PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA AÑADIR UN REACTIVO A UN GAS DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA.

Procedimiento para añadir un reactivo (10) a un gas de escape de un motor de combustión interna,

en el que se divide una corriente de gas de escape en un flujo de gas de escape interior (7) y un flujo de gas de escape exterior (6) que rodea radialmente al flujo de gas de escape interior (7), caracterizado porque se imprime un vórtice al flujo de gas de escape exterior (6) y luego se añade el reactivo (10) al flujo de gas de escape interior (7)

Procedimiento y dispositivo para añadir un reactivo a un gas de escape de un motor de combustión interna.

El objeto de la presente invención consiste en un procedimiento y un dispositivo para añadir un reactivo a un gas de escape de un motor de combustión interna. En particular, el procedimiento según la invención y el dispositivo según la invención son adecuados para añadir un reductor y/o un precursor de reductor, tal como, por ejemplo, urea, al sistema de gas de escape de un motor de combustión interna. El procedimiento según la invención o el dispositivo según la invención se utiliza preferiblemente en sistemas de gas de escape de automóviles.

En muchos Estados de todo el mundo se han adoptado regulaciones legales que fijan un valor límite superior para el contenido de determinadas sustancias no deseadas en el gas de escape de motores de combustión interna. Se trata aquí casi siempre de sustancias cuya entrega al medio ambiente no es deseable. Un ejemplo de tales sustancias son los óxidos de nitrógeno (NO_x). La proporción de óxidos de nitrógeno en el gas de escape tiene que quedar en muchos países por debajo de valores límite legalmente establecidos. Como consecuencia de los relativamente bajos valores límite legalmente establecidos, las medidas internas al motor para reducir las emisiones de óxidos de nitrógeno son sólo condicionalmente adecuadas para respetar los valores límite, pero a menudo es necesario un tratamiento posterior de los gases de escape con relación a óxidos de nitrógeno. Se ha comprobado a este respecto que es ventajosa una reducción catalítica selectiva (SCR, selective catalytic reduction) de los óxidos de nitrógeno. Este llamado método SCR necesita un reductor que esté nitrogenado. En particular, la utilización de amoniaco (NH₃) como reductor ha demostrado ser una alternativa posible. Debido a las propiedades químicas y a las disposiciones legales en muchos Estados es usual que no se ofrezca amoniaco como amoniaco puro, ya que esto puede conducir a problemas, especialmente en aplicaciones móviles. Por el contrario, en lugar de un aprovisionamiento de los reductores mismos, se almacenan frecuentemente precursores de reductores y éstos se transportan también en aplicaciones móviles.

Por precursor de reductor se entiende aquí especialmente una materia que se desdobla proporcionando el reductor y/o puede transformase químicamente en el reductor. Por ejemplo, la urea representa un precursor para el reductor amoniaco. Otros posibles precursores de reductores para amoniaco como reductor son, por ejemplo, carbamato amónico, ácido isociánico y ácido cianúrico.

Todos los reductores o precursores de reductores pueden transformarse en productos de reacción no deseados o bien descomponerse en estos. El que se produzca, cuándo se produzca y en qué medida se produzca una reacción o una descomposición en subproductos no deseados depende de las respectivas condiciones en el sistema de gas de escape. En particular, la temperatura a la que están expuestos los reactivos es aquí un factor importante. Si se agrega ahora un reductor y/o un precursor de reductor al gas de escape de un motor de combustión interna, puede ocurrir entonces en zonas relativamente frías del sistema de gas de escape que tenga lugar un desplazamiento del equilibrio de reacción hacia subproductos no deseados. En particular, cuando se añade urea como precursor para el reductor amoniaco, por ejemplo en solución acuosa, se puede producir la conversión de la urea (NH₂-CO-NH₂), entre otros, en biuret (NH₂-CO-NH-CO-NH₂) con desprendimiento de amoniaco (NH₃). El biuret y otros subproductos no deseados representan una masa plástica que puede conducir a una conglutinación de las zonas correspondientes del sistema de gas de escape. En particular, cuando la pared del sistema de gas de escape está relativamente fría, esto puede dar a lugar a la conversión en biuret y a la precipitación de éste sobre las paredes del sistema de gas de escape.

Se conocen por el documento DE-A1-199 13 462 un procedimiento y un dispositivo para la hidrólisis térmica y la dosificación de urea en un reactor por medio del gas de escape de un motor de combustión interna, en donde se extrae una corriente parcial del gas de escape y se la conduce a través del reactor. El reactor puede estar integrado aquí directamente en la tubería de gas de escape.

Se conocen por el documento EP-A1-1 022 048 un procedimiento y un dispositivo para la dosificación de un reductor en el gas de escape de un motor de combustión interna, en los que están previstos unos dispositivos de guía para realizar una distribución uniforme del reductor por toda la sección transversal de la tubería de gas de escape, de modo que se ponga en movimiento de rotación el flujo de gas de escape juntamente con el reductor.

Por tanto, la presente invención se basa en el problema de indicar un procedimiento y un dispositivo para añadir un reactivo, en los que se reduzca la formación de subproductos no deseados en la pared del sistema de gas de escape.

Este problema se resuelve por medio de un procedimiento y un dispositivo con las características de las respectivas reivindicaciones independientes. Perfeccionamientos ventajosos del dispositivo según la invención y del procedimiento según la invención son objeto de las respectivas reivindicaciones subordinadas.

En el procedimiento según la invención para añadir un reactivo a un gas de escape de un motor de combustión interna se divide una corriente de gas de escape en un flujo de gas de escape interior y un flujo de gas de escape exterior que rodea radialmente al flujo de gas de escape interior. Se imprime un vórtice al flujo de gas de escape exterior y se añade luego el reactivo al flujo de gas de escape interior.

Por vórtice o flujo vorticial se entiende aquí especialmente un flujo que, junto con una componente de velocidad de traslación global, presenta también una componente de velocidad de rotación global. En el procedimiento según la invención la formación de un flujo vorticial en el flujo de gas de escape exterior conduce a que resulte más improbable un contacto del reactivo con una pared que limita radialmente el flujo de gas de escape o incluso se suprima sustancialmente dicho contacto, ya que el flujo vorticial forma una especie de aislamiento para el flujo de gas de escape interior. Se impide así sustancialmente un mezclado del flujo de gas de escape interior con el flujo de gas de escape exterior o, en cualquier caso, este mezclado es tan pequeño que el flujo de gas de escape interior portador del reactivo no pueda entrar en contacto en medida importante con la pared del sistema de gas de escape.

Según un perfeccionamiento ventajoso del procedimiento de la invención, se laminariza el flujo de gas de escape interior.

Por laminarización de un flujo se entiende especialmente una reducción del número de Reynolds del flujo. En particular, se puede efectuar de manera ventajosa una reducción del número de Reynolds hasta por debajo de un número de Reynolds crítico, por encima del cual el flujo de gas de escape interior está configurado en forma turbulenta y/o cuasilaminar.

Según otra ejecución ventajosa del procedimiento de la invención, en función de al menos una de las magnitudes siguientes:

a) la temperatura del gas de escape,

b) la presión del gas de escape,

c) el caudal másico del gas de escape y

d) la cantidad de reactivo

se adapta el vórtice imprimido con respecto a al menos una de las magnitudes siguientes:

3.1) una componente de velocidad de rotación del flujo de gas de escape exterior y

3.2) una componente de velocidad de traslación del flujo de gas de escape exterior.

Esto quiere decir especialmente que, según 3.1), se varía, en particular se genera y/o se incrementa, la velocidad de rotación del flujo vorticial o del flujo de gas de escape exterior y/o, según 3.2), se varía la velocidad de traslación media del flujo de gas de escape exterior o del flujo vorticial. Así, por ejemplo, es posible que, al aumentar la temperatura del gas de escape y/o al aumentar la presión del gas de escape, se incremente la componente de velocidad de rotación del vórtice o del flujo de gas de escape exterior para conseguir con ello un aislamiento netamente mejor del flujo de gas de escape interior con respecto a la pared exterior. Por magnitud d) se entiende preferiblemente la cantidad de reactivo que deberá mantenerse...

1. Procedimiento para añadir un reactivo (10) a un gas de escape de un motor de combustión interna, en el que se divide una corriente de gas de escape en un flujo de gas de escape interior (7) y un flujo de gas de escape exterior (6) que rodea radialmente al flujo de gas de escape interior (7), caracterizado porque se imprime un vórtice al flujo de gas de escape exterior (6) y luego se añade el reactivo (10) al flujo de gas de escape interior (7).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se laminariza el flujo de gas de escape interior (7).

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el reactivo (10) comprende al menos una de las materias siguientes:

4.1) un reductor,

4.2) un precursor de reductor y

4.3) un oxidante.

4. Dispositivo (1) para añadir un reactivo (10) a un gas de escape de un motor de combustión interna, en en el que el gas de escape circula en una dirección de flujo (2) y están formados unos medios (3) para imprimir un vórtice sobre un flujo de gas de escape exterior (6) que rodea radialmente a un flujo de gas de escape interior (7), y en el que están formados detrás de los medios (3) para imprimir un vórtice, considerado en la dirección de flujo (2), unos medios de aportación (9) para añadir el reactivo (10) al flujo de gas de escape interior (7), caracterizado porque aguas arriba de los medios de aportación (9) están formados unos medios de laminarización (12) para laminarizar el flujo de gas de escape interior (7).

5. Dispositivo (1) según la reivindicación 4, en el que los medios (3) para imprimir un vórtice comprenden al menos un álabe de guía (22).

6. Dispositivo (1) según la reivindicación 5, en el que el al menos un álabe de guía (22) está formado por un bimetal, de modo que al menos una de las magnitudes siguientes

a) una desviación del álabe de guía (22) y

b) una curvatura del álabe de guía (22)

puede ser variada en función de una variación de al menos una de las magnitudes siguientes:

9.1) la temperatura del gas de escape,

9.2) el caudal másico del gas de escape y

9.3) la presión del gas de escape.

7. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que los medios (3) para imprimir un vórtice comprenden al menos un canal sinuoso (4).

8. Dispositivo (1) según la reivindicación 4, en el que los medios (3) para imprimir un vórtice están formados radialmente por fuera de los medios de laminarización (12).

9. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en el que el reactivo (10) comprende al menos una de las materias siguientes:

25.1) un reductor y

25.2) un precursor de reductor.