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EP2153037A1 - Vorrichtung und verfahren zur zudosierung von fluiden schadstoffreduzierenden medien in einen abgaskanal einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur zudosierung von fluiden schadstoffreduzierenden medien in einen abgaskanal einer brennkraftmaschine

Info

Publication number
EP2153037A1
EP2153037A1 EP08716453A EP08716453A EP2153037A1 EP 2153037 A1 EP2153037 A1 EP 2153037A1 EP 08716453 A EP08716453 A EP 08716453A EP 08716453 A EP08716453 A EP 08716453A EP 2153037 A1 EP2153037 A1 EP 2153037A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixer
exhaust gas
liquid
plane
leitflügelplatten
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08716453A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Peters
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP2153037A1 publication Critical patent/EP2153037A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0814—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with catalytic converters, e.g. NOx absorption/storage reduction catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/21—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media
    • B01F23/213—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids
    • B01F23/2132—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids using nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B01F25/3141—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit with additional mixing means other than injector mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the invention relates to a device for metering fluid, pollutant-reducing media into an exhaust passage of an exhaust system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, a method for metering fluid, pollutant-reducing media into an exhaust passage of an exhaust system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 12 and a static mixer according to the preamble of claim 13.
  • a similar structure is also known from DE 19741 199 C2, in which an injection of the reducing agent takes place within a pipe bend of the exhaust gas duct.
  • the upstream and downstream of the pipe bend is a static mixer, which is designed as an expanded metal mesh with a number of stitches formed by intermediate webs. With this static mixer equalization of the exhaust gas flow in the exhaust duct is to be achieved.
  • an apparatus and a method for metered addition of fluid, pollutant-reducing media such.
  • ammonia or urea in an exhaust passage of an exhaust system of an internal combustion engine and a static mixer to provide, by means of the effective or a fine distribution or atomization of the metered fluid, pollutant-reducing media in a simple and reliable manner is possible.
  • the baffle is formed by a static mixer having a plurality of baffles preferably projecting from the mixer plane at a predetermined angle and oriented so that the liquid metered in is substantially perpendicular to the plane of the plate the Leitblügelplatten impinges.
  • Spray nozzle sprayed liquid droplets can be atomized again in a simple and reliable manner for a finest distribution in the exhaust stream.
  • robust, insensitive spray nozzles can also be used for metering in the reducing agent be that have a nozzle head, which provides a larger droplet size and therefore does not add as easily, as would be the case with the, a micro atomizing enabling special nozzles with corresponding special nozzle heads would be the case.
  • the metered addition of liquid droplets is preferred in order to be able to carry out a first very fine distribution already within the scope of the metered addition via the metering device.
  • the Leiterielplatten the static mixer are aligned substantially the same, d. H. have substantially the same direction of extension, which can be ensured in a simple manner that the entrained or deflected by the exhaust gas liquid droplets can impinge perpendicular to a plate plane of a Leitulatelplatte the static mixer in each area of the static mixer to the desired atomization of the sprayed liquid droplets achieve.
  • the Leiterielplatten are all identical and / or inclined with an identical angle of inclination against the mixer plane.
  • a static mixer can be produced in a simple manner and supplies the same atomization conditions at each point of the static mixer.
  • the angle of inclination of the Leiterielplatte against the mixer plane in the range between 20 ° to 80 °, preferably between 40 ° and 60 °.
  • the Leiterielplatten are arranged according to a further preferred embodiment with respect to the mixer level in several Leitwügel-2n, wherein the individual Leiteriel 42n and / or the individual Leiterielplatten a Leitwügel #2 a predetermined, preferably the same distance from each other. This provides an overall very simple to produce and reliable static mixer with single-leaf wings available.
  • the mixer itself can according to a further preferred embodiment of the invention, a lying in the mixer plane supporting grid of rectangularly aligned grid striving, wherein the support grid has a plurality of juxtaposed and separated by the lattice struts, substantially rectangular, in particular square Gitteröffhungen.
  • the guide vanes themselves are connected on the opening side to a lattice strut region forming an opening side wall and protrude away from it in a single-winged or scale-like manner and / or in a blade-like manner in the predetermined direction.
  • the Leiterielplatte is formed by a substantially planar and / or rechteckfo ⁇ nige wing plate, whereby the vertical impact of the liquid droplets or the liquid jet can be achieved in a particularly simple manner.
  • slightly curved configurations of the individual baffles are possible, which in turn means an increased production cost.
  • the static mixer itself may be made of a metal and / or plastic material, wherein the Leiterielplatten on the support grid z. B. can be connected by welding or the like.
  • the mixer itself preferably has an annularly closed outer ring, in which the support grid is formed.
  • This outer ring is at least partially connected to a wall of the exhaust passage, preferably in a planar contact connection.
  • Such a system connection is produced for example by welding.
  • the metering device is arranged in or on the exhaust gas duct that the liquid metered by this metering device, in particular the liquid droplets sprayed by a metering device designed in the manner of a spray nozzle, are deflected by the exhaust gas flow in such a way that they are e.g. B. liquid droplets impinge perpendicular to the plate plane of the guide vanes.
  • the metering device is preferably arranged in the region of a pipe bend, preferably in or on the outer curvature wall region of this pipe bend of the exhaust gas duct, so that the liquid is injected or sprayed in the direction of the mixer plane of the static mixer and / or the liquid droplets have a ballistic, d. H. have convexly curved trajectory. This results in excellent sputtering results.
  • the metered addition of the liquid or the liquid droplets is controlled by a control and / or regulating device.
  • the metering device is so purposefully arranged in connection with the static mixer that the liquid jets or the liquid droplets, in particular by the deflection by means of the exhaust gas stream, such a ballistic trajectory is impressed that the liquid jets or liquid droplets in their "Sinkfiugphase" impinge perpendicular to the Leithofflplatten, whereby a particularly effective nebulization is possible.
  • a concrete structure in which the Leiterielplatten project in vehicle high axis direction upwardly from the mixer plane, since here then the Leiterielplatten in an optimal manner has a vertical impact surface for a natural trajectory having liquid jets or liquid droplets.
  • FIG. 1 schematically a device according to the invention for the metering of fluid, pollutant-reducing media in an exhaust passage of an exhaust line of an internal combustion engine of a motor vehicle
  • Fig. 2 is an enlarged plan view of the static mixer according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic side view of the static mixer of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a schematic side view of the static mixer of FIG. 2.
  • the exhaust gas duct 2 has a curved region as a pipe bend 4, in whose outer curvature wall region 5 a metering valve 6 is arranged, which is connected to a control device, not shown here, and further comprises a spray nozzle arrangement 7, by means of which a liquid Reducing agents, such as.
  • a liquid Reducing agents such as.
  • d. H. is injected as liquid droplets 8 in an exhaust gas stream 9 coming from the internal combustion engine.
  • the injected liquid droplets 8 are deflected by the exhaust stream 9 so that they have a ballistic trajectory and finally impinge substantially perpendicular to planar single-wing Leitblügelplatten 11 of a static mixer 12, whereby the liquid - keits droplets 8 are atomized very fine, as denoted by reference numeral 13.
  • This finely distributed in the exhaust stream 9 liquid mist then passes then into the SCR catalyst 3, where due to the uniform finest distribution of the reducing agent is an effective selective catalytic reduction.
  • the metered addition takes place here so that the spray jet points essentially in the direction of static mixer 12.
  • the injected liquid therefore impinges perpendicularly on the projected surface of the static mixer 12, which is formed by the guide vane plates 11, due to the deflection by the exhaust gas stream 9.
  • This static mixer 12 is shown in detail in FIGS. 2 and 3 in a plan view (FIG. 2) and in a side view (FIG. 3).
  • this static mixer 12 has an annularly closed outer ring 14, in this case with an annular contour which is adapted to the geometry of the exhaust gas duct 2.
  • This outer ring 14 is preferably welded to the exhaust duct 2 so that this outer ring 14 with its outer side in a surface-surrounding system connection to the exhaust duct 2, d. H. on the inner peripheral surface of the exhaust passage 2 rests flat.
  • a support grid 15 of rectangularly aligned grid struts 16, 17 is added, which form substantially square lattice openings 18.
  • the lattice openings 18, which adjoin the outer ring 14, are no longer formed with a square lattice opening geometry, since the outer ring 14 here has a circular-ring-shaped contour and accordingly interrupts or cuts the square shape.
  • the individual Leiterielplatten 11, which are each formed here single-leaf, by a substantially planar, rectangular wing plate are connected in the region of a formed by the lattice struts 16, 17 ⁇ frhungsurbanwand the Gitteröffhungen 18 and protrude from there in a predetermined direction inclined away.
  • the angle of inclination here is between 20 ° to 80 °, most preferably between 40 ° to 60 °, relative to the mixer plane.
  • the guide vane plates 11 of the static mixer 12 are all aligned the same, ie they all have an identical one Extension direction, and preferably, as can be seen in the schematic Fig. 1, inclined in the vehicle vertical axis direction upwards.
  • the Leitblügelplatten 11 are all identical and inclined with an identical angle of inclination against the mixer plane, the Leiterielplatten 11, as can be seen in particular in FIG. 2, are arranged in several Leiteriel Listen, in such a way that the individual Leitfiügel Horgoocus each Leitwügel plinge boss have an equal distance from each other.
  • the Leiterielplatten 11 cover in the projected plan view of FIG. 2 does not cover the entire Gitteröffhungs Scheme of the individual Gitteröffhungen 18, but taper from the connection point on the lattice struts, starting from the free end.
  • an excellent atomization of the injected liquid as a reducing agent is achieved.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zudosierung von fluiden schadstoffreduzierenden Medien in einem Abgaskanal eines Abgasstrangs einer Brennkraft maschine, mit wenigstens einer im oder am Abgaskanal angeordneten Dosiereinrichtung, der in Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor einer Katalysatoranordnung ein Prallkörper dergestalt nachgeschaltet ist, dass die mittels der Dosiereinrichtung zudosierte Flüssigkeit zu deren Verteilung auf den Prallkörper aufprallt. Erfindungsgemäß ist der Prallkörper durch einen statischen Mischer (12) gebildet, der eine Mehrzahl von, von der Mischerebene unter einem vorgegebenen Winkel wegragenden, bevorzugt einflügeligen Leitflügelplatten (11) aufweist, die so ausgerichtet sind, dass die zudosierte Flüssigkeit, insbesondere Flüssigkeitströpfchen im wesentlichen senkrecht auf die Plattenebene der Leitflügelplatten (11) auftrifft.

Description

„Vorrichtung und Verfahren zur Zudosierung von fluiden schadstoffreduzierenden Medien in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zudosierung von fluiden, schadstoffreduzieren- den Medien in einen Abgaskanal eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Zudosierung von fluiden, schadstoffreduzierenden Medien in einen Abgaskanal eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12 sowie einen statischen Mischer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Aus der gattungsbildenden DE 10 2004 048 075 Al ist bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zudosierung von fluiden, schadstoffreduzierenden Medien in einen Abgaskanal eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der mittels einer im Abgaskanal angeordneten Dosiereinrichtung die Flüssigkeit in Form von einem oder mehreren schnur- föπnigen Flüssigkeitsstrahlen eingespritzt wird, wobei diese Strahlen auf eine Prallplatte oder einen Prallkörper gerichtet sein sollen, um eine entsprechende Flüssigkeitsverteilung zu erzielen. Weitere Ausführungen hierzu sind nicht gemacht. Alternativ dazu ist vorgesehen, die Flüssigkeit mittels einer Sprühdüse einzudüsen, wobei eine sogenannte Einspritzstelle im Krümmungsbereich eines Abgaskanals angeordnet ist. Bei dieser Variante ist keine Prallplatte oder ein Prallkörper vorgesehen.
Ein ähnlicher Aufbau ist auch aus der DE 19741 199 C2 bekannt, bei der eine Eindüsung des Reduktionsmittels innerhalb eines Rohrbogens des Abgaskanals erfolgt. Dem Rohrbogen vor- und nachgeschaltet ist jeweils ein statischer Mischer, der als Streckgitter mit einer Anzahl von durch Zwischenstege gebildeten Maschen ausgebildet ist. Mit diesem statischen Mischer soll eine Vergleichmäßigung der Abgasströmung im Abgaskanal erzielt werden.
Weiter ist aus der US 6,905,658 B2 ein Aufbau bekannt, bei dem der Abgaskanal vor dem Einlass zum eigentlichen Katalysator in eine Vielzahl von einzelnen Strömungskanälen auf- geteilt wird, wobei jedem dieser Strömungskanäle eine eigene Zudosiereinrichtung für das Reduktionsmittel zugeordnet ist.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zudosierung von fluiden, schadstoffreduzierenden Medien, wie z. B. Ammoniak oder Harnstoff, in einen Abgaskanal eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine sowie einen statischen Mischer zur Verfügung zu stellen, mittels der bzw. dem auf effektive Weise eine Feinstverteilung bzw. Zerstäubung der zuzudosierenden fluiden, schadstoffreduzierenden Medien auf einfache und funktionssichere Weise möglich wird.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und bezüglich des statischen Mischers mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Prallkörper durch einen statischen Mischer gebildet, der eine Mehrzahl von, von der Mischerebene unter einem vorgegebenen Winkel wegragenden, bevorzugt einflügeligen Leitflügelplatten aufweist, die so ausgerichtet sind, dass die zudosierte Flüssigkeit im wesentlichen senkrecht auf die Plattenebene der Leitflügelplatten auftrifft.
Mit einer derartigen Ausbildung eines statischen Mischers wird eine besonders effektive Feinstverteilung der zudosierten Flüssigkeit, die z. B. Harnstoff oder Ammoniak sein kann, erzielt, da das senkrechte Auftreffen der Flüssigkeit, bevorzugt von Flüssigkeitströpfchen, zu der gewünschten Feinzerstäubung der Flüssigkeit fuhrt. Durch diese effektive Feinzerstäubung der z. B. mittels einer Sprühdüse eingedüsten Flüssigkeitströpfchen wird in Verbindung mit der Vielzahl der Leitflügelplatten eine besonders gleichmäßige Verteilung des zudosierten Reduktionsmittels im Abgasstrom möglich, was dann wieder anschließend eine besonders effektive Reduktion der Schadstoffe im Katalysator ermöglicht, insbesondere im Rahmen der sogenannten selektiven katalytischen Reduktion (SCR), bei der die NOx-Umwand- lung in magerer Atmosphäre über speziell ausgeführte Katalysatoren erfolgt. D. h., dass in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung die ohnehin bereits mittels einer z. B. Sprühdüse eingedüsten Flüssigkeitströpfchen nochmals auf einfache und funktionssichere Weise für eine Feinstverteilung im Abgasstrom zerstäubt werden können. Dadurch können zur Zudosierung des Reduktionsmittels auch robuste, unempfindliche Sprühdüsen verwendet werden, die einen Düsenkopf aufweisen, der eine größere Tröpfchengröße zur Verfügung stellt und sich daher auch nicht so leicht zusetzt, wie dies bei dem, eine Feinstzerstäubung ermöglichenden Spezialdüsen mit entsprechenden Spezialdüsenköpfen der Fall wäre.
Grundsätzlich bevorzugt ist die Zudosierung von Flüssigkeitströpfchen, um bereits im Rahmen der Zudosierung über die Zudosierungseinrichtung eine erste Feinstverteilung vornehmen zu können. Es besteht jedoch grundsätzlich auch die Möglichkeit, die Flüssigkeit nicht tropfenweise zuzudosieren, sondern in der Form eines oder mehrerer Flüssigkeitsstrahlen, der bzw. die dann beim senkrechten Auftreffen auf die Plattenebenen der Leitflügelplatten ebenfalls zerstäubt werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass die Leitflügelplatten des statischen Mischers im wesentlichen gleich ausgerichtet sind, d. h. im wesentlichen eine gleiche Erstreckungsrichtung aufweisen, wodurch auf einfache Weise sichergestellt werden kann, dass die vom Abgasstrom mitgerissenen bzw. abgelenkten Flüssigkeitströpfchen in jedem Bereich des statischen Mischers senkrecht auf eine Plattenebene einer Leitflügelplatte des statischen Mischers auftreffen können, um die gewünschte Zerstäubung der eingesprühten Flüssigkeitströpfchen zu erzielen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leitflügelplatten allesamt identisch ausgebildet sind und/oder mit einem identischen Neigungswinkel gegen die Mischerebene geneigt sind. Ein derartiger statischer Mischer ist auf einfache Weise herstellbar und liefert an jeder Stelle des statischen Mischers dieselben Zerstäubungsbedingungen. Bevorzugt liegt der Neigungswinkel der Leitflügelplatte gegen die Mischerebene im Bereich zwischen 20° bis 80°, bevorzugt zwischen 40° und 60°.
Die Leitflügelplatten sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bezogen auf die Mischerebene in mehreren Leitflügelreihen angeordnet, wobei die einzelnen Leitflügelreihen und/oder die einzelnen Leitflügelplatten einer Leitflügelreihe einen vorgegebenen, bevorzugt gleichen Abstand voneinander aufweisen. Damit wird ein insgesamt sehr einfach herzustellender und funktionssicherer statischer Mischer mit einflügeligen Flügeln zur Verfügung gestellt.
Der Mischer selbst kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein in der Mischerebene liegendes Traggitter aus rechtwinklig zueinander ausgerichteten Gitter- streben aufweisen, wobei das Traggitter eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden und durch die Gitterstreben voneinander getrennten, im wesentlichen rechteckförmigen, insbesondere quadratischen Gitteröffhungen aufweist. Die Leitflügel selbst sind öffhungsseitig an einem eine Öffhungsseitenwand ausbildenden Gitterstrebenbereich angebunden und ragen davon einflügelig bzw. schuppenartig und/oder schaufelartig in die vorgegebene Richtung geneigt weg. Insbesondere ist hier die Leitflügelplatte durch eine im wesentlichen ebene und/oder rechteckfoπnige Flügelplatte gebildet, wodurch das senkrechte Auftreffen der Flüssigkeitströpfchen bzw. des Flüssigkeitsstrahls auf besonders einfache Weise erzielt werden kann. Grundsätzlich sind jedoch auch leicht gewölbte Ausgestaltungen der einzelnen Leit- flügelplatten möglich, was jedoch wiederum einen erhöhten Herstellungsaufwand bedeutet. Der statische Mischer selbst kann aus einem Metall- und/oder Kunststoffmaterial hergestellt sein, wobei die Leitflügelplatten an dem Traggitter z. B. durch Verschweißen oder dergleichen angebunden sein können.
Der Mischer selbst weist bevorzugt einen ringförmig geschlossenen Außenring auf, in dem das Traggitter ausgebildet ist. Dieser Außenring ist wenigstens bereichsweise mit einer Wand des Abgaskanals verbunden, vorzugsweise in einer flächigen Anlageverbindung. Eine derartige Anlageverbindung wird beispielsweise durch Schweißen hergestellt.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt ist die Dosiereinrichtung so im oder am Abgaskanal angeordnet, dass die von dieser Dosiereinrichtung zudosierte Flüssigkeit, insbesondere die von einer in der Art einer Sprühdüse ausgebildeten Dosiereinrichtung eingesprühten Flüssigkeitströpfchen vom Abgasstrom so abgelenkt werden, dass diese z. B. Flüssigkeitströpfchen senkrecht auf die Plattenebene der Leitflügel auftreffen. Hierzu wird bevorzugt die Dosiereinrichtung im Bereich eines Rohrbogens angeordnet, und zwar bevorzugt im oder am äußeren Krümmungswandbereich dieses Rohrbogens des Abgaskanals, so dass die Flüssigkeit in Richtung auf die Mischerebene des statischen Mischers zu eingespritzt bzw. eingesprüht wird und/oder die Flüssigkeitströpfchen eine ballistische, d. h. konvex gekrümmte Flugbahn aufweisen. Dadurch werden hervorragende Zerstäubungsergebnisse erzielt. Die Zudosierung der Flüssigkeit bzw. der Flüssigkeitströpfchen erfolgt hierbei gesteuert über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die Dosiereinrichtung so zielgerichtet in Verbindung mit dem statischen Mischer angeordnet, dass den Flüssigkeitsstrahlen bzw. den Flüssigkeitströpfchen, insbesondere durch die Ablenkung mittels des Abgasstroms, eine solche ballistische Flugbahn aufgeprägt wird, dass die Flüssigkeitsstrahlen bzw. Flüssigkeitströpfchen in ihrer „Sinkfiugphase" senkrecht auf die Leitflügelplatten auftreffen, wodurch eine besonders effektive Feinstzerstäubung ermöglicht wird.
Besonders bevorzugt ist ein konkreter Aufbau, bei dem die Leitflügelplatten in Fahrzeug- hochachsenrichtung gesehen nach oben von der Mischerebene wegragen, da hier dann die Leitflügelplatten in optimaler Weise eine senkrechte Aufprallfläche für die eine natürliche Flugbahn aufweisenden Flüssigkeitsstrahlen bzw. Flüssigkeitströpfchen aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zudosierung von fluiden, schadstoffreduzierenden Medien in einem Abgaskanal eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf den erfindungsgemäßen statischen Mischer, und
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des statischen Mischers der Fig. 2.
In der Fig. 1 ist schematisch ein Teilbereich einer Abgasanlage 1 einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrenπkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges gezeigt, die einen Abgaskanal 2 aufweist, der in einen SCR-Katalysator 3 mündet. Der Abgaskanal 2 weist im Bereich vor dem SCR-Katalysator einen gekrümmten Bereich als Rohrbogen 4 auf, in dessen äußerem Krümmungswandbereich 5 ein Dosierventil 6 angeordnet ist, das mit einem hier nicht gezeigten Steuergerät verbunden ist und ferner eine Sprühdüsenanordnung 7 aufweist, mittels der ein flüssiges Reduktionsmittel, wie z. B. Harnstoff oder Ammoniak, in Tröpfchenform, d. h. als Flüssigkeitströpfchen 8 in einen von der Brennkraftmaschine kommenden Abgasstrom 9 eingedüst wird.
Wie dies der schematischen Darstellung der Fig. 1 entnommen werden kann, werden die eingespritzten Flüssigkeitströpfchen 8 von dem Abgasstrom 9 so abgelenkt, dass diese eine ballistische Flugbahn aufweisen und schließlich im wesentlichen senkrecht auf ebene einflügelige Leitflügelplatten 11 eines statischen Mischers 12 auftreffen, wodurch die Flüssig- keitströpfchen 8 feinst zerstäubt werden, wie dies mit Bezugszeichen 13 bezeichnet ist. Dieser im Abgasstrom 9 feinst verteilte Flüssigkeitsnebel gelangt dann anschließend in den SCR-Katalysator 3, wo aufgrund der gleichmäßigen Feinstverteilung des Reduktionsmittels eine effektive selektive katalytische Reduktion erfolgt. Die Zudosierung erfolgt hier so, dass der Sprühstrahl im wesentlichen in Richtung statischer Mischer 12 zeigt.
Wie dies in der Fig. Ia ebenfalls schematisch dargestellt ist, trifft somit die eingespritzte Flüssigkeit aufgrund der Ablenkung durch den Abgasstrom 9 senkrecht auf die projizierte Fläche des statischen Mischers 12 auf, die durch die Leitflügelplatten 11 ausgebildet wird.
Dieser statische Mischer 12 ist in den Fig. 2 und 3 in einer Draufsicht (Fig. 2) und in einer Seitenansicht (Fig. 3) im Detail dargestellt. Wie dies den beiden Figuren entnommen werden kann, weist dieser statische Mischer 12 einen ringförmig geschlossenen Außenring 14 auf, hier mit einer Kreisringkontur, der entsprechend an die Geometrie des Abgaskanals 2 ange- passt ausgebildet ist. Dieser Außenring 14 ist mit dem Abgaskanal 2 bevorzugt so verschweißt, dass dieser Außenring 14 mit seiner Außenseite in einer flächig umlaufenden Anlageverbindung an dem Abgaskanal 2, d. h. an der Innenumfangsfläche des Abgaskanals 2 flächig anliegt.
In dem Außenring 14 ist ein Traggitter 15 aus rechtwinklig zueinander ausgerichteten Gitterstreben 16, 17 aufgenommen, die im wesentlichen quadratische Gitteröffhungen 18 ausbilden. Wie dies insbesondere der Fig. 2 entnommen werden kann, sind die Gitteröffhungen 18, die an den Außenring 14 angrenzen, nicht mehr mit einer quadratischen Gitteröffnungsgeometrie ausgebildet, da der Außenring 14 hier eine kreisringformige Kontur aufweist und dementsprechend die Quadratform unterbricht bzw. beschneidet.
Die einzelnen Leitflügelplatten 11, die hier jeweils einflügelig ausgebildet sind, und zwar durch eine im wesentlichen ebene, rechteckformige Flügelplatte, sind im Bereich einer durch die Gitterstreben 16, 17 ausgebildeten Öfrhungsseitenwand der Gitteröffhungen 18 angebunden und ragen von dort in eine vorgegebene Richtung geneigt weg. Der Neigungswinkel beträgt hier zwischen 20° bis 80°, höchst bevorzugt zwischen 40° bis 60°, bezogen auf die Mischerebene.
Wie dies den Fig. 2 und 3 ferner entnommen werden kann, sind die Leitflügelplatten 11 des statischen Mischers 12 allesamt gleich ausgerichtet, d. h. diese weisen allesamt eine gleiche Erstreckungsrichtung auf, und zwar bevorzugt, wie dies der schematischen Fig. 1 entnommen werden kann, in Fahrzeughochachsenrichtung nach oben geneigt. Die Leitflügelplatten 11 sind allesamt identisch ausgebildet und mit einem identischen Neigungswinkel gegen die Mischerebene geneigt, wobei die Leitflügelplatten 11, wie dies insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, in mehreren Leitflügelreihen angeordnet sind, und zwar so, dass die einzelnen Leitfiügelreihen und die Leitflügelplatten jeder Leitflügelreihe einen voneinander gleichen Abstand aufweisen.
Die Leitflügelplatten 11 decken dabei in der projizierten Draufsicht der Fig. 2 nicht den gesamten Gitteröffhungsbereich der einzelnen Gitteröffhungen 18 ab, sondern verjüngen sich vom Anbindungspunkt an dem Gitterstreben ausgehend zum freien Ende hin. Mit einer derartigen Ausbildung des statischen Mischers 12 wird eine hervorragende Feinstzerstäubung der eingespritzten Flüssigkeit als Reduktionsmittel erzielt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Zudosierung von fluiden, schadstoffreduzierenden Medien in einen Abgaskanal eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer im oder am Abgaskanal angeordneten Dosiereinrichtung, der in Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor einer Katalysatoranordnung ein Prallkörper dergestalt nachgeschaltet ist, dass die mittels der Dosiereinrichtung zudosierte Flüssigkeit zu deren Verteilung auf den Prallkörper aufprallt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Prallkörper durch einen statischen Mischer (12) gebildet ist, der eine Mehrzahl von, von der Mischerebene unter einem vorgegebenen Winkel wegragenden, bevorzugt einflügeligen Leitflügelplatten (11) aufweist, die so ausgerichtet sind, dass die zudosierte Flüssigkeit, insbesondere Flüssigkeitströpfchen, im wesentlichen senkrecht auf die Plattenebene der Leitflügelplatten (11) auftrifft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflügelplatten (11) des statischen Mischers (12) im wesentlichen gleich ausgerichtet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflügelplatten (11) allesamt identisch ausgebildet sind und/oder mit einem identischen Neigungswinkel gegen die Mischerebene geneigt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflügelplatten (11) bezogen auf die Mischerebene in mehreren Leitflügelreihen angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Leitflügelreihen und/oder die einzelnen Leitflügelplatten (11) einer Leitflügelreihe einen vorgegebenen, bevorzugt gleichen Abstand voneinander aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (12) ein in der Mischerebene liegendes Traggitter (15) aus rechtwinklig zueinander ausgerichteten Gitterstreben (16, 17) aufweist,
dass das Traggitter (15) eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden und durch die Gitterstreben (16, 17) voneinander getrennten, im wesentlichen rechteckfδrmigen, insbesondere quadratischen Gitteröffhungen (18) aufweist, und
dass die Leitflügelplatten (11) öffhungsseitig an einem eine Öffnungsseitenwand ausbildenden Gitterstrebenbereich angebunden sind und von dort einflügelig bzw. schuppenartig und/oder schaufelartig in die vorgegebene Richtung geneigt wegragen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitflügelplatte (11) zur Ausbildung einer einflügeligen, schuppenartigen Form durch eine im wesentlichen ebene und/oder rechteckformige Flügelplatte gebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (12) einen ringförmig geschlossenen Außenring (14) aufwiest, in dem das Traggitter (15) ausgebildet ist, und
dass der Außenring (14) wenigstens bereichsweise mit einer Wand des Abgaskanals (2) verbunden ist, vorzugsweise in einer flächigen Anlageverbindung, vorzugsweise durch Schweißen, verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (6, 7) in der Art einer Sprühdüse ausgebildet ist und in Verbindung mit dem statischen Mischer (12) so im oder am Abgaskanal (2) angeordnet ist, dass die von dieser Dosiereinrichtung (6, 7) zudosierte Flüssigkeit, insbesondere die eingesprühten Flüssigkeitströpfchen (8), vom Abgasstrom (9) so abgelenkt werden, dass diese senkrecht auf die Plattenebene der jeweiligen Leitflügelplatte (11) auftrifft.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung im Bereich eines Rohrbogens (4) bevorzugt im oder am äußeren Krümmungsbandbereich (5) eines Rohrbogens (4), des Abgaskanals (2) angeordnet ist, so dass die Flüssigkeit (8) in Richtung auf die Mischerebene des statischen Mischers zu eingespritzt bzw. eingesprüht wird und/oder die Flüssigkeit (8) eine ballistische Flugbahn aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflügelplatten (11) in Fahrzeughochachsenrichtung gesehen nach oben wegragen.
12. Verfahren zur Zudosierung von fluiden, schadstoffreduzierenden Medien in einen Abgaskanal eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
bei dem eine Flüssigkeit so in den Abgaskanal eingespritzt wird, dass diese dort zur Feinstverteilung auf einen Prallkörper auftrifft,
dadurch gekennzeichnet,
dass die in den Abgaskanal bevorzugt als Flüssigkeitströpfchen eingespritzte bzw. eingedüste Flüssigkeit vom Abgasstrom so abgelenkt wird, dass diese im wesentlichen senkrecht auf den Prallkörper, bevorzugt auf eine Mehrzahl von, von der Mischerebene unter einem vorgegebenen Winkel wegragenden, bevorzugt einflügeligen Leitflügelplatten (11) eines den Prallkörper bildenden statischen Mischers (12) auftrifft bzw. auftreffen.
13. Statischer Mischer für eine Abgasanlage eines brennkraftmaschinenbetriebenen Fahrzeuges, insbesondere für einen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,
mit einer Mehrzahl von um einen vorgegebenen Winkel gegen die Mischerebene geneigten Strömungsleitelementen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitelemente durch von der Mischerebene wegragende, einflügelige und im wesentlichen eine gleiche Erstreckungsrichtung aufweisende Leitflügelplatten (11) gebildet sind.
14. Mischer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflügelplatten (11) allesamt identisch ausgebildet sind und/oder mit einem identischen Neigungswinkel gegen die Mischerebene geneigt sind.
15. Mischer nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflügelplatten (11) bezogen auf die Mischerebene in mehreren Leitflügelreihen angeordnet sind.
16. Mischer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Leitflügelreihen und/oder die einzelnen Leitflügelplatten (11) einer Leitflügelreihe einen vorgegebenen, bevorzugt gleichen Abstand voneinander aufweisen.
17. Mischer nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitflügelplatte (11) zur Ausbildung einer einflügeligen, schuppenartigen Form durch eine im wesentlichen ebene und/oder rechteckförmige Flügelplatte gebildet ist.
18. Mischer nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (12) einen ringförmig geschlossenen Außenring (14) aufweist, in dem das Traggitter (15) ausgebildet ist, und
dass der Außenring (14) wenigstens bereichsweise mit einer Wand des Abgaskanals (2) verbunden ist, vorzugsweise in einer flächigen Anlageverbindung, vorzugsweise durch Schweißen, verbunden ist.
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