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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen
von Abgas, das aus einem Motor abgeführt wird.
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Hintergrund der Technik
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Abgas,
das aus einem in einem Automobil o. ä. eingebauten Motor, speziell
einem Dieselmotor, abgeführt
wird, enthält
große
Mengen von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HC), Stickoxiden
(NOx), partikelförmigen Stoffen (Partikeln)
usw. Allgemein ist daher ein Abgasweg, den das aus dem Motor abgeführte Abgas
durchströmt,
z. B. mit einem Dreiwegekatalysator zum Abbauen (z. B. Reduzieren)
der o. g. Verunreinigungsstoffe und einem Partikelfilter o. ä. zum Abfangen
von Partikeln versehen, so daß das
Abgas im möglichst
am stärksten
entgifteten Zustand in die Atmosphäre freigesetzt wird.
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Ein
solches Partikelfilter muß bei
Bedarf regeneriert werden, da sich Partikel im Filter während des
Gebrauchs aufbauen, was den Durchströmungswiderstand vergrößert. Ein
herkömmliches
Verfahren für
derartige Regenerationszwecke bestand darin, eine Erwärmungsvorrichtung
im Partikelfilter anzuordnen und Partikel durch Erwärmung zu
verbrennen, was Partikel entfernt. Vorgeschlagen wurde auch ein
Verfahren, bei dem eine Flüssigkeit
auf Kohlenwasserstoffbasis, z. B. ein Kraftstoff (Leichtöl), in einen
dem Partikelfilter vorgelagerten Oxidationskatalysator strömt, um eine
exotherme Reaktion zu bewirken und so die Regeneration des Partikelfilters durch
die Wärme
dieser Reaktion durchzuführen.
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Der
Dieselmotor ist zudem gegenüber
dem Auftreten von Stickoxiden (NOx) in großen Mengen besonders
empfindlich. Da her kommt für
den Dieselmotor ein sogenannter NOx-Speicherkatalysator
in großer
Menge zur wiederholten Adsorption und Reduktion von NOx zur
Anwendung, um NOx abzubauen (zu reduzieren),
damit NOx im Abgas wirksam zersetzt wird.
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Dem
NOx-Speicherkatalysator muß in geeigneter
Weise ein Reduktionsmittel zwecks Abbau (Reduktion) des adsorbierten
NOx von außen zugeführt werden. Allgemein wird
daher der Kraftstoff (Leichtöl) o. ä. als Reduktionsmittel
in den Abgasweg eingespritzt und dadurch dem NOx-Speicherkatalysator
zugeführt.
In einigen Vorrichtungen wird z. B. das NOx-Reduktionsmittel
zum NOx-Speicherkatalysator durch ein in
einem Abgasrohr vorgesehenes Einspritzventil eingespritzt (siehe
z. B. Patentdokument 1).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei
einer solchen Konfiguration, bei der das Reduktionsmittel (Additiv),
z. B. Kraftstoff, aus dem Einspritzventil in den Abgasweg eingespritzt
wird, liegt die vordere Endfläche
des Einspritzventils im Abgasweg frei und ist Abgas mit hoher Temperatur ausgesetzt.
Somit kann die Temperatur des Einspritzventils über die seine Wärmebeständigkeit
gewährleistende
Temperaturgrenze steigen, was Durchbrennen verursacht. Außerdem führt der
Temperaturanstieg des Einspritzventils zur Verdampfung flüchtiger
Kraftstoffkomponenten, die an der vorderen Endfläche haften, und die restlichen
Komponenten werden beeinträchtigt
und setzen sich als Ablagerungen ab. Zudem wirkt das an der vorderen
Endfläche
des Einspritzventils haftende Reduktionsmittel als Bindemittel,
das Ruß im
Abgas verursacht, der haften bleibt und sich allmählich als
Ablagerung ansammelt. Diese Ablagerungen können die Düse des Einspritzventils verstopfen,
was solche Probleme aufwirft, daß das Reduktionsmittel nicht
mehr dem Abgasweg zugeführt
werden kann und sich das Abgas nicht reinigen läßt.
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Zur
Lösung
dieser Probleme wurde z. B. eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei
der ein Wassermantel (Kühlwasserweg)
um das Einspritzventil gebildet ist und Kühlwasser in den Wassermantel
eingeleitet und darin im Umlauf geführt wird, um den Temperaturanstieg
des Einspritzventils zu begrenzen (siehe z. B. Patentdokument 2).
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Der
Temperaturanstieg des Einspritzventils wird in gewissen Maß unterdrückt, indem
ein solcher Kühlwasserweg
vorgesehen ist. Allerdings kühlt
die bloße
Bereitstellung des Kühlwasserwegs
um das Einspritzventil das Einspritzventil möglicherweise nicht ausreichend
ab. Somit besteht Bedarf an einer weiteren wirksamen Kühlmaßnahme.
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Die
Erfindung kam angesichts der o. g. Umstände zustande. Als Aufgabe liegt
der Erfindung zugrunde, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen,
die Abgas langfristig zufriedenstellend reinigen kann, indem ein
Einspritzventil zum Einspritzen eines Additivs in einen Abgasweg
wirksam abgekühlt wird.
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Problemlösung
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Ein
erster Aspekt der Erfindung zur Lösung der o. g. Probleme ist
eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Abgasreinigungskatalysator,
der in einem mit einem Motor kommunizierenden Abgasweg zwischengeschaltet
ist, einem dem Abgasreinigungskatalysator vorgelagerten Einspritzventil
zum Einspritzen eines Additivs in den Abgasweg und einem Halterungsteil
mit einem Halterungsloch, in dem das Einspritzventil angeordnet
ist, und wobei ein ringförmiger
Kühlwasserweg,
in den Kühlwasser
eingeleitet wird, um das Halterungsloch des Halterungsteils vorgesehen
ist, ein Zufuhrweg zum Zuführen
von Kühlwasser
und ein Abfuhrweg zum Abführen
von Kühlwasser
mit dem Kühlwasserweg
verbunden sind und sich mindestens der Zufuhrweg in Tangentialrichtung zum
Kühlwasserweg
erstreckt; und ein verengter Abschnitt, an dem eine Breite des Wasserwegs
durch einen vorspringenden Abschnitt verkleinert ist, der ein Vorsprung
eines Teils einer Seitenwand in Umfangsrichtung des Kühlwasserwegs
ist, an einer Stelle des Kühlwasserwegs
nahe einem Übergang
zwischen dem Kühlwasserweg
und dem Zufuhrweg vorgesehen ist.
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Gemäß dem ersten
Aspekt kollidiert aus dem Zufuhrweg in den Kühlwasserweg eingeleitetes Kühlwasser
mit dem vorspringenden Abschnitt, um eine turbulente Strömung zu
erzeugen, was einen Kühleffekt
am Einspritzventil verstärkt.
Außerdem
durchströmt
Kühlwasser
den verengten Abschnitt, um seine Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen, was
den Kühleffekt
am Einspritzventil verstärkt.
Als Ergebnis wird das Einspritzventil vollständig abgekühlt, um die Ansammlung von
Ablagerungen zu unterdrücken. Dadurch
kann das Abgas langfristig zufriedenstellend gereinigt werden.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
nach dem ersten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrweg
und der Abfuhrweg mit derselben Position des Kühlwasserwegs in Umfangsrichtung
verbunden sind.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt vollführt
aus dem Zufuhrweg in den Kühlwasserweg
eingeleitetes Kühlwasser
mindestens einen Umlauf des Kühlwasserwegs
und wird dann aus dem Abfuhrweg abgeführt. Damit kann das Einspritzventil
mit Kühlwasser effizient
gekühlt
werden. Außerdem
strömt
gemäß einem
solchen Merkmal ein auf den vorspringenden Abschnitt treffender
Teil des Kühlwassers
im Kühlwasserweg
entgegengesetzt und kollidiert mit der Hauptströmung, die den verengten Abschnitt
durchströmt
hat, um eine weitere turbulente Strömung zu erzeugen. Diese turbulente
Strömung
erhöht
die Kühlwirkung
auf das Einspritzventil weiter.
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Ein
dritter Aspekt der Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
nach dem ersten oder zweiten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil
durch das Halterungsteil und ein am Halterungsteil fixiertes Fixierteil
gehalten wird und der vorspringende Abschnitt einen Vorwölbungsab schnitt
bildet, an dem ein Befestigungsteil zum Fixieren des Fixierteils
am Halterungsteil befestigt ist.
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Gemäß dem dritten
Aspekt kann eine Verkleinerung des Halterungsteils erreicht werden,
indem der vorspringende Abschnitt effektiv genutzt wird.
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Ein
vierter Aspekt der Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
nach dem ersten bis dritten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß der verengte Abschnitt
in der gesamten Höhenrichtung
des Kühlwasserwegs
vorgesehen ist.
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Gemäß dem vierten
Aspekt wird die Geschwindigkeit der Hauptströmung von Kühlwasser zuverlässiger erhöht, und
Kühlwasser
kollidiert mit dem vorspringenden Abschnitt verläßlich, was die Turbulenzstärke erhöht. Dadurch
kann das Einspritzventil noch wirksamer abgekühlt werden.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der zuvor
beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung der Erfindung wird das
Einspritzventil zum Einspritzen des Additivs in den Abgasweg wirksam
abgekühlt.
Somit läßt sich
verhindern, daß solche
Probleme wie Verstopfung des Einspritzventils infolge von Aufbau
von Ablagerungen im Zusammenhang mit einem Temperaturanstieg des
Einspritzventils auftreten. Folglich kann das Abgas langfristig
zufriedenstellend gereinigt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht der schematischen Konfiguration einer Abgasreinigungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine Schnittansicht eines Halterungsteils, an dem ein Einspritzventil
gemäß der Ausführungsform
angeordnet ist.
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3 ist
eine weitere Schnittansicht des Halterungsteils, an dem das Einspritzventil
gemäß der Ausführungsform
angeordnet ist.
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4 ist
noch eine weitere Schnittansicht des Halterungsteils, an dem das
Einspritzventil gemäß der Ausführungsform
angeordnet ist.
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5 ist
eine Schnittansicht eines abgewandelten Beispiels für das Halterungsteil
gemäß der Ausführungsform.
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6 ist
eine Schnittansicht eines weiteren abgewandelten Beispiels für das Halterungsteil
gemäß der Ausführungsform.
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7 ist
eine Schnittansicht noch eines weiteren abgewandelten Beispiels
für das
Halterungsteil gemäß der Ausführungsform.
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8(a) bis 8(c) sind
schematische Konfigurationszeichnungen abgewandelter Beispiele für die Abgasreinigungsvorrichtung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im
folgenden wird eine Ausführungsform
der Erfindung näher
beschrieben.
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1 ist
eine Ansicht der schematischen Konfiguration einer Abgasreinigungsvorrichtung
gemäß dieser
Ausführungsform.
Wie in 1 gezeigt ist, weist eine Abgasreinigungsvorrichtung 10 mehrere
Abgasreinigungskatalysatoren und ein Abgasreinigungsfilter auf.
Die mehreren Abgasreinigungskatalysatoren und das Abgasreinigungsfilter
sind in einem Abgasrohr (Abgasweg) 12 eines Mehrzylinder-Dieselmotors
(im folgenden einfach Motor oder der Motor genannt) 11 zwischengeschaltet,
der in einem Fahrzeug eingebaut ist.
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Der
Motor 11 weist einen Zylinderkopf 13 und einen
Zylinderblock 14 auf, und ein Kolben 16 ist in jeder
Zylinderbohrung 15 des Zylinderblocks 14 so aufgenommen,
daß er
hin und her beweglich ist. Der Kolben 16, die Zylinderbohrung 15 und
der Zylinderkopf 13 bilden einen Brennraum 17.
Der Kolben 16 ist mit einer Kurbelwelle 19 über ein
Pleuel 18 verbunden, und die Hin- und Herbewegung des Kolbens 16 dreht
die Kurbelwelle 19.
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Ein
Einlaßkanal 20 ist
im Zylinderkopf 13 gebildet, und ein Einlaßrohr (Einlaßweg) 22 mit
einem Einlaßkrümmer 21 ist
mit dem Einlaßkanal 20 verbunden.
Der Einlaßkanal 20 ist
mit einem Einlaßventil 23 versehen,
und der Einlaßkanal 20 wird
durch das Einlaßventil 23 geöffnet und
geschlossen. Ein Auslaßkanal 24 ist
im Zylinderkopf 13 gebildet, und das Auslaßrohr (Auslaßweg) 12 mit
einem Auslaßkrümmer 25 ist
mit dem Auslaßkanal 24 verbunden.
Der Auslaßkanal 24 ist
mit einem Auslaßventil 26 versehen,
und wie beim Einlaßkanal 20 wird
der Auslaßkanal 24 durch
das Auslaßventil 26 geöffnet und
geschlossen. Ein Turbolader 27 ist auf halbem Weg durch
das Einlaßrohr 22 und
Auslaßrohr 12 vorgesehen,
und die Abgasreinigungskatalysatoren sowie das Abgasreinigungsfilter,
die die Abgasreinigungsvorrichtung 10 bilden, sind im Abgasrohr 12 dem
Turbolader 27 nachgelagert zwischengeschaltet.
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Der
Turbolader 27 hat eine Turbine (nicht gezeigt) und einen
mit dieser Turbine verbundenen Verdichter (nicht gezeigt). Strömt Abgas
aus dem Motor 11 in den Turbolader 27, wird die
Turbine durch die Abgasströmung
gedreht, und in Übereinstimmung mit
der Turbinendrehung wird der Verdichter gedreht, um Luft aus einem
Einlaßrohr 22a in
den Turbolader 27 zu ihrer Druckbeaufschlagung aufzunehmen.
Die durch den Turbolader 27 unter Druck gesetzte Luft wird
jedem Einlaßkanal 20 des
Motors 11 über
ein Einlaßrohr 22b zugeführt.
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Der
Zylinderkopf 13 ist mit einem elektronisch gesteuerten
Kraftstoffeinspritzventil 31 zur Direkteinspritzung des
Kraftstoffs in den Brennraum 17 jedes Zylinders versehen.
Dem Kraftstoffeinspritzventil 31 wird Kraftstoff mit hohem
Druck, der auf einen vorbestimmten Kraftstoffdruck gesteuert ist,
aus einer gemeinsamen Druckleitung (Common Rail) zugeführt.
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In
dieser Ausführungsform
sind ein Dieseloxidationskatalysator (im folgenden einfach Oxidationskatalysator
genannt) 32 und ein NOx-Speicherkatalysator 33,
die Abgasreinigungskatalysatoren sind, sowie ein Dieselpartikelfilter
(DPF; im folgenden DPF genannt) 34, das ein Abgasreinigungsfilter
ist, in dieser Reihenfolge stromaufwärtsseitig beginnend im Abgasrohr 12 vorgesehen,
das dem Turbolader 27 nachgelagert ist. Ein Einspritzventil 50 zum
Einspritzen eines Kraftstoffs (Leichtöl), der ein Reduktionsmittel
(Additiv) ist, in ein zwischen dem Turbolader 27 und dem
Oxidationskatalysator 32 liegendes Abgasrohr 12a wird
später
näher beschrieben.
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Der
Oxidationskatalysator 32 weist beispielsweise ein Edelmetall,
z. B. Platin (Pt) oder Palladium (Pd), auf, das auf einem Träger mit
einer aus einem Keramikmaterial gebildeten Wabenstruktur aufgebracht
ist. Strömt
das Abgas in den Oxidationskatalysator 32, wird Stickstoffmonoxid
(NO) im Abgas zu Stickstoffdioxid (NO2)
oxidiert. Damit eine Oxidationsreaktion im Oxidationskatalysator 32 auftritt,
muß der Oxidationskatalysator 32 auf
eine vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmt werden. Somit ist der Oxidationskatalysator 32 vorzugsweise
an einer Position möglichst
nahe am Motor 11 angeordnet. Grund dafür ist, daß der Oxidationskatalysator 32 durch
die Wärme
des Motors 11 erwärmt
wird, und auch beim Motorstart kann der Oxidationskatalysator 32 in
relativ kurzer Zeit auf die vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmt werden.
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Der
NOx-Speicherkatalysator 33 weist
beispielsweise ein Edelmetall, z. B. Platin (Pt) oder Palladium
(Pd), auf, das auf einem Träger
mit einer aus Aluminiumoxid (Al2O3) gebildeten Wabenstruktur aufgebracht ist,
und hat ferner ein Alkalimetall oder Erdalkalimetall, z. B. Barium
(Ba), das als Speichermittel auf dem Träger aufgebracht ist. Im NOx-Speicherkatalysator 33 wird NOx, d. h. durch den Oxidationskatalysator 32 erzeugtes
NO2 oder im Abgas ohne Oxidation durch den
Oxidationskatalysator 32 verbleibendes NO, einmal in einer
oxidierenden Atmosphäre
gespeichert, und das NOx wird in einer reduzierenden
Atmosphäre
freigesetzt, die z. B. Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC)
usw. enthält,
um zu Stickstoff (N2) o. ä. reduziert
zu werden.
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Ein
Großteil
des durch den Oxidationskatalysator 32 gebildeten NO2 wird durch den NOx-Speicherkatalysator 33 adsorbiert
und abgebaut (reduziert), und das restliche NO2,
das nicht adsorbiert oder abgebaut wurde, wird durch die Reaktion
im DPF 34 gereinigt.
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Ein
Großteil
des aus dem Motor 11 abgeführten Abgases macht normalerweise
NO aus, und der Gehalt von HC im Abgas ist extrem niedrig. Somit
hat das Innere des NOx-Speicherkatalysators 33 eine oxidierende
Atmosphäre,
und im NOx-Speicherkatalysator 33 wird
NOx nur adsorbiert, und das adsorbierte
NOx wird nicht abgebaut (reduziert). Ist
eine vorbestimmte Menge von NOx im NOx-Speicherkatalysator 33 adsorbiert,
wird daher der Kraftstoff (Leichtöl) als Additiv aus dem Einspritzventil 50 eingespritzt,
das am Abgasrohr 12a befestigt ist, das zwischen dem Turbolader 27 und
dem Oxidationskatalysator 32 liegt. Als Ergebnis wird das
mit dem Kraftstoff gemischte Abgas durch den Oxidationskatalysator 32 geleitet
und dem NOx-Speicherkatalysator 33 zugeführt, wodurch
das Innere des NOx-Speicherkatalysators 33 in
eine reduzierende Atmosphäre überführt und
das adsorbierte NOx abgebaut (reduziert)
wird.
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Das
DPF 34 ist z. B. ein Filter mit einer Wabenstruktur, die
aus einem Keramikmaterial gebildet ist. Abgaswege 38 mit
jeweils einem offenen Stromaufwärtsende
und einem geschlossenen Stromabwärtsende
sowie Abgaswege 39 mit jeweils einem offenen Stromabwärtsende
und einem geschlossenen Stromaufwärtsende sind im DPF 34 abwechselnd
angeordnet. Zunächst
strömt
das Abgas in den am Stromaufwärtsende
offenen Abgasweg 38, durchströmt eine poröse Wandfläche, die zwischen dem Abgasweg 38 und
dem angrenzenden Abgasweg 39 vorgesehen ist, strömt dann
in den am Stromabwärtsende
offenen Abgasweg 39 und strömt zur Stromabwärtsseite
aus. Während
dieses Vorgangs kollidieren partikelförmige Stoffe (Partikel) im
Abgas mit der Wandfläche
oder werden durch sie zum Abfangen adsorbiert.
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Die
abgefangenen Partikel werden durch NO2 oxidiert
(verbrannt), das im Abgas enthalten ist, und als CO2 abgeführt. Im
DPF 34 verbleibendes NO2 wird zu
N2 abgebaut und abgeführt. Das heißt, das DPF 34 ist
so ausgebildet, daß es
das Abgas reinigt, wodurch die abgeführten Mengen von Partikeln
und NOx stark verringert werden können. Da
Partikel verbrannt werden, wird zudem die Leistung des DPF 34 in
gewissem Maß wiederhergestellt.
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Normalerweise
wird NOx durch den NOx-Speicherkatalysator 33 wie
zuvor adsorbiert. Somit ist die dem DPF 34 im Abgas zugeführte NO2-Menge klein, und im DPF 34 sammeln
sich Partikel allmählich
an. Hat sich eine vorbestimmte Partikelmenge im DPF 34 angesammelt,
wird eine vorbestimmte Kraftstoffmenge aus dem am Abgasrohr 12a befestigten
Einspritzventil 50 eingespritzt. Bei Einmischung des Kraftstoffs
in das Abgas wie zuvor wird das adsorbierte NOx im
NOx-Speicherkatalysator 33 reduziert.
Daher wird im Abgas enthaltenes NOx (NO2) nicht durch den NOx-Speicherkatalysator 33 adsorbiert,
sondern dem DPF 34 zugeführt. Als Ergebnis ist die Partikelverbrennung
im DPF 34 beschleunigt.
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Abgastemperatursensoren 40 sind
dem Oxidationskatalysator 32, dem NOx-Speicherkatalysator 33 und
dem DPF 34 vorgelagert und in deren Nähe sowie dem DPF 34 nachgelagert
und in dessen Nähe vorgesehen.
Detektiert werden durch diese mehreren Abgastemperatursensoren 40 die
Temperaturen des Abgases, das in den Oxidationskatalysator 32, den
NOx-Speicherkatalysator 33 und
das DPF 34 strömt,
und die Temperaturen des Abgases, das aus dem Oxidationskatalysator 32,
dem NOx-Speicherkatalysator 33 und
dem DPF 34 abgeführt
wird. Weiterhin sind Sauerstoffkonzentrationssensoren 41 zum Detektieren
der Sauerstoffkonzentration im Abgas dem Oxidationskatalysator 32 und
DPF 34 vorgelagert und in deren Nähe vorgesehen. Ferner ist das Fahrzeug
mit einem elektronischen Steuergerät (ESG) versehen, obwohl dies
nicht dargestellt ist. Dieses ESG ist mit einem Ein-/Ausgabebauelement, einem
Speicherbauelement zum Speichern eines Steuerprogramms, eines Steuerkennfelds
usw., einer Zentraleinheit sowie Zeitgebern und Zählern ausgestattet.
Aufgrund von Informationen von jedem dieser Sensoren führt das
ESG eine integrierte Steuerung des Motors 11 und der Abgasreinigungsvorrichtung 10 durch.
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2 ist
eine Schnittansicht eines Halterungs- bzw. Montageteils gemäß dieser
Ausführungsform. 3 ist
eine Schnittansicht an der Linie A-A' in 2. 4 ist
eine Schnittansicht an der Linie B-B' in 3. Gemäß 2 bis 4 ist
das Einspritzventil 50 zum Einspritzen des Kraftstoffs
als Reduktionsmittel (Additiv) in dieser Ausführungsform in nahezu orthogonaler
Richtung zum Abgasrohr 12a angeordnet und wird durch ein
Halterungsteil 60, das am Abgasrohr 12a fixiert
ist, und ein Fixierteil 70, das am Halterungsteil 60 fixiert
ist, gehalten.
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Ein
Halterungsloch 61, das ein Durchgangsloch ist, in dem das
Einspritzventil 50 angeordnet ist, ist in einem Mittelteil
des Halterungsteils 60 gebildet. Das im Halterungsloch 61 angeordnete
Einspritzventil 50 ist am Halterungsteil 60 durch
das Fixierteil 70 in einem Zustand fixiert, in dem eine
vordere Endfläche 52 des
Einspritzventils 50, an der sich eine Düse 51 öffnet, im
Abgasrohr (Abgasweg) 12a freiliegt, d. h. das vordere Ende
des Einspritzventils 50 ist dem Abgas ausgesetzt. In dieser
Ausführungsform
ist beispielsweise das Fixierteil 70 am Halterungsteil 60 durch
ein Befestigungsteil 75 fixiert, z. B. eine Schraube.
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Das
Halterungsteil 60 ist mit einem ringförmigen Kühlwasserweg 62 um
das Halterungsloch 61 versehen. Ein Zufuhrweg 81 zum
Zuführen
von Kühlwasser
zum Kühlwasserweg 62 und
ein Abfuhrweg 91 zum Abführen von Kühlwasser, das durch den Kühlwasserweg 62 zirkuliert
ist, sind mit dem Kühlwasserweg 62 verbunden.
Das heißt,
ein Zufuhrrohr 80 mit dem Zufuhrweg 81 und ein
Abfuhrrohr 90 mit dem Abfuhrweg 91 sind mit dem
Hal terungsteil 60 verbunden, und der Zufuhrweg 81 (Zufuhrrohr 80)
sowie der Abfuhrweg 91 (Abfuhrrohr 90) erstrecken
sich tangential im Hinblick auf den ringförmigen Kühlwasserweg 62. In
dieser Ausführungsform
sind der Zufuhrweg 81 und Abfuhrweg 91 mit derselben
Position des Kühlwasserwegs 62 in
Umfangsrichtung verbunden. In Axialrichtung des Halterungslochs 61 ist
der Zufuhrweg 81 näher
am proximalen Ende des Einspritzventils 50 als der Abfuhrweg 91 angeordnet.
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In
einer solchen Konfiguration wird aus dem Zufuhrweg 81 zugeführtes Kühlwasser
durch den Kühlwasserweg 62 im
Umlauf geführt
und aus dem Abfuhrweg 91 abgeführt, wodurch das Einspritzventil 50 abgekühlt wird.
In dieser Ausführungsform
sind beschreibungsgemäß der Zufuhrweg 81 und
Abfuhrweg 91 mit derselben Position des Kühlwasserwegs 62 in
Umfangsrichtung verbunden. Dadurch vollführt Kühlwasser, das aus dem Zufuhrweg 81 in
den Kühlwasserweg 62 eingeleitet
wird, mindestens einen Umlauf des Kühlwasserwegs 62 und
wird dann aus dem Abfuhrweg 91 abgeführt. Somit kann das Einspritzventil 50 mit
Kühlwasser
wirksam abgekühlt werden.
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Weiterhin
ist in der Erfindung ein verengter Abschnitt 62a, an dem
die Breite des Wasserwegs durch einen vorspringenden Abschnitt 63 verkleinert ist,
der ein Vorsprung eines Teils der Seitenwand des Kühlwasserwegs 62 ist,
an einer Stelle des Kühlwasserwegs 62 nahe
dem Übergang
zwischen dem Kühlwasserweg 62 und
dem Zufuhrweg 81 vorgesehen, also an einer Stelle des Kühlwasserwegs 62 in
der Umgebung des Auslasses des Zufuhrwegs 81. Damit kann
das Einspritzventil 50 effektiv abgekühlt werden.
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Der
vorspringende Abschnitt 63 gemäß dieser Ausführungsform
ist so vorgesehen, daß der
Teil der Seitenwand des Kühlwasserwegs 62 halbkreisförmig bis
zu einer Position vorspringt, die von Kühlwasser getroffen wird, das
aus dem Zufuhrweg 81 eingeleitet wird, was 3 zeigt.
Der verengte Abschnitt 62a ist mit der Breite des Kühlwasserwegs 62 ausge bildet,
die durch den vorspringenden Abschnitt 63 verkleinert ist.
In dieser Ausführungsform
ist dieser vorspringende Abschnitt 63 so vorgesehen, daß er nur
in einem Teil in Tiefenrichtung (Axialrichtung des Halterungslochs 61)
des Kühlwasserwegs 62 vorspringt,
also nur in einem dem Zufuhrweg 81 gegenüberliegenden
Bereich (2).
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Gemäß der zuvor
beschriebenen Konfiguration kollidiert Kühlwasser, das aus dem Zufuhrweg 81 in
den Kühlwasserweg 62 eingeleitet
wird, mit dem vorspringenden Abschnitt 63, um eine turbulente Strömung zu
erzeugen, was die Kühlwirkung
auf das Einspritzventil 50 verstärkt. Bezeichnet man konkret die
Kühlwasserströmung mit
Pfeilen in 3, wird ein Teil von Kühlwasser
zu einer Hauptströmung (Vorwärtsströmung), die
den verengten Abschnitt 62a durchströmt und im Kühlwasserweg 62 umläuft. Ein
Teil von Kühlwasser,
das auf den vorspringenden Abschnitt 63 trifft, strömt entgegengesetzt
und kollidiert mit der Hauptströmung,
die den verengten Abschnitt 62a durchlaufen hat. Als Ergebnis
dieser Kollision tritt eine turbulente Strömung auf, und der Wärmeübergangskoeffizient
des Bereichs, in dem die turbulente Strömung aufgetreten ist, steigt.
Der Kühlwasserdurchgang
durch den verengten Abschnitt 62a erhöht die Strömungsgeschwindigkeit der Hauptströmung. In Übereinstimmung
mit dieser Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit
wird die Turbulenzstärke
infolge der o. g. Kollision erhöht,
so daß der Wärmeübergangskoeffizient
weiter steigt. Zudem ist auch die Kühlwirkung am verengten Abschnitt 62a aufgrund
der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit
von Kühlwasser
im verengten Abschnitt 62a verstärkt. Dadurch wird das Einspritzventil 50 wirksam abgekühlt. Somit
wird das Auftreten eines solchen Problems wie Durchbrennen des Einspritzventils 50 oder
Verstopfen der Düse 51 unterdrückt, und
das Abgas kann langfristig zufriedenstellend gereinigt werden.
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Die
Position, an der die turbulente Strömung infolge der Kühlwasserkollision
auftritt, liegt vorzugsweise in einem Be reich auf einer Gegenseite
zum verengten Abschnitt 62a über das Einspritzventil 50. Da
die turbulente Strömung
an einer solchen Position erzeugt wird, kann das Einspritzventil 50 noch
wirksamer abgekühlt
werden. Die Position, an der die turbulente Strömung im Kühlwasserweg 62 auftritt, kann
auf eine Sollposition festgelegt werden, indem die Form, die Vorsprunggröße usw.
des vorspringenden Abschnitts 63 eingestellt werden.
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Solange
die turbulente Strömung
an der Sollposition wie zuvor bewirkt werden kann, unterliegen die
Vorsprunggröße, die
Form usw. des vorspringenden Abschnitts 63 keinen Einschränkungen.
In dieser Ausführungsform
ist z. B. der vorspringende Abschnitt 63 so vorgesehen,
daß er
nur im Bereich gegenüber
dem Zufuhrweg 81 vorspringt. Allerdings ist dies keine
Einschränkung,
und gemäß 5 kann der
vorspringende Abschnitt 63 in der gesamten Tiefenrichtung
des Kühlwasserwegs 62 durchgängig vorgesehen
sein.
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In
dieser Ausführungsform
kann der vorspringende Abschnitt 63 in Halbkreisform so
vorspringen, daß sich
die Endfläche
des vorspringenden Abschnitts 63 aus einer gekrümmten Oberfläche zusammensetzt.
Dadurch wird die Kühlwasserströmung relativ
ungestört.
Allerdings braucht die Endfläche
des vorspringenden Abschnitts 63 nicht immer die gekrümmte Oberfläche zu sein.
Gemäß 6 kann
der vorspringende Abschnitt 63 z. B. so ausgebildet sein,
daß er
einen nahezu dreieckigen Querschnitt hat, so daß sich seine Endfläche aus
einer flachen Oberfläche
zusammensetzt.
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In
der mit dem o. g. vorspringenden Abschnitt 63 versehenen
Konfiguration ändert
sich zudem die Breite des Kühlwasserwegs 62 allmählich vor
und nach dem verengten Abschnitt 62a. Gleichwohl kann z.
B. gemäß 7 ein
Kantenteil 63a im vorspringenden Abschnitt 63 auf
einer Gegenseite zum Zufuhrweg 81 vorgesehen sein, um die
Breite des Kühlwasserwegs 62 stromabwärts vom
verengten Abschnitt 62a abrupt zu vergrö ßern. In diesem Fall erscheint
eine Strömung
(Wirbel) entlang dem Kantenteil 63a stromabwärts vom
vorspringenden Abschnitt 63, was in 7 durch
einen Pfeil angegeben ist. Da die Wärmeübergangsleistung durch diese Strömung (Wirbel)
von Kühlwasser
steigt, kann das Einspritzventil 50 zufriedenstellender
abgekühlt
werden.
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Das
Fixierteil 70 zum Fixieren des Einspritzventils 50 ist
am Halterungsteil 60 wie zuvor dargestellt durch das Befestigungsteil 75 fixiert.
In dieser Ausführungsform
bildet der o. g. vorspringende Abschnitt 63 einen Vorwölbungsabschnitt
mit einem Befestigungsloch 65, in dem das Befestigungsteil 75 befestigt
ist. Indem als Vorwölbungsabschnitt
der im Halterungsteil 60 vorgesehene vorspringende Abschnitt 63 effektiv
zum Einsatz kommt, wird es unnötig,
den Bereich zur Bereitstellung des Vorwölbungsabschnitts im Halterungsteil 60 gesondert
zu gewährleisten.
Das heißt,
man erhält
ferner den Effekt, daß die
Bereitstellung des vorspringenden Abschnitts 63 im Halterungsteil 60 die
Verkleinerung des Halterungsteils 60 erreichen kann.
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Zuvor
wurde die Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese
Ausführungsform
beschränkt.
In der o. g. Ausführungsform
sind z. B. der Zufuhrweg 81 und Abfuhrweg 91 mit
derselben Position des Kühlwasserwegs 62 in
Umfangsrichtung verbunden. Natürlich
ist dies keine Einschränkung,
und der Zufuhrweg 81 und Abfuhrweg 91 können mit
unterschiedlichen Positionen des Kühlwasserwegs 62 in
Umfangsrichtung verbunden sein. Außerdem veranschaulicht die
o. g. Ausführungsform
die Konfiguration, in der sich der Zufuhrweg 81 und Abfuhrweg 91 in
Tangentialrichtung zum Kühlwasserweg 62 erstrecken.
Allerdings reicht es aus, wenn sich mindestens der Zufuhrweg 81 in
Tangentialrichtung zum Kühlwasserweg 62 erstreckt.
Für die
Richtung, in der sich der Abfuhrweg 91 erstreckt, gilt
keine spezielle Einschränkung.
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In
der o. g. Ausführungsform
ist z. B. ein Beispiel für
die Abgasreinigungsvorrichtung 10 aufgeführt, in
dem der Oxidationskatalysator 32 und NOx-Speicherkatalysator 33 als
Abgasreinigungskatalysatoren sowie das DPF 34 als Abgasreinigungsfilter
am Abgasrohr (Abgasweg) 12 von der Stromaufwärtsseite
zur Stromabwärtsseite
in folgender Reihenfolge angeordnet sind: Oxidationskatalysator 32, NOx-Speicherkatalysator 33 und DPF 34.
Allerdings sind die Anordnung und die Arten der Abgasreinigungskatalysatoren
und des Abgasreinigungsfilters nicht eingeschränkt. Beispielsweise können gemäß 8(a) der NOx-Speicherkatalysator 33,
Oxidationskatalysator 32 und das DPF 34 in dieser
Reihenfolge am Abgasrohr 12 dem Turbolader 27 nachgelagert
angeordnet sein. Alternativ können
z. B. gemäß 8(b) der NOx-Speicherkatalysator 33 und
das DPF 34 in dieser Reihenfolge am Abgasrohr 12 dem Turbolader 27 nachgelagert
angeordnet sein, ohne daß der
Oxidationskatalysator 32 vorgesehen ist. Als weitere Alternative
kann z. B. gemäß 8(c) eine Konfiguration vorliegen, in
der nur ein DPF 34A mit einer katalytischen Funktion vorgesehen
ist, ohne daß die
Abgasreinigungskatalysatoren vorgesehen sind. Das heißt, es kann
eine Konfiguration gegeben sein, in der nur das DPF 34 vorgesehen
ist, bei dem es sich um das Abgasreinigungsfilter handelt, das zugleich
als Abgasreinigungskatalysator wirkt. In jedem Fall kann die Erfindung
zur Anwendung kommen, solange eine Konfiguration erwogen ist, die
ein Einspritzventil zum Einspritzen eines Additivs, z. B. eines
Kraftstoffs, stromaufwärts
von einem Abgasreinigungskatalysator und einem Abgasreinigungsfilter hat.
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In
der o. g. Ausführungsform
ist der NOx-Speicherkatalysator zum Abbauen
(Reduzieren) von NOx mit Hilfe des Kraftstoffs
(Leichtöl)
als Reduktionsmittel als Abgasreinigungskatalysator zum Abbauen
(Reduzieren) von NOx veranschaulicht. Gleichwohl
ist dies keine Einschränkung,
und es kann z. B. die sogenannte SCR (selektive katalytische Reduktion)
zum Einsatz kommen, bei der NOx im Abgas
an einem Katalysator selektiv adsorbiert und Ammoniak oder Harnstoff
als Reduktionsmittel aus einem Einspritzventil eingespritzt wird,
um NOx abzubauen (zu reduzieren).
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Außerdem wird
in der o. g. Ausführungsform ein
Beispiel erläutert,
in dem das Reduktionsmittel als Additiv zugefügt wird. Indes ist das Additiv
nicht auf dasjenige beschränkt,
das für
eine Reduktionswirkung bestimmt ist, sondern das Additiv kann z.
B. ein Kraftstoff sein, der auf Erhöhung einer Temperatur durch
Verbrennung abzielt, solange das Additiv der Abgasanlage zugefügt wird.
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Daneben
ist in der o. g. Ausführungsform
ein Beispiel für
die Konfiguration der Einlaß-
und Auslaßanlage
mit dem Turbolader als Lader dargestellt. Allerdings ist dies keine
Einschränkung,
und der Lader braucht z. B. nicht immer vorgesehen zu sein. Weiterhin
kann eine sogenannte AGR-Vorrichtung vorgesehen sein, bei der es
sich um eine Rückführungsvorrichtung
für abgekühltes Abgas
mit einem Rückführungsweg
für abgekühltes Abgas
insgesamt durch einen Auslaßweg
und einen Einlaßweg
handelt.
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- 10
- Abgasreinigungsvorrichtung
- 11
- Motor
- 12
- Abgasrohr
(Abgasweg)
- 13
- Zylinderkopf
- 14
- Zylinderblock
- 15
- Zylinderbohrung
- 16
- Kolben
- 17
- Brennraum
- 18
- Pleuel
- 19
- Kurbelwelle
- 20
- Einlaßkanal
- 21
- Einlaßkrümmer
- 22
- Einlaßrohr
- 23
- Einlaßventil
- 24
- Auslaßkanal
- 25
- Auslaßkrümmer
- 26
- Auslaßventil
- 27
- Turbolader
- 31
- Kraftstoffeinspritzventil
- 32
- Oxidationskatalysator
- 33
- NOx-Speicherkatalysator
- 34
- DPF
- 40
- Abgastemperatursensor
- 41
- Sauerstoffkonzentrationssensor
- 50
- Einspritzventil
- 51
- Düse
- 52
- Vordere
Endfläche
- 60
- Halterungsteil
- 61
- Halterungsloch
- 62
- Kühlwasserweg
- 62a
- Verengter
Abschnitt
- 63
- Vorspringender
Abschnitt
- 63a
- Kantenteil
- 65
- Befestigungsloch
- 70
- Fixierteil
- 75
- Befestigungsteil
- 81
- Zufuhrweg
- 91
- Abfuhrweg
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Liste der aufgeführten Dokumente
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Patentliteratur
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- Patentdokument 1: JP-A-2005-214100
- Patentdokument 2: JP-A-2004-044483