JP2004532954A - 排ガス浄化装置のための混合装置 - Google Patents

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Abstract

内燃機関の、排ガス管内を流れる排ガスに、還元剤を混合するための混合装置と、このような混合装置を備えた排ガス浄化装置とが提案される。前記混合装置では、排ガス管内に配置可能な混合体が、ガス衝突面と噴流衝突面とを備えて設けられており、これにより、内燃機関から流出する排ガスが、ガス衝突面に衝突し得るようになっており、かつ排ガス流に対して横方向で供給可能な還元剤が、噴流衝突面に衝突し得るようになっており、この場合、噴流衝突面とガス衝突面とが、混合体の表面の、分離した部分領域を成している。混合装置は、排ガス管の横断面にわたって還元剤を均等に分布させるためにかつ排ガスにむらなく混合するために働く。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した形式の混合装置もしくは排ガス浄化装置から出発する。
【背景技術】
【０００２】
排ガスを脱窒素するために、特にディーゼルエンジンからの排ガスを脱窒素するために、還元剤、特に水性の尿素溶液を排ガス路内に導入することが公知である。この場合、例えば加水分解触媒でアンモニアが尿素から得られ、このアンモニアは選択的にいわゆるＳＣＲ触媒で、排ガス内に含まれている酸化窒素と反応し、分子状窒素および水になる（ＳＣＲは、英語表現“selective catalytic reduction”（選択接触還元）の略語であり、ドイツ語ではselektive katalytische Reduktionと言う）。還元剤と排ガスとを混合するためには、ヨーロッパ特許出願公開第０８９４５２３号明細書に基づいて既に１つの混合装置が公知であるが、この混合装置は高い流れ抵抗を有している。ドイツ連邦共和国特許第１９８０６２６５号明細書に基づいて、排ガスの主流れ方向に対して４５度の角度を成しているプレートを設けることが公知である。
【０００３】
発明の利点
独立請求項の特徴部に記載した構成を有する、本発明による混合装置もしくは排ガス浄化装置は、従来のものに比べて、排ガスの流れプロフィルに不利な影響を与えず、排ガスに僅かな流れ抵抗しか対置せずかつ排ガス路内における還元剤の良好な等分布を保証するという利点を有している。さらに、対向する排ガス管の壁に、還元剤がはねかけられることが回避される；還元剤は、混合体に沿って滑る排ガス流によって連行され、かつ排ガス管の中心を起点として均等に分布させられる。これにより、より良好な動力学特性も生ぜしめられる。なぜならば、還元剤は後で壁から気化し得ないからである。ガス衝突面と別個の噴流衝突面とを設けることによって、さらに、混合物形成の最適化を保証する流れ案内の調節が可能になる。さらに、還元剤噴流はあらゆる運転点で、このために設けられていて空間配向に関してこのために最適化可能な、混合体の噴流衝突面に到達する。
【０００４】
従属請求項と実施例の説明とに記載した構成によって、独立請求項に記載した混合装置もしくは排ガス浄化装置の有利な構成および改良形が可能である。
【０００５】
例えば案内羽根として形成されたステーが設けられる場合、排ガス流は付加的に旋回によって負荷され得る。この旋回は、有利な形式では、排ガスと還元剤との混合をさらに助成する。
【０００６】
図面
本発明の実施例が図面に示されていて、以下の実施例の説明で詳しく説明されている。図１には排ガス浄化装置の部分図、図２には混合装置の平面図、図３には別の排ガス浄化装置の部分図、図４ａ〜図４ｃには別の択一的な実施例が示されている。
【０００７】
実施例の説明
図１には、排ガス管１の横断面側面図が示されており、この排ガス管１は、波形が付けられた領域４を有している。参照符号２０によって示された矢印は、内燃機関から出てくる排ガス流を表している。波形が付けられた領域４の下流側には、混合装置１０が配置されており、この混合装置１０は、球欠体形の混合体１２を有している。この混合体１２は、２つの案内羽根１１を介して排ガス管に結合されている。球欠体の球表面は、排ガス流２０に向けられていて、以下、ガス衝突面１５と呼ばれる。混合体１２の平らな噴流衝突面１４は、混合体の、排ガス流２０とは反対の側にある。混合装置１０の高さで、排ガス管の外側には、還元剤調量装置５が組み付けられている。この還元剤調量装置５の噴射弁６は、排ガス管内に突入している噴射管７に、還元剤、例えば尿素を供給し得る。矢印２１は、排ガス・還元剤混合物の流れを表している。
【０００８】
前記調量装置５は排ガス流に還元剤を供給し、この場合、添加は、調量されて噴射弁６によって行われる。この場合、還元剤の噴流は、事前に空気が混合されることなく、直接に噴流衝突面１４に向けられる。この面の、噴射管７に対して相対的な面積および配置形式は、この場合、変化する排ガス体積流量に左右されずに還元剤が常時噴流衝突面に当たるように設計されている。ガス衝突面１５に当てられる排ガスの流れは、還元剤を流れ内に吹き入れ、かつ最適化された完全混合のために働く。案内羽根１１は、還元剤と排ガスとの混合を付加的に助成するために、排ガス流内に付加的な旋回流（Drallstroemung）を生ぜしめる。こうして生ぜしめられた排ガス・還元剤混合物２１は、下流側に続いて配置された、排ガスを脱窒素するためのＳＣＲ触媒コンバータ（図示せず）内を流れる。排ガス流２０が混合装置への到達前に通過する、波形が付けられた領域４は、流れるガス内に乱流を生ぜしめ、この乱流も、排ガスと還元剤との混合を付加的に助成する。
【０００９】
１つの択一的な実施例では、下流側に配置された触媒コンバータおよび／または粒子フィルタと併用して効果的な排ガス後処置を行うために、混合装置１０を、排ガスとエンジン下流側で排ガス路内に噴射された燃料とを混合するために使用することもできる。波形が付けられた領域４は、単純な実施例では省くこともでき、同じくステーは、案内羽根なしのロッドまたは金属バンドとして形成されていてよい。
【００１０】
混合装置は次のように、すなわち噴流衝突面が排ガス流に向けられていて、したがって噴流衝突面が混合装置の、排ガス流に向けられた側で、還元剤噴流によって負荷され得るように配置されていてもよい。
【００１１】
図２には、図１に示された装置と同様の混合装置の平面図が示されている。しかしながらこの場合、案内羽根１１として形成された２つのステーの代わりに、案内羽根１１として形成された４つのステーが設けられている。これらのステーは排ガス管に直接に結合されておらず、金属バンド３０に結合されており、この金属バンド３０は混合体１２を円形に取り巻いている。図示では、この金属バンドは単に線として示されている。この場合、閉じられた金属バンド環の半径は、混合装置がぴったりと隙間なく排ガス管内に挿入され得、かつ金属バンドがさらにリベットまたはねじによってまたは溶接によって排ガス管内に固定されるだけでよいように選択されている。
【００１２】
図２に示した混合装置は、図１に示した混合装置と同じ機能を果たし、組付けの形式だけが幾分変化をつけられている。別の択一的な実施例では、金属バンド３０を、既に噴射管７が中に組み込まれている排ガス管区分の形状に形成することが考えられている。これにより、組付けに際して混合装置は、さらに各排ガス管端部および調量手段装置に結合されるだけでよい。
【００１３】
図３には、混合体１１２が球欠体形状ではなく円錐体形状（Kegelkalottenform）を有している排ガス浄化装置が示されている。円錐体の先端部は、幾分丸みがつけられている；この円錐体の先端部は、内燃機関から流出する排ガスに向けられた、混合体１１２のガス衝突面１１５を形成している。平らな噴流衝突面１１４も、球欠体の場合のように、円錐体形の基体のフライス加工部として形成可能である。
【００１４】
球欠体形の基体に比較して、混合体１１２は、はるかに減少された流れ抵抗しか有しておらず、さらに、還元剤の均等な分布を保証していて、かつ還元剤と排ガスとの混合を保証している。
【００１５】
図４では部分図ａ）に、混合装置の横断面側面図が示されている。この混合装置は、排ガス管の内部に配置された混合体（以下、衝突装置１３２と呼ぶ）を備えており、この混合体は、ステー（以下、保持装置１３０と呼ぶ）によって排ガス管の側壁１に固定されている。部分図ｂ）および部分図ｃ）には、部分図ａ）において参照符号１３６もしくは参照符号１３８が付与された切断面が示されている。保持装置および衝突装置は、内燃機関から流出する排ガス流２０に向かって、湾曲した面もしくは湾曲したガス衝突面１６０を形成しており、この面に沿って排ガスは、低い流れ抵抗で、混合装置を擦過案内され得る。保持装置がほぼ半円形の横断面横断面を有していて、かつ排ガス管壁を起点として排ガス流に対して横方向で排ガス管内に突入しているのに対して、衝突装置１３２は羽根の形状を有しており、この羽根の内側面または噴流衝突面１６１に、流出開口１３３から排ガス管横断面に対して所定の角度１４０を成して流出する還元剤・紐状噴流１３４が衝突し得る。衝突装置の端部領域１５３は、排ガス流２０の方向に対して、０度〜３０度の小さい角度１４２を成して傾斜させられている。保持装置もしくは衝突装置の縁部区域１５４；１５５は、排ガスの流れ方向２０に対して相対的に、典型的には０度〜３０度の小さい角度１５０；１５２を成している。
【００１６】
図４に示した混合装置は、噴射弁６を介して調量された還元剤・紐状噴流が衝突装置に噴射されることによって、排ガス管内における還元剤の均等な分布を保証している。排ガス流れの強さに応じた角度１４０の変動幅は、保持装置１３０の湾曲した構成によってかつ保持装置の縁部区域の、排ガス流に対して相対的な小さい角度１５０によって、小さく維持される。衝突装置の、排ガス流に向けられた側も、縁部区域１５５の領域もしくは端部領域１５３に、小さい角度１４２；１５２を有している。衝突装置のこのような成形によって、排ガス流が還元剤を、衝突装置の内側面から排ガス管壁の方向に搬送することが防止される。これにより、還元剤による排気管壁の好ましくないぬれが阻止される。
【００１７】
１つの択一的な実施例では、保持装置および／または衝突装置は、排ガス乱流を増大させかつひいては発生する還元剤滴のサイズを減少させる目的で、有孔薄板から成っている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】排ガス浄化装置の部分図である
【図２】混合装置の平面図である
【図３】別の排ガス浄化装置の部分図である
【図４】ａ，ｂおよびｃは別の選択的な実施例を示す図である

Claims (14)

  1. 内燃機関の、排ガス管内を流れる排ガスに、還元剤を混合するための混合装置であって、排ガス管内に配置可能な混合体が設けられている形式のものにおいて、混合体（１２；１１２；１３２）がガス衝突面（１５；１１５；１６０）と噴流衝突面（１４；１１４；１６１）とを有しており、これにより、内燃機関から流出する排ガスが、ガス衝突面に衝突し得るようになっており、かつ排ガス流に対して横方向で供給可能な還元剤が、噴流衝突面に衝突し得るようになっており、この場合、噴流衝突面とガス衝突面とが、混合体の表面の、分離した部分領域を成しており、かつ噴流衝突面（１４；１１４；１６１）とガス衝突面（１５；１１５；１６０）とが、混合体の、互いに反対に位置する側にあることを特徴とする、排ガス浄化装置のための混合装置。
  2. ガス衝突面が湾曲している、請求項１記載の混合装置。
  3. 混合体が次のように配置され得る、すなわち、噴流衝突面（１４；１１４；１６１）が、混合体（１２；１１２；１３２）の表面領域によって、ガス衝突面の、排ガス流で見て下流側に形成されているように配置され得る、請求項１または２記載の混合装置。
  4. ガス衝突面（１５；１１５；１６０）が次のように配向可能である、すなわち、このガス衝突面に向けられた排ガス流が、排ガス流の主方向（２０）に対して相対的に、小さい角度（１５２）を成して、特に０度〜３０度の角度を成して、再び前記ガス衝突面から離れ得るように配向可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の混合装置。
  5. ガス衝突面（１５；１１５）が、混合体（１２；１１２）の、流れ方向に中央で先細りしている部分の表面によって形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の混合装置。
  6. 混合体（１２；１１２）が、球欠体形状または円錐体形状を有している、請求項５記載の混合装置。
  7. ガス衝突面（１５；１１５）が、球体表面部分の形状を有しているかまたは円錐体、特に先端部で丸みがつけられた円錐体の表面の部分の形状を有している、請求項６記載の混合装置。
  8. 混合体（１３２）が、羽根の形状を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の混合装置。
  9. 保持装置および／または衝突装置が、混合装置の上流側および下流側の空間を接続している孔を有しており、特に、保持装置および／または衝突装置が、有孔薄板から形成されている、請求項８記載の混合装置。
  10. 混合体が、少なくとも１つのステー（１１；１３０）を介して、排ガス管の壁に固定されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の混合装置。
  11. 前記少なくとも１つのステーが、案内羽根（１１）として形成されている、請求項１０記載の混合装置。
  12. 前記少なくとも１つのステーが、湾曲した保持装置（１３０）として形成されている、請求項１０記載の混合装置。
  13. 前記少なくとも１つのステー（１１；１３０）が、混合体とは反対側の端部で、混合体を円形に取り巻いている金属バンド（３０）に結合されている、請求項１０または１１または１２記載の混合装置。
  14. 内燃機関の排ガスを浄化するための排ガス浄化装置であって、排ガス管と、該排ガス管内に還元剤を供給するための装置と、排ガスに還元剤を混合するための混合装置とが設けられており、この場合、混合装置が、排ガス管内に配置可能な混合体を有している形式のものにおいて、混合体（１２；１１２；１３２）がガス衝突面（１５；１１５；１６０）と噴流衝突面（１４；１１４；１６１）とを有しており、これにより、内燃機関から流出する排ガスが、ガス衝突面に衝突し得るようになっており、かつ排ガス流に対して横方向で供給可能な還元剤が、噴流衝突面に衝突し得るようになっており、この場合、噴流衝突面とガス衝突面とが、混合体の表面の、分離した部分領域を成しており、かつ噴流衝突面（１４；１１４；１６１）とガス衝突面（１５；１１５；１６０）とが、混合体の、互いに反対に位置する側にあり、かつガス衝突面が湾曲していることを特徴とする、排ガス浄化装置。
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