DE112006003726B4 - Abgasnachbehandlungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10), die Folgendes umfasst: ein Gehäuse (12) mit einem stromaufwärtigen Einlass (14) zum Empfang von Abgas und einem stromabwärtigen Auslass (18) zum Abführen des Abgases, ein Nachbehandlungselement (22) in dem Gehäuse (12) zur Behandlung des Abgases, einen Injektor (24) in dem Gehäuse (12) stromaufwärts des Nachbehandlungselements (22), der chemische Spezies, die sich mit dem Abgas vor Erreichen des Nachbehandlungselements (22) vermischen, einspritzt, einen Turbulenzerzeuger (30) in dem Gehäuse (12) zwischen dem Injektor (24) und dem Nachbehandlungselement (22), wobei der Turbulenzerzeuger (30) ein Rohr (32) mit einem perforierten stromabwärtigen Ende (34) umfasst, wobei: – sich das Gehäuse (12) und das Rohr (32) koaxial entlang einer Achse (40) erstrecken, – das Gehäuse (12) einen stromaufwärtigen Gehäuseabschnitt (48) und einen Nachbehandlungselementgehäuseabschnitt (50) umfasst, die sich an einer Verbindungsstelle (52) treffen, – das Nachbehandlungselement (22) sich in dem Nachbehandlungsgehäuseabschnitt befindet (50), – das Rohr (32) ein stromaufwärtiges Segment (60) und ein stromabwärtiges Segment (64) aufweist, – das stromaufwärtige Segment (60) des Rohrs (32) den stromaufwärtigen Gehäuseabschnitt (48) bereitstellt und – das stromabwärtige Segment (64) des Rohrs (32) das perforierte stromabwärtige Ende (34) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (24) eine Injektionsspitze in dem stromaufwärtigen Gehäuseabschnitt (48) aufweist, wobei sich die Injektionsspitze stromaufwärts der Verbindungsstelle (52) befindet, dass das Rohr (32) ein Zwischensegment (62) aufweist, dass das Zwischensegment (62) des Rohrs (32) sich an der Verbindungsstelle (52) des stromaufwärtigen Abschnitts (48) und des Nachbehandlungsgehäuseabschnitts (50) axial durch und in den Nachbehandlungsgehäuseabschnitt (50) erstreckt, ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • Zur Abhilfe von Motoremissionsproblemen werden weiterhin neue Standards vorgeschlagen, um verschiedene Emissionen, einschließlich NOx und Partikelemissionen, wesentlich zu reduzieren. Immer schärfere Standards erfordern die Installation von Nachbehandlungsvorrichtungen in Motorauslasssystemen. Ein Teil der Nachbehandlungstechnologien erfordert das Einspritzen bestimmter chemischer Spezies in das Auslasssystem. Zum Beispiel wird HC oder Kraftstoff in einigen NOx-Systemen zur Magergemischverbrennung eingespritzt, und Additive wie zum Beispiel Cer und Eisen werden zur Regeneration von Dieselpartikelfiltern eingespritzt, und Harnstofflösung wird in Systemen zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR – selective catalytic reduction) zur NOx-Reduktion eingespritzt. Diese eingespritzten chemischen Spezies müssen vor Erreichen von Katalysatoren oder Filtern für die Systeme gut mit dem Abgas vermischt werden, um ordnungsgemäß zu funktionieren.
  • Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung, von der die Erfindung ausgeht, ist aus der US 6,722,123 B2 bekannt. Ähnliche Konstruktionen sind auch bekannt aus der US 2003/0110763 A1 und der JP 2005-226528 A .
  • Der Lehre der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Vermischung der eingespritzten chemischen Spezies mit dem Abgas zu optimieren.
  • Das zuvor aufgezeigte Problem ist bei einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
  • 1 eine als Schnitt ausgeführte schematische Seitenansicht einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung und
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils von 1.
  • 1 zeigt eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 mit einem Gehäuse 12, das einen stromaufwärtigen Einlass 14 zum Empfang von Abgas, wie bei Pfeil 16 gezeigt, und einen stromabwärtigen Auslass 18 zum Abführen des Abgases, wie bei Pfeil 20 gezeigt, aufweist. Ein Nachbehandlungselement 22, zum Beispiel ein SCR-Katalysator und/oder ein Oxidationskatalysator (zum Beispiel Diesel-Oxidationskatalysator DOC – diesel oxidation catalyst) und/oder ein Partikelfilter (PF – particulate filter), ist im Gehäuse zur Behandlung des Abgases vorgesehen. Im Gehäuse ist ein Injektor 24 vorgesehen, um chemische Spezies einzuspritzen, wie bei Pfeil 26 gezeigt, die sich mit dem Abgas vor Erreichen des Nachbehandlungselements 22 vermischen. Zum Beispiel wird bei einer Ausführungsform eine wässrige Harnstofflösung aus dem Behälter oder Tank 28 eingespritzt.
  • Ein Turbulenzerzeuger 30 ist zwischen dem Injektor 24 und dem Nachbehandlungselement 22 im Gehäuse vorgesehen. Der Turbulenzerzeuger wird durch ein Rohr 32 mit einem sternförmig verschlossenen stromabwärtigen Ende 34 bereitgestellt. Das Abgas und die chemischen Spezies passieren durch Perforationen 36 des Rohrs, wie bei den Pfeilen 38 gezeigt.
  • Sternförmig verschlossene Abgasschalldämpferrohre sind zum Beispiel aus den US 4,872,528 A und US 6,540,046 A bekannt. Derartige Vorrichtungen können zur Bildung des sternförmig verschlossenen Endes 34 verwendet werden.
  • Das Gehäuse 12 und das Rohr 32 erstrecken sich koaxial entlang einer Achse 40. Das perforierte sternförmig verschlossene stromabwärtige Ende 34 des Rohrs 32 weist ein konisches Profil auf, das stromabwärts zu einem Ende 42 mit mehreren Sternspitzen, wie zum Beispiel 43, 44, 45, 46, 2, weist, die sich radial davon erstrecken. Durch Sternverschluss werden in der Regel vier Sternspitzen bereitgestellt, und dies wird bei der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt.
  • Das Gehäuse weist einen stromaufwärtigen Gehäuseabschnitt 48 und einen Nachbehandlungsgehäuseabschnitt 50 auf, die sich an einer Verbindungsstelle 52 treffen. Der Nachbehandlungsgehäuseabschnitt kann Unterabschnitte 54 und 56 enthalten, die sich an einer abtrennbaren Verbindung 58 zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen axialen Ende des Nachbehandlungselements 22 treffen, um eine Wartung, Reinigung oder einen Austausch des Letzteren zu ermöglichen. Der Injektor 24 befindet sich im stromaufwärtigen Gehäuseabschnitt 48. Das Nachbehandlungselement 22 befindet sich im Nachbehandlungsgehäuseabschnitt 50. Das Rohr 32 weist ein stromaufwärtiges Segment 60, ein Zwischensegment 62 und ein stromabwärtiges Segment 64 auf. Das stromaufwärtige Segment 60 stellt den erwähnten stromaufwärtigen Gehäuseabschnitt 48 bereit. Das Zwischensegment 62 erstreckt sich bei der Verbindungsstelle 52 axial durch und in den Nachbehandlungsgehäuseabschnitt 50. Der Nachbehandlungsgehäuseabschnitt 50 weist eine Seitenwand 66 auf, die vom Zwischensegment 62 und vom stromabwärtigen Segment 64 durch einen ringförmigen Spalt 68 dazwischen radial nach außen beabstandet ist. Das stromabwärtige Segment 64 stellt das erwähnte perforierte sternförmig verschlossene stromabwärtige Ende bereit. Das stromabwärtige Segment 64 ist durch das Zwischensegment 62 des Rohrs dazwischen von der Verbindungsstelle 52 des erwähnten stromaufwärtigen Abschnitts und des Nachbehandlungsgehäuseabschnitts axial beabstandet. Der Injektor 24 befindet sich in dem erwähnten stromaufwärtigen Segment 60 und befindet sich stromaufwärts der Verbindungsstelle 52. Das stromaufwärtige Segment 60 und das Zwischensegment 62 weisen den gleichen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser der Seitenwand 66 des Nachbehandlungsgehäuseabschnitts.
  • Wie bekannt ist, unterliegen die eingespritzten chemischen Spezies Koagulation und Koaleszenz. Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Heizvorrichtung für das Heizrohr 32, das ein perforiertes sternförmig verschlossenes stromabwärtiges Ende 34 aufweist, vorgesehen, um die erwähnte Koagulation und Koaleszenz zu minimieren und so Verdampfung der eingespritzten chemischen Spezies zu verbessern. Bei einer Ausführungsform wird solch eine Wärmequelle durch eine Spannungsquelle 70 bereitgestellt, die durch ein Paar elektrischer Leiter 72, 74 (ähnlich der US 6,722,123 B2 ) mit dem Rohr verbunden ist.
  • Der Injektor wird an einem J-förmigen, röhrenförmigen Glied 24 gezeigt, das Fluid axial einspritzt, wie bei Pfeil 26 gezeigt. Es können auch andere Arten von Injektoren verwendet werden. Bei einer Alternative wird ein J-förmiges, röhrenförmiges Glied mit Auslassöffnungen oder -sprays verwendet, die radial und nicht axial ausgerichtet sind und Strömung dementsprechend leiten. Bei einer anderen Alternative erfolgt die Einspritzung des Sprays durch die Wand des Rohrs 32, zum Beispiel durch Durchbrüche durch die Rohrwand, wie bei 76 gestrichelt gezeigt, mit einer großen Palette von möglichen Sprühwinkeln und ohne inneres Rohr wie bei 24. Bei einer anderen Ausführungsform können mehrere Sprührohre 24 oder dergleichen verwendet werden. Andere Injektoren und Sprayausführungen sind auch möglich.
  • Bei einer anderen Alternative ist der Turbulenzerzeuger 30, einschließlich des sternförmig verschlossenen stromabwärtigen Endes 34, zwecks Korrosionsschutz und/oder Katalyse beschichtet. Es hat sich herausgestellt, dass, wenn rostfreier Stahl für den Turbulenzerzeuger 30 verwendet wird, Harnstoffablagerungen eine Korrosion solch eines rostfreien Stahlmaterials verursachen können. Eine katalytische Beschichtung 78 kann zur Förderung von Hydrolyse verwendet werden, damit sich der Harnstoff zersetzt und zu Ammoniak und Kohlendioxid hydrolisiert und damit das Ammoniak gleichmäßig über die Strömungsfront verteilt wird, bevor es in den Katalysator eintritt. Eine katalytische Beschichtung am Turbulenzerzeuger kann somit wünschenswert sein, um eine gleichmäßige Verteilung von Ammoniak und anderen Konzentrationen von chemischen Spezies, die in den Katalysator eintreten, zu gewährleisten. Solche Beschichtungen können somit zur Verbesserung von sowohl Zuverlässigkeit als auch Leistung verwendet werden.

Claims (6)

  1. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10), die Folgendes umfasst: ein Gehäuse (12) mit einem stromaufwärtigen Einlass (14) zum Empfang von Abgas und einem stromabwärtigen Auslass (18) zum Abführen des Abgases, ein Nachbehandlungselement (22) in dem Gehäuse (12) zur Behandlung des Abgases, einen Injektor (24) in dem Gehäuse (12) stromaufwärts des Nachbehandlungselements (22), der chemische Spezies, die sich mit dem Abgas vor Erreichen des Nachbehandlungselements (22) vermischen, einspritzt, einen Turbulenzerzeuger (30) in dem Gehäuse (12) zwischen dem Injektor (24) und dem Nachbehandlungselement (22), wobei der Turbulenzerzeuger (30) ein Rohr (32) mit einem perforierten stromabwärtigen Ende (34) umfasst, wobei: – sich das Gehäuse (12) und das Rohr (32) koaxial entlang einer Achse (40) erstrecken, – das Gehäuse (12) einen stromaufwärtigen Gehäuseabschnitt (48) und einen Nachbehandlungselementgehäuseabschnitt (50) umfasst, die sich an einer Verbindungsstelle (52) treffen, – das Nachbehandlungselement (22) sich in dem Nachbehandlungsgehäuseabschnitt befindet (50), – das Rohr (32) ein stromaufwärtiges Segment (60) und ein stromabwärtiges Segment (64) aufweist, – das stromaufwärtige Segment (60) des Rohrs (32) den stromaufwärtigen Gehäuseabschnitt (48) bereitstellt und – das stromabwärtige Segment (64) des Rohrs (32) das perforierte stromabwärtige Ende (34) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (24) eine Injektionsspitze in dem stromaufwärtigen Gehäuseabschnitt (48) aufweist, wobei sich die Injektionsspitze stromaufwärts der Verbindungsstelle (52) befindet, dass das Rohr (32) ein Zwischensegment (62) aufweist, dass das Zwischensegment (62) des Rohrs (32) sich an der Verbindungsstelle (52) des stromaufwärtigen Abschnitts (48) und des Nachbehandlungsgehäuseabschnitts (50) axial durch und in den Nachbehandlungsgehäuseabschnitt (50) erstreckt, dass das stromabwärtige Segment (64) des Rohrs (32) durch das Zwischensegment (62) des Rohrs (32) dazwischen von der Verbindungsstelle (52) des stromaufwärtigen Abschnitts (48) und des Nachbehandlungsgehäuseabschnitts (50) axial beabstandet ist, dass der Nachbehandlungsgehäuseabschnitt (50) eine Seitenwand (66) aufweist, die von dem Zwischensegment (62) und dem stromabwärtigen Segment (64) des Rohrs (32) durch einen ringförmigen Spalt (68) dazwischen radial nach außen beabstandet ist und dass das stromabwärtige Segment (64) des Rohrs (32) ein sternförmig verschlossenes, perforiertes stromabwärtiges Ende (34) bereitstellt.
  2. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das stromaufwärtige Segment (60) und das Zwischensegment (62) des Rohrs (32) den gleichen Durchmesser aufweisen, wobei dieser Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Seitenwand (66) des Nachbehandlungsgehäuseabschnitts (50).
  3. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Injektor (24) ein röhrenförmiges Glied in dem Rohr (32) umfasst.
  4. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das röhrenförmige Glied eine J-Form aufweist.
  5. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Injektor (24) einen oder mehrere Durchbrüche durch das Gehäuse (32) umfasst.
  6. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, die eine katalytische Beschichtung (78) an dem Turbulenzerzeuger (30), einschließlich des perforierten sternförmig verschlossenen stromabwärtigen Endes (34) umfasst.
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