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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem, das Stickstoffoxid
(NOx), das in einem Abgas enthalten ist, das von einer Brennkraftmaschine,
wie einer Dieselmaschine, abgegeben wird, mit Hilfe eines Reduktionsmittels,
wie Ammoniak, reduzieren oder desoxidieren kann.
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Es
gibt ein Selektivkatalysatorreduktionssystem (SCR-System) als ein
Abgasreinigungssystem, das Stickstoffoxid (NOx), das in einem Abgas
enthalten ist, das von einer Brennkraftmaschine, wie einer Dieselmaschine,
abgegeben wird, reduzieren oder desoxidieren kann. Das SCR-System
ist auf diesem technischen Gebiet wohl bekannt.
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Das
Abgasreinigungssystem, wie ein SCR-System, spritzt eine Harnstofflösung
oder ein Ammoniakgas in ein Abgas, das von einer Brennkraftmaschine
abgegeben wird. Harnstoff oder Ammoniakgas wirkt als ein Reduktionsmittel
für das Abgas und reduziert NOx, das in dem Abgas enthalten ist,
zu Stickstoff und Wasser. D. h. das Reduktionsmittel wandelt chemisch
NOx in unschädliches Material um. Bspw. offenbart die
JP 2006-132393 A als
ein Stand der Technik solch ein SCR-System.
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Für
ein Beschleunigen der NOx-Reduktionsreaktion in dem SCR-System mit
Hilfe eines Reduktionsmittels ist eine gleichförmige Diffusion
von Ammoniakgas in dem Abgasstrom notwendig. Jedoch haben Ammoniakgas
und dgl. eine niedrige Permeabilität und eine niedrige
Diffusionscharakteristik in Bezug auf das Abgas. Weil Ammoniak einen
niedrigen Siedepunkt hat, wird Ammoniak als ein Reduktionsmittel,
und zwar als ein Ammoniakgas, in ein Abgas eingespritzt. Dabei gibt
es eine Möglichkeit, dass eine unzureichende Diffusion
von Ammoniakgas in dem Abgas bewirkt wird. Dies würde eine
Verschlechterung der Reduktionscharakteristik des Ammoniakgases
als ein Reduktionsmittel in dem Abgasreinigungssystem verursachen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungssystem
vorzusehen, das eine gleichförmige Diffusion von Ammoniakgas
als ein Reduktionsmittel in ein Abgas fördern kann, während
der Strom des Abgases ausgenützt wird, das von einer Brennkraftmaschine
abgegeben wird.
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Um
die vorstehenden Zwecke zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung
ein Abgasreinigungssystem (30) mit einer Aufladeeinheit
(14), einem Ammoniakeinspritzventil (31) und einem
Reduktionskatalysator (36) vor. Die Aufladeeinheit (14)
hat eine Turbine (18), die in einem Abgasdurchgang (17)
für eine Brennkraftmaschine (11) angeordnet ist.
Das Ammoniakeinspritzventil (31) spritzt Ammoniakgas zu
einem Abgas ein, das in dem Abgasdurchgang (17) strömt.
Der Reduktionskatalysator (36), wie ein Ammoniakgas, der
durch das Ammoniakeinspritzventil (31) eingespritzt wird,
reduziert oder desoxidiert Stickstoffoxid (NOx), das in dem Abgas
enthalten ist.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist das Ammoniakeinspritzventil (31)
in dem Abgasdurchgang (17) an der stromabwärtigen
Seite der Turbine (18) der Aufladeeinheit (14)
angeordnet. Das Ammoniakeinspritzventil (31) spritzt Ammoniakgas
in Richtung zu der Turbine (18) der Aufladeeinheit (14)
ein. Weil die Turbine (18) der Aufladeeinheit (14)
durch den Abgasstrom in einer vorbestimmten Richtung (R) dreht,
dreht das Abgas, nachdem es durch die Turbine (18) hindurchgegangen
ist, in der vorbestimmten Richtung (s1), wie die Drehrichtung (R)
der Turbine (18). Ein Einspritzen des Ammoniakgases in
den Abgasstrom fördert ein Mischen des Ammoniakgases mit
dem Abgas. Dies fördert und sieht ein gleichförmiges
Gemisch des Ammoniakgases und des Abgases in dem Abgasdurchgang
(17) in dem Abgasrohr (16) vor.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung spritzt das Ammoniakeinspritzventil
(31) Ammoniakgas entlang eines Außenumfangs des
Abgasstroms (s1) ein, nachdem dieser durch die Turbine (18)
hindurch gegangen ist.
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Weil
die Turbine (18) in der vorbestimmten Richtung (R) dreht,
hat der Außenumfang des Abgases eine größere
Strömungsgeschwindigkeit als die in dem mittleren Teil
von diesem. Ein Einspritzen des Ammoniakgases entlang des Außenumfangs
des Abgases, der eine größere Strömungsgeschwindigkeit
hat, ermöglicht, dass das Ammoniakgas wirksam in dem Abgasstrom
verteilt werden kann. Dies macht es möglich, eine gleichförmige
Diffusion des Ammoniakgases in dem Abgasstrom zu fördern.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung spritzt das Ammoniakeinspritzventil
(31) Ammoniakgas zu einer umgekehrten Richtung (s2) zu der
Drehrichtung (s1) des Abgasstroms hin ein, nachdem dieser durch
die Turbine (18) hindurchgegangen ist, um den Ammoniakgasstrom
auszubilden, der in der umgekehrten Richtung (s2) zu der Drehrichtung (s1)
des Abgasstroms dreht.
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Weil
die Turbine (18) in der vorbestimmten Richtung (R) dreht,
strömt das Abgas in einer vorbestimmten Richtung (s1) durch
die Drehung der Turbine (18). Ein Einspritzen des Ammoniakgases
in die umgekehrte Richtung (s2) zu der Drehrichtung (s1) des Abgases,
nachdem dieses durch die Turbine (18) hindurch gegangen
ist, macht es möglich, eine gleichförmige Vermischung
des Ammoniakgases und des Abgases zu fördern. Dies sieht
ein äußerst gleichförmiges Gemisch des
Ammoniakgases und des Abgases vor.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Führungsbauteil
(50), das in eine Spiralform gekrümmt ist, von
der Seite des Ammoniakeinspritzventils (31) zu der Seite
der Turbine (18) entlang einer Innenwand eines Abgasrohrs
(16) vorgesehen. Der Abgasdurchgang (17) ist in
dem Abgasrohr (16) ausgebildet.
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Der
Aufbau des Führungsbauteils (50) führt das
Ammoniakgas, das durch den Injektor (31) eingespritzt wird,
entlang des Führungsbauteils (50), während
es gedreht wird, und führt das Ammoniakgas in Richtung
zu der Seite der Turbine (18). Deshalb verringert das Vorhandensein
des Führungsbauteils (50) den direkten Kontakt
des Ammoniakgases, das durch den Injektor (31) eingespritzt
wird, mit der Turbine (18). Das Vorhandensein des Führungsbauteils
(50) verringert deshalb die Möglichkeit, dass durch
das Ammoniakgas eine Korrosion in der Turbine (18) verursacht
wird. Der Aufbau des Abgasreinigungssystems (30) gemäß der
vorliegenden Erfindung verbessert eine Haltbarkeit der Turbine (18)
für die Aufladeeinheit (14).
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Abgasreinigungssystem (30)
des Weiteren ein Begrenzungsbauteil (51), das zwischen
dem Ammoniakeinspritzventil (31) und der Turbine (18)
angeordnet ist und das den Strom des Ammoniakgases, das durch das
Ammoniakeinspritzventil (31) eingespritzt wird, in Richtung
zu der Seite der Turbine (18) begrenzen kann und verhindern kann,
dass das Ammoniakgas sich der Turbine (18) nähert.
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Weil
Ammoniak ein korrodierendes Material ist und eine verfärbende
Charakteristik hat, wird die Turbine (18) leicht durch
das Ammoniakgas korrodiert, wenn das Ammoniakgas, das durch den
Injektor (31) eingespritzt wird, die Turbine (18)
berührt. Das Begrenzungsbauteil (51) begrenzt
den Strom des Ammoniakgases, das durch den Injektor (31)
eingespritzt wird, und begrenzt des Weiteren die Bewegung des Ammoniakgases
zu der Seite der Turbine (18). Dieser Aufbau des Abgasreinigungssystems (30)
gemäß der vorliegenden Erfindung verringert die Möglichkeit,
dass eine Korrosion der Turbine (18) durch das von dem
Injektor (31) eingespritzte Ammoniakgas verursacht wird,
und verbessert die Haltbarkeit der Turbine (18) in der
Aufladeeinheit (14) für eine lange Zeitdauer.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind das Führungsbauteil
(50) und das Begrenzungsbauteil (51) zu einem
Körper zusammengebaut, und das Begrenzungsbauteil (51) berührt
einen Seitenteil (an der Seite der Turbine (18)) des Führungsbauteils
(50) entlang der Längsrichtung des Führungsbauteils
(50).
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Das
Ammoniakgas, das durch den Injektor (31) eingespritzt wird,
wird entlang des Führungsbauteils (50) in Richtung
zu der Seite der Turbine (18) hin geführt, während
das Ammoniakgas dreht. Das Vorhandensein des Begrenzungsbauteils
(51) begrenzt die Bewegung des Ammoniakgasstroms zu der
Seite der Turbine (18) weiter. Dieser Aufbau fördert
die Vermischung des Ammoniakgases und des Abgases und vermeidet
den Kontakt des Ammoniakgases mit der Turbine (18). Der
Aufbau des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung sieht eine äußerst gleichförmige
Vermischung des Ammoniakgases und des Abgases vor und verringert
des Weiteren die Möglichkeit der Korrosion der Turbine (18)
durch das Ammoniakgas.
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Eine
bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Dieselmaschinensystem zeigt,
das mit einem Abgasreinigungssystem gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
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2A ist
ein Querschnitt eines Abgasrohrs in dem Abgasreinigungssystem gemäß der
ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt
ist;
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2B ist
ein Diagramm, das das Abgasrohr aus Sicht des Pfeils B in 1 zeigt;
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2C ist
ein Diagramm, das das Abgasrohr aus Sicht eines Pfeils C in 1 zeigt;
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3A ist
ein Querschnitt des Abgasrohrs in dem Abgasreinigungssystem gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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3B ist
ein Diagramm, das das Abgasrohr aus Sicht eines Pfeils B in 3A zeigt;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Abgasrohrs in dem Abgasreinigungssystem
gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt
eine Modifikation des Anordnens des Injektors und der Führungsplatte
in dem Abgasrohr in dem Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine schematische Ansicht des Abgasrohrs in dem Abgasreinigungssystem
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung; und
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7 ist
eine schematische Ansicht der Führungsplatte eines anderen
Aufbaus der Führungsplatte, die in dem Abgasrohr in dem
Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
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Nachstehend
werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen
bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder Buchstaben gleiche oder äquivalente
Komponentenbauteile in den mehreren Diagrammen.
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Erste Ausführungsform
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Ein
Abgasreinigungssystem 30 gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug
auf 1, 2A, 2B und 2C beschrieben.
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Dieselmaschinensystem 10 zeigt,
das mit einem Abgasreinigungssystem 30 gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet
ist.
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Das
Dieselmaschinensystem 10 hat eine Dieselmaschine 11 als
eine Brennkraftmaschine, ein Lufteinlasssystem 12, ein
Abgassystem 13, eine Aufladeeinheit 14, usw.
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Das
Lufteinlasssystem hat ein Einlassgasrohr 15. Das Einlassgasrohr 15 bildet
einen Einlassgasdurchgang, durch den Luft von der Außenseite
zu dieser Dieselmaschine 11 eingeleitet wird.
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Das
Abgassystem 13 hat ein Abgasrohr 16. Wie in 1 gezeigt
ist, ist ein Abgasdurchgang 17 in dem Abgasrohr 16 ausgebildet.
Durch den Abgasdurchgang 17 strömt das von der
Dieselmaschine 11 abgegebene Abgas zu der Außenseite.
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat die Aufladeeinheit 14 eine
Turbine 18 und einen Verdichter 19. Die Turbine 18 ist
in dem Abgasdurchgang 17 montiert. Der Verdichter 19 ist
in einem Lufteinlassdurchgang montiert. Der Lufteinlassdurchgang
ist mit der Aufladeeinheit 14 verbunden.
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Die
Turbine 18 und der Verdichter 19 sind durch eine
Drehwelle (in 1 weggelassen) miteinander verbunden.
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Das
Abgas strömt durch den Abgasdurchgang 17. Wenn
das Abgas durch die Turbine 18 hindurch geht, beschleunigt
das Abgas die Drehzahl der Turbine 18 auf eine hohe Drehzahl.
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Der
Verdichter 19 ist durch die Drehwelle (nicht gezeigt) mit
der Turbine 18 verbunden und dreht zusammen mit der Turbine 18.
Der Verdichter 19 führt die Luft durch den Lufteinlassdurchgang
zu der Dieselmaschine 11 zu.
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Das
Lufteinlasssystem 12 ist mit einem Zwischenkühler 21 ausgerüstet.
Der Zwischenkühler 21 kühlt die Luft
mit einer hohen Temperatur, die durch den Verdichter 19 verdichtet
und zugeführt wird.
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Das
Abgasreinigungssystem 30 ist in dem Abgassystem 13 in
dem Dieselmaschinensystem 10 montiert. Das Abgasreinigungssystem 30 ist
mit einem Injektor 31 als ein Ammoniakeinspritzventil,
einem Ammoniaktank 32, einem Ammoniakzufuhrrohr 33,
einer Steuerungseinheit 34, einem Oxidationskatalysator 35,
einem SCR-Katalysator 36, einem NOx-Sensor 37 und
der gleichen ausgerüstet.
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In
dem Abgassystem 13 ist der Abgasdurchgang 17 in
dem Abgasrohr 16 ausgebildet. Das Abgasrohr 16 bildet
auch das Abgasreinigungssystem 30.
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Es
ist möglich, dass das Abgasreinigungssystem 30 einen
Ammoniakoxidationskatalysator und einen Dieselpartikelfilter (DPF)
hat.
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Der
SCR-Katalysator 36 entspricht einem Reduktionskatalysator
in den Ansprüchen.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist der Injektor 31 als ein
Ammoniakeinspritzventil in dem Abgasrohr 16 angeordnet,
in dem der Abgasdurchgang 17 ausgebildet ist.
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Der
Injektor 31 ist zwischen der Turbine 18 für
die Aufladeeinheit 14 und dem Oxidationskatalysator 35 angeordnet.
D. h. der Injektor 31 ist an der stromaufwärtigen
Seite des Oxidationskatalysators 35 und an der stromabwärtigen
Seite der Aufladeeinheit 14 entlang des Abgasstroms in
dem Abgasdurchgang 17 angeordnet.
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Der
Injektor 31 besteht hauptsächlich aus einem Körper,
einer bewegbaren Einheit und einer elektromagnetischen Antriebseinheit 38.
Die bewegbare Einheit führt eine sich wiederholende Bewegung in
dem Körper entlang der Axialrichtung des Injektors 31 aus.
Die elektromagnetische Antriebseinheit 38 treibt die bewegbare
Einheit an.
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Der
Injektor 31 hat ein Einspritzloch 39 an seinem
vorderen Endteil. Durch das Einspritzloch 39 hindurch wird
Ammoniakgas zu dem Abgas eingespritzt, das in dem Abgasdurchgang 17 strömt.
Die sich wiederholende Bewegung der bewegbaren Einheit, die durch
die elektromagnetische Antriebseinheit 38 angetrieben wird,
führt die Öffnungs-/Schließbewegung des
Einspritzlochs 39 durch, um das Ammoniakgas zu dem Abgas
einzuspritzen.
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Der
Ammoniaktank 32 speichert Ammoniak, der zu dem Injektor 31 zuzuführen
ist. Der Ammoniaktank 32 speichert flüssiges Ammoniak,
das verdichtet ist.
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Das
Ammoniakzufuhrrohr 33 hat ein Ammoniakzufuhrrohr 41 und
eine Verdampfungseinheit 42. Durch das Ammoniakzufuhrrohr 41 ist
der Ammoniaktank 32 mit dem Injektor 31 verbunden.
Das flüssige Ammoniak, das in dem Ammoniaktank 32 gespeichert
ist und von diesem zugeführt wird, wird durch die Verdampfungseinheit 42 verdampft.
Das Ammoniakgas wird dann zu dem Injektor 31 zugeführt.
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Es
ist möglich, eine Pumpe an dem Ammoniakzufuhrrohr 41 zwischen
dem Ammoniaktank 32 und der Aufladeeinheit 14 zu
montieren, um das in dem Ammoniaktank 32 gespeicherte Ammoniak
zu dem Injektor 31 zuzuführen.
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Die
Steuerungseinheit 34 ist eine elektronische Steuerungseinheit
(ECU), die den Betrieb des Injektors 31 steuern kann, der
Ammoniakgas einspritzen kann.
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Die
Steuerungseinheit 34 (oder ECU) besteht aus einem Mikrocomputer.
Dieser Mikrocomputer hat eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU,
nicht gezeigt), einen Nur-Lese-Speicher (ROM, nicht gezeigt) und
einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), usw. Die Steuerungseinheit 34 ist
elektrisch mit anderen Steuerungseinrichtungen (nicht gezeigt) der
Dieselmaschine 11 durch ein lokales Netzwerk (LAN) in einem
Fahrzeug verbunden.
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Der
Oxidationskatalysator 35 oxidiert Kohlenwasserstoff (HC)
und Kohlenmonoxid (CO), das in dem Abgas enthalten ist, in Wasser
(H2O) und Kohlendioxid (CO2).
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Der
SCR-Katalysator 36 reduziert Stickstoffoxid (NOx), das
in dem Abgas enthalten ist. Im Speziellen bewirkt das Ammoniakgas,
das durch den Injektor 31 in das Abgas eingespritzt wird,
die chemische Reaktion von Stickstoffoxid (NOx). Das Stickstoffoxid
(NOx) wird zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umgewandelt.
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Der
Ammoniakoxidationskatalysator (nicht gezeigt) oxidiert Ammoniak,
das in dem Abgas enthalten ist, das in der chemischen Reaktion reagiert hat.
Der Dieselpartikelfilter (DPF, nicht gezeigt) fängt und
verbrennt Partikel, wie Kohlenstoffpartikel, die indem Abgas enthalten
sind.
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Der
NOx-Sensor 37 ist an der Auslassseite des SCR-Katalysators 36 in
dem Abgasdurchgang 17 des Abgassystems 13 angeordnet.
Der NOx-Sensor 37 erfasst eine Konzentration von NOx, das
in dem Abgas enthalten ist, das in dem Abgasdurchgang 17 strömt.
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Der
NOx-Sensor 37 gibt dann ein Erfassungssignal bezüglich
der Konzentration von NOx zu der Steuerungseinheit 34 aus.
Die Steuerungseinheit 34 empfängt das von dem
NOx-Sensor 37 übertragene Erfassungssignal und
steuert die Ammoniakmenge, die durch das Injektorventil (nicht gezeigt)
des Injektors 31 einzuspritzen ist, und zwar steuert sie
eine Öffnungs- und Schließzeitdauer des Injektors 31.
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Als
nächstes wird der Aufbau des Injektors 31 in dem
Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform
im Detail beschrieben.
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2A ist
ein Querschnitt des Abgasrohrs 16 in dem Abgasreinigungssystem 30 gemäß der ersten
Ausführungsform, die in 1 gezeigt
ist. 2B ist ein Diagramm, das das Abgasrohr 16 aus Sicht
des Pfeils B in 1 zeigt. 2C ist
ein Diagramm, das das Abgasrohr 16 aus Sicht eines Pfeils C
in 1 zeigt. Weil die 2A und 2B schematische
Diagramme sind, zeigen sie nicht einen detaillierten und tatsächlichen
Aufbau des Abgasreinigungssystems.
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Wie
in 2B und 2C gezeigt
ist, ist der Injektor zu der Richtung der Turbine 18 hin
angeordnet. D. h. der Injektor 31 ist in dem Abgasreinigungssystem 30 so
angeordnet, dass die Mittelachse des Injektors 31 zu der
Mittelachse des Abgasdurchgangs 17 geneigt ist.
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Wie
in 2A gezeigt ist, spritzt der Injektor 31 Ammoniakgas
in das Abgas ein, nachdem dieses durch die Turbine 18 hindurch
gegangen ist. Der Injektor 31 ist angeordnet, um zu einer
Linientangente zu der Innenseitenwandfläche des Abgasrohrs 16 hin geneigt
zu sein. Der Injektor 31 ist zu der Linientangente bzw.
Tangente des Abgasrohrs 16 hin geneigt, die in einer umgekehrten
Richtung zu der Drehung der Turbine 188 angeordnet ist.
Das Ammoniakgas, das von dem Injektor 31 eingespritzt wird,
strömt in einer Drehrichtung s2, die eine umgekehrte Richtung der
Drehrichtung s1 des Abgases ist, die durch die Drehung der Turbine 18 erzeugt
wird. D. h. die Drehrichtung s2 des Ammoniakgases, das von dem Injektor 31 eingespritzt
wird, ist die umgekehrte Richtung zu der Drehrichtung s1 des Abgases,
die durch die Turbine 18 erzeugt wird.
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Das
Ammoniakgas wird von dem Injektor 31 zu der Tangente zu
der Innenwandfläche des Abgasrohrs 16 hin eingespritzt,
in dem der Abgasdurchgang 17 ausgebildet ist. Das Ammoniakgas
wird von dem Injektor 31 entlang des Außenumfangs
des Abgasstroms eingespritzt, der durch die Turbine 18 erzeugt
wird.
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Wie
vorstehend im Detail beschrieben ist, ist in dem Abgasreinigungssystem 30 gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Injektor 31 so
in dem Abgasdurchgang 17 angeordnet, dass der Injektor 31 eine benachbarte
Position zu der Turbine 18 für die Aufladeeinheit 14 einnimmt.
Die Aufladeeinheit 14 ist mit dem Abgasrohr 16 verbunden.
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D.
h. der Injektor 31 ist direkt an der stromabwärtigen
Seite der Turbine 18 für die Aufladeeinheit 14 in
dem Abgasstrom angeordnet. Der Injektor 31 spritzt Ammoniakgas
in das Abgas, nachdem dieses durch die Turbine 18 hindurch
gegangen ist, zu der Richtung der Turbine 18 hin ein. Das
Ammoniakgas wird auch zu der umgekehrten Richtung zu der Drehrichtung
s1 des Abgases eingespritzt, nachdem dieses durch die Turbine 18 hindurch
gegangen ist. Das Ammoniakgas wird auch zu der Richtung entlang
des Außenumfangs des Abgasstroms eingespritzt. Das Ammoniakgas,
das zu der Turbine 18 hin eingespritzt wird, wird in das
Abgas mit einer hohen Drehgeschwindigkeit eingespritzt, nachdem
dieses durch die Turbine 18 hindurch gegangen ist.
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Ein
Einspritzen des Ammoniakgases zu der umgekehrten Richtung zu der
Drehrichtung s1 des Abgasstroms hin, nachdem dieses durch die Turbine 18 hindurch
gegangen ist, fördert die Vermischung des Abgases und des
Ammoniakgases.
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Des
Weiteren macht es ein Einspritzen des Ammoniakgases entlang des
Außenumfangs des Abgasstroms möglich, das Ammoniakgas
in einem Teil des Abgases mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit
vorzusehen, das die Drehrichtung s1 hat. Dies macht es möglich,
die Vermischung des Ammoniakgases und des Abgases weiter zu fördern. Dadurch
ist es möglich, das Ammoniak gleichmäßig mit
dem Abgas zu mischen, selbst wenn ein Gas wie Ammoniakgas, das eine
niedrige Permeabilität gegenüber dem Abgas hat,
zu dem Abgas eingespritzt wird. Der Aufbau des Abgasreinigungssystems
gemäß der ersten Ausführungsform fördert
die Reduktionsreaktion des Ammoniakgases in dem SCR-Katalysators 36.
Als eine Folge wird ermöglicht, die Menge von NOx, die
in dem Abgas enthalten ist, um von der Dieselmaschine 11 zu
der Außenseite abgegeben zu werden, zu verringern.
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Zweite Ausführungsform
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Das
Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 3A, 3B, 4, 5 und 7 beschrieben.
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3A ist
ein Querschnitt des Abgasrohrs 16 in dem Abgasreinigungssystem
der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3B ist ein
Diagramm, das das Abgasrohr 16 aus Sicht des Pfeils B in 3A zeigt.
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Wie
in 3A gezeigt ist, hat das Abgasreinigungssystem
gemäß der zweiten Ausführungsform des
Weiteren eine Führungsplatte 50 (die in den Ansprüchen
als Führungsbauteil beschrieben ist), die in eine Spiralform
gekrümmt ist. Die anderen Komponenten der zweiten Ausführungsformen
sind dieselben wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
Deshalb wird an dieser Stelle auf eine Erklärung der gleichen
Komponenten verzichtet.
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Die
Führungsplatte 50 ist in der Innenwand des Abgasrohrs 16 angeordnet,
das den Abgasdurchgang 17 bildet. Wie in 3B gezeigt
ist, ist die Führungsplatte 50 in einer Spiralform
gekrümmt und von der Position nahe des Einspritzlochs 39 des
Injektors 31 zu der Turbine 18 hin angeordnet.
Das Vorhandensein der Führungsplatte 50 begrenzt
oder steuert den Ammoniakgasstrom, der durch den Injektor 31 eingespritzt
wird. D. h. die Führungsplatte 50 fördert
ein Ausbilden des Ammoniakgasstroms, der durch den Injektor 31 eingespritzt
wird, in dem Abgas wie in dem Fall der ersten Ausführungsform,
die in 1 und 2A bis 2C gezeigt
ist. In dem Aufbau der zweiten Ausführungsform ist die
Führungsplatte 50 entlang der Innenwand des Abgasrohrs 16 in
der umgekehrten Richtung zu der Drehrichtung s1 des Abgases, nachdem
dieses durch die Turbine 18 hindurch gegangen ist, gekrümmt
oder gebogen.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Abgasrohrs 16 in dem Abgasreinigungssystem
gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Obwohl
die Führungsplatte 50 nahe des Einspritzlochs 39 des
Injektors 31 angeordnet ist, wie in den 3A, 3B und 4 gezeigt
ist, ist es möglich, eine andere Form der Führungsplatte 50 zu verwenden.
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7 ist
eine schematische Ansicht einer Führungsplatte 50' mit
einer anderen Struktur, die in dem Abgasrohr 16 in dem
Abgasreinigungssystems 30 gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
Wie in 7 gezeigt ist, ist die Führungsplatte 50' bspw.
in eine Spiralform (oder eine Spiralstruktur) gekrümmt
oder gebogen, um mehrere Male entlang der Innenwand des Abgasrohrs 16 von
der Position nahe des Einspritzlochs 39 zu der Turbine 18 hin
gewunden zu sein bzw. mehrere Windungen aufzuweisen.
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5 zeigt
eine Modifikation des Anordnens des Injektors 31 und der
Führungsplatte 50 in dem Abgasdurchgang 17 des
Abgasrohrs 16 in dem Abgasreinigungssystem gemäß der
zweiten Ausführungsform.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist es auch möglich, den
Injektor 31 und die Führungsplatte 50 in
dem Abgasrohr 16 so anzuordnen, dass die Mittelachse des Injektors 31 parallel
zu der Mittelachse des Abgasdurchgangs 17 verläuft.
Bei dieser Modifikation ist die Führungsplatte 50 in
der Innenwand des Abgasrohrs 16 angeordnet, und der Injektor 31 ist
auch in derselben Innenwandseite angeordnet.
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Wenn
der Injektor 31 bspw. an der oberen Seite des Abgasrohrs 16 angeordnet
ist, ist die Führungsplatte 50 in der Innenwand
an der oberen Seite des Abgasrohrs 16 angeordnet. In diesem
Fall wird der Strom von Ammoniakgas, das durch den Injektor 31 eingespritzt
wird, durch die Form der Führungsplatte 50 geführt.
Das Ammoniakgas, das durch den Injektor 31 eingespritzt
wird, strömt entlang der Führungsplatte 50 und
bildet die Drehrichtung s2', die die umgekehrte Richtung zu der
Drehrichtung des Abgases ist, nachdem dieses durch die Turbine 18 hindurch
gegangen ist.
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Im
Detail dreht das Ammoniakgas, das durch den Injektor 31 eingespritzt
wird, entlang der Führungsplatte 50 in der umgekehrten
Richtung s2' zu der Drehrichtung s1 des Abgases, nachdem dieses durch
die Turbine 18 hindurch gegangen ist. Weil die Führungsplatte 50 in
der Innenwandseite des Abgasrohrs 16 angeordnet ist, strömt
das Ammoniakgas, das durch den Injektor 31 eingespritzt
wird, entlang des Außenumfangs der Drehrichtung s1 des
Abgases, nachdem dieses durch die Turbine 18 hindurch gegangen
ist.
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In
dem Aufbau des Abgasreinigungssystems gemäß der
zweiten Ausführungsform führt die Führungsplatte 50 wirksam
den Ammoniakgasstrom, der von dem Injektor 31 eingespritzt
wird. Bspw. führt eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases, nachdem dieses durch die Turbine 18 hindurch
gegangen ist, zu einer Möglichkeit, dass der Ammoniakgasstrom,
der durch den Injektor 31 eingespritzt wird, gedrückt
wird und dass eine ungleichförmige Vermischung von Ammoniakgas
und Abgas verursacht wird. Um dies zu vermeiden, führt
das Vorhandensein der Führungsplatte 50 das Ammoniakgas,
das durch den Injektor 31 eingespritzt wird, richtig und
effizient, bis das Ammoniakgas mit dem Abgas vermischt ist. D. h.
das Ammoniakgas, das durch den Injektor 31 eingespritzt
wird, nähert sich dem Abgas in Richtung zu der Turbine 18,
während es dreht. Demzufolge, selbst wenn das Abgas eine
hohe Strömungsgeschwindigkeit hat, ist es möglich,
das Ammoniakgas, das durch den Injektor 31 eingespritzt
wird, gleichförmig mit dem Abgas zu mischen. Der Aufbau
des Abgasreinigungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform
fördert die Vermischung des Ammoniakgases, das durch den
Injektor 31 eingespritzt wird, und des Abgases. Des Weiteren
ermöglicht das Vorhandensein der Führungsplatte 50 in
dem Abgasrohr 16, dass der Injektor 31 einen optionalen
Winkel in dem Abgasdurchgang 17 hat. Dieses Merkmal ermöglicht,
dass der Injektor 31 an einer optionalen Position in dem
Abgasdurchgang 17 in dem Abgasrohr 16 gemäß der
Position von Vorrichtungen und einem Raum um die Dieselmaschine 11 herum
angeordnet werden kann.
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Dritte Ausführungsform
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Das
Abgasreinigungssystem gemäß der dritten Ausführungsform
der Erfindung wird mit Bezug auf 6 beschrieben.
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6 ist
eine schematische Ansicht des Abgasrohrs 16 in dem Abgasreinigungssystem
gemäß der dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Das Abgasreinigungssystem gemäß der
dritten Ausführungsform ist eine Modifikation des Abgasreinigungssystems
der zweiten Ausführungsform. Die anderen Komponenten der
dritten Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen der
ersten und zweiten Ausführungsform. Deshalb wird die Erklärung
der gleichen Komponenten an dieser Stelle weggelassen.
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In
dem Abgasreinigungssystem 30 hat die Führungsplatte 50 eine
Schirmplatte 51 (die einem Begrenzungsbauteil in den Ansprüchen
entspricht). Die Schirmplatte 51 und die Führungsplatte 50 sind zu
einem Körper zusammengebaut. Wie in 6 gezeigt
ist, ist die Schirmplatte 51 an einem Seitenteil an der
Seite der Turbine 18 entlang der Längsrichtung
der Führungsplatte 50 in dem Abgasstrom befestigt.
Mit anderen Worten gesagt, ist die Schirmplatte 51 von
der oberen Seite des Abgasdurchgangs 17 zu dem Inneren
des Abgasdurchgangs 17 hin gerichtet. Die Höhe
(oder die Länge) der Schirmplatte 51 gemessen
in der Durchmesserrichtung des Abgasrohrs 16 ist kleiner
als der Innendurchmesser des Abgasrohrs 16.
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Das
Vorhandensein der Schirmplatte 51, die an der Seite der
Führungsplatte 50 angebracht ist, begrenzt den
direkten Strom des Ammoniakgases, das durch den Injektor 31 eingespritzt
wird, in Richtung zu der Seite der Turbine 18, weil die
Bewegung des Ammoniakgases durch die Führungsplatte 50 und
die Schirmplatte 51 geführt wird. Wenn bspw. das
Ammoniakgas durch den Injektor 31 mit einem großen
Druck eingespritzt wird oder wenn das Abgas, nachdem es durch die
Turbine 18 hindurch gegangen ist, eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit hat,
gibt es eine Möglichkeit, dass schlecht gemischtes Ammoniakgas
die Turbine 18 direkt berührt, weil das durch
den Injektor 31 eingespritzte Ammoniakgas entlang der Führungsplatte 50 ohne
eine Schirmplatte in dem Abgas mit einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit
strömt. Ein Kontakt zwischen konzentriertem Ammoniakgas
und der Turbine 18 verursacht oft eine Korrosion des Materials
der Turbine 18.
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Um
diesen Nachteil zu vermeiden, hat das Abgasreinigungssystem gemäß der
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die
Schirmplatte 51, die an der Seite der Führungsplatte 50 fixiert
ist. Das Vorhandensein der Schirmplatte 51 begrenzt die
Bewegung des Ammoniakgases, das durch den Injektor 31 eingespritzt
wird, zu der Seite der Turbine 18. Als eine Folge strömt
das Ammoniakgas entlang der Führungsplatte 50,
ohne zu der Seite der Turbine 18 hin zu strömen.
Dadurch ist es möglich, das Ammoniakgas, das durch den
Injektor 31 eingespritzt wird, gleichförmig mit
dem Abgas zu mischen, nachdem dieses durch die Turbine 18 hindurch
gegangen ist, ohne eine ungleichförmige Vermischung zu
verursachen. Da der Aufbau des Abgasreinigungssystems gemäß der
dritten Ausführungsform, die in 6 gezeigt
ist, des Weiteren eine Möglichkeit des Hinführens
von schlecht gemischtem Ammoniakgas, das durch den Injektor 31 eingespritzt wird,
zu der Turbine 18 vermeidet, ist es möglich, eine
ungleichförmige Vermischung des Ammoniakgases und des Abgases
zu vermeiden und ein Auftreten einer Korrosion der Turbine 18 zu
vermeiden.
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Das
Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die erste bis
dritte Ausführungsform begrenzt, die vorstehend beschrieben
sind. Es ist möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung
auf verschiedene Arten von Anwendungsformen anzuwenden.
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Während
bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
im Detail beschrieben worden sind, ist es für einen Fachmann
klar, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Details
in Anbetracht der Gesamtlehre der Offenbarung gemacht werden können.
Demzufolge sind die bestimmten Anordnungen, die offenbart sind,
nur veranschaulichend gemeint und begrenzen nicht den Umfang der
vorliegenden Erfindung, dessen volle Breite durch die folgenden
Ansprüche und deren Äquivalente gegeben ist.
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In
einem Abgasreinigungssystem (30) ist ein Injektor (31)
in einem Abgasrohr (16) angeordnet, in dem ein Abgasdurchgang
(17) ausgebildet ist, und zwar benachbart zu einer Turbine
(18) einer Aufladeeinheit (14). Der Injektor (31)
spritzt ein Ammoniakgas zu einem Abgas ein, nachdem dieses durch
die Turbine (18) hindurch gegangen ist. Das Ammoniakgas
wird durch den Injektor (31) entlang eines Außenumfangs
des Abgases und in eine umgekehrte Richtung zu einer Drehrichtung
(s1) des Abgases eingespritzt, nachdem dieses durch die Turbine
(18) hindurch gegangen ist. Das Einspritzen des Ammoniakgases
macht es möglich, das Ammoniakgas gleichförmig
und effizient mit dem Abgas selbst dann zu mischen, falls der Injektor
(31) das Ammoniakgas mit einer geringen Permeabilität
in das Abgas einspritzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2006-132393
A [0003]