Procedimiento y dispositivo para la aportación de gotas de un agente reductor líquido a una tubería de gas de escape.

Procedimiento para la aportación de gotas de un agente reductor líquido (1),

que es una solución de urea-agua, a una tubería de gas de escape (2) de un motor de combustión interna (3), cuyo procedimiento comprende al menos los pasos siguientes:

a) captar al menos un parámetro de gas de escape (4) durante el funcionamiento del motor de combustión interna (3),

b) determinar una magnitud (5) de una gota (6) del agente reductor (1) a aportar en función del parámetro (4) del gas de escape,

c) ajustar una primera presión de transporte (7) del agente reductor (1) hacia la tubería de gas de escape (2) en función del tamaño determinado (5) de la gota (6),

d) aportar el agente reductor (1) a la tubería de gas de escape (2) a través de una unidad de aportación (8).

Procedimiento y dispositivo para la aportación de gotas de un agente reductor líquido a una tubería de gas de escape.

La presente invención concierne a un procedimiento y un dispositivo para la aportación de gotas de un agente reductor líquido a una tubería de gas de escape de un motor de combustión interna.

Para los sistemas de depuración de gases de escape de motores de combustión interna, especialmente de motores diésel, se utilizan componentes de tratamiento de gas de escape para la depuración de gas de escape en tuberías de gas de escape que, para desarrollar un funcionamiento correcto, requieren al menos temporalmente la alimentación de un agente reductor. Entre estos componentes de tratamiento de gas de escape se cuentan especialmente los catalizadores SCR a los cuales se alimenta amoniaco en forma libre o en forma fijada como agente reductor, por ejemplo una solución de urea, para realizar una reducción selectiva de óxidos de nitrógeno. Además, tales elementos son también componentes de tratamiento de gas de escape del tipo de oxidación catalítica a los que se alimentan, para calentar el gas de escape, compuestos de hidrocarburos (carburantes) que actúan como agentes reductores. Este calentamiento de la corriente de gas de escape está previsto en el caso de una regeneración térmica del negro de humo de un filtro de partículas o para la regeneración del azufre de catalizadores acumuladores de óxido de nitrógeno.

Para lograr una depuración muy buena del gas de escape se desean una distribución lo más uniforme posible y una atomización lo más fina posible del agente reductor en la sección transversal de la tubería del gas de escape.

Gracias a la aportación del agente reductor en una dirección contraria a la dirección de flujo del gas de escape, tal como se describe en el documento EP-A-1 890 016, se consigue una distribución más fina y mejor del agente reductor debido a la mayor velocidad relativa del agente reductor con respecto a la corriente del gas de escape. Este efecto es fomentado adicionalmente por el impacto del agente reductor en el lado de salida del componente de tratamiento de gas de escape, ya que las gotas impactantes del agente reductor pueden ser atomizadas adicionalmente o evaporadas desde las superficies del componente de tratamiento de gas de escape para llevarlas directamente a la corriente de gas de escape.

La distribución del agente reductor en una sección transversal de la tubería de gas de escape o la solicitación de un lado de salida de un componente de tratamiento de gas de escape depende aquí fuertemente del estado de funcionamiento del motor de combustión interna. A altas velocidades de flujo del gas de escape se desvía rápidamente un agente reductor finamente atomizado por una unidad de aportación, con lo que al menos parcialmente se efectúa todavía una solicitación de un lado de salida de un componente de tratamiento de gas de escape.

El documento DE-A1-10 2006 051 788 revela un sistema de tratamiento posterior de gas de escape para realizar un tratamiento posterior de gas de escape de un motor de combustión, que comprende una tubería de gas de escape para conducir una corriente de gas de escape entregada por el motor de combustión. En la tubería de gas de escape está dispuesto un componente que puede ser bañado o atravesado por la corriente de gas de escape. Este componente es, por ejemplo, un catalizador. Además, en la tubería de gas de escape está montado un dispositivo de inyección con el que puede entregarse un líquido de agente reductor a la corriente de gas de escape, con lo que el líquido de agente reductor alcanza al menos parcialmente la zona de la superficie del componente. El documento DE-A1-10 2006 051 788 revela que el dispositivo de inyección entrega el líquido de agente reductor en forma de pequeñas gotitas, fijándose el tamaño de las gotitas en un intervalo comprendido entre 0, 03 mm y 0, 05 mm de diámetro para que las gotitas impacten sobre la zona de la superficie en la mayor parte del rango de funcionamiento del motor de combustión.

El cometido de la invención consiste en resolver al menos parcialmente los problemas expuestos con respecto al estado de la técnica y especialmente indicar un procedimiento y un dispositivo mediante los cuales se consiga una distribución lo más uniforme posible del agente reductor en la corriente de gas de escape, especialmente en todos los puntos de funcionamiento de un motor de combustión interna, para mejorar así la evaporación del agente reductor.

Estos problemas se resuelven con un procedimiento según las características de la reivindicación 1 y con un dispositivo según las características de la reivindicación 10. Otras ejecuciones ventajosas de la invención están indicadas en las reivindicaciones formuladas en forma subordinada. Cabe consignar que las características relacionadas en las reivindicaciones formuladas en forma subordinada pueden combinarse unas con otras de cualquier manera tecnológicamente conveniente y definen otras formas de realización de la invención. Además, las características indicadas en las reivindicaciones se precisan y explican con más detalle en la descripción, en la que se presentan otras ejecuciones preferidas de la invención.

En el presente caso, el problema se resuelve por medio de un procedimiento de aportación de gotas de un agente reductor líquido, que es una solución de urea-agua, a una tubería de gas de escape de un motor de combustión

interna, comprendiendo el procedimiento al menos los pasos siguientes:

a) captar al menos un parámetro de gas de escape durante el funcionamiento del motor de combustión interna,

b) determinar un tamaño de una gota del agente reductor a aportar en función del parámetro del gas de escape,

c) ajustar una primera presión de transporte del agente reductor hacia la tubería de gas de escape en función del tamaño determinado de la gota,

d) aportar el agente reductor a la tubería del gas de escape a través de una unidad de aportación.

La captación de un parámetro del gas de escape durante el funcionamiento del motor de combustión interna puede efectuarse especialmente por medio de sensores instalados en la tubería de gas de escape y/o en el motor de combustión interna y/o puede derivarse también de las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna.

El tamaño de una gota de un agente reductor depende sustancialmente de la presión de transporte del agente reductor y del diseño de la abertura de la boquilla de una unidad de aportación, así como de la composición química o del estado físico del propio agente reductor. El tamaño aquí determinado de una gota sirve especialmente para que la gota solicite con alta probabilidad un lado frontal de un componente de tratamiento de gas de escape que está dispuesto especialmente aguas arriba de una unidad de aportación del agente reductor en la tubería de gas de escape, de modo que se hagan posibles una evaporación y/o una distribución fina del agente reductor (especialmente en toda la sección transversal de la tubería de gas de escape) . Mediante el tamaño de la gota se influye sobre la trayectoria de vuelo de la gota en la tubería de gas de escape y especialmente, al aumentar el tamaño de la gota, aumenta también la inercia de la gota frente a una desviación por efecto de la corriente de gas de escape.

En este caso, el tamaño de la gota de agente reductor a aportar es ajustado especialmente por el ajuste de la primera presión de transporte del agente reductor en una tubería de agente reductor. Por tanto, cuanto más alta se elija, por ejemplo, la primera presión de transporte tanto más pequeña será, por ejemplo, la respectiva gota producida.

Por tanto, en contraste con la opinión general de que a mayores velocidades del gas de escape se deberá alimentar el agente reductor a la tubería de gas de escape con una presión lo más alta posible para que dicho agente recorra un camino de una longitud lo más grande posible en sentido contrario a la dirección de flujo del gas de escape y en dirección a un lado frontal del componente de tratamiento de gas de escape e impacte en éste, se ha previsto aquí reducir la presión, especialmente a velocidad incrementada del gas de escape, de modo que se formen gotas mayores que experimenten una desviación correspondiente menor por efecto del gas de escape. Como consecuencia de la desviación menor, las gotas alcanzan también zonas – distanciadas de la unidad de aportación – del lado frontal de un componente de tratamiento de gas de escape, en el que se puede evaporar entonces el agente reductor. Se puede ajustar así una distribución deseada del agente reductor... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la aportación de gotas de un agente reductor líquido (1) , que es una solución de urea-agua, a una tubería de gas de escape (2) de un motor de combustión interna (3) , cuyo procedimiento comprende al menos los pasos siguientes:

a) captar al menos un parámetro de gas de escape (4) durante el funcionamiento del motor de combustión interna (3) ,

b) determinar una magnitud (5) de una gota (6) del agente reductor (1) a aportar en función del parámetro (4) del gas de escape,

c) ajustar una primera presión de transporte (7) del agente reductor (1) hacia la tubería de gas de escape (2) en función del tamaño determinado (5) de la gota (6) ,

d) aportar el agente reductor (1) a la tubería de gas de escape (2) a través de una unidad de aportación (8) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la aportación del agente reductor líquido (1) se efectúa agua abajo de un componente de tratamiento de gas de escape (17) y en sentido contrario a una dirección de flujo (20) de un gas de escape en la tubería de gas de escape (2) , y el tamaño (5) de una gota (6) se ajusta de tal manera que se consiga una distribución uniforme del agente reductor en una zona de impacto (26) del componente de tratamiento de gas de escape (17) .

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el parámetro (4) del gas de escape comprende al menos un parámetro de gas de escape del grupo siguiente:

- caudal volumétrico del gas de escape,

- velocidad de flujo del gas de escape,

- caudal másico del gas de escape,

- temperatura del gas de escape,

- presión del gas de escape.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se puede ajustar la primera presión de transporte (7) entre 3 bares y 25 bares en el paso c) .

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se varía durante la aportación del agente reductor al menos un parámetro de aportación del grupo siguiente:

- la presión de transporte (7) ,

- el tamaño (5) de las gotas (6) ,

- una zona de aportación (30) en el componente de tratamiento de gas de escape (17) ,

- un lugar de aportación (27) del agente reductor (1) ,

- una dirección de aportación (28) del agente reductor (1) .

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que se varía al menos un parámetro de aportación mientras un parámetro del gas de escape es constante.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se efectúa la aportación en el paso d) con un tamaño (5) de las gota (6) comprendido entre 10 μm y 200 μm de diámetro Sauter medio.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos el 60% de las gotas (6) aportadas en el paso d) presentan un tamaño (5) correspondientemente determinado en el paso b) o son más grandes.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se realiza la aportación del agente reductor (1) de tal manera que se efectúe durante el funcionamiento del motor de combustión interna un humedecimiento uniforme del lado frontal del componente de tratamiento de gas de escape (17) con las gotas (6) del agente reductor (1) .

10. Dispositivo (12) para la aportación de gotas de un agente reductor líquido (1) , que es una solución de urea-agua,

a una tubería de gas de escape (2) , cuyo dispositivo presenta al menos

- una bomba (10) para transportar el agente reductor (1) ,

- una unidad de aportación (8) para introducir el agente reductor (1) en la tubería de gas de escape (2) ,

- una tubería de agente reductor (13) para la unión reotécnica de la bomba (10) con la unidad de aportación (8) ,

- una válvula de regulación de presión (14) y un amortiguador de vibraciones de presión (9) , ambos dispuestos entre la bomba (10) y la unidad de aportación (8) , y

- una unidad de control (15) para controlar al menos la bomba (10) , la unidad de aportación (8) y la válvula de regulación de presión (14) ,

en donde la unidad de control (15) está unida con al menos un sensor de gas de escape (16) para determinar al

menos un parámetro (4) del gas de escape y la unidad de control (15) sirve para ajustar mediante el control de una primera presión de transporte (7) un tamaño determinado (5) de las gotas (6) del agente reductor líquido en la unidad de aportación (8) destinada a aportar el agente reductor a la tubería de gas de escape (2) .

11. Dispositivo (12) según la reivindicación 10, en el que el sensor de gas de escape (16) para determinar al menos un parámetro (4) del gas de escape está dispuesto en el lado de alimentación de aire (25) de un motor de 15 combustión interna (3) .

12. Dispositivo (12) según cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11, en el que la unidad de aportación (8) comprende al menos una pluralidad de boquillas (29) o al menos una boquilla móvil (29) .

13. Dispositivo (12) según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que la unidad de control (15) está preparada para poner en práctica un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.