DE102007055874C5

DE102007055874C5 - Abgasemissionsteuerungsvorrichtung mit Additiveinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE102007055874C5
Application number: DE102007055874.2A
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Maruyama; Keiji Ohshima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2027-12-20
Also published as: JP2008151088A; DE102007055874A1; US20080155973A1; DE102007055874B4; JP4779959B2

Abstract

Abgasemissionsteuerungsgerät mit:einem Abgasrohr (10), durch das Abgasemission strömt, wobei das Abgasrohr (10) einen geraden Bereich (11) und einen gebogenen Bereich (12; 12a; 12b; 12d) aufweist, der sich von dem geraden Bereich (11) in einer Stromaufwärtsrichtung einer Abgasemissionsströmung erstreckt;einem Katalysator (20), der stromabwärts des geraden Bereichs (11) des Abgasrohrs (10) in Verbindung mit diesem angeordnet ist;einem hohlen Vorsprung (14) mit einer Länge, der sich außerhalb des Abgasrohrs (10) von einer Umfangswand des gebogenen Abschnitts (12; 12a; 12b, 12c; 12d, 12e) im Wesentlichen parallel zu einer Längsmittellinie des geraden Bereichs (11) erstreckt, wobei der Vorsprung (14) ein erstes Ende und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende aufweist, und wobei der Vorsprung eine in dem ersten Ende ausgebildete Öffnung (65) aufweist, die mit der Innenseite des gebogenen Abschnitts (12; 12a; 12b, 12c; 12d, 12e) des Abgasrohrs (10) in Verbindung steht; undeiner Additiveinspritzeinrichtung (50), die gestaltet ist, um einen konisch geformten Additivsprühnebel zu erzeugen,wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) einen Kopf aufweist, von dem aus der konisch geformte Nebel (F) abgegeben wird, wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) außerhalb des Vorsprungs (14) angeordnet ist, welche an dem zweiten Ende des Vorsprungs (14) durch eine Wärmeisoliereinrichtung (22) verbunden ist, so dass dessen Kopf im Inneren des Vorsprungs (14) freiliegt, und so ausgerichtet ist, dass sie den konisch geformten Additivsprühnebel in das Abgasrohr (10) durch die Öffnung (65) des Vorsprungs (14) einspritzt, ohne mit zumindest einem stromabwärtigen Rand (15) der Öffnung (65) in Wechselwirkung zu treten,wobei das Additiv durch die Abgasemissionsströmung stromabwärts zu dem Katalysator (20) getragen und in einer durch den Katalysator (20) eingeleiteten festgelegten Abgasemissionsreinigungsreaktion verwendet wird, um die Abgasemission zu reinigen, undwobei das Abgasrohr (10) zudem einen zweiten gebogenen Bereich (12c; 12e) aufweist, durch den das Abgas strömt, wobei der zweite gebogene Bereich (12c; 12e) an einem Abzweigungsverbindungsstück mit dem gebogenen Bereich (12b; 12d) und dem geraden Bereich (11) in Verbindung steht, und wobei die Öffnung (65) des Vorsprungs (14) durch eine Wand des Abzweigungsverbindungsstücks ins Innere des Abgasrohrs (10) führt, wobei sich der Vorsprung (14) außerhalb des Abgasrohrs (10) im Wesentlichen parallel zu der Längsmittellinie des geraden Bereichs (11) erstreckt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf eine Abgasemissionsteuerungsvorrichtung, die mit einer Additiveinspritzeinrichtung ausgerüstet ist, welche mit einem SCR-(Selektive Katalytische Reduktion)-System verwendet werden kann, das dazu dient, eine Abgasreinigungsreaktion einzuleiten, die ein Additiv wie z. B. eine wässrige Harnstofflösung verwendet.
Stand der Technik
Harnstoff-SCR-Systeme, die als Abgasemissionsteuerungsvorrichtungen zur Verwendung in Elektrizitätskraftwerken, Fabriken oder speziell in mit Dieselmaschinen ausgerüsteten Automobilen gestaltet sind, werden gerade entwickelt und teilweise in der Praxis verwendet.
5 stellt ein typisches Beispiel der Harnstoff-SCR-Systeme dar.
Das Harnstoff-SCR-System hat generell einen SCR-Katalysator 51, ein Abgasrohr 52, das sich zwischen einer Abgasemissionsquelle (d. h. einer Automobildieselmaschine) und dem Katalysator 51 erstreckt, und ein Harnstofflösungseinspritzventil 53. Der Katalysator 51 dient dazu, eine NOx-Reduktion herbeizuführen, um Abgas zu reinigen, dass durch das Abgasrohr 52 dort hineinströmt. Das Harnstofflösungseinspritzventil 53 ist in dem Abgasrohr 52 eingebaut, um wässrigen Harnstoff (d. h. eine wässrige Harnstofflösung) in eine Strömung des Abgases in dem Abgasrohr 52 als ein Reduktionsmittel einzuspritzen oder einzusprühen. Wie es klar in 5 dargestellt ist, ist das Harnstofflösungseinspritzventil 53 genauer gesagt zu der Länge des Abgasrohrs 52 mit einem gegebenen Winkel geneigt, um ein Sprühloch 53a, das dem Katalysator 51 zugewandt ist, so aufzuweisen, dass der Nebel des wässrigen Harnstoffs zu dem Katalysator 51 hin orientiert ist.
Im Betrieb sprüht das Harnstofflösungseinspritzventil 53 die wässrige Lösung in das Abgasrohr 52. Die wässrige Lösung wird dann ebenfalls durch die Strömung des Abgases zu dem Katalysator 51 hin getragen, der sich stromabwärts des Harnstofflösungseinspritzventils 53 befindet, so dass das Abgas durch eine NOx-Reduktion gereinigt wird, die an dem Katalysator 51 auftritt. Bei der Reduktion von NOx-Emissionen wird die wässrige Harnstofflösung durch die Wärmeenergie des Abgases hydrolisiert, so dass Ammoniak (NH₃) entsteht, das im Gegenzug den NOx-Emissionen zugegeben wird, wie sie wahlweise durch den Katalysator 51 adsorbiert werden, so dass die NOx-Emissionen mit dem Ammoniak auf der Oberfläche des Katalysators 51 reagieren und zu harmlosen Produkten umgewandelt werden.
Das Abgasrohr 52 ist manchmal so geformt, dass es abhängig von dem Aufbau der Komponententeile des Fahrzeugs eine Biegung aufweist. Es sind Harnstofflösungseinspritzventile bekannt, die in einer derartigen Biegung des Abgasrohrs angeordnet sind. Beispielsweise zeigen JP-Nr. 2001-3737 und 2003-293739 und PCT-Nr. 2001-516635 eine derartige Art von Harnstofflösungseinspritzventilen.
JP 2004 197 635 A offenbart einen Injektor 11 für Kraftstoff, der an einer Außenseite in einer Biegerichtung eines gebogenen Abschnitts der Abgasleitung angeordnet ist und der sich stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators befestigt ist, um sich vor dem gebogenen Abschnitt entlang dem Abgasohr zu erstrecken. Der Injektionraum 12 ist ausgebildet, um von einer Spitze einer Düse des Injektors in einer Richtung entlang dem Abgasrohr stromabwärts des gebogenen Abschnitts zu erstrecken, so dass Kraftstoff in den Strömungskanal in dem Abgasrohr nachgeschaltet injiziert werden kann. Der Injektor wird mittels eines Kühlmittelmantels gekühlt.
Auch DE 198 06 265 C1 offenbart eine Reduktionsmitteldosiersystem zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgaskanal, das mittels eines Kühlmittels gejkühlt wird.
Es ist vorzuziehen, das Harnstoff-SCR-Systeme mit dem in der Biegung des Abgasrohrs eingebauten Harnstofflösungseinspritzventil so gestaltet sind, dass sie einen Strom der wässrigen Harnstofflösung in derselben Richtung wie die Strömung des Abgases orientieren, um die wässrige Harnstofflösung mit dem durch die Biegung hindurchtretenden Abgas homogen zu mischen und zu dem Katalysator zuzuführen. Die Harnstofflösungseinspritzventile, wie sie in der vorhergehenden zweiten und dritten Veröffentlichung offenbart sind, sind jedoch so angeordnet, dass sie im Inneren der Biegung freiliegen, so dass sie einer intensiven Wärme des Abgases ausgesetzt sind.
Das Harnstofflösungseinspritzventil, wie es in der vorhergehenden ersten Veröffentlichung offenbart ist, ist in einem Vorsprung montiert, der sich außerhalb der Biegung des Abgasrohrs in eine Richtung erstreckt, die dem Katalysator entgegengesetzt ist, um die Aussetzung des Harnstofflösungseinspritzventils zu der intensiven Wärme des Abgases zu minimieren. Diese Anordnung erfordert jedoch, die Länge des Vorsprungs von der Außenfläche der Biegung auszuwählen, oder den Winkel einer konisch geformten Verteilung der wässrigen Harnstofflösung genau zu regulieren, um das Anhaften eines Nebels der wässrigen Harnstofflösung an einer Innenwand des Vorsprungs zu verhindern, was zu einer Instabilität bei einem homogenen Mischen der wässrigen Harnstofflösung mit dem Abgas führen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu verhindern.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Abgasemissionsteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die mit einer Additiveinspritzeinrichtung ausgerüstet ist, und die gestaltet ist, um die Additiveinspritzeinrichtung vor intensiver Abgaswärme zu schützen und die Stabilität einer Abgasreinigungsreaktion unter Verwendung des in das Abgas eingespritzten Additivs sicherzustellen.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Abgasemissionsteuerungsgerät gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Das Abgasemissionsteuerungsgerät, das als ein Harnstoff-SCR-(Selektive Katalytische Reduktion)-System für Automobilbrennkraftmaschinen verwendet werden kann, dient dazu, schädliche Emissionen zu harmlosen Substanzen umzuwandeln. Das Abgasemissionsteuerungsgerät weist Folgendes auf: (a) ein Abgasrohr, durch das Abgasemissionen strömen, wobei das Abgasrohr einen geraden Bereich und einen gebogenen Bereich hat, der sich von dem geraden Bereich in eine Stromaufwärtsrichtung einer Strömung der Abgasemissionen erstreckt; (b) einen Katalysator, der stromabwärts des geraden Bereichs des Abgasrohrs in Verbindung mit diesem angeordnet ist; (c) einen hohlen Vorsprung mit einer Länge, der sich außerhalb des Abgasrohrs von einer Umfangswand des gebogenen Bereichs im Wesentlichen parallel zu einer Längsmittellinie des geraden Bereichs erstreckt, wobei der Vorsprung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, das zu dem ersten Ende entgegengesetzt ist, wobei der Vorsprung eine Öffnung aufweist, die in dem ersten Ende ausgebildet ist, welches mit einer Innenseite des gebogenen Bereichs des Abgasrohrs in Verbindung steht; und (d) eine Additiveinspritzeinrichtung, die gestaltet ist, um einen konisch geformten Additivnebel hervorzubringen, wobei die Additiveinspritzeinrichtung in dem zweiten Ende des Vorsprungs eingebaut und ausgerichtet ist, um den konisch geformten Additivnebel in das Abgasrohr durch die Öffnung des Vorsprungs einzuspritzen, ohne mit wenigstens einem stromabwärtigen Rand der Öffnung in Wechselwirkung zu treten.
Das Additiv wird durch die Strömung der Abgasemissionen stromabwärts des Katalysators getragen und in einer vorgegebenen Abgasemissionsreinigungsreaktion verwendet, die durch den Katalysator herbeigeführt wird, um die Abgasemissionen zu reinigen.
Genauer gesagt erstreckt sich der Vorsprung außerhalb des Abgasrohrs. Die Additiveinspritzeinrichtung wird durch den Vorsprung gehalten, ohne den Abgasemissionen direkt ausgesetzt zu sein, die durch das Abgasrohr strömen, wobei die Übertragung von intensiver Wärme der Abgasemissionen zu der Additiveinspritzeinrichtung minimiert werden. Zudem wird die Additiveinspritzeinrichtung ebenfalls durch den Vorsprung so gehalten, dass die Wechselwirkung des konisch geformten Additivnebels mit wenigstens dem stromabwärtigen Rand der Öffnung verhindert wird, der ein Abschnitt der Öffnung ist, der sich von der Additiveinspritzeinrichtung am entferntesten weg befindet. Des Weiteren ist der Vorsprung ausgebildet, um sich im Wesentlichen parallel zu der Längsmittellinie des geraden Bereichs des Abgasrohrs zu erstrecken. Die Additiveinspritzeinrichtung ist an dem zweiten Ende des Vorsprungs gesichert. Anders gesagt ist die Mittelachse des konisch geformten Nebels, d. h. ein Pfad, entlang dem das Additiv von der Additiveinspritzeinrichtung eingesprüht wird, mit der Längsmittellinie des geraden Bereichs des Abgasrohrs ausgerichtet, wodurch das Anhaften des Additivs an eine Innenwand des Vorsprungs minimiert und das Additiv mit den Abgasemissionen homogen gemischt wird, die anschließend zu dem Katalysator getragen werden.
Bei der bevorzugten Betriebsweise der Erfindung ist die Additiveinspritzeinrichtung durch den Vorsprung so ausgerichtet, dass eine Wechselwirkung des konisch geformten Additivnebels mit einem gesamten Rand der Öffnung des Vorsprungs verhindert wird.
Der Vorsprung hat eine zylindrische Innenwand, wodurch eine Bearbeitung des Vorsprungs vereinfacht und zudem das Anhaften des Additivnebels daran minimiert wird.
Die Additiveinspritzeinrichtung hat einen Kopf, in dem ein Sprühloch ausgebildet ist. Der Abstand zwischen dem stromabwärtigen Rand der Öffnung des Vorsprungs und dem Kopf der Additiveinspritzeinrichtung ist als eine Funktion eines Verbreitungswinkels bzw. eines Spreizungswinkel des Additivs ausgewählt, das aus der Additiveinspritzeinrichtung gesprüht wird, um eine Wechselwirkung des konisch geformten Additivnebels mit dem stromabwärtigen Rand der Öffnung des Vorsprungs zu verhindern.
Die Additiveinspritzeinrichtung ist so ausgerichtet, dass deren Achse mit der Achse des geraden Bereichs des Abgasrohrs ausgerichtet bzw. fluchtend ist, was zu einer gleichmäßigen Verteilung des Additivnebels über den geraden Bereich des Abgasrohrs führt und eine homogene Mischung des Additivs und der Abgasemissionen zu dem Katalysator trägt.
Die Additiveinspritzeinrichtung kann zudem ausgerichtet sein, so dass deren Achse mit der des Katalysators ausgerichtet bzw. fluchtend ist.
Die Additiveinspritzeinrichtung kann gestaltet sein, um den Additivspreizungswinkel zu verändern. Die Additiveinspritzeinrichtung ist ausgerichtet, um eine Wechselwirkung des konisch geformten Additivnebels mit wenigstens dem stromabwärtigen Rand der Öffnung zu verhindern, wenn der Verbreitungswinkel des Additivs maximal ist.
Das Abgasrohr kann zudem einen zweiten gebogenen Bereich aufweisen, durch den das Abgas strömt. Der zweite gebogene Bereich steht mit dem gebogenen Bereich und dem geraden Bereich an einem Abzweigungsverbindungsstück in Verbindung. Die Öffnung des Vorsprungs führt ins Innere des Abgasrohrs durch eine Wand des Abzweigungsverbindungsstücks. Der Vorsprung erstreckt sich außerhalb des Abgasrohrs im Wesentlichen parallel zu der Längsmittellinie des geraden Bereichs.
Der gebogene Bereich ist gleichmäßig gekrümmt oder mit einem rechten Winkel geknickt.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgend gegebenen ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele besser verstanden, die jedoch nicht als die Erfindung auf die bestimmten Ausführungsbeispiele begrenzend angesehen werden sollten, sondern nur zum Zwecke der Erklärung und des Verständnisses dienen.
In den Zeichnungen:

1 ist eine schematische Ansicht, die ein Abgasemissionsteuerungsgerät gemäß der Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht von 1;
3 ist eine Seitenansicht, die eine erste Abwandlung eines Einbaus eines Harnstofflösungseinspritzventils zeigt, das in dem Abgasemissionsteuerungsgerät von 1 eingebaut ist;
4(a) ist eine Seitenansicht, die eine zweite Abwandlung des Einbaus eines Harnstofflösungseinspritzventils zeigt, das in dem Abgasemissionsteuerungsgerät von 1 eingebaut ist;
4(b) ist eine Seitenansicht, die eine dritte Abwandlung des Einbaus eines Harnstofflösungseinspritzventils zeigt, das in dem Abgasemissionsteuerungsgerät von 1 eingebaut ist; und
5 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, die einen Einbau eines Harnstofflösungseinspritzventils zeigt, das in einem herkömmlichen Harnstoff-SCR-System verwendet wird.

Nur Figs. 4(a) und 4(b) zeigen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Mit Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere mit Bezug auf 1, ist ein Harnstoff-SCR-(Selektive Katalytische Reduktion)-System gemäß der Erfindung gezeigt, das ebenso wie das in 5 gezeigte als eine Abgasemissionsteuerungsvorrichtung ausgeführt ist, um NOx-Emissionen, die in Abgas einer Automobildieselmaschine (nicht gezeigt) enthalten sind, in harmlose Produkte umzuwandeln.
Das Harnstoff-SCR-System hat einen DOC (Dieseloxidationskatalysator) 21, ein Abgasrohr 10, einen SCR-(Selektive Katalytische Reduktion)-Katalysator 20 und ein Harnstofflösungseinspritzventil 50. Das Abgas, das von der Dieselmaschine ausgestoßen wird, strömt durch das Abgasrohr 10 in einer Richtung A.
Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 ist in einem Abschnitt des Abgasrohrs 10 zwischen dem DOC 21 und dem SCR-Katalysator 20 eingebaut. Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 wird im Betrieb durch eine Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert, um eine wässrige Harnstofflösung als ein Reduktionsmittel (auch Reduzierer genannt) zu dem von dem DOC 21 zu dem SCR-Katalysator 20 strömenden Abgas einzuspritzen oder einzusprühen. Die wässrige Harnstofflösung wird dann durch die Strömung von Abgas zu dem SCR-Katalysator 20 getragen und bei einer NOx-Reduktion verwendet.
Der SCR-Katalysator 20 dient insbesondere dazu, die NOx-Reduktion einzuleiten, das bedeutet beispielsweise die nachfolgenden Reaktionen einzuleiten. 4NO + 4NH₃ + O₂ →4N₂ + 6H₂O (1) 6HO₂ + 8NH₂ → 7N₂ + 12H₂O (2) NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 2H₂O (3)
Das Ammoniak (NH₃), das als ein Reduktionsmittel für die NOx-Reduktion bei den vorhergehenden Reaktionsformeln verwendet wird, wird durch das Harnstofflösungseinspritzventil 50 zugeführt, das stromaufwärts des SCR-Katalysators 20 angeordnet ist.
Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 hat einen bekannten Aufbau ähnlich zu typischen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen und dient dazu, wie es durch einen Pfeil F in 2 angegeben wird, einen konisch geformten Nebel aus wässriger Harnstofflösung durch ein Sprühloch 75 zu produzieren, das in einem Kopf von diesem ausgebildet ist. Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 wird von einem Harnstofflösungsbehälter (nicht gezeigt) durch ein Harnstofflösungszufuhrrohr mit der wässrigen Harnstofflösung versorgt.
Wie es aus 1 gesehen werden kann, besteht das Abgasrohr 10 aus drei Bereichen: einen hohlem zylindrischen geraden Bereich 11, der direkt mit dem SCR-Katalysator 20 verbunden ist, einem gekrümmten Bereich 12, der sich von dem geraden Bereich 11 erstreckt, und einen gekrümmten Bereich 13, der mit dem DOC 21 verbunden ist. Der gekrümmte Bereich 13 ist in eine dem gekrümmten Bereich 12 entgegengesetzte Richtung gebogen und mit diesem verbunden, um einen S-förmigen Abschnitt des Abgasrohrs 10 festzulegen. Der gekrümmte Abschnitt 12 bildet an sich einen Vorsprung 14 aus, in dem das Harnstofflösungseinspritzventil 50 eingebaut ist.
Der Vorsprung 14 ist hohl und zylindrisch, und mündet in den gekrümmten Bereich 12 des Abgasrohrs 10, wie es in 1 dargestellt ist, wobei dessen Längsmittellinie (d. h. eine Achse) 25 mit einer Längsmittellinie des geraden Bereichs 11 ausgerichtet bzw. fluchtend ist. Der Vorsprung 14 erstreckt sich von einer Außenumfangswand des gekrümmten Bereichs 12 weg von dem geraden Bereich 11. Der Vorsprung 14 kann so bearbeitet sein, dass er eine zylindrische Innenwand aufweist. Der SCR-Katalysator 20 ist in Ausrichtung dessen Längsmittellinie mit der Längsmittellinie des geraden Bereichs 11 angeordnet.
Der Vorsprung 14 hat eine Endwand 18, an der das Harnstofflösungseinspritzventil 50 gesichert ist. Insbesondere ist das Harnstofflösungseinspritzventil 50 mit der Endwand 18 des Vorsprungs 14 durch eine Wärmeisoliereinrichtung 22 verbunden, so dass dessen Kopf (d. h. das Sprühloch 75) im Inneren des Vorsprungs 14 freiliegt. Wie es in 2 gesehen werden kann, ist das Sprühloch 75 in der Mitte einer oberen Endwand des Kopfes des Harnstofflösungseinspritzventils 50 ausgebildet, um einen Strahl von wässriger Harnstofflösung mit dem SCR-Katalysator 20 auszurichten.
Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 wird so durch die Endwand 18 gehalten, um den konisch geformten Nebel F der wässrigen Harnstofflösung zu einer ovalen Öffnung 65 auszurichten, die durch eine Verbindung zwischen dem gekrümmten Bereich 12 des Abgasrohrs 10 und dem Vorsprung 14 festgelegt ist, ohne mit einem unteren Rand 15 der ovalen Öffnung 65 (d. h. dem am meisten stromabwärtigen Abschnitt der Verbindung zwischen dem gekrümmten Bereich 12 und dem Vorsprung 14 in einer Strömungsrichtung des Abgases) physikalisch in Wechselwirkung zu treten bzw. beeinträchtigt zu werden. Anders gesagt sind ein Spreizungswinkel θ der wässrigen Harnstofflösung und der Abstand L zwischen dem unteren Rand 15 der Öffnung 65 und dem oberen Rand (d. h. dem Sprühloch 75) des Harnstofflösungseinspritzventils 50 so ausgewählt, dass das Anhaften der wässrigen Harnstofflösung an dem unteren Rand 15 der Öffnung 65 verhindert wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Winkel θ und der Abstand L ausgewählt, um die Wechselwirkung des konisch geformten Nebels F der wässrigen Harnstofflösung mit einem oberen Rand 16 der ovalen Öffnung 65 (d. h. dem am meisten stromaufwärtigen Abschnitt der Verbindung zwischen dem gekrümmten Bereich 12 und dem Vorsprung 14 in der Strömungsrichtung des Abgases) zu verhindern. Es ist zudem empfehlenswert, dass der Winkel θ und der Abstand L so ausgewählt sind, dass sie die Wechselwirkung des konisch geformten Nebels F der wässrigen Harnstofflösung mit einem gesamten Rand der ovalen Öffnung 65 verhindern. Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 kann gestaltet sein, um den Spreizungswinkel θ der wässrigen Harnstofflösung in Antwort auf eine Veränderung eines Betriebszustands der Maschine zu verändern. In diesem Fall ist es empfehlenswert, dass das Harnstofflösungseinspritzventil 50 in dem Vorsprung 14 so eingebaut ist, dass der Nebel aus wässriger Harnstofflösung nicht mit wenigstens dem unteren Rand 15 der Öffnung 65 in Wechselwirkung tritt, wenn der Winkel θ maximal ist.
Die nützlichen Vorteile des Harnstoff-SCR-Systems sind nachfolgend beschrieben.
Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 ist, wie vorhergehend beschrieben, an der Endwand 18 des Vorsprungs 14 gesichert, so dass es nicht direkt der intensiven Wärme des Abgases ausgesetzt ist, das in dem Abgasrohr 10 strömt, wie es durch einen Pfeil A angegeben wird. Die Verwendung der Wärmeisoliereinrichtung 22 minimiert des Weiteren die Übertragung der Wärme zu dem Harnstofflösungseinspritzventil 50.
Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 ist in Ausrichtung dessen Längsmittellinie mit der des geraden Bereichs 11 des Abgasrohrs 10 (d. h. des SCR-Katalysators 20) ausgerichtet, wodurch der konisch geformte Nebel F der wässrigen Harnstofflösung gleichmäßig über die gesamte Einlassfläche des SCR-Katalysators 20 gerichtet ist. Insbesondere die wässrige Harnstofflösung und das Abgas, die homogen gemischt sind, erreichen die gesamte Fläche des SCR-Katalysators 20.
Die Stelle, an der das Harnstofflösungseinspritzventil 50 an dem Vorsprung 14 montiert ist, und der Aufbau des Vorsprungs 14 sind so bestimmt, dass die wässrige Harnstofflösung in den gekrümmten Bereich 12 des Abgasrohrs 10 eingespritzt wird, ohne mit wenigstens dem unteren Rand 15 der Öffnung 65 des Abgasrohrs 10 in Wechselwirkung zu treten, wodurch die wässrige Harnstofflösung mit dem Abgas in dem Abgasrohr 10 gemischt wird, ohne deren Anhaftung an der Innenwand des Vorsprungs 14.
3 stellt die erste Abwandlung des Einbaus des Harnstofflösungseinspritzventils 50 in dem Abgasrohr 10 dar.
Das Abgasrohr 10 hat insbesondere einen L-förmigen Bereich 12a anstelle des gekrümmten Bereichs 12 aus 1. Der L-förmige Bereich 12a ist mit rechten Winkeln gebogen und zwischen den Bereichen 11 und 13 verbunden. Der Vorsprung 14 erstreckt sich von dem L-förmigen Bereich 12a weg von dem geraden Bereich 11. Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 ist in dem Vorsprung 14 in Ausrichtung dessen Längsmittellinie mit der des geraden Bereichs 11 eingebaut.
4(a) stellt die zweite Abwandlung des Einbaus des Harnstofflösungseinspritzventils 50 dar.
Das Abgasrohr 10 umfasst zwei gekrümmte Bereiche 12b und 12c, von denen jeder mit einem von DOCs (nicht gezeigt) verbunden ist. Die gekrümmten Bereiche 12b und 12c stehen mit dem SCR-Katalysator 20 durch den geraden Bereich 11 in Verbindung. Der Vorsprung 14 ist an einem Abzweigungsverbindungsstück 19 der gekrümmten Bereiche 12b und 12c ausgebildet. Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 ist in dem Vorsprung 14 in Ausrichtung dessen Längsmittellinie mit der des geraden Bereichs 11 (d. h. des SCR-Katalysators 20) angeordnet.
4(b) stellt die dritte Abwandlung des Einbaus des Harnstofflösungseinspritzventils 50 dar.
Das Abgasrohr 10 umfasst einen T-förmigen Bereich 12e, dessen zwei Einlässe jeweils mit DOCs (nicht gezeigt) verbunden sind. Der T-förmige Bereich 12e ist zudem an dessen Auslass mit dem SCR-Katalysator 20 durch den geraden Bereich 11 verbunden. Der Vorsprung 14 ist an der Außenfläche des T-förmigen Bereichs 12e in Ausrichtung mit dem Auslass des T-förmigen Bereichs 12e ausgebildet. Das Harnstofflösungseinspritzventil 50 ist in dem Vorsprung 14 in Ausrichtung dessen Längsmittellinie mit der des geraden Bereichs 11 (d. h. des SCR-Katalysators 20) angeordnet.
Das Harnstoff-SCR-System kann mit Maschinen verwendet werden, die von Dieselmaschinen verschieden sind, wie z. B. Benzinmaschinen (d. h. Funkenzündmaschinen) oder anderen Arten von Abgasemissionsteuerungsvorrichtungen. Das Harnstoff-SCR-System kann zudem gestaltet sein, um ein Reduktionsmittel zu verwenden, das von Harnstoff verschieden ist.
Während die vorliegende Erfindung in Form von den bevorzugten Ausführungsbeispielen offenbart worden ist, um deren besseres Verständnis zu vereinfachen, sollte verstanden sein, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen ausgeführt werden kann, ohne von dem Grundsatz der Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte die Erfindung so verstanden sein, dass sie alle möglichen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele umfasst, die ausgeführt werden können, ohne von dem Grundsatz der Erfindung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen ausgeführt ist.
Ein Abgasemissionsteuerungsgerät wird bereitgestellt, das mit einer Additiveinspritzeinrichtung ausgerüstet ist, um ein Additiv, wie z. B. eine wässrige Harnstofflösung, in ein Abgasrohr einzuspritzen, durch das Abgasemissionen strömen. Das Abgasrohr umfasst einen geraden Bereich und einen gebogenen Bereich. Ein Katalysator, wie z. B. ein SCR-(Selektive Katalytische Reduktion)-Katalysator ist stromabwärts des geraden Bereichs angeordnet. Ein hohler Vorsprung ist an einer Außenumfangswand des gebogenen Bereichs im Wesentlichen parallel zu einer Längsmittellinie des geraden Bereichs ausgebildet. Der Vorsprung hat eine in einem von dessen entgegengesetzten Enden ausgebildete Öffnung, die mit einer Innenseite des gebogenen Bereichs in Verbindung steht. Die Additiveinspritzeinrichtung ist gestaltet, um einen konisch geformten Additivnebel zu produzieren, und ist an dem anderen Ende des Vorsprungs eingebaut, um den konisch geformten Additivnebel in das Abgasrohr einzuspritzen, ohne mit wenigstens einem stromabwärtigen Rand der Öffnung in Wechselwirkung zu treten.

Claims

Abgasemissionsteuerungsgerät mit: einem Abgasrohr (10), durch das Abgasemission strömt, wobei das Abgasrohr (10) einen geraden Bereich (11) und einen gebogenen Bereich (12; 12a; 12b; 12d) aufweist, der sich von dem geraden Bereich (11) in einer Stromaufwärtsrichtung einer Abgasemissionsströmung erstreckt; einem Katalysator (20), der stromabwärts des geraden Bereichs (11) des Abgasrohrs (10) in Verbindung mit diesem angeordnet ist; einem hohlen Vorsprung (14) mit einer Länge, der sich außerhalb des Abgasrohrs (10) von einer Umfangswand des gebogenen Abschnitts (12; 12a; 12b, 12c; 12d, 12e) im Wesentlichen parallel zu einer Längsmittellinie des geraden Bereichs (11) erstreckt, wobei der Vorsprung (14) ein erstes Ende und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende aufweist, und wobei der Vorsprung eine in dem ersten Ende ausgebildete Öffnung (65) aufweist, die mit der Innenseite des gebogenen Abschnitts (12; 12a; 12b, 12c; 12d, 12e) des Abgasrohrs (10) in Verbindung steht; und einer Additiveinspritzeinrichtung (50), die gestaltet ist, um einen konisch geformten Additivsprühnebel zu erzeugen, wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) einen Kopf aufweist, von dem aus der konisch geformte Nebel (F) abgegeben wird, wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) außerhalb des Vorsprungs (14) angeordnet ist, welche an dem zweiten Ende des Vorsprungs (14) durch eine Wärmeisoliereinrichtung (22) verbunden ist, so dass dessen Kopf im Inneren des Vorsprungs (14) freiliegt, und so ausgerichtet ist, dass sie den konisch geformten Additivsprühnebel in das Abgasrohr (10) durch die Öffnung (65) des Vorsprungs (14) einspritzt, ohne mit zumindest einem stromabwärtigen Rand (15) der Öffnung (65) in Wechselwirkung zu treten, wobei das Additiv durch die Abgasemissionsströmung stromabwärts zu dem Katalysator (20) getragen und in einer durch den Katalysator (20) eingeleiteten festgelegten Abgasemissionsreinigungsreaktion verwendet wird, um die Abgasemission zu reinigen, und wobei das Abgasrohr (10) zudem einen zweiten gebogenen Bereich (12c; 12e) aufweist, durch den das Abgas strömt, wobei der zweite gebogene Bereich (12c; 12e) an einem Abzweigungsverbindungsstück mit dem gebogenen Bereich (12b; 12d) und dem geraden Bereich (11) in Verbindung steht, und wobei die Öffnung (65) des Vorsprungs (14) durch eine Wand des Abzweigungsverbindungsstücks ins Innere des Abgasrohrs (10) führt, wobei sich der Vorsprung (14) außerhalb des Abgasrohrs (10) im Wesentlichen parallel zu der Längsmittellinie des geraden Bereichs (11) erstreckt.
Abgasemissionsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) durch den Vorsprung (14) so ausgerichtet ist, dass sie eine Wechselwirkung des konisch geformten Additivsprühnebels mit einem gesamten Rand der Öffnung (65) des Vorsprungs (14) vermeidet.
Abgasemissionsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung (14) eine zylindrische Innenwand aufweist.
Abgasemissionsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) einen Kopf aufweist, in dem ein Sprühloch (75) ausgebildet ist, und wobei ein Abstand (L) zwischen dem stromabwärtigen Rand (15) der Öffnung (65) des Vorsprungs (14) und dem Kopf der Additiveinspritzeinrichtung (50) abhängig von dem Spreizungswinkel (θ) des von der Additiveinspritzeinrichtung (50) eingesprühten Additivs so ausgewählt ist, dass eine Wechselwirkung des konisch geformten Additivsprühnebels mit dem stromabwärtigen Rand (15) der Öffnung (65) des Vorsprungs (14) verhindert wird.
Abgasemissionsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) so ausgerichtet ist, dass deren Achse mit der Achse des geraden Bereichs (11) des Abgasrohrs (10) fluchtend ist.
Abgasemissionsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) so ausgerichtet ist, dass deren Achse mit der Achse des Katalysators (20) fluchtend ist.
Abgasemissionsteuerungsgerät nach Anspruch 4, wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) gestaltet ist, um den Spreizungswinkel (θ) des Additivs zu verändern, und wobei die Additiveinspritzeinrichtung (50) ausgerichtet ist, um eine Wechselwirkung des konisch geformten Additivsprühnebels mit zumindest dem stromabwärtigen Rand (15) der Öffnung (65) zu vermeiden, wenn der Spreizungswinkel (θ) des Additivs maximal ist.
Abgasemissionsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei der gebogene Bereich (12; 12b) gekrümmt ist.
Abgasemissionsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei der gebogene Bereich (12a; 12d) mit einem rechten Winkel geknickt ist.