DE102014102798A1 - Exhaust treatment device - Google Patents
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Abstract
Eine Abgasbehandlungsvorrichtung hat ein erstes von Abgas durchströmtes Substrat (14) mit einer einströmseitigen und einer ausströmseitigen Stirnfläche (26) sowie einer Mantelfläche (22) und ein zweites von Abgas durchströmtes Substrat (16), das stromabwärts des ersten Substrats (14) angeordnet ist und mit seiner einströmseitigen Stirnfläche (28) der Mantelfläche (22) des ersten Substrats (14) zugewandt ist, sodass die Substrate (14, 16) gewinkelt zueinander liegen. Das zweite Substrat (16) schließt mit geringem Abstand seitlich des ersten Substrats (14) an. Aus dem ersten Substrat (14) austretendes Abgas wird außenseitig benachbart seiner Mantelfläche (22) zurückgelenkt und weiter in Richtung der einströmseitigen Stirnfläche (28) des zweiten Substrats (16) umgelenkt. Zwischen den beiden Substraten (14, 16) sind eine Einspritzvorrichtung (32) für eine Harnstofflösung sowie eine statische Mischvorrichtung (38) vorgesehen. Die Mischvorrichtung (38) weist einen ersten Deflektor (40) und einen in Strömungsrichtung folgenden zweiten Deflektor (42) auf, die jeweils wenigstens eine im Abgasstrom angeordnete Umlenkfläche (47, 64) haben. Die Umlenkflächen (47, 64) weisen jeweils zumindest abschnittsweise einen Abstand von etwa 10 bis 30 mm, insbesondere von etwa 18 bis 25 mm von der einströmseitigen Stirnfläche (28) des zweiten Substrats (16) auf.An exhaust gas treatment device has a first substrate (14) through which exhaust gas flows, with an inflow-side and outflow-side end face (26) and a lateral surface (22) and a second exhaust gas-flowed substrate (16), which is arranged downstream of the first substrate (14) and with its inflow-side end face (28) facing the lateral surface (22) of the first substrate (14), so that the substrates (14, 16) lie at an angle to one another. The second substrate (16) adjoins the first substrate (14) at a small distance. Exhaust gas exiting the first substrate (14) is deflected back on the outside adjacent to its lateral surface (22) and deflected further in the direction of the inflow-side end face (28) of the second substrate (16). Between the two substrates (14, 16) there are provided a urea solution injection device (32) and a static mixing device (38). The mixing device (38) has a first deflector (40) and a second deflector (42) following in the direction of flow, which each have at least one deflecting surface (47, 64) arranged in the exhaust gas stream. The deflection surfaces (47, 64) each have, at least in sections, a spacing of approximately 10 to 30 mm, in particular approximately 18 to 25 mm, from the inflow-side end face (28) of the second substrate (16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung mit zwei gewinkelt zueinander angeordneten, von Abgas durchströmten Substraten. The invention relates to an exhaust gas treatment device with two mutually angled, through which exhaust gas flowed through substrates.
Eine derartige Anordnung ist von motornahen Dieselpartikelfiltern bekannt, bei denen beispielsweise ein Oxidationskatalysator stromaufwärts eines Partikelfilters angeordnet ist. Aufgrund der baulichen Verhältnisse in der Nähe des Motorblocks wird hier der Abgasstrom zwischen dem Ausgang des Oxidationskatalysators und dem Eingang des Partikelfilters um beispielsweise 90° umgelenkt. Such an arrangement is known from near-engine diesel particulate filters in which, for example, an oxidation catalyst is arranged upstream of a particulate filter. Due to the structural conditions in the vicinity of the engine block, the exhaust gas flow between the outlet of the oxidation catalytic converter and the inlet of the particle filter is deflected by, for example, 90 ° here.
Zur Reinigung von Abgasen von Dieselmotoren ist außerdem zur NOX-Reduktion ein Einbringen von einer wässrigen Harnstofflösung günstig, aus der NH3 freigesetzt wird, das die Stickoxide reduziert. Die Harnstofflösung sowie das entstehende NH3 muss möglichst gleichmäßig im Abgasstrom verteilt werden. Zu diesem Zweck sind statische Mischvorrichtungen bekannt, die in den Abgasstrom stromabwärts einer Harnstofflösungs-Einspritzungsvorrichtung angeordnet werden. For the purification of exhaust gases from diesel engines, it is also beneficial for NO x reduction to introduce an aqueous urea solution from which NH 3 is released, which reduces the nitrogen oxides. The urea solution and the resulting NH 3 must be distributed as evenly as possible in the exhaust gas flow. For this purpose static mixing devices are known, which are arranged in the exhaust gas flow downstream of a urea solution injection device.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte Abgasbehandlungsvorrichtung zu schaffen, bei der eine gute Vermischung der Harnstofflösung bzw. des daraus erzeugten NH3 mit dem Abgas erfolgt. The object of the invention is to provide a compact exhaust treatment device, in which a good mixing of the urea solution or of the NH 3 generated therefrom with the exhaust gas takes place.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem ersten von Abgas durchströmten Substrat, das eine einströmseitige und eine ausströmseitige Stirnfläche sowie eine Mantelfläche aufweist, und einem zweiten von Abgas durchströmten Substrat, das stromabwärts des ersten Substrats angeordnet ist und das mit seiner einströmseitigen Stirnfläche der Mantelfläche des ersten Substrats zugewandt ist, sodass die Substrate gewinkelt zueinander liegen und das zweite Substrat mit geringem Abstand seitlich des ersten Substrats anschließt, vorgesehen. Aus dem ersten Substrat austretendes Abgas wird außenseitig benachbart seiner Mantelfläche zurückgelenkt und weiter in Richtung der einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats umgelenkt. Zwischen den beiden Substraten sind eine Einspritzvorrichtung für eine Harnstofflösung sowie eine statische Mischvorrichtung vorgesehen. Die Mischvorrichtung weist einen ersten Deflektor und einen in Strömungsrichtung folgenden zweiten Deflektor auf, die jeweils wenigstens eine im Abgasstrom angeordnete Umlenkfläche haben. Die Umlenkflächen weisen jeweils zumindest abschnittsweise einen Abstand von etwa 10 bis 30 mm von der einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats auf. Insbesondere beträgt der Abstand etwa 18 bis 25 mm. Durch die räumliche Anordnung und die Ausbildung der Mischvorrichtung ergibt sich eine gute Durchmischung auf einer sehr kurzen Strecke. In einem bevorzugten Beispiel beträgt der Abstand etwa 22 mm. Es hat sich herausgestellt, dass bei diesem Abstandswert eine besonders gute Durchmischung des Abgases mit der eingeleiteten Harnstofflösung erzielbar ist. According to the invention, this is an exhaust gas treatment device having a first substrate through which exhaust gas flows, which has an inflow-side and an outflow-side end face and a jacket surface, and a second substrate through which exhaust gas flows, which is arranged downstream of the first substrate and which with its inflow-side end face of the lateral surface of the first Substrate facing, so that the substrates are angled to each other and the second substrate adjoins the side of the first substrate at a small distance, provided. Exhaust gas exiting from the first substrate is deflected back on the outside adjacent to its lateral surface and deflected further in the direction of the inflow-side end face of the second substrate. Between the two substrates, a urea solution injection device and a static mixing device are provided. The mixing device has a first deflector and a second deflector following in the direction of flow, each having at least one deflecting surface arranged in the exhaust gas flow. The deflection surfaces each have, at least in sections, a distance of approximately 10 to 30 mm from the inflow-side end face of the second substrate. In particular, the distance is about 18 to 25 mm. Due to the spatial arrangement and the design of the mixing device results in a good mixing on a very short distance. In a preferred example, the distance is about 22 mm. It has been found that with this distance value, a particularly good mixing of the exhaust gas with the introduced urea solution can be achieved.
Das erste und das zweite Substrat sind vorzugsweise zwischen 60 und 90°, insbesondere zwischen 80 und 90° zueinander ausgerichtet. Vorzugsweise liegt die ausströmseitige Stirnfläche des ersten Substrats in einer Draufsicht auf der Fläche der einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats. Die Substrate sind zylindrische Körper, zum Beispiel aus Cordierit. The first and the second substrate are preferably aligned between 60 and 90 °, in particular between 80 and 90 ° to each other. The outflow-side end face of the first substrate preferably lies in a plan view on the surface of the inflow-side end face of the second substrate. The substrates are cylindrical bodies, for example cordierite.
Das erste und das zweite Substrat sind vorteilhaft von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben, sodass beispielsweise ein Oxidationskatalysator, ein Partikelfilter, eine dazwischenliegende Einspritzvorrichtung für eine wässrige Harnstofflösung und ein Mischelement als kompakte Baueinheit zusammengefasst werden können. Zwischen der Innenseite des Gehäuses und den Substraten ergibt sich ein Hohlraum, in dem aus dem ersten Substrat ausströmendes Abgas zum zweiten Substrat umgelenkt wird. The first and the second substrate are advantageously surrounded by a common housing, so that, for example, an oxidation catalyst, a particle filter, an intermediate injection device for an aqueous urea solution and a mixing element can be combined as a compact unit. Between the inside of the housing and the substrates results in a cavity in which exhaust gas flowing out of the first substrate is deflected to the second substrate.
Es ist günstig, wenn die Umlenkflächen des ersten und des zweiten Deflektors in Draufsicht auf die einströmseitige Stirnfläche des zweiten Substrats gesehen voneinander beabstandet sind, um die Abströmung des Abgases zum zweiten Substrat nicht zu behindern. It is favorable if the deflecting surfaces of the first and the second deflector are seen in plan view of the inflow-side end face of the second substrate spaced from each other so as not to hinder the outflow of the exhaust gas to the second substrate.
Die Deflektoren können seitlich der Mantelfläche des ersten Substrats liegen und mittels eines Haltearms zum Beispiel an einem das erste Substrat umgebenden Innengehäuse oder am gemeinsamen Gehäuse angebracht sein. Vorzugsweise ist an jedem Deflektor wenigstens ein vom Haltearm gewinkelt frei abstehender Flügel vorgesehen. Es ist möglich, die Deflektoren jeweils aus einem abgewinkelten Blech herzustellen. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Deflektor separate Bauteil, die jeweils einen eigenen Haltearm aufweisen. In jedem der Deflektoren kann der Haltearm zwischen zwei Flügeln angeordnet sein, die sich in unterschiedlichen Richtungen und Neigungen vom Haltearm weg erstrecken können. The deflectors can lie laterally over the lateral surface of the first substrate and be attached by means of a holding arm, for example, to an inner housing surrounding the first substrate or to the common housing. Preferably, at least one angled from the support arm freely projecting wings is provided at each deflector. It is possible to produce the deflectors each from an angled sheet metal. Preferably, the first and the second deflector are separate components, each having its own holding arm. In each of the deflectors, the support arm may be disposed between two wings that may extend away from the support arm in different directions and inclinations.
In einer bevorzugten Ausführungsform definiert der Flügel oder der Haltearm des zweiten Deflektors eine dem ersten Deflektor zugewandte Umlenkfläche. Er erstreckt sich dabei von nahe der einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats bis seitlich eines das erste Substrat umgebende, im Wesentlichen zylindrischen Innengehäuses. Die Erstreckung des Flügels oder Haltearms entlang des Innengehäuses kann bis in etwa zur axialen Mitte des Innengehäuses reichen. In a preferred embodiment, the wing or the retaining arm of the second deflector defines a deflecting surface facing the first deflector. It extends from near the inflow-side end face of the second substrate to the side of a substantially cylindrical inner housing surrounding the first substrate. The extension of the wing or support arm along the inner housing may extend to about the axial center of the inner housing.
Um die Gasströmung auf den Bereich der Mischvorrichtung, insbesondere auf den Bereich zwischen den beiden Deflektoren zu konzentrieren, kann ein außenseitiger, der Gehäuseinnenseite des gemeinsamen Gehäuses der beiden Substrate zugewandter Rand des Flügels bis zu einem freien Ende unmittelbar an der Gehäuseinnenseite entlang verlaufen. Auf diese Weise wird eine Strömung zwischen dem Flügel des zweiten Deflektors und der Gehäuseinnenseite minimiert. In order to concentrate the gas flow on the area of the mixing device, in particular on the area between the two deflectors, an outer edge of the wing facing the inside of the housing of the common housing of the two substrates can extend directly to the inside of the housing up to a free end. In this way, a flow between the wing of the second deflector and the inside of the housing is minimized.
Der erste Deflektor kann eine zweite Umlenkfläche aufweisen, die sich neben dem Haltearm zwischen dem Innengehäuse des ersten Substrats und der Gehäuseinnenseite des gemeinsamen Gehäuses bis etwa zur Hälfte des Durchmessers des Innengehäuses erstreckt. Vorzugsweise liegt diese zweite Umlenkfläche auf der gegenüberliegenden Seite des ersten Substrats wie der Flügel des zweiten Deflektors. Die zweite Umlenkfläche kann beispielsweise senkrecht zur Achse des ersten Substrats ausgerichtet sein. Sie dient unter anderem dazu, die Gasströmung auf den Bereich der Mischvorrichtung zu konzentrieren. The first deflector may have a second deflection surface which extends adjacent to the support arm between the inner housing of the first substrate and the housing inner side of the common housing to about half the diameter of the inner housing. Preferably, this second deflection surface is located on the opposite side of the first substrate as the wing of the second deflector. The second deflection surface may, for example, be aligned perpendicular to the axis of the first substrate. Among other things, it serves to concentrate the gas flow to the area of the mixing device.
Eine Umlenkfläche des zweiten Deflektors, beispielsweise eine der einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats zugewandte Unterseite des gerade beschriebene Flügels, die von Abgas von dem ersten Deflektor kommend unmittelbar angeströmt wird, ist vorzugsweise in einem Winkel von ca. 30 bis 55° gegen die einströmseitige Stirnfläche des zweiten Substrats geneigt. Der Neigungswinkel beträgt insbesondere 44–48° und besonders bevorzugt etwa 46°. A deflection surface of the second deflector, for example, an underside of the wing just described, which is directly flowed by exhaust gas coming from the first deflector, is preferably at an angle of approximately 30 to 55 ° to the inflow side end face of the underside of the wing just described second substrate inclined. The angle of inclination is in particular 44-48 ° and particularly preferably about 46 °.
Umlenkflächen des ersten und des zweiten Deflektors liegen vorzugsweise zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in einer gedachten, eben verlaufenden Schicht von maximal 10 mm Dicke, die parallel zur einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats verläuft. Deflection surfaces of the first and second deflectors are preferably at least partially substantially in an imaginary plane extending layer of a maximum thickness of 10 mm, which runs parallel to the inflow-side end face of the second substrate.
Eine Umlenkfläche des ersten Deflektors ist vorteilhaft in einem Winkel von etwa 0 bis 10° gegen die einströmseitige Stirnfläche des zweiten Substrats geneigt. Insbesondere beträgt der Neigungswinkel etwa 3 bis 5°, besonders vorteilhaft hat sich ein Winkel von ca. 4° erwiesen. A deflection surface of the first deflector is advantageously inclined at an angle of about 0 to 10 ° against the inflow-side end face of the second substrate. In particular, the angle of inclination is about 3 to 5 °, particularly advantageous is an angle of about 4 ° has been found.
Es ist möglich, in wenigstens einer der Umlenkflächen zumindest eine Öffnung vorzusehen, durch die eine Abgas-NH3-Mischung zur einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats strömen kann. It is possible to provide at least one opening in at least one of the deflection surfaces through which an exhaust gas NH 3 mixture can flow to the inflow-side end face of the second substrate.
Der erste Deflektor kann hauptsächlich zur Strömungslenkung eingesetzt werden, während der zweite Deflektor hauptsächlich zur Mischung von NH3 mit dem Abgas dienen kann. The first deflector can be used mainly for the flow control, while the second deflector can be used mainly for mixing NH 3 with the exhaust gas.
Die einströmseitige Stirnfläche des zweiten Substrats kann beispielsweise oval ausgebildet sein. In diesem Fall ist vorteilhaft der erste Deflektor an einem Ende der langen Achse angeordnet, während der zweite Deflektor am anderen Ende der langen Achse platziert ist. Die lange Achse der einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats kann in Draufsicht gesehen in etwa mit der Längsachse des ersten Substrats zusammenfallen. The inflow-side end face of the second substrate may, for example, be oval. In this case, advantageously, the first deflector is disposed at one end of the long axis while the second deflector is placed at the other end of the long axis. The long axis of the inflow-side end face of the second substrate may coincide approximately in a plan view with the longitudinal axis of the first substrate.
Die Einspritzvorrichtung ist vorzugsweise so angeordnet, dass sie die Harnstofflösung insbesondere in einem spitzen Winkel zur ausströmseitigen Stirnfläche des ersten Substrats in einen Zwischenraum zwischen der ausströmseitigen Stirnfläche des ersten Substrats und einer Gehäuseinnenseite des gemeinsamen Gehäuses stromaufwärts des ersten Deflektors einspritzt. The injection device is preferably arranged such that it injects the urea solution in particular at an acute angle to the outflow-side end face of the first substrate into a gap between the outflow-side end face of the first substrate and a housing inner side of the common housing upstream of the first deflector.
Die zweite Umlenkfläche des ersten Deflektors bewirkt dabei vorzugsweise, dass der austretende Abgasstrom in etwa senkrecht zur Achse des ersten Substrats in Richtung zum zweiten Substrat fließt und nur durch den Spalt zwischen dem Innengehäuse und der Umlenkfläche des ersten Deflektors in den Bereich zwischen der einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Deflektors und dem Innengehäuse des ersten Substrats gelangen kann. The second deflection surface of the first deflector preferably has the effect that the exiting exhaust gas flow flows approximately perpendicular to the axis of the first substrate in the direction of the second substrate and only through the gap between the inner housing and the deflection surface of the first deflector in the region between the inflow-side end face of second deflector and the inner housing of the first substrate can pass.
In Draufsicht betrachtet können die Bereiche der beiden Deflektoren, die entlang der Achse des ersten Substrats gesehen jeweils außen liegen, an die Kontur der einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats angepasst sein. Es ist günstig, wenn in diesem Bereich ein möglichst geringer Spalt zwischen dem Deflektor und der Innenseite des gemeinsamen Gehäuses besteht. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn ein im Wesentlichen parallel zur einströmseitigen Stirnfläche des zweiten Substrats verlaufender Rand der Umlenkfläche des ersten Deflektors, wenigstens abschnittsweise maximal in einem Abstand von etwa 1 bis 7 mm und insbesondere von 4,5 bis 5,5 mm zur Gehäuseinnenseite verläuft. Dies ist vor allen Dingen vorteilhaft an dem der ausströmseitigen Stirnfläche des ersten Substrats nahen Teil der Innenseite des gemeinsamen Gehäuses, um die Gasströmung durch die Mischvorrichtung zu leiten. Viewed in plan view, the regions of the two deflectors, which are each seen outside along the axis of the first substrate, can be adapted to the contour of the inflow-side end face of the second substrate. It is favorable if in this area the smallest possible gap exists between the deflector and the inside of the common housing. In particular, it is advantageous if a substantially parallel to the inflow-side end face of the second substrate extending edge of the deflection of the first deflector, at least partially maximum at a distance of about 1 to 7 mm and in particular from 4.5 to 5.5 mm to the inside of the housing runs. This is advantageous above all on the part of the inside of the common housing which is near the outflow-side end face of the first substrate in order to guide the gas flow through the mixing device.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen: The invention will be described in more detail below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:
Abgas, beispielsweise aus dem Motorblock eines Dieselmotors, strömt in eine Eingangsöffnung
Die Eingangsöffnung
Das erste Substrat
Das zweite Substrat
Die beiden Substrate
Die einströmseitige Stirnfläche
Eine Einspritzvorrichtung
Der aus dem ersten Substrat
Die Abgasströmung trifft auf eine Mischvorrichtung
Die beiden Deflektoren
Der erste Deflektor
Die erste Umlenkfläche
Ein Außenrand
Der erste Deflektor
Der zweite Flügel
Der zweite Flügel
Ein Abschnitt des ersten Flügels
Wie in
Der zweite Deflektor
Der erste Flügel
Außerdem weist der zweite Deflektor
Der Flügel
Der Flügel
Die zur einströmseitigen Stirnseite
Das in den Figuren untere Ende der Umlenkfläche
Die Umlenkflächen
Der aus dem ersten Substrat
Nach der Mischung in der Mischvorrichtung
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014102798.1A DE102014102798A1 (en) | 2014-03-03 | 2014-03-03 | Exhaust treatment device |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102014102798.1A DE102014102798A1 (en) | 2014-03-03 | 2014-03-03 | Exhaust treatment device |
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Family
ID=53801378
Family Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11828214B2 (en) | 2020-05-08 | 2023-11-28 | Cummins Emission Solutions Inc. | Configurable aftertreatment systems including a housing |
US11982219B2 (en) | 2017-06-06 | 2024-05-14 | Cummins Emission Solutions Inc. | Systems and methods for mixing exhaust gases and reductant in an aftertreatment system |
-
2014
- 2014-03-03 DE DE102014102798.1A patent/DE102014102798A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11982219B2 (en) | 2017-06-06 | 2024-05-14 | Cummins Emission Solutions Inc. | Systems and methods for mixing exhaust gases and reductant in an aftertreatment system |
US11828214B2 (en) | 2020-05-08 | 2023-11-28 | Cummins Emission Solutions Inc. | Configurable aftertreatment systems including a housing |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |