WO2006075029A1 - Vorrichtung zur nachbehandlung von abgasen - Google Patents

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WO2006075029A1
WO2006075029A1 PCT/EP2006/050233 EP2006050233W WO2006075029A1 WO 2006075029 A1 WO2006075029 A1 WO 2006075029A1 EP 2006050233 W EP2006050233 W EP 2006050233W WO 2006075029 A1 WO2006075029 A1 WO 2006075029A1
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metering
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metering tube
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PCT/EP2006/050233
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Werner Pape
Cornelia Goldmann
Torsten Eggert
Armin Strauch
Max Leonhard
Andreas Oyrer
Oliver Kovacic
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for post-treatment of exhaust gases
  • the device according to the invention with the characterizing features of the independent claim has the advantage that in a simple way a possibility is created, the reagent or the crystallization-forming
  • Partial clogging or toughening agent can be reduced as a result of crystal formation and redissolution thereof.
  • a stepped expansion is advantageously easy to produce.
  • Such a step-shaped boring can be attached in a simple manner in already known metering tubes.
  • FIG. 1 shows an arrangement for the air-assisted introduction of a urea-water solution
  • FIG. 2 shows a metering tube
  • FIG. 3 shows a metering tube with expansion structure
  • FIG. 4 shows a metering tube with expansion structure and sleeve
  • FIG. 5 shows a metering tube with expansion structure and threaded area.
  • FIG. 1 shows a device for the after-treatment of exhaust gases.
  • 1 is a urea tank, from which a urea-water solution with a 32.5% urea content via a line Ia, for example, a hose, with a check valve 2 and a filter designed as a filter 3 sucked by a feed pump 4 and over another check valve 6 is conveyed to a metering valve 7.
  • the metering valve 7 doses the required amount of urea-water solution in a mixing chamber 8. Any overflow amount of urea-water solution can be traced through a pressure regulator 5 and another check valve 11 through a return line 12 into the urea tank 1. Any necessary venting of the line Ia can be performed via a vent circuit with a vent valve 10. 20 with a compressed air tank is further designated, from which compressed air via a pressure limiter 21, a 2/2-way valve 22 and a check valve 23 can be introduced into the mixing chamber.
  • the check valve 23 which may be formed, for example, as a ball valve or flat seat valve, a backflow of a reducing agent-air mixture from the mixing chamber into the compressed air line 24 can be prevented. As a result, the risk of contamination of a communicating with the compressed air line 24 compressed air electrical system is greatly reduced compared to conventional systems.
  • an aerosol is produced by pressurizing the urea-water solution by means of the compressed air, which aerosol is introduced into a catalyst 30 via an aerosol line 25 and a metering tube 60 projecting into the exhaust gas line.
  • a control unit 40 detects signals that are received from a higher-level engine control unit via a CAN data line 41, and the signals from pressure, temperature or - A -
  • the control unit 40 calculates from this information a urea dosing amount which is to be added to an exhaust gas flowing through the catalytic converter 30.
  • the control unit 40 regulates the pressure in the compressed air line 24 with the help of the solenoid valves described and also monitors the urea-water solution pressure.
  • the controller 40 detects deviations and errors, stores them and displays them by a diagnostic device (not shown), for example on a PC.
  • FIG. 2 shows the part of a metering tube 61 projecting into an exhaust pipe, not shown, which can be used instead of the metering pipe 60 shown in FIG.
  • the arrow 62 indicates the flow direction of the reaction agent or the reagent-transport gas mixture, for example, a urea-water solution, which is introduced into the dosing tube with compressed air support.
  • the metering tube is at the downstream
  • a stopper 64 End sealed with a stopper 64. Upstream of the closure plug 64 are arranged radially aligned spray holes 63 with a diameter of typically 0.5 millimeters in the wall of the metering tube, which are distributed uniformly over the circumference of the metering tube.
  • the metering tube has a bend of 90 degrees, so that the vertically passing through a wall of the exhaust pipe metering tube parallel to
  • Exhaust flow 66 extending portion 65 has.
  • An enlarged detail 70 shows a liquid wall film 72 running along the metering tube or spray tube wall 71.
  • Arrow 73 identifies its flow direction.
  • the arrow 74 indicates the direction of flow of a forming aerosol or the compressed air used for the transport and atomization of the reagent.
  • Figure 1 forms in the conduit 25 after mixing the reaction medium with compressed air in the mixing chamber 8 to form an aerosol from a liquid Mattersstoff- wall film, which also waved in the metering 61 as a wall film 72 moves and for example at a flow rate of 1 m / s and one
  • Air pressure of 1.5 bar has a thickness of about 10 microns. A part still existing aerosols as well as the compressed air itself moves (flow direction 74) in the Center of the dosing continued. The urea-water solution is finally injected via the spray holes 63 transversely to the flow 66 of the exhaust gas into the exhaust pipe.
  • FIG. 3 shows the embodiment according to the invention of a part of a metering tube 81 made of stainless steel, which can be used instead of a metering tube 60 shown in FIG.
  • the metering tube has an outer diameter 85 and at its entry into the exhaust pipe to behind the 90-degree bend an inner diameter 83.
  • the metering tube is gas-tight and liquid-tight at its downstream end with a sealing plug designed as a sealing and welded to the metering plug 64 made of stainless steel locked.
  • the spray holes 63 are introduced radially into the dosing tube at an edge distance 89 from the dosing tube end, shortly before the sealing plug 64, in order to establish a flow connection between the inner region of the dosing tube and the exhaust gas flowing outside the dosing tube.
  • the circular flow cross-section is widened in a region upstream of the spray holes, namely to a cross-section with an inner diameter 87 in the widening region, which is larger than the inner diameter 83.
  • This widening region has a length 91 calculated from the Sprühlochmitten.
  • the short length downstream of the spray holes also has the increased inside diameter 87, and the plug has a suitably sized area towards the end
  • the outer diameter 85 is in the exemplary embodiment 4.1 millimeters, the inner diameter 83 2.1 millimeters, the inner diameter 87 in the expansion range 2.5 millimeters, the edge distance 89 2.5 millimeters and the length 91 10 millimeters.
  • the flowing exhaust gas 66 has a temperature of, for example, 350 degrees Celsius.
  • the compressed air flowing in the center of the metering tube in a compressed air-assisted system heats up to approximately 60 degrees Celsius.
  • the forming temperature gradient then leads, for example, to a temperature on the inner wall of the metering tube of 115 degrees Celsius.
  • the liquid wall film migrates from the urea
  • the length 91 is dimensioned such that the swirling caused by the expansion and thus the lowering of the temperature of the urea-water
  • Millimeters and a few centimeters selected preferably about 10 +/- 2 millimeters.
  • the plug 64 may optionally also be designed as a plug which is provided with play, i. easy, in the production in the metering tube is inserted and then also welded to the metering tube.
  • Figure 4 shows an alternative embodiment of a portion of a metering tube 101, wherein the same or similar components as in the embodiment shown in Figure 3 with the same
  • the metering tube 101 also has a widening region which extends over a length 92 in front of the spray holes.
  • the inner diameter 87 of the metering tube in the widening region is greater than the inner diameter 98 far away from the spray holes. During production, this is done by drilling the inner diameter of the
  • Spray tube enlarged. It is drilled deeper than the formation of the expansion area would be necessary to then fit a sleeve 93 into the hole and insert the bore, for example, to weld by laser, the sleeve 93 has a sleeve length 94, so that the upstream of the spray holes shortening area 96 of the boring to the sleeve length 94 and the aforementioned spread area with the length 92 is formed.
  • the sleeve thickness is greater than half the difference of inner diameter 98 with inner diameter 87 in the expansion region, in other words, the sleeve inner diameter 99 is smaller than the inner diameter 98.
  • the sleeve inner diameter 99 is 1.7 millimeters, the inner diameter 98 2.1 millimeters , the outside diameter 85 4.1 millimeters, the length 92
  • the wall film moving toward the spray holes first sees a slightly positive interference contour in the region of the transition to the sleeve, ie a wall profile leading to the axis of symmetry of the metering tube, in order subsequently to pass through an even larger negative interference contour during the transition from the sleeve into the expansion region
  • the symmetry axis of the dosing tube leads away. Both interference contours contribute to the turbulence and mixing and thus to avoid urea crystallization.
  • the dosing tube according to FIG. 5 also has a positive interference contour upstream of the widening region. In contrast to Figure 4, however, the sleeve is through a threaded portion
  • the widening structure in the metering tube described in the exemplary embodiments can also be used in other conduit regions or in the regions leading to the reagent. It can also be introduced with introduced in the dosing tube interfering bodies, such as a precisely inserted into the metering tube, fixed or movable metal spiral, or
  • the basic shape of the metering tube can also be described by the 90 degree bend deviate, for example, by extending obliquely into the exhaust tract and, accordingly, angles greater or smaller than 90 degrees are provided to allow a portion of the metering pipe to extend parallel to the flow direction of the exhaust gas.
  • those embodiments of the metering tube are also encompassed by the invention, in which the spray holes are located in an end closure of the spray tube or in which the spray holes are aligned parallel to the flow direction of the exhaust gas or obliquely at an acute or obtuse angle relative to the flow direction of the exhaust gas are.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines in die Abgase einzubringenden Reaktionsmittels, insbesondere eines Reduktionsmittels, vorgeschlagen, bei dem das Reaktionsmittel aus einem Reaktionsmittelbehälter (1) über Leitungen (1a, 25) zu einer Dosiervorrichtung (7) und/oder zu einer Einbringungsstelle (63) befördert werden kann, so dass das Reaktionsmittel an der Einbringungsstelle dosiert in eine abgasführende Anordnung (30) der Brennkraftmaschine einbringbar ist, wobei zumindest an einer Stelle (91) in den Leitungen und/oder in reaktionsmittelführenden Bereichen der für eine Strömung des Reaktionsmittels zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt aufgeweitet (87) ist, so dass eine Kristallisation des Reaktionsmittels verhindert werden kann.

Description

Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer
Brennkraftmaschine nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Es ist schon eine derartige Vorrichtung aus der DE 199 46 901 bekannt, bei der in einem in ein Abgasrohr hineinragenden Dosierrohr eine Drossel angeordnet ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass in einfacher Weise eine Möglichkeit geschaffen wird, das Reaktionsmittel bzw. die kristallisationsbildende
Flüssigkeit untereinander bzw. mit einem Transportgas so zu vermischen, dass eine lokale Übersättigung des reaktiven Bestandteils des Reaktionsmittels verhindert und somit dessen Kristallisation vermieden werden kann. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, dass hierbei der Durchfluss des Reaktionsmittels durch Leitungen bzw. reaktionsmittelführende Bereiche nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird. In vorteilhafter Weise wird hierbei nicht nur eine Verengung des Strömungsquerschnitts infolge Auskristallisation, sondern auch eine Verstopfung der Einbringungsstelle bzw. der Leitungen vermieden. Wird eine Verengung verhindert, muss der Transportdruck des Reaktionsmittels bzw. des Transportgases nicht erhöht werden, um eine bestimmte Menge an Reaktionsmittel dem Abgas zuzuführen bzw. um weiterhin eine Auskristallisation zu vermeiden. Das Dosiersystem wird insgesamt robuster hinsichtlich in der Praxis auftretender Schwankungen bei den Betriebsparametern. Insbesondere sind in vorteilhafter Weise auch kleinere Mengen an Reaktionsmittel, insbesondere an
Harnstoff- Wasser-Lösung, einspritzbar, ohne eine Auskristallisation mit der Folge eines eventuellen Lahmlegens des gesamten Systems zu provozieren. Darüber hinaus können mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch zukünftige Abgasnormen, die eine feiner abzustimmende Dosierung mit kleineren Toleranzen der Reaktionsmittelmenge erfordern, erfüllt werden. Ferner können in vorteilhafter Weise Mengenschwankungen aufgrund von
Teilverstopfungen bzw. zäher werdendem Reaktionsmittel infolge Kristallbildung und Wiederauflösen derselben verringert werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen
Abgasnachbehandlungsvorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn sich eine Aufweitungsstruktur nahe der Einbringungsstelle befindet, so dass in zuverlässiger Weise eine Durchgängigkeit beispielsweise von Sprühlöchern in einem Dosierrohr gewährleistet werden kann.
Eine stufenförmige Aufweitung ist in vorteilhafter Weise einfach herstellbar. Insbesondere ist es vorteilhaft, in einer Leitung mit kreisförmigem Querschnitt, beispielsweise im Dosierrohr, die Aufweitung als stufenförmige Aufbohrung auszubilden. Eine derartige stufenförmige Aufbohrung ist in an sich bereits bekannten Dosierrohren in einfacher Weise anbringbar.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den weiteren in den weiteren abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung genannten Merkmalen.
Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Anordnung zur luftunterstützten Einbringung einer Harnstoff- Wasser-Lösung, Figur 2 ein Dosierrohr, Figur 3 ein Dosierrohr mit Aufweitungsstruktur, Figur 4 ein Dosierrohr mit Aufweitungsstruktur und Hülse und Figur 5 ein Dosierrohr mit Aufweitungsstruktur und Gewindebereich.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen dargestellt. Mit 1 ist ein Harnstofftank bezeichnet, aus welchem eine Harnstoff- Wasser-Lösung mit einem 32,5 %igem Harnstoffanteil über eine Leitung Ia, beispielsweise eine Schlauchleitung, mit einem Rückschlagventil 2 und einem als Filtersieb ausgeführten Filter 3 von einer Förderpumpe 4 angesaugt und über ein weiteres Rückschlagventil 6 zu einem Dosierventil 7 gefördert wird.
Das Dosierventil 7 dosiert die erforderliche Menge an Harnstoff- Wasser-Lösung in eine Mischkammer 8. Eine eventuell auftretende Überströmmenge der Harnstoff- Wasser-Lösung ist über einen Druckregler 5 und ein weiteres Rückschlagventil 11 durch eine Rücklaufleitung 12 in den Harnstofftank 1 zurückführbar. Eine eventuell notwendige Entlüftung der Leitung Ia ist über einen Entlüftungskreislauf mit einem Entlüftungsventil 10 durchführbar. Mit 20 ist ferner ein Druckluftbehälter bezeichnet, aus welchem Druckluft über einen Druckbegrenzer 21, ein 2/2- Wegeventil 22 und ein Rückschlagventil 23 in die Mischkammer einbringbar ist. Durch Vorsehen des Rückschlagventils 23, welches beispielsweise als Kugelventil oder Flachsitzventil ausgebildet sein kann, kann ein Rückströmen eines Reduktionsmittel-Luft-Gemisches aus der Mischkammer in die Druckluftleitung 24 hinaus verhindert werden. Hierdurch ist die Gefahr einer Kontamination eines mit der Druckluftleitung 24 kommunizierenden Druckluft- Bordnetzes gegenüber herkömmlichen Systemen stark reduziert.
In der Mischkammer 8 wird unter Beaufschlagung der Harnstoff- Wasser-Lösung mittels der Druckluft ein Aerosol erzeugt, welches über eine Aerosolleitung 25 und ein in die Abgasleitung hineinragendes Dosierrohr 60 in einen Katalysator 30 eingebracht wird. Ein Steuergerät 40 erfaßt hierbei Signale, die von einem übergeordneten Motorsteuergerät über eine CAN- Datenleitung 41 empfangen werden, sowie die Signale von Druck-, Temperatur- bzw. - A -
Füllstandssensoren 50 bis 55, deren Funktionsweise an sich bekannt ist und hier nicht weiter erläutert wird. Das Steuergerät 40 berechnet aus diesen Informationen eine Harnstoff- Dosiermenge, welche einem den Katalysator 30 durchströmenden Abgas zugegeben werden soll.
Das Steuergerät 40 regelt mit Hilfe der beschriebenen Magnetventile den Druck in der Druckluftleitung 24 und überwacht ferner den Harnstoff- Wasser-Lösungsdruck. Das Steuergerät 40 erkennt Abweichungen und Fehler, speichert diese und bringt sie durch ein (nicht gezeigtes) Diagnosegerät, beispielsweise an einem PC, zur Anzeige.
Figur 2 stellt den in eine nicht näher dargestellte Abgasleitung hineinragenden Teil eines Dosierrohrs 61 dar, das anstelle des in der Figur 1 abgebildeten Dosierrohrs 60 eingesetzt werden kann. Der Pfeil 62 kennzeichnet die Strömungsrichtung des Reaktionsmittels bzw. des Reaktionsmittel-Transportgas-Gemischs, beispielsweise einer Harnstoff- Wasser-Lösung, die druckluftunterstützt ins Dosierrohr eingebracht wird. Das Dosierrohr ist am stromabwärtigen
Ende mit einem Verschlussstopfen 64 abgedichtet. Stromaufwärts des Verschlussstopfens 64 sind radial ausgerichtete Sprühlöcher 63 mit einem Durchmesser von typischerweise 0,5 Millimeter in der Wandung des Dosierrohrs angeordnet, die sich gleichmässig über den Umfang des Dosierrohrs verteilen. Das Dosierrohr weist eine Biegung um 90 Grad auf, so dass das senkrecht durch eine Wandung des Abgasrohrs hindurchtretende Dosierrohr einen parallel zur
Abgasströmung 66 verlaufenden Abschnitt 65 aufweist. Eine Ausschnittsvergrößerung 70 zeigt einen an der Dosierrohr- bzw. Sprührohrwand 71 entlanglaufenden flüssigen Wandfilm 72, Pfeil 73 kennzeichnet dessen Strömungsrichtung. Der Pfeil 74 kennzeichnet die Strömungsrichtung eines sich ausbildenden Aerosols bzw. der zum Transport und Zerstäubung des Reaktionsmittels verwendeten Druckluft.
Bei der Anordnung nach Figur 1 bildet sich in der Leitung 25 nach der Vermischung des Reaktionsmittels mit Druckluft in der Mischkammer 8 zur Bildung eines Aerosols ein flüssiger Reaktionsmittel- Wandfilm aus, der sich auch im Dosierrohr 61 wellenförmig als Wandfilm 72 fortbewegt und beispielsweise bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s und einem
Luftdruck von 1,5 bar eine Dicke von zirka 10 Mikrometer aufweist. Ein Teil weiterhin vorhandenen Aerosols sowie die Druckluft selbst bewegt sich (Strömungsrichtung 74) in der Mitte des Dosierrohrs fort. Die Harnstoff- Wasser-Lösung wird schließlich über die Sprühlöcher 63 quer zur Strömung 66 des Abgases in die Abgasleitung eingespritzt.
Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Ausführung eines Teils eines Dosierrohrs 81 aus Edelstahl, das anstelle eines in der Figur 1 dargestellten Dosierrohrs 60 verwendet werden kann.
Dargestellt ist das stromabwärtige Ende des Dosierrohrs hinter der oben beschriebenen 90- Grad-Biegung, also der Abschnitt des Dosierrohrs, der parallel zur Abgasströmung 66 verläuft. Das Dosierrohr hat einen Aussendurchmesser 85 und bei seinem Eintritt in die Abgasleitung bis hinter der 90-Grad-Biegung einen Innendurchmesser 83. Das Dosierrohr ist an seinem stromabwärtigen Ende mit einem als Pressstopfen ausgebildeten und mit dem Dosierrohr verschweissten Verschlussstopfen 64 aus Edelstahl gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen. Die Sprühlöcher 63 sind in einem Randabstand 89 vom Dosierrohrende, kurz vor dem Verschlussstopfen 64, radial in das Dosierrohr eingebracht zur Herstellung einer Strömungsverbindung zwischen dem Innenbereich des Dosierrohrs und dem außerhalb des Dosierrohrs strömenden Abgases. Der kreisförmige Strömungsquerschnitt ist in einem Bereich stromaufwärts der Sprühlöcher aufgeweitet, und zwar auf einen Querschnitt mit einem Innendurchmesser 87 im Aufweitungsbereich, der größer ist als der Innendurchmesser 83. Dieser Aufweitungsbereich hat eine Länge 91 gerechnet von den Sprühlochmitten. Das kurze Stück stromabwärts der Sprühlöcher hat ebenfalls den vergrößerten Innendurchmesser 87, und der Verschlussstopfen weist einen entsprechend dimensionierten Bereich zum endseitigen
Verschluss des Sprührohrs auf. Der Aussendurchmesser 85 beträgt im Ausführungsbeispiel 4,1 Millimeter, der Innendurchmesser 83 2,1 Millimeter, der Innendurchmesser 87 im Aufweitungsbereich 2,5 Millimeter, der Randabstand 89 2,5 Millimeter und die Länge 91 10 Millimeter.
Das strömende Abgas 66 hat eine Temperatur von beispielsweise 350 Grad Celsius. Die bei einem druckluftunterstützten System im Zentrum des Dosierrohrs strömende Druckluft erwärmt sich dabei auf zirka 60 Grad Celsius. Der sich ausbildende Temperaturgradient führt dann beispielsweise zu einer Temperatur an der Innenwandung des Dosierrohrs von 115 Grad Celsius. An der Innenwand des Dosierrohrs wandert der flüssige Wandfilm aus der Harnstoff-
Wasser-Lösung entlang, und der direkt an der Rohrwand entlang laufende Wasseranteil der Lösung kann, unterstützt durch die trocknende Wirkung des in der Dosierrohrmitte strömenden Luftstroms, aus einer heißen Randschicht verdampfen, solange keine Maßnahmen getroffen werden, um dies zu verhindern. Verdampft nämlich das Wasser aus der heißen Randschicht, so stellt sich eine Übersättigung an Harnstoff in der Harnstoff- Wasser-Lösung ein und es besteht die Gefahr der Kristallisation des Harnstoffs, die zu einer Verengung des Strömungsquerschnitts, zu einem erforderlichen Druckanstieg zur Förderung einer bestimmten Harnstoffmenge und schließlich auch zur Verstopfung insbesondere der Sprühlöcher führen kann. Eine Verstopfung der Sprühlöcher wiederum kann dazu führen, dass die über das Druckluftsystem zugeführte Luft über das Dosierventil 7 (Fig. 1) in die Leitung Ia drückt, so dass nun auch hier, unterstützt durch die trocknende Wirkung der Luft, Kristallisation eintreten kann. Mit einer Erhöhung der Durchflussmenge an Harnstoff- Wasser-Lösung pro Zeiteinheit kann eine Kristallisation vermieden werden, dies geht jedoch zu Lasten der Dosiergenauigkeit und führt zu einem erhöhten Reduktionsmittelverbrauch. Bei Überdosierung wiederum entsteht ungewollter Ammoniak-Schlupf als Sekundäremission, der bei hoher Konzentration gesundheitsbeeinträchtigend sein kann. Daher ist erfindungsgemäß eine Aufweitung des für die Harnstoff- Wasser-Lösung zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitts vorgesehen, speziell in einem Bereich mit einer Länge 91 unmittelbar vor den Sprühlöchern, um diese vor einer
Kristallisation von Harnstoff zu schützen. Die vorzugsweise als stufenförmiger Übergang ausgebildete Aufweitung des Strömungsquerschnitts vom Innendurchmesser 83 auf den größeren Innendurchmesser 87 führt zu einer Durchmischung bzw. Aufwirbelung des Wandfilms. Dadurch werden kühlere, zunächst dem Innenbereich des Dosierrohrs zugewandte Abschnitte des Wandfilms nach außen in Richtung Innenwandung des Dosierrohrs gewälzt.
Somit kühlt die der Innenwandung des Dosierrohrs unmittelbar benachbarte Randschicht des Wandfilms ab, die Gefahr der Wasserverdampfung und damit der Harnstoffübersättigung ist verringert, was wiederum zu einer geringeren Gefahr der Auskristallisation von Harnstoff bzw. an Reaktionsmittel führt. Die Länge 91 ist dabei so bemessen, dass die durch die Aufweitung entstandene Verwirbelung und damit Erniedrigung der Temperatur der Harnstoff- Wasser-
Lösung unmittelbar an der Innenwand des Dosierrohrs noch bis zu den Sprühlöchern fortwirkt. Je größer die Länge 91, desto größer ist tendenziell der vor Kristallisation geschützte Bereich. Ab einer gewissen Obergrenze jedoch würde sich wieder ein gleichmässig fließender Wandfilm mit den oben genannten Problemen ausbilden, so dass gerade im Bereich der Sprühlöcher kein Schutz mehr vor Kristallisation bestünde. Daher wird die Länge 91 in einem Bereich zwischen 2
Millimetern und einigen Zentimetern gewählt, bevorzugt zirka 10 +/- 2 Millimeter. Durch diese einfache Maßnahme lässt sich insbesondere auch eine höhere Dosiergenauigkeit erzielen, weil kleinere Mengen an Harnstoff- Wasser-Lösung pro Zeit gefördert bzw. in die Abgasleitung eingebracht werden können, ohne in den kritischen Bereich der Harnstoffübersättigung und Auskristallisation zu gelangen, der das gesamte System lahm legen und eine Abgasentstickung außer Kraft setzen kann.
Der Verschlussstopfen 64 kann wahlweise auch als Stopfen ausgebildet sein, der mit Spiel, d.h. leicht, bei der Fertigung in das Dosierrohr einführbar ist und anschließend ebenfalls mit dem Dosierrohr verschweisst wird.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Teils eines Dosierrohrs 101, bei dem gleiche oder ähnliche Bestandteile wie bei der in Figur 3 gezeigten Ausführung mit gleichem
Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals beschrieben werden. Analog zum Dosierrohr 81 gemäß Figur 3 weist auch das Dosierrohr 101 einen Aufweitungsbereich auf, der sich auf einer Länge 92 vor den Sprühlöchern erstreckt. Dabei ist der Innendurchmesser 87 des Dosierrohrs im Aufweitungsbereich größer als der Innendurchmesser 98 fernab der Sprühlöcher. Bei der Fertigung wird hierbei durch Aufbohrung der Innendurchmesser des
Sprührohrs vergrößert. Dabei wird tiefer gebohrt als zur Ausbildung des Aufweitungsbereichs notwendig wäre, um anschließend passgenau eine Hülse 93 in die Auf bohrung einschieben und mit der Aufbohrung beispielsweise per Laser verschweissen zu können, wobei die Hülse 93 eine Hülsenlänge 94 aufweist, so dass sich der stromaufwärts der Sprühlöcher befindliche Bereich 96 der Aufbohrung um die Hülsenlänge 94 verkürzt und sich der genannte Auf weitungsbereich mit der Länge 92 ausbildet. Die Hülsendicke ist größer als die halbe Differenz von Innendurchmesser 98 mit Innendurchmesser 87 im Aufweitungsbereich, mit anderen Worten, der Hülseninnendurchmesser 99 ist kleiner als der Innendurchmesser 98. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Hülseninnendurchmesser 99 1,7 Millimeter, der Innendurchmesser 98 2,1 Millimeter, der Außendurchmesser 85 4,1 Millimeter, die Länge 92
4,9 Millimeter, die Hülsenlänge 94 4,1 Millimeter und der Innendurchmesser 87 im Aufweitungsbereich 2,5 Millimeter.
Der sich auf die Sprühlöcher zubewegende Wandfilm sieht zunächst im Bereich des Übergangs zur Hülse einen leicht positive Störkontur, also ein zur Symmetrieachse des Dosierrohrs hinführendes Wandprofϊl, um anschließend beim Übergang von der Hülse in den Aufweitungsbereich eine umso größere negative Störkontur zu durchlaufen, die von der Symmetrieachse des Dosierrohrs wegführt. Beide Störkonturen tragen zur Verwirbelung und Durchmischung und damit zur Vermeidung einer Harnstoffkristallisation bei.
Das Dosierrohr nach Figur 5 weist ebenfalls eine dem Aufweitungsbereich vorgelagerte positive Störkontur auf. Im Unterschied zur Figur 4 ist jedoch die Hülse durch einen Gewindebereich
193 mit einer Länge 94 ersetzt, wobei der Innendurchmesser des Gewindes kleiner ist als der Innendurchmesser 98 des Dosierrohrs fernab der Sprühlöcher.
Die Wirkung des Innenprofϊls des Dosierrohrs gemäß Figur 5 ist ähnlich wie bei dem Aufbau nach Figur 4.
Die in den Ausführungsbeispielen beschriebene Aufweitungsstruktur im Dosierrohr kann auch in anderen Leitungsbereichen bzw. in das Reaktionsmittel führenden Bereichen angewendet werden. Sie kann auch mit im Dosierrohr eingebrachten Störkörpern, wie beispielsweise einer passgenau in das Dosierrohr eingelegten, befestigten oder darin beweglichen Metallspirale, oder
Mischeranordnungen wie beispielsweise Gittern, kombiniert werden. Des Weiteren können zusätzlich weitere Maßnahmen zur Kristallisationsvermeidung vorgesehen sein, wie beispielsweise das Vorsehen von Zonen erhöhter Oberflächenrauhigkeit an der Innenwand von Leitungen bzw. des Dosierrohrs, auch Quernuten oder spiralförmige Nuten in der Dosierrohrinnenwand nach Art eines Gewindes oder eines Gewehrlaufs. Die Anwendung ist nicht auf die Verwendung einer Harnstoff- Wasser-Lösung beschränkt, sondern ist für jede Art von Reaktionsmittel von Interesse, bei der die Gefahr der Kristallisation und damit der Verstopfung besteht. Auch Abgasnachbehandlungsanordnungen sind von der Erfindung umfasst, bei denen das Reaktionsmittel ohne Transportgas in den Abgastrakt befördert wird. Auch hier kann das Vorsehen von Aufweitungsstrukturen in vorteilhafter Weise eine
Verdampfung eines Bestandteils des Reaktionsmittels bzw. der Reaktionsmittellösung verhindern und somit eine Auskristallisation des eigentlichen reaktiven Bestandteils verhindern, insbesondere in Phasen, in denen die reaktionsmittelführenden Bereiche nach bereits erfolgter Dosierung zum Austreiben sich noch darin befindlichen Reaktionsmittels beispielsweise mit Luft ausgeblasen werden, oder bei denen beispielsweise durch Rückwärtsbetrieb der
Dosierpumpe oder durch Inbetriebnahme einer anderen Pumpe noch in den Leitungen befindliches Reaktionsmittel herausgesaugt und durch Luft oder angesaugtes Abgas ersetzt wird. Die Grundform des Dosierrohrs kann auch von der beschriebenen 90 Grad Biegung abweichen, indem es beispielsweise schräg verlaufend in den Abgastrakt hineinragt und dementsprechend Winkel größer oder kleiner als 90 Grad vorgesehen sind, um einen Abschnitt des Dosierrohrs parallel zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufen zu lassen. Des Weiteren sind auch solche Ausführungsformen des Dosierrohrs von der Erfindung umfasst, bei denen die Sprühlöcher sich in einem stirnseitigen Verschluß des Sprührohrs befinden bzw. bei denen die Sprühlöcher parallel zur Strömungsrichtung des Abgases oder schräg mit einem spitzen oder stumpfen Winkel relativ zur Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet sind.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines in die Abgase einzubringenden Reaktionsmittels, insbesondere eines Reduktionsmittels, bei dem das Reaktionsmittel aus einem Reaktionsmittelbehälter (1) über Leitungen (Ia, 25) zu einer Dosiervorrichtung (7) und/oder zu einer Einbringungsstelle (63) befördert werden kann, so dass das Reaktionsmittel an der Einbringungsstelle dosiert in eine abgasführende Anordnung (30) der Brennkraftmaschine einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einer Stelle (91) in den Leitungen und/oder in reaktionsmittelfuhrenden Bereichen der für eine Strömung des Reaktionsmittels zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt aufgeweitet (87) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen ein in eine Abgasleitung ragendes Dosierrohr (81, 101) aufweisen, wobei das Dosierrohr die Einbringungsstelle in Form mindestens einer Dosieröffnung (63) umfasst.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stelle nahe der Einbringungsstelle befindet.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stelle in den Leitungen befindet und dass die Aufweitung des
Strömungsquerschnitts stufenförmig ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung betrachtet vor der Stelle verengt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verengende
Querschnitt durch eine in die Leitung bzw. den reaktionsmittelfuhrenden Bereich eingebrachte Hülse (93) gebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verengende Querschnitt durch eine in die Leitung bzw. den reaktionsmittelführenden Bereich eingebrachtes Gewinde (193) gebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Störkörper, insbesondere eine Spirale, in zumindest eine der Leitungen bzw. reaktionsmittelführenden Bereiche eingebracht ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung des Strömungsquerschnitts als spiralförmige Nut in einer Innenwand einer Leitung ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (20, 21, 22, 23, 24) zur Bereitstellung eines Gases, insbesondere Luft, zum Transport des Reaktionsmittels durch die Leitungen und/oder zur Spülung von Leitungen bzw. reaktionsmittelführenden Bereichen vorgesehen sind.
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