DE102014009731A1 - Reducing agent treatment system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) einer Abgasreinigungsanlage, umfassend eine Mischkammer (4), in welche das Reduktionsmittel mittels einer Dosiervorrichtung (17) eingesprüht werden kann und in welcher eine Vermischung von eingesprühtem Reduktionsmittel mit der Mischkammer (4) zugeführtem Abgas erfolgt, einen an die Mischkammer (4) angesetzten Rohrstutzen (3), über welchen Abgas der Mischkammer (4) zugeführt werden kann und ein aus der Mischkammer (4) heraus führendes kreiszylindrisches Mischrohr (7), über welches der Mischkammer (4) zugeführtes und mit dem Reduktionsmittel vermischtes Abgas aus der Mischkammer (4) ausgetragen wird. Die Mischkammer (4) weist eine annähernd rotationssymmetrische Form mit einem im Vergleich zu einer in Richtung der Mittellängsachse (2) gesehenen größten Mischkammertiefe (T) größeren Mischkammerdurchmesser (D) auf. Der Rohrstutzen (3) ist wenigstens annähernd tangential derart an der Mischkammer (4) angesetzt, dass Abgas nach dem Eintritt in die Mischkammer (4) in der Mischkammer (4) eine um die Rotationsachse herum rotierende Strömung ausbildet und unter Beibehaltung einer rotierenden Strömung in das Mischrohr (7) eintritt und die Mischkammer vollständig durch das Mischrohr (7) verlässt. Die die Dosiervorrichtung (17) kann das Reduktionsmittel mit einem kegelförmigen Sprühstrahl (18) derart in die Mischkammer (4) einsprühen, dass es wenigstens annähernd vollständig in ein offenes Ende (10) des Mischrohrs (7) eintritt und von der rotierenden Strömung des Abgases mitgerissen wird.The invention relates to a reducing agent treatment system (1) of an exhaust gas purification system, comprising a mixing chamber (4) into which the reducing agent can be sprayed by means of a metering device (17) and in which a mixing of sprayed reducing agent with the mixing chamber (4) is supplied to the mixing chamber (4) attached pipe socket (3), via which exhaust gas of the mixing chamber (4) can be fed and from the mixing chamber (4) leading out circular cylindrical mixing tube (7), via which the mixing chamber (4) supplied and with the Reductant mixed exhaust gas is discharged from the mixing chamber (4). The mixing chamber (4) has an approximately rotationally symmetrical shape with a larger mixing chamber diameter (D) compared with a largest mixing chamber depth (T) seen in the direction of the central longitudinal axis (2). The pipe socket (3) is attached at least approximately tangentially to the mixing chamber (4) in such a way that exhaust gas after entering the mixing chamber (4) in the mixing chamber (4) forms a flow rotating around the rotation axis and maintaining a rotating flow in the mixing tube (7) enters and leaves the mixing chamber completely through the mixing tube (7). The metering device (17) can inject the reducing agent into the mixing chamber (4) with a cone-shaped spray jet (18) in such a way that it enters at least approximately completely into an open end (10) of the mixing tube (7) and the rotating flow of the exhaust gas being carried away.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem einer Abgasreinigungsanlage einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zur Aufbereitung von Abgas der Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zugeführtem Reduktionsmittel.The invention relates to a reducing agent treatment system of an exhaust gas purification system of a motor vehicle internal combustion engine for the treatment of exhaust gas of the motor vehicle internal combustion engine supplied reducing agent.

Zur Entfernung von Stickoxiden aus Abgas von insbesondere mager betriebenen Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen durch selektive katalytische Reduktion an einem so genannten SCR-Katalysator ist es gebräuchlich, wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel dem Abgas zuzugeben. Durch Thermolyse und/oder Hydrolyse wird im heißen Abgas aus dem Harnstoff Ammoniak freigesetzt, welcher als eigentliches Reduktionsmittel für die Stickoxide wirkt und an den katalytischen Zentren des SCR-Katalysators Stickoxide selektiv zu Stickstoff reduziert. Dabei besteht eine Schwierigkeit darin, die Harnstofflösung möglichst gleichmäßig im Abgas zu verteilen und dabei Ablagerungen zu vermeiden. Hierzu wurde bereits vorgeschlagen, dem Abgas vor der Zugabe der Harnstofflösung eine rotierende Strömung aufzuprägen. Beispielsweise ist aus der US 2013/0064725 A1 ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem einer Abgasreinigungsanlage bekannt, bei welchem Abgas aus einem Abgasrohr einem senkrecht zu diesem ausgerichteten Mischrohr zugeführt wird, wobei das Abgas in seiner Hauptströmungsrichtung umgelenkt wird und ihm eine Rotationsströmung aufgeprägt wird. In die Rotationsströmung wird mittels einer endseitig am Mischrohr angeordneten Dosiervorrichtung Harnstofflösung eingesprüht.To remove nitrogen oxides from exhaust gas of particularly lean-burned motor vehicle internal combustion engines by selective catalytic reduction of a so-called SCR catalyst, it is customary to add aqueous urea solution as a reducing agent to the exhaust gas. By thermolysis and / or hydrolysis, ammonia is released from the urea in the hot exhaust gas, which acts as the actual reducing agent for the nitrogen oxides and selectively reduces nitrogen oxides to nitrogen at the catalytic centers of the SCR catalyst. There is a difficulty in distributing the urea solution as evenly as possible in the exhaust gas while avoiding deposits. For this purpose, it has already been proposed to impart a rotating flow to the exhaust gas before the addition of the urea solution. For example, is from the US 2013/0064725 A1 a reducing agent treatment system of an exhaust gas purification system is known in which exhaust gas from an exhaust pipe is fed to a vertically aligned to this mixing tube, wherein the exhaust gas is deflected in its main flow direction and it is impressed on a rotational flow. In the rotary flow urea solution is sprayed by means of a metering device arranged at the end of the mixing tube.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem zur Aufbereitung von Abgas der Brennkraftmaschine zugeführtem Reduktionsmittel anzugeben, bei welcher die Aufbereitung des Reduktionsmittels weiter verbessert ist.It is an object of the invention to provide a reducing agent treatment system for the treatment of exhaust gas supplied to the internal combustion engine reducing agent, in which the preparation of the reducing agent is further improved.

Diese Aufgabe wird durch ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a reducing agent treatment system having the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Reduktionsmittelaufbereitungssystem weist eine Mischkammer auf, in welche das Reduktionsmittel mittels einer Dosiervorrichtung eingesprüht werden kann und in welcher eine Vermischung von eingesprühtem Reduktionsmittel mit der Mischkammer zugeführtem Abgas erfolgt. Weiter ist ein an die Mischkammer angesetzter Rohrstutzen vorgesehen, über welchen Abgas der Mischkammer zugeführt werden kann, sowie ein aus der Mischkammer heraus führendes kreiszylindrisches Mischrohr, über welches der Mischkammer zugeführtes und mit dem Reduktionsmittel vermischtes Abgas aus der Mischkammer ausgetragen wird. Dabei weist die Mischkammer eine annähernd rotationssymmetrische Form mit einer in Bezug auf eine Mittellängsachse des Mischrohrs kollinearen Rotationsachse und im Vergleich zu einer in Richtung der Mittellängsachse gesehenen größten Mischkammertiefe einen größeren Mischkammerdurchmesser auf und der Rohrstutzen ist wenigstens annähernd tangential derart an der Mischkammer angesetzt, dass Abgas nach dem Eintritt in die Mischkammer in der Mischkammer eine um die Rotationsachse herum rotierende Strömung ausbildet und unter Beibehaltung einer rotierenden Strömung in das Mischrohr eintritt und die Mischkammer vollständig durch das Mischrohr verlässt. Die Dosiervorrichtung kann das Reduktionsmittel mit einem kegelförmigen Sprühstrahl derart in die Mischkammer einsprühen, dass es wenigstens annähernd vollständig in ein offenes Ende des Mischrohrs eintritt und von der rotierenden Strömung des Abgases mitgerissen wird. Eine Injektorspitze der Dosiervorrichtung liegt vorzugsweise auf der Rotationsachse, wodurch sich ein in Bezug auf die Rotationsachse annähernd rotationssymmetrisches Sprühbild des abgesprühten Reduktionsmittels ergibt. Das erfindungsgemäße Reduktionsmittelaufbereitungssystem ist insbesondere zur Aufbereitung von wässriger Harnstofflösung als Reduktionsmittel geeignet.The reducing agent treatment system according to the invention has a mixing chamber into which the reducing agent can be sprayed by means of a metering device and in which a mixing of sprayed reducing agent with the mixing chamber supplied exhaust gas takes place. Furthermore, a pipe socket attached to the mixing chamber is provided, via which exhaust gas the mixing chamber can be fed, and a circular-cylindrical mixing pipe leading out of the mixing chamber, via which the exhaust gas fed to the mixing chamber and mixed with the reducing agent is discharged from the mixing chamber. In this case, the mixing chamber has an approximately rotationally symmetrical shape with a collinear with respect to a central longitudinal axis of the mixing tube axis of rotation and compared to a seen in the direction of the central longitudinal axis largest mixing chamber depth a larger mixing chamber diameter and the pipe socket is at least approximately tangentially attached to the mixing chamber that exhaust gas after entering the mixing chamber in the mixing chamber forms a rotating about the axis of rotation around flow and enters the mixing tube while maintaining a rotating flow and leaves the mixing chamber completely through the mixing tube. The metering device can spray the reducing agent with a conical spray jet into the mixing chamber in such a way that it at least approximately completely enters an open end of the mixing tube and is entrained by the rotating flow of the exhaust gas. An injector tip of the metering device preferably lies on the axis of rotation, resulting in an approximately rotationally symmetrical spray pattern of the sprayed reducing agent with respect to the axis of rotation. The reducing agent treatment system according to the invention is particularly suitable for the treatment of aqueous urea solution as a reducing agent.

Beibehaltung einer rotierenden Strömung bedeutet hier nicht zwingend, dass ein ursprünglich in der Mischkammer vorhandener Drall in Bezug auf Stärke und Richtung der Strömungsgeschwindigkeit beibehalten wird, sondern dass eine beim Einströmen in die Mischkammer dem Abgas aufgrund des tangentialen Einlaufs aufgeprägte, um die Rotationsachse herum verlaufende Rotationsströmung insoweit auch im Mischrohr fortgesetzt ist, als hier die Gasströmung einen mittleren Drehimpulsvektor aufweist, der auch eine in Achsrichtung ausgerichtete Komponente aufweist. Insgesamt sind infolge der erfindungsgemäßen Ausführung des Reduktionsmittelaufbereitungssystem Rezirkulationen von Abgas und Strömungstotzonen und damit Kondensationen und Ablagerungen weitestgehend vermeidbar.Retention of a rotating flow here does not necessarily mean that a swirl originally present in the mixing chamber is maintained with respect to the strength and direction of the flow velocity, but that a rotational flow impressed on the exhaust gas as it flows into the mixing chamber due to the tangential inlet runs around the rotation axis so far continued in the mixing tube, as here the gas flow has a mean angular momentum vector, which also has a aligned in the axial direction component. Overall, as a result of the inventive design of the reducing agent treatment system recirculation of exhaust gas and Strömungstotzonen and thus condensations and deposits are largely avoidable.

Der Mischkammer zugeführtes Abgas wird zusammen mit dem zudosierten Reduktionsmittel vollständig über das Mischrohr einem nachgeschalteten, insbesondere als SCR-Katalysator ausgebildeten Stickoxid-Reduktionskatalysator zugeführt. Dadurch wird das von der Dosiervorrichtung unter Druck abgesprühte Reduktionsmittel zusätzlich in Achsrichtung beschleunigt. Dabei gewährleistet der entsprechend spitzwinklig kegelförmig ausgebildete Sprühstrahl, dass Reduktionsmittel wenigstens annähernd ausschließlich in das Mischrohr gelangt und somit praktisch nicht die Innenseite der Mischkammer benetzten und dann dort Ablagerungen ausbilden kann. Bei Verwendung von Harnstofflösung als Reduktionsmittel ist im Mischrohr eine Aufbereitung der Harnstofflösung nicht allein durch eine dort erfolgende weitere Vermischung mit Abgas ermöglicht, sondern es erfolgt auch eine Verdampfung der wässrigen Bestandteile und ferner in mehr oder großem Umfang eine Zersetzung von Harnstoff unter Freisetzung von gasförmigem Ammoniak infolge von Thermolyse und/oder Hydrolyse. Aufgrund der rotatorischen Abgasströmung in der Mischkammer erfolgt eine Vermischung von Reduktionsmittel bzw. Harnstofflösung mit Abgas bereits unmittelbar nach dem Absprühen. Infolge der auch im Mischrohr vorhandenen Rotationsströmung des Abgases erfolgt eine weitergehende Vermischung und Aufbereitung und es ist eine gleichmäßige Verteilung des eingesprühten Reduktionsmittels über den Mischrohrquerschnitt ermöglicht. Mittels des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems kann daher einem nachgeschalteten Katalysator ein optimal aufbereitetes Reduktionsmittel zugeführt werden.Exhaust gas supplied to the mixing chamber is fed together with the metered reducing agent completely via the mixing tube to a downstream, in particular designed as SCR catalyst nitrogen oxide reduction catalyst. As a result, the reducing agent sprayed off under pressure from the metering device is additionally accelerated in the axial direction. In this case, the corresponding acute-angled cone-shaped spray ensures that reducing agent reaches at least approximately exclusively in the mixing tube and thus practically not wetted the inside of the mixing chamber and then can form deposits there. When urea solution is used as the reducing agent, it is not possible to treat the urea solution in the mixing tube solely by mixing it further with exhaust gas, but there is also an evaporation of the aqueous constituents and also to a greater or lesser extent a decomposition of urea with the release of gaseous ammonia due to thermolysis and / or hydrolysis. Due to the rotational flow of exhaust gas in the mixing chamber, mixing of reducing agent or urea solution with exhaust gas takes place immediately after spraying. As a result of the existing also in the mixing tube rotational flow of the exhaust gas, a further mixing and processing and there is a uniform distribution of the sprayed reducing agent over the mixing tube cross-section allows. By means of the reducing agent treatment system according to the invention, therefore, an optimally prepared reducing agent can be supplied to a downstream catalyst.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Mischkammerdurchmesser annähernd doppelt so groß wie eine größte Mischkammertiefe. Zusammen mit dem tangential an die Mischkammer angesetzten Rohrstutzen resultiert somit in einer Draufsicht in Richtung der Rotationsachse gesehen eine Gestalt der Mischkammer ähnlich eines Schnecken- oder Turbinengehäuses. Aufgrund dieser Ausführung weist der Mischkammer zugeführtes Abgas in radialer Richtung gesehen in weiter außen liegenden Mischkammerbereichen eine höhere Umfangsgeschwindigkeit auf als in weiter innen liegenden Bereichen. Dadurch ist eine Kondensation von Reduktionsmittel auf der Mischkammerinnenwand weitestgehend vermieden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases beträgt in Bereichen, welche näher an der Umfangswandung als am Zentrum liegen, bevorzugt mehr als 20 m/s. In solche Bereiche mit hoher Strömungsgeschwindigkeit gelangende Reduktionsmitteltröpfchen zerplatzen, wodurch eine Verdampfung und eine Vermischung mit Abgas weiter verbessert ist.In an embodiment of the invention, the mixing chamber diameter is approximately twice as large as a largest mixing chamber depth. Together with the tangentially attached to the mixing chamber pipe socket thus results in a plan view in the direction of the axis of rotation, a shape of the mixing chamber similar to a screw or turbine housing. As a result of this embodiment, the exhaust gas supplied to the mixing chamber has a higher circumferential speed, seen in the radial direction, in mixing chamber areas located further outward than in areas lying further inward. As a result, condensation of reducing agent on the mixing chamber inner wall is largely avoided. The flow rate of the exhaust gas is preferably more than 20 m / s in areas which are closer to the circumferential wall than to the center. Reductant droplets reaching high flow velocity areas will burst, thereby further enhancing vaporization and mixing with exhaust gas.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung entspricht der Mischkammerdurchmesser einem Zweifachen bis Dreifachem des Mischrohrdurchmessers, wobei vorzugsweise die Querschnittsfläche des Mischrohrs wenigstens annähernd einer kleinsten Querschnittsfläche des Rohrstutzens entspricht. Dies ist typischerweise die bevorzugt runde gaseintrittseitige Öffnungsfläche des Rohrstutzens. Mit dieser Dimensionierung ergeben sich besonders günstige Abgasströmungsverhältnisse und Druckverluste und Strömungswiderstände sind minimiert.In a further embodiment of the invention, the mixing chamber diameter corresponds to two times to three times the mixing tube diameter, wherein preferably the cross-sectional area of the mixing tube at least approximately corresponds to a smallest cross-sectional area of the pipe socket. This is typically the preferred round gas inlet-side opening area of the pipe socket. This dimensioning results in particularly favorable exhaust gas flow conditions and pressure losses and flow resistance are minimized.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ragt das Mischrohr bis annähernd zur Hälfte der Mischkammertiefe in die Mischkammer hinein. Der in die Mischkammer ragende Mischrohrabschnitt ist daher von Abgas annähernd kreisförmig umströmt, wodurch das Mischrohr zusätzlich von Abgas aufgeheizt wird, was im Mischrohr eine Ausbildung von Kristallisationsablagerungen wirksam verhindert.In a further embodiment of the invention, the mixing tube protrudes into the mixing chamber until approximately half of the mixing chamber depth. The mixing pipe section protruding into the mixing chamber is therefore surrounded by exhaust gas flowing approximately circularly, whereby the mixing pipe is additionally heated by exhaust gas, which effectively prevents formation of crystallization deposits in the mixing pipe.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Mischrohr an seinem in der Mischkammer angeordneten Ende eine trichterförmige Aufweitung auf. Dadurch ist sichergestellt, dass abgesprühtes Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig in das Mischrohr gelangt. Zudem ist eine Verbesserung der Rotationssymmetrie der Abgasströmung in der Mischkammer ermöglicht. Dabei ist eine Vermischung mit Abgas weiter verbessert, wenn, wie vorzugsweise vorgesehen, die trichterförmige Aufweitung perforiert ausgeführt ist. Dies ermöglicht einen Abgaseintritt am Mischrohrende auch mit radialen Richtungskomponenten.In a further embodiment of the invention, the mixing tube at its end arranged in the mixing chamber a funnel-shaped widening. This ensures that sprayed reducing agent reaches the mixing tube at least approximately completely. In addition, an improvement of the rotational symmetry of the exhaust gas flow in the mixing chamber is made possible. In this case, mixing with exhaust gas is further improved if, as is preferably provided, the funnel-shaped widening is perforated. This allows an exhaust gas inlet at the mixing tube end also with radial directional components.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein an die Mischkammer angesetztes und mit dieser fluidtechnisch in Verbindung stehendes Mantelrohr vorgesehen, welches konzentrisch zum Mischrohr angeordnet ist und ein Bodenteil aufweist, welches vom Mischrohr durchstoßen ist. Diese Ausführungsform ermöglicht ein Umspülen des Mischrohrs auch an Bereichen, welche nicht im Inneren der Mischkammer liegen. Das Mischrohr kann daher noch wirksamer von Abgas aufgeheizt werden, wodurch Reduktionsmittelkondensationen im Mischrohr noch wirksamer vermieden sind. Das Bodenteil, welches vom Mischrohr durchstoßen ist, weist infolge der konzentrischen Anordnung von Mantelrohr und Mischrohr eine kreisringförmige Gestalt mit einer geschlossenen Ringfläche auf. Außenumfangsseitig ist es form- bzw. materialschlüssig mit dem Mantelrohr verbunden. Innenumfangsseitig mit dem Mischrohr. Damit kann auch in dieser Ausführungsform in die Mischkammer geführtes Abgas ausschließlich über das herausgeführte Mischrohrende einer strömungsmäßig nachgeschalteten Komponente wie beispielsweise einem SCR-Katalysator zugeführt werden.In a further embodiment of the invention, an attached to the mixing chamber and fluidly associated with this jacket tube is provided, which is arranged concentrically to the mixing tube and having a bottom part which is pierced by the mixing tube. This embodiment also allows the mixing tube to be flushed over at areas which do not lie in the interior of the mixing chamber. The mixing tube can therefore be heated more effectively by exhaust gas, whereby reducing agent condensations in the mixing tube are avoided even more effectively. The bottom part, which is pierced by the mixing tube, has due to the concentric arrangement of the jacket tube and mixing tube on an annular shape with a closed annular surface. Outside circumference, it is positively or materially connected to the jacket tube. Inner peripheral side with the mixing tube. In this way, even in this embodiment, exhaust gas conducted into the mixing chamber can be supplied exclusively via the outflow-connected mixing pipe end to a downstream component, such as, for example, an SCR catalytic converter.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchmesser des Mantelrohrs annähernd gleich dessen Länge und/oder annähernd gleich der größten Mischkammertiefe. Mit dieser Dimensionierung ist eine weitere Verbesserung der Strömungsverhältnisse bei gleichzeitig kompakter Bauform des Reduktionsmittelaufbereitungssystems ermöglicht.In a further embodiment of the invention, the diameter of the jacket tube is approximately equal to its length and / or approximately equal to the largest mixing chamber depth. With this dimensioning, a further improvement of the flow conditions is possible with a compact design of the reducing agent treatment system.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein sich in Richtung des offenen Mischrohrendes kegelförmig öffnendes Trichterelement mit einer zur Mittellängsachse wenigstens annähernd kollinearen Kegelachse und einer perforierten Kegelmantelfläche vorgesehen, in welches die Dosiervorrichtung das Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig einsprühen kann. Das Trichterelement nimmt den kegelförmigen Sprühstrahl des von der Dosiervorrichtung abgesprühten Reduktionsmittels wenigstens annähernd vollständig auf. Dabei ermöglicht die Perforierung der Kegelmantelfläche einen etwa radial gerichteten Abgaszutritt ins Innere des Trichterelements. Ein Abgaszutritt in das Trichterelement ist jedoch auch in axialer Richtung durch eine kreiszylindrische Öffnung am spitzen Ende des Trichterelements ermöglicht, durch welche der Sprühstrahl in das Innere des Trichterelements gelangt. Dadurch kann abgesprühtes Reduktionsmittel in Absprührichtung bzw. in Achsrichtung vom Abgas in Richtung des offenen Mischrohrendes von der Abgasströmung erfasst und mitgenommen werden. Vorzugsweise ist durch konstruktive Auslegung dafür gesorgt, dass die Abgasströmungsgeschwindigkeit im Bereich des Trichterelements mehr als doppelt so groß ist als an der Eintrittsstelle in die Mischkammer. Vorzugsweise ist sie auch deutlich größer als die ursprüngliche Geschwindigkeit der abgesprühten Reduktionsmitteltröpfchen. Damit ist ein effektives Mitreißen der Tröpfchen und deren zerkleinernder Aufteilung zu einem feinen Spray ermöglicht. Das weitere offene Ende des Trichterelements reicht in Achsrichtung gesehen bis auf einige Millimeter an das offene Mischrohrende heran. Der Durchmesser der größeren Trichterelementöffnung beträgt vorzugsweise etwa die Hälfte des Mischrohrdurchmessers. Dadurch ist gewährleistet, dass abgesprühtes Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig in das Mischrohr eingesprüht werden kann.In a further embodiment of the invention, a funnel element which opens conically in the direction of the open mixing tube end is provided with a cone axis which is at least approximately collinear to the central longitudinal axis and a perforated conical surface, into which the metering device can inject the reducing agent at least approximately completely. The funnel element at least approximately completely absorbs the conical spray jet of the reducing agent sprayed off by the metering device. The perforation of the conical surface allows an approximately radially directed exhaust gas inlet into the interior of the funnel element. An exhaust gas inlet into the funnel element is However, also in the axial direction by a circular cylindrical opening at the tip end of the funnel element allows, through which the spray jet enters the interior of the funnel element. As a result, sprayed reducing agent in the direction of discharge or in the axial direction can be detected by the exhaust gas in the direction of the open end of the mixing pipe and taken along by the exhaust gas flow. It is preferably ensured by structural design that the exhaust gas flow velocity in the region of the funnel element is more than twice as large as at the point of entry into the mixing chamber. Preferably, it is also significantly greater than the original speed of the sprayed reducing agent droplets. This enables effective entrainment of the droplets and their fragmentation into a fine spray. The further open end of the funnel element extends in the axial direction as far as a few millimeters to the open end of the mixing tube. The diameter of the larger funnel element opening is preferably about half of the mixing tube diameter. This ensures that sprayed reducing agent can be at least approximately completely sprayed into the mixing tube.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein das Trichterelement aufnehmendes Hüllrohr mit großflächig perforierter Mantelfläche vorgesehen. Das Hüllrohr kann kreiszylindrisch oder konisch, bzw. stumpfkeglig ausgeführt sein. Im Falle einer stumpfkegligen Ausführung weist vorzugsweise die Kegelöffnung in Richtung der Dosiervorrichtung. Durch das Hüllrohr ist eine mechanische Halterung des Trichterelements ermöglicht. Hierzu schließt das Hüllrohr an einem Ende etwa mit der größeren Öffnung des Trichterelements ab und ist randseitig kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit diesem verbunden. Das andere Ende des Hüllrohrs ist vorzugsweise mit einem Bodenteil der Mischkammer oder mit einer die Dosiervorrichtung tragenden Konsole randseitig kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Mit dieser Ausführungsform ist eine hohe mechanische Stabilität gewährleistet. Die Lochfläche der Perforation des Hüllrohrs macht vorzugsweise etwa 70% bis 80% der gesamten Mantelhüllfläche aus. Dadurch ist eine Behinderung der Abgasströmung weitestgehend vermieden.In a further embodiment of the invention, a sleeve tube receiving the funnel element is provided with a large area perforated lateral surface. The cladding tube can be circular-cylindrical or conical, or truncated-cone-shaped. In the case of a blunt embodiment, the conical opening preferably points in the direction of the metering device. Through the cladding tube, a mechanical support of the funnel element is made possible. For this purpose, the cladding tube terminates at one end approximately with the larger opening of the funnel element and is peripherally positively and / or positively connected thereto. The other end of the cladding tube is preferably peripherally positively and / or positively connected to a bottom part of the mixing chamber or with a dosing device supporting bracket. With this embodiment, a high mechanical stability is ensured. The hole area of the perforation of the cladding tube preferably accounts for about 70% to 80% of the total cladding envelope area. As a result, obstruction of the exhaust gas flow is largely avoided.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben, wobei sich entsprechende Bauteile in den Figuren durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale sind dabei nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are described below, wherein corresponding components in the figures are identified by the same reference numerals. The features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination of features, but also in other combinations or in isolation without departing from the scope of the present invention.

Es zeigen:Show it:

1 eine erste Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems, 1 a first representation of a preferred embodiment of the reducing agent treatment system according to the invention,

2 eine zweite Darstellung der in 1 gezeigten Ausführungsform, 2 a second illustration of in 1 shown embodiment,

3 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems nach 1 und 2, 3 an exploded view of the reducing agent preparation system according to the invention 1 and 2 .

4 eine perspektivische Schrägansicht des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems, und 4 an oblique perspective view of the reducing agent treatment system according to the invention, and

5 eine weitere perspektivische Schrägansicht des halb aufgeschnitten dargestellten erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems. 5 a further perspective oblique view of the half-cut illustrated reducing agent treatment system according to the invention.

Zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems wird zunächst Bezug auf die 1 bis 4 genommen. Dabei zeigt 1 zeigt das Reduktionsmittelaufbereitungssystems 1 in einer Draufsicht in Richtung einer Mittellängs- oder Rotationsachse 2. In 2 ist eine senkrecht hierzu gesehene Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie B-B gezeigt. 3 zeigt das Reduktionsmittelaufbereitungssystems 1 in einer Explosionsdarstellung. 4 stellt das Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 in einer perspektivischen Schrägansicht dar. Die Darstellungen sind wenigstens annähernd maßstabsgetreu.For an explanation of a preferred embodiment of the reducing agent preparation system according to the invention, reference will first be made to FIGS 1 to 4 taken. It shows 1 shows the reductant treatment system 1 in a plan view in the direction of a central longitudinal or rotational axis 2 , In 2 is a perpendicular thereto seen sectional view along the section line BB shown. 3 shows the reductant treatment system 1 in an exploded view. 4 provides the reductant treatment system 1 in a perspective oblique view. The representations are at least approximately true to scale.

Das Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 weist eine Mischkammer 4 mit einem daran angesetzten Rohrstutzen 3 zur Zufuhr von Abgas in die Mischkammer 4 und ein aus der Mischkammer 4 herausführendes, kreiszylindrisches Mischrohr 7 auf. Der Rohrstutzen 3 ist dabei so an der Mischkammer 4 angesetzt, dass Abgas wenigstens annähernd tangential in die Mischkammer 4 strömen kann. Die Mischkammer 4 weist eine größte Tiefe T auf, welche etwa halb so groß ist wie ein Durchmesser D der Mischkammer 4. Zusammen mit dem angesetzten Rohrstutzen 3 ergibt sich dadurch in der Draufsicht eine Form ähnlich eines Schnecken- oder Turbinengehäuses, wie insbesondere aus 1 und 4 ersichtlich ist.The reducing agent treatment system 1 has a mixing chamber 4 with an attached pipe socket 3 for supplying exhaust gas into the mixing chamber 4 and one from the mixing chamber 4 leading out, circular cylindrical mixing tube 7 on. The pipe socket 3 is doing so at the mixing chamber 4 provided that exhaust gas is at least approximately tangential into the mixing chamber 4 can flow. The mixing chamber 4 has a largest depth T, which is about half as large as a diameter D of the mixing chamber 4 , Together with the attached pipe socket 3 This results in the plan view of a shape similar to a screw or turbine housing, in particular from 1 and 4 is apparent.

Die Mischkammer 4 ist vorliegend aus zwei miteinander zusammengefügten Mischkammer-Halbschalen 8, 9 aufgebaut. Die Mischkammer-Halbschalen 8, 9 sind dabei, abgesehen von einer jeweiligen Aussparung an einer Ansetzstelle des Rohrstutzens 3, kreisrund und topfförmig ausgebildet. Somit ergibt sich ein, wiederum abgesehen vom Rohrstutzen 3, rotationssymmetrischer Aufbau des Reduktionsmittelaufbereitungssystems 1 in Bezug auf die Mittellängsachse 2 des Mischrohrs 7.The mixing chamber 4 is presently composed of two mixing chamber half-shells joined together 8th . 9 built up. The mixing chamber half shells 8th . 9 are doing, apart from a respective recess at a Ansetzstelle the pipe socket 3 , circular and cup-shaped. Thus, there is a, in addition to the pipe socket 3 , rotationally symmetrical structure of the reducing agent treatment system 1 in relation to the central longitudinal axis 2 of the mixing tube 7 ,

Ein Boden der ersten Mischkammer-Halbschale 8 weist eine vorliegend rund ausgeführte zentrale Vertiefung auf, die der Aufnahme einer in den 1 bis 4 nicht dargestellten Dosiervorrichtung dient, welche ein Reduktionsmittel, insbesondere Harnstofflösung oder eine andere, Ammoniak in freier oder gebundener Form enthaltende Flüssigkeit, etwa in Richtung der Mittellängsachse 2 in die Mischkammer 4 bzw. in das Mischrohr 7 absprühen kann, worauf weiter unten näher eingegangen wird. Ein im Wesentlichen ebener Boden der zweiten Mischkammer-Halbschale 9 weist eine kreisrunde zentrale Öffnung auf, an welcher umfangsseitig bündig ein kreiszylindrisches Mantelrohr 5 mit geschlossener Mantelfläche angesetzt ist. Das Mantelrohr 5 weist einen größeren Durchmesser als das Mischrohr 7 auf und ist koaxial zu letzterem angeordnet, wobei das Mischrohr 7 eine endseitiges, etwa kreisringförmiges Bodenteil 11 des Mantelrohrs 5 durchstößt.A bottom of the first mixing chamber half shell 8th has a present running round central recess, the inclusion of a in the 1 to 4 Dosing device, not shown, which serves a reducing agent, in particular urea solution or another, containing ammonia in free or bound form of liquid, approximately in the direction of the central longitudinal axis 2 into the mixing chamber 4 or in the mixing tube 7 can spray off, which will be discussed in more detail below. A substantially planar bottom of the second mixing chamber half shell 9 has a circular central opening, on which circumferentially flush a circular cylindrical jacket tube 5 is set with closed lateral surface. The jacket tube 5 has a larger diameter than the mixing tube 7 on and is arranged coaxially to the latter, wherein the mixing tube 7 an end-side, approximately circular bottom part 11 of the jacket tube 5 pierces.

Das Mischrohr 7 ist mechanisch lagestabilisiert einerseits durch umfangsseitige Verbindung mit dem Bodenteil 11 am Durchstoß durch dieses und andererseits durch ein ringförmig ausgebildetes Halteelement 13 mit radial verlaufenden Speichen. Dabei ist das Halteelement 13 wie dargestellt vorzugsweise an dem dem Bodenteil 11 gegenüber liegenden offenen Ende des Mantelrohrs 7 angeordnet und stützt das Mischrohr 7 ringsum gegen das Mantelrohr 7 ab. Somit ergibt sich um das Mischrohr 7 herum ein kreisringzylindrischer Hohlraum, welcher fluidtechnisch mit dem Innenraum der Mischkammer 4 verbunden ist. Der Mischkammer 4 zugeführtes Abgas gelangt in diesen, das Mischrohr 7 umgebenden Hohlraum und kann das Mischrohr 7 erwärmen. Dadurch wird die Gefahr einer Reduktionsmittelkondensation auf der Mischrohrinnenwand drastisch vermindert.The mixing tube 7 is mechanically stabilized on the one hand by peripheral connection with the bottom part 11 at the puncture by this and on the other hand by a ring-shaped holding element 13 with radial spokes. Here is the holding element 13 as shown, preferably at the bottom part 11 opposite open end of the jacket tube 7 arranged and supports the mixing tube 7 all around against the jacket tube 7 from. Thus results around the mixing tube 7 around a circular cylindrical cavity, which fluidly with the interior of the mixing chamber 4 connected is. The mixing chamber 4 supplied exhaust gas enters this, the mixing tube 7 surrounding cavity and can be the mixing tube 7 heat. As a result, the risk of reducing agent condensation on the mixing tube inner wall is drastically reduced.

Das Mischrohr 7 ragt wie dargestellt in die Mischkammer 4, so dass ein offenes Ende 10 in Richtung der Mittellängsachse 2 gesehen etwa in der Mitte der Mischkammer 4 angeordnet ist. Im Bereich des Mischrohrendes 10 weist das Mischrohr 7 eine trichterförmige Aufweitung 6 um etwa 40% bis 50% auf. Dabei ist Aufweitung 6 des Mischrohrendes vorliegend mit einer Perforation versehen. Ansonsten weist das Mischrohr 7 eine geschlossene Mantelfläche auf. In die Mischkammer 4 tangential einströmendem Abgas wird aufgrund der runden Mischkammerform eine Rotation um die Mittellängsachse 2 herum aufgeprägt, wobei das in die Mischammer 4 ragende Mischrohrendstück ebenfalls von Abgas umspült wird und dabei Wärme vom Abgas auf das Mischrohr 7 übertragen werden kann. In radialer Richtung gesehen nimmt die Geschwindigkeit der rotatorischen Abgasströmung in der Mischkammer 4 von innen nach außen zu. Die trichterförmige Aufweitung 6 des Mischrohrendes wirkt dabei stabilisierend in Bezug auf eine Gleichverteilung der Abgas-Rotationsgeschwindigkeit über die Mischkammertiefe T. Da in die Mischkammer 4 eintretendes Abgas das Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 nur über das Mischrohr 7 verlassen kann und nur über das Mischrohrende 10 in das Mischrohr 7 eintreten kann, wird Abgas in das Mischrohr 7 gezwungen, wobei allerdings eine Rotationsbewegung des Abgases erhalten bleibt und sich im Mischrohr 7 fortsetzt.The mixing tube 7 protrudes as shown in the mixing chamber 4 , so an open end 10 in the direction of the central longitudinal axis 2 seen roughly in the middle of the mixing chamber 4 is arranged. In the area of the mixing pipe end 10 has the mixing tube 7 a funnel-shaped widening 6 by about 40% to 50%. This is expansion 6 the mixing tube end provided in the present case with a perforation. Otherwise, the mixing tube points 7 a closed lateral surface. In the mixing chamber 4 Tangentially inflowing exhaust gas is a rotation about the central longitudinal axis due to the circular mixing chamber shape 2 imprinted around, which in the mixing chamber 4 projecting mixing tube end is also surrounded by exhaust gas while heat from the exhaust gas to the mixing tube 7 can be transferred. As seen in the radial direction, the velocity of the rotary exhaust gas flow in the mixing chamber decreases 4 from the inside out. The funnel-shaped widening 6 the mixing tube end acts stabilizing with respect to a uniform distribution of the exhaust gas rotational speed over the mixing chamber depth T. Since in the mixing chamber 4 Exhaust gas entering the reducing agent treatment system 1 only over the mixing tube 7 can leave and only over the mixing pipe end 10 into the mixing tube 7 can enter, exhaust gas is in the mixing tube 7 forced, but a rotational movement of the exhaust gas is maintained and in the mixing tube 7 continues.

Nachfolgend wird unter zusätzlichem Bezug auf 5 näher auf das Einbringen des Reduktionsmittels bzw. der Harnstofflösung in die Mischkammer 4 eingegangen. Dabei zeigt 5 das Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 mit aufgeschnittener erster Mischkammer-Halbschale 4 sowie in den Vordergrund gezogenen innenliegenden Bauteilen sowie montierter Dosiervorrichtung 17.Hereinafter, with additional reference to 5 closer to the introduction of the reducing agent or the urea solution in the mixing chamber 4 received. It shows 5 the reducing agent treatment system 1 with cut first mixing chamber half shell 4 and in the foreground drawn internal components and mounted metering device 17 ,

Die in 5 mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeichnete Dosiervorrichtung ist über einen vorzugsweise als Feingussbauteil ausgebildeten Flansch 15 mit der Mischkammer 4 bzw. mit der ersten Mischkammer-Halbschale 8 unter Zwischenschaltung einer als Kühlblech 16 ausgebildeten Konsole verbunden bzw. verschraubt. Das Kühlblech ist in Bezug auf seine Oberfläche größtenteils in Kontakt mit Umgebungsluft und kann daher von der Mischkammer aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeben und somit die Dosiervorrichtung 17 vor Überhitzung schützen. Zur Befestigung der Dosiervorrichtung 17 ist der mit entsprechenden Schraublöchern versehene runde Flansch 15 ringsum formschlüssig bzw. materialschlüssig mit einer Randkontur einer in der Vertiefung der ersten Mischkammer-Halbschale 8 vorgesehenen und zentrisch angeordneten Öffnung verbunden. Die Anordnung ist vorzugsweise so ausgeführt, dass eine Düsenspitze der Dosiervorrichtung 17 mit ihrer Düsenöffnung im Bereich der Öffnung der ersten Mischkammer-Halbschale 8 wenigstens annähernd auf der Mittellängsachse 2 angeordnet ist. Die Dosiervorrichtung 17 kann die vorzugsweise als Reduktionsmittel eingesetzte Harnstofflösung mit einem sich in Richtung des offenen Mischrohrendes 10 öffnenden kegelförmigen Sprühstrahl 18 so absprühen, dass abgesprühtes Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig in das offenen Mischrohrende 10 eintritt, wo es von der rotierenden Abgasströmung erfasst und durch das Mischrohr 7 zunächst aus dem Innenbereich der Mischkammer 4 ausgetragen und dann weiter aus dem Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 in Richtung eines nicht dargestellten, insbesondere als SCR-Katalysators ausgebildeten Katalysators transportiert wird. Dabei erfolgen einerseits noch im Mischrohr 7 eine gleichmäßige Verteilung des abgesprühten Reduktionsmittels und andererseits eine Verdampfung und bei Einsatz von Harnstofflösung eine Freisetzung von Ammoniak. Die Reduktionsmittelaufbereitung ist insbesondere infolge einer im Mischrohr 7 weiterhin bestehenden Abgasrotationsströmung besonders effizient.In the 5 with the reference number 17 characterized metering device is formed via a preferably designed as a precision casting component flange 15 with the mixing chamber 4 or with the first mixing chamber half shell 8th with the interposition of a cooling plate 16 trained console connected or screwed. The heat sink is largely in contact with ambient air with respect to its surface and therefore can release heat absorbed by the mixing chamber to the environment and thus the metering device 17 Protect against overheating. For fastening the dosing device 17 is the provided with corresponding screw holes round flange 15 all around positive fit or material fit with an edge contour of a recess in the first mixing chamber half-shell 8th provided and centrally disposed opening connected. The arrangement is preferably designed so that a nozzle tip of the metering device 17 with its nozzle opening in the region of the opening of the first mixing chamber half shell 8th at least approximately on the central longitudinal axis 2 is arranged. The dosing device 17 For example, the urea solution, which is preferably used as a reducing agent, may end up in the direction of the open mixing tube end 10 opening cone-shaped spray jet 18 so spray that sprayed reducing agent at least approximately completely into the open end of the mixing tube 10 enters where it is captured by the rotating exhaust gas flow and through the mixing tube 7 initially from the interior of the mixing chamber 4 discharged and then further from the reducing agent treatment system 1 is transported in the direction of a not shown, in particular designed as an SCR catalyst catalyst. On the one hand, this still takes place in the mixing tube 7 a uniform distribution of the sprayed reducing agent and on the other hand a Evaporation and the use of urea solution, a release of ammonia. The reducing agent treatment is particularly due to a mixing tube 7 still existing exhaust gas flow particularly efficient.

Zur weiteren Verbesserung der Sprühstrahlformung und der Verteilung von abgesprühtem Reduktionsmittel und ferner für eine Zentrierung der Abgas-Rotationsströmung bezüglich der Mittellängsachse 2 ist ein sich in Richtung des offenen Mischrohrendes 10 öffnendes und an den Enden jeweils offenes kegelförmiges Trichterelement 12 vorgesehen, in welches der Sprühstrahl 18 hineingesprüht wird. Dabei ist das offene weite Ende des Trichterelements 12 in Richtung der Mittellängsachse 2 gesehen etwa in der Mitte der Mischkammer 4 angeordnet. Vorliegend ragt es etwa 5 mm bis 15 mm in die perforierte Aufweitung 6 des Mischrohrendes hinein. Das offene weite Ende des Trichterelements 12 kann jedoch auch mit einem geringen Abstand von 5 mm bis 15 mm vom Mischrohrende 10 angeordnet sein. Das spitze Ende des Trichterelements 12 ist in unmittelbarer Nähe der Düsenspitze der Dosiervorrichtung 17 angeordnet. Das Trichterelement 22 weist eine kleinperforierte Kegelmantelfläche mit einer Vielzahl von Löchern auf, durch welche Abgas ins Innere des Trichterelements 12 annähernd radial eintreten kann. Dadurch wird abgesprühtes Reduktionsmittel in Richtung des Mischrohrs 7 beschleunigt. Eine zusätzliche Beschleunigung abgesprühten Reduktionsmittels ist durch einen Abgaseintritt in die am spitzen Ende des Trichterelements 12 angeordnete Öffnung ermöglicht. Der Öffnungswinkel des Trichterelements 12 entspricht wenigstens annähernd dem Öffnungswinkel des Sprühstrahls 18, so dass der Sprühstrahl 18 vom Mantel des Trichterelements 12 umschlossen wird. Das Trichterelement 12 wird von einem vorliegend kreiszylindrisch ausgeführten Hüllrohr 14 gehalten, welches mit einem Ende mit dem weiten Ende des Trichterelements 12 bündig abschließt und dort umfangsseitig mit dem Trichterelement 12 formschlüssig bzw. materialschlüssig verbunden ist. An seinem anderen Ende ist das Hüllrohr 14 mit dem Flansch 15 verbunden. Das Hüllrohr 14 ist großflächig perforiert ausgeführt, um einen weitestgehend ungehinderten Abgaseintritt zu gewährleisten. Der offene Anteil der Mantelfläche des Hüllrohrs 14 beträgt dabei bevorzugt mehr als 70%, der des Trichterelements bevorzugt mehr als 50%. Hüllrohr 14 und Trichterelement 12 sind rotationssymmetrisch in Bezug auf die Mittellängsachse 2 angeordnet.To further improve the spray jet forming and the distribution of sprayed reductant and further for centering the exhaust gas rotary flow with respect to the central longitudinal axis 2 is a towards the open end of the mixing tube 10 opening and at the ends respectively open conical funnel element 12 provided, in which the spray 18 is sprayed into it. Here is the open wide end of the funnel element 12 in the direction of the central longitudinal axis 2 seen roughly in the middle of the mixing chamber 4 arranged. In the present case, it protrudes about 5 mm to 15 mm into the perforated widening 6 the end of the mixing pipe. The open wide end of the funnel element 12 However, even with a small distance of 5 mm to 15 mm from the mixing pipe end 10 be arranged. The pointed end of the funnel element 12 is in the immediate vicinity of the nozzle tip of the dosing device 17 arranged. The funnel element 22 has a small perforated conical surface with a plurality of holes through which exhaust gas into the interior of the funnel element 12 can occur approximately radially. As a result, sprayed reducing agent in the direction of the mixing tube 7 accelerated. An additional acceleration of sprayed reducing agent is by an exhaust gas inlet in the at the tip end of the funnel element 12 arranged opening allows. The opening angle of the funnel element 12 at least approximately corresponds to the opening angle of the spray jet 18 so that the spray jet 18 from the jacket of the funnel element 12 is enclosed. The funnel element 12 is from a presently circular cylindrical running cladding 14 held, which with one end to the far end of the funnel element 12 flush and there circumferentially with the funnel element 12 is positively connected or materially connected. At its other end is the cladding tube 14 with the flange 15 connected. The cladding tube 14 is perforated over a large area to ensure a largely unobstructed exhaust gas inlet. The open portion of the lateral surface of the cladding tube 14 is preferably more than 70%, that of the funnel preferably more than 50%. cladding tube 14 and funnel element 12 are rotationally symmetric with respect to the central longitudinal axis 2 arranged.

Sehr vorteilhafte Strömungsverhältnisse und besonders geringe Druckverluste sind beim Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 mit folgenden Abmessungen erzielbar. Einerseits wird der Mischkammerdurchmesser D so gewählt, dass er einem Zwei- bis Dreifachen des Durchmessers des geradzylindrigen Mischrohrabschnitts entspricht. Der Durchmesser des geradzylindrigen Mischrohrabschnitts entspricht andererseits annähernd dem der bevorzugt rund ausgeführten Öffnung des Rohrstutzens 3. Der Durchmesser des Mantelrohrs 5 wird wiederum bevorzugt so gewählt, dass er etwa einem 1,4- bis 1,8-fachem, insbesondere etwa einem 1,6-fachem des Durchmessers des geradzylindrigen Mischrohrabschnitts entspricht. Weiterhin ist es zur Erzielung niedriger Druckverluste bevorzugt, wenn eine gedachte Rotationskörperfläche, definiert durch einen sich zwischen dem umlaufenden Rand des offenen Ende des Trichterelements 12 mit kürzestem Abstand zur Innenseite der Aufweitung des Mischrohrendes 6 erstreckenden Ring, wenigstens 10% größer als die Eintrittsfläche des Rohrstutzens 3 ist. Für einen möglichst staudruckarmen Übergang des Abgases aus dem Freiraum der Mischkammer 4 in das Mischrohr 7 ist es bevorzugt, wenn eine gedachte Rotationskörperfläche, definiert durch einen sich zwischen dem umlaufenden Rand des Mischrohrendes 10 mit kürzestem Abstand zur ersten Mischkammerhalbschale erstreckenden Ring, wenigstens 50% größer, insbesondere wenigstens 80% größer als die Eintrittsfläche des Rohrstutzens 3 ist.Very advantageous flow conditions and particularly low pressure losses are in the reducing agent treatment system 1 achievable with the following dimensions. On the one hand, the mixing chamber diameter D is chosen such that it corresponds to two to three times the diameter of the straight-cylindrical mixing pipe section. On the other hand, the diameter of the straight-cylindrical mixing pipe section corresponds approximately to that of the preferably round opening of the pipe socket 3 , The diameter of the jacket pipe 5 In turn, it is preferably selected such that it corresponds approximately to 1.4 to 1.8 times, in particular approximately 1.6 times, the diameter of the straight-cylindrical mixing pipe section. Furthermore, in order to achieve low pressure losses, it is preferable if an imaginary rotational body surface, defined by a between the peripheral edge of the open end of the funnel element 12 with the shortest distance to the inside of the expansion of the mixing tube end 6 extending ring, at least 10% larger than the entrance surface of the pipe socket 3 is. For as low as possible low-pressure transition of the exhaust gas from the free space of the mixing chamber 4 into the mixing tube 7 it is preferred if an imaginary rotational body surface, defined by a between the peripheral edge of the mixing tube end 10 with the shortest distance to the first mixing chamber half-shell extending ring, at least 50% larger, in particular at least 80% larger than the inlet surface of the pipe socket 3 is.

Bei dem erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 verkleinern sich in Form eines feinen Sprays von der Dosiervorrichtung 17 abgesprühte Reduktionsmitteltröpfchen bereits unmittelbar nach dem Absprühen innerhalb des Trichterelements 12 aufgrund einer innigen Vermischung mit Abgas. Dies ist insbesondere durch die in der Mischkammer erzeugte Rotationsbewegung des Abgases bewirkt, welche auch innerhalb des Trichterelements 12 anzutreffen ist. Auf dem weiteren Transport erfolgt in der weiterhin rotierenden Abgasströmung im Mischrohr 7 eine weiter fortschreitende Vermischung mit Abgas und eine Verdampfung und Auflösung der Tröpfchen. Bei Verlassen des Reduktionsmittelaufbereitungssystems 1 liegt daher eine optimal aufbereitete Abgas-Reduktionsmittelmischung vor. Ursprünglich vorhandener Harnstoff ist zumindest weitgehend zersetzt und daher eine Stickoxidreduktion im nachfolgenden Katalysator mit hohen Umsatzgraden ermöglicht.In the reducing agent treatment system according to the invention 1 shrink in the form of a fine spray from the metering device 17 sprayed reductant droplets already immediately after spraying within the funnel element 12 due to intimate mixing with exhaust gas. This is in particular caused by the rotational movement of the exhaust gas generated in the mixing chamber, which also within the funnel element 12 can be found. On the further transport takes place in the still rotating exhaust gas flow in the mixing tube 7 a further progressive mixing with exhaust gas and evaporation and dissolution of the droplets. Upon exiting the reductant treatment system 1 Therefore, there is an optimally processed exhaust gas reducing agent mixture. Originally existing urea is at least largely decomposed and therefore allows a reduction of nitrogen oxides in the subsequent catalyst with high degrees of conversion.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
ReduktionsmittelaufbereitungssystemReducing agent treatment system
22
Mittellängsachsecentral longitudinal axis
33
Rohrstutzenpipe socket
44
Mischkammermixing chamber
55
Mantelrohrcasing pipe
66
Aufweitung MischrohrendeWidening of the mixing pipe end
77
Mischrohrmixing tube
88th
Erste Mischkammer-HalbschaleFirst mixing chamber half shell
99
Zweite Mischkammer-HalbschaleSecond mixing chamber half shell
1010
MischrohrendeMixing tube end
1111
Bodenteilthe bottom part
1212
Trichterelementfunnel member
13 13
Halteelementretaining element
1414
Hüllrohrcladding tube
1515
Flanschflange
1616
Kühlblechheatsink
1717
Dosiervorrichtungmetering
1818
Sprühstrahlspray
DD
MischkammerdurchmesserMixing chamber diameter
TT
MischkammertiefeMixing chamber depth

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2013/0064725 A1 [0002] US 2013/0064725 A1 [0002]

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Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) einer Abgasreinigungsanlage einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zur Aufbereitung von Abgas der Brennkraftmaschine zugeführtem Reduktionsmittel, umfassend – eine Mischkammer (4), in welche das Reduktionsmittel mittels einer Dosiervorrichtung (17) eingesprüht werden kann und in welcher eine Vermischung von eingesprühtem Reduktionsmittel mit der Mischkammer (4) zugeführtem Abgas erfolgt, – einen an die Mischkammer (4) angesetzten Rohrstutzen (3), über welchen Abgas der Mischkammer (4) zugeführt werden kann, – ein aus der Mischkammer (4) heraus führendes kreiszylindrisches Mischrohr (7), über welches der Mischkammer (4) zugeführtes und mit dem Reduktionsmittel vermischtes Abgas aus der Mischkammer (4) ausgetragen wird, wobei – die Mischkammer (4) eine annähernd rotationssymmetrische Form mit einer in Bezug auf eine Mittellängsachse (2) des Mischrohrs (7) kollinearen Rotationsachse und einen im Vergleich zu einer in Richtung der Mittellängsachse (2) gesehenen größten Mischkammertiefe (T) größeren Mischkammerdurchmesser (D) aufweist, – der Rohrstutzen (3) wenigstens annähernd tangential derart an der Mischkammer (4) angesetzt ist, dass Abgas nach dem Eintritt in die Mischkammer (4) in der Mischkammer (4) eine um die Rotationsachse herum rotierende Strömung ausbildet und unter Beibehaltung einer rotierenden Strömung in das Mischrohr (7) eintritt und die Mischkammer vollständig durch das Mischrohr (7) verlässt, und – die Dosiervorrichtung (17) das Reduktionsmittel mit einem kegelförmigen Sprühstrahl (18) derart in die Mischkammer (4) einsprühen kann, dass es wenigstens annähernd vollständig in ein offenes Ende (10) des Mischrohrs (7) eintritt und von der rotierenden Strömung des Abgases mitgerissen wird.Reducing agent treatment system ( 1 ) an exhaust gas purification system of a motor vehicle internal combustion engine for the treatment of exhaust gas of the internal combustion engine supplied reducing agent, comprising - a mixing chamber ( 4 ), in which the reducing agent by means of a metering device ( 17 ) can be sprayed and in which a mixture of sprayed reducing agent with the mixing chamber ( 4 ) supplied to the exhaust gas, - one to the mixing chamber ( 4 ) attached pipe socket ( 3 ), over which exhaust gas of the mixing chamber ( 4 ), - one from the mixing chamber ( 4 ) leading out circular cylindrical mixing tube ( 7 ) over which the mixing chamber ( 4 ) and mixed with the reducing agent exhaust gas from the mixing chamber ( 4 ), wherein - the mixing chamber ( 4 ) an approximately rotationally symmetrical shape with respect to a central longitudinal axis ( 2 ) of the mixing tube ( 7 ) collinear axis of rotation and one compared to one in the direction of the central longitudinal axis ( 2 ) has the largest mixing chamber depth (T) larger mixing chamber diameter (D), - the pipe socket ( 3 ) at least approximately tangentially at the mixing chamber ( 4 ) is assumed that exhaust gas after entering the mixing chamber ( 4 ) in the mixing chamber ( 4 ) forms a rotating around the axis of rotation around flow and while maintaining a rotating flow in the mixing tube ( 7 ) and the mixing chamber completely through the mixing tube ( 7 ), and - the metering device ( 17 ) the reducing agent with a conical spray ( 18 ) into the mixing chamber ( 4 ) that it at least approximately completely into an open end ( 10 ) of the mixing tube ( 7 ) and entrained by the rotating flow of the exhaust gas. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkammerdurchmesser (D) annähernd doppelt so groß wie die größte Mischkammertiefe (T) ist.Reducing agent treatment system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the mixing chamber diameter (D) is approximately twice as large as the largest mixing chamber depth (T). Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkammerdurchmesser (D) einem Zweifachen bis Dreifachem des Mischrohrdurchmessers entspricht.Reducing agent treatment system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the mixing chamber diameter (D) corresponds to a two times to three times the mixing tube diameter. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Mischrohrs (7) wenigstens annähernd einer kleinsten Querschnittsfläche des Rohrstutzens (3) entspricht.Reducing agent treatment system ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cross-sectional area of the mixing tube ( 7 ) at least approximately a smallest cross-sectional area of the pipe socket ( 3 ) corresponds. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (7) bis annähernd zur Hälfte der Mischkammertiefe (T) in die Mischkammer (4) hineinragt.Reducing agent treatment system ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixing tube ( 7 ) to approximately half of the mixing chamber depth (T) in the mixing chamber ( 4 ) protrudes. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (7) an seinem in der Mischkammer (4) angeordneten Ende eine trichterförmige Aufweitung (6) aufweistReducing agent treatment system ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mixing tube ( 7 ) at its in the mixing chamber ( 4 ) arranged end a funnel-shaped expansion ( 6 ) having Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein an die Mischkammer (4) angesetztes und mit dieser fluidtechnisch in Verbindung stehendes Mantelrohr (5) vorgesehen ist, welches konzentrisch zum Mischrohr (7) angeordnet ist und ein Bodenteil (11) aufweist, welches vom Mischrohr (7) durchstoßen ist.Reducing agent treatment system ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that a to the mixing chamber ( 4 ) and connected with this fluid technically related jacket tube ( 5 ), which is concentric with the mixing tube ( 7 ) is arranged and a bottom part ( 11 ), which from the mixing tube ( 7 ) is pierced. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Mantelrohrs (5) annähernd gleich dessen Länge und/oder annähernd gleich der größten Mischkammertiefe (T) ist.Reducing agent treatment system ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the diameter of the jacket tube ( 5 ) is approximately equal to its length and / or approximately equal to the largest mixing chamber depth (T). Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich in Richtung des offenen Mischrohrendes (10) kegelförmig öffnendes Trichterelement (12) mit einer zur Mittellängsachse (2) wenigstens annähernd kollinearen Kegelachse und einer perforierten Kegelmantelfläche vorgesehen ist, in welches die Dosiervorrichtung (17) das Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig einsprühen kann.Reducing agent treatment system ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the direction of the open mixing tube end ( 10 ) cone-shaped opening funnel element ( 12 ) with one to the central longitudinal axis ( 2 ) is provided at least approximately collinear cone axis and a perforated conical surface, into which the metering device ( 17 ) can inject the reducing agent at least approximately completely. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Trichterelement (12) aufnehmendes Hüllrohr (14) mit großflächig perforierter Mantelfläche vorgesehen ist.Reducing agent treatment system ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the funnel element ( 12 ) receiving cladding tube ( 14 ) is provided with a large area perforated lateral surface.
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