DE102017207449A1 - Exhaust system with evaporation element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Abgassystem (9) zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer durch Wandungen begrenzten Strömungsstrecke, mit einer Mehrzahl von in der Strömungsstrecke angeordneten Katalysatoren, mit einer Einspritzstelle (1) für eine wässrige Harnstofflösung und mit einem Verdampfungselement (3) zur Verdampfung der eingespritzten wässrigen Harnstofflösung, wobei das Verdampfungselement (3) durch einen Wabenkörper gebildet ist, der eine Einströmseite aufweist und eine Ausströmseite (8) aufweist, wobei der Wabenkörper von der Einströmseite hin zur Ausströmseite (8) entlang mehrerer Strömungskanäle (4) durchströmbar ist, wobei der Wabenkörper in einem Winkel (α) zur Hauptdurchströmungsrichtung (12) der Strömungsstrecke angestellt ist. The invention relates to an exhaust system (9) for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine, with a flow path limited by walls, with a plurality of catalysts arranged in the flow path, with an injection point (1) for an aqueous urea solution and with an evaporation element (3) Evaporation of the injected aqueous urea solution, wherein the evaporation element (3) is formed by a honeycomb body having an inflow side and an outflow side (8), wherein the honeycomb body from the inflow side to the outflow side (8) along a plurality of flow channels (4) can be flowed through , wherein the honeycomb body is set at an angle (α) to the main flow direction (12) of the flow path.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Abgassystem zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer durch Wandungen begrenzten Strömungsstrecke, mit einer Mehrzahl von in der Strömungsstrecke angeordneten Katalysatoren, mit einer Einspritzstelle für eine wässrige Harnstofflösung und mit einem Verdampfungselement zur Verdampfung der eingespritzten wässrigen Harnstofflösung.The invention relates to an exhaust system for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine, with a flow-limited by walls, with a plurality of arranged in the flow path catalysts, with an injection point for an aqueous urea solution and with an evaporation element for evaporation of the injected aqueous urea solution.
Stand der TechnikState of the art
Zur Verbesserung der Abgasnachbehandlung in Abgassträngen von Kraftfahrzeugen und insbesondere zur Reduzierung der Menge der im Abgas enthaltenen Stickoxide wird dem Abgas eine wässrige Harnstofflösung zugesetzt, die im Abgasstrang durch Thermolyse und Hydrolyse zu Ammoniak umgesetzt wird und schließlich mit Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser reagiert.To improve the exhaust aftertreatment in exhaust gas strands of motor vehicles and in particular for reducing the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas, an aqueous urea solution is added to the exhaust gas which is converted into ammonia in the exhaust gas line by thermolysis and hydrolysis and finally reacts with nitrogen oxides to nitrogen and water.
Die wässrige Harnstofflösung wird hierzu auf ein Verdampfungselement gesprüht und durch die Wärmezufuhr zu Ammoniak umgesetzt. Das Ammoniak reagiert im Folgenden dann mit den im Abgas gebundenen Stickoxiden.For this purpose, the aqueous urea solution is sprayed onto an evaporation element and converted by the heat supply to ammonia. The ammonia then reacts with the nitrogen oxides bound in the exhaust gas.
Zur Vermischung und zur Verdampfung der eingespritzten wässrigen Harnstofflösung mit dem strömenden Abgas werden in den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen Verdampfungselemente eingesetzt. Bekannt sind hier unter anderem Blechkonstruktionen oder Gusskonstruktionen, die als sogenannte Klappenmischer oder Schaufelmischer bekannt sind. Diese weisen eine Mehrzahl von Öffnungen auf, durch die die Verdampfungselemente in Strömungsrichtung des Abgases durchströmt werden können. For mixing and evaporation of the injected aqueous urea solution with the flowing exhaust gas evaporation elements are used in the devices known from the prior art. Known here among other sheet metal structures or cast structures, which are known as so-called flap mixers or paddle mixers. These have a plurality of openings through which the evaporation elements can be flowed through in the flow direction of the exhaust gas.
Nachteilig an den Verdampfungselementen im Stand der Technik ist insbesondere, dass die Strömungskanäle in Strömungsrichtung des Abgases blickdicht ausgestaltet sind, so dass keine geradlinige Durchströmung möglich ist. Die Blickdichtheit wird regelmäßig durch Schaufeln oder Klappen erreicht, die in die Strömung hineinragen. Aufgrund der ungünstigen Gestaltung kann es zu einem direkten Kontakt der wässrigen Harnstofflösung mit den die Strömungsstrecke begrenzenden Wandungen kommen, wodurch es zu Anlagerung der Tropfen an den kälteren Wandungen der Strömungsstrecke kommen kann. Dies kann zu Verunreinigungen oder Beschädigungen führen. Außerdem ist der durch ein solches Verdampfungselement verursachte Druckverlust sehr hoch, wodurch die Abgasströmung negativ beeinflusst wird.A disadvantage of the evaporation elements in the prior art is in particular that the flow channels are configured opaque in the flow direction of the exhaust gas, so that no straight-through flow is possible. The opacity is regularly achieved by blades or flaps, which protrude into the flow. Due to the unfavorable design, there may be direct contact of the aqueous urea solution with the walls delimiting the flow path, as a result of which the drops may accumulate on the colder walls of the flow path. This can lead to contamination or damage. In addition, the pressure loss caused by such an evaporation element is very high, whereby the exhaust gas flow is adversely affected.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention, object, solution, advantages
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Abgassystem zu schaffen, welches eine vorteilhafte Vermischung der eingespritzten wässrigen Harnstofflösung mit dem Abgase erreicht, wobei der durch das Verdampfungselement erzeugte Gegendruck möglichst gering gehalten wird und die Beaufschlagung der Wandungen der Strömungsstrecke möglichst stark reduziert wird.Therefore, it is the object of the present invention to provide an exhaust system which achieves an advantageous mixing of the injected aqueous urea solution with the exhaust gas, wherein the counterpressure generated by the evaporation element is kept as low as possible and the admission of the walls of the flow path is reduced as much as possible.
Die Aufgabe hinsichtlich des Abgassystems wird durch ein Abgassystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.The object with regard to the exhaust system is achieved by an exhaust system having the features of
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Abgassystem zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer durch Wandungen begrenzten Strömungsstrecke, mit einer Mehrzahl von in der Strömungsstrecke angeordneten Katalysatoren, mit einer Einspritzstelle für eine wässrige Harnstofflösung und mit einem Verdampfungselement zur Verdampfung der eingespritzten wässrigen Harnstofflösung, wobei das Verdampfungselement durch einen Wabenkörper gebildet ist, der eine Einströmseite aufweist und eine Ausströmseite aufweist, wobei der Wabenkörper von der Einströmseite hin zur Ausströmseite entlang mehrerer Strömungskanäle durchströmbar ist, wobei der Wabenkörper in einem Winkel zur Hauptdurchströmungsrichtung der Strömungsstrecke angestellt ist.An embodiment of the invention relates to an exhaust system for treating exhaust gases of an internal combustion engine having a wall-limited flow path, with a plurality of arranged in the flow path catalysts, with an injection point for an aqueous urea solution and with an evaporation element for evaporation of the injected aqueous urea solution the evaporation element is formed by a honeycomb body, which has an inflow side and an outflow side, wherein the honeycomb body can be flowed through from the inflow side to the outflow side along a plurality of flow channels, wherein the honeycomb body is employed at an angle to the main flow direction of the flow path.
Das Verdampfungselement dient zur Verteilung der eingespritzten wässrigen Harnstofflösung mit dem strömenden Abgas und einer Reduzierung der Tropfendurchmesser. Durch eine möglichst gleichmäßige und feine Verteilung der wässrigen Harnstofflösung im Abgas kann die Reaktion mit den im Abgas gebundenen Stickoxiden begünstigt werden.The evaporation element serves to distribute the injected aqueous urea solution with the flowing exhaust gas and to reduce the droplet diameter. By a very uniform and fine distribution of the aqueous urea solution in the exhaust gas, the reaction with the nitrogen oxides bound in the exhaust gas can be favored.
Das erfindungsgemäße Verdampfungselement ist wie ein Wabenkörper für einen bekannten Katalysator aufgebaut und ist in einem Winkel zur Hauptdurchströmungsrichtung des Abgassystems angeordnet. Die sich vorzugsweise geradlinig durch das Verdampfungselement erstreckenden Strömungskanäle stehen damit in einem Winkel zur Ausbreitungsrichtung der wässrigen Harnstofflösung, die einerseits durch die Einspritzrichtung und andererseits durch die Hauptdurchströmungsrichtung des Abgases bestimmt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Tropfen der wässrigen Harnstofflösung in jedem Fall mit einer der Innenwandungen der Strömungskanäle kollidieren und dort weiter zerstäubt und umgelenkt werden. Aufgrund der Länge der Erstreckung der Strömungskanäle und dem Anstellwinkel des Verdampfungselementes wird weiterhin sichergestellt, dass die abprallenden Tropfen erneut an die Innenwandungen der Strömungskanäle gelenkt werden. Ein Auftreffen der noch nicht verdampften Tropfen auf die die Strömungsstrecke begrenzenden Wandungen wird konstruktiv vermieden, indem die Strömungskanäle des Verdampfungselementes lang genug ausgelegt werden, dass eine vollständige Verdampfung innerhalb des Verdampfungselementes erfolgt.The evaporation element according to the invention is constructed like a honeycomb body for a known catalyst and is arranged at an angle to the main flow direction of the exhaust system. The flow channels which preferably extend in a straight line through the evaporation element are thus at an angle to the direction of propagation of the aqueous urea solution, which is determined on the one hand by the injection direction and on the other hand by the main flow direction of the exhaust gas. This ensures that the drops of the urea aqueous solution in each case collide with one of the inner walls of the flow channels where they are further atomized and deflected. Due to the length of the extension of the flow channels and the angle of attack of the evaporation element is further ensured that the rebounding drops again be directed to the inner walls of the flow channels. An impact of the not yet vaporized drops on the flow path limiting walls is structurally avoided by the flow channels of the evaporation element are designed long enough that a complete evaporation takes place within the evaporation element.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Winkel derart gewählt ist, dass in Abhängigkeit von dem Durchmesser der einzelnen Strömungskanäle eine Blickdichtheit entlang der Hauptdurchströmungsrichtung erzeugt ist.It is also expedient if the angle is chosen such that, as a function of the diameter of the individual flow channels, a view-tightness along the main flow direction is generated.
Bei einem besonders großen Durchmesser der Strömungskanäle ist der Anstellwinkel entsprechend größer zu wählen, um sicherzugehen, dass entlang der Hauptdurchströmungsrichtung, die im Wesentlichen identisch ist mit der Mittelachse der Strömungsstrecke, eine Blickdichtheit gegeben ist und die auf das Verdampfungselement aufgespritzte wässrige Harnstofflösung zumindest einmal innerhalb der Strömungskanäle an den die Strömungskanäle begrenzenden Innenwandungen abprallt und umgelenkt wird. Je mehr fein zerstäubte Tropfen der wässrigen Harnstofflösung mit den Wandungen des Verdampfungselementes in Kontakt geraten, umso schneller kann die Wärme auf die wässrige Harnstofflösung übertragen werden, wodurch die Verdampfung begünstigt wird.In the case of a particularly large diameter of the flow channels, the angle of attack must be chosen correspondingly greater in order to ensure that there is opacity along the main flow direction, which is substantially identical to the central axis of the flow path, and the aqueous urea solution sprayed onto the evaporation element at least once within the Flow channels at the flow channels bounding inner walls rebounds and is deflected. The more finely atomized droplets of the aqueous urea solution come into contact with the walls of the evaporation element, the faster the heat can be transferred to the aqueous urea solution, which promotes the evaporation.
Bei entsprechend kleineren Durchmessern, kann auch bereits ein kleinerer Anstellwinkel ausreichend sein, um eine Blickdichtheit entlang der Hauptdurchströmungsrichtung zu erzeugen. Der Anstellwinkel ist somit im Wesentlichen von der Dimensionierung der Strömungskanäle im Verdampfungselement abhängig.With correspondingly smaller diameters, even a smaller angle of attack may already be sufficient in order to create a visual density along the main flow direction. The angle of attack is thus essentially dependent on the dimensioning of the flow channels in the evaporation element.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn an der Einspritzstelle ein Injektor angeordnet ist, der die wässrige Harnstofflösung in einer kegelförmigen Wolke in die Strömungsstrecke einspritzt, wobei das Verdampfungselement in einem Winkel zur Mittelachse der eingespritzten kegelförmigen Wolke angestellt ist. Das Einspritzen in einer Kegelförmigen Wolke ist vorteilhaft, um eine möglichst feine Zerstäubung der wässrigen Harnstofflösung zu erreichen und somit die absolute Oberfläche der Tropfen der wässrigen Harnstofflösung möglichst groß zu halten, um einerseits einen schnellen Wärmeübergang vom Abgas auf die wässrige Harnstofflösung zu erreichen und damit andererseits eine schnelle Verdampfung der wässrigen Harnstofflösung zu erreichen.It is particularly advantageous if an injector is arranged at the injection point, which injects the aqueous urea solution in a conical cloud into the flow path, wherein the evaporation element is employed at an angle to the central axis of the injected conical cloud. The injection in a cone-shaped cloud is advantageous in order to achieve the finest possible atomization of the aqueous urea solution and thus to keep the absolute surface of the drops of urea aqueous solution as large as possible in order to achieve rapid heat transfer from the exhaust gas to the aqueous urea solution on the one hand and thus on the other hand to achieve a rapid evaporation of the aqueous urea solution.
Alternativ kann die eingespritzte Wolke der wässrigen Harnstofflösung auch einen Querschnitt in Form eines Flachovals aufweisen. Die Form der Wolke ist insbesondere dem Querschnitt der betroffenen Strömungsstrecke beziehungsweise dem zu beaufschlagenden Querschnitt des Verdampfungselementes anzupassen, um ein Auftreffen der wässrigen Harnstofflösung an den die Strömungsstrecke begrenzenden Wandungen zu minimieren oder vollständig zu vermeiden. Idealerweise wird die wässrige Harnstofflösung vollständig homogen verteilt auf die Einströmseite des Verdampfungselementes aufgesprüht, ohne dass ein Vorbeiströmen von wässriger Harnstofflösung am Verdampfungselement vorbei entsteht oder ein Niederschlag an den Wandungen der Strömungsstrecke, in welcher das Verdampfungselement angeordnet ist.Alternatively, the injected cloud of the aqueous urea solution may also have a cross section in the form of a flat oval. The shape of the cloud is in particular to be adapted to the cross section of the affected flow path or to the cross section of the evaporation element to be acted upon in order to minimize or completely avoid an impact of the aqueous urea solution on the walls delimiting the flow path. Ideally, the aqueous urea solution is sprayed completely homogeneously distributed on the inflow side of the evaporation element, without any passing of aqueous urea solution past the evaporation element or a precipitate on the walls of the flow path, in which the evaporation element is arranged.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Verdampfungselement in einem Winkel derart angestellt ist, dass das Verdampfungselement in Ausbreitungsrichtung der eingespritzten Harnstofflösung blickdicht ist. Blickdicht bedeutet in diesem Fall, dass ein Durchströmen der Strömungskanäle für die Hauptmenge der wässrigen Harnstofflösung nicht möglich ist, ohne zumindest einmal mit einer der Innenwandungen zu kollidieren. Bei einer orthogonalen Projektion entlang der Mittelachse der Strömungsstrecke darf kein geradliniges Hindurchströmen durch das Verdampfungselement ohne Wandkontakt gegeben sein.It is also advantageous if the evaporation element is set at an angle such that the evaporation element is opaque in the propagation direction of the injected urea solution. Opaque means in this case that a flow through the flow channels for the majority of the aqueous urea solution is not possible without colliding at least once with one of the inner walls. In the case of an orthogonal projection along the center axis of the flow path, there must be no rectilinear flow through the evaporation element without wall contact.
Aus der Perspektive eines einzelnen Tropfens der wässrigen Harnstofflösung heraus betrachtet ist das Verdampfungselement entlang der Ausbreitungsrichtung blickdicht. Erst durch die Umlenkung an einer der Innenwandungen der Strömungskanäle kann die wässrige Harnstofflösung durch das Verdampfungselement durchströmen. Dadurch wird die erwünschte Umlenkung und weitere Zerstäubung erreicht ohne dabei eine zu hohen Druckverlust in der Abgasströmung zu erzeugen.Viewed from the perspective of a single drop of aqueous urea solution, the evaporation element is opaque along the direction of propagation. Only through the deflection on one of the inner walls of the flow channels, the aqueous urea solution can flow through the evaporation element. As a result, the desired deflection and further atomization is achieved without generating an excessive pressure loss in the exhaust gas flow.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungselement eine Hydrolysebeschichtung aufweist. Eine Hydrolysebeschichtung ist vorteilhaft, um die Hydrolyse der wässrigen Harnstofflösung zu beschleunigen. A preferred embodiment is characterized in that the evaporation element comprises a hydrolysis coating. A hydrolysis coating is advantageous to accelerate the hydrolysis of the aqueous urea solution.
Dadurch lässt sich schneller der für die Reaktion mit den Stickoxiden benötigte Ammoniak erzeugen.As a result, the ammonia required for the reaction with the nitrogen oxides can be generated faster.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn das Verdampfungselement einen Querschnitt aufweist, der an den Durchmesser der kegelförmigen Wolke angepasst ist, derart, dass die gesamte Einströmseite des Verdampfungselementes durch eine der Form des Verdampfungselementes angepassten Wolke beaufschlagt wird.It is also preferable if the evaporation element has a cross-section which is adapted to the diameter of the conical cloud, such that the entire inflow side of the evaporation element is acted upon by a cloud adapted to the shape of the evaporation element.
Idealerweise wird die gesamte Einströmseite des Verdampfungselementes gleichmäßig mit der wässrigen Harnstofflösung beaufschlagt. Je nach dem Winkel indem die Einspritzung relativ zum Verdampfungselement geschieht und dem Einfluss der Abgasströmung auf die Ausbreitung der wässrigen Harnstofflösung im Abgassystem, kann das Verdampfungselement unterschiedliche Formen aufweisen und in unterschiedlichen Winkeln angestellt sein.Ideally, the entire inflow side of the evaporation element is uniformly charged with the aqueous urea solution. Depending on the angle by the injection relative to Evaporating element happens and the influence of the exhaust gas flow on the spread of the aqueous urea solution in the exhaust system, the evaporation element may have different shapes and be employed at different angles.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Verdampfungselement ein aus einer Mehrzahl von aufeinandergestapelten Metalllagen gebildeter Wabenkörper ist, wobei die Metalllagen aufgewickelt und in einem Mantelrohr aufgenommen sind. Bevorzugt ist das Verdampfungselement aufgebaut wie andere bekannte Wabenkörper. Dies hat den Vorteil, dass das Verdampfungselement besonders einfach und in einer großen Anzahl von Varianten gebaut werden kann, wodurch ein für das jeweilige Abgassystem optimales Verdampfungselement erzeugt werden kann.Moreover, it is advantageous if the evaporation element is a honeycomb body formed from a plurality of stacked metal layers, wherein the metal layers are wound up and accommodated in a jacket tube. Preferably, the evaporation element is constructed like other known honeycomb body. This has the advantage that the evaporation element can be built in a particularly simple and in a large number of variants, whereby an optimum for the respective exhaust system evaporation element can be produced.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die das Verdampfungselement bildenden Metalllagen zumindest teilweise strukturiert sind. Dies ist vorteilhaft, um auf einfache Weise die Strömungskanäle zu erzeugen, da sich durch die strukturierten Bereiche Abstände zwischen den glatten Bereichen der Metalllagen erzeugen lassen, die im aufgewickelten Zustand die Strömungskanäle ausbilden.Furthermore, it is advantageous if the vaporization element forming metal layers are at least partially structured. This is advantageous in order to generate the flow channels in a simple manner, since it is possible to produce, through the structured regions, spacings between the smooth regions of the metal layers which form the flow channels in the wound-up state.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Strömungskanäle in dem Verdampfungselement eine strukturierte Oberfläche aufweisen, wobei die strukturierte Oberfläche insbesondere durch Finnen, Stege, Vertiefungen, Mikrostrukturen, Ausbuchtungen und/oder Öffnungen gebildet ist. Strukturierte Oberflächen können die Verwirbelung der wässrigen Harnstofflösung im Verdampfungselement begünstigen, wodurch eine verbesserte Vermischung mit dem strömenden Abgas erreicht werden kann.It is also expedient if the flow channels in the evaporation element have a structured surface, wherein the structured surface is formed in particular by fins, webs, recesses, microstructures, bulges and / or openings. Structured surfaces can promote turbulence of the aqueous urea solution in the evaporation element, whereby improved mixing with the flowing exhaust gas can be achieved.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Erstreckung des Verdampfungselementes von der Einströmseite zur Ausströmseite mindestens so lang ist, dass die auf die Wandungen der Strömungskanäle auftreffenden und von dort abgelenkten Bestandteile der wässrigen Harnstofflösung zumindest ein weiteres Mal an einer der Wandungen der Strömungskanäle auftreffen. Dies ist besonders vorteilhaft, um zu verhindern, dass die Tropfen der wässrigen Harnstofflösung auf die die Strömungsstrecke des Abgassystems begrenzenden Wandungen treffen und sich dort ungewollt niederschlagen. Durch das Ablenken von einer Innenwandung des Verdampfungselementes an eine weitere Innenwandung wird eine Vermischung der wässrigen Harnstofflösung erreicht, und weiterhin eine bessere Zerstäubung der wässrigen Harnstofflösung, wodurch die nachfolgenden Reaktionen, wie insbesondere die Verdampfung, begünstigt werden.Moreover, it is advantageous if the extent of the evaporation element from the inflow side to the outflow side is at least as long that the components of the aqueous urea solution impinging on the walls of the flow channels and deflecting therefrom impinge at least one more time on one of the walls of the flow channels. This is particularly advantageous in order to prevent the drops of the aqueous urea solution from hitting the walls delimiting the flow path of the exhaust system and precipitating there unintentionally. By deflecting from an inner wall of the evaporation element to a further inner wall mixing of the aqueous urea solution is achieved, and further better atomization of the aqueous urea solution, whereby the subsequent reactions, in particular the evaporation, are favored.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Strömungskanäle des Verdampfungselementes geradlinig von der Einströmseite zur Ausströmseite verlaufen, wobei durch die Anstellung des Verdampfungselementes in einem Winkel zur Mittelachse der eingespritzten kegelförmigen Wolke ein Auftreffen der wässrigen Harnstofflösung an den Innenwandungen der Strömungskanäle sichergestellt wird. Durch eine geeignete Kombination des Anstellwinkels mit der Länge der Strömungskanäle kann erreicht werden, dass ein Durchströmen der wässrigen Harnstofflösung durch das Verdampfungselement ohne ein Auftreffen auf zumindest einer der Innenwandungen der Strömungskanäle für den größten Teil der eingespritzten wässrigen Harnstofflösung vermieden wird. Furthermore, it is expedient for the flow channels of the evaporation element to extend in a straight line from the inflow side to the outflow side, whereby an impingement of the aqueous urea solution on the inner walls of the flow channels is ensured by the employment of the evaporation element at an angle to the central axis of the injected conical cloud. By a suitable combination of the angle of attack with the length of the flow channels, it can be achieved that flow through the aqueous urea solution through the evaporation element is avoided without hitting at least one of the inner walls of the flow channels for most of the injected aqueous urea solution.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Richtung entlang der die Strömungskanäle durchströmt werden abweichend zur Hauptdurchströmungsrichtung der Strömungsstrecke ist.It is also advantageous if the direction along which the flow passages flow is deviating from the main flow direction of the flow path.
Dies ist vorteilhaft, um einerseits zu verhindern, dass das Abgas im Wesentlichen unausgelenkt durch das Verdampfungselement strömt beziehungsweise die eingespritzte wässrige Harnstofflösung unausgelenkt durch das Verdampfungselement strömt. Durch den Kontakt mit den Innenwandungen der Strömungskanäle des Verdampfungselementes wird der Wärmeübergang vom Verdampfungselement auf die wässrige Harnstofflösung verbessert, wodurch die Verdampfung beschleunigt wird. Durch das Vorsehen zusätzlicher als Katalysator wirkender Beschichtungen des Verdampfungselementes kann die Thermolyse und die Hydrolyse der wässrigen Harnstofflösung weiterhin beschleunigt werden.This is advantageous, on the one hand, to prevent the exhaust gas from flowing through the evaporation element essentially without being deflected or, respectively, flowing the injected aqueous urea solution through the evaporation element in an undeflected manner. By the contact with the inner walls of the flow channels of the evaporation element, the heat transfer from the evaporation element is improved to the aqueous urea solution, whereby the evaporation is accelerated. By providing additional coatings of the evaporation element which act as a catalyst, the thermolysis and the hydrolysis of the aqueous urea solution can be further accelerated.
Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn durch den Versatz zwischen der Durchströmungsrichtung der Strömungskanäle und der Hauptdurchströmungsrichtung der Strömungsstrecke an der Ausströmseite der Strömungskanäle des Verdampfungselementes Abrisskanten entstehen, wodurch eine Verwirbelung des durch die Strömungskanäle strömenden Fluids erzeugt wird.Furthermore, it is preferable if by the offset between the flow direction of the flow channels and the main flow direction of the flow path on the outflow side of the flow channels of the evaporation element Abrisskanten arise, whereby a turbulence of the fluid flowing through the flow channels is generated.
Durch den Winkel zwischen der Hauptdurchströmungsrichtung der Strömungsstrecke, die im Wesentlichen identisch ist mit der Mittelachse der Strömungsstrecke, und der Durchströmungsrichtung der Strömungskanäle entsteht an der Ausströmseite des Verdampfungselementes eine beziehungsweise mehrere Abrisskanten für das durch die Strömungskanäle strömende Fluid. Diese Abrisskanten werden beispielsweise durch den die Strömungskanäle begrenzenden Rand an der Ausströmseite gebildet. Durch das Überströmen der Abrisskante wird eine Verwirbelung des durch die Strömungskanäle strömenden Gasvolumens geschaffen, wodurch eine Vermischung mit dem sonstigen im Abgassystem strömenden Abgas erreicht wird.Due to the angle between the main flow direction of the flow path, which is substantially identical to the center axis of the flow path, and the flow direction of the flow channels is formed on the outflow side of the evaporation element one or more separation edges for the fluid flowing through the flow channels. These demolition edges are formed, for example, by the flow channels bounding edge on the outflow side. The overflow of the spoiler edge creates a turbulence of the gas volume flowing through the flow channels, whereby a mixing with the other exhaust gas flowing in the exhaust system is achieved.
Darüber hinaus ist es hilfreich, wenn dem Verdampfungselement zumindest eine Umlenkung der Hauptdurchströmungsrichtung der Strömungsstrecke um zumindest 90 Grad direkt nachgelagert ist. Durch eine weitere Umlenkung der Hauptdurchströmungsrichtung der Strömungsstrecke um zumindest 90 Grad wird ebenfalls eine verbesserte Durchmischung der nach dem Verdampfungselement im Wesentlichen verdampften wässrigen Harnstofflösung und dem durch das Abgassystem strömenden Abgas erzeugt. In addition, it is helpful if at least one deflection of the main flow direction of the flow path is directly downstream of the evaporation element by at least 90 degrees. By a further deflection of the main flow direction of the flow path by at least 90 degrees, an improved mixing of the substantially evaporated after the evaporation element aqueous urea solution and the exhaust gas flowing through the exhaust gas is also generated.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.Advantageous developments of the present invention are described in the subclaims and in the following description of the figures.
Figurenlistelist of figures
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 im linken Teil eine schematische Ansicht eines Verdampfungselementes und dem Injektor für die Einspritzung der wässrigen Harnstofflösung, und im rechten Teil eine Detailansicht des Verdampfungselementes, und -
2 eine schematische Ansicht einer Strömungsstrecke, mit einem Verdampfungselement und zwei Umlenkungen der Hauptdurchströmungsrichtung.
-
1 in the left part of a schematic view of an evaporation element and the injector for the injection of the aqueous urea solution, and in the right part of a detailed view of the evaporation element, and -
2 a schematic view of a flow path, with an evaporation element and two deflections of the main flow direction.
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Die
Das Verdampfungselement
Das Verdampfungselement
Mit dem Bezugszeichen
Der Detailausschnitt
Bevorzugt ist die Länge der Strömungskanäle
Die
Nach dem Durchströmen es Verdampfungselementes
Insbesondere durch das Ausströmen aus dem angestellten Verdampfungselement
Die Ausführungsbeispiele der
Claims (14)
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