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Die Erfindung betrifft allgemein Abgasreinigungsbaugruppen.
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Insbesondere betrifft die Erfindung gemäß einer ersten Ausgestaltung eine Abgasreinigungsbaugruppe, die Folgendes umfasst:
- – eine stromauwärtige Leitung, in der ein erstes Abgasreinigungselement angeordnet ist;
- – eine stromabwärtige Leitung, in der ein zweites Abgasreinigungselement angeordnet ist, wobei die stromaufwärtige und die stromabwärtige Leitung parallel zueinander angeordnet sind;
- – einen Raum mit einem Abgaseinlass, der mit der stromaufwärtigen Leitung in Verbindung steht, und einem Abgasauslass, der mit der stromabwärtigen Leitung in Verbindung steht, wobei der Raum einen Durchgang begrenzt, der die Abgase von dem Einlass zu dem Auslass führt, und wobei der Einlass durch einen Umfangsrand begrenzt ist;
- – ein Ablenkblech, das dem Einlass gegenüberliegend in dem Raum angeordnet ist;
- – eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Stickoxide reduzierenden Produkts in den Raum.
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Eine solche Baugruppe wird z. B. in
FR 2 977 632 beschrieben. In diesem Dokument weist die Einspritzvorrichtung einen Injektor auf, der dazu vorgesehen ist, einen Strom eines flüssigen Reduktionsmittels in Richtung von Impaktoren, die von dem Ablenkblech getragen werden, in den Raum hinein zu injizieren. Das Ablenkblech hat die Form einer spiralförmigen Rampe und begrenzt eine Öffnung, durch die Abgase strömen, um in einer im Wesentlichen tangentialen Weise über die Impaktoren zu streichen.
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Eine solche Baugruppe hat den Nachteil, dass die Qualität der Mischung zwischen dem Reduktionsmittel und den Abgasen nicht konstant ist und insbesondere aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase schwankt.
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In diesem Kontext soll mit der Erfindung eine Reinigungsbaugruppe vorgeschlagen werden, die unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase eine gute Mischungsqualität besitzt.
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Dazu betrifft die Erfindung eine Reinigungsbaugruppe der oben genannten Art, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkblech eine Zunge umfasst, die sich in Längsrichtung von einem Bereich des Umfangsrands des Einlasses zu einem anderen, in der orthogonalen Projektion auf den Einlass gesehen diametral gegenüberliegenden Bereich des Umfangsrands erstreckt, der zwei freie Zonen auf beiden Seiten der Zunge definiert und 20–80% einer Gesamtfläche des Einlasses, vorzugsweise 30–70% einer Gesamtfläche des Einlasses bedeckt.
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Die Reinigungsbaugruppe kann zudem eines oder mehrere der oben genannten Merkmale aufweisen, einzeln genommen oder gemäß allen technisch möglichen Kombinationen:
- – die Zunge ist zu dem Einlass hin konkav;
- – die Zunge besitzt eine Basis, die in einem Stück mit dem Bereich des Umfangsrands des Einlasses gebildet ist und sich über 10–40% eines Umfangs des Einlasses erstreckt;
- – in der Längsrichtung hat die Zunge eine Länge von 50–100% einer Breite des Einlasses in der Längsrichtung;
- – entgegengesetzt zu dem Bereich des Umfangsrands hat die Zunge ein abgerundetes freies Ende;
- – senkrecht zu der Längsrichtung hat die Zunge eine Breite, die sich von dem Bereich des Umfangsrands zu dem anderen, diametral gegenüberliegenden Bereich verjüngt;
- – die Einspritzvorrichtung umfasst einen Injektor, der dazu geeignet ist, einen Strom von flüssigem Reduktionsmittel von dem anderen Bereich aus, der in Längsrichtung diametral gegenüberliegt, in den Raum einzuspritzen;
- – die Baugruppe umfasst mindestens einen ersten Impaktor, der an der Zunge befestigt ist und so angeordnet ist, dass er mindestens einen Teil des Stroms von Reduktionsmittel abfängt;
- – der erste Impaktor ist bogenförmig und weist zu dem Injektor hin;
- – der Raum weist eine der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Leitung gegenüberliegende Abdeckung auf, wobei die Baugruppe mindestens einen zweiten Impaktor aufweist, der an der Abdeckung befestigt ist und so angeordnet ist, dass er mindestens einen Teil des Stroms von Reduktionsmittel abfängt;
- – der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Leitung gegenüberliegend weist der Raum eine Abdeckung auf, die so ausgeführt ist, dass sie den Durchgang definiert;
- – der Durchgang umfasst einen stromaufwärtigen Kanal, der in Längsrichtung langgestreckt ist und der Zunge gegenüberliegend angeordnet ist;
- – die Zunge hat eine Basis, die in einem Stück mit dem Bereich des Umfangsrands des Einlasses ausgebildet ist, wobei der stromaufwärtige Kanal dieselbe Breite hat wie die Basis senkrecht zur Längsrichtung; und
- – der Durchgang umfasst einen mittleren Kanal zwischen dem Einlass und dem Auslass, wobei der Bereich des Umfangsrands zu einem stromaufwärtigen Ende des mittleren Kanals hin gebogen ist.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Fahrzeugabgasleitung, die eine Reinigungsbaugruppe mit den obigen Merkmalen umfasst.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, die lediglich als Beispiel dient und sich auf die hier beigefügten Figuren bezieht; darin zeigen:
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1 eine Draufsicht einer Abgasreinigungsbaugruppe gemäß der Erfindung, wobei die innenliegenden Komponenten der Baugruppe durch einen Ausschnitt in der Motorhaube zu sehen sind;
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2 ist eine ausgeschnittene Ansicht in Richtung der Pfeile II von 1;
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3 ist eine perspektivische Ansicht der Einfassung und des Ablenkblechs der Reinigungsbaugruppe von 1;
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4 ist eine perspektivische Ansicht der Einfassung, des Ablenkblechs, der Impaktoren und des Injektors der Baugruppe von 1;
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5 ist eine perspektivische Ansicht der Motorhaube der Baugruppe von 1; und
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6 und 7 sind jeweils ausgeschnittene Ansichten in Richtung der Pfeile VI und VII von 1.
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In der nun folgenden Beschreibung sind die Begriffe 'stromaufwärtig' und 'stromabwärtig' in Bezug auf die Zirkulationsrichtung der Abgase zu verstehen.
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Die insbesondere in 1 und 2 dargestellte Baugruppe 1 dient zur Reinigung des Abgases von einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug ist typischerweise ein Automobil, z. B. ein Auto oder Lastwagen.
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Insbesondere soll sie die aus einem Dieselmotor stammenden Abgase reinigen.
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Die in 1 und 2 dargestellte Baugruppe 1 umfasst:
- – eine stromaufwärtige Leitung 3, in der ein erstes Abgasreinigungselement 5 angeordnet ist;
- – eine stromabwärtige Leitung 7, in der ein zweites Abgasreinigungselement 9 angeordnet ist;
- – einen Raum 11 mit einem Abgaseinlass 13, der mit der stromaufwärtigen Leitung 3 in Verbindung steht, und einem Abgasauslass 15, der mit der stromabwärtigen Leitung in Verbindung steht, wobei der Raum 11 einen Durchgangsweg 17 begrenzt, der die Abgase von dem Einlass 13 zu dem Auslass 15 führt;
- – ein Ablenkblech 19, das dem Einlass 13 gegenüberliegend in dem Raum 11 angeordnet ist;
- – eine Vorrichtung 21 zum Einspritzen eines Stickoxide reduzierenden Produkts in den Raum 11.
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Die stromaufwärtige Leitung 3 ist in stromaufwärtiger Richtung mit einem Abgassammler (nicht dargestellt) verbunden, der die Abgase von den Brennkammern des Verbrennungsmotors sammelt. Weitere Geräte können zwischen der stromaufwärtigen Leitung und dem Abgassammler angeordnet sein, z. B. ein Turbolader.
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Das erste Reinigungselement 5 ist typischerweise ein Oxidationskatalysator für Dieselmotoren ('DOC'). In einer Variante umfasst die stromaufwärtige Leitung mehrere Abgasreinigungselemente, insbesondere einen Partikelfilter und einen oder mehrere Oxidationskatalysatoren.
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Das erste Reinigungselement 5 ist im Inneren der stromaufwärtigen Leitung 3 angeordnet, so dass die Abgase gezwungen sind, dieses Element 5 zu durchströmen, wenn diese Abgase von dem Abgassammler zu dem Einlass 13 zirkulieren.
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Das erste Reinigungselement 5 besitzt eine Auslassfläche 23, durch die die Abgase das Reinigungselement 5 verlassen. Die Auslassfläche 23 korrespondiert im Wesentlichen mit dem Einlass 13. Die stromaufwärtige Leitung 3 mündet direkt in den Einlass 13. In einer Variante ist die Auslassfläche 23 stromaufwärts mit einem leichten Abstand von dem Einlass 13 verschoben.
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Die stromaufwärtige Leitung 7 ist in stromabwärtiger Richtung mit einer Abgaskanüle (nicht dargestellt) verbunden, durch die die Abgase nach der Reinigung in die Atmosphäre geleitet werden. Weitere Geräte, wie zum Beispiel Schalldämpfer, sind zwischen der stromabwärtigen Leitung und der Abgaskanüle angeordnet.
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Das zweite Reinigungselement ist ein als 'SCR' (Selektive katalytische Reduktion) bekannter Katalysator. Der SCR-Katalysator dient zur Verringerung des N2-Gases des in den Abgasen enthaltenen NOx in Gegenwart eines Stickstoff reduzierenden Produkts wie zum Beispiel Ammoniak (NH3). Die stromabwärtige Leitung kann außerdem nicht nur einen SCR-Katalysator enthalten, sondern auch einen Partikelfilter und/oder mehrere andere Katalysatoren oder Reduktionsmittel, die in der stromabwärtigen Leitung vor oder nach dem SCR-Katalysator angeordnet sind. Zum Beispiel ist das zweite Reinigungselement 9 ein SCR-Filter, d. h. ein Partikelfilter, der mit demselben katalysierenden Material imprägniert ist wie die SCR-Katalysatoren.
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Das zweite Reinigungselement 9 ist so in der stromabwärtigen Leitung angeordnet, dass die durch den Auslass 15 austretenden und in Richtung zu der Kanüle zirkulierenden Abgase gezwungen sind, das Reinigungselement 9 zu durchströmen. Das Reinigungselement 9 besitzt eine Einlassfläche 25, durch die die Abgase in das Element 9 eindringen. Diese Einlassfläche 25 ist im Wesentlichen so angeordnet, dass sie mit dem Auslass 15 korrespondiert. In einer Variante ist die Einlassfläche entlang der stromabwärtigen Leitung in einem Abstand von dem Auslass 15 verschoben. In einer Variante ist ein Partikelfilter oder ein weiterer Katalysator zwischen dem Auslass 15 und dem Reinigungselement 9 angeordnet.
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Die stromauwärtige Leitung 3 und die stromabwärtige Leitung 7 sind im Wesentlichen parallel zueinander. Sie sind nebeneinander angeordnet. Das heißt, um Platz zu sparen, sind die stromaufwärtige Leitung 3 und die stromabwärtige Leitung 7 Seite an Seite angeordnet. Insbesondere sind die in der Nähe des Raums 11 jeweils angeordneten Teile der stromaufwärtigen Leitung und der stromabwärtigen Leitung Seite an Seite angeordnet. Diese Teile umfassen typischerweise das erste und das zweite Reinigungselement.
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'Seite an Seite' bezeichnet hier die Tatsache, dass die jeweiligen Mittelachsen X und Y der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Leitung (2) im Wesentlichen parallel zueinander sind oder leicht geneigt zueinander oder nahe beieinander.
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Die stromauwärtige und stromabwärtige Leitung 3, 7 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Mit anderen Worten, die stromaufwärtige und stromabwärtige Leitung 3, 7 haben jeweils Seitenflächen, die einander im Wesentlichen gegenüberliegen.
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Die Abgase zirkulieren in entgegengesetzte Richtungen durch das erste Reinigungselement 5 und das zweite Reinigungselement 9.
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In dem dargestellten Beispiel umfasst der Raum 11 eine Einfassung 27, in der der Einlass 13 und der Auslass 15 angeordnet sind, sowie einen auf der Einfassung 27 angeordneten Deckel 29. Die Einfassung ist insbesondere in 3 und 4 dargestellt, und die Motorhaube ist in 5 dargestellt.
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Die Einfassung 27 ist ein ausgestanztes Metallteil. Der Einlass und der Auslass sind z. B. kreisrund. Sie sind auf einer einzigen Ebene angeordnet, wie in 2–4 dargestellt. In einer Variante sind sie auf zwei Ebenen angeordnet, die zueinander parallel sind und leicht zueinander verschoben sind.
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Die Einfassung 27 ist entlang einer durch die jeweiligen Mittelpunkte C und C' von Einlass 13 und Auslass 15 verlaufenden Hauptachse P langgestreckt (3). In dem dargestellten Beispiel belegen der Einlass und der Auslass zwei Enden der Einfassung. Der Einlass 13 belegt im Wesentlichen das gesamte eine Ende der Einfassung, und der Auslass 15 belegt ebenso das gesamte zweite Ende der Einfassung. Die Einfassung ihrerseits umfasst ein vollständiges mittleres Teil 31 zwischen dem Einlass und dem Auslass. Die Breite des mittleren Teils 31, parallel zur Hauptachse, wird bestimmt durch den Abstand zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Leitung.
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Der Deckel 29 ist ein konkav geformtes Metallteil, das der Einfassung 27 eine wellige Form verleiht. Somit hat er einen komplexen Innenraum und eine durch einen Umfangsrand 33 begrenzte Öffnung (2). Die Einfassung 27 schließt die Öffnung; der Umfangsrand 35 der Einfassung ist so montiert, dass er eine Dichtung auf dem Umfangsrand 33 der Öffnung bildet. Zum Beispiel sind die Ränder 33 und 35 luftdicht miteinander verschweißt.
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In dem dargestellten Beispiel definiert der Deckel 29 einen Durchgangsweg 17 in dem Sinn, dass man die verschiedenen Abschnitte des Abgaskanals durch Formen des Deckels 29 erhält. In einer Variante erhält man die verschiedenen Abschnitte durch Formen der Einfassung oder durch gleichzeitiges Formen von Einfassung und Motorhaube.
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Der Durchgangsweg 17 korrespondiert mit dem Teil des Raumes 11, durch den fast die gesamten Abgase strömen, wenn sie von dem Einlass zu dem Auslass gelangen. Der Durchgang nimmt nicht den gesamten Raum 11 ein.
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Andererseits ist der Raum 11 so ausgeführt, dass praktisch keine Abgase in den Bereichen außerhalb des Durchgangs zirkulieren.
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Wie insbesondere aus 3 und 4 hervorgeht, umfasst das Ablenkblech 19 eine Zunge 37, die sich in Längsrichtung von einem Bereich 39 des Umfangsrands 41 des Einlasses zu einem anderen, dem Bereich 39 diametral gegenüberliegenden Bereich des Umfangsrands 43 erstreckt.
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Wenn der Einlass kreisrund ist, wie in 3 und 4 dargestellt, ist die Längsrichtung im Wesentlichen radial. Die Bereiche 39 und 43 sind also zueinander symmetrisch in Bezug auf den Mittelpunkt des Kreises, der den Einlass begrenzt.
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Wenn der Einlass 13 nicht kreisrund ist, sind die Bereiche 39 und 43 zueinander symmetrisch in Bezug auf den geometrischen Mittelpunkt des Einlasses 13.
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Ferner definiert die Zunge 37, in der orthogonalen Projektion auf den Einlass 13 gesehen, zwei freie Bereiche 45 auf beiden Seiten der Zunge. In der orthogonalen Projektion auf den Einlass bedeckt die Zunge 20–70% der Gesamtfläche des Einlasses 13. Vorzugsweise bedeckt sie 30–60% der Gesamtfläche und mehr bevorzugt 35–45% der Gesamtfläche.
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Die freien Bereiche 45 sind vorzugsweise gleich groß und in Bezug auf die Zunge 37 zueinander symmetrisch.
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Die Zunge 37 ist, wie aus 3 und 4 hervorgeht, in Bezug auf den Einlass 13 leicht zur Innenseite des Raumes hin verschoben. Sie besteht aus einer dünnen Metallplatte, und ihre allgemeine Ausrichtung ist im Wesentlichen parallel zu dem Einlass 13.
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In dem dargestellten Beispiel ist sie in die Einfassung 27 integriert. Zum Beispiel wird sie durch Stanzen der Einfassung 27 hergestellt.
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In einer Variante wird die Zunge 37 von der Einfassung 27 getragen.
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Die Zunge 37 besitzt eine Basis 45 in der Nähe des ersten Bereichs 39, die sich umlaufend über 10–40% eines Umfangs des Einlasses erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich diese Basis umlaufend über 15–35% des Umfangs des Einlasses und, mehr bevorzugt, über 20–25% des Umfangs des Einlasses.
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In der Längsrichtung hat die Zunge 37 eine Länge von 50–100% der Breite des Einlasses in der Längsrichtung. Bei einem runden Eintritt entspricht diese Breite dem Durchmesser des Einlasses. Vorzugsweise hat die Zunge eine Länge in Längsrichtung von 66–100% der Länge des Einlasses und, mehr bevorzugt, von 66–80% der Länge des Einlasses in Längsrichtung.
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Ferner ist die Zunge 37, wie in 3 und 4 dargestellt, zu dem Einlass hin konkav.
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Insbesondere ist die Zunge 37 um eine Achse (nicht dargestellt) parallel zur Längsrichtung gekrümmt und zur Innenseite des Raumes zu der Zunge 37 hin verschoben. Die seitlichen Ränder der Zunge 37 sind also leicht zur Innenseite des Raumes hin in Bezug auf einen mittleren Bereich der Zunge 37 erhöht.
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In dem in 3 und 4 dargestellten Beispiel hat die Zunge 37 ein freies Ende, gegenüber der Basis 45, das durch einen abgerundeten Rand 47 begrenzt wird. Dieser abgerundete Rand erstreckt sich über ungefähr 180°. Der abgerundete Rand 47 ist durch zwei seitliche Ränder 49 zu der Basis 45 hin gestreckt. Die seitlichen Ränder 49 sind gerade.
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In dem Beispiel von 3 und 4 hat die Zunge 37 senkrecht zur Längsrichtung eine Breite, die sich von dem Bereich 39 zu dem gegenüberliegenden Bereich 43 hin verjüngt. Insbesondere verjüngt sich die Länge der Zunge von der Basis 45 zu dem freien Ende. Die zwei seitlichen Ränder 49 laufen also von der Basis 45 zu dem freien Ende zusammen.
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In einer Variante hat die Zunge 37 eine konstante Breite.
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In dem dargestellten Beispiel ist die Zunge 37 durch eine Vielzahl von Öffnungen 51 perforiert. In einer Variante ist die Zunge 37 ausgefüllt.
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Die Basis 45 der Zunge 37 ist mit dem Bereich 39 des Umfangsrands über eine aufrechte Rand 51 verbunden. In dem Ausführungsbeispiel von 3 und 4 läuft dieser aufrechte Rand über ungefähr 240°. Der aufrechte Rand 51 ist zur Mitte des Einlasses 13 hin gekrümmt. Er ragt von dem Umfangsrand 41 zur Innenseite des Raumes.
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Der Durchgangsweg 17 weist verschiedene Abschnitte auf, die nachfolgend als 'Kanäle' bezeichnet sind. Insbesondere hat der Durchgangsweg 17, wie in 5 gezeigt, einen dem Einlass gegenüberliegenden stromaufwärtigen Kanal 53, einen dem Auslass 15 gegenüberliegenden stromabwärtigen Kanal 55 und einen mittleren Kanal 57, der den stromauwärtigen Kanal 53 mit dem stromabwärtigen Kanal 55 verbindet.
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Der mittlere Kanal 57 liegt dem mittleren Bereich 31 der Einfassung gegenüber.
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Der stromaufwärtige Kanal 53 ist in Längsrichtung langgestreckt und verläuft gegenüber der Zunge 37.
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Senkrecht zu der Längsrichtung hat der stromaufwärtige Kanal 53 im Wesentlichen dieselbe Breite wie die Basis 45.
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Der stromabwärtige Kanal 55 ist spiralförmig. Er windet sich um die Achse Y.
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In dem dargestellten Beispiel ist der mittlere Kanal 57 im Wesentlichen gerade. Er ist zu einer Seite der Hauptrichtung P verschoben. Er ist im Wesentlichen parallel zu dieser Hauptrichtung P. Er verläuft tangential zu dem Einlass 13 und dem Auslass 15.
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Eine Einspritzkammer für das Reduktionsmittel ist zwischen der Zunge 37 und dem Deckel 29 begrenzt. Diese Einspritzkammer korrespondiert im Wesentlichen mit dem stromaufwärtigen Kanal 53.
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In dem in 1–6 dargestellten Beispiel umfasst die Einspritzvorrichtung einen Injektor 59, der dazu geeignet ist, einen Strom J von flüssigem Reduktionsmittel (in 4 dargestellt) von dem anderen Bereich 43 des Randes des Einlasses in Längsrichtung in den Raum 11 einzuspritzen. Der Injektor 59 ist also im Wesentlichen in der Längserstreckung der Zunge 37 angeordnet. Typischerweise ist der Injektor an dem Deckel 29 befestigt. In einer Variante ist er an der Einfassung 27 befestigt.
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Das flüssige Reduktionsmittel ist z. B. Ammoniak oder ein Ammoniakvorläufer wie zum Beispiel Harnstoff, oder ein anderes geeignetes Reduktionsmittel.
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Der Injektor 59 ist mit einem Vorratsbehälter für flüssiges Reduktionsmittel (nicht dargestellt) verbunden.
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Des weiteren umfasst die Reinigungsbaugruppe mindestens einen ersten Impaktor 61, der an der Zunge 37 befestigt ist und so angeordnet ist, dass er wenigstens einen Teil des Stroms von Reduktionsmittel abfängt. Typischerweise umfasst die Baugruppe ferner mindestens einen zweiten Impaktor 62, der an der Abdeckung 29 befestigt ist und so angeordnet ist, dass er einen weiteren Teil des Stroms J von Reduktionsmittel abfängt.
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In dem dargestellten Beispiel besitzt die Baugruppe einen einzigen ersten Impaktor 61 und zwei zweite Impaktoren 62. Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, ist der erste Impaktor bogenförmig und zeigt zu dem Injektor 59.
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Insbesondere umfasst der erste Impaktor 61 zwei zueinander geneigte Flügel 63, die entlang eines Grates 65 miteinander verbunden sind. Der Grat 65 zeigt zu dem Injektor. Die Oberflächen der Flügel 63 zur Aufnahme des Stromes bilden einen Winkel von 120–150° zu der Längsrichtung.
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Ein Fenster 67 ist an der Basis des ersten Impaktors 61, d. h. in dem Teil des Impaktors 61, der der Zunge 37 am nächsten liegt, unterteilt.
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Die Oberflächen der zweiten Impaktoren 62 zur Aufnahme des Stromes J sind zueinander gewandt und bilden einen Winkel von 30–60° zu der Längsrichtung.
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Zusammen fangen die drei Impaktoren 61, 62 den gesamten Strom J ab.
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In einer Variante ist die Einspritzvorrichtung 21 dazu vorgesehen, ein gasförmiges Reduktionsmittel und kein flüssiges Reduktionsmittel einzuspritzen. Bei dem Reduktionsmittel handelt es sich z. B. um gasförmigen Ammoniak oder Wasserstoff oder ein anderes geeignetes gasförmiges Reduktionsmittel.
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In diesem Fall umfasst die Reinigungsbaugruppe keine Impaktoren 62, 63. Die Einspritzung erfolgt z. B. in dem Bereich zwischen der Zunge 37 und der Motorhaube, oder etwas stromabwärts von der Zunge 37, am Einlass des mittleren Kanals 57.
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Es sei angemerkt, dass der Injektor 59 dem stromaufwärtigen Ende des mittleren Kanals 57 diametral gegenüberliegt. Somit ist der Strom J von Reduktionsmittel zu dem stromaufwärtigen Ende hin gerichtet. Dies rührt insbesondere daher, dass der Bereich 39 des Umfangsrands, an der die Basis der Zunge 37 befestigt ist, zu dem stromaufwärtigen Ende des mittleren Kanals 57 hin gewandt ist.
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In einer Variante kann der mittlere Kanal nicht relativ zur Hauptrichtung verschoben sein und erstreckt sich vielmehr in die Hauptrichtung oder in eine beliebige Position dazwischen. Die Ausrichtung der Längsrichtung ist so gewählt, dass der Bereich 39 immer zum stromaufwärtigen Ende des mittleren Kanals 57 hin gewandt ist. Somit ist der Strom von Reduktionsmittel immer zu diesem stromaufwärtigen Ende hin gerichtet. Zum Beispiel erstreckt sich der mittlere Kanal 57 in die Hauptrichtung; in diesem Fall verschmilzt die Längsrichtung mit der Hauptrichtung.
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Die Funktionsweise der Abgasreinigungsbaugruppe wird nun im Einzelnen beschrieben.
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Die von dem Abgassammler eintreffenden Abgase durchströmen zunächst das erste Reinigungselement 5 und dringen durch den Einlass 13 in den Raum 11 ein.
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Einige der Abgase werden durch das Ablenkblech 19 zu dem freien Bereich 45 auf einer Seite der Zunge 37 abgelenkt. Ein weiterer Teil der Abgase wird durch das Ablenkblech 19 zu dem freien Bereich 45 auf der anderen Seite der Zunge 37 abgelenkt. Aufgrund der Anordnung und Form der Zunge 37 bilden die Abgase zwei Wirbel V auf beiden Seiten der Zunge 37, die zur Längsrichtung im Wesentlichen parallel Drehachsen aufweisen.
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Diese Situation ist in 6 dargestellt.
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Die Bildung dieser Wirbel V wird durch die Form des Durchgangswegs 17 weiter erleichtert, insbesondere durch die Form des stromaufwärtigen Kanals 53 unmittelbar über der Zunge 37.
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Wie in 6 dargestellt haben die Wirbel V auf beiden Seiten der Zunge 37 umgekehrte Drehrichtungen um ihre jeweiligen Achsen. Die Abgase werden in der Tat durch Drehbewegungen animiert, die die Gase zur Mitte der Zunge 37 hin zwischen die Zunge 37 und den Deckel 29 bewegen. Diese Drehbewegungen werden wenigstens teilweise in dem mittleren Kanal 57 aufrechterhalten.
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Durch die vorhandenen zwei Wirbel V, deren Achsen zur Längsrichtung parallel sind, und durch die Symmetrie der freien Bereiche 45 ist die Strömung der Abgase entlang des Durchgangs besonders stabil, vor allem wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases am Einlass 13 schwankt. Dasselbe Phänomen ist unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Gases zu beobachten.
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Dies ist besonders wichtig, wenn die Reinigungsbaugruppe mit einer Einspritzvorrichtung für ein flüssiges Reduktionsmittel ausgestattet ist, wie in 1–6 gezeigt.
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Der Strom von flüssigem Reduktionsmittel wird von dem Injektor 59 in Längsrichtung zu den Impaktoren 61, 62 hin ausgestoßen. Der Strom J zerfällt beim Auftreffen auf die Impaktoren 61, 62 in feine Tröpfchen. Weil sich die Impaktoren an der Zunge 37 auf einer dem Einlass gegenüberliegenden Seite der Zunge 37 befinden, treffen die Tröpfchen nicht auf das erste Reinigungselement 5 auf.
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Wenn sich ferner die Tröpfchen von flüssigem Reduktionsmittel von dem Strom J lösen, bevor sie auf die Impaktoren treffen, werden diese Tröpfchen auf die Zunge 37 fallen, weil der Strom J in Längsrichtung über der Zunge 37 ausgestoßen wird. In diesem Sinn ist es nicht notwendig, die Zunge 37 bis zu dem Bereich 43, d. h. bis zu dem Injektor 21 zu verlängern. In der Tat wird sich kein Tröpfchen von flüssigem Reduktionsmittel unmittelbar nach Austritt aus dem Impaktor von dem Strom J lösen. Weil die Zunge 37 nicht übermäßig in Längsrichtung verlängert ist, kann der Gegendruck verringert werden.
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Die Länge muss jedoch ausreichend sein, damit die Wirbel V entstehen können.
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Die Tatsache, dass die Zunge 37 konkav ist, trägt auch zur Entstehung stabiler Wirbel bei.
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Die Tatsache, dass die Wirbel zur Einspritzrichtung parallele Drehachsen aufweisen, d. h. parallel zur Einspritzrichtung verlaufen, bedeutet, dass die Qualität der Mischung zwischen dem Reduktionsmittel und dem Abgas nur minimal, wenn überhaupt, durch die Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase am Einlass 13 beeinflusst wird.
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Des weiteren erlaubt die Tatsache, dass die Längsrichtung zum stromaufwärtigen Ende des mittleren Kanals hin ausgerichtet ist, einen problemlosen Ausgleich der beiden Wirbel zueinander. In der Tat sind die beiden Wirbel somit aufgrund der Symmetrie zu der Zunge 37 im Wesentlichen symmetrisch zu der allgemeinen Richtung der Strömung entlang des stromaufwärtigen Kanals zu dem mittleren Kanal hin. Das Gleichgewicht zwischen den beiden Wirbeln wird also selbst dann aufrechterhalten, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases am Einlass 13 schwankt.
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Es sei angemerkt, dass die bogenartige Form des ersten Impaktors zur Längsrichtung symmetrisch ist. Er ist höchst gasdurchlässig und beeinträchtigt nicht die Symmetrie der Strömung der Abgase auf beiden Seiten der Längsrichtung.
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Die Abgase der beiden Wirbel V treffen in Höhe der Impaktoren 61, 62 zusammen, was in dem Bereich, in dem das Reduktionsmittel verdampft, einen konstanten Beitrag von Gasen erlaubt, die nicht mit Reduktionsmittel beladen sind.
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Das Mischen zwischen dem Reduktionsmittel und den Abgasen erfolgt zum Teil in dem stromaufwärtigen Kanal. Das Mischen ist beendet, wenn die Abgase an dem mittleren Abschnitt 57 entlangströmen. Es wird vor allem dadurch erleichtert, dass die Abgase ihre Drehbewegung im Inneren des mittleren Abschnitts 57 beibehalten.
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Die den mittleren Kanal 57 verlassenden Abgase werden geführt, bis sie durch den Kanal 55 austreten, der spiralförmig ist. Das Mischen zwischen dem Reduktionsmittel und den Abgasen ist bereits beendet, wenn die Abgase in den Kanal 55 eindringen. Die Spiralform erlaubt eine gleichmäßige Verteilung der Abgase über die Einlassfläche 25 des zweiten Reinigungselements 9.
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Weil die Basis 45 der Zunge 37 perforiert ist, kann die Verwirbelung in der Strömung der Abgase erhöht werden, wenn sie durch den stromaufwärtigen Kanal strömen. Dadurch können sich das Reduktionsmittel und die Abgase besser vermischen.
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Es sei angemerkt, dass die Stellung der Impaktoren für die Mischleistung von minimaler Bedeutung ist. Andererseits ist es wichtig, dass sie den gesamten Strom J von Reduktionsmittel aufnehmen. Ihre Form dagegen, insbesondere der von den den Strom J aufnehmenden Flächen gebildete Winkel zur Längsrichtung, beeinflusst den Gegendruck.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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