Módulo de dosificación para dosificar un agente reductor a base de urea en una corriente de gases de escape.

Módulo de dosificación (1) para dosificar un agente reductor a base de urea en una corriente de escape de gases generada por un motor de combustión y dirigida hacia un sistema de post-tratamiento (30),

comprendiendo dicho módulo de dosificación (1):

- un alojamiento (20);

- una abertura de entrada (9) para transportar dicha corriente de escape de gases al interior de dicho alojamiento de dosificación (20);

- unos medios de dosificación (55) para dosificar dicho agente reductor a base de urea;

mediante lo cual dicho alojamiento (20) se desarrolla de forma simétrica a lo largo de un eje (X) y dicha abertura de entrada (9) es simétricamente anular en sentido axial y está inclinada con respecto a dicho eje (X) de dicho alojamiento de dosificación (20) con el fin de generar un chorro de entrada simétricamente anular en sentido axial inclinado (AJ) y en el que dichos medios de dosificación están diseñados con el fin de generar, en el interior de dicho alojamiento (20), una pulverización de agente reductor a base de urea (UWS).

Módulo de dosificación para dosificar un agente reductor a base de urea en una corriente de gases de escape

Campo de la invención [0001] La presente invención se refiere a un módulo de dosificación para dosificar un agente reductor a base de urea (por ejemplo, una solución de urea en agua) en una corriente de escape de gases generada a partir de un motor de combustión y dirigida hacia un sistema de post-tratamiento (por ejemplo, un dispositivo de SCR o de SCRT) . El módulo de dosificación de acuerdo con la invención permite mejorar el mezclado del agente reductor en una corriente de escape de gases y, en consecuencia, mejorar la eficiencia del catalizador del dispositivo de posttratamiento.

Descripción de la técnica anterior

Tal como es sabido, un problema en el campo de los motores de combustión interna, en particular con los motores diésel, ya estén o no sobrealimentados por turbocompresor, es la formación de óxidos de nitrógeno durante la combustión. Los óxidos de nitrógeno se descargan con los gases de escape de motor y representan uno de los contaminantes principales. Con el fin de reducir las emisiones de óxidos de nitrógeno aproximadamente hasta un 90 %, se han desarrollado los dispositivos de reducción selectiva de catalizador (SCR, selective catalyst reduction) . Dependiendo de los límites de emisión de material particulado, estos sistemas pueden estar equipados con una trampa de material particulado (sistema de SCRT) . El funcionamiento del dispositivo de SCR y de SCRT se basa en la reacción, promovida por una unidad catalítica apropiada, entre los óxidos de nitrógeno en los gases de escape y amoniaco que se introduce específicamente como agente reductor. El amoniaco se introduce habitualmente en la forma de un reactivo preferiblemente líquido capaz de liberar amoniaco, bajo unas condiciones de temperatura adecuadas o mediante la acción de catalizadores específicos. La fuente preferida es habitualmente urea en una solución acuosa, por ejemplo entre un 10 y un 60 % en peso, a partir de la cual se obtiene el amoniaco por hidrólisis. La urea se nebuliza en general en un módulo de dosificación que se encuentra aguas arriba con respecto al sistema de SCR-SCRT. La figura 1 y la figura 2 son ejemplos de disposiciones convencionales para un módulo de dosificación. En particular, la figura 1 muestra una porción de una línea de gases de escape que comprende un catalizador de SCR, un módulo de dosificación y un dispositivo de mezclado interpuesto entre el módulo de dosificación y el catalizador de SCR. El dispositivo de mezclado tiene la función de promover y mejorar el mezclado. La corriente de gases de escape, que proviene del motor, se introduce en sentido axial en el módulo de dosificación y la solución de urea se pulveriza en el gas de escape mediante un inyector colocado en la línea central (el eje) del alojamiento del módulo de dosificación. En la solución conocida que se muestra en la figura 2, una solución de urea agua se introduce en su lugar en el módulo de dosificación mediante un inyector inclinado con respecto a la dirección de la corriente de gases de escape. Dicho de otra forma, en la solución en la figura 2, el agente reductor se inyecta en sentido lateral a partir de una porción de la pared del alojamiento del módulo de dosificación. En la figura 1 también se indican reacciones con respecto a un agente reductor a base de urea (por ejemplo, solución de urea - agua) . Después de la atomización de dicha solución mediante pulverización, la evaporación de agua comienza de acuerdo con la reacción:

(NH2) 2CO [acuoso] - (NH2) 2CO [sólido] + 6, 9 H2O [gas] Después de la evaporación de agua, la descomposición 45 de urea comienza de acuerdo con las reacciones: (NH2) 2CO [sólido] -NH3 [gas] + HNCO [gas] HNCO [gas] + H2O -NH3 [gas] + CO2 [gas]

Se ha descubierto que los métodos de inyección propuestos por las soluciones en las figuras 1 y 2 comportan muchos inconvenientes. En particular, dichos métodos no permiten una descomposición completa de urea (las reacciones en relación con la fase 3 en la figura 1) y un mezclado uniforme de amoniaco (NH3 [gas]) con el gas de escape (CO2 [gas]) . Un mezclado no uniforme reduce de manera desventajosa la eficiencia del sistema de SCR. En la solución que se muestra en la figura 1, una descomposición incompleta de urea se debe al hecho de que el tamaño de las gotitas de pulverización está fijado por las características de la boquilla y que la corriente de gases de 55 escape se introduce en sentido axial en el interior del alojamiento de módulo de dosificación. En consecuencia, después de la atomización (fase 1) no tiene lugar más descomposición aerodinámica en gotitas. En su lugar, en la solución de la figura 2, la instalación asimétrica del inyector genera una distribución de pulverización de urea - agua irregular en el alojamiento de módulo de dosificación, reduciendo de este modo la máxima tasa de conversión de NOx posible. También ha de observarse que la descomposición de la solución de urea - agua, puede dar lugar a la formación de otros productos, en particular ácido isociánico. Este es un compuesto sumamente reactivo que tiende a formar depósitos de líquido, tal como películas de líquido, o depósitos de sólido sobre las diversas partes del sistema de escape (por ejemplo, los tubos, los deflectores, el sistema de SCR -SCRT) . Esto es causado al poner en contacto la solución de agente de reacción con superficies frías, tal como por ejemplo las paredes del alojamiento de módulo de 65 dosificación o las del tubo de escape de gases. Las disposiciones propuestas en las figuras 1 y 2, así como las otras que se conocen en la técnica, muestran una fuerte interacción no conveniente de pulverización-pared. En consecuencia, las soluciones conocidas no permiten evitar la formación de depósitos de líquido sobre la pared lateral del alojamiento del módulo de dosificación. El documento US6444177 muestra una solución en la que el módulo de dosificación comprende una pre-cámara de forma anular con el fin de generar un flujo anular de gas de escape, con respecto al inyector, en el interior del

módulo de dosificación.

Sumario de la invención [0003] Por lo tanto, el objeto principal de la presente invención es la provisión de un módulo de dosificación para dosificar un agente reductor a base de urea en una corriente de escape de gases, generada a partir de un motor de combustión de un vehículo, que permite superar los problemas/inconvenientes que se han mencionado en lo que antecede.

Dentro de este fin, un primer objeto de la presente invención es la provisión de un módulo de dosificación de unos medios reductores a base de urea que permita una descomposición de urea completa y un mezclado uniforme de amoniaco con el gas de escape.

Otro objeto de la presente invención es la provisión de un dispositivo para dosificar un agente reductor a base de urea en una corriente de gases de escape que evite la interacción, aguas abajo con respecto a la posición de dosificación, entre el agente reductor y las paredes frías del sistema de gases de escape (por ejemplo, las paredes del módulo de dosificación y las paredes del tubo de gases de escape) .

No es el último objeto de la presente invención la provisión de un dispositivo de dosificación que sea sumamente fiable y relativamente fácil de fabricar con unos costes competitivos.

Estos objetos, y otros adicionales, se consiguen mediante un módulo de dosificación tal como se describe en las reivindicaciones adjuntas, que forman una parte integral de la presente descripción. En particular, el módulo de dosificación comprende un alojamiento que se desarrolla a lo largo de un eje y que está provisto con una abertura de entrada para transportar el gas de escape que proviene de un motor de combustión. El módulo de dosificación también comprende unos medios de dosificación para dosificar, en el interior de dicho alojamiento, el agente reductor a base de urea. De acuerdo con la invención, la abertura de entrada es anular y está inclinada con respecto al eje de dicho alojamiento con el fin de generar un chorro de entrada anular inclinado. Los medios de dosificación están diseñados con el fin de generar, en el interior del alojamiento, una pulverización de agente reductor a base de urea que es preferiblemente coaxial con respecto al eje del alojamiento.

Los medios de dosificación del módulo de dosificación preferiblemente comprenden una boquilla colocada en el interior del alojamiento, preferiblemente en una posición axial. En particular, la boquilla se coloca en una posición tal que el cono de abertura de dicha pulverización de agente reductor a base de urea es incidente con respecto... [Seguir leyendo]

1. Módulo de dosificación (1) para dosificar un agente reductor a base de urea en una corriente de escape de gases generada por un motor de combustión y dirigida hacia un sistema de post-tratamiento (30) , comprendiendo dicho 5 módulo de dosificación (1) :

- un alojamiento (20) ;

- una abertura de entrada (9) para transportar dicha corriente de escape de gases al interior de dicho alojamiento

de dosificación (20) .

10. unos medios de dosificación (55) para dosificar dicho agente reductor a base de urea;

mediante lo cual dicho alojamiento (20) se desarrolla de forma simétrica a lo largo de un eje (X) y dicha abertura de entrada (9) es simétricamente anular en sentido axial y está inclinada con respecto a dicho eje (X) de dicho alojamiento de dosificación (20) con el fin de generar un chorro de entrada simétricamente anular en sentido axial

inclinado (AJ) y en el que dichos medios de dosificación están diseñados con el fin de generar, en el interior de dicho alojamiento (20) , una pulverización de agente reductor a base de urea (UWS) .

2. Módulo de dosificación (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos medios de dosificación están diseñados con el fin de generar una pulverización de agente reductor a base de urea (UWS) que es coaxial con 20 respecto a dicho eje (X) de dicho alojamiento (20) .

3. Módulo de dosificación de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dichos medios de dosificación comprenden una boquilla (55) que se coloca en dicho alojamiento de dosificación (20) en una posición tal que el cono de abertura de dicha pulverización de agente reductor a base de urea (UWS) es incidente con respecto a la dirección de entrada (Y) de dicho chorro de entrada anular (AJ) .

4. Módulo de dosificación (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la posición de dicha boquilla (55) , con respecto a dicha abertura de entrada (9) , es tal que el ángulo de apertura de cono de pulverización está orientado hacia un ángulo (a) definido entre la dirección de entrada (Y) de dicho chorro anular inclinado (AJ) y el eje (X) de dicho alojamiento (20) .

5. Módulo de dosificación (1) de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en el que dicha posición de dicha boquilla (55) es una posición axial.

6. Módulo de dosificación (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha dirección de entrada (Y) de dicho chorro anular inclinado (AJ) está inclinada con respecto a dicho eje (X) de dicho módulo de un ángulo (a) comprendido entre 30 y 150 grados.

7. Módulo de dosificación (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha dirección de entrada (Y) de dicho chorro anular inclinado (AJ) está inclinada con respecto a dicho eje (X) de dicho módulo de un ángulo (a) comprendido entre 30 y 90 grados.

8. Módulo de dosificación (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en el que dicha boquilla (55) de dichos medios de dosificación está diseñada con el fin de generar una pulverización de agente reductor a 45 base de urea que tiene un ángulo de apertura de semi-cono ( ) comprendido entre 5 y 40 grados.

9. Sistema de gases de escape (2) de un motor de combustión de un vehículo que comprende un módulo de dosificación (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8.

10. Sistema de gases de escape (2) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho sistema de gases de escape (2) comprende un dispositivo de mezclado (25) colocado aguas abajo con respecto a dicho módulo de dosificación (1) .

11. Vehículo que comprende un sistema de gases de escape (2) de acuerdo con la reivindicación 9. 55