DE102012008556B4 - Apparatus and method for exhaust aftertreatment - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (1) zur Abgasnachbehandlung eines Abgasmassenstroms in einem Abgasstrang, wobei in dem Abgasstrang ein Injektor (9.1, 9.2) zum Zuführen von Reduktionsmittel in den Abgasmassenstrom angeordnet ist, und wobei ein zylinderförmiges Abgasstrangsegment (5) einen tangentialen Einlass (8) aufweist, wobei stromabwärts des tangentialen Einlasses (8) ein Mischer (11) zur Umkehrung der Drehrichtung des Abgasmassenstroms angeordnet ist, und stromaufwärts des Mischers (11) der Injektor (9.1; 9.2) in dem zylinderförmigen Abgasstrangsegment (5) auf der Mittelachse (6) des Mischers (11) oder stromaufwärts des Einlasses (8) in einem querschnittsverengten Bereich eines Abgasstrangsegments (4), welches stromaufwärts unmittelbar an den tangentialen Einlass (8) angrenzt, angeordnet ist wobei der Mischer (11) mindestens ein sich radial erstreckendes Leitelement (16) aufweist, wobei bezogen auf die Mittelachse (6) des Mischers (11) das Leitelement (16) in einen inneren Leitelementabschnitt (17) sowie einen äußeren Leitelementabschnitt (18) unterteilt ist, und wobei der innere Leitelementabschnitt (17) entgegen der Drehrichtung (P2) der Strömung geneigt ist, und wobei der äußere Leitelementabschnitt (18) in der Drehrichtung (P2) der Strömung geneigt ist.Device (1) for the exhaust aftertreatment of an exhaust gas mass flow in an exhaust line, wherein in the exhaust line, an injector (9.1, 9.2) for supplying reducing agent is disposed in the exhaust gas mass flow, and wherein a cylindrical exhaust line segment (5) has a tangential inlet (8) downstream of the tangential inlet (8) is disposed a mixer (11) for reversing the direction of rotation of the exhaust gas mass flow and upstream of the mixer (11) the injector (9.1; 9.2) in the cylindrical exhaust tract segment (5) on the central axis (6) of the mixer (11) or upstream of the inlet (8) in a cross-sectional narrowed region of an exhaust line segment (4) which is immediately upstream of the tangential inlet (8) disposed upstream, wherein the mixer (11) has at least one radially extending guide element (16) , wherein relative to the central axis (6) of the mixer (11), the guide element (16) in an inner guide element section (17) and an outer baffle portion (18), and wherein the inner baffle portion (17) is inclined against the direction of rotation (P2) of the flow, and wherein the outer baffle portion (18) is inclined in the direction of rotation (P2) of the flow ,
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung.The invention relates to an apparatus and a method for exhaust aftertreatment.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Die Offenlegungsschrift
Die Offenlegungsschrift
Die japanische Offenlegungsschrift
Schließlich beschreibt die Offenlegungsschrift
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlungseinrichtung bereitzustellen, welche eine verbesserte Vermischung des Abgasmassenstroms mit dem Reduktionsmittel gewährleistet.The invention has for its object to provide an apparatus and a method for exhaust aftertreatment device, which ensures an improved mixing of the exhaust gas mass flow with the reducing agent.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.The object is achieved by a device according to
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Erfindungsgemäß ist stromabwärts des tangentialen Einlasses ein Mischer zur Umkehrung der Drehrichtung des Abgasmassenstroms angeordnet. Weiterhin ist der Injektor stromaufwärts des Mischers angeordnet. Der Injektor ist in dem zylinderförmigen Abgasstrangsegment auf der Mittelachse des Mischers angeordnet. Das Reduktionsmittel wird hierdurch in dem gesamten zylinderförmigen Abgasstrangsegment zerstäubt. Bei dieser Anordnung ist die kurze Vermischungsstrecke vorteilhaft. Zudem wird der Mischer mit dem Reduktionsmittel benetzt, so dass auf der Oberfläche des Mischers das Reduktionsmittel verdampft. Alternativ ist der Injektor stromaufwärts des tangentialen Einlasses in einem querschnittsverengten Bereich eines Abgasstrangsegments, welches stromaufwärts unmittelbar an den tangentialen Einlass angrenzt, angeordnet. Mittels dieser Injektoranordnung wird eine längere Vermischungsstrecke erzielt, wodurch sich der Zeitraum zum Vermischen des Reduktionsmittels verlängert. Der Mischer weist mindestens ein radial erstreckendes Leitelement auf. Das Leitelement ist stromaufwärts bezogen auf die Mittelachse des Mischers in einen inneren und in einen äußeren Leitelementabschnitt unterteilt. Der innere Leitelementabschnitt ist entgegen der Drehrichtung des Abgasmassenstroms geneigt. Dagegen ist der äußere Leitelementabschnitt in der Drehrichtung geneigt. Aufgrund der jeweiligen Neigung wird der Abgasmassenstrom an einem äußeren Einströmen in den Mischer gehindert und an einem inneren Einströmen erleichtert.According to the invention, a mixer for reversing the direction of rotation of the exhaust gas mass flow is arranged downstream of the tangential inlet. Furthermore, the injector is arranged upstream of the mixer. The injector is disposed in the cylindrical exhaust tract segment on the central axis of the mixer. The reducing agent is thereby atomized in the entire cylindrical exhaust tract segment. With this arrangement, the short mixing distance is advantageous. In addition, the mixer is wetted with the reducing agent, so that evaporates on the surface of the mixer, the reducing agent. Alternatively, the injector is located upstream of the tangential inlet in a cross-sectional narrowed portion of an exhaust tract segment immediately upstream of the tangential inlet. By means of this injector arrangement, a longer mixing distance is achieved, whereby the period of time for mixing the reducing agent is prolonged. The mixer has at least one radially extending guide element. The guide element is divided into an inner and an outer guide element section upstream of the central axis of the mixer. The inner guide element section is inclined counter to the direction of rotation of the exhaust gas mass flow. In contrast, the outer guide element section is inclined in the direction of rotation. Due to the respective inclination of the exhaust gas mass flow is prevented from an external flow into the mixer and facilitates an internal inflow.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die radiale Länge des inneren Leitelementabschnitts ein Verhältnis von 2:1 zu der radialen Länge des äußeren Leitelementabschnitts auf.In an advantageous embodiment, the radial length of the inner guide element section a ratio of 2: 1 to the radial length of the outer baffle section.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist stromaufwärts des tangentialen Einlasses eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, wobei die Mittelachse der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung senkrecht zu der Mittelachse des Mischers steht.In a further advantageous embodiment, a first exhaust gas aftertreatment device is arranged upstream of the tangential inlet, wherein the center axis of the first exhaust gas aftertreatment device is perpendicular to the central axis of the mixer.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist stromabwärts des Mischers eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, wobei die Mittelachse der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung exzentrisch zu der Mittelachse des Mischers ist.In a further advantageous embodiment, a second exhaust gas aftertreatment device is arranged downstream of the mixer, wherein the center axis of the second exhaust gas aftertreatment device is eccentric to the central axis of the mixer.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schließt sich stromabwärts des Mischers unmittelbar ein querschnittserweiternder Bereich an.In a further advantageous embodiment, a cross-sectional widening region immediately adjoins the mixer downstream of the mixer.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem durch den tangentialen Einlass strömenden Abgasmassenstrom ein Drall um die Strömungsrichtung aufgeprägt, wodurch der Abgasmassenstrom stromabwärts des Einlasses um die Strömungsrichtung in einer ersten Drehrichtung rotiert. Daran anschließend wird der mit dem Reduktionsmittel versetzte Abgasmassenstrom dem Mischer zugeführt. In dem Mischer wird die erste Drehrichtung des Abgasmassenstroms in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung umgekehrt. Somit rotiert der Abgasmassenstrom stromabwärts des Mischers in der zweiten Drehrichtung. Weiterhin wird der Abgasmassenstrom bezogen auf die Mittelachse des Mischers von außen nach innen geleitet. Hierfür weist der Mischer mindestens ein radial erstreckendes Leitelement auf, wobei bezogen auf die Mittelachse des Mischers das Leitelement in einen inneren Leitelementabschnitt und in einen äußeren Leitelementabschnitt unterteilt ist. Der innere Leitelementabschnitt ist entgegen der ersten Drehrichtung geneigt und der äußere Leitelementabschnitt ist in der ersten Drehrichtung geneigt. Der Abgasmassenstrom wird an einem Einströmen in den Mischer im Bereich des äußeren Leitelementabschnitts gehindert und im Bereich des inneren Leitelementabschnitts erleichtert.In the method according to the invention, a swirl around the flow direction is impressed on the exhaust gas mass flow flowing through the tangential inlet, as a result of which the exhaust gas mass flow rotates downstream of the inlet about the flow direction in a first direction of rotation. Subsequently, the exhaust gas mass flow offset with the reducing agent is supplied to the mixer. In the mixer, the first direction of rotation of the exhaust gas mass flow is reversed in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation. Thus, the exhaust gas mass flow rotates downstream of the mixer in the second direction of rotation. Furthermore, the exhaust gas mass flow is conducted from outside to inside in relation to the central axis of the mixer. For this purpose, the mixer has at least one radially extending guide element, wherein, based on the central axis of the mixer, the guide element is subdivided into an inner guide element section and into an outer guide element section. The inner guide element section is inclined counter to the first direction of rotation and the outer guide element section is inclined in the first direction of rotation. The exhaust gas mass flow is prevented from flowing into the mixer in the region of the outer guide element section and facilitated in the region of the inner guide element section.
Es erfolgt eine 90°-Umlenkung und Verdrallung des Abgasmassenstromes auf engstem Bauraum im Vergleich zu einem beispielsweise aus der
Zeichnungendrawings
Es zeigen:Show it:
Die
Stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung
Stromabwärts des zweiten Abgasstrangsegments
Ein Injektor
An das dritte Abgasstrangsegment
Stromabwärts an das vierte Abgasstrangsegment
Ein sechstes Abgasstrangsegment
Die Mittelachse
Stromabwärts des Mischers
Der Abgasmassenstrom wird homogen über der Anströmfläche der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung
Die Vorrichtung
In den
Der innere Leitelementabschnitt
Der innere Leitelementabschnitt
Mittels des inneren Leitelementabschnitts
Diese Ungleichverteilung würde sich negativ auf die Konvertierungsrate der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung
Die äußeren Leitelementabschnitte
Stromabwärts des inneren Leitelementabschnitts
Durch die geometrische Ausbildung des Leitelements
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- erste Abgasnachbehandlungseinrichtungfirst exhaust aftertreatment device
- 33
- erstes Abgasstrangsegmentfirst exhaust gas segment
- 44
- zweites Abgasstrangsegmentsecond exhaust gas segment
- 55
- drittes Abgasstrangsegmentthird exhaust gas segment
- 66
- Mittelachsecentral axis
- 77
- Mittelachsecentral axis
- 88th
- Einlassinlet
- 9.19.1
- Injektorinjector
- 9.29.2
- Injektorinjector
- 1010
- viertes Abgasstrangsegmentfourth exhaust gas segment
- 1111
- Mischermixer
- 1212
- fünftes Abgasstrangsegmentfifth exhaust gas segment
- 1313
- sechstes Abgasstrangsegmentsixth exhaust gas segment
- 1414
- zweite Abgasnachbehandlungseinrichtungsecond exhaust aftertreatment device
- 1515
- Mittelachsecentral axis
- 1616
- Leitelementvane
- 1717
- innerer Leitelementabschnittinner guide element section
- 1818
- äußerer Leitelementabschnittouter guide element section
- L1L1
- Längelength
- L2L2
- Längelength
- P1P1
- Pfeilarrow
- P2P2
- Pfeilarrow
- P3P3
- Pfeilarrow
- αα
- Winkelangle
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