DE112012000021B4 - Vorrichtung zum mischen einer wässrigen reduktionsmittellösung und abgasnachbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum mischen einer wässrigen reduktionsmittellösung und abgasnachbehandlungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung für die Zugabe einer wässrigen Reduktionsmittellösung zu einem Abgas, wobei die Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung zwischen einem Filter, das in dem Abgas enthaltene partikelförmige Substanzen einfängt, und einem Reduktionskatalysator, der Stickoxid in dem Abgas reduziert und aufbereitet, angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung umfasst: ein Abgasrohr (4B) mit einem Kniestück (10, 25), das einen gekrümmten Abschnitt aufweist, und mit einem geradlinigen Teil (11), das auf einer stromabwärtigen Abgasseite des Kniestücks (10, 25) angeordnet ist; einen Injektor (5), der außerhalb des gekrümmten Abschnitts des Kniestücks (10, 25) angeordnet ist, wobei der Injektor die wässrige Reduktionsmittellösung in Richtung auf das geradlinige Teil (11) in das Kniestück (10, 25) einspritzt; ...

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung, insbesondere eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung für die Zugabe einer wässrigen Reduktionsmittellösung zu einem Abgas, die zwischen einem Filter zum Einfangen von in dem Abgas enthaltenen partikelförmigen Substanzen und einem Reduktionskatalysator zur Reduktion von Stickoxid in dem Abgas und zum Reinigen des Abgases parallel zu dem Filter angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die die vorgenannte Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung enthält.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Das Abgas von Antriebsmaschinen enthält Stickoxid (NOx). Um zu verhindern, dass Stickoxid-Emissionen in die Luft gelangen, ist an einer Zwischenposition eines Abgasweges eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorgesehen. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst ein Filter, das in dem Abgas enthaltene partikelförmige Substanzen einfängt, eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung, die auf der stromabwärtigen Abgasseite des Filters angeordnet ist, um dem Abgas eine wässrige Harnstofflösung zuzugeben, und einen Reduktionskatalysator, der weiter stromabwärts der Mischvorrichtung angeordnet ist, um Stickoxide in dem Abgas zu reduzieren und aufzubereiten.
  • Die Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung in der vorstehenden Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst einen Injektor, der eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel in ein Abgasrohr einspritzt. Die wässrige Harnstofflösung, die von dem Injektor in das Abgasrohr eingespritzt wurde, wird mit dem Abgas vermischt und dem Reduktionskatalysator auf der stromabwärtigen Abgasseite zugeführt. Hier wird die wässrige Harnstofflösung durch das Abgas zunächst thermisch zersetzt, wodurch Ammoniak entsteht. Das Ammoniak wird anschließend in dem Reduktionskatalysator als Reduktionsmittel verwendet, und das Stickoxid in dem Abgas wird reduziert und das Abgas gereinigt.
  • Für die thermische Zersetzung der Harnstofflösung und die Gewinnung von Ammoniak in einer solchen Vorrichtung wird eine ausreichende Reaktionszeit benötigt, für deren Erreichen zwischen dem Injektor und dem Reduktionskatalysator ein ausreichend langer Weg sichergestellt werden muss. Ist der Weg kurz, wird die in das Abgasrohr eingespritzte wässrige Harnstofflösung nicht ausreichend mit dem Abgas vermischt und haftet zum Teil in Tröpfchenform an der Innenwand des Abgasrohres an, das durch die Außenluft gekühlt wird. Die an der Innenwand des Abgasrohres anhaftende wässrige Harnstofflösung lässt sich nicht ohne weiteres zersetzen, weshalb der Reduktionskatalysator gegebenenfalls nicht mit einer ausreichenden Menge an Ammoniak versorgt wird. Des Weiteren kann die wässrige Harnstofflösung, die an der Innenwand des Abgasrohres in Tröpfchen umgewandelt wird, kristallisieren und sich an der Innenwand ablagern.
  • In Anbetracht dessen wurden, wie in Patentliteratur 1 und 2 beschrieben, Vorrichtungen mit einer verschachtelten Dopplerohrkonstruktion vorgeschlagen, die durch die Anordnung eines Innenrohres in dem Abgasrohr auf der stromabwärtigen Abgasseite eines Injektors gebildet wird, wobei eine wässrige Harnstofflösung für das Einspritzen in das Innenrohr konfiguriert ist. Das Abgas strömt hier um den äußeren Umfangsbereich des Innenrohres. Aus diesem Grund wird das Innenrohr durch das Abgas erwärmt, wodurch sich wiederum verhindern lässt, dass die wässrige Harnstofflösung in Form von Tröpfchen an der Innenwand des Innenrohres anhaftet.
  • Ferner sind in Patentliteratur 3 und 4 Vorrichtungen beschrieben, die derart konfiguriert sind, dass sie auch bei einer kurzen Entfernung zwischen einem Injektor und einem Reduktionskatalysator eine wässrige Harnstofflösung ausreichend zersetzen können. Bei den Vorrichtungen, die in der genannten Literatur beschrieben sind, ist auf dem Injektor ein Mischrohr nachgeschaltet, und die wässrige Harnstofflösung wird von dem Injektor in das Mischrohr eingespritzt. Das Mischrohr hat außerdem eine Mehrzahl von Öffnungen an seiner äußeren Umfangsfläche. In dem Mischrohr entsteht eine Verwirbelung, indem das Abgas veranlasst wird, durch die Öffnungen des Mischrohres in das Mischrohr einzuströmen. Die Abgasverwirbelung begünstigt die Dispersion der wässrigen Harnstofflösung und verbessert die Effizienz der Zersetzung der wässrigen Harnstofflösung in Ammoniak.
  • In Patentliteratur 5 ist ein Abgassystem für eine Diesel-Maschine beschrieben. Das Abgassystem umfasst eine Vorrichtung zum Mischen einer Reduktionsmittellösung zu einem Abgas. Die Mischvorrichtung ist zwischen einem Filter und einem Reduktionskatalysator angeordnet. Das Filter fängt Abgaspartikel ein. Der Reduktionskatalysator reduziert Stickoxide in dem Abgas und bereitet diese auf. Ein Abgasrohr mit einem gekrümmten Abschnitt und einem geradlinigen Teil verbindet eine Sammelkammer und einen Expansionsbereich. Ein Injektor ist in dem gekrümmten Abschnitt angeordnet und spritzt eine Reduktionsmittellösung in Richtung des geradlinigen Teils ein. Ein stromabwärts des Injektors vorgesehenes Mischrohr ist mit Öffnungen in seiner Umfangsfläche versehen.
  • Patentliteratur 6 offenbart ein Abgaskühlungsmodul für einen Stickstoff-Reduktionskatatlysator. Das Kühlungsmodul ist zwischen einem Partikelfilter und dem Stickstoff-Reduktionskatalysator angeordnet und weist ein Mischrohr mit Öffnungen in seiner Umfangsfläche auf, um Kühlluft mit dem Abgas zu vermischen. Dadurch wird die Zersetzung des Stickstoff-Reduktionskatalysators durch Kohlenwasserstoffe abgemildert.
  • Gemäß Patentliteratur 7, umfasst eine Dosier- und Mischanordnung für ein Abgasnachbehandlungssystem ein Mischrohr mit konstantem Durchmesser. Eine Dosiereinrichtung spritzt eine Reagenz in das innere des Mischrohres. Das Mischrohr hat in einem ersten Bereich Öffnungen in seiner Umfangsfläche. Eine Wirbelstruktur in dem Mischrohr führt zu einer Verwirbelung der Abgase um die Zentralachse des Mischrohres. Die Verwirbelungen verhindern eine Ablagerung der eingespritzten Reagenz. Dadurch bleibt das Abgasnachbehandlungssystem länger wirksam.
  • DOKUMENTLISTE
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: Veröffentlichung der japanischen Übersetzung der internationalen Anmeldung PCT Nr. JP-A-2008-509328
    • Patentliteratur 2: WO2006/025110 A1
    • Patentliteratur 3: US2010/0263359 A1
    • Patentliteratur 4: Japanische offengelegte Patentanmeldungs-Publikation Nr. JP-2008-208726
    • Patentliteratur 5: Veröffentlichung der internationalen Anmeldung WO2009/024815 A2
    • Patentliteratur 6: US-Offenlegungsschrift Nr. US2011/0011060 A1
    • Patentliteratur 7: US-Offenlegungsschrift Nr. US2011/0308234 A1
  • ÜBERSICHT
  • Problemstellung
  • In der vorstehend beschriebenen Patentliteratur 1 und 2 soll die von dem Injektor eingespritzte wässrige Harnstofflösung mit dem Innenrohr kollidieren, ohne dass sie ausreichend dispergiert wird und während sie eine große Teilchengröße beibehält. Die Verdampfung der Tröpfchen, die an dem Innenrohr anhaften, erfordert daher eine große Wärmemenge. Eine ausreichende Wärmemenge lässt sich lediglich durch das Abgas, das den äußeren Umfangsbereich des Innenrohres umströmt, jedoch nicht zuverlässig erzielen. Im Hinblick darauf werden Vorrichtungen benötigt, die mit einer Heizeinrichtung und dergleichen als weitere Wärmequelle versehen werden können.
  • Bei den Vorrichtungen, die in Patentliteratur 3 und 4 beschrieben sind, werden das Abgas und die wässrige Harnstofflösung in dem Mischrohr ohne weiteres vermischt. Ein Nachteil kann jedoch entstehen, wenn die wässrige Harnstofflösung in Form von Tröpfchen an der Innenwand des Abgasrohres anhaftet, das auf der stromabwärtigen Abgasseite des Mischrohres durch die Außenluft gekühlt wird. Aus diesem Grund werden die Nachteile des unzureichenden Ammoniaks in dem Reduktionskatalysator und der Sedimentbildung an der Innenwand des Abgasrohres nicht gelöst.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, in einer Vorrichtung zum Mischen der wässrigen Reduktionsmittellösung, zum Beispiel der wässrigen Harnstofflösung, mit dem Abgas, für eine gute Vermischung einer wässrigen Reduktionsmittellösung, wie zum Beispiel einer wässrigen Harnstofflösung, und des Abgases zu sorgen und zu verhindern, dass die wässrige Reduktionsmittellösung an der Innenwand des Abgasrohres anhaftet.
  • Problemlösung
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung für die Zugabe einer wässrigen Reduktionsmittellösung zu einem Abgas, die zwischen einem Filter, das in dem Abgas enthaltene partikelförmige Substanzen einfängt, und einem Reduktionskatalysator angeordnet ist, der Stickoxide in dem Abgas reduziert und aufbereitet, und umfasst ein Abgasrohr, einen Injektor, ein Mischrohr und ein Innenrohr. Das Abgasrohr umfasst ein Kniestück mit einem gekrümmten Abschnitt und ein geradliniges Teil, der auf einer stromabwärtigen Abgasseite des Kniestücks angeordnet ist. Der Injektor ist außerhalb des gekrümmten Abschnitts des Kniestücks angeordnet und spritzt die wässrige Reduktionsmittellösung in das Kniestück und in Richtung auf das geradlinige Teil ein. Das Mischrohr ist in dem Kniestück angeordnet, um eine Umgebung der wässrigen Reduktionsmittellösung, die von dem Injektor einzuspritzen ist, einzuschließen, und hat eine Mehrzahl von Öffnungen an seiner äußeren Umfangsfläche. Das Innenrohr ist auf der stromabwärtigen Abgasseite des Mischrohres mit einem Abstand von einem stromabwärtigen Abgasseiten-Auslassbereich des Mischrohres in einer Richtung entlang des Abgasstroms entfernt und gleichzeitig mit einem Abstand von der Innenwand des geradlinigen Teils entfernt angeordnet und lässt das Abgas durch seine Innenseite und seine äußere Peripherie strömen.
  • Bei dieser Vorrichtung strömt das Abgas, das von der stromaufwärtigen Seite zu dem Kniestück strömt, durch die Öffnungen der äußeren Umfangsfläche des Mischrohres in das Mischrohr. In dem Mischrohr erfolgt die Einspritzung der wässrigen Reduktionsmittellösung von dem Injektor, weshalb das Abgas und die wässrige Reduktionsmittellösung in dem Mischrohr vermischt werden. Das Abgas und die wässrige Reduktionsmittellösung, die in dem Mischrohr vermischt wurden, strömen in das nachgeschaltete Innenrohr. Das Innenrohr wird durch das seine äußere Peripherie durchströmende Abgas erwärmt, so dass die wässrige Reduktionsmittellösung, auch wenn sie an der Innenwand des Innenrohres anhaftet, verdampft wird und in Ammoniak umgewandelt wird. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass die wässrige Reduktionsmittellösung an der Innenwand des Abgasrohres und an jener des Innenrohres anhaftet.
  • Ferner wird in einer Richtung entlang des Abgasstroms zwischen dem Auslassbereich des Mischrohres und des Innenrohres ein vorgegebener Abstand gebildet. Deshalb strömt das Abgas auf der stromaufwärtigen Seite problemlos durch die äußere Peripherie des Innenrohres. Auf diese Weise wird das Innenrohr durch das Abgas wirksam erwärmt, und die Wirksamkeit der Zersetzung der wässrigen Reduktionsmittellösung in dem Innenrohr wird begünstigt.
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei ein Einlassbereich des Innenrohres auf der stromaufwärtigen Abgasseite einen Innendurchmesser hat, der größer als ein Innendurchmesser des Auslassbereichs des Mischrohres ist.
  • Hier strömen das Abgas und die wässrige Reduktionsmittellösung, die in dem Mischrohr vermischt wurden, gleichmäßig in das Innenrohr.
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei das Mischrohr und das Innenrohr derart angeordnet sind, dass eine Auslassbereich-Öffnung des Mischrohres und eine Einlassbereich-Öffnung des Innenrohres einen Injektionswinkelbereich des Injektors einschließen.
  • Hier ist die Auslassbereich-Öffnung des Mischrohres breiter ausgebildet als der Diffusionsbereich der eingespritzten wässrigen Reduktionsmittellösung. Eine direkte Kollision der eingespritzten Reduktionsmittellösung mit der Innenwand des Mischrohres wird dadurch verhindert. Aus diesem Grund kann verhindert werden, dass die wässrige Reduktionsmittellösung in Form von Tröpfchen an der Innenwand des Mischrohres anhaftet. Ferner ist die Öffnung des Einlassbereichs des Innenrohres breiter als der Diffusionsbereich der wässrigen Reduktionsmittellösung. Dadurch kann die eingespritzte wässrige Reduktionsmittellösung effizient in das Innenrohr eingesogen werden.
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Vorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis drei der vorliegenden Erfindung, wobei Auslassbereich des Mischrohres mit einem Abstand von der Innenwand des Abgasrohres entfernt angeordnet ist. Ferner ist zwischen dem Auslassbereich des Mischrohres und der Innenwand des Abgasrohres ein Durchflussbereich gebildet, um das in der äußeren Peripherie des Mischrohres vorhandene Abgas zu dem Innenrohr zu lenken.
  • Wenn Elemente wie das Mischrohr und das Innenrohr vorliegend in dem Abgasrohr angeordnet sind, muss eine Zunahme des Strömungswegwiderstands verhindert werden. Der Strömungswegwiderstand vergrößert sich, wenn das Abgas bei Konstruktionen, wie sie in Patentliteratur 3 und 4 beschrieben sind, durch das Mischrohr strömt, wobei das gesamte von der stromaufwärtigen Seite zuströmende Abgas aufgrund des Verschlusses zwischen dem Auslassbereich des Mischrohres und der Innenwand des Abgasrohres durch die Öffnungen des Mischrohres strömt. In diesem Fall erhöht sich der Abgasgegendruck der Antriebsmaschine, was wiederum eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zur Folge hat.
  • In Anbetracht dessen wird gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung zuverlässig ein Abstand zwischen dem Auslassbereich des Mischrohres und der Innenwand des Abgasrohres gebildet, und es wird der Durchflussbereich gebildet, um das in der äußeren Peripherie des Mischrohres vorhandene Abgas zu dem Innenrohr zu lenken. Im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der das gesamte Abgas in das Mischrohr gesogen wird, ermöglicht diese Konstruktion eine weitere Reduzierung des Strömungswegwiderstands in dem Abgasrohr. Auf diese Weise lässt sich der Abgasgegendruck der Antriebsmaschine verhindern, so dass auch eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindert werden kann.
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem vierten Aspekt, wobei das Mischrohr durch eine Kniestückwand, die dem geradlinigen Teil gegenüberliegt, an dessen einem Endbereich gestützt ist, der gegenüberliegend zu dem Auslassbereich angeordnet ist.
  • Bei einer solchermaßen gebildeten Stützkonstruktion des Mischrohres muss die Umgebung des Auslassbereichs des Mischrohres hinsichtlich des Abgasrohres nicht gestützt werden. Mit anderen Worten: Es ist nicht notwendig, ein Element anzuordnen, das die Strömung des Abgases in dem Durchflussbereich zwischen dem Auslassbereich des Mischrohres und der Innenwand des Abgasrohres blockiert. Dadurch kann der Strömungswegwiderstand in dem Abgasrohr reduziert werden.
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis fünf der vorliegenden Erfindung, wobei die mehreren Öffnungen des Mischrohres in einer Umfangsrichtung nur in einem Teilwinkelbereich des Mischrohres gebildet sind.
  • Hier sind die Öffnungen des Mischrohres nur in einem Teil der äußeren Umfangsfläche des Mischrohres gebildet. Dadurch kann angenommen werden, dass das durch die Öffnungen in das Mischrohr eingesogene Abgas einen konstanten Strom bildet. Aus diesem Grund begünstigt die Strömung des Abgases die Mischung des Abgases und der wässrigen Reduktionsmittellösung und die Zersetzung der wässrigen Reduktionsmittellösung.
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Vorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die mehreren Öffnungen des Mischrohres entweder nur in einem ersten und in einem dritten Bereich oder nur in einem zweiten und in einem vierten Bereich eines Mischrohres gebildet sind, wenn dessen Außenumfang gleichmäßig in vier aufeinanderfolgend aufeinander ausgerichtete Bereiche unterteilt ist, nämlich in den ersten Bereich, den zweiten Bereich, den dritten Bereich und den vierten Bereich, die in Umfangsrichtung in Abständen von 90 Grad angeordnet sind.
  • Hier bildet das Abgas in dem Mischrohr ähnlich wie unter dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung einen konstanten Strom. Die Vermischung des Abgases und der wässrigen Reduktionsmittellösung und die Zersetzung der wässrigen Reduktionsmittellösung werden deshalb begünstigt.
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Vorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis sieben und umfasst ferner ein Stützelement mit Stützbereichen zum Stützen einer Mehrzahl von umfangsseitigen Bereichen eines äußeren Umfangsbereichs des Innenrohres hinsichtlich des Abgasrohres an einer einzigen Position in einer Richtung entlang des Abgasstroms. Mit Ausnahme der Stützbereiche lassen andere Bereiche zwischen dem Stützelement und einer äußeren Umfangsfläche des Innenrohres das Abgas hindurchströmen, und an der äußeren Umfangsfläche des Innenrohres ist keine Öffnung gebildet.
  • Hier wird der äußere Umfangsbereich des Innenrohres hinsichtlich des Abgasrohres durch die Stützbereiche des Stützelements gestützt. Ferner strömt das Abgas gleichmäßig und ungehindert durch die anderen Bereiche, die Stützbereiche in der äußeren Peripherie des Innenrohres ausgenommen. Weiterhin ist an der äußeren Umfangsfläche des Innenrohres keine Öffnung gebildet, weshalb angenommen werden kann, dass eine ausreichende Abgasmenge durch die äußere Peripherie des Innenrohres strömt. Das Innenrohr wird dadurch in effizienter Weise erwärmt.
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis sieben der vorliegenden Erfindung und umfasst ferner ein Stützelement, das einen Auslassbereich des Innenrohres auf der stromabwärtigen Abgasseite hinsichtlich des Abgasrohres stützt und eine Strömung des Abgases einschränkt, das zwischen der äußeren Umfangsfläche des Innenrohres und der Innenwand des Abgasrohres vorhanden ist. Ferner hat der Auslassbereich des Innenrohres eine Mehrzahl von Öffnungen, die in seiner äußeren Umfangsfläche gebildet sind.
  • Hier schränkt das Stützelement die Strömung des Abgases an dem Auslassbereich des Innenrohres ein. Deshalb strömt das Abgas in der äußeren Peripherie des Innenrohres durch die Öffnungen der äußeren Umfangsfläche des Innenrohres in der Nähe des Auslassbereichs in das Innenrohr. Aus diesem Grund werden das Abgas und die wässrige Reduktionsmittellösung an dem Auslassbereich des Innenrohres weiter vermischt, wodurch die Zersetzung der wässrigen Reduktionsmittellösung weiter begünstigt wird.
  • Eine Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Vorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis neun der vorliegenden Erfindung, wobei das Mischrohr und das Innenrohr koaxial angeordnet sind.
  • Hier strömen das Abgas und die wässrige Reduktionsmittellösung, die in dem Mischrohr vermischt werden, gleichmäßig und ungehindert in das Innenrohr.
  • Eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Filter, das in einem Abgas enthaltene partikelförmige Substanzen einfängt, die Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung gemäß einem der Aspekte eins bis zehn, die parallel zu dem Filter auf einer stromabwärtigen Abgasseite des Filters angeordnet ist, und einen Reduktionskatalysator, der auf der stromabwärtigen Abgasseite der Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung angeordnet ist und Stickoxide in dem Abgas reduziert und aufbereitet.
  • Eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Vorrichtung gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei der Reduktionskatalysator parallel zur Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung angeordnet ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Wie vorstehend beschrieben, können bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung die wässrige Reduktionsmittellösung, wie zum Beispiel eine wässrige Harnstofflösung, und das Abgas hinreichend vermischt werden, und ferner lässt sich verhindern, dass die wässrige Reduktionsmittellösung an der Innenwand des Abgasrohres anhaftet.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Darstellung der Konstruktion einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine geschnittene Darstellung der Konstruktion einer Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist eine Vorderansicht eines Flansches;
  • 4 ist eine Darstellung eines Mischrohres und einer Befestigungskonstruktion desselben;
  • 5 ist eine rechte Seitenansicht von 4;
  • 6 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Einspritzwinkels eines Injektors, eines Mischrohres und einer Anordnung eines Innenrohres;
  • 7 ist eine Darstellung der Strömung des Abgases in einem Abgasrohr;
  • 8 ist eine Darstellung der Strömung des Abgases in dem Mischrohr;
  • 9 ist eine 2 entsprechende Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ist eine Darstellung eines Mischrohres gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gesamtkonstruktion
  • 1 ist eine Darstellung der Konstruktion einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 umfasst ein Dieselpartikelfilter 1A (im Folgenden als ”DPF” bezeichnet), eine Vorrichtung 1B zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung und einen Stickoxid-Reduktionskatalysator 1C (im Folgenden als ”SCR” bezeichnet), die der Reihe nach ausgehend von einer stromaufwärtigen Abgasseite (im Folgenden einfach als ”stromaufwärtige Seite” bezeichnet) angeordnet sind. Jede der Vorrichtungen ist in einem Zwischenbereich des Abgasrohres angeordnet, durch welches Abgas strömt, das durch einen Abgaskrümmer von einer Dieselmaschine (in den Figuren nicht dargestellt) ausgestoßen wird.
  • Das DPF 1A dient zum Einfangen von partikelförmigen Substanzen, die in dem Abgas enthalten sind, und ist in einem Gehäuse 4A angeordnet.
  • Die Vorrichtung 1B zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung dient zum Hinzufügen einer wässrigen Harnstofflösung als Reduktionsmittel zu dem Abgas. Die hinzugefügte wässrige Harnstofflösung wird hydrolysiert und in Ammoniak umgewandelt. Das Ammoniak wird zusammen mit dem Abgas über ein Verbindungsrohr 2 dem SCR 1C zugeführt. Die Vorrichtung 1B zum Mischen der wässrigen Harnstofflösung wird nachstehend im Detail beschrieben.
  • In dem SCR 1C wird Ammoniak aus der Vorrichtung 1B zum Mischen der wässrigen Harnstofflösung als Reduktionsmittel verwendet, und Stickoxide in dem Abgas werden reduziert und das Abgas gereinigt. Der SCR 1C ist in einem Gehäuse 4C angeordnet.
  • Das Gehäuse 4A, in dem das DPF 1A aufgenommen ist, die Vorrichtung 1B zum Mischen der wässrigen Harnstofflösung und das Gehäuse 4C, in dem der SCR 1C aufgenommen ist, sind jeweils parallel angeordnet. Ferner sind der Endbereich des Gehäuses 4A auf der stromabwärtigen Abgasseite (im Folgenden einfach als ”eine stromabwärtige Seite” bezeichnet) und der auf der stromaufwärtigen Seite gelegene Endbereich der Vorrichtung 1B zum Mischen der wässrigen Harnstofflösung miteinander verbunden, während der Endbereich der Vorrichtung 1B zum Mischen der wässrigen Harnstofflösung auf der stromabwärtigen Seite und der Endbereich des Gehäuses 4C auf der stromaufwärtigen Seite über das gekrümmte Verbindungsrohr 2 verbunden sind.
  • Wie vorstehend beschrieben, sind das Gehäuse 4A, die Vorrichtung 1B zum Mischen der wässrigen Harnstofflösung und das Gehäuse 4C in einer S-Form angeordnet und bilden somit eine insgesamt kompakte Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Es ist zu beachten, dass ein Oxidationskatalysator auf der stromaufwärtigen Seite des DPF 1A in dem Gehäuse 4A angeordnet sein kann, um den unverbrannten Kraftstoff in dem Abgas einer oxidativen Behandlung zu unterziehen. Ferner kann ein Ammoniak-Reduktionskatalysator auf der stromabwärtigen Seite des SCR 1C in dem Gehäuse 4C angeordnet sein, um einen Ammoniaküberschuss einer oxidativen Behandlung zu unterziehen.
  • Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung
  • 2 zeigt die Konstruktion der Vorrichtung 1B zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie vorstehend beschrieben, ist die Vorrichtung 1B zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung zwischen dem DPF 1A und dem SCR 1C angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass die Darstellung in 1 auch das Verbindungsrohr 2 enthält, das mit der stromabwärtigen Seite der Vorrichtung 1B zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung verbunden ist.
  • Die Vorrichtung 1B zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung umfasst ein Abgasrohr 4B, einen Injektor 5 zum Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung, ein Mischrohr 6 und ein Innenrohr 7.
  • Abgasrohr
  • Das Abgasrohr 4B umfasst ein Kniestück 10, das auf der stromaufwärtigen Abgasseite (im Folgenden einfach als ”eine stromaufwärtige Seite” bezeichnet) angeordnet ist, und ein geradliniges Teil 11, der auf der stromabwärtigen Seite des Kniestücks 10 angeordnet ist. Das Kniestück 10 und das geradlinige Teil 11 sind beide zylindrisch ausgebildet.
  • Das Kniestück 10 ist ein Verbindungsrohr, das das Abgas, das in einer in 2 dargestellten x-Richtung (eine Richtung, in der das Abgas auf der stromaufwärtigen Seite strömt) zu dem Kniestück geströmt ist, in eine zur x-Richtung senkrechte y-Richtung strömen lässt. Das Kniestück 10 hat einen gekrümmten Abschnitt 10a. Ein Befestigungsbereich 10b, der durch eine entlang der x-Richtung angeordnete Ebene gebildet ist, ist an dem Außenbereich des gekrümmten Abschnitts 10a vorgesehen. Mit anderen Worten: Der Befestigungsbereich 10b liegt der Einlassbereich-Öffnung des geradlinigen Teils 11 gegenüber. Ferner ist ein geflanschter Verbindungsbereich 10c an dem auf der stromaufwärtigen Seite gelegenen Endbereich des Kniestücks 10 gebildet, während ein geflanschter Verbindungsbereich 10d an dem auf der stromabwärtigen Seite gelegenen Endbereich des Kniestücks 10 gebildet ist. Es ist zu beachten, dass in den geflanschten Bereichen 10c und 10d Öffnungen gebildet sind, in die Verbindungsbolzen eingesetzt sind.
  • Das geradlinige Teil 11 ist ein gerades Rohr, das sich entlang der y-Richtung erstreckt. Ein Verbindungs- und Stützflansch (Stützelement) 12 ist an den auf der stromaufwärtigen Seite gelegenen Endbereich des geradlinigen Teils 11 geschweißt, während ein ringförmiger Adapter 13 an den auf der stromabwärtigen Seite gelegenen Endbereich des geradlinigen Teils 11 geschweißt ist, um das Verbindungsrohr 2 anzuschließen.
  • Wie in 3 dargestellt ist, ist der Flansch ein rechteckförmiges Plattenelement. Öffnungen 12a, in die Bolzen für die Verbindung des Flansches 12 mit dem geflanschten Bereich 10d des Kniestücks 10 eingesetzt sind, sind in vier Eckbereichen des Flansches 12 gebildet. Ferner ist eine Öffnung 12b, deren Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des geradlinigen Teils 11 ist, in dem mittleren Bereich des Flansches 12 gebildet. Weiterhin sind vier Stützvorsprünge 12c, die eine identische Form haben, in den Öffnungen 12b angeordnet, so dass sie von der äußeren Umfangsseite in Richtung auf den mittleren Bereich vorspringen. Die vier Stützvorsprünge 12c sind in gleichen Winkelabständen angeordnet.
  • Das Kniestück 10 und das geradlinige Teil 11 sind miteinander verbunden, indem ein derartiger Flansch 12 durch Bolzen mit dem geflanschten Bereich 10d des Kniestücks 10 verbunden ist.
  • Injektor
  • Der Injektor 5 ist zusammen mit dem Mischrohr 6 an dem Befestigungsbereich 10b an dem Außenbereich des gekrümmten Abschnitts 10a des Kniestücks 10 befestigt. Die Befestigungskonstruktion wird nachstehend im Einzelnen beschrieben. Der Injektor 5 spritzt lediglich eine wässrige Harnstofflösung von einem Injektionsauslass seines vorderen Endes in Richtung auf das geradlinige Teil 11 in das Mischrohr 6 ein, ohne die wässrige Harnstofflösung mit Luft zu vermengen. Der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Injektor 5 hat einen Einspritzwinkel von 25 Grad, und die Mitte des Injektionsauslasses des Injektors 5 liegt auf einer Linie, die sich von einer Mittelachse CL des geradlinigen Teils 11 des Abgasrohres 4B erstreckt.
  • Mischrohr
  • Das Mischrohr 6 ist zusammen mit einem Element zum Festlegen des Mischrohres 6 an dem Kniestück 10 etc. als Untereinheit ausgebildet. Die 4 und 5 zeigen die Untereinheit. Es ist zu beachten, dass 5 eine rechte Seitenansicht von 4 ist.
  • Das Mischrohr 6 hat eine zylindrische Form, und seine Mittelachse CL erstreckt sich koaxial zur Mittelachse CL des geradlinigen Teils 11. Das Mischrohr 6 ist in dem Kniestück 10 in einer Position angeordnet, in der die wässrige Harnstofflösung innenseitig von dem Injektor 5 eingespritzt wird. Mit anderen Worten: Das Mischrohr 6 ist derart angeordnet, dass es die Umgebung der von dem Injektor 5 einzuspritzenden wässrigen Harnstofflösung einschließt. Das Mischrohr 6 hat eine Mehrzahl von Öffnungen 6a, die an seiner äußeren Umfangsfläche gebildet sind. Wie 5 zeigt, sind die mehreren Öffnungen 6a nur in einem zweiten Bereich B und in einem vierten Bereich D gebildet, wenn der Außenumfang des Mischrohres 6 gleichmäßig in vier aufeinanderfolgende und aufeinander ausgerichtete Bereiche unterteilt ist, die aus einem ersten Bereich A, dem zweiten Bereich B, einem dritten Bereich C und dem vierten Bereich D bestehen, die in Umfangsrichtung in Abständen von 90 Grad angeordnet sind.
  • Eine erste Platte 15 ist an einem auf der stromaufwärtigen Seite gelegenen Endbereich (ein linksseitiger Endbereich in den 2 und 4) des Mischrohres 6 dem Auslass gegenüberliegend festgeschweißt. Wie in 5 gezeigt ist, hat die erste Platte 15 eine annähernd dreieckige Kontur mit einem gekrümmten Bereich als jeweilige Seite und sie hat einen Rohrfestlegungsbereich 15a, einen Befestigungsbereich 15b und einen Führungsbereich 15c. Ein Ende des Mischrohres 6 ist an dem Rohrfestlegungsbereich 15a festgeschweißt. Der Befestigungsbereich 15b ist an der äußeren Umfangsseite des Rohrfestlegungsbereichs 15a gebildet, um mit dem Rohrfestlegungsbereich 15a eine Stufe zu bilden. Der Befestigungsbereich 15b ist durch Bolzen an dem Befestigungsbereich 10b des Kniestücks 10 befestigt. Ferner ist der Führungsbereich 15c in dem mittleren Bereich des Rohrfestlegungsbereichs 15a gebildet und hat eine verjüngte Form, so dass sein Durchmesser proportional zu einer Distanz nach außen und weg von dem Rohrfestlegungsbereich 15a reduziert ist. Es ist zu beachten, dass der Führungsbereich 15c eine Öffnung hat, die an seinem Ende gebildet ist, das dem Rohrfestlegungsbereich 15a gegenüberliegt.
  • Die erste Platte 15 hat einen vertieften Bereich 15d, der dem Mischrohr 6 gegenüberliegend gebildet ist. Eine zweite Platte 16 ist in den vertieften Bereich 15d eingepasst und in diesem festgeschweißt. Die zweite Platte 16 ist scheibenförmig und hat eine Öffnung 16a, in deren mittlerem Bereich der Injektions-Auslass des Injektors 6 angeordnet ist. Ferner hat die zweite Platte 16 eine Mehrzahl von Schraubenöffnungen 16b, und der Injektor 5 wird über die Schraubenöffnungen 16b durch die zweite Platte 16 gestützt.
  • Innenrohr
  • Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, ist das Innenrohr 7 zylinderförmig ausgebildet, und seine äußere Umfangsfläche ist durch die vorderen Enden der Stützvorsprünge 12c des Flansches 12 gestützt, und diese sind aneinander befestigt und miteinander verschweißt. Das Innenrohr 7 ist somit mit einem Abstand von der Innenwand des geradlinigen Teils 11 entfernt auf der stromabwärtigen Seite des Mischrohres 6 angeordnet. Mit anderen Worten: Das Innenrohr 7 und das geradlinige Teil 11 bilden ein geschachteltes Doppelrohr. Das Innenrohr 7 hat ferner einen Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser des Mischrohres 6 ist. Das Innenrohr 7 ist mit einem vorgegebenen Abstand von dem Auslass des Mischrohres 6 entfernt angeordnet.
  • Es ist zu beachten, dass an der äußeren Umfangsfläche des Innenrohres keine Öffnung, kein Schlitz und dergleichen gebildet sind, weshalb das Abgas nicht zwischen der äußeren Peripherie und der inneren Peripherie des Innenrohres 7 strömt.
  • Anordnung der jeweiligen Konstruktionselemente
  • Anhand von 6 wird die Lagebeziehung zwischen dem Injektor 5 (einem Einspritzwinkel der wässrigen Harnstofflösung), dem Mischrohr 6, dem Innenrohr 7, dem Abgasrohr 4B mit dem Kniestück 10 und dem geradlinigen Teil 11 im Detail erläutert. Wie vorstehend beschrieben, sind das Mischrohr 6 und das Innenrohr 7 vorliegend auf derselben Achse angeordnet. Der Injektions-Auslass des Injektors 5 liegt auf einer Linie, die sich von der Mittelachse CL dieser Elemente erstreckt, und liegt einer Einlassbereich-Öffnung des Innenrohres 7 gegenüber.
  • Zunächst ist zwischen dem Auslassbereich (dem auf der stromabwärtigen Seite liegenden Endbereich, der dem rechtsseitigen Endbereich in 6 entspricht) des Mischrohres 6 und der Innenwand des Kniestücks 10 ein Abstand vorhanden. Das Mischrohr 6 wird nur an seinem dem Auslassbereich gegenüberliegenden Endbereich durch das Kniestück 10 gestützt. Es ist also in dem Raum kein Element zum Stützen des Mischrohres 6 angeordnet. Mit anderen Worten: Es wird ein ringförmiger Durchflussbereich 20 gebildet, in dem kein Element oder dergleichen vorhanden ist, das die Abgasströmung behindert. Aus diesem Grund kann das Abgas, das von der stromaufwärtigen Seite zu dem und durch den Durchflussbereich 20 strömt, in Richtung auf das Innenrohr 7 strömen, ohne dass es die Innenseite des Mischrohres 6 durchströmt.
  • Ferner ist in einer y-Richtung zwischen dem Auslassbereich des Mischrohres 6 und dem Einlassbereich des Innenrohres 7 ein vorgegebener Abstand L gebildet. Darüber hinaus hat der Einlassbereich des Innenrohres 7 einen Innendurchmesser di, der größer als ein Innendurchmesser dm des Auslassbereichs des Mischrohres 6 ist.
  • Bei vorstehender Anordnung und bei vorstehenden Dimensionsverhältnissen ist ein Injektionswinkelbereich des Injektors 5 (ein Bereich innerhalb eines Winkels α (25 Grad in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) in 6) kleiner bemessen als die Auslassbereich-Öffnung des Mischrohres 6 und die Einlassbereich-Öffnung des Innenrohres 7. Mit anderen Worten: Die Auslassbereich-Öffnung des Mischrohres 6 und die Einlassbereich-Öffnung des Innenrohres 7 umfassen den Injektionswinkelbereich des Injektors 5.
  • Abläufe
  • Während der Aktivierung der Antriebsmaschine wird das Abgas durch den Abgaskrümmer in das Abgasrohr abgegeben. Das Abgas strömt in Richtung auf das Kniestück 10. Wie anhand der Pfeile G1 in 7 dargestellt, bewegt sich das Abgas, das in das Kniestück 10 einströmt, durch die Öffnungen 6a der äußeren Umfangsfläche des Mischrohres 6 und strömt in das Mischrohr 6. Wie die Pfeile G2 in 7 zeigen, strömt das Abgas weiter durch den Durchflussbereich 20, der zwischen der äußeren Umfangsfläche des Mischrohres 6 und der Innenwand des Kniestücks 10 gebildet ist, und wird zu dem Innenrohr 7 gelenkt.
  • Zum anderen wird die wässrige Harnstofflösung von dem Injektor 5 in Richtung auf die Innenseite des Mischrohres 6 eingespritzt. Die wässrige Harnstofflösung wird vorliegend innerhalb eines Bereichs von 25 Grad um die Mittelachse des Mischrohres 6 eingespritzt.
  • Das Abgas von der stromaufwärtigen Seite strömt hier in Richtung auf den Bereich, in den die wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird. Jedoch wird die wässrige Harnstofflösung in Richtung auf die Innenseite des Mischrohres 6 eingespritzt, während das Abgas durch die Öffnungen 6a des Mischrohres 6 in das Mischrohr 6 einströmt. Die eingespritzte wässrige Harnstofflösung wird auf diese Weise weniger durch das Abgas beeinflusst. Deshalb wird die wässrige Harnstofflösung daran gehindert, an der dem Mischrohr 6 gegenüberliegenden Innenwand (speziell einem Bereich 10e in 7) des Kniestücks 10 anzuhaften.
  • Wenn das Abgas weiter durch die Öffnungen 6a des Mischrohres 6 in das Mischrohr 6 einströmt, bildet das durch die Öffnungen 6a strömende Abgas eine spiralförmige Strömung in dem Mischrohr 6, da die Öffnungen 6, wie in 8 gezeigt, nur in dem zweiten Bereich B und in dem vierten Bereich D gebildet sind. Die spiralförmige Strömung des Abgases soll die Vermischung des Abgases und der wässrigen Harnstofflösung begünstigen und sie fördert die Miniaturisierung der wässrigen Harnstofflösung.
  • Wie vorstehend beschrieben, strömen das Abgas, dem in dem Mischrohr 6 die wässrige Harnstofflösung zugegeben wird, und das Abgas, das den Durchflussbereich 20 durchströmt hat, in das Innenrohr 7. Das Abgas, das den Durchflussbereich 20 durchströmt hat, bewegt sich über die äußere Peripherie des Innenrohres 7, d. h. den Raum zwischen der äußeren Umfangsfläche des Innenrohres 7 und der Innenwand des Abgasrohres 4B, hauptsächlich stromabwärts. Das Innenrohr 7 wird dadurch erwärmt. Ferner wird die wässrige Harnstofflösung in dem Innenrohr 7 durch die Abgaswärme und den Wasserdampf in dem Abgas hydrolysiert und in Ammoniak umgewandelt.
  • Die wässrige Harnstofflösung haftet vorliegend an der Innenwand des Innenrohres 7 an. Wie jedoch vorstehend erläutert wurde, wird das Innenrohr 7 durch das Abgas, das durch seine äußere Peripherie strömt, erwärmt. Dadurch werden chemische Reaktionen begünstigt, und es wird verhindert, dass die wässrige Harnstofflösung an dem Innenrohr 7 anhaftet.
  • Das Ammoniak, das wie vorstehend beschrieben entsteht, wird dem SCR zusammen mit dem Abgas zugeführt. Das Ammoniak wird in dem Reduktionskatalysator als Reduktionsmittel verwendet, und Stickoxid in dem Abgas wird reduziert und das Abgas gereinigt.
  • Merkmale
    • (1) Die wässrige Harnstofflösung wird in das Mischrohr 6 eingespritzt, während das Abgas durch die Öffnungen 6a des Mischrohres 6 in das Mischrohr 6 einströmt. Auf diese Weise wird verhindert, dass die wässrige Harnstofflösung an der Innenwand des Kniestücks 10 anhaftet.
    • (2) Die Öffnungen 6a sind nur in einem Teilbereich der äußeren Umfangsfläche des Mischrohres gebildet. Aus diesem Grund wird dem Abgas, das durch die Öffnungen 6a in das Mischrohr 6 eingeströmt ist, eine spiralförmige Strömung aufgeprägt. Durch die spiralförmige Strömung des Abgases wird die von dem Injektor 5 eingespritzte wässrige Harnstofflösung gut dispergiert, und ihre Miniaturisierung in dem Mischrohr wird begünstig, so dass das Abgas und die wässrige Harnstofflösung gleichmäßig vermischt werden.
    • (3) Das Abgas, dem die wässrige Harnstofflösung zugegeben wurde, durchströmt das Innenrohr, das durch das Abgas erwärmt wird. Dadurch wird verhindert, dass die wässrige Harnstofflösung an der Innenwand des Innenrohres 7 anhaftet und sich dort ansammelt.
    • (4) Der Durchflussbereich 20 ist an der äußeren Peripherie des Auslassbereichs des Mischrohres 6 gebildet. Das Abgas, das von der stromabwärtigen Seite zuströmt, strömt in das Mischrohr 6, wobei es den Durchflussbereich 20 durchströmt und zu dem Innenrohr 7 gelenkt wird. Auf diese Weise wird der Strömungswegwiderstand in dem Abgas in dem Abgasrohr 4B reduziert und der Abgasgegendruck der Antriebsmaschine verhindert.
    • (5) Das Mischrohr 6 ist lediglich an seinem Endbereich, der seinem Auslassbereich gegenüberliegt, durch das Kniestück 10 gehalten. Es ist also kein Element oder dergleichen vorhanden, das die Strömung des Abgases in dem Durchflussbereich 20 an der äußeren Peripherie des Auslassbereichs blockiert, so dass der Strömungswegwiderstand in dem Abgasrohr 4B weiter reduziert werden kann.
    • (6) Zwischen dem Auslassbereich des Mischrohres 6 und dem Einlassbereich des Innenrohres 7 ist in einer Richtung entlang des Abgasstroms ein vorgegebener Abstand gebildet, und der Einlassbereich des Innenrohres 7 hat einen größeren Durchmesser als der Auslassbereich des Mischrohres 6. Ferner umfassen die Auslassbereich-Öffnung des Mischrohres 6 und die Einlassbereich-Öffnung des Innenrohres 7 den Winkelbereich für die Einspritzung der wässrigen Harnstofflösung, die von dem Injektor 5 einzuspritzen ist. Dadurch kann das Abgas leichter in das Innenrohr 7 einströmen, und es wird außerdem verhindert, dass die von dem Injektor 5 eingespritzte wässrige Harnstofflösung direkt mit der Innenwand des Mischrohres 6 kollidiert. Ferner kann die wässrige Harnstofflösung in effizienter Weise in das Innenrohr 7 eingesogen werden.
  • Weitere beispielhafte Ausführungsformen
  • Vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Vielfältige Änderungen und Modifikationen sind möglich, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen.
    • (a) 9 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform. In der beispielhaften Ausführungsform von 9 unterscheiden sich das Innenrohr und seine Stützkonstruktion und die Verbindungskonstruktion zwischen dem Kniestück und dem geradlinigen Teil des Abgasrohres von der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform, während die anderen Konfigurationen jedoch ähnlich wie jene der ersten beispielhaften Ausführungsform sind.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist das Abgasrohr 24 durch ein Kniestück 25 und ein geradliniges Teil 26 gebildet.
  • Der Verbindungsbereich des Kniestücks 25 mit dem geradlinigen Teil 26 unterscheidet sich von jenem des Kniestücks 10 des vorstehenden Ausführungsbeispiels. Die anderen Konfigurationen des Kniestücks 25 sind jedoch ähnlich wie jene des Kniestücks 10. Das geradlinige Teil 26 hat einen geflanschten Bereich 26a mit einem Durchmesser, der an seinem auf der stromaufwärtigen Seite gelegenen Endbereich stromaufwärts zunimmt. Das Kniestück 25 ist an seinem Endbereich auf der stromabwärtigen Seite mit einer Flanscheinheit 27 versehen, die durch ein Ringelement und eine Dichtung gebildet ist. Ferner ist der geflanschte Bereich 26a des geradlinigen Teils 26 mit der Flanscheinheit 27 des Kniestücks 25 verbunden. Weiterhin hat das geradlinige Teil 26 vier vertiefte Stützbereiche 26b, die in der Längsrichtung entlang des Abgasstroms etwa in einem mittleren Bereich seiner inneren Umfangsseite vertieft sind.
  • Ein Innenrohr 30 hat eine zylindrische Form und befindet sich in der Längsrichtung etwa in einem mittleren Bereich seiner äußeren Umfangsseite in Kontakt mit den vier vertieften Stützbereichen 26b. Ferner wird die äußere Umfangsfläche des auslassseitigen Endbereichs des Innenrohres 30 über ein ringförmiges Stützelement 31 durch das geradlinige Teil 26 gestützt. Das Stützelement 31 ist an der äußeren Umfangsseite des auslassseitigen Endbereichs des Innenrohres 7 durch eine Punktschweißung befestigt. Aus diesem Grund schränkt das Stützelement 31 die Strömung des Abgases ein, das sich durch die äußere Peripherie des Innenrohres 30 bewegt. Es ist zu beachten, dass der hier verwendete Begriff ”einschränken” einen Fall mit einschließt, in dem das gesamte Abgas, das durch die äußere Peripherie des Innenrohres 30 strömt, blockiert wird, und einen Fall, in dem eine geringe Menge des Abgases hindurchströmen kann.
  • Das Innenrohr 30 hat ferner an seinem auslassseitigen Endbereich Öffnungen 30a über einen vorgegebenen Bereich auf der stromaufwärtigen Seite, wobei der Bereich ausgenommen ist, in dem das Stützelement 31 angeordnet ist.
  • In dieser beispielhaften Ausführungsform erwärmt das Abgas, das die äußere Peripherie des Innenrohres 30 durchströmt, das Innenrohr 30, wobei die Strömung des Abgases dann durch das Stützelement 31 eingeschränkt wird. Ferner wird das durch das Stützelement 31 blockierte Abgas in dem Innenrohr 30 durch dessen Öffnungen 30a gelenkt und schließlich am Auslassbereich des Innenrohres 30 erneut mit der wässrigen Harnstofflösung vermischt.
  • Diese beispielhafte Ausführungsform ermöglicht ein effizienteres Vermischen des Abgases und der wässrigen Harnstofflösung, während zusätzlich noch ähnlich vorteilhafte Wirkungen wie in der vorstehenden vorteilhaften Ausführungsform erzielt werden.
    • (b) Die Form des Mischrohres und der Bereich, in dem die Öffnungen gebildet sind, sind nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt.
  • Wie zum Beispiel 10 zeigt, kann ein Mischrohr 6' auch konisch verjüngt ausgebildet sein, mit einem Durchmesser, der sich stromabwärts in Injektionsrichtung vergrößert. In diesem Fall lässt sich ein Anhaften der wässrigen Harnstofflösung, die von dem Injektor 5 eingespritzt wird, an der Innenwand des Mischrohres 6' verhindern.
  • Weiterhin sind die Öffnungen 6a in der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform in dem zweiten Bereich B und in dem vierten Bereich D des Mischrohres 6 gebildet, wie in 5 dargestellt. Öffnungen können jedoch auch in dem ersten Bereich A und in dem dritten Bereich C gebildet sein, die einander gegenüberliegen. Es ist weiterhin möglich, Öffnungen auch nur in einem der vier Bereiche zu bilden. Der jeweilige Bereich, in dem die Öffnungen gebildet sind, ist nicht auf einen Bereich von 90 Grad beschränkt. Öffnungen können zum Beispiel in einem Bereich gebildet sein, dessen Winkelbereich entweder kleiner als 90 Grad oder größer als 90 Grad ist.
    • (c) In der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wurde die wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel verwendet. Die Erfindung ist jedoch ebenso anwendbar, wenn ein anderes Reduktionsmittel verwendet wird.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung ermöglicht eine gute Vermischung der wässrigen Reduktionsmittellösung, zum Beispiel einer wässrigen Harnstofflösung, und des Abgases, und darüber hinaus wird verhindert, dass die wässrige Reduktionsmittellösung an der Innenwand des Abgasrohres anhaftet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgasnachbehandlungsvorrichtung
    1A
    DPF
    1B
    Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Harnstofflösung
    1C
    SCR
    4, 24
    Abgasrohr
    5
    Injektor
    6, 6'
    Mischrohr
    6A
    Öffnung
    7, 30
    Innenrohr
    30a
    Öffnung des Innenrohres
    10, 25
    Kniestückstück
    10a
    gekrümmter Abschnitt
    11, 26
    geradliniges Teil
    12
    Flansch (Stützelement)
    12c
    Stützvorsprung
    20
    Durchflussbereich
    26b
    vertiefter Stützbereich
    B, D
    Bereich, in dem Öffnungen 6a gebildet sind

Claims (3)

  1. Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung für die Zugabe einer wässrigen Reduktionsmittellösung zu einem Abgas, wobei die Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung zwischen einem Filter, das in dem Abgas enthaltene partikelförmige Substanzen einfängt, und einem Reduktionskatalysator, der Stickoxid in dem Abgas reduziert und aufbereitet, angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung umfasst: ein Abgasrohr (4B) mit einem Kniestück (10, 25), das einen gekrümmten Abschnitt aufweist, und mit einem geradlinigen Teil (11), das auf einer stromabwärtigen Abgasseite des Kniestücks (10, 25) angeordnet ist; einen Injektor (5), der außerhalb des gekrümmten Abschnitts des Kniestücks (10, 25) angeordnet ist, wobei der Injektor die wässrige Reduktionsmittellösung in Richtung auf das geradlinige Teil (11) in das Kniestück (10, 25) einspritzt; ein Mischrohr (6, 6') mit einer Mehrzahl von Öffnungen (6a, 30a) an seiner äußeren Umfangsfläche, wobei das Mischrohr (6, 6') in dem Kniestück (10, 25) angeordnet ist, um eine Umgebung der wässrigen Reduktionsmittellösung, die von dem Injektor (5) einzuspritzen ist, einzuschließen; und ein Innenrohr (7), das auf einer stromabwärtigen Abgasseite des Mischrohres (6, 6') mit einem Abstand von einem stromabwärtigen Abgasseiten-Auslassbereich des Mischrohres (6, 6') in einer Richtung entlang eines Abgasstroms entfernt und gleichzeitig mit einem Abstand von einer Innenwand des geradlinigen Teils (11) entfernt angeordnet ist, wobei das Innenrohr (7, 30) das Abgas durch seine Innenseite und seine äußere Peripherie hindurchströmen lässt.
  2. Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung nach Anspruch 1, wobei ein stromaufwärtiger Abgasseiten-Einlassbereich des Innenrohres (7, 30) einen Innendurchmesser hat, der größer als der Innendurchmesser des Auslassbereichs des Mischrohres (6, 6') ist.
  3. Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung nach Anspruch 2, wobei das Mischrohr (6, 6') und das Innenrohr (7, 30) derart angeordnet sind, dass eine Auslassbereich-Öffnung des Mischrohres (6, 6') und eine Einlassbereich-Öffnung (6a, 30a) des Innenrohres (7, 30) einen Einspritzwinkelbereich des Injektors (5) einschließen.
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