DE102008050357A1

DE102008050357A1 - Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor

Info

Publication number: DE102008050357A1
Application number: DE102008050357A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kawasaki Yamazaki; Hiroaki Kawasaki Fujita; Satoshi Kawasaki Hiranuma; Minehiro Kawasaki Murata; Goro Kawasaki Iijima; Yoshinaka Kawasaki Takeda
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2009-04-30
Also published as: US8196394B2; US20090094964A1

Abstract

Eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 umfasst ein Oberstromgehäuse 30, welches eine zylindrische Form hat und einen Partikelfilter 38 aufnimmt, einedes Oberstromgehäuses 30 gebildet ist, und stößt das Abgas aus, welches den Partikelfilter 38 passiert hat, und ein Oberstromgehäuse 34, welches einen NOx-Katalysator 40 vom ammoniakselektiven Reduktionstyp aufnimmt, in welchen das vom Abgasauslass 40 ausgestoßene Abgas strömt. Ein Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44, welches ein Harnstoffwassergemisch in Richtung des Abgasauslasses 58 einspritzt, ist an der Seitenwand 56 befestigt, so dass es gegenüber dem Abgasauslass 58 angeordnet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungseinrichtung zum Reinigen von Abgas und insbesondere auf eine Abgasreinigungseinrichtung mit einem Partikelfilter, welcher Partikel einfangt, die in Abgas enthalten sind, und einen NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp, welcher im Abgas enthaltenes NOx unter Benutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel selektiv reduziert.
Beschreibung des Standes der Technik
Abgas, welches von einem Motor, wie beispielsweise einem Diesel-Motor, emittiert wird, enthält Partikel, NOx (Stickstoffoxid) und dergleichen, welche Luftschadstoffe sind. Um die Partikelemission in die Atmosphäre zu verhindern, fängt eine herkömmliche Abgasreinigungseinrichtung die im Abgas enthaltenen Partikel unter Benutzung eines Partikelfilters ein, welcher in einen Abgasweg eines Motors eingesetzt wird.
Ebenfalls zur Behandlung von NOx hat eine weitere herkömmliche Abgasreinigungseinrichtung einen NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp, welcher in einen Abgasweg eines Motors eingeschaltet ist und das Abgas durch selektive Reduktion des NOx mit Ammoniak als Reduktionsmittel reinigt. Diese Einrichtung führt ein Harnstoffwassergemisch dem stromaufwärts des NOx-Katalysators vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp existierenden Abgas zu. Das Harnstoffwassergemisch wird durch die Abgashitze hydrolysiert, um Ammoniak zu produzieren, und dieses Ammoniak wird dem NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp zugeführt. Ein Teil des dem NOx-Katalysator vom selektiven Reduktionstyp zugeführten Ammoniaks wird einmal am NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp adsorbiert. Der NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp begünstigt eine Denitrifizierreaktion zwischen dem Ammoniak und dem NOx, welches im Abgas enthalten ist. Auf diese Weise wird die Reduktion des NOx durchgeführt.
Zum Beispiel schlägt die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2007-162487 (im Folgenden als Dokument 1 bezeichnet) eine Abgasreinigungseinrichtung vor, welche aufgebaut ist durch Kombination eines Partikelfilters und eines NOx-Katalysators vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp zwecks effizienten Einfangens von Partikeln und NOx-Reduktion. Die in Dokument 1 beschriebene Abgasreinigungseinrichtung ist aus einem Oberstromgehäuse und einem Unterstromgehäuse gebildet, welches stromabwärts des Oberstromgehäuses angeordnet ist und mit dem Oberstromgehäuse über einen Verbindungsweg verbunden ist. Ein Vorstufenoxidationskatalysator ist im Oberstromgehäuse angeordnet und der Partikelfilter ist stromabwärts des Vorstufenoxidationskatalysators eingesetzt. Eine der Funktionen des Vorstufenoxidationskatalysators ist die Produktion von NO₂ durch Oxidation von NO, welches im Abgas enthalten ist. Das NO₂ wird für die kontinuierliche Regeneration des Partikelfilters benutzt.
Ein NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp ist im Unterstromgehäuse angeordnet, und ein Nachstufenoxidationskatalysator ist stromabwärts des NOx-Katalysators vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp eingesetzt. Eine der Funktionen des Nachstufenoxidationskatalysators ist die Entfernung des Ammoniaks aus dem Abgas, welches aus dem NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp ausgeströmt ist.
In den das Oberstrom- mit dem Unterstromgehäuse verbindenden Verbindungsweg eingesetzt ist eine Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse, welche Harnstoffwassergemisch in das im Verbindungsweg existierende Abgas einspritzt und zuführt. Das von der Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse eingespritzte Harnstoffwassergemisch wird durch die Abgashitze hydrolysiert und Ammoniak wird produziert. Dieses Ammoniak wird an den NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp als Reduktionsmittel zugeführt.
Wenn die Abgasreinigungseinrichtung so aufgebaut ist, ist eine Einspritzrichtung des Harnstoffwassergemischs, welches von der in den Verbindungsweg eingesetzten Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse eingespritzt wurde, faktisch orthogonal zu einer Strömungsrichtung des Abgases innerhalb des Verbindungsweges, wo die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse angeordnet ist. Die Menge des Abgases, welches durch den Verbindungsweg strömt, fluktuiert entsprechend des Antriebszustandes des Motors. Wenn der Abgasdurchsatz relativ niedrig ist, erreicht das Harnstoffwassergemisch einen Punkt, welcher relativ weit entfernt von der Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse liegt, wenn man in eine Einspritzrichtung des Harnstoffwassergemischs sieht. Im Gegensatz dazu zwingt das Abgas das Harnstoffwassergemisch stromabwärts zu strömen, wenn der Abgasdurchsatz relativ hoch ist und das Harnstoffwassergemisch einen Punkt erreicht, welcher relativ nahe bei der Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse liegt, wenn man in die Einspritzrichtung des Harnstoffwassergemisches sieht. Mit anderen Worten bewegt sich eine Zone, welche einen reichhaltigen Harnstoffwassergemisch-Sprühnebel enthält, abhängig vom Abgasdurchsatz. Es wird dann schwer, das Harnstoffwassergemisch so zu versprühen, dass eine gewisse Verteilung des Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels im Abgas immer beibehalten wird.
Es ist eine Idee für die Einspritzung des Harnstoffwassergemischs entlang eines Abgasstroms und es ist auch möglich, beispielsweise die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse am Verbindungsweg in einer geneigten Position bezüglich einer Achse des Verbindungsweges anzuordnen. Trotzdem muss die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse immer noch an der Umfangswand des Verbindungsweges in einer Position befestigt werden, welche von der Außenseite zur Innenseite des Verbindungsweges gerichtet ist. Aus diesem Grund stimmt die Richtung der Harnstoffwasserge misch-Injektion durch die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse nicht mit der Abgasstromrichtung innerhalb des Verbindungsweges überein. Folglich bewegt sich bei der Abgasreinigungseinrichtung aus Dokument 1 die den reichhaltigen Harnstoffwassergemisch-Sprühnebel enthaltende Zone abhängig vom Abgasdurchsatz, wenn die durch den Verbindungsweg strömende Abgasmenge fluktuiert. Daher ist es schwer, das Harnstoffwassergemisch so einzusprühen, dass eine bestimmte Verteilung des Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels im Abgas immer beibehalten wird.
Wenn die Verteilung des Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels gemäß der Fluktuation des Abgasdurchsatzes verändert wird, verändert sich die Verteilung des aus dem Harnstoffwassergemisch produzierten Ammoniaks ebenfalls gemäß der Fluktuation des Abgasdurchsatzes. Die Fluktuation des Abgasdurchsatzes macht die Verteilung des Ammoniaks im NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp ungleichmäßig. Dies ruft letztendlich das Problem hervor, dass der NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp bezüglich der Reinigungseffizienz verschlechtert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung wurde gemacht, um das obige Problem zu lösen. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor vorzuschlagen, welcher geeignet ist, eine gute Verteilung eines Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels im Abgas aufrechtzuerhalten, wenn eine Fluktuation des Abgasdurchsatzes auftritt.
Die vorliegende Erfindung wird auf eine Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor angewandt, umfassend einen Partikelfilter, welcher Partikel einfangt, die im Abgas eines Motors enthalten sind; und einen NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp, welcher im Abgas enthaltenes NOx unter Nutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel selektiv reduziert. Um das obige Ziel zu erreichen umfasst eine Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor weiterhin ein Oberstromgehäuse, welches eine zylindrische Form hat und den Partikelfilter aufnimmt; einen Abgasauslass, welcher in einer Seitenwand des Oberstromgehäuses gebildet ist, so dass er stromabwärts des Partikelfilters angeordnet ist, und der Abgas ausleitet, welches durch den Partikelfilter hindurchgetreten ist; eine Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse, welche am Oberstromgehäuse befestigt ist, so dass sie an einer Position gegenüber des Abgasauslasses angeordnet ist, und ein Harnstoffwassergemisch in Richtung des Abgasauslasses einspritzt; und ein Unterstromgehäuse, welches den NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp aufnimmt, in welchen das vom Abgasauslass ausgeleitete Abgas strömt.
Bei der derart konstruierten Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor wird das Abgas, welches durch den Partikelfilter innerhalb des Oberstromgehäuses hindurchgetreten ist, vom Oberstromgehäuse durch den Abgasauslass ausgestoßen, welcher in der Seitenwand des zylindrischen Oberstromgehäuses gebildet ist. Bei diesem Vorgang strömt das eingespritzte Harnstoffwassergemisch in Richtung des Unterstromgehäuses zusammen mit dem Abgas, welches vom Abgasauslass zum Unterstromgehäuse strömt, wenn die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse, welche in einer Position gegenüber dem Abgasauslass befestigt ist, das Harnstoffwassergemisch in Richtung des Abgasauslasses einspritzt.
Das in das Abgas zugeführte Harnstoffwassergemisch wird durch die Abgashitze hydrolysiert und Ammoniak wird produziert. Das aus dem Abgasauslass des Oberstromgehäuses ausgestoßene Abgas strömt in den NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp innerhalb des Unterstromgehäuses zusammen mit dem Ammoniak. Der NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp benutzt das zusammen mit dem Abgas zugeführte Ammoniak als Reduktionsmittel, um das im Abgas enthaltene NOx selektiv zu reduzieren, um dadurch das Abgas zu reinigen.
Bei der Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor stimmt eine Richtung, in welcher die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse das Harnstoffwassergemisch im Wesentlichen einspritzt, mit einer Stromrichtung des Abgases überein, welches durch den Abgasauslass in Richtung des Unterstromgehäuses strömt, weil das Harnstoffwassergemisch in Richtung des Abgasauslasses von der Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse eingespritzt wird, welche gegenüber des Abgasauslasses angeordnet ist. Folglich gibt es keine große Fluktuation bei der Harnstoffwassergemisch-Sprühverteilung, welche durch eine Fluktuation des Abgasdurchsatzes erzeugt wird. Dann ist es möglich, eine gute Verteilung des Harnstoffwassergemischs im Abgas zu erhalten. Im Ergebnis wird auch das durch das Harnstoffwassergemisch produzierte Ammoniak gut im Abgas verteilt und dem NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp zugeführt. Dies verhindert ein Problem, dass eine Abgasreinigungseffizienz des NOx-Katalysators vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp verschlechtert wird, welche einer ungleichmäßigen Verteilung des Ammoniaks im NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp zuzuschreiben ist.
Vorzugsweise kann bei der Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse das Harnstoffwassergemisch radial weiter innen von einem inneren Umfang des Abgasauslasses einspritzen.
In diesem Fall wird das Harnstoffwassergemisch von der Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse in solch eine Richtung eingespritzt, dass das Harnstoffwassergemisch weniger wahrscheinlich an einer Innenwand des Oberstromgehäuses und dem inneren Umfang des Abgasauslasses anhaftet. Dies löst ein Problem, dass das Harnstoffwassergemisch an der Innenwand des Oberstromgehäuses und dergleichen anhaftet und dass verfestigter Harnstoff anwächst. Es ist ebenfalls möglich, ein anderes Problem zu verhindern, dass am NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp aufgrund der Anhaftung des Harnstoffwassergemisches zu wenig Ammoniak ankommt und dann die Abgasreinigungsleistung des NOx-Katalysators vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp verschlechtert wird.
Zum Beispiel können bei der Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor der Abgasauslass und das Unterstromgehäuse über einen Verbindungsweg miteinander verbunden sein.
In diesem Fall strömt das aus dem Oberstromgehäuse ausgestoßene Abgas über den Abgasauslass durch den Verbindungsweg in das Unterstromgehäuse zusammen mit dem von der Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse eingespritzten Harnstoffwassergemisch. Während einer Periode, in welcher das Abgas durch den Verbindungsweg strömt, kann daher das Harnstoffwassergemisch gut verteilt und zerstäubt werden. Dies begünstigt die Ammoniakproduktion aus dem Harnstoffwassergemisch. Der Aufbau, bei welchem der Abgasauslass und das Unterstromgehäuse miteinander über den Verbindungsweg verbunden sind, ist besonders in Situationen effektiv, bei welchen ein Verteilungswin kel klein ist, wenn das Harnstoffwassergemisch von der Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse eingespritzt wird.
Vorzugsweise kann bei der Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor die Seitenwand des Oberstromgehäuses eine Ausnehmung haben, welche an einer Position gegenüber dem Abgasauslass gebildet ist. Die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse kann an der Ausnehmung befestigt sein.
In diesem Fall ist es möglich, einen Einfluss des Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmittels auf einen durch das Oberstromgehäuse belegten Bereich zu unterdrücken, weil das Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmittel an der Ausnehmung befestigt ist, welche in der Position gegenüber des Abgasauslasses gebildet ist. Folglich wird die Dispositionsfreiheit erhöht, wenn die Abgasreinigungseinrichtung in einem Fahrzeug oder dergleichen installiert wird.
Weil die Ausnehmung gegenüber dem Abgasauslass angeordnet ist, beeinflusst die Ausnehmung den Abgasstrom nicht wesentlich, wenn das Abgas, welches durch den Partikelfilter hindurchgetreten ist, in Richtung des Abgasauslasses strömt. Entsprechend kann ein Druckverlust, welcher bezüglich eines Abgasdrucks aufgrund der Ausnehmung erzeugt wird, unterdrückt werden.
Beispielsweise kann die Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor weiterhin einen Abgastemperatursensor umfassen, welcher an der Ausnehmung befestigt ist und die Temperatur des Abgases, welches vom Partikelfilter in Richtung des Abgasauslasses strömt, detektiert.
Für die Abgasreinigungseinrichtung ist es erforderlich, eine geeignete Abgastemperatur zu halten, um eine gute Abgasreinigungseffizienz sicherzustellen. Zu diesem Zweck ist die Abgasreinigungseinrichtung mitunter mit dem Abgastemperatursensor zum Detektieren der Abgastemperatur ausgestattet. Wenn der Abgastemperatursensor an der Ausnehmung befestigt ist, ist es ebenfalls möglich, einen Einfluss des Abgastemperatursensors auf einen durch das Oberstromgehäuse belegten Bereich zu unterdrücken.
Wenn der Abgastemperatursensor an der Ausnehmung befestigt ist, kann die Abgastemperatur an einer Position detektiert werden, welche radial näher in einem zentralen Bereich des Abgasstromes vom Partikelfilter zum Abgasauslass liegt, verglichen mit einem Fall, bei welchem der Abgastemperatursensor in einer Seitenwand des Oberstromgehäuses woanders als die Ausnehmung angeordnet ist. Der Abgastemperatursensor wird dadurch bezüglich der Detektionsgenauigkeit der Abgastemperatur verbessert.
In diesem Fall kann der Abgastemperatursensor an der Ausnehmung derart befestigt sein, dass ein Abgastemperaturdetektionspunkt im Wesentlichen auf einer Verlängerungslinie einer Mittelachse des Partikelfilters angeordnet ist.
Dadurch kann der Abgastemperatursensor die Temperatur detektieren, welche faktisch gleich der Temperatur im radialen Zentralbereich des Abgases ist, welches vom Partikelfilter zum Abgasauslass strömt, so dass die Detektionsgenauigkeit der Abgastemperatur weiter verbessert wird.
Insbesondere kann die Ausnehmung im Falle einer Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor, welche die Ausnehmung beispielsweise in der Seitenwand gebildet hat, einen ebenen Abschnitt haben, welcher entlang einer Achse des Oberstromgehäuses gebildet ist. In diesem Fall kann die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse an dem ebenen Abschnitt befestigt sein.
Die Installation der Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse ist einfach, wenn die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse am ebenen Abschnitt der Ausnehmung befestigt ist.
Alternativ kann die Ausnehmung im Falle einer Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor, bei welcher die Ausnehmung in der Seitenwand gebildet ist, beispielsweise eine gebogene Fläche haben, welche sich stromabwärts von der Seitenwand allmählich an den Abgasauslass annähert. In diesem Fall kann die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse an der gebogenen Fläche befestigt sein.
Die Ausnehmung mit einer derart gebogenen Fläche beeinflusst den Abgasstrom weniger, wenn das Abgas, welches durch den Partikelfilter hindurchgetreten ist, in Richtung des Abgasauslasses strömt. Entsprechend kann der Druckverlust, welcher bezüglich des Abgasdrucks aufgrund der Ausnehmung erzeugt wird, unterdrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der im Folgenden gegebenen detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen, welche nur zu Illustrationszwecken beiliegen und daher die vorliegende Erfindung nicht beschränken, verständlicher.
Es zeigen:
1 eine Ansicht, welche einen Gesamtaufbau einer Motoreinrichtung zeigt, auf welche eine Abgasreinigungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
2 eine Querschnittsansicht, welche einen wesentlichen Teil eines Oberstromgehäuses in der Abgasreinigungseinrichtung aus 1 zeigt;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III aus 2;
4 eine Schnittansicht, welche einen wesentlichen Teil eines Oberstromgehäuses in einem ersten abgewandelten Beispiel zeigt;
5 eine Ansicht, welche ein drittes Gehäuse und seine Umgebung zeigt, wie von einer Seitenfläche des ersten abgewandelten Beispiels gesehen;
6 eine Ansicht, welche ein drittes Gehäuse und seine Umgebung zeigt, wie von einer stromabwärts gelegenen Seite des ersten abgewandelten Beispiels gesehen;
7 eine Ansicht, welche ein drittes Gehäuse und seine Umgebung zeigt, wie von der Unterseite des ersten abgeänderten Beispiels gesehen;
8 eine Ansicht, welche ein drittes Gehäuse und seine Umgebung zeigt, wie von einer Seitenfläche in einem zweiten abgewandelten Beispiel gesehen;
9 eine Ansicht, welche das dritte Gehäuse und seine Umgebung zeigt, wie von einer stromabwärts gelegenen Seite des zweiten abgewandelten Beispiels gesehen;
10 eine Ansicht, welche das dritte Gehäuse und seine Umgebung zeigt, wie von der Unterseite in dem zweiten abgewandelten Beispiel gesehen;
11 eine Ansicht, welche das dritte Gehäuse und seine Umgebung zeigt, wie von einer Seitenfläche in einem dritten abgewandelten Beispiel gesehen;
12 eine Ansicht, welche das dritte Gehäuse und seine Umgebung zeigt, wie von einer stromabwärts gelegenen Seite in dem dritten abgewandelten Beispiel gesehen; und
13 eine Ansicht, welche das dritte Gehäuse und seine Umgebung zeigt, wie von der Unterseite in dem dritten abgewandelten Beispiel gesehen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Ansicht, welche einen Gesamtaufbau einer Motoreinrichtung mit einem Vierzylinder-Dieselmotor (im Folgenden als Motor bezeichnet) 1 zeigt, auf welche eine Abgasreinigungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Bezüglich 1 werden Details des Aufbaus der Motoreinrichtung beschrieben.
Der Motor 1 umfasst eine Hochdrucksammelkammer (im Folgenden als Common Rail bezeichnet) 2, welche gemeinsam an den Zylindern vorgesehen ist. Hochdruck-Treibstoff, welcher von einer nicht gezeigten Treibstoffeinspritzpumpe zugeführt und im Common Rail 2 gespeichert wird, wird an die Einspritzventile 4 der Zylinder zugeführt und dann von den Einspritzventilen 4 in die Zylinder eingespritzt.
Ein Turbolader 8 ist in den Ansaugweg 6 eingefügt. Ansaugluft, welche von einem nicht gezeigten Luftreiniger angesaugt wurde, strömt über den Ansaugweg 6 zu einem Kompressor 8a des Turboladers 8. Die Ansaugluft, welche durch den Kompressor 8a turbogeladen wurde, wird über einen Ladeluftkühler 10 und ein Ansaugsteuerventil 12 in einen Ansaugverteiler 14 eingeleitet. Ein Ansaugluftdurchsatzsensor 16 zur Erkennung eines Durchsatzes der Ansaugluft, welche an den Motor 1 geleitet wird, ist in den Ansaugweg 6 eingesetzt, um stromaufwärts des Kompressors 8a angeordnet zu werden.
Ein nicht gezeigter Abgasauslass, über welchen das Abgas aus den Zylindern des Motors 1 ausgestoßen wird, ist über einen Abgasverteiler 18 mit einer Abgasleitung 20 verbunden. Zwischen dem Abgasverteiler 18 und dem Ansaugverteiler 14 liegt ein EGR-Pfad 24, welcher den Abgas- und Ansaugverteiler 18 und 14 über ein EGR-Ventil 22 verbindet.
Die Abgasleitung 20 ist mit einer Turbine 8b des Turboladers 8 eingefügt und ist mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 über ein Abgasdrosselventil 26 verbunden, welches stromabwärts der Turbine 8b eingesetzt ist. Eine Drehwelle der Turbine 8b ist mechanisch mit einer Drehwelle des Kompressors 8a gekoppelt. Der Kompressor 8a wird durch die Turbine 8b angetrieben, welche das Abgas empfangen hat, welches durch die Abgasleitung 20 strömt.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 hat ein Oberstromgehäuse 30 und ein Unterstromgehäuse 34, welches mit einer stromabwärts gelegenen Seite des Oberstromgehäuses 30 über einen Verbindungsweg 32 verbunden ist. Ein Vorstufenoxidationskatalysator 36 ist im Oberstromgehäuse 30 angeordnet, und ein Partikelfilter (im Folgenden als Filter bezeichnet) 38 ist stromabwärts des Vorstufenoxidationskatalysators 36 eingesetzt.
Der Filter 38 ist zwecks Einfangen von im Abgas enthaltenen Partikeln vorgesehen, um das Abgas des Motors 1 zu reinigen. Der Filter 38 ist aus einem wabenförmigen Keramikkörper gebildet, in welchem eine große Anzahl von parallelen Wegen angeordnet ist, die die Oberstromseite und die Unterstromseite verbinden. Diese Wege haben jeweils eine Oberstromöffnung und eine Unterstromöffnung. Die Oberstromöffnungen und die Unterstromöffnungen werden alternierend geschlossen. Der Filter 38 fangt die Partikel innerhalb des Abgases ein, wenn das Abgas vom Motor 1 durch den Filter 38 strömt.
Der Vorstufenoxidationskatalysator 36 produziert NO₂ durch Oxidation von NO, welches im Abgas enthalten ist. Weil der Vorstufenoxidationskatalysator 36 im Oberstrom des Filters 38 angeordnet ist, tritt das im Vorstufenoxidationskatalysator 36 produzierte NO₂ in den Filter 38 ein. Die im Filter 38 eingefangenen und festgehaltenen Partikel reagieren mit dem vom Vorstufenoxidationskatalysator 36 zugeführten NO₂, um oxidiert zu werden. Im Ergebnis wird eine kontinuierliche Regeneration des Filters 38 durchgeführt.
Im Unterstromgehäuse 34 enthalten ist ein NOx Katalysator 40 vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp (im Folgenden als SCR-Katalysator bezeichnet), welcher Ammoniak im Abgas adsorbiert und dann das NOx im Abgas unter Benutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel selektiv reduziert. An der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 40 ist ein Nachstufenoxidationskatalysator 42 zum Entfernen des Ammoniaks aus dem Abgas angeordnet, welches aus dem SCR-Katalysator 40 ausgeströmt ist. Der Nachstufenoxidationskatalysator 42 hat ebenfalls eine Funktion zum Oxidieren von CO, welches produziert wird, wenn die Partikel aufgrund der erzwungenen Regeneration des Filters 38 und des Ausstoßen vom aus dem CO produzierten CO₂ in die Atmosphäre verbrannt werden.
Ein Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 ist stromabwärts des Filters 38 des Oberstromgehäuses 30 eingesetzt. Das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 hat als Funktion, das Harnstoffwassergemisch einzuspritzen, welches von einem nicht gezeigten Harnstoffwassergemischtank in das Abgas zugeführt wurde, welches aus dem Filter 38 strömt und in den Verbindungsweg 32 eintritt.
Das vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzte Harnstoffwassergemisch wird durch die Abgashitze hydrolysiert und Ammoniak wird produziert. Das produzierte Ammoniak wird an den SCR-Katalysator 40 zusammen mit dem Abgas geleitet. Der SCR-Katalysator 40 adsorbiert das zugeführte Ammoniak und begünstigt eine Denitrifizierreaktion zwischen dem Ammoniak und dem im Abgas enthaltenen NOx. Auf diese Weise wird das im Abgas enthaltene NOx reduziert und in unschädliches N₂ umgewandelt. Wenn das Ammoniak ohne mit dem NOx zu reagieren, in den SCR-Katalysator 40 strömt, wird dieses Ammoniak aus dem Abgas durch den Nachstufenoxidationskatalysator 42 entfernt.
Ein Abgastemperatursensor 46 zum Detektieren der Abgastemperatur, welches durch den Filter 38 hindurchgetreten ist, ist zwischen dem Filter 38 und dem Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 angeordnet. Die durch den Abgastemperatursensor 46 detektierte Abgastemperatur wird für die Steuerung benutzt, die Funktionen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 wahrzunehmen, einschließlich der Bestimmung, ob die Abgastemperatur für die Injektion des Harnstoffwassergemischs in das Abgas geeignet ist.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 28, insbesondere ein Aufbau einer Seite des Oberstromgehäuses 30, wird nun im Detail mit Bezug zu den 2 und 3 beschrieben.
2 ist eine Schnittansicht, welche einen wesentlichen Teil des Oberstromgehäuses 30 zeigt, welches in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 angeordnet ist.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2. Das Oberstromgehäuse 30 hat eine zylindrische Form. Wie in 2 gezeigt, ist das Oberstromgehäuse 30 aus einem ersten Gehäuse 48, einem zweiten Gehäuse 50 und einem dritten Gehäuse 52 gebildet.
Das erste Gehäuse 48 nimmt einen Vorstufenoxidationskatalysator 36 und einen Abgaseinlass 54 auf, welcher mit der Abgasleitung 20 verbunden ist, in welchen das Abgas des Motors 1 strömt. Das zweite Gehäuse 50 hat eine Form eines offenen Zylinders ohne Endaufsätze, und nimmt den Filter 38 auf. Das zweite Gehäuse 50 hat ein Oberstromende, welches mit einem Unterstromende des ersten Gehäuses 48 gekoppelt ist, und ein Unterstromende, welches mit einem Oberstromende des dritten Gehäuses 52 gekoppelt ist. Ein Abgasauslass 58 ist in einer Seitenwand 56 des dritten Gehäuses 52 gebildet. Der Abgasauslass 58 ist mit einer Abgasausstoßleitung 60 verbunden, mit welcher der Verbindungsweg 32 verbunden ist. Das Abgas, welches aus dem Abgasauslass 58 strömt, nachdem es durch den Filter 38 hindurchgetreten ist, strömt durch die Abgasausstoßleitung 60 in Richtung des Verbindungsweges 32.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in einer Position gegenüber des Abgasauslasses 58 angeordnet, welcher in der Seitenwand 56 gebildet ist, und spritzt das Harnstoffwassergemisch in Richtung des Abgasauslasses 58 ein. Die Harnstoffwassergemisch-Einspritzung durch das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 ist radial mehr nach innen hin gerichtet als ein innerer Umfang der Abgasausstoßleitung 60 an der Position, welche mit dem Abgasauslass 58 korrespondiert, das heißt einem inneren Umfang der Abgasausstoßleitung 60 an einer Verbindungsposition mit der Seitenwand 56, welche durch die unterbrochene Linie in den 2 und 3 gezeigt ist. Mit anderen Worten ist die Harnstoffwassergemisch-Einspritzung durch das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in den 2 und 3 in einen Bereich zwischen zwei einfach punktierten Linien gerichtet, das heißt einen Bereich zwischen zwei zweifach punktierten Linien, welche einen Einspritzausgang 44a des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils 44 mit dem inneren Umfang der Abgasausstoßleitung 60 am Abgasauslass 58 verbinden, was durch eine unterbrochene Linie gezeigt ist. Das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil44 ist im dritten Gehäuse 52 so installiert, dass eine zentrale Achse eines vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzten Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels mit einer zentralen Achse der Abgasausstoßleitung 60 koinzidiert.
Ein Ende der Abgasausstoßleitung 60, welches außerhalb des dritten Gehäuses 52 angeordnet ist, ist mit dem Verbindungsweg 32 verbunden. Ein zylindrischer Ausrichtungskörper 62 erstreckt sich kontinuierlich von einem anderen Ende der Abgasausstoßleitung 60, welche gegenüber des Abgasweges 32 angeordnet ist, durch das dritte Gehäuse 52 bis hin zur Seitenwand 56 gegenüber dem Abgasauslass 58. In einer Umfangswand des Ausrichtungskörpers 62 ist eine große Anzahl von Ausnehmungen gebildet, welche die Außenseite und die Innenseite des Ausrichtungskörpers 62 verbinden. Ein Ende des Ausrichtungskörpers 62, welches gegenüber des Abgasweges 32 ist, ist an der Seitenwand 56 so befestigt, dass es das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 umgibt, welches in das dritte Gehäuse 52 hineinragt. Das durch den Filter 38 hindurchgetretene Abgas tritt durch die Ausnehmungen in den Ausrichtungskörper 62 ein, welche im Ausrichtungskörper 62 gebildet sind, und strömt dann vom Abgasauslass 58 über die Abgasausstoßleitung 60 in den Verbindungsweg 32. Das so in den Verbindungsweg 32 eingetretene Abgas strömt durch den Verbindungsweg 32 in das Unterstromgehäuse 34.
Wie oben erwähnt, spritzt das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil44 das Harnstoffwassergemisch in Richtung des Abgasauslasses 58, und die zentrale Achse des vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzten Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels koinzidiert mit der zentralen Achse der Abgasausstoßleitung 60. Entsprechend koinzidiert eine Richtung der zentralen Achse des Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels, welches eine Richtung ist, in welcher das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 das Harnstoffwassergemisch einspritzt, mit einer Stromrichtung des Abgases, welches durch den Abgasauslass 58 in den Verbindungsweg 32 strömt. Aus diesem Grund verursacht eine Erhöhung oder Verringerung des Durchsatzes des in den Ausrichtungskörper 62 strömenden Abgases keine große Fluktuation in einer Verteilung des Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels im Abgas, welches aus dem Abgasauslass 58 strömt. Folglich ist es möglich, eine gute Verteilung des vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas eingesprühten Harnstoffwassergemischs zu erhalten.
Wie oben erwähnt, spritzt das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 das Harnstoffwassergemisch in Richtung des Bereiches ein, welcher durch zwei einfach gestrichelte Linien in den 2 und 3 eingeschlossen ist. Das meiste des vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzten Harnstoffwassergemisches haftet daher nicht an einer Innenwand des dritten Gehäuses 52 an und haftet weiterhin nicht am Ausrichtungskörper 62 und an einer Innenwand der Abgasausstoßleitung 60 zumindest bis zum Abgasauslass 58 an, wo es in den Verbindungsweg 32 eintritt. Dies verhindert ein Problem, dass das Harnstoffwassergemisch verfestigt wird als Ergebnis der Verdampfung der Feuchtigkeit, welche im Harnstoffwassergemisch enthalten ist, welches an der Innenwand angehaftet ist, und dass der feste Harnstoff oder dergleichen an der Innenwand in großer Menge anwächst, was eine Vergrößerung des Abgasstromwiderstandes nach sich zieht.
Wenn das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas eingespritzt wird, während das Abgas vom Ausrichtungskörper 62 in den Verbindungsweg 32 strömt, wird das eingespritzte Harnstoffwassergemisch durch die Abgashitze hydrolysiert, und Ammoniak wird produziert. Das produzierte Ammoniak wird an den SCR-Katalysator 40 zugeführt, welcher im Unterstromgehäuse 34 angeordnet ist, und wird für die selektive Reduktion des NOx als Reduktionsmittel benutzt, welche durch den SCR-Katalysator 40 durchgeführt wird.
Wie oben erwähnt, wird das Harnstoffwassergemisch davon abgehalten, am Ausrichtungskörper 62 und der Innenwand der Abgassaustoßleitung 60 zumindest bis zum Abgaslauslass 58 anzuwachsen. Es ist dadurch möglich, Ammoniak am SCR-Katalysator 40 bereitzustellen, ohne einen Ammoniakmangel hervorzurufen, indem Harnstoffwassergemisch in ausreichender Menge vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 für die selektive Reduktion des NOx im SCR-Katalysator 40 eingespritzt wird, was durch die Betriebsbedingung des Motors 1 erreicht wurde. Folglich kann die Abgasreinigungseffizienz des SCR-Katalysators 40 günstig gehalten werden.
Wie oben erwähnt, wird das vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzte Harnstoffwassergemisch innerhalb des Abgases, welches aus dem Abgasauslass 58 ausgestoßen wird, ohne eine große Fluktuation bei der Verteilung verteilt. Das aus dem Harnstoffwassergemisch im Abgas produzierte Ammoniak wird ebenfalls innerhalb des Abgases ohne große Fluktuation in der Verteilung verteilt, unabhängig vom Abgasdurchsatz, und wird an den SCR-Katalysator 40 zugeführt, während es weiterhin gut verteilt wird. Dies verhindert eine Verschlechterung der Abgasreinigungseffizienz des SCR-Katalysators 40, was durch eine große Fluktuation bei der Ammoniakverteilung oder wesentlich unausgewogene Verteilung hervorgerufen wird. Es ist daher möglich, eine gute Reinigungseffizienz zu erhalten.
Das vom Abgasauslass 58 ausgestoßene Abgas strömt durch den mit der Abgasausstoßleitung 60 verbundenen Abgasweg 32 und strömt dann in das Unterstromgehäuse 34. Entsprechend kann das vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas eingespritzte Harnstoffwassergemisch vollständig verteilt und im Abgas zerstäubt werden, während der Zeitdauer, in welcher das Harnstoffwassergemisch durch den Verbindungsweg 32 zusammen mit dem Abgas strömt. Die Produktion des Ammoniaks aus dem Harnstoffwassergemisch kann dadurch erfolgreicher durchgeführt werden. Aus dieser Sicht ist es sehr effektiv, das Oberstrom- und Unterstromgehäuse 30 und 34 so auszubilden, dass sie miteinander über den Verbindungsweg 32 in einer Situation verbunden sind, wo ein Verteilungswinkel des vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzten Harnstoffwassergemischs, das heißt ein durch die zwei einfach gestrichelten Linien in den 2 und 3 gezeigter Winkel, relativ klein ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 an der Seitenwand 56 des zylindrischen dritten Gehäuses 52 befestigt. Wenn beispielsweise die Abgasreinigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung auf einen in einem Fahrzeug installierten Motor angewendet wird, dann ragt das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 aus der Seitenwand 56 heraus. Eine Beeinflussung von anderen zur Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 benachbart angeordneten Einrichtungen kann Probleme bereiten. Ein Aufbau des Harnstoffwassergemisch-Einspritz ventils 44 zur Vermeidung derartiger Beeinflussung wird unten als Abwandlung der obigen Ausführungsform beschrieben.
Das oben beschriebene Abwandlungsbeispiel unterscheidet sich von der obigen Ausführungsform nur in einem Aufbau eines Teils, welcher mit dem dritten Gehäuse 52 des Oberstromgehäuses 30 der Ausführungsform korrespondiert. Andere Teile sind exakt so aufgebaut, wie in der Ausführungsform. In der folgenden Beschreibung werden daher Elemente, welche so aufgebaut sind, wie diejenigen der Ausführungsform, mit denselben Bezugszeichen wie die korrespondierenden Elemente der Ausführungsform versehen, und die Erklärung dazu wird weggelassen.
Eine Abgasreinigungseinrichtung gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel der obigen Ausführungsform wird nun detailliert mit Bezug zu den 4 bis 7 beschrieben. 4 ist eine Schnittansicht, welche einen wesentlichen Teil eines Oberstromgehäuses 130 des ersten Modifikationsbeispiels zeigt. 5 bis 7 zeigen das dritte Gehäuse 152 und seine Umgebung, wie von einer Seitenfläche, einer Unterstromseite und einer Unterseite im ersten abgeänderten Beispiel gesehen.
Wie in 4 dargestellt, hat das Oberstromgehäuse 130 eine zylindrische Form wie bei der zuvor genannten Ausführungsform, und ist in ein erstes Gehäuse 48, ein zweites Gehäuse 50 und ein drittes Gehäuse 152 geteilt. Das erste Gehäuse 48 und das zweite Gehäuse 50 sind auf die gleiche Art und Weise wie in der zuvor genannten Ausführungsform aufgebaut.
Ein Abgasauslass 58 ist in einer Seitenwand 156 des dritten Gehäuses 152 wie in der zuvor genannten Ausführungsform gebildet. Der Abgasauslass 58 ist an einer Abgasausstoßleitung 60 befestigt, an welche ein Verbindungsweg 32 angeschlossen ist. Das Abgas, welches aus dem Abgasauslass 58 nach dem Passieren des Filters 38 herausströmt, strömt durch die Abgasausstoßleitung 60 in den Verbindungsweg 32.
Wie in den 4 bis 7 gezeigt, ist eine Ausnehmung 164 in der Seitenwand 156 gebildet, um an einer Position gegenüber dem Abgasauslass 58 angeordnet zu werden. Ein ebener Abschnitt 164a der Ausnehmung 164 ist entlang einer Achse des dritten Gehäuses 152 gebildet, und ein Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 ist auf dem ebenen Abschnitt 164a so befestigt, dass es gegenüber dem Abgasauslass 58 liegt. Das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 ist so angeordnet, dass es Harnstoffwassergemisch in Richtung des Abgasauslasses 58 einspritzt und zuführt.
Weil das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 an der Ausnehmung 164 befestigt ist, ist das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 mehr innen liegend als eine äußere Fläche angeordnet, welche einen Maximaldurchmesser der Seitenwand 156 des dritten Gehäuses 152 aus 6 hat, wenn das Oberstromgehäuse 30 in axialer Richtung von der Unterstromseite her betrachtet wird. Dann ist es möglich, einen Einfluss des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils 44 auf einen durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung belegten Raum zu unterdrücken.
Ähnlich der oben erwähnten Ausführungsform ist die Harnstoffwassergemisch-Einspritzung durch das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 radial weiter nach innen gerichtet als ein innerer Umfang der Abgasausstoßleitung 60 an der Stelle, die, wie in 4 dargestellt, mit dem Abgasauslass 58 korrespondiert, das heißt an einem inneren Umfang der Abgasausstoßleitung 60 an einer Verbindungsstelle zu der Seitenwand 156, welche durch die unterbrochene Linie in 4 gezeigt ist. Mit anderen Worten ist die Harnstoffwassergemisch-Einspritzung in 4 unter Benutzung des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils 44 in dem Bereich zwischen den zwei einfach gestrichelten Linien gerichtet, das heißt einem Bereich zwischen zwei zweifach gestrichelten Linien, welche eine Einspritzöffnung 44A des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils 44 mit dem inneren Umfang des Abgasauslasses 58 verbinden, was durch die unterbrochene Linie gezeigt ist. Das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 ist im dritten Gehäuse 152 so installiert, dass eine zentrale Achse eines Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels, welcher von dem Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzt wurde, mit einer zentralen Achse der Abgasausstoßleitung 60 koinzidiert.
Ein Ende der Abgasausstoßleitung 60, welches gegenüber dem dritten Gehäuse 152 angeordnet ist, ist mit dem Verbindungsweg 32 verbunden. Ein zylindrischer Ausrichtungskörper 162 erstreckt sich kontinuierlich vom anderen Ende der Abgasausstoßleitung 60, welches gegenüber dem Verbindungsweg 32 angeordnet ist, durch das dritte Gehäuse 152 bis hin zur Ausnehmung 164 gegenüber dem Abgasauslass 58. In einer Umfangswand des Ausrichtungskörpers 162 ist eine große Anzahl von Ausnehmungen gebildet, welche die Außen- mit der Innenseite des Ausrichtungskörpers 162 verbinden. Ein Ende des Ausrichtungskörpers 162, welches am Rand der Ausnehmung 164 angeordnet ist, ist an der Ausnehmung 164 so befestigt, dass es das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 umgibt, welches in das dritte Gehäuse 152 hineinragt. Das durch den Filter 38 hindurch getretene Abgas tritt durch die im Ausrichtungskörper 132 gebildeten Ausnehmungen in den Ausrichtungskörper 162 ein und strömt dann vom Abgasauslass 58 über die Abgasausstoßleitung 60 in den Verbindungsweg 32. Das so in den Verbindungsweg 32 eingetretene Abgas strömt durch den Verbindungsweg 32 in das Unterstromgehäuse 34.
Wegen des in der Seitenwand 156 des dritten Gehäuses 152 gebildeten Abgasauslasses 58 strömt das Abgas, welches durch den Filter 38 hindurch getreten ist, in Richtung des Abgasauslasses 58, welcher gegenüber der Ausnehmung 164 angeordnet ist. Weil die Ausnehmung 164 gegenüber dem Abgasauslass 158 angeordnet ist, ist ein Einfluss der Ausnehmung 164 auf einen Abgasstrom klein, was es möglich macht, einen Druckverlust des Abgasdruckes zu unterdrücken, welcher aufgrund der Ausnehmung 164 entsteht.
Wie oben erwähnt, spritzt das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 das Harnstoffwassergemisch in Richtung des Abgasauslasses 58 ein, und die zentrale Achse des Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels, welches vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzt wurde, koinzidiert mit der zentralen Achse der Abgasausstoßleitung 60. Entsprechend koinzidiert eine Richtung der Zentralachse des Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels, was eine Richtung ist, in welcher das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 das Harnstoffwassergemisch einspritzt, mit einer Strömungsrichtung des Abgases, welches durch den Abgasauslass 58 in den Verbindungsweg 32 strömt. Aus diesem Grund verursacht eine Erhöhung oder Verringerung des Abgasdurchsatzes, welches durch den Ausrichtungskörper 162 strömt, keine große Fluktuation bei einer Verteilung des Harnstoffwassergemisch-Sprühnebels im Abgas, welches aus dem Abgasauslass 58 ausströmt. Dann ist es möglich, eine gute Verteilung des vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas eingespritzten Harnstoffwassergemischs zu erhalten.
Wie oben erwähnt, spritzt das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 das Harnstoffwassergemisch in Richtung des Bereiches zwischen den zwei einfach gestrichelten Linien aus 4 ein. Das meiste vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzte Harnstoffwassergemisch haftet daher nicht an einer Innenwand des dritten Gehäuses 152 an, und haftet weiterhin nicht am Ausrichtungskörper 62 und an einer Innenwand der Abgasausstoßleitung 60 zumindest bis zum Abgasauslass 58 an, wodurch es in den Verbindungsweg 32 eintritt. Dies verhindert ein Problem, dass das Harnstoffwassergemisch als Ergebnis einer Verdampfung der Feuchtigkeit verfestigt, welche im Harnstoffwassergemisch enthalten ist, welches sich an der Innenwand befindet, und dass der feste Harnstoff oder dergleichen in großer Menge an der Innenwand anwächst, was eine Erhöhung des Abgasstromwiderstandes nach sich zieht.
Durch das Einspritzen des Harnstoffwassergemischs durch das an der Ausnehmung 164 befestigte Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 wird das Harnstoffwassergemisch in das Abgas an einer näher am Abgasauslass 58 gelegenen Position eingespritzt als in der zuvor genannten Ausführungsform. Das Harnstoffwassergemisch wird dazu in das Abgas an einer Position radial näher an einem Zentralbereich des aus dem Filter 38 ausströmenden Abgases eingespritzt, und der Harnstoffwassergemisch-Sprühnebel kann erfolgreicher im Abgas verteilt werden.
Wenn das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas eingespritzt wird während das Abgas aus dem Ausrichtungskörper 162 in den Verbindungsweg 32 strömt, wird das eingespritzte Harnstoffwassergemisch durch die Abgashitze hydrolysiert und Ammoniak wird produziert. Das produzierte Ammoniak wird an den SCR-Katalysator 40 geleitet, welcher im Unterstromgehäuse 34 angeordnet ist, und wird als Reduktionsmittel für die selektive Reduktion des NOx benutzt, welche durch den SCR-Katalysator 40 durchgeführt wird, sowie in der zuvor genannten Ausführungsform.
Wie oben erwähnt, wird das Harnstoffwassergemisch davon abgehalten, im Ausrichtungskörper 162 und an der Innenwand der Abgasausstoßleitung 60 zumindest bis zum Abgasauslass 58 anzuhaften. Dann ist es möglich, das Ammoniak an dem SCR-Katalysator 40 zuzuführen, ohne eine unzureichende Ammoniakzuführmenge zu erzeugen, durch Einspritzen des Harnstoffwassergemischs vom Harnstoffwassergemisch-Ein spritzventil 44 in ausreichender Menge für die selektive Reduktion des NOx im SCR-Katalysator 40, welche gemäß der Betriebsbedingung des Motors 1 erhalten wird. Folglich kann die Abgasreinigungseffizienz des SCR-Katalysators 40 günstig gehalten werden.
Wie oben erwähnt, wird das vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzte Harnstoffwassergemisch im Abgas gut verteilt, welches ohne große Fluktuation bei der Verteilung aus dem Abgasauslass 58 ausgestoßen wird. Zusätzlich wird das Harnstoffwassergemisch in das Abgas an einer Position eingespritzt, welche näher am Abgasauslass 58 liegt als bei der oben erwähnten Ausführungsform. Das aus dem Harnstoffwassergemisch im Abgas produzierte Ammoniak wird ebenso gut innerhalb des Abgases ohne große Fluktuation bei der Verteilung verteilt, unabhängig vom Abgasdurchsatz, und wird dem SCR-Katalysator 40 zugeführt, während es weiterhin gut verteilt wird. Dies verhindert eine große Fluktuation der Ammoniakverteilung und eine Verschlechterung der Abgasreinigungseffizienz des SCR-Katalysators 40, was durch eine höchst unausgewogene Verteilung hervorgerufen wird. Es ist daher möglich, eine bessere Reinigungseffizienz zu erhalten.
Auch beim ersten abgewandelten Beispiel tritt das Abgas, welches aus dem Abgasauslass 58 ausgestoßen wurde, in das Unterstromgehäuse 34 ein nachdem es durch den Verbindungsweg 32 hindurchgetreten ist, welcher mit der Abgasausstoßleitung 60 verbunden ist. Entsprechend kann das vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas eingespritzte Harnstoffwassergemisch vollständig verteilt und im Abgas zerstäubt werden während der Zeitdauer, in welcher das Harnstoffwassergemisch durch den Verbindungsweg 32 zusammen mit dem Abgas strömt.
Entsprechend des ersten abgewandelten Beispiels wird ein Abgastemperatursensor 46 im ebenen Abschnitt 164a der Ausnehmung 164 so eingesetzt, dass er stromaufwärts vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 angeordnet ist. Der Abgastemperatursensor 46 detektiert die Abgastemperatur zwischen dem Filter 38 und dem Ausrichtungskörper 162. Wenn der Abgastemperatursensor 46 auf diese Weise an der Ausnehmung 164 befestigt ist, wird ein Temperaturdetektionspunkt Pt des Abgastemperatursensors 46 im Wesentlichen auf einer Verlängerungslinie einer Zentralachse des Filters 38 angeordnet.
Weil der Abgastemperatursensor 46 an der Ausnehmung 164 befestigt ist, ist der Abgastemperatursensor 46 mehr innerhalb einer Außenfläche angeordnet, welche einen Maximaldurchmesser der Seitenwand 156 des dritten Gehäuses 152 wie das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 hat, wenn das Unterstromgehäuse 130 von der Unterstromseite in axialer Richtung betrachtet wird.
Wenn der Abgastemperatursensor an der Ausnehmung 164 auf diese Weise befestigt wird, ist der Temperaturdetektionspunkt Pt des Abgastemperatursensors 46 radial näher am Zentralbereich des Abgases angeordnet, welches vom Filter 38 zum Abgasauslass 58 strömt, verglichen mit dem Gehäuse, in welchem der Abgastemperatursensor 46 an der Seitenwand 156 ohne die Ausnehmung 164 wie bei der zuvor genannten Ausführungsform befestigt ist.
Folglich wird die Genauigkeit der Detektion der Abgastemperatur verbessert, und dies macht es möglich, die Genauigkeit der Steuerung zu verbessern, welche implementiert ist, um eine gute Abgasreinigungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu sichern.
Speziell beim vorliegenden Abwandlungsbeispiel ist der Temperaturdetektionspunkt Pt des Abgastemperatursensors 46 im Wesentlichen auf der Verlängerungslinie der Zentralachse des Filters 38 angeordnet, so dass es möglich ist, die Temperatur zu detektieren, welche faktisch gleich der Temperatur des radialen Zentralbereiches des Abgases ist, welches vom Filter 38 zum Abgasauslass 58 strömt. Entsprechend wird die Temperaturdetektion weiter verbessert.
Weil das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 und der Temperatursensor 46 im ebenen Abschnitt 164a der Ausnehmung 164 eingesetzt sind, welcher entlang der Achse des dritten Gehäuses 152 gebildet ist, ist es einfach, das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 und den Abgastemperatursensor 46 zu installieren.
Die Form der Ausnehmung ist nicht auf diejenige im ersten Abwandlungsbeispiel beschränkt, und verschiedene Formen können angewendet werden. Ein zweites und drittes Abwandlungsbeispiel, wie ein Abwandlungsbeispiel der Ausnehmung, werden nun mit Bezug zu den beiliegenden Figuren beschrieben. Das zweite und dritte Ab wandlungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Abwandlungsbeispiel nur in der Form der Ausnehmung. Andere Einrichtungen des zweiten und dritten Abwandlungsbeispiels sind die gleichen wie diejenigen des ersten Abwandlungsbeispiels.
Die 8 bis 10 zeigen ein drittes Gehäuse 252 mit einer Ausnehmung 264 des zweiten Abwandlungsbeispiels und eine Umgebung des dritten Gehäuses 252, in der gleichen Weise wie in den 5 bis 7.
Wie in 8 gezeigt, ist die Ausnehmung 264, welche in einer Seitenwand 256 im zweiten Abwandlungsbeispiel angeordnet ist, aus einer gebogenen Fläche 264a gebildet mit einer konkaven Form, welche in Richtung stromabwärts zur Abgasausstoßleitung 60 hin enger wird (das heißt des Abgasauslasses 58, welcher in den 8 bis 10 nicht gezeigt ist). Eine Nut 266 ist an der gebogenen Fläche 264a der Ausnehmung 264 gebildet. Das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil44 und der Abgastemperatursensor 46 sind in der Nut 266 installiert. Wie oben erwähnt, unterscheidet sich das zweite Abwandlungsbeispiel vom ersten Abwandlungsbeispiel nur in der Form der Ausnehmdung 264 und die Gestaltung des dritten Gehäuses 252 ist gleich derjenigen des ersten Abwandlungsbeispiels. Eine Positionsbeziehung der im dritten Gehäuse 252 angeordneten Bestandteile, des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils 44 und des Abgastemperatursensors 46 ist die gleiche wie diejenige im ersten Abwandlungsbeispiel. Außer der Nut 266 ist die Ausnehmung 264 aus einer gebogenen Fläche gebildet, so dass ein Einfluss auf den Abgasdurchsatz reduziert werden kann, verglichen mit dem ersten Abwandlungsbeispiel. Dies unterdrückt einen Druckverlust, welcher bezüglich des Abgasdrucks aufgrund der Ausnehmung 264 produziert wird, weiter.
Die 11 bis 13 zeigen ein drittes Gehäuse 352 mit einer Ausnehmung 364 des dritten Abwandlungsbeispiels und eine Umgebung des dritten Gehäuses 352 in gleicher Art und Weise wie in 5 bis 7.
Wie in 11 gezeigt, ist die Ausnehmung 364, welche in einer Seitenwand 356 des dritten Abwandlungsbeispiels angeordnet ist, ebenfalls aus einer gebogenen Fläche 364a mit einer konkaven Form gebildet. Dennoch ist das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 an einem ersten gestuften Bereich 366 befestigt, welcher an der gebogenen Fläche 364a der Ausnehmung 364 gebildet ist, wobei der Abgastemperatur sensor 46 in einem zweiten gestuften Bereich 368 eingesetzt ist, welcher an der gebogenen Fläche 364a der Ausnehmung 364 gebildet ist. Wie oben erwähnt, unterscheidet sich das dritte Abwandlungsbeispiel vom ersten und zweiten Abwandlungsbeispiel nur in der Form der Ausnehmung 364 und der Aufbau des dritten Gehäuses 352 ist gleich demjenigen im ersten und zweiten Abwandlungsbeispiel. Eine Positionsbeziehung der im dritten Gehäuse 352 angeordneten Bestandteile, dem Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 und dem Abgastemperatursensor 46 ist die gleiche wie diejenige im ersten und zweiten Abwandlungsbeispiel. Das dritte Abwandlungsbeispiel bietet entsprechend die gleichen Vorteile wie das erste Abwandlungsbeispiel. Außer dem ersten gestuften Bereich 366 und dem zweiten gestuften Bereich 368 ist die Ausnehmung 364 aus einer gebogenen Fläche gebildet, so dass ein Einfluss auf den Abgasdurchsatz reduziert werden kann, verglichen mit dem ersten Abwandlungsbeispiel. Dies unterdrückt einen Druckverlust, welcher bezüglich eines Abgasdrucks aufgrund der Ausnehmung 364 produziert wird, weiter.
Weil das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 und der Abgastemperatursensor 46 am ersten und zweiten gestuften Bereich 366 und 368 im dritten Abwandlungsbeispiel befestigt ist, ragt das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 und der Abgastemperatursensor 46 aus dem dritten Gehäuse 352 weiter heraus als im zweiten Abwandlungsbeispiel. Aus diesem Grund ist das dritte Abwandlungsbeispiel bezüglich belegtem Raum etwas nachteilhaft. Dennoch erfordert das dritte Ausführungsbeispiel keine Nut 266 im Gegensatz zum zweiten Abwandlungsbeispiel, so dass ein Einfluss auf den Abgasdurchsatz weiterhin reduziert werden kann, verglichen mit dem ersten und zweiten Abwandlungsbeispiel.
Das erste, zweite und dritte Abwandlungsbeispiel wurden zuvor als Abwandlungsbeispiele beschrieben, bei welchen das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 an der Ausnehmung befestigt ist, welche im dritten Gehäuse gebildet ist. Wie aus diesen Abwandlungsbeispielen ersichtlich, kann die Form der Ausnehmung auf verschiedene Weisen modifiziert werden. Beispielsweise kann eine gebogene Fläche mit einer konvexen Form angewendet werden, anstatt der gebogenen Fläche mit der konkaven Form wie im zweiten und dritten Abwandlungsbeispiel. Eine komplex gebogene Oberfläche kann ebenfalls angewendet werden.
Das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 und der Abgastemperatursensor 46 müssen nicht so angeordnet werden, dass die gesamten Körper weiter innen angeordnet werden als der Maximaldurchmesserbereich der Seitenwand des Oberstromgehäuses, wenn das Oberstromgehäuse von einer Unterstromrichtung in axialer Richtung gesehen wird. Wenn ein Teil des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils 44 oder ein Teil des Abgastemperatursensors 46 wie im dritten Abwandlungsbeispiel herausragt, kann ein Einfluss auf das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 und den Abgastemperatursensor 46 auf den im dritten Gehäuse belegten Raum unterdrückt werden, verglichen mit dem Gehäuse ohne Ausnehmung.
Dies ist das Ende der Beschreibungen der Abgasreinigungseinrichtung gemäß der einen Ausführungsform und Abwandlungsbeispielen der Erfindung, aber die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform und die Abwandlungsbeispiele geschränkt.
Obwohl in der Ausführungsform der zur Seitenwand 56 führende Ausrichtungskörper 62 sich kontinuierlich von der Abgasausstoßleitung 60 erstreckt, ist die Form des Ausrichtungskörpers 62 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Ausrichtungskörper 62 sich kontinuierlich von der Abgasausstoßleitung 60 bis zur Mitte des dritten Gehäuses 52 erstrecken, anstatt die Seitenwand 56 zu erreichen.
Alternativ kann der Ausrichtungskörper 62 vollständig weggelassen werden. Derartige Modifikationen des Ausrichtungskörpers können ebenfalls beim ersten, zweiten und dritten Abwandlungsbeispiel gemacht werden.
Gemäß der Ausführungsform ist die kreisförmige Abgasausstoßleitung 60 so befestigt, dass sie aus der Seitenwand 56 des dritten Gehäuses 52 herausragt, welche mit der Seitenwand des Oberstromgehäuses 30 korrespondiert, und der Verbindungsweg 32 ist mit der Abgasausstoßleitung 60 verbunden. Es ist ebenfalls beispielsweise möglich, den Abgasauslass 58 in der Seitenwand 56 des dritten Gehäuses 52 so zu bilden, dass der Verbindungsweg 32 direkt mit dem Abgasauslass 58 verbunden ist.
Im ersten bis dritten Abwandlungsbeispiel sind das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 und der Abgastemperatursensor 46 an der Ausnehmung des Oberstromgehäuses befestigt. Beispielsweise wird der Abgastemperatursensor 46, falls erforderlich, so angeordnet, dass nur das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 an der Ausnehmung befestigt werden kann.
Gemäß der Ausführungsform ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 so aufgebaut, dass das Oberstromgehäuse 30 und das Unterstromgehäuse 34 miteinander über den Verbindungsweg 32 verbunden sind. Es ist dennoch ebenfalls möglich, das Oberstromgehäuse 30 und das Unterstromgehäuse 34 benachbart zueinander so anzuordnen, dass die Abgasausstoßleitung 60 des Oberstromgehäuses 30 direkt mit dem Unterstromgehäuse 34 verbunden ist. Es ist ebenfalls möglich, den Abgasauslass 58 des Unterstromgehäuses 30 anzuordnen, direkt mit dem Unterstromgehäuse 34 verbunden zu sein. Derartige Modifikationen können ebenfalls im ersten, zweiten und dritten Abwandlungsbeispiel gemacht werden.
Der Vorstufenoxidationskatalysator 36 und der Nachstufenoxidationskatalysator 42 sind an der Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 der Ausführungsform je nach Bedarf vorgesehen. Diese Katalysatoren können daher mit anderen Katalysatoren ausgetauscht werden, welche ähnliche Funktionen haben, oder können weggelassen werden.
In der Ausführungsform ist der Motor 1 ein Vierzylinder-Dieselmotor. Dennoch ist der Motor 1 nicht hinsichtlich der Anzahl der Zylinder, des Typs und der Form beschränkt. Jeder Motor kann auf die Erfindung angewendet werden, solange er den Filter 38 und den SCR-Katalysator 40 hat, welcher stromabwärts des Filters 38 angeordnet ist.
Es ist offensichtlich, dass die zuvor beschriebene Erfindung auf viele verschiedene Weisen abgeändert werden kann. Derartige Abänderungen sollen nicht als ein Abweichen vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung betrachtet werden, und alle derartigen Abwandlungen – wie für einen Fachmann offensichtlich ist – sollen im Schutzbereich der folgenden Ansprüche enthalten sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-162487 [0004]

Claims

Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor, umfassend: einen Partikelfilter (38), welcher Partikel einfängt, die im Abgas eines Motors (1) enthalten sind; und einen NOx-Katalysator (40) vom ammoniakselektiven Reduktionstyp, welcher im Abgas enthaltenes NOx unter Nutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel selektiv reduziert, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor weiterhin umfasst: ein Oberstromgehäuse (30, 130), welches eine zylindrische Form hat und den Partikelfilter (38) aufnimmt; einen Abgasauslass (58), welcher in einer Seitenwand (56, 156, 256, 356) des Oberstromgehäuses (30, 130) gebildet ist, so dass es stromabwärts des Partikelfilters (38) angeordnet ist, und welcher Abgas ausleitet, welches durch den Partikelfilter (38) hindurchgetreten ist; eine Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse (44), welche am Oberstromgehäuse (30, 130) befestigt ist, so dass sie an einer Position gegenüber des Abgasauslasses (58) angeordnet ist und ein Harnstoffwassergemisch in Richtung des Abgasauslasses (58) einspritzt; und ein Unterstromgehäuse (34), welches den NOx-Katalysator (40) vom ammoniakselektiven Reduktionstyp beherbergt, in welchen das vom Abgasauslass (58) ausgeleitete Abgas strömt.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse (44) das Harnstoffwassergemisch radial weiter innen von einem inneren Umfang des Abgasauslasses (58) einspritzt.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasauslass (58) und das Unterstromgehäuse (34) über einen Verbindungsweg (32) miteinander verbunden sind.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (156, 256, 356) des Oberstromgehäuses (130) eine Ausnehmung (164, 264, 364) hat, welche an einer Position gegenüber dem Abgasauslass (58) gebildet ist; und die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse (44) an der Ausnehmung (164, 264, 364) befestigt ist.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 4, weiter gekennzeichnet durch einen Abgastemperatursensor (46), welcher an der Ausnehmung (164, 264, 364) befestigt ist und die Temperatur des Abgases, welches vom Partikelfilter (38) in Richtung des Abgasauslasses (58) strömt, detektiert.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgastemperatursensor (46) an der Ausnehmung (164, 264, 364) derart befestigt ist, dass ein Abgastemperaturdetektionspunkt (Pt) im Wesentlichen auf einer Verlängerungslinie einer Mittelachse des Partikelfilters (38) angeordnet ist.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (164) einen ebenen Abschnitt (164a) hat, welcher entlang einer Achse des Oberstromgehäuses gebildet ist; und die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse (44) an dem ebenen Abschnitt (164a) befestigt ist.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (264, 364) eine gebogene Fläche (264a, 364a) hat, welche sich stromabwärts von der Seitenwand (256, 356) allmählich an den Abgasauslass (58) annähert; und die Harnstoffwassergemisch-Einspritzdüse (44) an der gebogenen Fläche (264a, 364a) befestigt ist.