Tobera de inyección para la aportación de agentes reductores y dispositivo para el tratamiento de gases de escape.

Tobera de inyección (1) para la aportación de una disolución de urea y agua como agente reductor (2) a unsistema de gases de escape (3) que presenta una pluralidad de orificios de salida (4,

5), estando previstos orificiosde salida (4, 5) con los que en cada caso se pueden crear diferentes gotas (6, 7) del agente reductor (2) condiferentes tamaños de gotas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/058807.

Solicitante: EMITEC GESELLSCHAFT FUR EMISSIONSTECHNOLOGIE MBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HAUPTSTRASSE 128 53797 LOHMAR ALEMANIA.

Inventor/es: BRUCK, ROLF, MAUS, WOLFGANG.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01N3/20 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01N SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA (disposiciones de conjuntos de propulsión relativas al escape de gases B60K 13/00; silenciadores de admisión de aire especialmente adaptados para motores de combustión interna, o con dispositivos para estos motores F02M 35/00; protección contra ruidos en general o amortiguamiento de los mismos G10K 11/16). › F01N 3/00 Silenciadores o aparatos de escape que incluyen medios para purificar, volver inofensivos o cualquier otro tratamiento de los gases de escape (control eléctrico F01N 9/00; dispositivos de control o diagnóstico para los aparatos de tratamiento de gases de escape F01N 11/00). › especialmente adaptados para conversión catalítica (F01N 3/22 tiene prioridad).
  • F02M61/18 F […] › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02M ALIMENTACION EN GENERAL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION CON MEZCLAS COMBUSTIBLES O CONSTITUYENTES DE LAS MISMAS (introducción de la carga de alimentación en tales motores F02B). › F02M 61/00 Inyectores de combustible no cubiertos en los grupos F02M 39/00 - F02M 57/00   o F02M 67/00. › Boquillas de inyección, p. ej. implicando asientos de válvulas.

PDF original: ES-2435292_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Tobera de inyección para la aportación de agentes reductores y dispositivo para el tratamiento de gases de escape La presente invención se refiere a una tobera de inyección para la aportación de agentes reductores a un sistema de gases de escape, así como a un dispositivo para el tratamiento de gases de escape con un dispositivo de tratamiento de gases de escape con al menos una tobera de inyección. Sistemas de este tipo se emplean particularmente para añadir de forma regulada una disolución acuosa de urea a un sistema de gases de escape, con el fin de reducir, en particular, la carga de óxidos de nitrógeno del gas de escape.

Una reacción, en particular de óxidos de nitrógeno del gas de escape con una disolución acuosa de urea y un catalizador adecuado se conoce, por ejemplo, bajo la expresión “procedimiento SCR” (siglas inglesas de Reacción Catalítica Selectiva) .

El amoníaco requerido para la reacción SCR no se utiliza en este caso regularmente de forma directa, es decir en forma pura, sino en forma de una disolución acuosa de urea al 32, 5%, que también se puede adquirir bajo la denominación AdBlue®. Esta disolución acuosa es inyectada, p. ej. mediante bomba dosificadora o inyector, delante del catalizador de SCR al sistema de gases de escape.

En este caso, la disolución acuosa de urea se transforma en amoníaco y se conduce, junto con el gas de escape, a través de un catalizador de SCR. La transformación de la disolución acuosa de urea en amoníaco puede vigilarse mediante termólisis y/o hidrólisis. Mientras que en la termólisis tiene lugar un calentamiento de la disolución acuosa de urea, de modo que la disolución acuosa de urea se descompone de manera correspondiente, en el caso de la hidrólisis se pretende una reacción catalíticamente activada de urea para formar amoníaco. En la termólisis pueden estar previstos elementos calefactores externos que están en contacto con la disolución acuosa de urea. Sin embargo, también es posible alcanzar las temperaturas deseadas mediante un insuflado finamente dividido de la disolución acuosa de urea en el gas de escape caliente. En el caso de la hidrólisis se ha de prever un catalizador de hidrólisis correspondiente, siendo puesta en contacto la disolución acuosa de urea junto con el gas de escape o también fuera del sistema de gases de escape con la disolución acuosa de urea. En el presente caso se aporta una adición de disolución acuosa de urea al sistema de gases de escape conductor de los gases de escape, de modo que en presencia de gas de escape tiene lugar la transformación para formar amoníaco.

Las reacciones que discurren en este caso se pueden ejemplificar como sigue:

Hidrólisis de la disolución de urea:

Pirólisis: (NH2) 2CO → NH3 + HNCO (ácido isociánico) Hidrólisis: HNCO + H2O → NH3 + CO2

A partir de la disolución de urea-agua se forma, en particular, amoníaco y CO2. El amoníaco, así generado, puede reaccionar en un catalizador de SCR especial, a una temperatura correspondiente, con los óxidos de nitrógeno en el gas de escape. Esencialmente existen dos tipos de catalizadores de SCR. Un tipo se compone esencialmente de dióxido de titanio, pentóxido de vanadio y óxido de wolframio. El otro tipo utiliza zeolitas.

Reducción de los óxidos de nitrógeno:

NH3 + 4 NO + O2 → 4 N2 + 6 H2O (“SCR estándar”) ; 2 NH3 + NO + NO2 → 2 N2 + 3 H2O (“SCR rápida”) ; 4 NH3 + 3 NO2 → 3, 5 N2 + 6 H2O (“SCR de NO2”) .

La cantidad de la urea inyectada es regulada en función de la emisión de óxidos de nitrógeno del motor de combustión y, con ello, del número de revoluciones momentáneo y del momento de giro del motor. El consumo de disolución de urea y agua asciende, en función de la emisión bruta de un motor Diesel, a aproximadamente 2 a 8% del combustible Diesel empleado. Si la dosificación es demasiado pequeña, entonces disminuye el grado de eficacia de la disminución de óxidos de nitrógeno. Si se aporta dosificadamente demasiada urea, entonces el amoníaco formado a partir de ella ya no puede reaccionar con NOx y puede acceder al entorno. Dado que el amoníaco tiene un olor penetrante y puede ser percibido ya en muy bajas concentraciones, esto conduciría en el caso de una sobre-dosificación a malos olores en la proximidad del vehículo. Esto se puede remediar incorporando un catalizador de oxidación detrás del catalizador de SCR.

En relación con el sitio de inyección para el agente reductor se han discutido ya muchas variantes. Así, la disolución acuosa de urea puede añadirse, por ejemplo, aguas arriba de un elemento mezclador, aguas abajo de un elemento mezclador, en la zona de una cámara de arremolinamiento, aguas arriba del catalizador de SCR, aguas abajo de un dispositivo de tratamiento de gases de escape, etc. Sea como sea, en este caso es de interés alcanzar una mezcladura a fondo lo más uniforme o bien rápida posible del agente reductor en la corriente del gas de escape, de modo que los reaccionantes estén presentes en una medida suficiente al atravesar el catalizador. En tal caso, ya se abordó varias veces el problema de que ha de tener lugar una evaporación lo más rápida y completa posible, por una parte, y una distribución uniforme en la corriente del gas de escape, por otra, teniendo en cuenta las condiciones en cada caso reinantes en el gas de escape. La temperatura del gas de escape, el comportamiento de flujo del gas de escape y la composición del gas de escape juegan en este caso un papel importante.

Hasta ahora, esto no pudo conseguirse, en particular con escasa complejidad técnica, todavía a plena satisfacción para una pluralidad de diferentes sistemas de gases de escape. A este respecto, especialmente, el equipamiento posterior de sistemas de gases de escape existentes, es particularmente difícil en la construcción de automóviles.

Partiendo de ello, es misión de la presente invención resolver, al menos en parte, los problemas explicados con relación al estado conocido de la técnica. En particular, se ha de indicar una tobera de inyección que esté construida de manera sencilla y que permita una aportación de agente reductor variable o bien adaptada a las relaciones de flujo del sistema de gases de escape. Además, se ha de proporcionar una disposición particularmente preferida de la tobera de inyección en el sistema de gases de escape para una reacción lo más completa posible del agente reductor o bien evaporación del agente reductor.

Estos problemas se resuelven con una tobera de inyección de acuerdo con las características de la reivindicación 1. Otras ejecuciones y perfeccionamientos ventajosos están indicados en las reivindicaciones formuladas de modo dependiente. Se ha de indicar que las características indicadas individualmente en las reivindicaciones pueden combinarse entre sí de manera arbitraria y tecnológicamente conveniente, y pueden mostrar otras ejecuciones de la invención. La descripción, en particular en relación con las figuras, explica la invención e indica asimismo otras variantes de realización.

La tobera de inyección de acuerdo con la invención para la aportación de disolución de urea y agua en calidad de agente reductor a un sistema de gases de escape presenta una pluralidad de orificios de salida, estando previstos orificios de salida con los que se pueden generar en cada caso diferentes gotas del agente reductor con diferentes tamaños de las gotas.

La tobera de inyección presenta habitualmente una zona de conexión con la que se puede unir la tobera de inyección con un sistema de abastecimiento de agente reductor. Para ello, la tobera de inyección tiene regularmente una zona de sujeción con la que la tobera de inyección puede ser fijada, por ejemplo, a un tubo de gas de escape del sistema de gases de escape. Esta zona de sujeción puede presentar agentes aislantes adicionales con el fin de posibilitar un desacoplamiento térmico de la tobera de inyección del sistema de gases de escape calientes. Además de ello, la tobera de inyección tiene una zona de adición que está dispuesta regularmente en el sistema de gases de escape. En esta zona de adición está prevista entonces también una pluralidad de orificios de salida con los que el agente reductor puede ser inyectado en el tubo del gas de escape, por ejemplo con una presión de 3 a 30 bar.

En el caso de la tobera de inyección propuesta en este caso, están previstos entonces orificios de salida con los cuales se pueden crear en cada caso diferentes gotas del agente reductor. En otras palabras, esto significa, en particular, que en el caso de una presión predeterminada del agente reductor y de una activación de la tobera de inyección,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Tobera de inyección (1) para la aportación de una disolución de urea y agua como agente reductor (2) a un sistema de gases de escape (3) que presenta una pluralidad de orificios de salida (4, 5) , estando previstos orificios 5 de salida (4, 5) con los que en cada caso se pueden crear diferentes gotas (6, 7) del agente reductor (2) con diferentes tamaños de gotas.

2. Tobera de inyección (1) según la reivindicación 1, en la que están previstos orificios de salida (4, 5) con diferente sección transversal (8, 9) .

1.

3. Tobera de inyección (1) según la reivindicación 1 ó 2, en el que los orificios de salida (4, 5) están formados con un disco pulverizador (10) .

4. Tobera de inyección (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en la que al menos dos grupos (11, 12) 15 de orificios de salida (4, 5) están separados en la tobera de inyección (1) .

5. Tobera de inyección (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en la que todos los orificios de salida (4, 5) están unidos con un único canal de alimentación (13) .

6. Dispositivo (14) para el tratamiento de gases de escape con un dispositivo de gases de escape (15) y al menos una tobera de inyección (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en donde los al menos dos grupos (11, 12) de orificios de salida (4, 5) forman diferentes zonas de incidencia (16, 17) sobre el dispositivo de tratamiento de gases de escape (15) .

7. Dispositivo (14) según la reivindicación 6, en el que al menos una tobera de inyección (1) puede entregar primeras gotas (6) grandes a una primera zona de incidencia (16) más alejada y segundas gotas (7) pequeñas a una segunda zona de incidencia (17) situada más próxima sobre el dispositivo de tratamiento de gases de escape (15) .

8. Dispositivo (14) según la reivindicación 6 ó 7, en el que la al menos una tobera de inyección (1) del dispositivo de tratamiento de gases de escape (15) está dispuesta a continuación en la dirección de flujo (18) del gas de escape y está orientada hacia una cara frontal (19) trasera del dispositivo de tratamiento de gases de escape (15) .

9. Dispositivo (14) según una de las reivindicaciones 6 a 8 precedentes, en el que está prevista una guía (27) para 35 la al menos una tobera de inyección (1) .


 

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