DE102009054356A1

DE102009054356A1 - Mischvorrichtungen für Systeme für selektive katalytische Reduktion

Info

Publication number: DE102009054356A1
Application number: DE102009054356A
Authority: DE
Inventors: Charles E. Ypsilanti Solbrig; Chandrashekhar Joshi; Sherif H. El Troy Tahry; Venkata S. Kasa
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: CN101749085A; CN104775877B; DE102009054356B4; US9429058B2; CN104775877A; US20100132345A1

Abstract

Ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR) umfasst ein Abgasrohr zur Aufnahme eines Abgases von einem Motor. Eine Einheit für selektive katalytische Reduktion (SCR) ist stromabwärts des Abgasrohres vorgesehen. Ein erstes Mischelement, das einen Maschenkörper aufweist, definiert eine erste Fläche, eine zweite Fläche und eine Mehrzahl von sich von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche erstreckenden Öffnungen. Die erste Fläche und die zweite Fläche liegen parallel zueinander und definieren einen Winkel relativ zu einer Strömungsrichtung der Abgasströmung. Der Winkel ist kleiner als 90°.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme für selektive katalytische Reduktion (SCR) für Abgassysteme von Kraftfahrzeugen und insbesondere Mischvorrichtungen für die SCR-Systeme, um ein Reduktionsmittel (beispielsweise Harnstoff) und ein Abgas vor einem Erreichen eines SCR-Katalysators zu mischen.
HINTERGRUND
Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.
Systeme für selektive katalytische Reduktion (SCR) sind in Kraftfahrzeugen zur Reduktion von Stickoxiden (NO_x) verwendet worden. Das SCR-System umfasst eine SCR-Einheit (beispielsweise einen SCR-Katalysator), in dem ein SCR-Prozess stattfindet. Allgemein wird ein flüssiges Reduktionsmittel, wie Harnstoff, in den Abgasstrom stromaufwärts der SCR-Einheit eingespritzt. Die eingespritzte Harnstofflösung zerfällt durch thermische Zersetzung und Hydrolyse, um gasförmiges Ammoniak (NH₃) und Kohlendioxid (CO₂) zu bilden. Das gasförmige Ammoniak dient als das Reduktionsmittel, um mit Stickoxiden (NO_x) des Abgases in der SCR-Einheit zu reagieren, um Wasser (H₂O) und Stickstoff (N₂) zu bilden. Um eine optimale SCR-Leistungsfähigkeit zu erreichen, muss die Harnstofflösung vor Erreichen der SCR-Einheit in dem Abgasstrom richtig verdampft, gemischt und gleichförmig verteilt werden.
Nun Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist eine herkömmliche Mischvorrichtung 10 eines SCR-Systems allgemein in einem Abgasrohr 12 stromaufwärts der SCR-Einheit (nicht gezeigt) angebracht und besitzt eine Maschenstruktur, die eine Mehrzahl von Öffnungen 14 definiert. Die Mischvorrichtung 10 ist rechtwinklig zu dem Abgasrohr 12 angeordnet, so dass die Mehrzahl von Öffnungen 14 parallel zu einer allgemeinen Strömungsrichtung A des Abgases liegen. Laschen 15 erstrecken sich oftmals an dem stromabwärtigen Ende der Mischvorrichtung 10 unter verschiedenen Winkeln, um das Mischen zu steigern. Diese Laschen 15 tragen zu dem Druckverlust in dem SCR-System bei. Die Harnstofflösung wird stromaufwärts der Mischvorrichtung 10 in einer Richtung B unter einem Winkel relativ zu der allgemeinen Strömungsrichtung A des Abgases eingespritzt. Wenn die Harnstofflösung und das Abgas durch die Öffnungen 14 und an den Laschen 15 der Mischvorrichtung 10 vorbeiströmen, hilft die Mischvorrichtung 10, die Harnstofflösung zu verdampfen und die Harnstofflösung mit dem Abgas zu mischen.
Die Harnstofflösung kann durch die Öffnungen 14 und Laschen 15 ohne Kontakt mit der Mischvorrichtung 10 gelangen und auch auf die Rohrwand auftreffen bzw. aufprallen. Infolgedessen kann es sein, dass die Harnstofftröpfchen nicht richtig in kleinere Größen zur gleichförmigeren Verteilung in dem Abgasstrom aufgebrochen werden. Überdies kann die Mischvorrichtung 10 einen signifikanten Druckabfall über die Mischvor richtung 10 insbesondere bei hohen Durchflüssen bewirken und den Abgasstrom in dem Abgasrohr 12 beeinträchtigen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) umfasst ein Abgasrohr zur Aufnahme eines Abgases von einem Motor. Stromabwärts des Abgasrohres ist eine Einheit für selektive katalytische Reduktion (SCR) vorgesehen. Ein erstes Mischelement umfasst einen Maschenkörper, der eine erste Fläche, eine zweite Fläche und eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die sich von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche erstrecken. Die erste Fläche und die zweite Fläche liegen parallel zueinander und definieren einen Winkel relativ zu einer Strömungsrichtung des Abgases. Der Winkel ist kleiner als 90 Grad.
Bei anderen Merkmalen kann der Winkel zwischen 0 und 60 Grad liegen. Der Winkel kann 0 Grad sein und die erste Fläche und die zweite Fläche liegen parallel zu der Strömungsrichtung des Abgases, um einen Druckabfall zu verringern. Die Mischvorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann eine bessere Verdampfung und Verteilungsleistung erreichen, ohne einen signifikanten Druckabfall über die Mischvorrichtung zu bewirken.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise einzuschränken.
1 ist eine schematische Seitenansicht einer in einem Abgasrohr angebrachten Mischvorrichtung nach dem Stand der Technik;
2 ist eine teilweise Schnittansicht einer Mischvorrichtung nach dem Stand der Technik;
3 ist ein schematisches Schaubild eines Motorsystems, das eine Mischvorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendet;
4A ist eine vergrößerte Ansicht von Abschnitt A von 3;
4B ist eine Ansicht, die eine Mischvorrichtung in einer Position zeigt, die einen Winkel relativ zu einer Strömungsrichtung A des Abgases bildet;
5 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht einer Mischvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht einer Mischvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine Schnittansicht der Mischvorrichtung von 6;
8A ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht einer Mischvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
8B ist eine Schnittansicht einer Variante der dritten Ausführungsform;
8C ist eine andere Schnittansicht einer Variante der dritten Ausführungsform;
9 ist eine schematische Seitenansicht einer Mischvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
10A, 10B, 10C und 10D sind schematische Schaubilder von Mischvorrichtungen A, B, C bzw. D, die deren Anordnung relativ zu dem Abgasrohr zeigen;
11 zeigt Diagramme, die einen Dampfanteil einer Harnstofflösung entlang axialer Orte einer Mischzone des Abgasrohres darstellen;
12 zeigt Diagramme, die einen Dampf + Flüssigkeit-Gleichförmigkeitsindex einer Harnstofflösung entlang axialer Orte (X) einer Mischzone eines Abgasrohres darstellen; und
13 zeigt Diagramme, die einen Druckabfall über die Mischvorrichtungen A, B, C und D darstellen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, Anwendung bzw. den vorliegenden Gebrauch zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in allen Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Eine Mischvorrichtung für ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR) ist in einem Abgasrohr und stromaufwärts einer SCR-Einheit zum Mischen einer Harnstofflösung und eines Abgases vorgesehen. Die Mischvorrichtung kann einen Maschenkörper und eine Mehrzahl von Laschen aufweisen, die sich von dem Maschenkörper auswärts erstrecken. Der Maschenkörper umfasst eine erste Fläche und eine zweite Fläche und eine Mehrzahl von Öffnungen, die sich von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche erstrecken. Die erste Fläche und die zweite Fläche sind parallel zueinander und definieren einen Winkel relativ zu einer Wand des Abgasrohres. Der Winkel ist kleiner als 90 Grad. Der Winkel kann 0 Grad sein, um einen Druckabfall zu verringern. Die Mischvorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann eine bessere Verdampfung und Verteilungsleistung erreichen, ohne einen signifikanten Druckabfall über die Mischvorrichtung zu bewirken.
Bezug nehmend auf 3 umfasst ein Motorsystem 20 einen Verbrennungsmotor 22 und ein System 24 für selektive katalytische Reduktion (SCR) zur Aufnahme und zum Behandeln eines Abgases, das in dem Motor 22 während des Verbrennungsprozesses erzeugt wird. Das SCR-System 24 umfasst ein Abgasrohr 26, das mit einem Abgaskrümmer 28 in Verbindung steht, eine SCR-Einheit 30, die stromabwärts des Abgasrohres 26 angeordnet ist, einen Auspuff 32, der stromabwärts der SCR-Einheit 30 angeordnet ist, um behandeltes Abgas in die Atmosphäre freizusetzen, und ein Dosiersystem 34. Das Motorsystem 20 kann optional einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 27 und/oder einen Dieselpartikelfilter (DPF) 29 stromabwärts des Abgaskrümmers 28 aufweisen. Das Dosiersystem 34 speichert eine für einen SCR-Prozess erforderliche Harnstofflösung. Eine Einspritzdüse 36, die mit dem Dosiersystem 34 in Verbindung steht, ist an dem Abgasrohr 26 zum Einspritzen der Harnstofflösung in den Abgasstrom zu einem geeigneten Zeitpunkt vorgesehen. Eine Mischvorrichtung 38 ist in dem Abgasrohr 26 benachbart der Einspritzdüse 36 zum Verdampfen der wässrigen Harnstofflösung und zum Mischen des verdampften Harnstoffes mit dem Abgas angeordnet. Zwischen der Einspritzdüse 36 und einem Einlass 39 der SCR-Einheit 30 ist eine Mischzone definiert.
Wenn die SCR-Einheit 30 eine vorbestimmte Temperatur erreicht, wobei bei dieser Temperatur der Katalysator an der SCR-Einheit 30 aktiv wird, spritzt die Einspritzdüse 36 eine wässrige Harnstofflösung in das Abgasrohr 26 ein. Die Wärme des Abgasstromes erwärmt und verdampft die wässrige Harnstofflösung, so dass die wässrige Lösung in Ammoniak (NH₃) und Isocyansäure (HNCO) zersetzt wird. Der Ammoniak und die Isocyansäure werden dann mit dem Abgas in dem Abgasrohr 26 gemischt. Mit der Mischvorrichtung 38 wird die Harnstofflösung verdampft, gemischt und in dem Abgasstrom verteilt. Die Mischung aus Ammoniak, Isocyansäure und dem Abgas strömt dann zu der SCR-Einheit 30, an der ein SCR-Prozess stattfindet. Durch den SCR-Prozess können die Stickoxide (NO_x) von dem Abgas entfernt werden. Das behandelte Abgas wird dann durch den Auspuff 32 an die Atmosphäre freigesetzt.
Bezug nehmend auf die 4A, 4B und 5 umfasst die Mischvorrichtung 38 einen Maschenkörper 40, der eine Y-Richtung definiert Die Y-Richtung ist parallel zu der Dickenrichtung des Maschenkörpers 40 und ist im Wesentlichen rechtwinklig zu der Zentralachse (oder Längsachse) X des Abgasrohres 26. Der Maschenkörper 40 besitzt eine plattenartige Konfiguration und umfasst eine erste Fläche 44 und eine zweite Fläche 46. Die erste Fläche 44 und die zweite Fläche 46 sind parallel. Wie in 4B gezeigt ist, kann der Maschenkörper 40 (und daher die erste und zweite Fläche 44 und 46) einen Winkel ⌀ relativ zu der allgemeinen Strömungsrichtung A bilden. Der Winkel ⌀ ist kleiner als 90 Grad. Der Winkel kann zwischen 0 und 60 Grad liegen. Bei einer Ausführung kann der Winkel ⌀ kleiner als 10° sein, um einen Druckabfall zu reduzieren. Bei anderen Ausführungen kann der Winkel ⌀ größer als 10°, jedoch kleiner als 90° abhängig von dem Aufbau der Mischvorrichtung 38 sein.
Die allgemeine Strömungsrichtung A des Abgases ist die Bewegungsrichtung eines Abgasmassenstromes, der sich von einem ersten Punkt zu einem zweiten Punkt bewegt. Die allgemeine Strömungsrichtung A des Abgases ist parallel zu der Zentralachse X des Abgasrohres, durch das das Abgas strömt. Wenn das Abgasrohr 26 eine gebogene oder gekrümmte Konfiguration besitzt, kann sich die allgemeine Strömungsrichtung A mit den gebogenen oder gekrümmten Abschnitten des Abgasrohres andern. Dennoch ist die allgemeine Strömungsrichtung A des Abgases immer noch parallel zu der Zentralachse X des gebogenen oder gekrümmten Abgasrohres.
Die Mehrzahl von Öffnungen 48 erstreckt sich von der ersten Fläche 44 (der oberen Fläche) zu der zweiten Fläche 46 (der unteren Fläche) entlang der Y-Richtung. Zwischen benachbarten Öffnungen 48 ist eine Mehrzahl von Stegen 49 ausgebildet. Die erste Fläche 44 ist benachbart der Einspritzdüse 36 vorgesehen, so dass, wenn die Harnstofflösung eingespritzt wird, die Harnstofflösung auf die erste Fläche 44 ”aufprallen” und durch die Öffnungen 48 zu der zweiten Fläche 46 strömen kann. Die erste Fläche 44 dient als eine Aufprallfläche. Die Öffnungen 48 sind derart ausgebildet, um zu ermöglichen, dass eine vorbestimmte Menge an Reduktionsmittel zur besseren Verteilung unter den Maschenkörper 40 strömt. Die Harnstofflösung kann in Richtung der Mischvorrichtung 38 in einer Richtung B unter einem Winkel θ relativ zu der allgemeinen Strömungsrichtung A eingespritzt werden, so dass eine Aufprallkraft auf die Mischvorrichtung 38 aufgebracht werden kann. Die Aufprallkraft hilft, die Harnstofflösung in kleinere Tröpfchen aufzubrechen. Die Tröpfchen können weiter zu der Mischvorrichtung 38 fortgelangen und können mit dem Abgas durch die Mischvorrichtung 38 verdampft und gemischt werden.
Wie in 4A gezeigt ist, kann der Maschenkörper 40 abhängig von dem Aufbau der Mischvorrichtung 38 näher oder weg von der Einspritzeinrichtung 36 entlang der Y-Richtung bewegt werden, wie in gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Ort (d. h. der Y-Ort) des Maschenkörpers 40 relativ zu der oberen Wand oder zu der unteren Wand des Abgasrohres 26 kann ein Mischen und Verteilen des Harnstoffes in dem Abgas beeinflussen. Allgemein gesagt kann, wenn der Maschenkörper 40 zu nahe an der Einspritzeinrichtung 36 ist, der Maschenkörper 40 einen Schichtungseffekt auf den Harnstoff besitzen, was zur Folge hat, dass Harnstoff an der oberen Wand des Abgasrohres 26 bleibt. Abhängig von der Größe der Öffnungen 48 und Laschen 52 (in 6 gezeigt) kann das Bewegen des Maschenkörpers 40 näher zu der Einspritzeinrichtung eine Verdampfung, Mischung und eine Verteilung des Harnstoffes in einigen Situationen verbessern, die später beschrieben sind. Nur beispielhaft kann, wenn der Maschenkörper 40 größere Öffnungen 48 und kleinere Stege 49 besitzt, der Maschenkörper 40 näher zu der Einspritzeinrichtung 36 entlang der Y-Richtung bewegt werden, da der Harnstoff leicht zu dem unteren Bereich des Maschenkörpers 40 strömen kann.
Die Öffnungen 48 können Formen besitzen, die von der in 5 gezeigten quadratischen Form abweichen. Nur beispielhaft können die Öffnungen 48 eine kreisförmige oder sechseckige Form besitzen. Ferner können die Form und die Größe der Öffnungen 48 in demselben Maschenkörper 40 variieren und die Dicke der Stege 49 kann verschieden sein. Der Maschenkörper 40 sollte eine kleine Dicke besitzen, um den Druckabfall zu verringern. Je dünner der Maschenkörper 40, umso geringer ist der Druckabfall.
Die Mischvorrichtung 38 wird aufgrund der geringeren Wärmeübertragung durch das Abgas auf eine höhere Temperatur erwärmt, als das Abgasrohr 26, um eine Verdampfung der Harnstofflösung weiter zu verbessern.
Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, ist eine Mischvorrichtung 50 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ähnlich zu der Mischvorrichtung 38 der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme, dass die Mischvorrichtung 50 eine Mehrzahl von Laschen 52 aufweist, die sich von der ersten Fläche 44 auswärts unter einem Winkel relativ zu der ersten Fläche 44 erstrecken. Die Laschen 52 können entlang der Öffnun gen 48 gleichmäßig beabstandet sein. Die Laschen 52 können durch Stanzen der Öffnungen 48 in einer Platte, die den Maschenkörper 40 bildet, und durch Biegen des gestanzten Materials aus den Öffnungen 48 heraus geformt werden. Die Platte kann ein Blech sein. Der Winkel der Laschen 52 relativ zu dem Maschenkörper 40 kann variieren.
Die Laschen 52 erhöhen die Gesamtkontaktfläche der Mischvorrichtung 50, so dass die Harnstofflösung durch Aufprall des Harnstoffs auf die Laschen 52 leichter in kleinere Tröpfchen aufgebrochen werden kann. Die Harnstofflösung kann in einer Richtung rechtwinklig zu den Laschen 52 eingespritzt werden, so dass die Harnstofflösung direkt auf die Laschen 52 ”aufprallen” kann. Da die Laschen 52 in den Abgasstrom unter einem Winkel relativ zu der allgemeinen Strömungsrichtung A des Abgases vorragen, kann eine turbulente Strömung benachbart der Laschen 52 erzeugt werden, um eine Verdampfung und Verteilung der Harnstofftröpfchen in dem Abgas weiter zu verbessern. Überdies bewirken, da die Laschen 52 sich auswärts von dem Maschenkörper 40 erstrecken und in Richtung der allgemeinen Strömungsrichtung eine kleine Länge besitzen, die Laschen 52 keinen zu großen Druckabfall, während die Mischleistungsfähigkeit verbessert ist.
Wie in 8A gezeigt ist, ist eine Mischvorrichtung 60 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ähnlich der Mischvorrichtung 50 der zweiten Ausführungsform, wobei sie nur in der Anordnung der Laschen 52 differiert. Die Laschen 52 der Mischvorrichtung 60 sind abwechselnd an jeder zweiten Öffnung 48 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind weniger Laschen 52 als Öffnungen 48 vorhanden. Die Mischvorrichtung 50 kann näher zu der Einspritzeinrichtung 36 entlang der Y-Richtung für ein optimales Mischen, Verdampfen und für eine optimale Verteilung des Harnstoffes bewegt werden.
Bezug nehmend auf die 8B und 8C ist eine Mischvorrichtung gemäß einer Variante einer dritten Ausführungsform ähnlich der Mischvorrichtung 60 von 8A, wobei sie nur in der Anordnung von Laschen differiert. Diese Variante der Mischvorrichtung besitzt eine perspektivische Draufsicht ähnlich zu 8A. Daher wird diese 8A der Deutlichkeit halber für diese Variante verwendet. 8B zeigt einen Querschnitt entlang der Linie B-B von 8A. 8C zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C von 8A. Bei dieser Variante ist eine Mehrzahl von Laschen 52 an sowohl der ersten Fläche 44 als auch der zweiten Fläche 46 vorgesehen, um die Kontaktfläche der Mischvorrichtung 60 weiter zu steigern und auch zu ermöglichen, dass mehr Flüssigkeit unter den Maschenkörper 40 gelangt. Diese Variante umfasst eine Mehrzahl von oberen Laschen, die sich von der ersten (oberen) Fläche 44 aufwärts erstrecken, und eine Mehrzahl von unteren Laschen, die sich von der zweiten (unteren) Fläche 46 abwärts erstrecken. Die oberen Laschen und die unteren Laschen erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen von dem Maschenkörper 40. Die unteren Laschen können so angeordnet sein, dass sie zu benachbarten der oberen Laschen weisen, um Sprühnebel abzufangen, der durch den Maschenkörper 40 gelangt.
Bezug nehmend auf 9 kann eine Mischvorrichtung 70 ein erstes Mischelement 72 und ein zweites Mischelement 74 aufweisen. Das zweite Mischelement 74 ist von dem ersten Mischelement 72 um eine Distanz entlang der Dickenrichtung Y beabstandet. Die Dickenrichtung Y ist im Wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse X des Abgasrohres 26. Das erste Mischelement 72 und das zweite Mischelement 74 können einen Aufbau ähnlich denjenigen besitzen, die in Verbindung mit den 5 bis 8 beschrieben sind. Während es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, kann die Mischvorrichtung 70 drei oder mehr Mischelemente besitzen.
Genauer definieren das erste Mischelement 72 und das zweite Mischelement 74 jeweils eine erste Fläche, eine zweite Fläche und eine Mehrzahl von sich dazwischen erstreckenden Öffnungen. Die ersten Flächen und die zweiten Flächen des ersten und des zweiten Mischelementes 72 und 74 sind parallel und erstrecken sich in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der allgemeinen Strömungsrichtung A des Abgasrohres. Das erste Mischelement 72 und das zweite Mischelement 74 können denselben oder einen unterschiedlichen Aufbau besitzen. Das erste Mischelement 72 kann eine Mehrzahl erster Öffnungen 76 aufweisen, und das zweite Mischelement 74 kann eine Mehrzahl zweiter Öffnungen 78 aufweisen. Die ersten Öffnungen 76 und die zweiten Öffnungen 78 können dieselbe oder unterschiedliche Abmessungen besitzen und können ausgerichtet oder versetzt angeordnet sein.
Die 10A, 10B, 10C und 10D zeigen Mischvorrichtungen A, B, C und D, deren erwartete Leistung in den 11, 12 und 13 verglichen wird. 10A zeigt eine Mischvorrichtung A, die eine Mischvorrichtung 10 nach dem Stand der Technik der 1 und 2 aufweist. 10B zeigt eine Mischvorrichtung B, die zwei Mischvorrichtungen 10 nach dem Stand der Technik der 1 und 2 aufweist, wobei die Mischvorrichtungen 10 entlang der Langsachse X des Abgasrohres 26 beabstandet sind und eine der Mischvorrichtungen 10 benachbart dem Einlass 39 der SCR-Einheit 30 vorgesehen ist. Die Distanz zwischen den beiden Mischvorrichtungen 10 kann dadurch eingestellt werden, dass die Mischvorrichtung 10 benachbart der SCR-Einheit 30 entlang der Langsachse X bewegt wird. 10C zeigt eine Mischvorrichtung C, die eine Mischvorrichtung 60 gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, wie in 8 gezeigt ist. 10D zeigt eine Mischvorrichtung D, die eine erste Mischvorrichtung 60 gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie in 8A gezeigt ist, und eine zweite Mischvorrichtung 10 der 1 und 2 aufweist. Die Distanz zwischen der ersten Mischvorrichtung 60 und der zweiten Mischvorrichtung 10 kann dadurch eingestellt werden, dass die zweite Mischvorrichtung 10 entlang der Langsachse X bewegt wird. Es sei angemerkt, dass die erste Mischvorrichtung in den 10C und 10D eine beliebige, in den 5 bis 8A beschriebene Mischvorrichtung mit und ohne Laschen 52 sein kann.
Die 11, 12 und 13 sind Diagramme, die eine erwartete Leistungsfähigkeit von Mischvorrichtungen A, B, C, D in Bezug auf Verdampfung, Mischen und Druckabfall darstellen. Der Durchfluss des Abgases in den 11 und 12 beträgt 880 kg/h. Dies ist lediglich ein Beispiel, das die Vorteile der Mischvorrichtungen der vorliegenden Offenbarung zeigt. Das Abgas kann einen Durchfluss besitzen, der sich von 800 kg/h unterscheidet, um die ähnlichen Ergebnisse zu erreichen. Die Abszisse (X-Koordinate) repräsentiert den axialen Ort der Mischzone. Ort 1 gibt den Start der Mischzone an, der sich benachbart der Einspritzdüse befindet. Ort 5 gibt das Ende der Mischzone an (den Einlass 39 der SCR-Einheit 30).
11 zeigt, dass die Mischvorrichtungen C und D, die eine Mischvorrichtung 60 der vorliegenden Offenbarung verwenden, einen höheren Dampfanteil an Ort 5 (d. h. dem Einlass 39 der SCR-Einheit 30) erreichen. Mit anderen Worten wird die Harnstofflösung durch die Mischvorrichtungen C und D vor Eintritt in die SCR-Einheit 30 für den SCR-Prozess besser verdampft. Ferner kann unter Verwendung der Mischvorrichtungen C und D ein höherer Dampfanteil an Ort 2 erreicht werden, sobald die Harnstofflösung die Mischvorrichtungen 60 gemäß der vorliegenden Offenbarung passiert. Daher können die Mischvorrichtungen C und D, die eine Mischvorrichtung 60 der vorliegenden Offenbarung verwenden, schneller einen höheren Dampfanteil ohne eine lange Mischzone erreichen. Dies ist insbe sondere für ein SCR-System mit einem kleinen Abgasrohr und einer kleinen Mischzone nützlich.
12 zeigt den Dampf-Flüssigkeit-Gleichförmigkeitsindex oder auch Dampf-Flüssigkeit-Uniformity-Index entlang der axialen Orte des Abgasrohres 26. Der Dampf-Flüssigkeit-Gleichförmigkeitsindex repräsentiert die Harnstoffverteilung in dem Abgas. Je höher der Index ist, umso besser ist die Harnstoffverteilung in dem Abgas. Die Mischvorrichtungen C und D sind mit einem höheren Index an Ort 2 (d. h. dem Auslass der Mischvorrichtung 60) gezeigt. Daher können die Mischvorrichtungen C und D die Harnstofflösung schneller mit dem Abgas mischen.
13 zeigt Diagramme, die den Druckabfall darstellen, der durch die Mischvorrichtungen A, B, C und D bei unterschiedlichem Abgasdurchfluss bewirkt wird. Die Mischvorrichtungen C und D, die die Mischvorrichtung 60 der vorliegenden Offenbarung verwenden, können bei allen Abgasdurchflüssen dazu tendieren, einen geringeren Druckabfall zu bewirken, als die Mischvorrichtungen A und B nach dem Stand der Technik.
Der Fachmann kann nun aus der vorhergehenden Beschreibung erkennen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung in einer Mehrzahl von Formen implementiert werden können. Daher sei, während diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so beschränkt, da andere Abwandlungen dem Fachmann bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

System für selektive katalytische Reduktion (SCR), umfassend: ein Abgasrohr zur Aufnahme eines Abgases von einem Motor; eine Einheit für selektive katalytische Reduktion (SCR), die stromabwärts des Abgasrohres vorgesehen ist; und ein erstes Mischelement, das einen Maschenkörper aufweist, der eine erste Fläche, eine zweite Fläche und eine Mehrzahl von sich von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche erstreckenden Öffnungen aufweist, wobei die erste Fläche und die zweite Fläche parallel zueinander sind und einen Winkel relativ zu einer Strömungsrichtung des Abgases definieren, wobei der Winkel kleiner als 90 Grad ist.
SCR-System nach Anspruch 1, wobei der Winkel zwischen 0 und 60 Grad liegt, und/oder wobei die erste Fläche und die zweite Fläche parallel zu der Strömungsrichtung des Abgases sind, und/oder wobei der Maschenkörper eine plattenartige Konfiguration besitzt, und/oder wobei die Mehrzahl von Öffnungen rechtwinklig zu der ersten Fläche und der zweiten Fläche des Maschenkörpers liegen.
SCR-System nach Anspruch 1, wobei das erste Mischelement ferner eine Mehrzahl von Laschen umfasst, die sich von der ersten Fläche oder der zweiten Fläche nach außen erstrecken, wobei bevorzugt die Mehrzahl von Laschen gleichmäßig an der ersten Fläche oder der zweiten Fläche beabstandet sind, und/oder die Mehrzahl von Laschen abwechselnd entlang der Mehrzahl von Öffnungen angeordnet sind, und/oder die Mehrzahl von Laschen eine Mehrzahl oberer Laschen, die sich von der ersten Fläche aufwärts erstrecken, und eine Mehrzahl unterer Laschen aufweisen, die sich von der zweiten Fläche abwärts erstrecken, wobei sich die oberen Laschen und die unteren Laschen in entgegengesetzten Richtungen erstrecken.
SCR-System nach Anspruch 1, ferner mit einem zweiten Mischelement, das in dem Abgasrohr angeordnet und von dem ersten Mischelement beabstandet ist, wobei das zweite Mischelement einen Maschenkörper aufweist, und wobei der Maschenkörper eine erste Fläche, eine zweite Fläche und eine Mehrzahl sich zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche erstreckender Öffnungen definiert.
SCR-System nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von Öffnungen des zweiten Mischelementes parallel zu der Mehrzahl Öffnungen des ersten Mischelementes liegen.
SCR-System nach Anspruch 5, wobei das zweite Mischelement von dem ersten Mischelement entlang einer Dickenrichtung des ersten Mischelements beabstandet ist.
SCR-System nach Anspruch 4, wobei das zweite Mischelement stromabwärts des ersten Mischelementes vorgesehen ist, wobei bevorzugt die Mehrzahl von Öffnungen des zweiten Mischelementes sich in einer Richtung parallel zu der Strömungsrichtung erstrecken.
SCR-System nach Anspruch 1, wobei eine Distanz zwischen dem ersten Maschenkörper und einer Wand des Abgasrohres abhängig von einem Aufbau der Mischvorrichtung variiert.
Mischvorrichtung, die in einem Abgasrohr stromaufwärts eines Systems für selektive katalytische Reduktion (SCR) vorgesehen ist, umfassend: einen ersten Maschenkörper, der eine erste Fläche, eine zweite Fläche und eine Mehrzahl von sich von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche erstreckenden Öffnungen definiert, wobei die erste Fläche und die zweite Fläche parallel sind und einen Winkel relativ zu einer Strömungsrichtung eines Abgases definieren, wobei der Winkel kleiner als 90 Grad ist; und eine Mehrzahl von Laschen, die sich von der ersten Fläche und/oder der zweiten Fläche nach außen erstrecken.
Mischvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl von Laschen gleichmäßig an dem Maschenkörper beabstandet sind, und/oder ferner mit einem zweiten Maschenkörper, der von dem ersten Maschenkörper beabstandet ist, wobei der zweite Maschenkörper eine erste Fläche, eine zweite Fläche und eine Mehrzahl von sich zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche erstreckenden Öffnungen definiert, wobei bevorzugt die Mehrzahl von Öffnungen des ersten Maschenkörpers und die Mehrzahl von Öffnungen des zweiten Maschenkörpers parallel sind, und/oder der zweite Maschenkörper stromabwärts des ersten Maschenkörpers vorgesehen ist und sich die Mehrzahl der Öffnungen des zweiten Maschenkörpers entlang einer Richtung parallel zu der Strömungsrichtung erstrecken.