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Technisches Sachgebiet
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Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung und eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die mit der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung versehen ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung, die zum Zuführen einer wässrigen Reduktionsmittellösung, wie z. B. einer wässrigen Harnstofflösung, zu einer selektiven katalytischen Reduktion zum Reinigen von Abgas verwendet wird, und eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die mit der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung versehen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die Stickoxide (NOx), welche im Abgas eines Motors enthalten sind, mittels einer selektiven katalytischen Reduktion (nachstehend abgekürzt als ”SCR” = selective catalytic reduction) reinigt, ist bekannt. Eine wässrige Harnstofflösung, die mittels einer Einspritzeinrichtung eingespritzt wird, wird der SCR zugeführt. Die Einspritzeinrichtung ist als ein Bauteil einer Mischvorrichtung angebracht, das relativ zur SCR stromaufwärts vorgesehen ist (siehe z. B. Patentschriften 1 und 2). Die wässrige Harnstofflösung wird von der Einspritzeinrichtung in das Abgas eingespritzt, das durch die Mischvorrichtung strömt, um die wässrige Harnstofflösung mit dem Abgas in der Mischvorrichtung zu mischen. Folglich wird die wässrige Harnstofflösung durch die Wärme des Abgases thermisch zersetzt, um Ammoniak zu bilden. Das Ammoniak wird als ein Reduktionsmittel bei der SCR verwendet.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in Patentschriften 1 und 2 die Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der wässrigen Harnstofflösung nahe einem stromaufwärtigen Ende der Mischvorrichtung angebracht ist. Entsprechend erstreckt sich ein Rohr für eine wässrige Harnstofflösung, das mit der Einspritzeinrichtung verbunden ist, von der Einspritzeinrichtung entlang einer Verlängerung einer axialen Linie eines geraden Rohrs als ein Teil der Mischvorrichtung. Bei der vorstehenden Anordnung kollidiert dann, wenn die Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einem begrenzten Raum (z. B. einem Motorraum), wie in einer Baumaschine, angeordnet werden soll, das Rohr für eine wässrige Harnstofflösung, das sich von der Einspritzeinrichtung erstreckt, mit einer Wandfläche des Motorraums. Somit ist bei einer typischen Anordnung das Rohr für eine wässrige Harnstofflösung unter Verwendung eines Knierohrs an einer Stelle nahe der Einspritzeinrichtung so an der Einspritzvorrichtung angeschlossen, dass das Rohr für eine wässrige Harnstofflösung ungefähr im rechten Winkel gebogen ist, um im Motorraum aufgenommen zu werden.
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Liste der Anführungen
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Patentschriften
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- Patentschrift 1 US-Offenlegungsschrift Nr. 2011/0079003
- Patentschrift 2 JP-A-2008-208726
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Übersicht über die Erfindung
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Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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Selbst das Knierohr des Rohrs für eine wässrige Harnstofflösung kollidiert jedoch manchmal mit der Wandfläche des Motorraums in Abhängigkeit von einer Größe der Abgasnachbehandlungsvorrichtung und einer Größe des Motorraums. Es ist möglich, eine Anbringposition der Einspritzeinrichtung in der Mischvorrichtung an eine Position zu setzen, die entlang einer axialen Linie des geraden Rohrs der Mischvorrichtung in Richtung einer Mitte verschoben wird, um einen ausreichenden Spalt zwischen der Einspritzeinrichtung und der Wandfläche zu bilden.
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Wie in Patentschriften 1 und 2 dargestellt ist, führt jedoch dann, wenn eine stromaufwärtige Seite der Mischvorrichtung gebogen ist, um eine Strömungsrichtung des Abgases zu ändern, und die Einspritzeinrichtung an dem Strömungsänderungsbereich angebracht ist, eine bloße Versetzung der Anbringposition der Einspritzeinrichtung zu einer Verringerung der Querschnittfläche eines Abgasströmungswegs an dem Richtungsänderungsabschnitt, wodurch ein ruhiges Strömen des Abgases verhindert wird. Insbesondere ist ein solcher Nachteil in der in Patenschrift 1 offengelegten Anordnung offensichtlich.
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Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung, die in der Lage ist, eine Kollision mit (einem) anderen Bauteil(en) zu verhindern, ohne einen Abgasstrom zu behindern, und eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die mit der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung versehen ist, zur Verfügung zu stellen.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Eine Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist zwischen einer Filtervorrichtung, die Partikel in einem Abgas einfängt, und einer Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion, die sich relativ zu der Filtervorrichtung stromabwärts befindet, angeordnet, wobei die Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung eine wässrige Reduktionsmittellösung dem Abgas hinzufügt und die Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung aufweist: ein Knierohr, das an einem Auslassrohr der Filtervorrichtung angebracht ist, wobei das Knierohr eine Strömungsrichtung des Abgases ändert, das aus der Filtervorrichtung strömt; ein gerades Rohr, das mit einer stromabwärtigen Seite des Knierohrs verbunden ist, wobei sich das gerade Rohr in einer Richtung erstreckt, die eine axiale Linie des Auslassrohrs der Filtervorrichtung schneidet; und eine Einspritzeinrichtung, die an dem Knierohr angebracht ist, wobei die Einspritzeinrichtung die wässrige Reduktionsmittellösung in Richtung des geraden Rohrs in das Innere des Knierohrs einspritzt, wobei das Knierohr aufweist: einen Einlass, der mit dem Auslassrohr der Filtervorrichtung verbunden ist; einen Auslass, der mit dem geraden Rohr verbunden ist; einen Richtungsänderungsbereich, der zwischen dem Einlass und dem Auslass vorgesehen ist, wobei der Richtungsänderungsbereich die Strömungsrichtung des Abgases ändert, das vom Einlass in Richtung des Auslasses eingeleitet wird; und ein Einspritzeinrichtungs-Anbringteil, an dem die Einspritzeinrichtung angebracht ist, wobei das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil außerhalb des Richtungsänderungsbereichs vorgesehen ist, das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil in Richtung des Auslasses versetzt angeordnet ist, und der Richtungsänderungsbereich einen ersten Wölbungsabschnitt aufweist, der durch Wölben nach außen eines Teils des Richtungsänderungsbereichs gegenüber dem Einspritzeinrichtungs-Anbringteil gebildet ist.
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Hierbei bezieht sich der Ausdruck ”stromabwärtig” auf eine stromabwärtige Seite in einer Strömungsrichtung des Abgases. Das Gleiche gilt für den Ausdruck ”stromabwärtig” in der nachstehenden Beschreibung. Ferner bezieht sich der Ausdruck ”stromaufwärtig” auf eine stromaufwärtige Seite in der Strömungsrichtung des Abgases. Der Ausdruck ”außerhalb des Richtungsänderungsbereichs” bezieht sich auf eine Seite gegenüber (in einer axialen Richtung des geraden Rohrs) einer Seite, auf der der Auslass des Knierohrs vorgesehen ist. Der Ausdruck ”ein Teil des Richtungsänderungsbereichs gegenüber dem Einspritzeinrichtungs-Anbringteil” bezieht sich auf einen Teil des Richtungsänderungsbereichs über den Richtungsänderungsbereichs des Knierohrs gegenüber dem Einspritzeinrichtungs-Anbringteil.
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Bei der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist der erste Wölbungsabschnitt zwischen einem Auslassende des Auslassrohrs der Filtervorrichtung und einem Einlassende des geraden Rohrs vorgesehen.
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Bei der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Mischrohr, das ein axiales erstes Ende, welches von einer Innenwand des Einspritzeinrichtungs-Anbringteils getragen wird, und ein axiales zweites Ende, welches in Richtung des geraden Rohrs offen ist, umfasst, im Innern des Knierohrs vorgesehen, und ein Teil des ersten Wölbungsabschnitts, der einer Region des Mischrohrs vom ersten Ende zu einem mittleren Abschnitt zugewandt ist, biegt sich nach außen, und ein Teil, der einer Region des Mischrohrs vom mittleren Abschnitt zum zweiten Ende zugewandt ist, erstreckt sich nach innen.
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Bei der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung nach einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein Mischrohr, das ein axiales erstes Ende, welches von einer Innenwand des Einspritzeinrichtungs-Anbringteils getragen wird, und ein zweites Ende, welches in Richtung des geraden Rohrs offen ist, umfasst, im Innern des Knierohrs vorgesehen, und der erste Wölbungsabschnitt besitzt einen einlassseitigen abgeschrägten Abschnitt, der sich nahe dem Einlass des Knierohrs befindet und einer Region vom ersten Ende zu einem mittleren Abschnitt des Mischrohrs zugewandt ist, und einen auslassseitigen abgeschrägten Abschnitt, der sich nahe dem Auslass des Knierohrs befindet und einer Region vom mittleren Abschnitt zum zweiten Ende des Mischrohrs zugewandt ist.
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Bei der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung nach einem fünften Aspekt der Erfindung weist der Richtungsänderungsbereich einen zweiten Wölbungsabschnitt auf, der durch Wölben nach außen eines Teils des Richtungsänderungsbereichs über eine axiale Linie des geraden Rohrs gegenüber dem ersten Wölbungsabschnitt gebildet ist.
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Bei der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung nach einem fünften Aspekt der Erfindung weist der Richtungsänderungsbereich ein Paar von Seitenabschnitten auf, die jeweils in Form einer flachen Fläche zwischen dem ersten Wölbungsabschnitt und dem zweiten Wölbungsabschnitt vorgesehen sind.
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Bei der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung nach einem fünften Aspekt der Erfindung ist ein Strömungswegquerschnitt jedes des Einlasses und des Auslasses des Knierohrs kreisförmig, und der Strömungswegquerschnitt des Richtungsänderungsbereichs des Knierohrs, der senkrecht zur axialen Linie des geraden Rohrs verläuft, ist am ersten Wölbungsabschnitt linear, am zweiten Wölbungsabschnitt halbkreisförmig und an dem Paar von Seitenabschnitten linear.
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Bei der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung nach einem fünften Aspekt der Erfindung ist das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil so versetzt angeordnet, dass es sich relativ zur axialen Linie des Auslassrohrs der Filtervorrichtung nahe am Auslass zu befindet.
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Eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem neunten Aspekt der Erfindung weist auf: eine Filtervorrichtung, die Partikel in einem Abgas einfängt; eine Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung nach einem der ersten bis siebten Aspekte der Erfindung, wobei die Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung relativ zu der Filtervorrichtung stromabwärts parallel zu der Filtervorrichtung angeordnet ist; und eine Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion, die relativ zu der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung stromabwärts angeordnet ist, wobei die Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion ein Stickoxid im Abgas reduziert und reinigt.
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Hierbei bezieht sich der Ausdruck ”parallel angeordnet zu ...” auf eine Anordnung, bei der die Strömungsrichtungen des Abgases in jeder der Vorrichtungen parallel werden. Das Gleiche gilt für den Ausdruck ”nebeneinander”, der in der nachfolgenden Beschreibung verwendet wird.
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Bei der Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem zehnten Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion neben der Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung angeordnet.
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Nach den ersten und neunten Aspekten der Erfindung wird, da der erste Wölbungsabschnitt an dem Knierohr vorgesehen ist, selbst dann, wenn das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil in Richtung des Auslasses des Knierohrs versetzt angeordnet ist, die Strömungsweg-Querschnittfläche in dem Knierohr nicht wesentlich verengt, und der Abgasstrom wird nicht behindert. Ferner verhindert die versetzte Anordnung des Einspritzeinrichtungs-Anbringteils, dass die Einspritzeinrichtung und ein Knierohr für ein Reduktionsmittel, das mit der Einspritzeinrichtung verbunden ist, nach außen vorsteht, wodurch leicht eine Kollision mit den anderen Bauteilen verhindert wird. Ferner ist es, da sich der erste Wölbungsabschnitt in einer zu dem Einspritzeinrichtungs-Anbringteil entgegengesetzten Richtung wölbt, weniger wahrscheinlich, dass der erste Wölbungsabschnitt mit den anderen Bauteilen kollidiert.
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Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung sind, da der erste Wölbungsabschnitt nur an einem Teil vorgesehen ist, in dem es erforderlich ist, dass der Strömungswegquerschnitt vergrößert wird, die anderen Teile nicht unnötig vergrößert, wodurch die Kollision mit anderen Bauteile auf zuverlässige Weise weiter verhindert werden kann.
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Nach den dritten und vierten Aspekten der Erfindung kann, da der erste Wölbungsabschnitt den einlassseitigen abgeschrägten Abschnitt, der sich entsprechend einer Zone vom ersten Ende zum mittleren Abschnitt des Mischrohrs nach außen biegt, und den auslassseitigen abgeschrägten Abschnitt aufweist, der sich entsprechend einer Zone vom mittleren Abschnitt zum zweiten Ende des Mischrohrs nach innen erstreckt, der Strömungswegquerschnitt eines Abschnitts des Knierohrs, der dem Mischrohr entspricht, auf zuverlässige Weise so vergrößert werden, dass selbst bei Vorhandensein des Mischrohrs der Strömungswegwiderstand in ausreichendem Maße verringert werden kann und das Abgas, das durch den Abschnitt strömt, leicht in das Innere des Mischrohrs eingeleitet werden kann.
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Nach dem fünften Aspekt der Erfindung wird es, da der zweite Wölbungsabschnitt über die axiale Linie des geraden Rohrs gegenüber dem ersten Wölbungsabschnitt vorgesehen ist, dem Abgas leicht ermöglicht, in Richtung des zweiten Wölbungsabschnitts zu strömen, und ein Wirbel wird leicht von dem aus dem zweiten Wölbungsabschnitt in das Mischrohr eintretenden Abgas so erzeugt, dass die wässrige Reduktionsmittellösung, die von der Einspritzeinrichtung eingespritzt wird, weiter auf zuverlässige Weise in dem Mischrohr gemischt werden kann.
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Nach dem sechsten Aspekt der Erfindung, da der erste Wölbungsabschnitt und der zweite Wölbungsabschnitt über die flachen Seitenabschnitte durchgehend miteinander ausgebildet sind und sich die Seitenabschnitte nicht in großem Maße nach außen wölben. Entsprechend kann eine Kollision mit den (dem) anderen Bauteil(en) in der Nähe der Seitenabschnitte verhindert werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Filtervorrichtung und die Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion in einem kompakteren Raum angeordnet sein können.
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Nach dem siebten Aspekt der Erfindung ist der Strömungswegquerschnitt in Form eines Hufeisens ausgelegt. Entsprechend kann selbst dann, wenn das Mischrohr angeordnet ist, ein ausreichend großer Strömungswegquerschnitt sichergestellt werden, so dass der Abgasstrom nicht behindert wird und eine Erhöhung eines Gegendrucks im Abgasströmungsweg sicher verhindert werden kann, wodurch der Kraftstoffverbrauch eines Motors und dergleichen verringert werden.
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Nach dem achten Aspekt der Erfindung kann, da das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil in Richtung des Auslasses des Knierohrs über die axiale Linie des Auslassrohrs der Filtervorrichtung hinaus versetzt angeordnet ist, eine Kollision des Knierohrs, das mit der Einspritzeinrichtung verbunden ist, und des (der) anderen Bauteil(e) verhindert werden. Somit kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die die Filtervorrichtung und die Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion aufweist, auf geeignete Weise in einem stark begrenzten Anordnungsraum, wie z. B. einem Motorraum, angeordnet werden.
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Nach dem zehnten Aspekt der Erfindung kann, da die Filtervorrichtung, die Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionslösung und die Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion nebeneinander angeordnet sind, die Strömungsrichtung des Abgases in den jeweiligen Vorrichtungen so ausgerichtet werden, dass die Größe der gesamten Abgasnachbehandlungsvorrichtung weiter verringert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Draufsicht mit Darstellung einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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2 ist ein Querschnitt mit Darstellung einer Mischvorrichtung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
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3 ist ein Querschnitt eines Auslassrohrs einer DPF-Vorrichtung entlang der Linie III-III in 2.
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4 ist ein Querschnitt eines stromaufwärtigen Knierohrs entlang der Linie IV-IV in 2.
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5 ist ein weiterer Querschnitt des stromaufwärtigen Knierohrs entlang der Linie V-V in 2.
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6 ist ein weiterer Querschnitt des stromaufwärtigen Knierohrs entlang der Linie VI-VI in 2.
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7 ist ein weiterer Querschnitt des stromaufwärtigen Knierohrs entlang der Linie VII-VII in 2.
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8 ist ein weiterer Querschnitt des stromaufwärtigen Knierohrs entlang der Linie VIII-VIII in 2.
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Beschreibung von Ausführungsform(en)
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Beispielhafte Ausführungsform(en) der Erfindung wird/werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 eine Filtervorrichtung in Form einer Dieselpartikelfilter-(nachstehend als ”DPF” abgekürzt)Vorrichtung 2, eine Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung (nachstehend als eine Mischvorrichtung bezeichnet) 3 und eine Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion (nachstehend als ”SCR” abgekürzt) 4 auf. Diese Vorrichtungen 2 bis 4 sind in dem Abgasrohr vorgesehen, in dem das Abgas von einem (nicht gezeigten) Dieselmotor strömt. Bei einer Baumaschine, wie z. B. einem Hydraulikbagger, Radlader und Bulldozer, ist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 zusammen mit dem Motor in einem Motorraum aufgenommen.
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Die DPF-Vorrichtung 2 weist ein zylindrisches Gehäuse 21 und ein zylindrisches DPF 22 auf, das in dem Gehäuse 21 aufgenommen ist. Das DPF 22 fängt die Partikel im Abgas ein, das das DPF 22 durchläuft. Ein Oxidationskatalysator kann relativ zu dem DPF 22 stromaufwärts in dem Gehäuse 21 vorgesehen sein. Der Oxidationskatalysator aktiviert oxidativ einen Nacheinspritzungskraftstoff oder einen Dosierkraftstoff (beide sind das Gleiche wie Dieselmotorkraftstoff), der auf seiner stromaufwärtigen Seite zugeführt wird, um die Temperatur des Abgases, das in das DPF 22 eintritt, auf eine Temperatur zu erhöhen, bei der das DPF 22 regenerierbar ist. Das Abgas, das eine hohe Temperatur aufweist, bewirkt eine Selbstverbrennung (Ausbrennen) der vom DPF 22 eingefangenen Partikel, um das DPF 22 zu regenerieren.
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Die Mischvorrichtung 3 fügt eine wässrige Reduktionsmittellösung in Form einer wässrigen Harnstofflösung dem Abgas zu. Die Mischvorrichtung 3 weist auf: ein stromaufwärtiges Knierohr 31, das mit einem Auslassrohr 23 der DPF-Vorrichtung 2 verbunden ist und als ein Knierohr zum Ändern der Strömungsrichtung des Abgases, das durch die DPF-Vorrichtung 2 strömt, um ungefähr neunzig Grad dient; ein gerades Rohr 32, das mit einem stromabwärtigen Ende des stromaufwärtigen Knierohrs 31 verbunden ist und sich in einer Richtung erstreckt, die eine axiale Linie CL2 (2) des Auslassrohrs 23 der DPF-Vorrichtung 2 schneidet; ein stromabwärtiges Knierohr 33, das mit einem stromabwärtigen Ende des geraden Rohrs 32 verbunden ist zum weiteren Ändern der Strömungsrichtung des Abgases von dem geraden Rohr 32 um ungefähr neunzig Grad; und eine Einspritzeinrichtung 5, die an dem stromaufwärtigen Knierohr 31 angebracht ist und die wässrige Harnstofflösung in Richtung des geraden Rohrs 32 in ein Inneres des stromaufwärtigen Knierohrs 31 einspritzt. Die SCR-Vorrichtung 4 ist mit einem stromabwärtigen Ende des stromabwärtigen Knierohrs 33 verbunden.
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Die SCR-Vorrichtung 4 weist ein zylindrisches Gehäuse 41 und eine zylindrische SCR 42 auf, die in dem Gehäuse 41 aufgenommen ist. Die SCR 42 reduziert und reinigt Stickoxide im Abgas mit Ammoniak (Reduktionsmittel), das in der Mischvorrichtung 3 erzeugt wird. Ein Ammoniakreduktionskatalysator kann relativ zur SCR 42 stromabwärts in dem Gehäuse 41 vorgesehen sein. Der Ammoniakreduktionskatalysator oxidiert das Ammoniak, das in der SCR 42 nicht genutzt wird, um das Ammoniak unschädlich zu machen, wodurch Emissionen im Abgas weiter verringert werden.
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Die wässrige Harnstofflösung, die von der Einspritzeinrichtung 5 in das Abgas eingespritzt wird, wird von der Wärme des Abgases thermisch zersetzt, um zu Ammoniak zu werden. Das Ammoniak als ein Reduktionsmittel wird zusammen mit dem Abgas der SCR-Vorrichtung 4 zugeführt.
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Die oben beschriebene DPF-Vorrichtung 2, die Mischvorrichtung 3 und die SCR-Vorrichtung 4 sind so nebeneinander angeordnet, dass die Strömungsrichtungen des in den Vorrichtungen strömenden Abgases im Wesentlichen parallel verlaufen. Bei dieser Anordnung verlaufen die Richtungen des Abgases, das in der DPF-Vorrichtung 2 und der SCR-Vorrichtung 4 strömt, entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Abgases, das in der Mischvorrichtung 3 strömt. Somit sind diese Vorrichtungen 2 bis 4 in der Draufsicht im Wesentlichen in einer S-Form angeordnet. Entsprechend kann die Größe der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 insgesamt kompakt ausgelegt sein, wodurch ermöglicht wird, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 in einem begrenzten Aufnahmeraum, wie z. B. einem Motorraum, sicher angeordnet (z. B. an einem Motor montiert) werden kann.
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2 ist ein Querschnitt der Mischvorrichtung 3. Die Mischvorrichtung 3 wird nachstehend mit Bezug auf 2 besonders beschrieben.
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In der Mischvorrichtung 3, die in 2 gezeigt ist, ist ein Teil des stromaufwärtigen Knierohrs 31 zum Ändern der Strömungsrichtung des Abgases als ein Richtungsänderungsbereich 31A ausgebildet. Das stromaufwärtige Knierohr 31 weist auf: einen kreisförmigen Einlass 31B, der sich zu dem Auslassrohr 23 der DPF-Vorrichtung 2 hin öffnet und mit diesem verbunden ist; und einen kreisförmigen Auslass 31C, der zu dem geraden Rohr 32 hin geöffnet und mit diesem verbunden ist. Der Richtungsänderungsbereich 31A ist zwischen dem kreisförmigen Einlass 31B und dem Auslass 31C ausgebildet.
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Ein Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6 ist an einer Außenseite des Richtungsänderungsbereichs 31A des stromaufwärtigen Knierohrs 31 vorgesehen. Eine Einspritzeinrichtung 5 ist an einer Außenseite des Einspritzeinrichtungs-Anbringteils 6 angebracht. Ein Mischrohr 34 ist an einer Innenseite (d. h. einer inneren Seite des Richtungsänderungsbereichs 31A) des Einspritzeinrichtungs-Anbringteils 6 angebracht. Ein axiales erstes Ende des Mischrohrs 34 wird von einer Innenwand des Einspritzeinrichtungs-Anbringteils 6 getragen, während ein zweites Ende des Mischrohrs 34 zu dem geraden Rohr 32 hin offen ist. Das Mischrohr 34 ist in dem stromaufwärtigen Knierohr 31 angeordnet, um die wässrige Harnstofflösung, die von der Einspritzeinrichtung 5 eingespritzt wird, zu umgeben. Das Mischrohr 34 weist eine Vielzahl von kreisförmigen Löchern 34A in einer vorgegebenen Region auf. Das Abgas, das durch die kreisförmigen Löcher 34A strömt, verursacht einen Wirbel im Mischrohr 34, so dass die wässrige Harnstofflösung, die von der Einspritzeinrichtung 5 eingespritzt wird, leichter mit dem Abgas gemischt wird.
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Das gerade Rohr 32 besitzt eine Doppelröhrenstruktur aus einer Außenröhre 35 und einer Innenröhre 36, die in der Außenröhre 35 angeordnet ist. Sowohl die Außenröhre 35 als auch die Innenröhre 36 sind in Form eines Zylinders ausgebildet. Die Innenröhre 36 ist an einer Vielzahl von Tragausnehmungen 35A, die ungefähr in einer axialen Mitte an der Außenröhre 35 vorgesehen sind, angeschweißt o. ä. und ist über ein ringförmiges Tragelement 35B an ihrem stromabwärtigen Ende an einer Innenwand der Außenröhre 35 angeschweißt o. ä. Ferner steht ein stromaufwärtiges Ende der Innenröhre 36 in das stromaufwärtige Knierohr 31 vor. Das stromaufwärtige Ende der Innenröhre 36 ist so ausgebildet, dass die wässrige Harnstofflösung, die von der Einspritzeinrichtung 5 in einem Einspritzwinkel θ (siehe gestrichelte Linien in 2) von ungefähr 25 Grad eingespritzt wird, sicher in das Innere der Innenröhre 36 eintritt. Eine Vielzahl von Öffnungen 36A ist in einer Zone nahe dem stromabwärtigen Ende der Innenröhre 36 vorgesehen.
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Das Abgas strömt in einen Spalt zwischen der Außenröhre 35 und der Innenröhre 36. Da die Tragausnehmungen 35A diskontinuierlich in Umfangsrichtung vorgesehen sind, strömt das eintretende Abgas durch die Spalte zwischen den Tragausnehmungen 35A zu dem Tragelement 35B. Das ringförmige Tragelement 35B blockiert den Strom des Abgases, so dass das Abgas durch die Öffnungen 36A in die Innenröhre 36 strömt, um sich mit dem Abgas zu vereinigen, das in der Innenröhre 36 strömt, damit es weiter stromabwärts strömt. Anders ausgedrückt wird die Innenröhre 36 auf effiziente Weise vom Abgas erwärmt, das innerhalb und außerhalb der Innenröhre 36 strömt. Somit wird die wässrige Harnstofflösung, die in das Innere der Innenröhre 36 eingespritzt wird, sicher thermisch zersetzt, ohne dass sie Tropfen bildet, selbst wenn sie an einer Innenwand der Innenröhre 36 anhaftet.
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Ferner ist, wie in 2 gezeigt ist, die Einspritzeinrichtung 5 dieser beispielhaften Ausführungsform auf einer Verlängerung einer axialen Linie CL1 des gerade Rohrs 32 vorgesehen. Das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6 an dem stromaufwärtigen Knierohr 31 für die Einspritzeinrichtung 5 ist so versetzt angeordnet, dass sich ein Einleitungsdurchlass 5A für eine wässrige Harnstofflösung der Einspritzeinrichtung 5 relativ zu einem Teil des Einlasses 31B, der vom Auslass 31C am weitesten entfernt ist, näher am Auslass 31C befindet. Genauer gesagt ist das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6 relativ zu der axialen Linie CL1 des Auslassrohrs 23 der DPF-Vorrichtung 2 in großem Maße in Richtung des Auslasses 31C versetzt angeordnet. Somit steht bei der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 ein Knierohr 51 des Rohrs für eine wässrige Harnstofflösung, das an der Einspritzeinrichtung 5 anzubringen ist, nicht übermäßig nach außen vor, so dass das Knierohr 51 nicht mit einer Wandfläche 1A des Motorraums kollidiert.
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Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn das Mischrohr 34 mit dem Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6 in dem stromaufwärtigen Knierohr 31 verbunden ist, sich der verbundene Abschnitt des Mischrohrs 34 relativ zu der axialen Linie CL2 um ungefähr eine Hälfte eines Innendurchmessers D des Auslassrohrs 23 näher an dem geraden Rohr 32 befindet.
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Ferner besitzt zum Verhindern, dass der Abgasströmungsweg in dem stromaufwärtigen Knierohr 31 durch die versetzte Anordnung des Einspritzeinrichtungs-Anbringteils 6 verengt wird, das stromaufwärtige Knierohr 31 dieser beispielhaften Ausführungsform die folgende Anordnung.
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Der Richtungsänderungsbereich 31A des stromaufwärtigen Knierohrs 31 besitzt einen ersten Wölbungsabschnitt 31E, der durch Wölben eines Teils des Richtungsänderungsbereichs 31A gebildet wird, radial gegenüber dem Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6. Der erste Wölbungsabschnitt 31E ist zwischen einem Auslassende des Auslassrohrs 23 der DPF-Vorrichtung 2 und einem Einlassende des geraden Rohrs 32 vorgesehen. Der erste Wölbungsabschnitt 31E besitzt einen Teil, der einer Region vom ersten Ende des Mischrohrs 34 zu einem axial mittleren Abschnitt des Mischrohrs 34 (d. h. einem einlassseitigen abgeschrägten Abschnitt 311, der nahe dem Einlass des stromaufwärtigen Knierohrs 31 nach außen gebogen ist) zugewandt ist, und einen Teil, der einer Region vom mittleren Abschnitt zum zweiten Ende des Mischrohrs 34 (d. h. einem auslassseitigen abgeschrägten Abschnitt 312, der sich nahe dem Auslass des stromaufwärtigen Knierohrs 31 nach innen erstreckt) zugewandt ist. Eine Grenzregion, die von dem einlassseitigen abgeschrägten Abschnitt 311 zu dem auslassseitigen abgeschrägten Abschnitt 312 übergeht, wölbt sich am stärksten nach außen.
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In dem ersten Wölbungsabschnitt 31E ist eine Neigung des einlassseitigen abgeschrägten Abschnitts 311 relativ zu der axialen Linie CL1 des geraden Rohrs 32 sanfter als eine Neigung des auslassseitigen abgeschrägten Abschnitts 312 relativ zu der axialen Linie CL1. Anders ausgedrückt ist die Neigung des auslassseitigen abgeschrägten Abschnitts 312 steiler. Obwohl sich der erste Wölbungsabschnitt 31A von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der der stromabwärtigen Seite auf eine Weise wölbt, dass sich der erste Wölbungsabschnitt 31A allmählich dem Mischrohr 34 nähert, nähert sich somit der erste Wölbungsabschnitt 31A dem Mischrohr 34 nicht gleichförmig, sondern sanft am einlassseitigen abgeschrägten Abschnitt 311 auf der stromaufwärtigen Seite (erste Stufe) und steiler am auslassseitigen abgeschrägten Abschnitt 312 auf der stromabwärtigen Seite (zweite Stufe). Bei einer solchen Anordnung kann ein ausreichender Strömungswegquerschnitt in einer begrenzten Strömungsweglänge des ersten Wölbungsabschnitts 31E sichergestellt werden, während gleichzeitig ein ruhiges Strömen des Abgases in Richtung des Einlassendes des geraden Rohrs 32 ermöglicht wird.
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Der erste Wölbungsabschnitt 31E stellt eine ausreichende Querschnittfläche des Strömungswegs nahe dem Einlass 31B des Richtungsänderungsbereichs 31A sicher, so dass verhindert wird, dass das Strömen des Abgases, das aus einem Motor ausgetragen wird, behindert wird. Entsprechend kann eine Erhöhung des Gegendrucks im Strömungsweg des Abgaswegs verhindert werden, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad verbessert wird.
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Ferner weist der Richtungsänderungsbereich 31A dieser beispielhaften Ausführungsform einen zweiten Wölbungsabschnitt 31G auf, der durch Wölben eines Teils des Richtungsänderungsbereichs 31A über die axiale Linie CL1 des geraden Rohrs 32 gegenüber dem ersten Wölbungsabschnitt 31E gebildet ist. Der zweite Wölbungsabschnitt 31G ist ebenfalls zwischen dem Auslassende des Auslassrohrs 23 der DPF-Vorrichtung 2 und dem Einlassende des geraden Rohrs 32 vorgesehen. Der zweite Wölbungsabschnitt 31G wölbt sich in einer Region, die einem mittleren Abschnitt (d. h. mit Ausnahme der beiden Enden) des Mischrohrs 34 entspricht, um die gleiche Strecke von der axialen Linie CL1 über eine vorgegebene Länge entlang der axialen Linie CL1 nach außen. Die Wölbungsregion bildet einen parallelen Abschnitt 313, der im Wesentlichen parallel zu der axialen Linie CL1 verläuft.
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Das Vorhandensein des zweiten Wölbungsabschnitts 31G ermöglicht, dass das Abgas wahrscheinlich in Richtung des zweiten Wölbungsabschnitts 31G strömt und dass das Abgas, das von dem zweiten Wölbungsabschnitt 31G in das Mischrohr 34 strömt, wahrscheinlich einen Wirbel verursacht, so dass die wässrige Harnstofflösung, die von der Einspritzeinrichtung 5 eingespritzt wird, auf zuverlässigere Weise mit dem Abgas im Mischrohr 34 gemischt werden kann.
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3 bis 8 zeigen jeweils Querschnitte des Auslassrohrs 23 der DPF-Vorrichtung 2 und Querschnitte des stromaufwärtigen Knierohrs 31. Insbesondere ist 3 ein Querschnitt entlang der Linie III-III, 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV, 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie V-V, 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie VI-VI, 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie VII-VII, und 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in 2.
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Wie in 3 gezeigt ist, ist der Strömungswegquerschnitt des Auslassrohrs 23 kreisförmig. Wie in 4 gezeigt ist, ist einer der Querschnitte des Richtungsänderungsbereichs 31A des stromaufwärtigen Knierohrs 31 (ein Strömungswegquerschnitt entlang der Linie IV-IV, der durch den ersten inneren eingeschnürten Abschnitt nahe dem Einlass 31B und einen äußeren geneigten Flächenabschnitt verläuft) im Wesentlichen trapezförmig, wobei eine Seite des eingeschnürten Abschnitts breiter ist als eine Seite der geneigten Fläche. Wie in 5 gezeigt ist, ist ein Strömungswegquerschnitt entlang der Linie V-V, der durch eine ungefähre Mitte des ersten Wölbungsabschnitts 31E und einen äußeren eingeschnürten Abschnitt nahe dem Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6 verläuft, ungefähr sechseckig, wobei eine Seite des ersten Wölbungsabschnitts 31E breiter ist als eine Seite des äußeren eingeschnürten Abschnitts.
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Ferner ist der Strömungswegabschnitt in einer Richtung rechtwinklig zu der axialen Linie CL1 und entlang der Linie VI-VI, der durch einen Teil des stromaufwärtigen Knierohrs 31 nahe einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6 und dem Mischrohr 34 verläuft, im Wesentlichen hufeisenförmig, wie in 6 gezeigt ist. Bei der Hufeisenform ist eine Seite des stromaufwärtigen Knierohrs 31 nahe dem Einlass 31B leicht eingedrückt. Ferner ist der Strömungswegquerschnitt in einer Richtung rechtwinklig zu der axialen Linie CL1 und entlang der Linie VII-VII, der durch die ersten und zweiten Wölbungsabschnitte 31E und 31G und die Mitte des Mischrohrs 34 verläuft, im Wesentlichen vollständig hufeisenförmig, wie in 7 gezeigt ist.
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Insbesondere weist der Richtungsänderungsbereich 31A ein Paar von flachen Seitenabschnitten 31H auf, die zwischen dem ersten Wölbungsabschnitt 31E und dem zweiten Wölbungsabschnitt 31G ausgebildet sind. Insbesondere ist der Strömungswegquerschnitt senkrecht zu der axialen Linie CL1 in dem Richtungsänderungsbereich 31A am ersten Wölbungsabschnitt 31E linear, im zweiten Wölbungsabschnitt 31G halbkreisförmig und in den jeweiligen Seitenabschnitten 31H linear.
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Beim Strömungswegquerschnitt mit der Hufeisenform ist der Abschnitt, der in 7 von den strichpunktierten Linien eingekreist ist, der Strömungsweg, der aufgrund des Vorhandenseins des ersten Wölbungsabschnitts 31E vergrößert ist. Da der Strömungswegquerschnitt vom ersten Wölbungsabschnitt 31E zum zweiten Wölbungsabschnitt 31G in einer Hufeisenform vorgesehen ist, weist der Strömungswegquerschnitt ein Paar von Eckabschnitten 31F auf, die sich im Querschnitt nach außen wölben. Somit kann im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Strömungswegquerschnitt als ein längliches Loch mit halbkreisförmigen Ecken (d. h. ohne die Eckabschnitte 31F) vorgesehen ist, eine größere Strömungsweg-Querschnittfläche sichergestellt werden. Auf einer weiter stromabwärtigen Seite nimmt der Strömungswegquerschnitt entlang der Linie VIII-VIII, der durch einen Teil des stromaufwärtigen Knierohrs 31 verläuft, an dem der erste Wölbungsabschnitt 31E nicht vorhanden ist, wieder eine Kreisform an, wie in 8 gezeigt ist. Ein Einlassende der Innenröhre 36 ist entsprechend dem kreisförmigen Abschnitt angeordnet.
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Da das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6 versetzt angeordnet ist, verändert sich der Strömungswegquerschnitt des stromaufwärtigen Knierohrs 31, der den ersten Wölbungsabschnitt 31E besitzt, kontinuierlich von der Form, die der Kreisform des Auslassrohrs 23 entspricht, zu der Trapezform, der Sechseckform und der Hufeisenform und nimmt schließlich wieder die Kreisform an, die dem geraden Rohr 32 entspricht. Somit kann der Strömungswegquerschnitt sanft vom Auslassrohr 23 zum geraden Rohr 32 verbunden werden.
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Ein Abgasstrom in dem stromaufwärtigen Knierohr 31 wird nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben. Das Abgas, das aus dem Auslassrohr 23 der DPF-Vorrichtung 2 strömt, strömt durch den Einlass 31B des stromaufwärtigen Knierohrs 31, um in Richtung des Richtungsänderungsbereichs 31A geleitet zu werden. Wenn das Abgas das Innere des Richtungsänderungsbereichs 31A entlang strömt, strömt es durch den ersten Wölbungsabschnitt 31E entlang einer Innenwand desselben in Richtung der Innenröhre 36.
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Andererseits strömt der größte Teil des übrigen Abgases in Richtung des Mischrohrs 34. Wie oben beschrieben ist, strömt das in Richtung des Mischrohrs 34 strömende Abgas durch die kreisförmigen Löcher 34A, um einen Wirbel in dem Mischrohr 34 zu verursachen, um mit der wässrigen Harnstofflösung, die von der Einspritzeinrichtung 5 eingespritzt wird, gemischt zu werden. Anschließend wird die Strömungsrichtung des Abgases geändert, damit sie parallel zur Richtung der axialen Linie CL1 verläuft, um zu dem geraden Rohr 32 geleitet zu werden.
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Bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wird selbst dann, wenn das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6 entsprechend dem Vorhandensein des ersten Wölbungsabschnitts 31E, der an dem stromaufwärtigen Knierohr 31 vorgesehen ist, in Richtung des geraden Rohrs 32 versetzt angeordnet ist, die Querschnittfläche des Strömungswegs nicht wesentlich verengt, und der Abgasstrom wird nicht behindert. Ferner kann, da das Einspritzeinrichtungs-Anbringteil 6 versetzt angeordnet ist, verhindert werden, dass das Knierohr 51, das das Rohr für eine wässrige Harnstofflösung bildet, nach außen vorsteht.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern Modifikationen und Verbesserungen umfasst, solange die Modifikationen und Verbesserungen mit der Erfindung kompatibel sind.
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Beispielsweise kann, obwohl bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform die Stelle des Einspritzeinrichtungs-Anbringteils 6, das an dem stromaufwärtigen Knierohr 31 vorgesehen ist, in großem Maße in Richtung des geraden Rohrs 32 über die axiale Linie CL2 des Auslassrohrs 23 hinaus versetzt angeordnet ist, der Versetzungsbetrag wie gewünscht festgelegt werden unter Berücksichtigung eines Kollisionsgrads des Knierohrs 51 des Rohrs für eine wässrige Harnstofflösung mit den anderen Bauteilen und ist nicht auf den bei der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Betrag beschränkt.
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Obwohl der Strömungswegquerschnitt eines Teils des stromaufwärtigen Knierohrs 31, der ungefähr durch die Mitte des ersten Wölbungsabschnitts 31E verläuft, bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform eine Hufeisenform besitzt, kann der Strömungswegquerschnitt des Teils ein längliches Loch oder ein Trapez sein und kann wie gewünscht festgelegt werden.
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Obwohl die wässrige Harnstofflösung als die wässrige Reduktionsmittellösung verwendet wird, kann bei einer Modifikation der Erfindung das andere Fluid als die wässrige Reduktionsmittellösung verwendet werden.
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Industrielle Anwendung
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Die Erfindung ist auf geeignete Weise auf eine Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung und eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung anwendbar, die in einer Baumaschine eingebaut sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 2
- Filtervorrichtung in Form einer DPF-Vorrichtung
- 3
- Mischvorrichtung für eine wässrige Reduktionsmittellösung
- 4
- Vorrichtung für eine selektive katalytische Reduktion (SCR)
- 5
- Einspritzeinrichtung
- 5A
- Einlass für eine wässrige Reduktionsmittellösung
- 6
- Einspritzeinrichtungs-Anbringteil
- 23
- Auslassrohr
- 31
- Stromaufwärtiges Knierohr (Knierohr)
- 31A
- Richtungsänderungsbereich
- 31B
- Einlass
- 31C
- Auslass
- 31E
- Erster Wölbungsabschnitt
- 31G
- Zweiter Wölbungsabschnitt
- 31H
- Seitenabschnitt
- 32
- Gerades Rohr
- 311
- Einlassseitiger abgeschrägter Abschnitt
- 312
- Auslassseitiger abgeschrägter Abschnitt
- CL1, CL2
- Axiale Linie
