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DE102012006365A1 - Exhaust system for internal combustion engine of vehicle, comprises dosing device for introducing reducing agent, particularly aqueous urea solution into exhaust gas for exhaust gas treatment - Google Patents

Exhaust system for internal combustion engine of vehicle, comprises dosing device for introducing reducing agent, particularly aqueous urea solution into exhaust gas for exhaust gas treatment Download PDF

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DE102012006365A1
DE102012006365A1 DE102012006365A DE102012006365A DE102012006365A1 DE 102012006365 A1 DE102012006365 A1 DE 102012006365A1 DE 102012006365 A DE102012006365 A DE 102012006365A DE 102012006365 A DE102012006365 A DE 102012006365A DE 102012006365 A1 DE102012006365 A1 DE 102012006365A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage (10) für ein Fahrzeug mit einer Dosiereinrichtung (14) zum Einbringen eines Reduktionsmittels (16) für die Abgasnachbehandlung in das Abgas (18). Stromabwärts der Dosiereinrichtung (14) ist eine zum Vermischen des Reduktionsmittels (16) mit dem Abgas (18) ausgebildete Mischeinrichtung (20) angeordnet. Zum Einbringen von Heizwärme in die Mischeinrichtung (20) ist diese mit einer stromaufwärts der Dosiereinrichtung (14) angeordneten Komponente der Abgasanlage (10), etwa mit einem Abgaskrümmer (28), wärmeleitend gekoppelt.The invention relates to an exhaust system (10) for a vehicle having a metering device (14) for introducing a reducing agent (16) for the exhaust gas aftertreatment into the exhaust gas (18). Downstream of the metering device (14) is arranged for mixing the reducing agent (16) with the exhaust gas (18) formed mixing device (20). For introducing heating heat into the mixing device (20), this is coupled in a heat-conducting manner to a component of the exhaust system (10) arranged upstream of the metering device (14), for example with an exhaust manifold (28).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für ein Fahrzeug, welche eine Dosiereinrichtung umfasst, mittels welcher ein Reduktionsmittel für die Abgasnachbehandlung in das Abgas eingebracht werden kann. Stromabwärts der Dosiereinrichtung ist eine Mischeinrichtung angeordnet, welche dem Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas dient. Die Mischeinrichtung ist beheizbar.The invention relates to an exhaust system for a vehicle, which comprises a metering device, by means of which a reducing agent for the exhaust gas aftertreatment can be introduced into the exhaust gas. Downstream of the metering device, a mixing device is arranged, which serves to mix the reducing agent with the exhaust gas. The mixing device is heatable.

Eine derartige Abgasanlage ist aus der EP 0 894 523 A1 bekannt. Hier ist stromaufwärts eines SCR-Katalysators (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) ein statischer Mischer angeordnet, welcher eine Vermischung einer Harnstofflösung mit dem Abgas und eine Zersetzung von Harnstoff unter Freisetzung von Ammoniak bewirkt. Um die Reaktivität des Mischers für die Hydrolyse der Harnstofflösung zu erhöhen, ist der statische Mischer mit einer Heizeinrichtung versehen, welche bevorzugt als elektrische Heizeinrichtung ausgebildet ist. Stromaufwärts des statischen Mischers ist eine Dosiereinrichtung vorgesehen, über deren Zerstäuberdüse die Harnstofflösung dem Abgas zugeführt wird.Such exhaust system is from the EP 0 894 523 A1 known. Here, upstream of a SCR catalyst (SCR = selective catalytic reduction), a static mixer is arranged, which causes a mixing of a urea solution with the exhaust gas and a decomposition of urea with liberation of ammonia. In order to increase the reactivity of the mixer for the hydrolysis of the urea solution, the static mixer is provided with a heater, which is preferably designed as an electric heater. Upstream of the static mixer, a metering device is provided, via whose atomizer nozzle the urea solution is fed to the exhaust gas.

Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass die elektrische Beheizung des Mischers aufwändig, und zwar insbesondere energieaufwändig ist.A disadvantage here is the fact that the electrical heating of the mixer is complex, and in particular energy-consuming.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher auf besonders einfache Art und Weise eine besonders gute Aufbereitung des Reduktionsmittels erreichbar ist.Object of the present invention is therefore to provide an exhaust system of the type mentioned, by means of which in a particularly simple manner, a particularly good treatment of the reducing agent can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by an exhaust system with the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Abgasanlage ist die Mischeinrichtung mit einer stromaufwärts der Dosiereinrichtung angeordneten Komponente der Abgasanlage wärmeleitend gekoppelt, um Heizwärme in die Mischeinrichtung einzubringen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich stromaufwärts der Dosiereinrichtung angeordnete Komponenten der Abgasanlage im Betrieb derselben besonders rasch erwärmen. Durch die wärmeleitende Ankopplung der Mischeinrichtung an zumindest eine solche Komponente kann also auf besonders einfache Art und Weise die Mischeinrichtung beheizt werden.In the case of the exhaust system according to the invention, the mixing device is coupled in a heat-conducting manner to a component of the exhaust system arranged upstream of the metering device, in order to introduce heating heat into the mixing device. This is based on the knowledge that upstream of the metering arranged components of the exhaust system in the operation of the same heat very quickly. Due to the heat-conductive coupling of the mixing device to at least one such component, therefore, the mixing device can be heated in a particularly simple manner.

Dies führt zu einer besonders schnellen und sicheren Aufbereitung des Reduktionsmittels. Auch bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine kann eine in das Abgas eingespritzte Reduktionsmittellösung besonders rasch verdampft werden, und zusätzlich fördert die Mischeinrichtung das Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas. Auch bei niedrigen Drehzahlen und kalter Verbrennungskraftmaschine ist also auf einfache Art und Weise eine besonders gute Aufbereitung des Reduktionsmittels erreichbar.This leads to a particularly fast and safe treatment of the reducing agent. Even with a cold start of the internal combustion engine, a reducing agent solution injected into the exhaust gas can be evaporated particularly quickly, and in addition the mixing device promotes the mixing of the reducing agent with the exhaust gas. Even at low speeds and cold internal combustion engine so a very good treatment of the reducing agent can be achieved in a simple manner.

Das aufbereitete Reduktionsmittel steht dann in einer stromabwärts der Mischeinrichtung angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche insbesondere einen SCR-Katalysator umfassen kann, für die Abgasnachbehandlung bereit. So ist eine besonders gute Abgasreinigung erreichbar. Zudem führt das durch die Beheizung der Mischeinrichtung bewirkbare vollständige Verdampfen des Reduktionsmittels vor dessen Eintritt in die Abgasnachbehandlungseinrichtung zu einem verringerten Verbrauch an Reduktionsmittel.The conditioned reducing agent is then ready for exhaust gas aftertreatment in an exhaust gas aftertreatment device arranged downstream of the mixing device, which may in particular comprise an SCR catalytic converter. So a particularly good emission control can be achieved. In addition, the complete evaporation of the reducing agent, which can be effected by the heating of the mixing device, leads to a reduced consumption of reducing agent before it enters the exhaust-gas aftertreatment device.

Auch kann eine zwischen der Mischeinrichtung und der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorzusehende Mischstrecke vergleichsweise kurz ausgebildet werden, sodass sich ein besonders gutes Packaging der Abgasanlage erreichen lässt.Also, a mixing distance to be provided between the mixing device and the exhaust gas aftertreatment device can be made comparatively short, so that a particularly good packaging of the exhaust gas system can be achieved.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Mischeinrichtung mit einem Abgaskrümmer der Abgasanlage gekoppelt. Durch diese Anbindung der Mischeinrichtung an den Abgaskrümmer lässt sich die Wärme des den Abgaskrümmer im Betrieb der Abgasanlage durchströmenden Abgases besonders gut auf die Mischeinrichtung übertragen. Zudem liegen im Bereich des Abgaskrümmers, welcher sich unmittelbar an die Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs anschließt, besonders hohe Abgastemperaturen vor, sodass diese Komponente der Abgasanlage besonders effizient zum Einbringen von Heizwärme in die Mischeinrichtung genutzt werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the mixing device is coupled to an exhaust manifold of the exhaust system. As a result of this connection of the mixing device to the exhaust manifold, the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold during operation of the exhaust system can be transferred particularly well to the mixing device. In addition, in the region of the exhaust manifold, which adjoins directly to the internal combustion engine of the vehicle, particularly high exhaust gas temperatures, so that this component of the exhaust system can be used particularly efficiently for introducing thermal heat into the mixing device.

Zusätzlich oder alternativ kann die Mischeinrichtung mit einem Abgasturbolader der Abgasanlage gekoppelt sein. Auch die Turbine des Abgasturboladers ist nämlich vergleichsweise motornah angeordnet. Aufgrund der hier vergleichsweise hohen Abgastemperaturen bewirkt daher auch eine thermische Ankopplung der Mischeinrichtung an den Abgasturbolader ein besonders effektives Einbringen von Heizwärme in die Mischeinrichtung.Additionally or alternatively, the mixing device may be coupled to an exhaust gas turbocharger of the exhaust system. The turbine of the exhaust gas turbocharger is arranged comparatively close to the engine. Due to the comparatively high exhaust gas temperatures here, a thermal coupling of the mixing device to the exhaust gas turbocharger therefore also causes a particularly effective introduction of heating heat into the mixing device.

Bevorzugt ist die Mischeinrichtung mit der Komponente der Abgasanlage stoffschlüssig verbunden, insbesondere durch Schweißen. Durch einen solchen, besonders innigen Verbund der Mischeinrichtung mit der Komponente der Abgasanlage lässt sich eine besonders gut wärmeleitende Ankopplung sicherstellen.Preferably, the mixing device is materially connected to the component of the exhaust system, in particular by welding. By such, particularly intimate composite of the mixing device with the component of the exhaust system can ensure a particularly good heat conducting coupling.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Mischeinrichtung Strömungsleitelemente aufweist, da so eine Strömungsführung des die Mischeinrichtung durchströmenden Abgases zusätzlich eine besonders gute Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas bewirkt. It is furthermore advantageous if the mixing device has flow-guiding elements, since such a flow guidance of the exhaust gas flowing through the mixing device additionally effects a particularly good mixing of the reducing agent with the exhaust gas.

Die Mischeinrichtung kann auch elektrisch beheizbar sein. So kann insbesondere dann, wenn die Temperatur der mit der Mischeinrichtung wärmeleitend gekoppelten Komponente der Abgasanlage noch vergleichsweise niedrig ist, ein elektrisches Zuheizen die vollständige Verdampfung des Reduktionsmittels erleichtern.The mixing device can also be electrically heated. Thus, in particular when the temperature of the component of the exhaust gas system coupled in a heat-conducting manner with the mixing device is still comparatively low, electrical heating can facilitate complete evaporation of the reducing agent.

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.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or shown alone in the figure can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without the scope of To leave invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Diese zeigt schematisiert eine Abgasanlage eines Fahrzeugs, bei welcher ein zum Vermischen von Abgas mit einer wässrigen Harnstofflösung ausgebildetes Mischmodul durch Anbindung des Mischmoduls an einen Abgaskrümmer der Abgasanlage beheizbar ist.This schematically shows an exhaust system of a vehicle, in which a mixing module designed for mixing exhaust gas with an aqueous urea solution can be heated by connecting the mixing module to an exhaust manifold of the exhaust system.

In der Figur ist schematisch eine Abgasanlage 10 gezeigt, durch welche Abgas eines Verbrennungsmotors 12 eines Fahrzeugs strömt. Mittels eines Dosiermoduls 14 wird eine wässrige Harnstofflösung 16 in das Abgas 18 eingebracht. Die Harnstofflösung 16 wird in einem Mischmodul 20 verdampft und im Bereich einer an das Mischmodul 20 anschließenden Mischstrecke 22 mit dem Abgas vermischt.In the figure is schematically an exhaust system 10 shown by which exhaust gas of an internal combustion engine 12 of a vehicle flows. By means of a dosing module 14 becomes an aqueous urea solution 16 in the exhaust 18 brought in. The urea solution 16 is in a mixing module 20 vaporized and in the area of one to the mixing module 20 subsequent mixing section 22 mixed with the exhaust gas.

Bei der hierbei erfolgenden Aufbereitung der wässrigen Harnstofflösung 16 wird aus dem Harnstoff Ammoniak freigesetzt. In der Mischstrecke 22 liegt somit ein gasförmiges Abgas-Ammoniak-Gemisch 24 vor. Der Ammoniak wird anschließend in einem SCR-Katalysator 26 mit Stickoxiden aus dem Abgas in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion zu Stickstoff und Wasser umgesetzt.In this case, the preparation of the aqueous urea solution 16 is released from the urea ammonia. In the mixing section 22 Thus, there is a gaseous exhaust gas-ammonia mixture 24 in front. The ammonia is then in an SCR catalyst 26 reacted with nitrogen oxides from the exhaust gas in a selective catalytic reduction reaction to nitrogen and water.

Um sicherzustellen, dass vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator 26 die Harnstofflösung 16 vollständig verdampft ist, ist das Mischmodul 20 vorliegend beheizbar ausgebildet. Hierfür ist das Mischmodul 20 – bevorzugt stoffschlüssig – an eine Komponente der Abgasanlage 10 angebunden, welche stromaufwärts des Dosiermoduls 14 angeordnet ist.To ensure that before entering the SCR catalyst 26 the urea solution 16 is completely evaporated, is the mixing module 20 formed here heated. This is the mixing module 20 - Preferably cohesively - to a component of the exhaust system 10 connected, which upstream of the dosing 14 is arranged.

Bei dem in der Figur schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Mischmodul 20 an einen Abgaskrümmer 28 wärmeleitend angebunden. Der Abgaskrümmer 28 wird nämlich im Betrieb des Verbrennungsmotors 12 von Abgas 18 mit vergleichsweise hoher Temperatur durchströmt, und diese Abgaswärme wird vorliegend genutzt, um Heizwärme in das Mischmodul 20 einzubringen.In the embodiment schematically shown in the figure, the mixing module 20 to an exhaust manifold 28 connected thermally conductive. The exhaust manifold 28 namely, during operation of the internal combustion engine 12 of exhaust 18 flows through with a comparatively high temperature, and this exhaust heat is used in the present case, to heat in the mixing module 20 contribute.

Zusätzlich oder alternativ kann das Mischmodul 20 wärmeleitend mit einer Turbine 30 eines Abgasturboladers 32 der Abgasanlage 10 gekoppelt sein. Auch im Bereich des Abgasturboladers 32 liegt nämlich bereits kurze Zeit nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 12 eine besonders hohe Temperatur vor.Additionally or alternatively, the mixing module 20 thermally conductive with a turbine 30 an exhaust gas turbocharger 32 the exhaust system 10 be coupled. Also in the area of the exhaust gas turbocharger 32 is already a short time after a cold start of the engine 12 a very high temperature.

Die Wärme des Abgasturboladers 32 kann daher zur Verbesserung der Aufbereitung der Harnstofflösung 16 genutzt werden, indem durch ein wärmeleitendes Ankoppeln des Mischmoduls 20 an den Abgasturbolader 32 Heizwärme in das Mischmodul 20 eingebracht wird. Die vom Abgas durchströmte Turbine 30 des Abgasturboladers 32 treibt in an sich bekannter Art und Weise einen Verdichter 34 an, welcher über eine Zuluftleitung 36 angesaugte Rohluft zu Ladeluft 38 verdichtet, die dem Verbrennungsmotor 12 zugeführt wird.The heat of the exhaust gas turbocharger 32 can therefore improve the treatment of urea solution 16 be used by a thermally conductive coupling of the mixing module 20 to the exhaust gas turbocharger 32 Heating energy in the mixing module 20 is introduced. The exhaust gas flowed through the turbine 30 the exhaust gas turbocharger 32 drives in a conventional manner a compressor 34 on, which via an air supply line 36 sucked raw air to charge air 38 compacted the internal combustion engine 12 is supplied.

Das Mischmodul 20 weist bevorzugt zusätzlich Strömungsleitelemente auf, um die Vermischung der verdampften Harnstofflösung 16 mit dem Abgas 18 zu verbessern.The mixing module 20 preferably additionally comprises flow guide to the mixing of the evaporated urea solution 16 with the exhaust 18 to improve.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0894523 A1 [0002] EP 0894523 A1 [0002]

Claims (7)

Abgasanlage für ein Fahrzeug, mit einer Dosiereinrichtung (14) zum Einbringen eines Reduktionsmittels (16) für die Abgasnachbehandlung in das Abgas (18), wobei stromabwärts der Dosiereinrichtung (14) eine zum Vermischen des Reduktionsmittels (16) mit dem Abgas (18) ausgebildete Mischeinrichtung (20) angeordnet ist, welche beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen von Heizwärme in die Mischeinrichtung (20) diese mit einer stromaufwärts der Dosiereinrichtung (14) angeordneten Komponente (38) der Abgasanlage (10) wärmeleitend gekoppelt ist.Exhaust system for a vehicle, with a metering device ( 14 ) for introducing a reducing agent ( 16 ) for the exhaust aftertreatment into the exhaust gas ( 18 ), downstream of the metering device ( 14 ) one for mixing the reducing agent ( 16 ) with the exhaust gas ( 18 ) formed mixing device ( 20 ) is arranged, which is heated, characterized in that for introducing thermal heat into the mixing device ( 20 ) with an upstream of the metering device ( 14 ) arranged component ( 38 ) of the exhaust system ( 10 ) is coupled thermally conductively. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) mit einem Abgaskrümmer (28) der Abgasanlage (10) gekoppelt ist.Exhaust system according to claim 1, characterized in that the mixing device ( 20 ) with an exhaust manifold ( 28 ) of the exhaust system ( 10 ) is coupled. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) mit einem Abgasturbolader (32) der Abgasanlage (10) gekoppelt ist.Exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that the mixing device ( 20 ) with an exhaust gas turbocharger ( 32 ) of the exhaust system ( 10 ) is coupled. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) mit der Komponente (28) der Abgasanlage (10) stoffschlüssig verbunden ist.Exhaust system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mixing device ( 20 ) with the component ( 28 ) of the exhaust system ( 10 ) is integrally connected. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) Strömungsleitelemente aufweist.Exhaust system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixing device ( 20 ) Has flow guide elements. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) elektrisch beheizbar ist.Exhaust system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mixing device ( 20 ) is electrically heated. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (14) zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung (16) in das Abgas (18) ausgebildet ist.Exhaust system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the metering device ( 14 ) for introducing an aqueous urea solution ( 16 ) into the exhaust gas ( 18 ) is trained.
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