DE102008059602A1

DE102008059602A1 - Vorrichtung zum Zumischen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008059602A1
Application number: DE102008059602A
Authority: DE
Inventors: Josef Nikolai Schubert; Rüdiger Dr. Tangemann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-02

Abstract

Vorrichtung (1) zum Zumischen eines Reduktionsmittels (5) in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang (2) und mit einer Dosiervorrichtung (3) mit einer Öffnung zur Zuführung des Reduktionsmittels (5) in den Abgasstrang (2), wobei die Dosiervorrichtung (3) in oder an einem an den Abgasstrang (2) angeordneten Hohlkörper (4) angeordnet ist, dessen Innenvolumen abgasführend mit dem Abgasstrang (2) verbunden ist und wobei das Reduktionsmittel in den Hohlkörper (4) eindüsbar ist, wobei zwischen dem Hohlkörper (4) und dem eingedüsten Reduktionsmittel (5) ein Mantelkörper (6) vorgesehen ist, der das Reduktionsmittel (5) zumindest bereichsweise im Innenvolumen umhüllt und wobei der Mantelkörper (6) radial um die Öffnung an die Dosiervorrichtung (3) angeordnet ist, dessen aufgeweitetes Ende sich in den Abgasstrang erstreckt und wobei eine Innenoberfläche des Mantelkörpers (6) mit dem Reduktionsmittel benetzbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden Ablagerungen des Reduktionsmittels an der Öffnung bzw. an dem Mantelkörper vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zumischen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Sie geht von der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2007 057 837.9 aus. Aus dieser ist eine Vorrichtung zum Zumischen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang und mit einer Dosiervorrichtung mit einer Öffnung zur Zuführung des Reduktionsmittels in den Abgasstrang bekannt. Hierbei ist die Dosiervorrichtung an einem an den Abgasstrang angeordneten Hohlkörper befestigt, dessen Innenvolumen abgasführend mit dem Abgasstrang verbunden ist. Das Reduktionsmittel, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, ist durch die Öffnung der Dosiervorrichtung in den Hohlkörper eindüsbar, wobei zwischen dem Hohlkörper und dem eingedüsten Reduktionsmittel ein Mantelkörper vorgesehen ist, der das Reduktionsmittel zumindest bereichsweise im Innenvolumen umhüllt. Der Mantelkörper ist hierbei derart angeordnet, dass er ständig von dem heißen Abgas derart aufgeheizt wird, dass kristalline Ablagerungen des Reduktionsmittels abgebrannt werden. Alternativ kann der Mantelkörper aktiv beheizt oder katalytisch beschichtet sein, um die Ablagerungen des Reduktionsmittels aufzulösen.
Praxisversuche haben nun gezeigt, dass es Betriebspunkte der Brennkraftmaschine, bzw. Fahrzyklen des Fahrzeuges gibt, die nicht ausreichen, um den Mantelkörper ausreichend aufzuheizen, so dass sämtliche kristallinen Ablagerungen entfernt, bzw. aufgelöst werden. Eine zusätzliche Heizung ist ebenso wie eine katalytische Beschichtung zum Entfernen der Ablagerungen kostenintensiv.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, o. g. Nachteile zu vermeiden und dennoch Ablagerungen des Reduktionsmittels im Bereich der Öffnung der Dosiervorrichtung und des Mantelkörpers zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist eine Ablagerung von einem Reduktionsmittel, wie z. B. einer wässrigen Harnstofflösung, in den Bereichen, an denen eine thermische Zersetzung unter o. g. Umständen nicht möglich ist, insbesondere im Bereich der Öffnung der Dosiervorrichtung und dem Mantelkörper selbst, sicher vermieden. Der erfindungsgemäße Mantelkörper dient einerseits zur Führung des Reduktionsmittel-Spraykegels, andererseits zur thermischen Abschirmung der Dosiervorrichtung gegen Überhitzung. Der Kegelwinkel des Mantelkörpers darf hierbei nur etwas größer als der Spraykegelwinkel sein. Durch diese Auslegung wird erreicht, dass das Reduktionsmittelspray die sich bildenden Ablagerungen auflöst und diese herausgespült werden. Ein zu großer Kegelwinkel des Mantelkörpers minimiert die Reinigungswirkung durch das Reduktionsmittelspray. Ein zu kleiner Kegelwinkel bildet zu viel Wandfilm und beeinflusst das Reduktionsmittelspraybild negativ. Durch die Wandbenetzung im Inneren des Mantelkörpers kommt es zur Tropfenbildung von flüssigem Reduktionsmittel am Ende des Mantelkörpers, weshalb dieses Ende des Mantelkörpers in einer gezielten Gasströmung stehen muss. Dabei kann es sich um den Abgasmassenstrom oder auch um einen unabhängigen, beispielsweise externen Luftstrom handeln.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Mantelkörpers sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 beschrieben.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels in zwei Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zumischen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine.
1a zeigt eine Detailvergrößerung von 1.
Im Folgenden gelten in beiden Figuren für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Zumischen eines Reduktionsmittels 5 in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine. Dargestellt ist ein Rohrbogen eines Abgasstrangs 2, in dem ein Sensor 10, beispielsweise ein NO_x Sensor oder eine Lambdasonde, angeordnet ist. Weitgehend diametral zu dem Sensor 10 ist ein Hohlkörper 4 an den Abgasstrang 2 angeordnet, der gasführend mit diesem in Verbindung steht. An den Hohlkörper 4, auf der dem Abgasstrang 2 abgewandten Seite, ist mittels eines Befestigungselementes 7 eine Dosiervorrichtung 3 mit einer Öffnung zur Zuführung des Reduktionsmittels, beispielsweise einer wässrigen Harnstofflösung, in den Abgasstrang 2 angeordnet. Die Öffnung ist für eine gezielte Zudosierung des Reduktionsmittels bevorzugt verschließbar ausgeführt. Das Reduktionsmittel 5 ist über die Dosiervorrichtung 3 als Reduktionsmittelspraykegel in den Abgasstrang 2 einbringbar, wobei das Reduktionsmittel 5 als eine Umhüllende des Reduktionsmittelspraykegels dar gestellt ist. Um eine Überhitzung der Dosiervorrichtung 3 zu vermeiden, sind radial umlaufende Kühlkörper 8 an der Dosiervorrichtung 3 vorgesehen.
Zwischen dem Hohlkörper 4 und dem eingedüsten Reduktionsmittel 5 ist ein erfindungsgemäßer Mantelkörper 6 vorgesehen, der das Reduktionsmittel 5 im Innenvolumen des Hohlkörpers 4 umhüllt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umhüllt der trichterförmige Mantelkörper 6 über seine ganze Länge das Reduktionsmittel 5, in anderen Ausführungsbeispielen kann der Mantelkörper 6 auch Öffnungen oder Durchbrüche aufweisen. Der Mantelkörper 6 ist radial, im vorliegenden Ausführungsbeispiel koaxial um die Öffnung an die Dosiervorrichtung 3 angeordnet, wobei dessen aufgeweitetes Ende sich in den Abgasstrang 2 erstreckt. Erfindungsgemäß ist eine Innenoberfläche des Mantelkörpers 6 mit dem Reduktionsmittel 5 benetzbar. Um dies zu erzielen, weist der Mantelkörper 6 einen Konuswinkel zwischen 10° und 90°, im vorliegenden Ausführungsbeispiel von 25° auf. Weiter weist der Mantelkörper 6 eine Länge zwischen 3 mm und 50 mm auf, wobei der Mantelkörper 6 an der Öffnung der Dosiervorrichtung 3 einen Innendurchmesser zwischen 2 mm und 8 mm aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Mantelkörper 6 eine Länge von 13 mm auf sowie einen Innendurchmesser an der Öffnung von 3,5 mm. In zwei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Mantelkörper 6 lösbar oder unlösbar an die Dosiervorrichtung angeordnet sein. Um die Strömungsverhältnisse im Bereich des Mantelkörpers 6 und der Dosiervorrichtung 3 zu optimieren, ist radial außen um den Mantelkörper 6 und radial innerhalb des Hohlkörpers 4 ein Strömungsleitblech 9 vorgesehen. Dieses dient neben der Strömungsleitfunktion einer eventuellen Überhitzung der Dosiervorrichtung vorzubeugen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist eine Ablagerung von einem Reduktionsmittel, wie z. B. einer wässrigen Harnstofflösung, in den Bereichen, an denen eine thermische Zersetzung unter o. g. Umständen nicht möglich ist, insbesondere im Bereich der Öffnung der Dosiervorrichtung 3 und dem Mantelkörper 6 selbst, sicher vermieden. Der erfindungsgemäße Mantelkörper 6 dient einerseits zur Führung des Reduktionsmittel-Spraykegels, andererseits zur thermischen Abschirmung der Dosiervorrichtung 3 gegen eine Überhitzung. Der Kegelwinkel des Mantelkörpers 6 darf hierbei nur etwas größer als der Spraykegelwinkel sein. Durch diese Auslegung wird erreicht, dass das Reduktionsmittelspray die sich bildende Ablagerungen auflöst und diese herausgespült werden. Ein zu großer Kegelwinkel des Mantelkörpers 6 minimiert die Reinigungswirkung durch das Reduktionsmittelspray. Ein zu kleiner Kegelwinkel bildet zu viel Wandfilm und beeinflusst das Reduktionsmittelspraybild negativ. Durch die Wandbenetzung im Inneren des Mantelkörpers 6 kommt es zur Tropfenbildung von flüssigem Reduktionsmittel 5 am Ende des Mantelkörpers 6, weshalb dieses Ende des Mantelkörpers 6 in einer gezielten Gasströmung stehen muss. Dabei kann es sich um den Abgasmassenstrom oder auch um einen unabhängigen, beispielsweise externen Luftstrom handeln.
Zusammengefasst ergeben sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung zum Zumischen eines Reduktionsmittels 5 in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine folgende Vorteile:

– Ablagerungen des Reduktionsmittels 5 im Bereich des Mantelkörpers 6 können verhindert werden, somit kann die Emissionsstabilität der Brennkraftmaschine, bzw. des Fahrzeugs auf lange Zeit sichergestellt werden;
– Durch den Mantelkörper 6 kann die Spitzentemperatur der Dosiervorrichtung 3, insbesondere im Bereich der Öffnung abgesenkt und damit dessen Lebensdauer erhöht werden;
– Durch die Führung des Spraykegels des Reduktionsmittels 5 durch den Mantelkörper 6 können Spraywinkeltoleranzen reduziert und damit Emissionstoleranzen minimiert werden;
– Durch die Verringerung der Spitzentemperatur der Dosiervorrichtung 3, insbesondere im Bereich der Öffnung, kann eine Eindüsung einer wässrigen Harnstofflösung zur Kühlung der Dosiervorrichtung 3 ver mieden werden. Damit wird ein ungewollter NH₃-Schlupf und eine damit verbundene Geruchsbelästigung vermieden

1: Vorrichtung
2: Abgasstrang
3: Dosiervorrichtung
4: Hohlkörper
5: Reduktionsmittel
6: Mantelkörper
7: Befestigungselement
8: Kühlkörper
9: Strömungsleitblech
10: Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007057837 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zum Zumischen eines Reduktionsmittels (5) in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang (2) und mit einer Dosiervorrichtung (3) mit einer Öffnung zur Zuführung des Reduktionsmittels (5) in den Abgasstrang (2), wobei die Dosiervorrichtung (3) in oder an einem an den Abgasstrang (2) angeordneten Hohlkörper (4) angeordnet ist, dessen Innenvolumen abgasführend mit dem Abgasstrang (2) verbunden ist und wobei das Reduktionsmittel (5) in den Hohlkörper (4) eindüsbar ist, wobei zwischen dem Hohlkörper (4) und dem eingedüsten Reduktionsmittel (5) ein Mantelkörper (6) vorgesehen ist, der das Reduktionsmittel (5) zumindest bereichsweise im Innenvolumen umhüllt, wobei der Mantelkörper (6) radial um die Öffnung an die Dosiervorrichtung (3) angeordnet ist, dessen aufgeweitetes Ende sich in den Abgasstrang (2) erstreckt, dadurch gekennzeichnet dass eine Innenoberfläche des Mantelkörpers (6) mit dem Reduktionsmittel (5) benetzbar ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (6) einen Konuswinkel zwischen 10° und 90° aufweist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (6) eine Länge zwischen 3 mm und 50 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (6) an der Dosiervorrichtung (3) einen Innendurchmesser zwischen 2 mm und 8 mm aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (6) lösbar oder unlösbar an die Dosiervorrichtung (3) angeordnet ist.