WO2015197145A1 - Reduktionsmittelaufbereitungssystem - Google Patents

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WO2015197145A1
WO2015197145A1 PCT/EP2015/000813 EP2015000813W WO2015197145A1 WO 2015197145 A1 WO2015197145 A1 WO 2015197145A1 EP 2015000813 W EP2015000813 W EP 2015000813W WO 2015197145 A1 WO2015197145 A1 WO 2015197145A1
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mixing
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exhaust gas
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Andreas Petry
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Daimler Ag
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    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]

Definitions

  • the invention relates to a reducing agent treatment system of an exhaust gas purification system of a motor vehicle internal combustion engine for the treatment of exhaust gas
  • thermolysis and / or hydrolysis is released in the hot exhaust gas from the urea ammonia, which as the actual
  • Reducing agent for the nitrogen oxides acts and selectively reduces nitrogen oxides to nitrogen at the catalytic centers of the SCR catalyst. There is a difficulty in distributing the urea solution as evenly as possible in the exhaust gas while avoiding deposits. For this purpose, it has already been proposed to impart a rotating flow to the exhaust gas before the addition of the urea solution. For example, from US 2013/0064725 A1 a reducing agent treatment system of a
  • Exhaust gas purification system in which exhaust gas from an exhaust pipe is fed to a vertically aligned to this mixing tube, wherein the exhaust gas is deflected in its main flow direction and it is impressed on a rotational flow.
  • a metering device arranged at the end of the mixing tube.
  • the reducing agent treatment system has a mixing chamber into which the reducing agent can be sprayed by means of a metering device and in which a mixing of sprayed reducing agent with the mixing chamber supplied exhaust gas takes place. Furthermore, a pipe socket attached to the mixing chamber is provided, via which exhaust gas the mixing chamber can be supplied, and a circular-cylindrical mixing pipe leading out of the mixing chamber, via which the exhaust gas fed to the mixing chamber and mixed with the reducing agent is discharged from the mixing chamber.
  • the mixing chamber has an approximately rotationally symmetrical shape with a collinear with respect to a central longitudinal axis of the mixing tube axis of rotation and compared to a seen in the direction of the central longitudinal axis largest mixing chamber depth a larger mixing chamber diameter and the pipe socket is at least approximately tangentially attached to the mixing chamber that exhaust gas after entering the mixing chamber in the mixing chamber forms a rotating about the axis of rotation around flow and enters the mixing tube while maintaining a rotating flow and leaves the mixing chamber completely through the mixing tube.
  • the metering device can spray the reducing agent into the mixing chamber with a conical spray jet in such a way that it enters the mixing tube at least approximately completely and is entrained by the rotating flow of the exhaust gas.
  • An injector tip of the metering device preferably lies on the axis of rotation, resulting in an approximately rotationally symmetrical spray pattern of the sprayed reducing agent with respect to the axis of rotation.
  • the reducing agent treatment system according to the invention is particularly suitable for the treatment of aqueous urea solution as a reducing agent.
  • Retention of a rotating flow here does not necessarily mean that a swirl originally present in the mixing chamber is maintained in relation to the strength and direction of the flow velocity, but that a rotational flow impressed on the exhaust gas as it flows into the mixing chamber due to the tangential inlet runs around the rotation axis so far continued in the mixing tube, as here the gas flow has a mean angular momentum vector, which also has a aligned in the axial direction component.
  • Exhaust gas supplied to the mixing chamber is fed together with the metered reducing agent completely via the mixing tube to a downstream, in particular designed as SCR catalyst, nitrogen oxide reduction catalyst.
  • a downstream in particular designed as SCR catalyst, nitrogen oxide reduction catalyst.
  • Axial direction accelerates.
  • the corresponding acute-angled cone-shaped spray ensures that reducing agent at least approximately
  • the mixing chamber diameter is approximately twice as large as a largest mixing chamber depth.
  • Mixing chamber attached pipe socket thus results in a plan view in the direction of the axis of rotation, a shape of the mixing chamber similar to a worm or turbine housing.
  • the exhaust gas supplied to the mixing chamber has a higher circumferential speed, seen in the radial direction, in mixing chamber areas located further outward than in areas located further inward.
  • the mixing chamber diameter corresponds to two times to three times the mixing tube diameter, wherein preferably the cross-sectional area of the mixing tube at least approximately corresponds to a smallest cross-sectional area of the pipe socket. This is typically the preferred round gas inlet-side opening area of the pipe socket. This dimensioning results in particularly favorable exhaust gas flow conditions and pressure losses and flow resistance are minimized.
  • the mixing tube protrudes into the mixing chamber until approximately half of the mixing chamber depth. The projecting into the mixing chamber
  • Mixture pipe section is therefore flowed around by exhaust gas approximately circular, whereby the mixing tube is additionally heated by exhaust gas, which effectively prevents the formation of crystallization deposits in the mixing tube.
  • the mixing tube at its end arranged in the mixing chamber a funnel-shaped widening. This ensures that sprayed reducing agent reaches the mixing tube at least approximately completely.
  • an improvement of the rotational symmetry of the exhaust gas flow in the mixing chamber is made possible.
  • mixing with exhaust gas is further improved if, as is preferably provided, the funnel-shaped widening is perforated. This allows an exhaust gas inlet at the mixing tube end also with radial directional components.
  • an attached to the mixing chamber and fluidly associated with this jacket tube is provided, which is arranged concentrically to the mixing tube and having a bottom part which is pierced by the mixing tube.
  • the mixing tube can therefore be heated more effectively by exhaust gas, which
  • the bottom part which is pierced by the mixing tube, shows due to the concentric Arrangement of casing pipe and mixing tube on an annular shape with a closed annular surface. Outside circumference, it is positively or materially connected to the jacket tube. Inner peripheral side with the mixing tube. In this way, even in this embodiment, exhaust gas conducted into the mixing chamber can be supplied exclusively via the outflow-connected mixing pipe end to a downstream component, such as, for example, an SCR catalytic converter.
  • a downstream component such as, for example, an SCR catalytic converter.
  • the diameter of the jacket tube is approximately equal to its length and / or approximately equal to the largest mixing chamber depth.
  • a funnel element which opens conically in the direction of the open mixing tube end is provided with a cone axis which is at least approximately collinear to the central longitudinal axis and a perforated conical surface, into which the metering device can inject the reducing agent at least approximately completely.
  • the funnel element at least approximately completely absorbs the conical spray jet of the reducing agent sprayed off by the metering device.
  • the perforation of the conical surface allows an approximately radially directed exhaust gas inlet into the interior of the funnel element.
  • an exhaust gas inlet into the funnel element is also made possible in the axial direction by a circular cylindrical opening at the tip end of the funnel element, through which the spray jet flows into the interior of the funnel element
  • Funnel element passes.
  • sprayed reducing agent in the direction of discharge or in the axial direction can be detected by the exhaust gas in the direction of the open end of the mixing pipe and taken along by the exhaust gas flow.
  • the exhaust gas Preferably is through
  • the further open end of the funnel element extends in the axial direction as far as a few millimeters to the open end of the mixing tube.
  • the diameter of the larger funnel element opening is preferably about half of the mixing tube diameter. This ensures that sprayed reducing agent can be at least approximately completely sprayed into the mixing tube.
  • a sleeve tube receiving the funnel element is provided with a large area perforated lateral surface.
  • the cladding tube can be circular-cylindrical or conical, or truncated-cone-shaped.
  • the conical opening preferably points in the direction of the metering device.
  • the cladding tube closes at one end approximately with the larger opening of the
  • the other end of the cladding tube is preferably peripherally positively and / or positively connected to a bottom part of the mixing chamber or with a dosing device supporting bracket.
  • the hole area of the perforation of the cladding tube preferably accounts for about 70% to 80% of the total cladding envelope area. As a result, obstruction of the exhaust gas flow is largely avoided.
  • FIG. 1 shows a first illustration of a preferred embodiment of the reducing agent treatment system according to the invention
  • FIG. 2 is a second illustration of the embodiment shown in FIG. 1; FIG.
  • FIG. 3 is an exploded view of the reducing agent processing system according to the invention according to FIG. 1 and FIG. 2, FIG.
  • FIG. 4 is a perspective oblique view of the reducing agent treatment system according to the invention.
  • Fig. 5 is another perspective oblique view of half cut illustrated reducing agent treatment system according to the invention.
  • FIG. 1 shows the reducing agent preparation system 1 in a plan view in the direction of a central longitudinal or rotational axis 2.
  • FIG. 2 shows a sectional view along the section line B - B seen perpendicular thereto.
  • 3 shows the reducing agent preparation system 1 in an exploded view.
  • FIG. 4 shows the reducing agent preparation system 1 in a perspective view
  • Oblique view dar. The representations are at least approximately true to scale.
  • the reducing agent preparation system 1 has a mixing chamber 4 with a pipe socket 3 attached thereto for the supply of exhaust gas into the mixing chamber 4 and a circular-cylindrical mixing pipe 7 leading out of the mixing chamber 4.
  • the pipe socket 3 is attached to the mixing chamber 4, that exhaust gas can flow at least approximately tangentially into the mixing chamber 4.
  • the mixing chamber 4 has a maximum depth T, which is about half as large as a diameter D of the mixing chamber 4. Together with the attached pipe socket 3, this results in the plan view of a shape similar to a screw or turbine housing, in particular from FIG. 1 and Fig. 4 can be seen.
  • the mixing chamber 4 is composed of two mixing chamber half-shells 8, 9 joined together.
  • the mixing chamber half-shells 8, 9 are, apart from a respective recess at a Ansetzstelle the pipe socket 3, circular and cup-shaped. This results in a, again apart from the pipe socket 3, rotationally symmetrical structure of the reducing agent processing system 1 with respect to the central longitudinal axis 2 of the mixing tube. 7
  • a bottom of the first mixing chamber half-shell 8 has a central recess running around in the present case, which serves to receive a dosing device, not shown in FIGS. 1 to 4, which contains a reducing agent, in particular urea solution or another liquid containing ammonia in free or bound form , can spray about in the direction of the central longitudinal axis 2 in the mixing chamber 4 and in the mixing tube 7, which will be discussed in more detail below.
  • a substantially flat bottom of the second mixing chamber half-shell 9 has a circular central Opening on, on which circumferentially flush a circular cylindrical jacket tube 5 is attached with a closed lateral surface.
  • the jacket tube 5 has a larger diameter than the mixing tube 7 and is arranged coaxially to the latter, the mixing tube 7 an end-side, approximately annular bottom portion 11 of the jacket tube 5 pierces.
  • the mixing tube 7 is mechanically stabilized on the one hand by the circumferential side
  • the holding element 13 as shown is preferably arranged on the bottom part 11 opposite the open end of the jacket tube 7 and supports the mixing tube 7 around against the jacket tube 7 from. This results around the mixing tube 7 around a circular cylindrical cavity, which is fluidly connected to the interior of the mixing chamber 4.
  • the mixing chamber 4 supplied exhaust gas enters this, the mixing tube 7 surrounding cavity and can heat the mixing tube 7. As a result, the risk of reducing agent condensation on the mixing tube inner wall is drastically reduced.
  • the mixing tube 7 protrudes into the mixing chamber 4, as shown, so that an open end 10, viewed in the direction of the central longitudinal axis 2, is arranged approximately in the middle of the mixing chamber 4.
  • the mixing tube 7 has a funnel-shaped expansion 6 by about 40% to 50%.
  • expansion 6 of the mixing tube end is presently provided with a perforation.
  • the mixing tube 7 has a closed lateral surface.
  • the velocity of the rotary exhaust gas flow in the mixing chamber 4 increases from the inside to the outside.
  • the funnel-shaped widening 6 of the mixing tube end acts stabilizing with respect to an even distribution of the exhaust gas rotation speed over the mixing chamber depth T. Since exhaust gas entering the mixing chamber 4 can only leave the reducing agent preparation system 1 via the mixing tube 7 and only via the mixing tube end 10 into the mixing tube 7 can enter, exhaust gas is forced into the mixing tube 7, although a
  • FIG. 5 shows the reducing agent preparation system 1 with the first mixing chamber half-shell 4 cut open as well as internal components drawn in the foreground and the metering device 17 mounted.
  • the dosing device denoted by the reference numeral 17 in FIG. 5 is connected or screwed to the mixing chamber 4 or to the first mixing chamber half shell 8 by means of a flange 15, preferably designed as a precision casting component, with the interposition of a console designed as a cooling plate 16.
  • the heat sink is largely in contact with ambient air with respect to its surface and therefore can release heat absorbed by the mixing chamber to the environment and thus protect the metering device 17 from overheating.
  • the round flange 15 provided with corresponding screw holes is connected in a form-fitting or material-locking manner with an edge contour of an opening provided centrally in the recess of the first mixing chamber half-shell 8.
  • the arrangement is preferably carried out so that a nozzle tip of the metering device 17 with its nozzle opening in the region of the opening of the first mixing chamber half-shell 8 is arranged at least approximately on the central longitudinal axis 2.
  • the metering device 17 may preferably used as a reducing agent
  • the mixing chamber 4 discharged and then further transported from the reducing agent treatment system 1 in the direction of a not shown, in particular designed as an SCR catalyst catalyst.
  • the reducing agent treatment is particularly efficient, in particular as a result of an exhaust gas rotary flow which continues to exist in the mixing tube 7.
  • a cone-shaped funnel element 12 which opens in the direction of the open end of the mixing tube 10 and is open at the ends in each case, into which the spray jet 18 is sprayed.
  • the open wide end of the funnel element 12 seen in the direction of the central longitudinal axis 2 is arranged approximately in the middle of the mixing chamber 4. In the present case, it protrudes about 5 mm to 15 mm into the perforated widening 6 of the mixing tube end.
  • the open wide end of the funnel element 12 can also be arranged at a small distance of 5 mm to 15 mm from the mixing tube end 10.
  • the pointed end of the funnel element 12 is arranged in the immediate vicinity of the nozzle tip of the metering device 17.
  • the funnel element 22 has a small perforated conical surface with a plurality of holes, through which exhaust gas can enter into the interior of the funnel element 12 approximately radially.
  • sprayed reducing agent is accelerated in the direction of the mixing tube 7.
  • An additional acceleration of sprayed reducing agent is made possible by an exhaust gas inlet into the opening arranged at the pointed end of the funnel element 12.
  • the opening angle of the funnel element 12 corresponds at least approximately to the opening angle of the spray jet 18, so that the spray jet 18 is enclosed by the jacket of the funnel element 12.
  • the funnel element 12 is held by a presently circular cylindrical sleeve 14, which terminates flush with one end with the wide end of the funnel element 12 and is peripherally connected to the funnel element 12 in a form-fitting or material-locking manner.
  • the cladding tube 14 is connected to the flange 15.
  • the cladding tube 14 is executed perforated over a large area in order to ensure a largely unimpeded exhaust gas inlet.
  • the open portion of the lateral surface of the cladding tube 14 is preferably more than 70%, that of the funnel preferably more than 50%.
  • Cladding tube 14 and funnel element 12 are arranged rotationally symmetrical with respect to the central longitudinal axis 2.
  • the mixing chamber diameter D is chosen such that it corresponds to two to three times the diameter of the straight-cylindrical mixing pipe section.
  • the diameter of the straight-cylindrical mixing pipe section corresponds approximately to that of the preferably round opening of the pipe socket 3.
  • the diameter of the jacket pipe 5 is again preferably selected such that it is approximately 1.4 to 1.8 times, in particular approximately 1.6 -fax of the diameter of the straight cylinder Mixing pipe section corresponds.
  • an imaginary rotational body surface defined by a ring extending between the peripheral edge of the open end of the funnel element 12 at the shortest distance from the inside of the expansion of the mixing tube end 6, is at least 10% larger than the entry surface of the pipe socket 3 is.
  • an imaginary rotational body surface defined by an extending between the peripheral edge of the mixing tube end 10 with the shortest distance to the first Mischschschale ring, at least 50% larger , in particular at least 80% larger than the entrance surface of the
  • reducing agent droplets sprayed from the metering device 17 in the form of a fine spray already reduce immediately after spraying within the funnel element 12 due to intimate mixing with exhaust gas. This is in particular caused by the rotational movement of the exhaust gas generated in the mixing chamber, which is also to be found within the funnel element 12. On the further transport takes place in the still rotating exhaust gas flow in the mixing tube 7 a further progressive

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) einer Abgasreinigungsanlage, umfassend eine Mischkammer (4), in welche das Reduktionsmittel mittels einer Dosiervorrichtung (17) eingesprüht werden kann und in welcher eine Vermischung von eingesprühtem Reduktionsmittel mit der Mischkammer (4) zugeführtem Abgas erfolgt, einen an die Mischkammer (4) angesetzten Rohrstutzen (3), über welchen Abgas der Mischkammer (4) zugeführt werden kann und ein aus der Mischkammer (4) heraus führendes kreiszylindrisches Mischrohr (7), über welches der Mischkammer (4) zugeführtes und mit dem Reduktionsmittel vermischtes Abgas aus der Mischkammer (4) ausgetragen wird. Die Mischkammer (4) weist eine annähernd rotationssymmetrische Form mit einem im Vergleich zu einer in Richtung der Mittellängsachse (2) gesehenen größten Mischkammertiefe (T) größeren Mischkammerdurchmesser (D) auf. Der Rohrstutzen (3) ist wenigstens annähernd tangential derart an der Mischkammer (4) angesetzt, dass Abgas nach dem Eintritt in die Mischkammer (4) in der Mischkammer (4) eine um die Rotationsachse herum rotierende Strömung ausbildet und unter Beibehaltung einer rotierenden Strömung in das Mischrohr (7) eintritt und die Mischkammer vollständig durch das Mischrohr (7) verlässt. Die die Dosiervorrichtung (17) kann das Reduktionsmittel mit einem kegelförmigen Sprühstrahl (18) derart in die Mischkammer (4) einsprühen, dass es wenigstens annähernd vollständig in ein offenes Ende (10) des Mischrohrs (7) eintritt und von der rotierenden Strömung des Abgases mitgerissen wird.

Description

Reduktionsmittelaufbereitungssystem
Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem einer Abgasreinigungsanlage einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zur Aufbereitung von Abgas der
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zugeführtem Reduktionsmittel.
Zur Entfernung von Stickoxiden aus Abgas von insbesondere mager betriebenen Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen durch selektive katalytische Reduktion an einem so genannten SCR-Katalysator ist es gebräuchlich, wässrige Harnstofflösung als
Reduktionsmittel dem Abgas zuzugeben. Durch Thermolyse und/oder Hydrolyse wird im heißen Abgas aus dem Harnstoff Ammoniak freigesetzt, welcher als eigentliches
Reduktionsmittel für die Stickoxide wirkt und an den katalytischen Zentren des SCR- Katalysators Stickoxide selektiv zu Stickstoff reduziert. Dabei besteht eine Schwierigkeit darin, die Harnstofflösung möglichst gleichmäßig im Abgas zu verteilen und dabei Ablagerungen zu vermeiden. Hierzu wurde bereits vorgeschlagen, dem Abgas vor der Zugabe der Harnstofflösung eine rotierende Strömung aufzuprägen. Beispielsweise ist aus der US 2013/0064725 A1 ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem einer
Abgasreinigungsanlage bekannt, bei welchem Abgas aus einem Abgasrohr einem senkrecht zu diesem ausgerichteten Mischrohr zugeführt wird, wobei das Abgas in seiner Hauptströmungsrichtung umgelenkt wird und ihm eine Rotationsströmung aufgeprägt wird. In die Rotationsströmung wird mittels einer endseitig am Mischrohr angeordneten Dosiervorrichtung Harnstofflösung eingesprüht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem zur Aufbereitung von Abgas der Brennkraftmaschine zugeführtem Reduktionsmittel anzugeben, bei welcher die Aufbereitung des Reduktionsmittels weiter verbessert ist. Diese Aufgabe wird durch ein Reduktionsmittelaufbereitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Reduktionsmittelaufbereitungssystem weist eine Mischkammer auf, in welche das Reduktionsmittel mittels einer Dosiervorrichtung eingesprüht werden kann und in welcher eine Vermischung von eingesprühtem Reduktionsmittel mit der Mischkammer zugeführtem Abgas erfolgt. Weiter ist ein an die Mischkammer angesetzter Rohrstutzen vorgesehen, über welchen Abgas der Mischkammer zugeführt werden kann, sowie ein aus der Mischkammer heraus führendes kreiszylindrisches Mischrohr, über welches der Mischkammer zugeführtes und mit dem Reduktionsmittel vermischtes Abgas aus der Mischkammer ausgetragen wird. Dabei weist die Mischkammer eine annähernd rotationssymmetrische Form mit einer in Bezug auf eine Mittellängsachse des Mischrohrs kollinearen Rotationsachse und im Vergleich zu einer in Richtung der Mittellängsachse gesehenen größten Mischkammertiefe einen größeren Mischkammerdurchmesser auf und der Rohrstutzen ist wenigstens annähernd tangential derart an der Mischkammer angesetzt, dass Abgas nach dem Eintritt in die Mischkammer in der Mischkammer eine um die Rotationsachse herum rotierende Strömung ausbildet und unter Beibehaltung einer rotierenden Strömung in das Mischrohr eintritt und die Mischkammer vollständig durch das Mischrohr verlässt. Die Dosiervorrichtung kann das Reduktionsmittel mit einem kegelförmigen Sprühstrahl derart in die Mischkammer einsprühen, dass es wenigstens annähernd vollständig in ein offenes Ende des Mischrohrs eintritt und von der rotierenden Strömung des Abgases mitgerissen wird. Eine Injektorspitze der Dosiervorrichtung liegt vorzugsweise auf der Rotationsachse, wodurch sich ein in Bezug auf die Rotationsachse annähernd rotationssymmetrisches Sprühbild des abgesprühten Reduktionsmittels ergibt. Das erfindungsgemäße Reduktionsmittelaufbereitungssystem ist insbesondere zur Aufbereitung von wässriger Harnstofflösung als Reduktionsmittel geeignet.
Beibehaltung einer rotierenden Strömung bedeutet hier nicht zwingend, dass ein ursprünglich in der Mischkammer vorhandener Drall in Bezug auf Stärke und Richtung der Strömungsgeschwindigkeit beibehalten wird, sondern dass eine beim Einströmen in die Mischkammer dem Abgas aufgrund des tangentialen Einlaufs aufgeprägte, um die Rotationsachse herum verlaufende Rotationsströmung insoweit auch im Mischrohr fortgesetzt ist, als hier die Gasströmung einen mittleren Drehimpulsvektor aufweist, der auch eine in Achsrichtung ausgerichtete Komponente aufweist. Insgesamt sind infolge der erfindungsgemäßen Ausführung des Reduktionsmittelaufbereitungssystem Rezirkulati- onen von Abgas und Strömungstotzonen und damit Kondensationen und Ablagerungen weitestgehend vermeidbar.
Der Mischkammer zugeführtes Abgas wird zusammen mit dem zudosierten Reduktionsmittel vollständig über das Mischrohr einem nachgeschalteten, insbesondere als SCR- Katalysator ausgebildeten Stickoxid-Reduktionskatalysator zugeführt. Dadurch wird das von der Dosiervorrichtung unter Druck abgesprühte Reduktionsmittel zusätzlich in
Achsrichtung beschleunigt. Dabei gewährleistet der entsprechend spitzwinklig kegelförmig ausgebildete Sprühstrahl, dass Reduktionsmittel wenigstens annähernd
ausschließlich in das Mischrohr gelangt und somit praktisch nicht die Innenseite der Mischkammer benetzten und dann dort Ablagerungen ausbilden kann. Bei Verwendung von Harnstofflösung als Reduktionsmittel ist im Mischrohr eine Aufbereitung der
Harnstofflösung nicht allein durch eine dort erfolgende weitere Vermischung mit Abgas ermöglicht, sondern es erfolgt auch eine Verdampfung der wässrigen Bestandteile und ferner in mehr oder großem Umfang eine Zersetzung von Harnstoff unter Freisetzung von gasförmigem Ammoniak infolge von Thermolyse und/oder Hydrolyse. Aufgrund der rotatorischen Abgasströmung in der Mischkammer erfolgt eine Vermischung von
Reduktionsmittel bzw. Harnstofflösung mit Abgas bereits unmittelbar nach dem
Absprühen. Infolge der auch im Mischrohr vorhandenen Rotationsströmung des Abgases erfolgt eine weitergehende Vermischung und Aufbereitung und es ist eine gleichmäßige Verteilung des eingesprühten Reduktionsmittels über den Mischrohrquerschnitt ermöglicht. Mittels des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems kann daher einem nachgeschalteten Katalysator ein optimal aufbereitetes Reduktionsmittel zugeführt werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist der Mischkammerdurchmesser annähernd doppelt so groß wie eine größte Mischkammertiefe. Zusammen mit dem tangential an die
Mischkammer angesetzten Rohrstutzen resultiert somit in einer Draufsicht in Richtung der Rotationsachse gesehen eine Gestalt der Mischkammer ähnlich eines Schnecken- oder Turbinengehäuses. Aufgrund dieser Ausführung weist der Mischkammer zugeführtes Abgas in radialer Richtung gesehen in weiter außen liegenden Mischkammerbereichen eine höhere Umfangsgeschwindigkeit auf als in weiter innen liegenden Bereichen.
Dadurch ist eine Kondensation von Reduktionsmittel auf der Mischkammerinnenwand weitestgehend vermieden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases beträgt in
Bereichen, welche näher an der Umfangswandung als am Zentrum liegen, bevorzugt mehr als 20 m/s. In solche Bereiche mit hoher Strömungsgeschwindigkeit gelangende Reduktionsmitteltröpfchen zerplatzen, wodurch eine Verdampfung und eine Vermischung mit Abgas weiter verbessert ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung entspricht der Mischkammerdurchmesser einem Zweifachen bis Dreifachem des Mischrohrdurchmessers, wobei vorzugsweise die Querschnittsfläche des Mischrohrs wenigstens annähernd einer kleinsten Querschnittsfläche des Rohrstutzens entspricht. Dies ist typischerweise die bevorzugt runde gaseintritt- seitige Öffnungsfläche des Rohrstutzens. Mit dieser Dimensionierung ergeben sich besonders günstige Abgasströmungsverhältnisse und Druckverluste und Strömungswiderstände sind minimiert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ragt das Mischrohr bis annähernd zur Hälfte der Mischkammertiefe in die Mischkammer hinein. Der in die Mischkammer ragende
Mischrohrabschnitt ist daher von Abgas annähernd kreisförmig umströmt, wodurch das Mischrohr zusätzlich von Abgas aufgeheizt wird, was im Mischrohr eine Ausbildung von Kristallisationsablagerungen wirksam verhindert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Mischrohr an seinem in der Mischkammer angeordneten Ende eine trichterförmige Aufweitung auf. Dadurch ist sichergestellt, dass abgesprühtes Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig in das Mischrohr gelangt. Zudem ist eine Verbesserung der Rotationssymmetrie der Abgasströmung in der Mischkammer ermöglicht. Dabei ist eine Vermischung mit Abgas weiter verbessert, wenn, wie vorzugsweise vorgesehen, die trichterförmige Aufweitung perforiert ausgeführt ist. Dies ermöglicht einen Abgaseintritt am Mischrohrende auch mit radialen Richtungskomponenten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein an die Mischkammer angesetztes und mit dieser fluidtechnisch in Verbindung stehendes Mantelrohr vorgesehen, welches konzentrisch zum Mischrohr angeordnet ist und ein Bodenteil aufweist, welches vom Mischrohr durchstoßen ist. Diese Ausführungsform ermöglicht ein Umspülen des
Mischrohrs auch an Bereichen, welche nicht im Inneren der Mischkammer liegen. Das Mischrohr kann daher noch wirksamer von Abgas aufgeheizt werden, wodurch
Reduktionsmittelkondensationen im Mischrohr noch wirksamer vermieden sind. Das Bodenteil, welches vom Mischrohr durchstoßen ist, weist infolge der konzentrischen Anordnung von Mantelrohr und Mischrohr eine kreisringförmige Gestalt mit einer geschlossenen Ringfläche auf. Außenumfangsseitig ist es form- bzw. materialschlüssig mit dem Mantelrohr verbunden. Innenumfangsseitig mit dem Mischrohr. Damit kann auch in dieser Ausführungsform in die Mischkammer geführtes Abgas ausschließlich über das herausgeführte Mischrohrende einer strömungsmäßig nachgeschalteten Komponente wie beispielsweise einem SCR-Katalysator zugeführt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchmesser des Mantelrohrs annähernd gleich dessen Länge und/oder annähernd gleich der größten Mischkammertiefe. Mit dieser Dimensionierung ist eine weitere Verbesserung der Strömungsverhältnisse bei gleichzeitig kompakter Bauform des Reduktionsmittelaufbereitungssystems ermöglicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein sich in Richtung des offenen Mischrohrendes kegelförmig öffnendes Trichterelement mit einer zur Mittellängsachse wenigstens annähernd kollinearen Kegelachse und einer perforierten Kegelmantelfläche vorgesehen, in welches die Dosiervorrichtung das Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig einsprühen kann. Das Trichterelement nimmt den kegelförmigen Sprühstrahl des von der Dosiervorrichtung abgesprühten Reduktionsmittels wenigstens annähernd vollständig auf. Dabei ermöglicht die Perforierung der Kegelmantelfläche einen etwa radial gerichteten Abgaszutritt ins Innere des Trichterelements. Ein Abgaszutritt in das Trichterelement ist jedoch auch in axialer Richtung durch eine kreiszylindrische Öffnung am spitzen Ende des Trichterelements ermöglicht, durch welche der Sprühstrahl in das Innere des
Trichterelements gelangt. Dadurch kann abgesprühtes Reduktionsmittel in Absprührichtung bzw. in Achsrichtung vom Abgas in Richtung des offenen Mischrohrendes von der Abgasströmung erfasst und mitgenommen werden. Vorzugsweise ist durch
konstruktive Auslegung dafür gesorgt, dass die Abgasströmungsgeschwindigkeit im Bereich des Trichterelements mehr als doppelt so groß ist als an der Eintrittsstelle in die Mischkammer. Vorzugsweise ist sie auch deutlich größer als die ursprüngliche
Geschwindigkeit der abgesprühten Reduktionsmitteltröpfchen. Damit ist ein effektives Mitreißen der Tröpfchen und deren zerkleinernder Aufteilung zu einem feinen Spray ermöglicht. Das weitere offene Ende des Trichterelements reicht in Achsrichtung gesehen bis auf einige Millimeter an das offene Mischrohrende heran. Der Durchmesser der größeren Trichterelementöffnung beträgt vorzugsweise etwa die Hälfte des Mischrohrdurchmessers. Dadurch ist gewährleistet, dass abgesprühtes Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig in das Mischrohr eingesprüht werden kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein das Trichterelement aufnehmendes Hüllrohr mit großflächig perforierter Mantelfläche vorgesehen. Das Hüllrohr kann kreiszylindrisch oder konisch, bzw. stumpfkeglig ausgeführt sein. Im Falle einer stumpfkegligen Ausführung weist vorzugsweise die Kegelöffnung in Richtung der Dosiervorrichtung. Durch das Hüllrohr ist eine mechanische Halterung des Trichterelements ermöglicht. Hierzu schließt das Hüllrohr an einem Ende etwa mit der größeren Öffnung des
Trichterelements ab und ist randseitig kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit diesem verbunden. Das andere Ende des Hüllrohrs ist vorzugsweise mit einem Bodenteil der Mischkammer oder mit einer die Dosiervorrichtung tragenden Konsole randseitig kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Mit dieser Ausführungsform ist eine hohe mechanische Stabilität gewährleistet. Die Lochfläche der Perforation des Hüllrohrs macht vorzugsweise etwa 70 % bis 80 % der gesamten Mantelhüllfläche aus. Dadurch ist eine Behinderung der Abgasströmung weitestgehend vermieden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben, wobei sich entsprechende Bauteile in den Figuren durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale sind dabei nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems,
Fig. 2 eine zweite Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems nach Fig. 1 und Fig. 2,
Fig. 4 eine perspektivische Schrägansicht des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems, und
Fig. 5 eine weitere perspektivische Schrägansicht des halb aufgeschnitten dargestellten erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystems.
Zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Reduktionsmittelaufbereitungssystems wird zunächst Bezug auf die Figuren 1 bis 4 genommen. Dabei zeigt Fig. 1 zeigt das Reduktionsmittelaufbereitungssystems 1 in einer Draufsicht in Richtung einer Mittellängs- oder Rotationsachse 2. In Fig. 2 ist eine senkrecht hierzu gesehene Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie B - B gezeigt. Fig. 3 zeigt das Reduktionsmittelaufbereitungssystems 1 in einer Explosionsdarstellung. Fig. 4 stellt das Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 in einer perspektivischen
Schrägansicht dar. Die Darstellungen sind wenigstens annähernd maßstabsgetreu.
Das Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 weist eine Mischkammer 4 mit einem daran angesetzten Rohrstutzen 3 zur Zufuhr von Abgas in die Mischkammer 4 und ein aus der Mischkammer 4 herausführendes, kreiszylindrisches Mischrohr 7 auf. Der Rohrstutzen 3 ist dabei so an der Mischkammer 4 angesetzt, dass Abgas wenigstens annähernd tangential in die Mischkammer 4 strömen kann. Die Mischkammer 4 weist eine größte Tiefe T auf, welche etwa halb so groß ist wie ein Durchmesser D der Mischkammer 4. Zusammen mit dem angesetzten Rohrstutzen 3 ergibt sich dadurch in der Draufsicht eine Form ähnlich eines Schnecken- oder Turbinengehäuses, wie insbesondere aus Fig. 1 und Fig. 4 ersichtlich ist.
Die Mischkammer 4 ist vorliegend aus zwei miteinander zusammengefügten Mischkammer-Halbschalen 8, 9 aufgebaut. Die Mischkammer-Halbschalen 8, 9 sind dabei, abgesehen von einer jeweiligen Aussparung an einer Ansetzstelle des Rohrstutzens 3, kreisrund und topfförmig ausgebildet. Somit ergibt sich ein, wiederum abgesehen vom Rohrstutzen 3, rotationssymmetrischer Aufbau des Reduktionsmittelaufbereitungssystems 1 in Bezug auf die Mittellängsachse 2 des Mischrohrs 7.
Ein Boden der ersten Mischkammer-Halbschale 8 weist eine vorliegend rund ausgeführte zentrale Vertiefung auf, die der Aufnahme einer in den Figuren 1 bis 4 nicht dargestellten Dosiervorrichtung dient, welche ein Reduktionsmittel, insbesondere Harnstofflösung oder eine andere, Ammoniak in freier oder gebundener Form enthaltende Flüssigkeit, etwa in Richtung der Mittellängsachse 2 in die Mischkammer 4 bzw. in das Mischrohr 7 absprühen kann, worauf weiter unten näher eingegangen wird. Ein im Wesentlichen ebener Boden der zweiten Mischkammer-Halbschale 9 weist eine kreisrunde zentrale Öffnung auf, an welcher umfangsseitig bündig ein kreiszylindrisches Mantelrohr 5 mit geschlossener Mantelfläche angesetzt ist. Das Mantelrohr 5 weist einen größeren Durchmesser als das Mischrohr 7 auf und ist koaxial zu letzterem angeordnet, wobei das Mischrohr 7 eine endseitiges, etwa kreisringförmiges Bodenteil 11 des Mantelrohrs 5 durchstößt.
Das Mischrohr 7 ist mechanisch lagestabilisiert einerseits durch umfangsseitige
Verbindung mit dem Bodenteil 11 am Durchstoß durch dieses und andererseits durch ein ringförmig ausgebildetes Halteelement 13 mit radial verlaufenden Speichen. Dabei ist das Halteelement 13 wie dargestellt vorzugsweise an dem dem Bodenteil 11 gegenüber liegenden offenen Ende des Mantelrohrs 7 angeordnet und stützt das Mischrohr 7 ringsum gegen das Mantelrohr 7 ab. Somit ergibt sich um das Mischrohr 7 herum ein kreisringzylindrischer Hohlraum, welcher fluidtechnisch mit dem Innenraum der Mischkammer 4 verbunden ist. Der Mischkammer 4 zugeführtes Abgas gelangt in diesen, das Mischrohr 7 umgebenden Hohlraum und kann das Mischrohr 7 erwärmen. Dadurch wird die Gefahr einer Reduktionsmittelkondensation auf der Mischrohrinnenwand drastisch vermindert.
Das Mischrohr 7 ragt wie dargestellt in die Mischkammer 4, so dass ein offenes Ende 10 in Richtung der Mittellängsachse 2 gesehen etwa in der Mitte der Mischkammer 4 angeordnet ist. Im Bereich des Mischrohrendes 10 weist das Mischrohr 7 eine trichterförmige Aufweitung 6 um etwa 40 % bis 50 % auf. Dabei ist Aufweitung 6 des Mischrohrendes vorliegend mit einer Perforation versehen. Ansonsten weist das Mischrohr 7 eine geschlossene Mantelfläche auf. In die Mischkammer 4 tangential einströmendem Abgas wird aufgrund der runden Mischkammerform eine Rotation um die Mittellängsachse 2 herum aufgeprägt, wobei das in die Mischammer 4 ragende Mischrohrendstück ebenfalls von Abgas umspült wird und dabei Wärme vom Abgas auf das Mischrohr 7 übertragen werden kann. In radialer Richtung gesehen nimmt die Geschwindigkeit der rotatorischen Abgasströmung in der Mischkammer 4 von innen nach außen zu. Die trichterförmige Aufweitung 6 des Mischrohrendes wirkt dabei stabilisierend in Bezug auf eine Gleichverteilung der Abgas-Rotationsgeschwindigkeit über die Mischkammertiefe T. Da in die Mischkammer 4 eintretendes Abgas das Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 nur über das Mischrohr 7 verlassen kann und nur über das Mischrohrende 10 in das Mischrohr 7 eintreten kann, wird Abgas in das Mischrohr 7 gezwungen, wobei allerdings eine
Rotationsbewegung des Abgases erhalten bleibt und sich im Mischrohr 7 fortsetzt. Nachfolgend wird unter zusätzlichem Bezug auf Fig. 5 näher auf das Einbringen des Reduktionsmittels bzw. der Harnstofflösung in die Mischkammer 4 eingegangen. Dabei zeigt Fig. 5 das Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 mit aufgeschnittener erster Mischkammer-Halbschale 4 sowie in den Vordergrund gezogenen innenliegenden Bauteilen sowie montierter Dosiervorrichtung 17.
Die in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeichnete Dosiervorrichtung ist über einen vorzugsweise als Feingussbauteil ausgebildeten Flansch 15 mit der Mischkammer 4 bzw. mit der ersten Mischkammer-Halbschale 8 unter Zwischenschaltung einer als Kühlblech 16 ausgebildeten Konsole verbunden bzw. verschraubt. Das Kühlblech ist in Bezug auf seine Oberfläche größtenteils in Kontakt mit Umgebungsluft und kann daher von der Mischkammer aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeben und somit die Dosiervorrichtung 17 vor Überhitzung schützen. Zur Befestigung der Dosiervorrichtung 17 ist der mit entsprechenden Schraublöchern versehene runde Flansch 15 ringsum formschlüssig bzw. materialschlüssig mit einer Randkontur einer in der Vertiefung der ersten Mischkammer-Halbschale 8 vorgesehenen und zentrisch angeordneten Öffnung verbunden. Die Anordnung ist vorzugsweise so ausgeführt, dass eine Düsenspitze der Dosiervorrichtung 17 mit ihrer Düsenöffnung im Bereich der Öffnung der ersten Mischkammer-Halbschale 8 wenigstens annähernd auf der Mittellängsachse 2 angeordnet ist. Die Dosiervorrichtung 17 kann die vorzugsweise als Reduktionsmittel eingesetzte
Harnstoff lösung mit einem sich in Richtung des offenen Mischrohrendes 10 öffnenden kegelförmigen Sprühstrahl 18 so absprühen, dass abgesprühtes Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig in das offenen Mischrohrende 10 eintritt, wo es von der rotierenden Abgasströmung erfasst und durch das Mischrohr 7 zunächst aus dem
Innenbereich der Mischkammer 4 ausgetragen und dann weiter aus dem Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 in Richtung eines nicht dargestellten, insbesondere als SCR- Katalysators ausgebildeten Katalysators transportiert wird. Dabei erfolgen einerseits noch im Mischrohr 7 eine gleichmäßige Verteilung des abgesprühten Reduktionsmittels und andererseits eine Verdampfung und bei Einsatz von Harnstofflösung eine Freisetzung von Ammoniak. Die Reduktionsmittelaufbereitung ist insbesondere infolge einer im Mischrohr 7 weiterhin bestehenden Abgasrotationsströmung besonders effizient.
Zur weiteren Verbesserung der Sprühstrahlformung und der Verteilung von abgesprühtem Reduktionsmittel und ferner für eine Zentrierung der Abgas-Rotationsströmung bezüglich der Mittellängsachse 2 ist ein sich in Richtung des offenen Mischrohrendes 10 öffnendes und an den Enden jeweils offenes kegelförmiges Trichterelement 12 vorgesehen, in welches der Sprühstrahl 18 hineingesprüht wird. Dabei ist das offene weite Ende des Trichterelements 12 in Richtung der Mittellängsachse 2 gesehen etwa in der Mitte der Mischkammer 4 angeordnet. Vorliegend ragt es etwa 5 mm bis 15 mm in die perforierte Aufweitung 6 des Mischrohrendes hinein. Das offene weite Ende des Trichterelements 12 kann jedoch auch mit einem geringen Abstand von 5 mm bis 15 mm vom Mischrohrende 10 angeordnet sein. Das spitze Ende des Trichterelements 12 ist in unmittelbarer Nähe der Düsenspitze der Dosiervorrichtung 17 angeordnet. Das Trichterelement 22 weist eine kleinperforierte Kegelmantelfläche mit einer Vielzahl von Löchern auf, durch welche Abgas ins Innere des Trichterelements 12 annähernd radial eintreten kann. Dadurch wird abgesprühtes Reduktionsmittel in Richtung des Mischrohrs 7 beschleunigt. Eine zusätzliche Beschleunigung abgesprühten Reduktionsmittels ist durch einen Abgaseintritt in die am spitzen Ende des Trichterelements 12 angeordnete Öffnung ermöglicht. Der Öffnungswinkel des Trichterelements 12 entspricht wenigstens annähernd dem Öffnungswinkel des Sprühstrahls 18, so dass der Sprühstrahl 18 vom Mantel des Trichterelements 12 umschlossen wird. Das Trichterelement 12 wird von einem vorliegend kreiszylindrisch ausgeführten Hüllrohr 14 gehalten, welches mit einem Ende mit dem weiten Ende des Trichterelements 12 bündig abschließt und dort umfangs- seitig mit dem Trichterelement 12 formschlüssig bzw. materialschlüssig verbunden ist. An seinem anderen Ende ist das Hüllrohr 14 mit dem Flansch 15 verbunden. Das Hüllrohr 14 ist großflächig perforiert ausgeführt, um einen weitestgehend ungehinderten Abgaseintritt zu gewährleisten. Der offene Anteil der Mantelfläche des Hüllrohrs 14 beträgt dabei bevorzugt mehr als 70 %, der des Trichterelements bevorzugt mehr als 50%. Hüllrohr 14 und Trichterelement 12 sind rotationssymmetrisch in Bezug auf die Mittellängsachse 2 angeordnet.
Sehr vorteilhafte Strömungsverhältnisse und besonders geringe Druckverluste sind beim Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 mit folgenden Abmessungen erzielbar. Einerseits wird der Mischkammerdurchmesser D so gewählt, dass er einem Zwei- bis Dreifachen des Durchmessers des geradzylindrigen Mischrohrabschnitts entspricht. Der Durchmesser des geradzylindrigen Mischrohrabschnitts entspricht andererseits annähernd dem der bevorzugt rund ausgeführten Öffnung des Rohrstutzens 3. Der Durchmesser des Mantelrohrs 5 wird wiederum bevorzugt so gewählt, dass er etwa einem 1 ,4- bis 1 ,8- fachem, insbesondere etwa einem 1 ,6-fachem des Durchmessers des geradzylindrigen Mischrohrabschnitts entspricht. Weiterhin ist es zur Erzielung niedriger Druckverluste bevorzugt, wenn eine gedachte Rotationskörperfläche, definiert durch einen sich zwischen dem umlaufenden Rand des offenen Ende des Trichterelements 12 mit kürzestem Abstand zur Innenseite der Aufweitung des Mischrohrendes 6 erstreckenden Ring, wenigstens 10 % größer als die Eintrittsfläche des Rohrstutzens 3 ist. Für einen möglichst staudruckarmen Übergang des Abgases aus dem Freiraum der Mischkammer 4 in das Mischrohr 7 ist es bevorzugt, wenn eine gedachte Rotationskörperfläche, definiert durch einen sich zwischen dem umlaufenden Rand des Mischrohrendes 10 mit kürzestem Abstand zur ersten Mischkammerhalbschale erstreckenden Ring, wenigstens 50 % größer, insbesondere wenigstens 80 % größer als die Eintrittsfläche des
Rohrstutzens 3 ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Reduktionsmittelaufbereitungssystem 1 verkleinern sich in Form eines feinen Sprays von der Dosiervorrichtung 17 abgesprühte Reduktionsmitteltröpfchen bereits unmittelbar nach dem Absprühen innerhalb des Trichterelements 12 aufgrund einer innigen Vermischung mit Abgas. Dies ist insbesondere durch die in der Mischkammer erzeugte Rotationsbewegung des Abgases bewirkt, welche auch innerhalb des Trichterelements 12 anzutreffen ist. Auf dem weiteren Transport erfolgt in der weiterhin rotierenden Abgasströmung im Mischrohr 7 eine weiter fortschreitende
Vermischung mit Abgas und eine Verdampfung und Auflösung der Tröpfchen. Bei Verlassen des Reduktionsmittelaufbereitungssystems 1 liegt daher eine optimal aufbereitete Abgas-Reduktionsmittelmischung vor. Ursprünglich vorhandener Harnstoff ist zumindest weitgehend zersetzt und daher eine Stickoxidreduktion im nachfolgenden Katalysator mit hohen Umsatzgraden ermöglicht.
Bezugszeichenliste
1 Reduktionsmittelaufbereitungssystem
2 Mittellängsachse
3 Rohrstutzen
4 Mischkammer
5 Mantelrohr
6 Aufweitung Mischrohrende
7 Mischrohr
8 Erste Mischkammer-Halbschale
9 Zweite Mischkammer-Halbschale
10 Mischrohrende
11 Bodenteil
12 Trichterelement
13 Halteelement
14 Hüllrohr
15 Flansch
16 Kühlblech
17 Dosiervorrichtung
18 Sprühstrahl
D Mischkammerdurchmesser
T Mischkammertiefe

Claims

Patentansprüche
1. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1 ) einer Abgasreinigungsanlage einer
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zur Aufbereitung von Abgas der
Brennkraftmaschine zugeführtem Reduktionsmittel, umfassend
eine Mischkammer (4), in welche das Reduktionsmittel mittels einer
Dosiervorrichtung (17) eingesprüht werden kann und in welcher eine Vermischung von eingesprühtem Reduktionsmittel mit der Mischkammer (4) zugeführtem Abgas erfolgt,
einen an die Mischkammer (4) angesetzten Rohrstutzen (3), über welchen Abgas der Mischkammer (4) zugeführt werden kann,
ein aus der Mischkammer (4) heraus führendes kreiszylindrisches Mischrohr (7), über welches der Mischkammer (4) zugeführtes und mit dem
Reduktionsmittel vermischtes Abgas aus der Mischkammer (4) ausgetragen wird,
wobei
die Mischkammer (4) eine annähernd rotationssymmetrische Form mit einer in Bezug auf eine Mittellängsachse (2) des Mischrohrs (7) kollinearen Rotationsachse und einen im Vergleich zu einer in Richtung der Mittellängsachse (2) gesehenen größten Mischkammertiefe (T) größeren Mischkammerdurchmesser (DJ aufweist,
der Rohrstutzen (3) wenigstens annähernd tangential derart an der
Mischkammer (4) angesetzt ist, dass Abgas nach dem Eintritt in die
Mischkammer (4) in der Mischkammer (4) eine um die Rotationsachse herum rotierende Strömung ausbildet und unter Beibehaltung einer rotierenden Strömung in das Mischrohr (7) eintritt und die Mischkammer vollständig durch das Mischrohr (7) verlässt, und
die Dosiervorrichtung (17) das Reduktionsmittel mit einem kegelförmigen Sprühstrahl (18) derart in die Mischkammer (4) einsprühen kann, dass es wenigstens annähernd vollständig in ein offenes Ende (10) des Mischrohrs (7) eintritt und von der rotierenden Strömung des Abgases mitgerissen wird.
2. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mischkammerdurchmesser (D) annähernd doppelt so groß wie die größte Mischkammertiefe (T) ist.
3. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mischkammerdurchmesser (D) einem Zweifachen bis Dreifachem des Mischrohrdurchmessers entspricht.
4. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnittsfläche des Mischrohrs (7) wenigstens annähernd einer kleinsten Querschnittsfläche des Rohrstutzens (3) entspricht.
5. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Mischrohr (7) bis annähernd zur Hälfte der Mischkammertiefe (T) in die Mischkammer (4) hineinragt.
6. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Mischrohr (7) an seinem in der Mischkammer (4) angeordneten Ende eine trichterförmige Aufweitung (6) aufweist
7. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein an die Mischkammer (4) angesetztes und mit dieser fluidtechnisch in Verbindung stehendes Mantelrohr (5) vorgesehen ist, welches konzentrisch zum Mischrohr (7) angeordnet ist und ein Bodenteil (11) aufweist, welches vom
Mischrohr (7) durchstoßen ist.
8. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser des Mantelrohrs (5) annähernd gleich dessen Länge und/oder annähernd gleich der größten Mischkammertiefe (T) ist.
9. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein sich in Richtung des offenen Mischrohrendes (10) kegelförmig öffnendes Trichterelement (12) mit einer zur Mittellängsachse (2) wenigstens annähernd kollinearen Kegelachse und einer perforierten Kegelmantelfläche vorgesehen ist, in welches die Dosiervorrichtung (17) das Reduktionsmittel wenigstens annähernd vollständig einsprühen kann.
10. Reduktionsmittelaufbereitungssystem (1) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein das Trichterelement (12) aufnehmendes Hüllrohr (14) mit großflächig perforierter Mantelfläche vorgesehen ist.
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