-
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang, wobei das Reduktionsmittel typischerweise Ammoniak ist.
-
Genauer betrifft die Erfindung nach einem ersten Gesichtspunkt eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang, wobei die Vorrichtung folgendes enthält:
- - ein Volumen mit einem Abgaseinlass und einem Abgasauslass;
- - eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Strahls einer Reaktionsflüssigkeit in das Volumen, wobei die Reaktionsflüssigkeit ein Reduktionsmittel oder eine Vorstufe des Reduktionsmittels aufweist,
- - mindestens ein erstes Prallmittel, das im Volumen angeordnet ist, so dass der Strahl der Reaktionsflüssigkeit abgefangen werden kann;
- - eine erste Heizvorrichtung des ersten Prallmittels;
-
Ein große Anzahl von Abgassträngen sind heutzutage mit Vorrichtungen zur NOx-Reduktion vom Typ SCR (Selective Catalytic Reduction oder selektive katalytische Reduktion). Diese Vorrichtungen sind dazu vorgesehen, die NOx in gasförmige N2 umzuwandeln. Das verwendete Reduktionsmittel ist typischerweise gasförmiges Ammoniak.
-
Die Einspritzvorrichtung der Erfindung ist dazu vorgesehen, in solche Abgasstränge eingebaut zu werden. Die Reaktionsflüssigkeit ist dann entweder eine flüssige Ammoniaklösung oder eine Lösung, die eine Vorstufe des Ammoniaks wie Harnstoff enthält.
-
Wenn die Abgase eine Temperatur unter ca. 180°C aufweisen, vollzieht sich die Umwandlung des Harnstoffs in NH3 sehr schwer und verursacht Ablagerungen, die mit der Zeit den Abgasstrang verstopfen können. Diese Ablagerungen können Emissionsspitzen von NH3 beim Wiederanstieg der Temperatur der Abgase hervorrufen, wenn dieser Wiederanstieg zu einer Resorption der Ablagerungen führt.
-
Der SCR-Katalysator beginnt hingegen bei niedrigeren Temperaturen in der Größenordnung von 120°C wirksam zu sein. Er verfügt zudem über eine NH3-Speicherkapazität, die es ermöglicht, Übergangsphasen zu beherrschen, in welchen der Bedarf an NH3 plötzlich steigt. Die Unmöglichkeit, eine Ammoniak- oder Harnstofflösung bei niedriger Temperatur einzuspritzen, verbietet, diese Speicherkapazität zu nutzen. Im Fall eines Betriebs mit starker Belastung, der auf eine Periode ohne mögliche Einspritzung folgt, ist es somit nicht möglich, die NOx zu reduzieren.
-
Die Zulassungszyklen für die Reinigung der Abgasstränge werden in Zukunft kältere und realistischere Betriebsbedingungen beim Fahren mit niedriger Temperatur insbesondere im Stadtfahrmodus integrieren,
-
Es ist zudem wünschenswert, die Bedingungen für die Verwendung des NOx-Reduktionssystems zu erweitern, und hierzu ist es notwendig, die Reaktionsflüssigkeit, die das Reduktionsmittel oder die Vorstufe des Reduktionsmittels aufweist, bei niedrigeren Temperaturen einspritzen zu können.
-
Dies erfordert, den Einspritzbereich der Reaktionsflüssigkeit zu erhitzen, so dass das Verdampfen des Reduktionsmittels und gegebenenfalls die Konversion der Vorstufe des Reaktionsmittels beschleunigt werden.
-
Mehrere technische Lösungen können in Betracht gezogen werden, um den Einspritzbereich zu erhitzen.
-
Eine erste Möglichkeit besteht darin, die Verbrennung des Treibstoffs zu verschieben, indem ein Nachspritzen durchgeführt wird, um die Abgase beim Austreten aus dem Motor zu erhitzen. Diese erste Lösung bewirkt einen Treibstoffmehrverbrauch und gegebenenfalls eine Verschlechterung des Motoröls durch Verdünnung unverbrannter Rückstände.
-
Eine zweite Lösung besteht darin, die Abgase elektrisch zu erhitzen. Eine solche Erhitzung erfordert jedoch eine große elektrische Leistung, die den Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs benachteiligt. Es ist zudem sehr schwierig, die elektrischen Heizorgane aufgrund des sehr kleinen Raums, der zum Installieren der Einspritzvorrichtung an Bord des Fahrzeugs verfügbar ist, einzubauen.
-
Die beste Lösung besteht darin, nur das oder die Prallmittel zu heizen. Diese Prallmittel sind dazu vorgesehen, den Strahl der Reaktionsflüssigkeit abzufangen und ihn in feinere Tröpfchen aufzulösen, was deren Zerstäubung begünstigt.
-
Der wesentliche Teil der Reaktionsflüssigkeit wird nämlich auf eine relativ begrenzte Fläche, nämlich auf die Prallmittel gesprüht, und das Erhitzen dieser Fläche begünstigt das Zerstäuben und das Erzeugen von gasförmigem Ammoniak, auch dann, wenn die Temperatur der Abgase niedrig ist. Die zu heizende Fläche ist relativ gering, so dass der elektrische Verbrauch und der für die Heizorgane benötigte Raum begrenzt sind.
-
Die Heizvorrichtung soll ermöglichen, das oder die Prallmittel schnell auf eine hohe Temperatur zu bringen. Sie soll auch die thermischen und chemischen Beanspruchungen aushalten können, die mit dem Einbau innerhalb eines Abgasstranges verbunden sind. Die Heizvorrichtung soll insbesondere Abgastemperaturen bis 700°C sowie die aggressive Beanspruchung aggressiver chemischer Elemente aushalten können, wie derjenigen, die aus der Umwandlung der Vorstufe des Reduktionsmittels stammen, beispielsweise der Isocyansäure, die aus dem Zerfall des Harnstoffs stammt.
-
Das Dokument
US 6 969 492 beschreibt das Prinzip, das darin besteht, die Prallmittel zu erhitzen, um das Verdampfen der Reaktionsflüssigkeit zu begünstigen. Hingegen beschreibt dieses Dokument nicht genau, wie das Erhitzen des Prallmittels oder der Prallmittel in der Praxis durchgeführt werden soll.
-
Ferner zeigt die
DE 10 2011 088 569 A1 eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine weitere Einspritzvorrichtung ist aus der
US 7,509,799 B2 bekannt geworden. Diese kommt jedoch ohne Prallmittel aus.
-
In diesem Zusammenhang zielt die Erfindung darauf, eine mit einer Vorrichtung zum Erhitzen des Prallmittels oder der Prallmittel ausgestattete Einspritzungsvorrichtung vorzuschlagen, die den oben genannten Erfordernissen genügt.
-
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
-
Der Mantel schützt das Heizelement der Abgase. Das Widerstands-Heizelement kann somit sehr nah am Prallmittel angeordnet werden. Dies ermöglicht es, das Prallmittel schnell zu erhitzen. Die Leistung des Heizelements und die Materialen des Heizorgans sind so gewählt, dass sie sehr hohen Temperaturen standhalten, die bis über 800°C, vorzugsweise bis über 1000°C erreichen können.
-
Die Übertragung der Wärme des Heizelements auf den Mantel und gegebenenfalls vom Mantel auf das erste Prallmittel erfolgt über Wärmeleitung, was einen schnellen Temperaturanstieg und das Erhalten von sehr hohen Temperaturen ermöglicht.
-
Die Einspritzungsvorrichtung kann auch eins oder mehrere der unten genannten Merkmale aufweisen, die einzeln oder nach allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden:
- - die erste Klemme ist im ersten Prallmittel ausgeschnitten oder an das erste Prallmittel angeformt;
- - der Mantel weist eine allgemein längliche Form entlang einer zentralen Längsachse auf, wobei der Mantel eine rohrförmige Seitenwand, die die zentrale Längsachse umgibt, und eine Abschlusswand, die ein Ende der rohrförmigen Seitenwand schließt, umfasst, wobei der thermisch leitende Bereich ein Bereich der rohrförmigen Seitenwand ist;
- - das Volumen ist durch einen Einlassboden, in welchem der Abgaseinlass angebracht ist, durch einen Auslassboden, in welchem der Abgasauslass angebracht ist und dem Einlassboden gegenüberliegt, und durch eine Umfangswand, die den Einlassboden mit dem Auslassboden verbindet, begrenzt, wobei der Mantel sich mit Abstand zum Einlassboden und zum Auslassboden erstreckt;
- - die Vorrichtung umfasst ein zweites Prallmittel, das im Volumen angeordnet ist, so dass der Strahl der Reaktionsflüssigkeit abgefangen wird, und eine zweite Heizvorrichtung des zweiten Prallmittels;
- - wobei die zweite Heizvorrichtung ein zweites Heizorgan aufweist mit
- - einem Mantel, der mindestens teilweise im Volumen angeordnet ist und einen thermisch leitenden Bereich aufweist, der mit dem zweiten Prallmittel in Kontakt steht oder das zweite Prallmittel definiert; und
- - einem Widerstands-Heizelement, das im Mantel aufgenommen und so angeordnet ist, dass es den thermisch leitenden Bereich heizt;
- - der Strahl wird entlang einer Hauptrichtung gesprüht, wobei die Mäntel der ersten und zweiten Heizelemente jeweils Orthogonalprojektionen auf einer zu einer zur Hauptrichtung senkrechten Ebene bilden, die sich nicht überlappen;
- - das erste und zweite Prallmittel sind jeweils durch einen oberen Rand und einen unteren Rand begrenzt, die einander gegenüberliegen, wobei die Einspritzvorrichtung zudem eine obere Platte, die die oberen Ränder des ersten und zweiten Prallmittels miteinander verbindet, und/oder eine untere Platte die die unteren Ränder des ersten und zweiten Prallmittels miteinander verbindet, umfasst;
- - das erste und zweite Prallmittel und die obere und untere Platte definieren ein Gehäuse, das mit einer Wand des Volumens nur durch eine Vielzahl von Reliefs in Kontakt steht, die an der unteren Platte angebracht sind;
- - das erste Heizorgan ist eine Glühkerze.
-
Nach einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Abgasstrang eines Fahrzeugs, der eine Einspritzvorrichtung mit den oben genannten Merkmalen umfasst.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der ausführlichen nachstehenden Beschreibung, die lediglich als Hinweis und keineswegs einschränkend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen angegeben ist, in welchen:
- - 1 eine perspektivische Ansicht einer Einspritzeinrichtung gemäß der Erfindung ist, wobei die Eingangsschale transparent dargestellt ist, so dass die inneren Organe der Vorrichtung zu sehen sind;
- - 2 eine derjenigen von 1 ähnliche Ansicht ohne die Eingangsschale ist;
- - 3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Prallmittel der Vorrichtung der 1 und 2 ist;
- - 4 eine vereinfachte schematische Darstellung der beiden Prallmittel und der beiden Heizorgane in einer zur Einspritzrichtung senkrechten Ebene ist;
- - 5 eine derjenigen von 3 ähnliche perspektivische Ansicht für eine Ausführungsvariante ist, bei welcher die beiden Prallmittel miteinander durch eine obere und eine untere Platte verbunden sind;
- - 6 eine Teildarstellung eines Abgasstrangs mit einer erfindungsgemäßen Einspritzungsvorrichtung ist
- - 7 eine Schnittansicht eines Heizorgans der Vorrichtung der 1 ist;
- - 8 eine vereinfachte Seitenansicht des Endes eines Heizorgans nach einer Ausführungsvariante der Erfindung ist; und
- - 9 und 10 Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.
-
Die Einspritzvorrichtung 1 ist in den 1 bis 5 dargestellt. Sie dient dazu, ein Reduktionsmittel in einen Abgasstrang 3 vom in 6 dargestellten Typ einzuspritzen. Der Abgasstrang 3 weist einen Katalysator 5 vom Typ SCR auf, um die in den Abgasen enthaltenen NOx in gasförmiges N2 umzuwandeln. Das Reduktionsmittel, das eine solche Umwandlung ermöglicht, ist typischerweise gasförmiges Ammoniak NH3.
-
Die Vorrichtung 1 ist somit vorgesehen, um in den Abgasstrang 3 entweder eine Ammoniaklösung oder eine Vorstufe des Ammoniaks, beispielsweise eine Harnstofflösung einzuspritzen.
-
Die Harnstofflösung oder die Vorstufe des Ammoniaks verdampft nach dem Einspritzen unter der Wirkung der unmittelbar durch die Abgase abgegebene Wärme oder unter der Wirkung der Hitze, die von den Flächen abgegeben ist, auf welche die Tröpfchen, die den Einspritzungsstrahl bilden, aufprallen.
-
Das gasförmige Ammoniak bildet sich entweder unmittelbar im Falle der Ammoniaklösung oder nach dem Zerfall (Thermohydrolyse) im Falle des Harnstoffs.
-
Als Variante kann die Einspritzvorrichtung dazu vorgesehen sein, eine weitere Vorstufe des Ammoniaks oder ein anderes Reduktionsmittel als Ammoniak oder eine Vorstufe eines anderen Reduktionsmittels als Ammoniak (Wasserstoff, Kohlenwasserstoff) einzuspritzen.
-
Wie in 1 zu sehen ist, umfasst die Einspritzvorrichtung 1:
- - Ein Volumen 7 mit mindestens einem Abgaseinlass 9 und einem Abgasauslass 11;
- - eine Vorrichtung 13 zum Einspritzen eines Strahls 15 einer Reaktionsflüssigkeit (2);
- - mindestens ein erstes Prallmittel 17, das im Volumen 7 angeordnet ist, so dass der Strahl 15 der Reaktionsflüssigkeit abgefangen werden kann;
- - eine erste Heizvorrichtung 19 des ersten Prallmittels 17.
-
Im dargestellten Beispiel umfasst die Einspritzvorrichtung zudem ein zweites Prallmittel 21, das im Volumen 7 angeordnet ist, so dass der Strahl 15 der Reaktionsflüssigkeit abgefangen werden kann, sowie eine zweite Heizvorrichtung des zweiten Prallmittels 21. Als Variante könnte die Vorrichtung lediglich ein einziges Prallmittel und eine einzige Heizvorrichtung aufweisen.
-
Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, ist das Volumen 7 durch einen Einlassboden 25 begrenzt, in welchem der Abgaseinlass 9 angebracht ist, durch einen Auslassboden 27, in welchem der Abgasauslass 11 angebracht ist, und durch eine rohrförmige Seitenwand 29, die den Einlassboden mit dem Auslassboden verbindet.
-
Insbesondere in dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel bilden der Auslassboden 27 und die rohrförmige Seitenwand 29 eine Schale. Die rohrförmige Seitenwand 29 ist im Wesentlichen zylindrisch. Der Auslassboden 27 entspricht dem Boden der Schale und ist mit einem Ende der rohrförmigen Seitenwand 29 fest verbunden. Er ist im Allgemeinen schraubenförmig und windet sich um eine Achse X, die der Zentralachse der rohrförmigen Wand 29 entspricht. Der Auslass 11 ist durch eine Vielzahl von im Boden 27 angebrachten Öffnungen gebildet.
-
Der Einlassboden 25 ist am anderen Ende der rohrförmigen Seitenwand 29 angesetzt und gegenüber dem Auslassboden angeordnet. Er weist die Form einer schraubenförmigen Rampe auf. Der Haupteinlass 9 ist durch eine Vielzahl von im Einlassboden 25 angebrachten Öffnungen gebildet.
-
Das Volumen 7 weist zudem einen zylindrischen Körper 31 auf, der die rohrförmige Seitenwand 29 umgibt.
-
Ein Einlassflansch 33 und ein Auslassflansch 35 sind am Körper 31 starr befestigt. Diese Flansche ermöglichen es, das Volumen 7 an einem vor dem Abgasstrang liegenden Abschnitt 37 bzw. nach dem Abgasstrang liegenden Abschnitt 38 anzuschließen (siehe 6). Der Einlass 9 und der Auslass 11 sind in fluidischer Verbindung mit den Abschnitten 37 bzw. 38.
-
Das Volumen 7 ist somit wie in der
WO 2012/080585 beschrieben angeordnet. Weitere Anordnungen sind jedoch denkbar.
-
Die Einspritzvorrichtung 13 ist von einem bekannten Typ und wird hier nicht ausführlich beschrieben. Sie ist in einem Ring 39 (1) eingebaut, der mit dem Körper 31 fest verbunden ist. Der Strahl 15 bildet ausgehend von der Einspritzvorrichtung 13 einen Kegel um eine Einspritzrichtung D, die in 2 dargestellt ist.
-
Die Richtung D ist im Wesentlichen senkrecht zur Achse X. Im dargestellten Beispiel ist sie im Wesentlichen radial zur Achse X. Als Variante ist die Richtung D ausgehend von der Einspritzvorrichtung zur Mitte des Volumens 7 ausgerichtet, ohne streng radial zu sein.
-
Als Variante ist die Richtung D im Wesentlichen tangential zu einem zur Achse X zentrierten und senkrechten Kreis.
-
Die Einspritzvorrichtung 13 ist dazu vorgesehen, einen Strahl von Tröpfchen einer Reaktionsflüssigkeit einzuspritzen.
-
Das erste und zweite Prallmittel 17, 21 sind Metallplättchen. Sie sind beispielsweise aus nicht rostendem Stahl und weisen eine Dicke von 0,5 bis 2 mm auf.
-
Gemäß der Einspritzrichtung D betrachtet, liegt das zweite Prallmittel 21 relativ näher von der Einspritzvorrichtung 13 als das erste Prallmittel 17.
-
Wie in 3 gezeigt, umfassen das erste und zweite Prallmittel 17 und 21 jeweils einen ebenen Teil 41, 43, der seitlich durch einen leicht konvexen Teil 45, 47 zur Einspritzvorrichtung 13 hin verlängert ist. Sie weisen jeweils eine große Wirkfläche 37, 39 auf, die der Einspritzvorrichtung 13 zugewandt und dazu vorgesehen ist, den Strahl der Reaktionsflüssigkeit abzufangen. Die Prallmittel 17 und 21 weisen auch jeweils eine weitere große Wirkfläche auf, die nicht bezeichnet und dem zentralen Bereich des Volumens 7 zugewandt ist.
-
Die Prallmittel 17 und 21 sind zueinander gemäß einer Richtung L versetzt, die in der 2 dargestellt ist. Die Richtung L ist im Wesentlichen senkrecht zur Einspritzrichtung D und zur Achse X.
-
Wie in 2 dargestellt, fangen somit das erste und zweite Prallmittel 17 und 21 jeweils einen Teil der Reaktionsflüssigkeit 15 ab.
-
Das erste und zweite Prallmittel 17 und 21 haben komplexe gekrümmte Formen, jedoch erstrecken sich die ebenen Teile 41, 43 meist in jeweiligen Ebenen, die zur Richtung L im Wesentlichen parallel bzw. zur Einspritzrichtung D im Wesentlichen senkrecht sind. Die konvexen Teile 45, 47 erstrecken sich entlang der ebenen Teile 41, 43 gemäß der Richtung L und krümmen sich ab den ebenen Teilen 41, 43 an einer der Einspritzvorrichtung 13 gegenüberliegenden Seite.
-
Im dargestellten Beispiel sind die erste und zweite Heizvorrichtung 19 und 23 identisch. Nachstehend wird lediglich die erste Heizvorrichtung ausführlich beschrieben.
-
Im dargestellten Beispiel umfasst die erste Heizvorrichtung 19 ein erstes Heizorgan. Dieses Organ ist eine Glühkerze. Das erste Heizorgan ist beispielsweise von dem Typ, der in der Druckschrift
FR 2 928 688 beschrieben ist.
-
Wie die 7 zeigt, umfasst die Glühkerze:
- - einen Mantel 75;
- - ein Widerstands-Heizelement 77, das im Mantel 75 aufgenommen ist;
- - einen elektrischen Stecker 79, der einen Anschluss 81 außerhalb des Mantels 75 und einen leitenden Abschnitt 83, der den Anschluss mit dem Heizelement 77 elektrisch verbindet;
- - Mittel 85 zur Abdichtung und elektrischen Isolierung zwischen dem Mantel 75 und dem leitenden Abschnitt 83.
-
Das Heizelement 77 ist ein elektrischer Heizwiderstand.
-
Der Mantel 75 umfasst einen Glühkerzenkörper 87, der mit einem zylindrischen Innenkanal 89 für den Durchgang des elektrischen Steckers versehen ist, und eine Umhüllung 91, die das Heizelement 77 schützt.
-
Die Umhüllung 91 bildet einen zylindrischen hohlen Finger, der sich entlang einer Längsachse erstreckt. Sie umfasst eine rohrförmige Seitenwand 92, die ein offenes Ende 93 aufweist, welches im Kanal 89 steckt, und ein geschlossenes Ende, das durch eine Abschlusswand 95 geschlossen ist. Der leitende Abschnitt 83 steckt im Kanal 89 über seinen zentralen Teil. Sein dem Anschluss 81 entgegengesetzte Endstück 96 steckt in der Umhüllung 91 über das offene Ende 93. Der Heizwiderstand 77 ist mit dem Teil 96 des leitenden Abschnitts elektrisch verbunden.
-
Der Außendurchmesser des Endes 93 der Umhüllung ist im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Kanals 89 gleich.
-
Die Umhüllung 91 ist mit Magnesiumoxid (MgO) gefüllt, so dass das Endstück 96 und der elektrische Heizwiderstand 77 in Stellung gehalten werden können. Sie ermöglicht es, die Wärme vom Widerstand zur Umhüllung zu leiten und gleichzeitig die elektrische Isolierung des Widerstands mit der (mit der Masse verbundenen) Umhüllung zu gewährleisten.
-
Der elektrische Heizwiderstand 77 ist ein um die Längsachse schraubenartig gewickelter Glühdraht, der sich bis zum geschlossenen Ende 95 entlang eines Teils des dem Körper 87 gegenüberliegenden Gehäuses erstreckt.
-
Der Widerstand 77 umfasst typischerweise eine Regelwendel und eine Heizwendel. Die Heizwendel ist im aktiven Heizbereich angeordnet.
-
Die Heizvorrichtung 19 umfasst einen (nicht dargestellten) Heizgenerator, mit welchen der Anschluss 81 elektrisch verbunden ist.
-
Die Dichtmittel 85 umfassen beispielsweise einen Stopfen aus Glas, der den ringförmigen Raum zwischen dem leitenden Abschnitt 83 und dem Glühkerzenkörper 87 füllt. Der Stopfen erstreckt sich axial vom Ende 93 des Gehäuses bis zum Ende des dem Gehäuse 91 entgegengesetzten Innenkanals 89.
-
Der Glühkerzenkörper 87 ist mit einem nicht dargestellten Ring am Körper 31 des Volumens 7 befestigt.
-
Der aktive Teil der Glühkerze 19, der dem Endstück des Gehäuses 91 entspricht, das den elektrischen Heizwiderstand 77 aufnimmt, ist im Volumen 7 angeordnet.
-
Wie in 2 zu sehen ist, liegt somit der Mantel 75 teilweise innerhalb des Volumens 7. Genauer gesagt ist das Gehäuse 91 mit seiner größten Länge innerhalb des Volumens 7 angeordnet.
-
Der Mantel 75 weist einen ersten thermisch leitenden Bereich 103, der mit dem ersten Prallmittel 17 in Kontakt steht. Der erste thermisch leitende Bereich 103 ist ein Bereich der rohrförmigen Seitenwand 92 des Gehäuses. Er befindet sich in der Nähe des geschlossenen Endes des Gehäuses.
-
Das Inkontaktbringen der Glühkerze 19 mit dem ersten Prallmittel 17 über die rohrförmige Seitenwand 92 und nicht über die Abschlusswand 95 ermöglicht es, die Kontaktfläche zu vergrößern.
-
Um diese Kontaktfläche noch weiter zu vergrößern, umfasst das erste Prallmittel 37 eine im Wesentlichen halbzylindrische Tiefprägung 105. Die Tiefprägung 105 ist an der großen Wirkfläche 37 konkav. Sie erstreckt sich in Längsrichtung. Das freie Ende 107 der Glühkerze steckt in der Tiefprägung 105 und ist gegen den Boden der Tiefprägung 105 gedrückt.
-
Das erste Heizorgan ist mit dem ersten Prallmittel 17 durch eine erste Klemme 109 verbunden, die den Mantel 75 gegen das erste Prallmittel beaufschlagt. Genauer ist das erste Heizmittel nur durch die erste Klemme 109 unmittelbar mit dem ersten Prallmittel verbunden.
-
Wie in 3 zu sehen ist, ist die erste Klemme gemäß einer Ausführungsform im ersten Prallmittel ausgeschnitten. Die erste Klemme liegt in der Richtung der Achse X. Sie ist mit dem Rest des Prallmittels durch ein erstes axiales Ende 111 fest verbunden, wobei ihr entgegengesetztes axiales Ende 113 frei ist. Sie weist zwischen ihren Enden 111 und 113 ein vertieftes Relief 115 auf, das dazu vorgesehen ist, sich umfangmäßig um den Mantel 75 anzupassen. Die Tiefprägung 105 und das vertiefe Relief 115 haben entgegengesetzte Konkavitäten. Der erste Mantel 75 ist somit auf einer Seite gegen den Boden der Tiefprägung 105 und auf einer entgegengesetzten Seite gegen den Boden eines vertieften Reliefs 115 gedrückt. Sie ist somit elastisch zwischen der Tiefprägung 105 und dem vertieften Relief 115 eingeklemmt, ohne weder am Prallmittel 17 noch an der Klemme 109 starr befestigt zu sein.
-
Diese Befestigungsart ist besonders vorteilhaft. Wenn die Glühkerze nämlich auf hohe Temperatur gebracht wird, erfahren deren Mantel 75 und insbesondere deren rohrförmige Seitenwand eine beträchtliche Längsdehnung. Diese Längsdehnung wird durch die Klemme 109 nicht verhindert. Ebenso erfahren der erste Mantel 75 und insbesondere die rohrförmige Seitenwand 92 bei hoher Temperatur eine umfangsmäßige Dehnung, die von der Klemme 109 nicht verhindert wird.
-
Die zweite Heizvorrichtung 23 umfasst ein zweites Heizorgan, das mit dem zweiten Prallmittel durch eine Klemme vom selben Typ wie die erste Klemme 109 verbunden werden kann.
-
In einer in der 3 dargestellten Ausführungsvariante ist das zweite Heizorgan jedoch mit dem zweiten Prallmittel durch eine Klemme eines unterschiedlichen Typs verbunden. Die zweite Klemme 117 ist nicht im zweiten Prallmittel 21 ausgeschnitten, sondern an den zweiten Prallmittel 21 angesetzt.
-
Die zweite Klemme 117 ist ein zur Achse X paralleles längliches Plättchen. Sie weist einen ersten im Wesentlichen ebenen Teil 119 auf, der axial durch einen zweiten konkaven Teil 121 verlängert ist. Der erste im Wesentlichen ebene Teil 119 ist an der großen Wirkfläche 39 des zweiten Prallmittels starr befestigt. Der zweite Teil 121 weist eine zur Tiefprägung 105 des zweiten Prallmittels zugewandte Konkavität auf. Der zweite Teil 121 ist gegenüber der Tiefprägung 105 angeordnet.
-
Der Endabschnitt 107 des Gehäuses 91 des zweiten Heizorgans ist somit zwischen dem Boden der Tiefprägung 105 und dem konkaven Teil 121 der Klemme geklemmt. In dieser Ausführungsvariante ist derselbe Abschnitt der rohrförmigen Seitenwand 92 auf der einen Seite gegen den Boden der Tiefprägung 105 und auf der anderen Seite gegen den konkaven Teil 121 gedrückt.
-
In der ersten Ausführungsvariante der Klemme werden im Gegenteil zwei verschiedene Abschnitte der rohrförmigen Seitenwand 92, der eine gegen das vertiefte Relief 115 und der andere gegen die Tiefprägung 105 gedrückt.
-
Es wird angemerkt, dass die Tiefprägungen 105 in den ebenen Teilen 41, 43 der beiden Prallmittel angebracht sind.
-
Die in 3 dargestellte Anordnung ist besonders vorteilhaft. In dieser Anordnung ist das Heizorgan des ersten Prallmittels mit diesem durch eine im ersten Prallmittel ausgeschnittene Klemme verbunden, während das Heizorgan des zweiten Prallmittels gegen das zweite Prallmittel durch eine an das zweite Prallmittel angesetzte Klemme gedrückt wird. Dieses ermöglicht, den Raumbedarf des zweiten Prallmittels parallel zur Richtung L zu begrenzen und dafür zu sorgen, dass das zweite Prallmittel im Verhältnis zum ersten Prallmittel keinen Schild für den Strahl der Reaktionsflüssigkeit bildet. Man könnte jedoch in Betracht ziehen, die beiden Prallmittel mit ausgeschnittenen Klemmen oder im Gegenteil mit angesetzten Klemmen auszustatten oder auch das erste Prallmittel mit einer angesetzten Klemme und das zweite Prallmittel mit einer ausgeschnittenen Klemme auszustatten.
-
Im Ausführungsbeispiel der 2 erstrecken sich die beiden Heizorgane 19 und 23 parallel zur Richtung L und sind auf derselben Seite der Prallmittel 17 und 21 angeordnet. In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante könnten das erste und zweite Heizorgan 19 und 23 auf zwei entgegengesetzten Seiten der Prallmittel angeordnet sein.
-
In der 2 stellt der Pfeil F die Strömungsrichtung der Abgase im Volumen 7 dar. Diese Abgase haben eine im Wesentlichen schraubenförmige Bewegung um die Achse X. Im Ausführungsbeispiel der 2 befinden sich somit die Heizorgane strömungsaufwärts der Prallmittel. Strömungsaufwärts und -abwärts verstehen sich in Bezug auf die Strömungsrichtung der Abgase. Bei in den 9 und 10 dargestellten Varianten sind das erste Heizorgan und/oder das zweite Heizorgan strömungsabwärts der Prallmittel angeordnet.
-
Damit das zweite Heizorgan das erste Heizorgan gegenüber der Reaktionsflüssigkeit 15 nicht verdeckt, werden die Mäntel des ersten und zweiten Heizorgans so angeordnet, dass diese jeweils Orthogonalprojektionen auf einer zu einer zur Einspritzrichtung D senkrechten Ebene P bilden, die sich nicht überlappen. In dieser Figur wurden das erste und zweite Prallmittel 17, 21 schematisch als Orthogonalprojektion auf der zur Einspritzrichtung D senkrechten Ebene P dargestellt. Man hat auch die jeweils Orthogonalprojektionen der Umhüllungen 91 der Heizorgane dargestellt. Es ist deutlich zu sehen, dass sich die Projektion der Umhüllung 91 des ersten Heizorgans oberhalb der Projektion der Umhüllung des zweiten Heizorgans befindet. Diese Projektionen erstrecken sich parallel zueinander und sind über einander angeordnet. Sie überlappen sich nie.
-
Als Variante ist es möglich, den zweiten Mantel oberhalb des ersten Mantels anzuordnen.
-
Die Ebene P ist beispielsweise die zur Richtung D senkrechte Ebene, die die Achse X enthält.
-
Nun wird die Funktionsweise der Einspritzvorrichtung ausführlich beschrieben.
-
Die Abgase dringen in das Volumen 7 durch den Einlass 9 ein und zirkulieren schraubenförmig um die Achse X innerhalb dieses Volumens 7. Sie strömen durch den Auslass oder die Auslässe 11 aus. Die Einspritzvorrichtung sprüht den Strahl 15 der Reaktionsflüssigkeit zu den Prallmitteln 17 und 21. Wie in 2 zu sehen ist, prallt der Strahl 15 entweder gegen das erste Prallmittel, oder den Endabschnitt 107 des ersten Heizorgans, oder das zweite Prallmittel 21, oder den Endabschnitt 107 des zweiten Heizorgans. Unter der Wirkung des Aufpralls platzen die Tröpfchen der Reaktionsflüssigkeit in feinere Tröpfchen. Diese feineren Tröpfchen werden durch die Abgase mitgenommen und verdampfen unter der von den Abgasen abgegebene Hitze. Wenn die Reaktionsflüssigkeit Harnstoff enthält, wird dieser Harnstoff in gasförmiges Ammoniak umgewandelt.
-
Wenn die Temperatur der Abgase niedriger ist als ein vorgegebener Wert, ruft ein Ansteuerrechner das Anheizen der ersten und zweiten Heizvorrichtung 19 und 23 hervor. Die Widerstands-Heizelemente 77 setzen Wärme frei, wobei diese Wärme bis zu den Mänteln 75 durch Wärmeleitung übertragen und durch die thermische leitenden Bereiche 103 bis zum ersten und zweiten Prallmittel 17 und 21 durch Wärmeleitung durchläuft. Danach breitet sich die Wärme durch Wärmeleitung auf der ganzen Fläche des ersten und zweiten Prallmittels 17 und 21 aus.
-
In einer Ausführungsvariante kann der Rechner die elektrische Leistung, die jedes der Heizorgane 19, 23 im Verhältnis zur Temperatur der Abgase versorgt, regeln.
-
Dadurch, dass die Tropfen der Reaktionsflüssigkeit gegen ein Prallmittel mit hoher Temperatur aufprallen, wird das Verdampfen der Reaktionsflüssigkeit beschleunigt.
-
Eine Ausführungsvariante der Erfindung ist in 5 dargestellt.
-
In dieser Ausführungsvariante umfasst die Einspritzvorrichtung eine obere Platte 123 und eine untere Platte 125, die jeweils die oberen Ränder 127 des ersten und zweiten Prallmittels und die unteren Ränder 129 des ersten und zweiten Prallmittels miteinander verbinden. Die oberen Ränder 127 des ersten und zweiten Prallmittels sind dem Einlassboden 25 zugewandt. Die unteren Ränder 129 sind dem Auslassboden 27 zugewandt. Gemeinsam bilden die obere und untere Platte 123 und 125 mit dem ersten und zweiten Prallmittel 17 und 21 ein Gehäuse. Die Platten 123 und 125 sind aus Metall, beispielsweise aus nicht rostendem Stahl, der die Wärme gut leitet, und werden durch Wärmeleitung durch das erste und zweite Heizorgan über die Prallmittel erhitzt.
-
Die obere Platte 123 und die untere Platte 125 ermöglichen es, das Verdampfen der Reaktionsflüssigkeit weiter zu verbessern. Ein Teil des Strahls der Reaktionsflüssigkeit prallt nämlich unmittelbar gegen die obere Platte 123 und die untere Platte 125 auf. Nachdem sie im Kontakt mit dem ersten Prallmittel geplatzt sind, prallen zudem die Tröpfchen wiederum gegen die obere Platte 123 und die untere Platte 125 auf.
-
Vorteilhafterweise kann die untere Platte 125 verwendet werden, um die Prallmittel 17, 21 des Auslassbodens 27 thermisch zu entkoppeln.
-
Hierzu trägt die untere Platte 125 eine Vielzahl von Reliefs 131, die zum Auslassboden 27 vorspringen. Die untere Platte 125 liegt auf dem Auslassboden lediglich über die Reliefs 131. Sie trägt das erste und zweite Prallmittel 17 und 21, die keinerlei unmittelbaren Kontakt mit dem Auslassboden 27 haben. Somit werden der Wärmeverlust im Auslassboden und die thermische Trägheit begrenzt.
-
In einer in 8 dargestellten Ausführungsvariante definiert der Mantel 75 des ersten Heizorgans und/oder des zweiten Heizorgans jeweils das erste Prallmittel 17 und/oder das zweite Prallmittel 21. Das Ende 107 des Mantels 75 weist die Form einer Platte auf, die im Wesentlichen die Abmessungen des oben beschriebenen ersten und/oder zweiten Prallmittels 17, 21 aufweist.
