-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungseinrichtung
für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere auf Einspritztechniken
eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung, um das Reduktionsmittel
einem Abgasreinigungskatalysator zuzuführen.
-
Beschreibung des Standes der
Technik
-
Ein
SCR(Selektive Katalytische Reduktion)-System ist als Abgasnachbehandlungssystem zum
Reinigen von Abgas bekannt, das von einem Dieselmotor ausgestoßen
wird. Ein derartiges SCR-System umfasst ein Einspritzventil, welches stromaufwärts
eines SCR Katalysators angeordnet ist, welcher in die Abgasleitung
des Motors eingefügt ist, und ein Reduktionsmittel wird
vom Einspritzventil eingespritzt, um an den SCR Katalysator geleitet
zu werden, welcher dann im Abgas enthaltene Stickstoffoxide in unschädlichen
Stickstoff und Wasser reduziert. Weiterhin hat die Abgasleitung
eine Verengung, welche nahe bei der Einspritzposition des Reduktionsmittels
angeordnet ist. Die Verengung dient der Vergrößerung
der Stromgeschwindigkeit des Abgases und daher der Ermöglichung
einer zufriedenstellenden Diffusion des Reduktionsmittels im Abgas, wodurch
die Abgasreinigungsleistung des SCR Katalysators verbessert wird
(ungeprüfte
japanische
Patentveröffentlichung Nr. 2002-213233 ).
-
Verbreitet
wird unter den Gesichtspunkten Sicherheit und leichte Handhabbarkeit
als Reduktionsmittel für das SCR-System eine wässrige
Harnstofflösung eingesetzt.
-
Üblicherweise
wird die Verengung der Abgasleitung durch Vorbereitung zweier pressgeformter Teile
erhalten, welche durch Zusammenführen der Teile durch Verschweißen
oder dergleichen unter Benutzung von jeweils zwei axial geteilten
Formen gebildet werden.
-
In
dem Fall, in dem die Abgasleitung durch Zusammenführen
von Teilen erhalten wird, haftet jedoch die vom Einspritzventil
eingespritzte wässrige Harnstofflösung an dieser
Fügestelle der Abgasleitung an, welche weiter unten angeordnet
ist, was die Möglichkeit erschafft, das Harnstoff von der
wässrigen Harnstofflösung separiert wird und sich
an der Fügestelle ansammelt. Wenn der Harnstoff sich an der
Fügestelle ansammelt neigt die Ansammlung dazu, sich von
dort abzulösen, sodass sich wahrscheinlich innerhalb der
Verengung Harnstoff ablagert. Auch wenn sich Harnstoff an der Fügestelle
ablagert, kann die Abgasleitung möglicherweise an der Fügestelle
beginnen zu korrodieren. Weiterhin nimmt die in das Abgas diffundierte
Harnstoffmenge ab, wenn der Harnstoff, welcher der Bestandteil der
vom Einspritzventil eingespritzten wässrigen Harnstofflösung ist,
in der Verengung beginnt, sich abzuscheiden, was ein Problem begünstigt,
bei welchem die Abgasreinigungsleistung des SCR Katalysators verschlechtert
wird.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen,
und eine Aufgabe ist es, eine Abgasreinigungseinrichtung für
einen Verbrennungsmotor vorzuschlagen, wobei die Einrichtung geeignet
zu verhindern, dass sich ein Reduktionsmittel, an Verbindungsstellen
einer Abgasleitung abspaltet, wodurch eine Ablagerung des Reduktionsmittels
an einer Verbindungsstelle der Abgasleitung in Schranken gehalten
wird.
-
Um
diese Aufgabe zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine
Abgasreinigungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor
bereit, umfassend: einen Abgasreinigungskatalysator, welcher in einer
Abgasleitung des Motors angeordnet ist; eine Verengung, welche stromaufwärts
des Abgasreinigungskatalysators angeordnet ist und durch Verengung
eines Teils der Abgasleitung gebildet ist; und eine Einspritzeinrichtung
für ein Reduktionsmittel, welche an der Verengung oder
stromaufwärts nahe der Verengung angeordnet ist, zum Einspritzen
eines Reduktionsmittels in die Abgasleitung, dadurch gekennzeichnet,
dass die Verengung durch Kombination zweier axial geteilter Teile
gebildet wird und derart angeordnet ist, dass Fügestellen
davon rechts und entsprechend links einer Mitte eines zu einer Achse der
Verengung senkrechten Querschnitts angeordnet sind.
-
Bei
der Abgasreinigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung ist keine
der Fügestellen in einem unteren Bereich der Verengung
angeordnet, und daher sammelt sich das vom Einspritzventil der Reduktionsmittel-Einspritzeinrichtung
eingespritzte Reduktionsmittel nicht an den Fügestellen.
Folglich spaltet sich das Reduktionsmittel nicht an den Fügestellen
ab, was eine Ablagerung des Reduktionsmittels durch Verteilung an
den Fügestelle verhindert und dadurch die Ablagerung des
Reduktionsmittels in der Verengung in Schranken hält.
-
Vorzugsweise
ist die Verengung derart angeordnet, dass die Fügestellen
jeweils innerhalb eines Winkelbereiches von 22,5 Grad über
und 22,5 Grad unter einer horizontalen Linie angeordnet sind, welche
durch die Mitte des Querschnitts führt.
-
Mit
dieser Anordnung ist es möglich, eine Abspaltung des Reduktionsmittels
an den Fügestellen zuverlässig zu verhindern.
-
Weiterhin
hat das Einspritzventil der Einspritzeinrichtung für ein
Reduktionsmittel vorzugsweise eine Einspritzöffnung, welche
im Wesentlichen in der Mitte des Querschnitts angeordnet ist.
-
Diese
Anordnung erlaubt es das Reduktionsmittel in das Abgas einzuspritzen,
welches mit einer erhöhten Geschwindigkeit strömt,
so dass das Reduktionsmittel zufriedenstellend mittels der Verengung
im Abgas diffundiert wird. Daher ist es möglich die Reduktions-Reaktionseffizienz
des Abgasreinigungskatalysators zu verbessern, während
gleichzeitig das Reduktionsmittel vor Abspaltung an den Fügestellen
bewahrt wird.
-
Vorzugsweise
ist in diesem Fall eine Misch-/Diffusions-Einrichtung unmittelbar
stromaufwärts des Einspritzventils angeordnet.
-
Die
Misch-/Diffusions-Einrichtung produziert beispielsweise einen Wirbelstrom
des Abgases, was eine weitere Verbesserung der Diffusionswirkung
des Reduktionsmittels durch die Verengung ermöglicht.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Die
vorliegende Erfindung wird aus der im folgenden gegebenen detaillierten
Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen verständlicher,
welche nur zu den Illustrationszwecken gedacht sind, und daher die
vorliegende Erfindung nicht beschränken.
-
1 stellt
ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors gemäß der
vorliegenden Erfindung schematisch dar;
-
2 ist
eine Seitenansicht eines Lufttrichters;
-
3 ist
eine Querschnittsansicht eines Lufttrichters, entlang einer zur
Achse des Lufttrichters senkrechten Fläche; und
-
4 stellt
ein Beispiel dar wie Harnstoff im Lufttrichter abgelagert wird.
-
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nun mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt
einen schematischen Aufbau eines Abgassystems eines Dieselmotors
(im folgenden als Motor 1 bezeichnet), auf welches eine
Abgasreinigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung angewendet
wird.
-
Der
Motor 1 ist in einem Kraftfahrzeug befestigt und dient
als Antriebsquelle zur Bewegung des Fahrzeugs.
-
Wie
in 1 gezeigt setzt das Abgassystem des Motors 1 ein
SCR-System 2 zur Reduktion und dadurch Entfernung von im
Abgas enthaltenen Stickstoffoxiden ein. Das SCR-System 2 umfasst
einen SCR Katalysator 4, welches in eine Abgasleitung 3 des
Motors 1 eingefügt ist, und eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 zum
Zuführen einer wässrigen Harnstofflösung
als ein Reduktionsmittel in die Abgasleitung 3, d. h. das
Abgas.
-
Die
Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 umfasst einen
die wässrige Harnstofflösung speichernden Tank 6,
ein Einspritzventil 7 mit einer distalen Öffnung
in die Abgasleitung 3 an einer Position stromaufwärts
des SCR-Katalysators 4 und eine Pumpe 8 zur Zuführung
der wässrigen Harnstofflösung im Tank 6 an
das Einspritzventil 7. Der Betrieb der Pumpe 8 wird
gemäß Betriebszuständen des Motors 1 und
dergleichen so gesteuert, dass die wässrige Harnstofflösung
im Tank 6 über das Einspritzventil 7 in
die Abgasleitung 3 eingespritzt werden kann.
-
Die
vom Einspritzventil 7 der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 in
die Abgasleitung 3 eingespritzte wässrige Harnstofflösung
unterliegt aufgrund der Hitze des Abgases und der Anwesenheit von Wasser
einer Hydrolyse, welche im Ergebnis Ammoniak bildet. Das Ammoniak
strömt zusammen mit dem Abgas zum SCR Katalysator 4,
wo das Ammoniak die im Abgas enthaltenen Stickstoffoxide reduziert
und in unschädlichen Stickstoff und Wasser zerlegt.
-
Ein
Filter 9 zum Entfernen von PM (Partikelmaterial) und dergleichen
im Abgas ist stromaufwärts des SCR-Katalysators 4 angeordnet,
um ein Strömen des PM und dergleichen zum SCR-Katalysator 4 zu verhindern.
Die Abgasleitung 3 hat einen Lufttrichter (Verengung) 10,
welcher zwischen dem Filter 9 und dem SCR-Katalysator 4 angeordnet
ist. Der Lufttrichter 10 verengt bzw. engt den Strombereich
der Abgasleitung 3 ein, um dadurch die Stromgeschwindigkeit
des Abgases zu erhöhen.
-
Das
Einspritzventil 7 der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 5 ist
im Lufttrichter 10 derart angeordnet, dass die Einspritzöffnung
davon im Wesentlichen in der Mitte eines zur Achse des Lufttrichters 10 senkrechten
Querschnitts angeordnet ist. Die wässrige Harnstofflösung
wird nämlich in das Abgas eingespritzt, von welchem die
Stromgeschwindigkeit durch den Lufttrichter 10 erhöht
wird. Durch Einspritzen der wässrigen Harnstofflösung
in das mit erhöhter Geschwindigkeit strömende
Abgas ist es möglich, eine zufriedenstellende Diffusion
der wässrigen Harnstofflösung im Abgas zu erhalten,
was die Effektivität der Hydrolyse sowie der Reduktionsreaktion
des SCR-Katalysators 40 verbessert.
-
Weiterhin
ist eine Misch-/Diffusions-Einrichtung 11 unmittelbar stromaufwärts
des Einspritzventils 7 angeordnet. Die Misch-/Diffusionseinrichtung 11 hat
die Funktion, einen Wirbelstrom des Abgases beispielsweise zu erzeugen,
und dient weiterhin der Diffusionswirkung des Lufttrichters 10 auf
die wässrige Harnstofflösung. 2 und 3 zeigen
den detaillierten Aufbau des Lufttrichters 10, wobei 2 eine Seitenansicht
des Lufttrichters ist und 3 ein Querschnitt
des Lufttrichters ist, entlang einer zur Achse des Lufttrichters
senkrechten Fläche.
-
Wie
in 2 gezeigt hat der Lufttrichter 10 eine
Form, welche einem Uhrglas ähnelt, welche durch Verengung
eines Zentralbereichs in rohrförmiger Art und Weise gebildet
wird. Der Lufttrichter 10 mit einer derartigen Form wird
erhalten durch Zusammenfügen axial geteilter oberer und
unterer Hälfenelemente 10a und 10b durch
Verschweißen oder dergleichen. Jedes der oberen und unteren
Elemente 10a und 10b wird durch Pressen geformt
und hat eine glatte innere Wandfläche. Wie in 3 gezeigt ist
der Lufttrichter 10 ebenfalls derart im Fahrzeug angeordnet,
dass Fügestellen 10c der oberen und unteren Elemente 10a und 10b nur
rechts und entsprechend links der Mitte C eines zur Achse des Lufttrichters 10 senkrechten
Querschnitts angeordnet sind.
-
Bei
der wie oben erwähnt aufgebauten Abgasreinigungseinrichtung
der vorliegenden Erfindung sammelt sich die wässrige Harnstofflösung
nicht an den Fügestellen 10c an, auch wenn die
vom Einspritzventil 7 eingespritzte wässrige Harnstofflösung an
der Innenwand des Lufttrichters 10 anhaftet, weil keine
der Fügestellen 10c im unteren Teil der Innenwand
angeordnet ist. Entsprechend wird eine Abscheidung der wässrigen
Harnstofflösung an den Fügestellen 10c verhindert,
was eine Ablagerung des Harnstoffs innerhalb des Lufttrichters 10 im
Schranken hält. Somit wird eine Ablagerung des Harnstoffs an
den Fügestellen 10c verhindert, wodurch Korrosion
der Fügestellen 10c verhindert wird. Weil die
Ablagerung des Harnstoffs im Lufttrichter 10 in Schranken
gehalten wird, wird auch die vom Einspritzventil 7 eingespritzte
wässrige Harnstofflösung vollständig im
Abgas diffundiert, was es ermöglicht, die erforderliche
Abgasreinigungsleistung des SCR-Katalysators 4 sicherzustellen.
-
4 stellt
ein Beispiel der Ablagerung des Harnstoffs im Lufttrichter 10 dar.
-
Insbesondere
zeigt 4 wie Harnstoff im Lufttrichter 10 abgelagert
wird, wenn der Motor mit geringer Geschwindigkeit über
eine lange Zeitdauer betrieben wird.
-
Dort,
wo der Motorbetrieb bei geringer Geschwindigkeit wie beispielsweise
im Leerlauf über eine lange Zeitdauer wiederholt wird,
ist es wahrscheinlich, dass Harnstoff sich aus der wässrigen Harnstofflösung
am Boden 10d des Lufttrichters 10 abscheidet und
dort ablagert. Dennoch wächst abgelagerter Harnstoff am
unteren Bereich des Lufttrichters 10 an. Durch Versuch
wurde ermittelt, dass kein Harnstoff an einem Innenwandbereich des
Lufttrichters 10 bei und über einem Winkelbereich
abgelagert wird, welcher 22,5 Grad oder mehr unter einer horizontale
Linie Lh liegt und durch die Mitte C des Lufttrichters 10 führt,
worein die wässrige Harnstofflösung wie in 4 gezeigt eingespritzt
wird. Entsprechend ist es möglich, eine Ablagerung des
Harnstoffs an den Fügestellen 10c garantiert zu
vermeiden durch Anordnung des Lufttrichters 10 derart,
dass die Fügestellen 10c davon jeweils innerhalb
eines Winkelbereichs zwischen 22,5 Grad über und 22,5 Grad unter
der horizontalen Linie Lh angeordnet sind, welche durch die Mitte
C läuft.
-
Es
ist offensichtlich, dass die beschriebene Erfindung auf viele verschiede
Arten und Weisen variiert werden kann. Derartige Variationen sollen
nicht als ein Abweichen vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung
betrachtet werden, und alle derartigen Modifikationen – wie
einem Fachmann offensichtlich sein wird – sollen als vom
Schutzbereich der folgenden Ansprüche umfasst angesehen
werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-