaskanal 20 zu der Vorrichtung 25 zur Abgasgasnachbehandlung. Um die Wirksamkeit der Vorrichtung 25 zur Abgasnachbehandlung zu erhöhen, kann über das Sprührohr 77 ein Reduktionsmittel 42 in den Abgaskanal 20 Abgaskanal 20 eindosiert werden. Die Ansteuerung des Abgasnachbehandlungssystems 10 erfolgt durch das Steuergerät 80, über welches die Dosierpumpe 55 des Förderaggregats 50 angesteuert wird. Dabei wird das Reduktionsmittel 42 aus dem Vorratsbehälter 40 über die Leitung 43 zu einem ersten Filter 44 gefördert, in dem aus dem Reduktionsmittel Partikel und Verunreinigungen herausgefiltert werden. Über die Leitung 45 wird das Reduktionsmittel 42 weiter zu dem Förderaggregat 50 gefördert. In dem Förderaggregat 50 durchströmt das Reduktionsmittel 42 einen weiteren Filter 52, in dem nochmals Verunreinigungen und Partikel aus dem Reduktionsmittel 42 herausgefiltert werden, und gelangt zu der Dosierpumpe 55. Die Dosierpumpe 55 misst in Abhängigkeit des Signals des Steuergeräts 80 eine Menge des Reduktionsmittels 42 zu und fördert diese Menge an Reduktionsmittel 42 über die Reduktionsmittelleitung 60 zu dem ersten Eingang 71 der Mischkammer 70. In der Mischkammer 70 durchströmt das Reduktionsmittel 42 einen weiteren Filter 74 und eine Drossel 73, bevor es in den Mischraum 75 eintritt. In dem Mischraum 75 wird das Reduktionsmittel 42 mittels eines Gases 33 zerstäubt, wobei die Zufuhr des Gases 33 über einen Leitung 36 erfolgt, welche mit einem zweiten Eingang 72 der Mischkammer 70 verbunden ist. An den zweiten Eingang 72 der Mischkammer 70 ist die Druckgasversorgung 30 angeschlossen, wobei das Gas 33 aus der Druckgasquelle 32, beispielsweise einem Druckluftreservoir, über die Leitung 34, 36 zu dem Mischraum 75 der Mischkammer 70 strömt. Dabei steht das Gas 33, bevorzugt Druckluft, unter einem gegenüber dem Druck in dem Abgaskanal 20 bzw. im Mischraum 75 erhöhten Druck, beispielsweise einem Druck zwischen 5 und 20bar. Um die Druckgasquelle 32 von der Mischkammer 70 zu trennen, kann die Leitung 34, 36 durch ein Ventil 35, welches über das Steuergerät 80 angesteuert wird, die Verbindung zwischen Druckgasquelle 32 und Mischkammer 70 verschließen. Insbesondere kann über die gemeinsame Ansteuerung des Ventils 35 und der Dosierpumpe 55 über das Steuergerät 80 auch der Bedarf des Gas 33 zur Zerstäubung des Reduktionsmittels 42 an die durch die Dosierpumpe 55 zur Mischkammer 70 bzw. zum Mischraum 75 zugeführte Menge des Reduktionsmittels 42 angepasst werden. Das zerstäubte Reduktionsmittel 42, insbesondere ein Aerosol des Reduktionsmittels 42, wird aus dem Mischraum 75 über das Sprührohr 77 dem Abgaskanal 20 zugeführt und unterstützt dort die Abgasnachbehandlung in der Vorrichtung 25 zur Abgasnachbehandlung. Als Reduktionsmittel 42 finden beispielsweise wässrige Harnstofflösung oder Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, zur Reduktion von Stickoxiden Verwendung. Die Ansteuerung des Ventils 35, beispielsweise eines Magnetventils, erfolgt elektrisch, kann aber auch mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Die Ansteuerung der Dosierpumpe 55 erfolgt ebenfalls bevorzugt elektrisch, ist aber nicht auf elektrische Antriebsquellen beschränkt. Embodiments of the invention FIG. 1 shows an exhaust gas aftertreatment system 10 according to the invention. A reservoir 40 for a reducing agent 42 is connected via a line 43, 45 with a delivery unit 50. In the line 43,45 a filter 44 is arranged. The delivery unit 50 comprises a metering pump 55 and a prefilter 52. The delivery unit 50 is connected via a reducing agent line 60 to a first input 71 of a mixing chamber 70. The delivery unit 50 is spatially separated from the mixing chamber 70. The mixing chamber 70 has a second input 72, via which a compressed gas supply 30 is connected to the mixing chamber 70. The pressurized gas supply 30 comprises a pressurized gas source 32, from which a gas 33 under a pressure can be supplied to the mixing chamber 70 via a supply line 34, 36. In the supply line 34, 36, a valve 35 is arranged, with which the compressed gas source 32 can be separated from the mixing chamber 70. The mixing chamber 70 has a mixing space 75 into which the supply line 34, 36 and the reducing agent line 60 open. Between the first input 71 of the mixing chamber 70 and the mixing space 75, a filter 74 and a throttle 73 are arranged in the reducing agent line 60. From the mixing space 75, a spray pipe 77 leads into an exhaust gas duct 20 of an internal combustion engine 5, wherein the mixing chamber 70 or the mixing space 75 are arranged directly on an exhaust-carrying region of the exhaust gas duct 20. In the exhaust gas flow direction downstream of the spray tube 77, a device 25 for exhaust aftertreatment in the exhaust passage 20 is arranged. A control unit 80 is connected via a signal line 82 to the metering pump 55 of the delivery unit 50. The control unit 80 is connected via a further signal line 84 to the valve 35. The metering pump 55 of the delivery unit 50 is valve-free connected to the exhaust passage 20, ie between the output of the metering pump 55 and the exhaust passage no valve is arranged, the metering pump 55 itself, however, may have a known pressure-side valve to complete a compression space in the metering pump 55. The exhaust gas of the engine 5 flows through the exhaust passage 20 to the exhaust gas aftertreatment device 25. In order to increase the effectiveness of the device 25 for exhaust aftertreatment, a reducing agent 42 can be metered into the exhaust duct 20 exhaust duct 20 via the spray tube 77. The control of the exhaust aftertreatment system 10 is carried out by the control unit 80, via which the metering pump 55 of the delivery unit 50 is driven. In this case, the reducing agent 42 is conveyed from the reservoir 40 via the line 43 to a first filter 44, in which particles and impurities are filtered out of the reducing agent. Via the line 45, the reducing agent 42 is further promoted to the delivery unit 50. In the delivery unit 50, the reducing agent 42 flows through a further filter 52, in which again impurities and particles are filtered out of the reducing agent 42, and reaches the metering pump 55. The metering pump 55 measures depending on the signal of the control device 80, a quantity of the reducing agent 42 and promotes this amount of reducing agent 42 via the reducing agent line 60 to the first input 71 of the mixing chamber 70. In the mixing chamber 70, the reducing agent 42 flows through another filter 74 and a throttle 73 before it enters the mixing chamber 75. In the mixing chamber 75, the reducing agent 42 is atomized by means of a gas 33, wherein the supply of the gas 33 via a line 36 which is connected to a second input 72 of the mixing chamber 70. To the second input 72 of the mixing chamber 70, the compressed gas supply 30 is connected, wherein the gas 33 flows from the compressed gas source 32, for example a compressed air reservoir, via the line 34, 36 to the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70. In this case, the gas is 33, preferably compressed air, under a relation to the pressure in the exhaust passage 20 and in the mixing chamber 75 increased pressure, for example, a pressure between 5 and 20bar. In order to separate the compressed gas source 32 from the mixing chamber 70, the line 34, 36 by a valve 35, which is controlled by the controller 80, the connection between the compressed gas source 32 and the mixing chamber 70 close. In particular, via the common control the valve 35 and the metering pump 55 via the control unit 80 and the need of the gas 33 for atomizing the reducing agent 42 are adapted to the supplied by the metering pump 55 to the mixing chamber 70 and the mixing chamber 75 amount of the reducing agent 42. The atomized reducing agent 42, in particular an aerosol of the reducing agent 42, is supplied from the mixing chamber 75 via the spray tube 77 to the exhaust passage 20 and there supports the exhaust aftertreatment in the device 25 for exhaust aftertreatment. As a reducing agent 42 find, for example, aqueous urea solution or fuel, in particular diesel fuel, for the reduction of nitrogen oxides use. The control of the valve 35, for example a solenoid valve, is carried out electrically, but can also be done mechanically, pneumatically or hydraulically. The control of the metering pump 55 is also preferably carried out electrically, but is not limited to electrical drive sources.
In einer besonders einfachen Ausführungsform können die Filter 44, 52, 74, insbesondere die Filter 52 und 74, zumindest teilweise entfallen. Anstelle der Drossel 73 in der Reduktionsmittelleitung 60 kann auch die gesamte Reduktionsmittelleitung 60 oder zumindest der in den Mischraum 75 mündende Teil der Reduktionsmittelleitung 60 als Kapillare ausgebildet sein. In einer sehr vereinfachten Ausführungsform kann die Drossel 73 auch komplett entfallen. In a particularly simple embodiment, the filters 44, 52, 74, in particular the filters 52 and 74, at least partially eliminated. Instead of the throttle 73 in the reducing agent line 60, the entire reducing agent line 60 or at least the part of the reducing agent line 60 which opens into the mixing space 75 can also be designed as a capillary. In a very simplified embodiment, the throttle 73 can be completely eliminated.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems 10 offenbart. Eine direkt am Abgaskanal 20 angeordneten Mischkammer 70 weist 2 Eingänge 71, 72 auf, wobei die Mischkammer über den ersten Eingang 71 durch die Reduktionsmittelleitung 60 mit dem Förderaggregat 50 verbunden ist. Zusätzlich ist der zweite Eingang 72 der Mischkammer 70 in diesem Ausführungsbeispiel über eine zweite Leitung 34 für das Gas 33 mit dem Förderaggregat 50 verbunden. Das Förderaggregat 50 umfasst die Dosierpumpe 55, mit welcher das Reduktionsmittel 42 aus dem Vorratsbehälter 40 der Mischkammer 70 zugeführt werden kann. Ferner weist das Förderaggregat 50 eine Druckgasversorgung 30 mit einer weitere Pumpe 90 auf, wobei die weitere Pumpe 90 über eine Leitung 92 mit der Umgebung verbunden ist. An der weiteren Pumpe 90 ist eine Antriebseinheit 91, beispielsweise ein Elektromotor, angeordnet. In der Leitung 92 ist ein Luftfilter 29 angeordnet. Die Leitung 34, welche die weitere Pumpe 30 mit dem Mischraum 75 der Mischkammer 70 verbindet, umfasst ein Speichervolumen 37 sowie einen weiteren Filter 38, um Verunreinigungen aus dem verdichteten Gas 33 herauszufiltern. Das Förderaggregat 50 ist über eine Leitung 43,45 mit dem Vorratsbehälter 40 für das Reduktionsmittel 42 verbunden, wobei von der Reduktionsmittelleitung 60, welche die Dosierpumpe 55 des Förderaggregats 50 mit dem Mischraum 75 der Mischkammer 70 verbindet, eine Rücklaufleitung 57,59 abzweigt, welche zur Rückführung des Reduktionsmittels 42 in die Leitung 45 in vor der Dosierpumpe 55 mündet. In der Rücklaufleitung 57, 59 ist ein erstes, bevorzugt elektrisch schaltbares, Ventil 53 sowie ein Rückschlagventil 54 angeordnet. Ein Steuergerät 80 ist über eine erste Signalleitung 82 mit der Dosierpumpe 55 und über eine zweite Signalleitung 84 mit der weiteren Pumpe 90 oder der Antriebseinheit 91 der weiteren Pumpe 90 verbunden. FIG. 2 discloses a further exemplary embodiment of an exhaust aftertreatment system 10 according to the invention. A mixing chamber 70 arranged directly on the exhaust duct 20 has two inlets 71, 72, the mixing chamber being connected to the delivery unit 50 via the first inlet 71 through the reducing agent line 60. In addition, the second input 72 of the mixing chamber 70 is connected in this embodiment via a second line 34 for the gas 33 to the delivery unit 50. The delivery unit 50 includes the metering pump 55, with which the reducing agent 42 are supplied from the reservoir 40 of the mixing chamber 70 can. Furthermore, the delivery unit 50 has a compressed gas supply 30 with a further pump 90, wherein the further pump 90 is connected via a line 92 to the environment. At the further pump 90, a drive unit 91, for example an electric motor, is arranged. In line 92, an air filter 29 is arranged. The line 34, which connects the further pump 30 with the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70, comprises a storage volume 37 and a further filter 38 to filter out impurities from the compressed gas 33. The delivery unit 50 is connected via a line 43,45 with the reservoir 40 for the reducing agent 42, wherein from the reducing agent line 60, which connects the metering pump 55 of the delivery unit 50 with the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70, a return line 57,59 branches off for returning the reducing agent 42 in the line 45 in front of the metering pump 55 opens. In the return line 57, 59, a first, preferably electrically switchable, valve 53 and a check valve 54 is arranged. A control unit 80 is connected via a first signal line 82 to the metering pump 55 and via a second signal line 84 to the further pump 90 or the drive unit 91 of the further pump 90.
Zur Eindosierung des Reduktionsmittels 42 wird die Dosierpumpe 55 über das Steuergerät 80 angesteuert, welche das Reduktionsmittel 42 zu dem Mischraum 75 der Mischkammer 70 fördert. Gleichzeitig wird durch das Steuergerät 80 die weitere Pumpe 90 direkt oder mittels der Antriebseinheit 91 angesteuert, wodurch dem Mischraum 75 entsprechend der Menge des zugeführten Reduktionsmittels 42 eine entsprechende Menge an Gas 33, insbesondere Druckluft, zugeführt wird, mit welcher das Reduktionsmittel 42 in dem Mischraum 75 zerstäubt wird. In diesem ersten, im Folgenden als Normalbetrieb bezeichneten, Betriebszustand ist das Ventil 53 geschlossen, wodurch die Rücklaufleitung 57, 59 unterbrochen ist und ein Rückströmen des Reduktionsmittels 42 über die Rücklaufleitung 57, 59 unterbunden wird. Ferner ist die Rücklaufleitung 57, 59 auch durch das Rückschlagventil 54 unterbrochen, um keinen Bypass der Dosier- pumpe 55 herzustellen, so dass kein Reduktionsmittel 42, beispielsweise durch eine Drucküberhöhung im Vorratsbehälter 40 an der Dosierpumpe 55 vorbei in die Mischkammer 70 strömen kann. Durch die Bedarfsgerechte Zufuhr von Reduktionsmittel 42 sowie von dem zur Zerstäubung des Reduktionsmittels 42 benötigten Gas 33 wird eine unnötige Förderung von Fluiden vermieden, wodurch das Abgasnachbehandlungssystem 10 besonders energieeffizient ist. Besteht im Normalbetrieb des Abgasnachbehandlungssystems 10 ein Abschaltewunsch für die Brennkraftmaschine 5, so werden Teile des Abgasnachbehandlungssystems 10, insbesondere die Mischkammer 70 und die Reduktionsmittelleitung 60 entleert. Dazu wird das Ventil 53 geöffnet. Über die weitere Pumpe 90 oder das Speichervolumen 37 wird dem Mischraum 75 unter Druck stehendes Gas 33 zugeführt, welches das Reduktionsmittel 42 in der Mischkammer 70 und in der Reduktionsmittelleitung 60 zurückdrückt. Durch das Gas 33 wird das Reduktionsmittel 42 über die Rücklaufleitung 57, 59 und die Leitungen 45, 43 zurück in den Vorratsbehälter 40 gefördert. Dabei öffnet das Rückschlagventil 54 durch den Druck des Gases 33 bzw. des rückströmenden Reduktionsmittels 33, wodurch die Verbindung über die Rücklaufleitung 57, 59 freigegeben wird. To meter in the reducing agent 42, the metering pump 55 is actuated via the control unit 80, which conveys the reducing agent 42 to the mixing space 75 of the mixing chamber 70. At the same time the further pump 90 is controlled by the control unit 80 directly or by means of the drive unit 91, whereby the mixing chamber 75 according to the amount of the supplied reducing agent 42, a corresponding amount of gas 33, in particular compressed air, is supplied, with which the reducing agent 42 in the mixing chamber 75 is atomized. In this first, hereinafter referred to as normal operation, operating state, the valve 53 is closed, whereby the return line 57, 59 is interrupted and a return flow of the reducing agent 42 via the return line 57, 59 is prevented. Furthermore, the return line 57, 59 is also interrupted by the check valve 54 in order not to bypass the metering produce pump 55, so that no reducing agent 42, for example, by an increase in pressure in the reservoir 40 on the metering pump 55 can flow past into the mixing chamber 70. The need-based supply of reducing agent 42 and of the gas 33 required for atomizing the reducing agent 42 avoids unnecessary transport of fluids, as a result of which the exhaust-gas aftertreatment system 10 is particularly energy-efficient. If there is a shutdown request for the internal combustion engine 5 during normal operation of the exhaust aftertreatment system 10, parts of the exhaust aftertreatment system 10, in particular the mixing chamber 70 and the reducing agent line 60, are emptied. For this purpose, the valve 53 is opened. Via the further pump 90 or the storage volume 37, pressurized gas 33 is fed to the mixing space 75, which presses the reducing agent 42 back into the mixing chamber 70 and into the reducing agent line 60. By the gas 33, the reducing agent 42 is conveyed via the return line 57, 59 and the lines 45, 43 back into the reservoir 40. In this case, the check valve 54 opens by the pressure of the gas 33 and the back-flowing reducing agent 33, whereby the connection via the return line 57, 59 is released.
In Fig. 3 ist eine weitere, alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems 10 dargestellt. Der Aufbau entspricht weitestgehend dem Aufbau gemäß Fig. 1, so dass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Der Vorratsbehälter 40 für das Reduktionsmittel 42 ist über Leitungen 43, 45 mit dem Förderaggregat 50 verbunden, welches seinerseits über die Reduktionsmittelleitung 60 mit dem ersten Eingang 71 der Mischkammer 70 verbunden sind. Die Mischkammer 70 weist einen Mischraum 75 auf, welcher innerhalb eines Abgas führenden Bereichs des Abgaskanals 20 angeordnet ist. Eine Fortführung der Reduktionsmittelleitung 60 in der Mischkammer 70 weist einen Filter 74 sowie eine Drossel 73, bevorzugt eine überkritische Drossel, auf, welche zwischen dem ersten Eingang 71 der Mischkammer 70 und dem Mischraum 75 angeordnet sind. Der Mischraum 75 ist über eine Druckgasversorgung 30, welche an den zweiten Eingang 72 der Mischkammer 70 angeschlossen ist, mit einem unter Druck stehenden Gas 33 beaufschlagbar, wobei zwischen dem zweiten Eingang 72 und dem Mischraum ein Filter 38, eine Drossel 79 sowie ein Rückschlagventil 39 angeordnet sind. An dem Mischraum 75 sind Heizmittel 78 in Form eines elektrischen Heizwiderstands angeordnet, mit denen der Mischraum 75 zusätzlich beheizt werden kann. Das Förderaggregat 50 weist neben der Dosierpumpe 55 eine Rücklaufleitung 57, 59 auf, in welcher eine Rücksaugpumpe 58 angeordnet ist. Die Rücklaufleitung 57, 59 stellt eine Bypass zu der Dosierpumpe 55 dar, wobei das Reduktionsmittel 42 aus der Reduktionsmittelleitung 60 durch die Rücksaugpumpe 58 über die Rücklaufleitung 57, 59 und die Leitungen 45,43 mit dem Vorratsbehälter 40 verbunden ist. Das Steuergerät 80 ist über eine erste Signalleitung 82 mit der Dosierpumpe 55 verbunden. Über eine zweite Signalleitung 84 ist das Steuergerät 80 mit dem Ventil 35 in der Leitung 34, 36, welche die Druckgasquelle 32 mit dem Mischraum 75 der Mischkammer 70 verbindet, verbunden. Eine dritte Signalleitung 86 führt von dem Steuergerät 80 zu der Rücksaugpumpe 58. FIG. 3 shows a further, alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system 10 according to the invention. The structure corresponds largely to the structure of FIG. 1, so that will be discussed below only on the differences. The reservoir 40 for the reducing agent 42 is connected via lines 43, 45 to the delivery unit 50, which in turn are connected via the reducing agent line 60 to the first input 71 of the mixing chamber 70. The mixing chamber 70 has a mixing space 75, which is arranged within an exhaust gas leading portion of the exhaust passage 20. A continuation of the reducing agent line 60 in the mixing chamber 70 has a filter 74 and a throttle 73, preferably a supercritical throttle, which are arranged between the first input 71 of the mixing chamber 70 and the mixing chamber 75. The mixing space 75 is above a Compressed gas supply 30, which is connected to the second input 72 of the mixing chamber 70, acted upon by a pressurized gas 33, wherein between the second input 72 and the mixing chamber, a filter 38, a throttle 79 and a check valve 39 are arranged. At the mixing chamber 75 heating means 78 are arranged in the form of an electrical heating resistor, with which the mixing chamber 75 can be additionally heated. The delivery unit 50 has, in addition to the metering pump 55, a return line 57, 59, in which a Rücksaugpumpe 58 is arranged. The return line 57, 59 represents a bypass to the metering pump 55, wherein the reducing agent 42 is connected from the reducing agent line 60 through the Rücksaugpumpe 58 via the return line 57, 59 and the lines 45,43 with the reservoir 40. The control unit 80 is connected to the metering pump 55 via a first signal line 82. Via a second signal line 84, the control device 80 is connected to the valve 35 in the line 34, 36, which connects the compressed gas source 32 with the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70. A third signal line 86 leads from the controller 80 to the suction pump 58.
Die Eindosierung des Reduktionsmittels 42 erfolgt analog zu den Ausführungen zu Fig. 1 und Fig. 2. Da es bei der Verwendung von Reduktionsmitteln, welche lösliche Stoffe enthalten, beispielsweise wässriger Harnstoff lösung, zu einer Auskristallisation dieser Stoffe kommen kann, können sich in den Reduktionsmittel 42 führenden Bereichen des Abgasnachbehandlungssystems, beispielsweise in der Mischkammer 70, insbesondere im Mischraum 75 der in dem Sprührohr 77, Ablagerungen und/oder Auskristallisationen bilden, welche die fluidische Verbindung von dem Vorratsbehälter 40 zu dem Abgaskanal 20 im Querschnitt reduzieren oder komplett verstopfen, was zu einer Funktionsbeeinträchtigung bis hin zum Ausfall des Abgasnachbehandlungssystems 10 führen kann. Durch die Anordnung des Mischraums 75 der Mischkammer 70 in dem Abgas führenden Bereich des Abgaskanals 20 kann das Abgas die Mischkammer 70, insbesondere den Mischraum 75 der Mischkammer 70, in bestimmten Betriebszuständen der Brenn- kraftmaschine 5 soweit erhitzen, dass solche Auskristallisationen aufschmelzen und den ursprünglichen Querschnitt der fluidischen Verbindung wieder freigeben. Dieser Effekt kann durch zusätzliche Heizmittel 78 wie eine elektrische Widerstandsheizung verstärkt beziehungsweise auf Betriebszustände der Brennkraftmaschine 5 ausgedehnt werden, in denen die über das Abgas der Brennkraftmaschine 5 zugeführte Wärme allein nicht zum Aufschmelzen der Auskristallisationen bzw. zur Zersetzung der Ablagerungen ausreicht. Entsprechende zusätzliche Heizmittel 78 können auch in die Ausführungsformen zu Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 4 gemäß der Ausführungsform zu Fig. 3 integriert sein. In einer einfachen Ausführungsform entfallen die zusätzlichen Heizmittel 78 und die Mischkammer 70 bzw. der Mischraum 75 sowie das Sprührohr 77 werden allein durch die Wärme des Abgases im Abgaskanal 20 derart erhitzt, dass es zum Aufschmelzen der Auskristallisationen bzw. zur Zersetzung der Ablagerungen kommt. The metering of the reducing agent 42 is analogous to the comments on Fig. 1 and Fig. 2. Since it may occur in the use of reducing agents which contain soluble substances, such as aqueous urea solution, crystallization of these substances may be in the reducing agent 42 leading areas of the exhaust aftertreatment system, for example in the mixing chamber 70, in particular in the mixing chamber 75 in the spray tube 77, deposits and / or crystallization, which reduce the fluidic connection from the reservoir 40 to the exhaust duct 20 in cross section or completely clog, which a functional impairment can lead to failure of the exhaust aftertreatment system 10. Due to the arrangement of the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70 in the exhaust gas leading portion of the exhaust passage 20, the exhaust gas, the mixing chamber 70, in particular the mixing chamber 75 of the mixing chamber 70, in certain operating conditions of the combustion heat engine 5 so far that such crystallizations melt and release the original cross section of the fluidic connection again. This effect can be enhanced by additional heating means 78 such as an electrical resistance heating or extended to operating conditions of the internal combustion engine 5, in which the supplied via the exhaust gas of the internal combustion engine 5 heat alone is not sufficient to melt the crystallization or decomposition of the deposits. Corresponding additional heating means 78 may also be integrated in the embodiments of FIGS. 1, 2 and 4 according to the embodiment of FIG. 3. In a simple embodiment, the additional heating means 78 and the mixing chamber 70 or the mixing chamber 75 and the spray tube 77 are heated solely by the heat of the exhaust gas in the exhaust duct 20 in such a way that the crystallization of the deposits or decomposition of the deposits occurs.
Im Normalbetrieb ist die Rücklaufleitung 57,59 durch die Rücksaugpumpe 58 verschlossen, so dass kein Bypass der Dosierpumpe 55 möglich ist. Bei einem Abschaltewunsch der Brennkraftmaschine 5 wird das Reduktionsmittel 42 aus der Reduktionsmittelleitung 60 durch die Rücksaugpumpe 58 zurück in den Vorratsbehälter 40 gefördert. In normal operation, the return line 57,59 is closed by the Rücksaugpumpe 58, so that no bypass of the metering pump 55 is possible. In a shutdown request of the internal combustion engine 5, the reducing agent 42 is conveyed from the reducing agent line 60 through the Rücksaugpumpe 58 back into the reservoir 40.
Alternativ kann die Rücksaugpumpe 58 beziehungsweise eine Rücksaugfunktion auch in die Dosierpumpe 55 integriert werden, wodurch die Rücklaufleitung 57, 59 entfallen kann. Alternatively, the Rücksaugpumpe 58 or a Rücksaugfunktion be integrated into the metering pump 55, whereby the return line 57, 59 can be omitted.
Fig.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems. Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 nur in soweit, dass die weitere Pumpe 90 nicht in das Förderaggregat 50 integriert ist, sondern die weitere Pumpe 90, sowie der mit der weiteren Pumpe 90 in direktem funktionalen Zusammenhang stehenden Luftfilter 29 und/oder das optionale Speichervolumen 37 sowie der weitere Filter 38 außerhalb des Förderaggregats, insbesondere räumlich getrennt vom Förderaggregat, angeordnet ist. Die weitere Pumpe 90 wird von einer Antriebseinheit 91 angetrieben, welche beispielsweise ein Elektromotor ist. Die Funktion entspricht weitestgehend dem Ausführungsbeispiel zu Fig. 2, jedoch ist das Förderaggregat 50 in Fertigung und Montage aufgrund der geringer Anzahl an Bauteilen weniger komplex und die weitere Pumpe 90 kann an beliebiger Stelle, insbesondere entfernt von dem Abgaskanal 20 und oder dem Reduktionsmittel 42, angeordnet sein. 4 shows a further embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention. The embodiment of FIG. 4 differs from the embodiment of FIG. 2 only in so far that the further pump 90 is not integrated into the delivery unit 50, but the other pump 90, and standing with the other pump 90 in a directly functional relationship Air filter 29 and / or the optional storage volume 37 and the further filter 38 outside the delivery unit, in particular spatially separated from the delivery unit, is arranged. The further pump 90 is driven by a drive unit 91 which, for example, is an electric motor. The function corresponds largely to the embodiment of FIG. 2, however, the delivery unit 50 is less complex in manufacturing and assembly due to the smaller number of components and the other pump 90 can at any point, in particular remote from the exhaust duct 20 and or the reducing agent 42, be arranged.

Claims

Patentansprüche claims
1. Abgasnachbehandlungssystem (10) zum Einbringen eines Reduktionsmittels (42) in einen Abgaskanal (20) einer Brennkraftmaschine (5), umfassend einen Vorratsbehälter (40), eine Dosierpumpe (55), eine Mischkammer (70) sowie eine Druckgasversorgung (30),wobei die Dosierpumpe (55) das Reduktionsmittel (42) aus dem Vorratsbehälter (40) in die Mischkammer (70) einbringt, und wobei die Druckgasversorgung (30) ein Gas (33) derart in die Mischkammer (70) einbringt, dass das Reduktionsmittel (42) zerstäubt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (70) von der Dosierpumpe (55) beabstandet ist, wobei die Dosierpumpe (55) die Mischkammer (70) über eine Reduktionsmittelleitung (60) mit Reduktionsmittel (42) versorgt, dass die Mischkammer (70) unmittelbar an einem abgasführenden Bereich des Abgaskanals (20) angeordnet ist, wobei eine Zu- messung des dem Abgaskanal (20) zugeführten Reduktionsmittels (42) durch die Dosierpumpe (55) erfolgt. 1. Aftertreatment system (10) for introducing a reducing agent (42) into an exhaust passage (20) of an internal combustion engine (5), comprising a reservoir (40), a metering pump (55), a mixing chamber (70) and a compressed gas supply (30), wherein the metering pump (55) introduces the reducing agent (42) from the reservoir (40) into the mixing chamber (70), and wherein the compressed gas supply (30) introduces a gas (33) into the mixing chamber (70) such that the reducing agent ( 42) is atomized, characterized in that the mixing chamber (70) from the metering pump (55) is spaced, wherein the metering pump (55) the mixing chamber (70) via a reducing agent line (60) with reducing agent (42) supplies that the mixing chamber (70) is arranged directly on an exhaust-carrying region of the exhaust passage (20), wherein an addition of the exhaust gas duct (20) supplied reducing agent (42) by the metering pump (55).
2. Abgasnachbehandlungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (55) ventilfrei mit dem Abgaskanal (20) der Brennkraftmaschine (5) verbunden ist. 2. exhaust aftertreatment system (10) according to claim 1, characterized in that the metering pump (55) valve-free with the exhaust passage (20) of the internal combustion engine (5) is connected.
3. Abgasnachbehandlungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelleitung (60), zumindest in einem in die Mischkammer (70) mündenden Abschnitt, als Kapillare ausgeführt ist. 3. exhaust aftertreatment system (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the reducing agent line (60), at least in an opening into the mixing chamber (70) section, is designed as a capillary.
4. Abgasnachbehandlungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reduktionsmittelleitung (60) zwischen der Dosierpumpe (55) und der Mischkammer (70) eine Drossel (62) angeordnet ist. 4. exhaust aftertreatment system (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the reducing agent line (60) between the metering pump (55) and the mixing chamber (70), a throttle (62) is arranged.
5. Abgasnachbehandlungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Heizmittel (78), insbesondere von einem Abgas in dem Abgaskanal (20) verschiedene Heizmittel (78), vorgesehen sind, welche die Mischkammer (70) auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur von Auskristallisationen des Reduktionsmittels (42) erhitzen. 5. exhaust aftertreatment system (10) according to one of claims 1 to 4, characterized in that heating means (78), in particular of an exhaust gas in the exhaust passage (20) different heating means (78) are provided, which the mixing chamber (70) on a Heat the temperature above the melting temperature of crystallizations of the reducing agent (42).
6. Abgasnachbehandlungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Fördermittel (55, 58), insbesondere eine Rücksaugpumpe (58), vorgesehen sind, welche das Reduktionsmittel (42), insbesondere bei einem Abschaltewunsch für die Brennkraftmaschine (5), aus der Reduktionsmittelleitung (60) in den Vorratsbehälter (40) zurückfördern. 6. exhaust gas aftertreatment system (10) according to one of claims 1 to 5, characterized in that conveying means (55, 58), in particular a Rücksaugpumpe (58) are provided, which the reducing agent (42), in particular at a shutdown request for the internal combustion engine ( 5), from the reducing agent line (60) back into the reservoir (40).
7. Abgasnachbehandlungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an die Mischkammer (70) ein Sprührohr (77) angeschlossen ist, wobei das Sprührohr und zumindest der Mischraum (75) der Mischkammer (70) in den Abgaskanal (20) der Brennkraftmaschine (5) hineinragt. 7. exhaust aftertreatment system (10) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that to the mixing chamber (70) a spray pipe (77) is connected, wherein the spray tube and at least the mixing chamber (75) of the mixing chamber (70) in the exhaust passage (20) of the internal combustion engine (5) protrudes.
8. Abgasnachbehandlungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgasversorgung (30) eine Druckgasleitung (34,36) umfasst, welche eine Druckgasquelle (32) und die Mischkammer (70) verbindet, wobei in der Druckgasleitung (34, 36) ein Ventil (35), insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist. 8. exhaust aftertreatment system (10) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the compressed gas supply (30) comprises a compressed gas line (34,36) which connects a compressed gas source (32) and the mixing chamber (70), wherein in the compressed gas line (34, 36) a valve (35), in particular a check valve, is arranged.
9. Abgasnachbehandlungssystem (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (35) und die Dosierpumpe (55) durch ein gemeinsames Steuergerät (80) angesteuert werden. 9. exhaust aftertreatment system (10) according to claim 8, characterized in that the valve (35) and the metering pump (55) are controlled by a common control device (80).
Verfahren zum Einbringen eines Reduktionsmittels (42) in einen Abgaskanal (20) einer Brennkraftmaschine (5), wobei das Reduktionsmittel (42) aus einem Vorratsbehälter (40) in ein Mischkammer (70) gefördert wird, und wobei das Reduktionsmittel (42) in der Mischkammer (70) durch ein Gas (33) zerstäubt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Dosierpumpe (55) beabstandete Mischkammer (70) über eine Reduktionsmittelleitung (60) mit Reduktionsmittel (42) versorgt wird, dass die Mischkammer (70) unmittelbar an einem abgasführenden Bereich des Abgaskanals (20) angeordnet wird, wobei das dem Abgaskanal (20) zugeführte Reduktionsmittel (42) durch die Dosierpumpe (55) zugemessen wird. A method for introducing a reducing agent (42) into an exhaust passage (20) of an internal combustion engine (5), wherein the reducing agent (42) from a reservoir (40) is conveyed into a mixing chamber (70), and wherein the reducing agent (42) in the Mixing chamber (70) is atomized by a gas (33), characterized in that the from the metering pump (55) spaced mixing chamber (70) via a reducing agent line (60) with reducing agent (42) is supplied, that the mixing chamber (70) directly is arranged on an exhaust-carrying region of the exhaust passage (20), wherein the reducing agent (42) supplied to the exhaust passage (20) is metered by the metering pump (55).
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