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WO2019029880A1 - Vorrichtung zur gemischaufbereitung, abgasnachbehandlungssystem - Google Patents

Vorrichtung zur gemischaufbereitung, abgasnachbehandlungssystem Download PDF

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WO2019029880A1
WO2019029880A1 PCT/EP2018/066105 EP2018066105W WO2019029880A1 WO 2019029880 A1 WO2019029880 A1 WO 2019029880A1 EP 2018066105 W EP2018066105 W EP 2018066105W WO 2019029880 A1 WO2019029880 A1 WO 2019029880A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mixing tube
exhaust gas
mixing
exhaust
vortex chamber
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2018/066105
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marco DE PELLEGRINI
Daqing JI
Christian Alt
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2019029880A1 publication Critical patent/WO2019029880A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
    • F01N3/206—Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
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    • F01N3/103—Oxidation catalysts for HC and CO only
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    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2892—Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for mixture preparation with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an exhaust aftertreatment system with a device for mixture preparation, in particular for the evaporation and mixing of a reducing agent with exhaust gas.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • NH3 ammonia
  • HWL urea-water solution
  • AI is an example of an exhaust aftertreatment system with an exhaust pipe and the exhaust pipe to ordered injector for an exhaust aftertreatment agent. Downstream of the injector means are provided which serve to mix the exhaust aftertreatment agent with the exhaust gas to achieve optimum mixture treatment upstream of a catalyst.
  • the device comprises for this purpose a mixing device with a plurality of wing-like air guide elements which are static and extend from radially outside to radially inside a mixing tube. About the air guide elements, the exhaust stream is set in a swirling motion, which promotes mixing with the exhaust aftertreatment agent in the mixing tube.
  • Known devices for mixture preparation in an exhaust aftertreatment system usually have a mixing tube with a length between 400 mm and 1000 mm.
  • the length of the mixing tube also increases the degree of mixing.
  • the available space is usually limited, so that no optimal mixing is achieved.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a device for mixture preparation for an exhaust aftertreatment system, which is particularly compact and at the same time allows optimal mixing in order to increase the efficiency of the exhaust gas purification.
  • the device proposed for mixture preparation comprises an injection device for injecting a liquid reducing agent into an exhaust gas stream and a mixing tube leading the exhaust gas flow with static flow guide elements for vaporizing and mixing the reducing agent with the exhaust gas.
  • the mixing tube opens in the flow direction of the exhaust gas into a cylindrical vortex chamber, the mixing tube at least is aligned in the region of the mouth substantially tangential with respect to the cross section of the vortex chamber.
  • the device according to the invention accordingly includes in the flow direction of the exhaust gas, a swirl chamber to the mixing tube.
  • the vortex chamber lengthens the mixing section, since the gas mixture undergoes further mixing in the vortex chamber. Accordingly, the mixing and thus the mixture preparation is optimized, which leads to an efficient exhaust gas purification in a downstream SCR catalytic converter.
  • the further mixing in the vortex chamber is based on an additional turbulence of the gas mixture, which is due to further mixing and / or Strömungsleitimplantation in the vortex chamber, the geometry of the vortex chamber and / or on the substantially tangential connection of the mixing tube to the vortex chamber.
  • substantially tangential means that the pipe section of the mixing tube which opens into the vortex chamber is arranged radially eccentrically or parallel offset relative to a radial with respect to the cross section of the vortex chamber.
  • the mixture flow is caused to swirl as it flows into the vortex chamber, thereby further increasing the degree of mixing.
  • the static flow guide elements are preferably used to set the mixture flow into a twist, so that an angular momentum promoting the mixing is already generated in the mixing tube. This means that preferably a first turbulence of the gas mixture in the mixing tube and a further turbulence takes place in the vortex chamber, whereby the mixture preparation is further optimized.
  • the mixing tube has a bent pipe section and a straight pipe section, wherein the straight pipe section has a longitudinal axis A, with respect to a longitudinal axis B of the swirl chamber in an angle ⁇ ⁇ 90 ° is employed.
  • the mixing tube preferably has a curved pipe section for connection to an exhaust pipe.
  • the exhaust gas flows via the bent pipe section into the mixing tube, so that the static flow guide elements provided in the mixing pipe are optimally flown.
  • the exhaust pipe has a longitudinal axis C, which is preferably employed with respect to the longitudinal axis A of the straight pipe section of the mixing tube at an angle ß, which is also smaller than 90 °.
  • an angle ⁇ ⁇ 60 °, further preferably an angle ⁇ 45 ° is selected. In this way, the space requirement of the device can be further reduced.
  • the injection device for injecting the reducing agent at the opposite end of the vortex chamber of the mixing tube is arranged.
  • the injection device is aligned coaxially with the longitudinal axis A of the straight tube section of the mixing tube, in order to ensure that the drops of the reducing agent impinge on the static flow guide elements. Because when hitting the drops are broken up into smaller drops, so that the reducing agent evaporates faster.
  • the static flow guide elements of the mixing tube are designed like a wing. This means that they are designed flat to form a sufficiently large hit area for the drops.
  • the wing-like static flow guide elements are preferably employed with respect to a radial plane in order to set the exhaust gas flow flowing therethrough into a swirl, wherein the exhaust gas flow entrains the droplets.
  • the wing-like static flow guide elements protrude from radially outward to radial inside into the mixing tube, wherein they may be mounted radially outward on the inner peripheral side of the mixing tube or a tube piece inserted therein.
  • the additionally proposed exhaust aftertreatment system has an S CR catalyst and a device according to the invention for mixture preparation.
  • the device for mixture preparation is upstream of the SCR catalyst in the flow direction of the exhaust gas, so that in the SCR catalyst improved exhaust gas purification is achieved due to the good mixture preparation. In this way, the efficiency of the exhaust aftertreatment system can be increased.
  • the device for mixture preparation itself is preceded by an oxidation catalytic converter and / or a particle filter in the flow direction of the exhaust gas, so that the exhaust gas purification is further optimized.
  • the particulate matter load can be reduced by an upstream particle filter.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exhaust aftertreatment system with a device according to the invention for mixture preparation
  • Fig. 2 is a schematic side view of the device for mixture preparation of the exhaust aftertreatment system of Fig. 1 and
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the device for mixture preparation of the exhaust aftertreatment system of FIG. 1.
  • the exhaust aftertreatment system shown in FIG. 1 for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine comprises an S CR catalyst 7, which is to reduce the nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine.
  • a reducing agent 3 is supplied in advance to the exhaust gas, with the reducing agent 3 in particular being an aqueous urea.
  • Substance solution can act.
  • the liquid reducing agent 3 is introduced by means of an injection device 2 as a spray, that is, in drop form, so that evaporation and mixing of the reducing agent 3 with the exhaust gas is brought about.
  • the S CR catalyst 7 is preceded by a device 1 for mixture preparation.
  • the device 1 for mixture preparation comprises a mixing tube 4 and a vortex chamber 5. Via the vortex chamber 5, the device 1 is connected to the S CR catalytic converter 7. Via the mixing tube 4, a connection with an exhaust pipe 6 is made, via which the exhaust gas enters the device 1. In the transition region from the exhaust pipe 6 in the mixing tube 4, the injection device 2 is arranged, in such a way that the spray is introduced into the mixing tube 4 in the axial direction. The introduced by means of the injector 2 reducing agent 3 meets in
  • the mixing tube 4 is oriented substantially tangentially with respect to the vortex chamber 5, so that the turbulence of the mixture flow in the vortex chamber 5 is continued.
  • the mixing section is extended. If necessary, therefore, the mixing tube 4 can be shortened to make the device 1 for mixture preparation more compact.
  • the space requirement of the device 1 is further reduced if - as shown in Figures 1 and 2 - the mixing tube 4 and a straight pipe section 4.2 of the mixing tube 4 is made at an angle ⁇ relative to the vortex chamber 5.
  • Belsch 5 intersects at the angle ⁇ , wherein in the present case the angle ⁇ is 45 °.
  • the straight running pipe section 4.2 of the mixing tube 4 has at its ends in each case a bent pipe section 4.1, 4.3, so that the transition into the swirl chamber 5 on the one hand and in the exhaust pipe 6 on the other hand is designed to optimize flow.
  • a position of the mixing tube 4 or of the straight tube section 4.2 of the mixing tube 4 relative to the exhaust pipe 6 can also be achieved via the bent pipe section 4.2, so that the longitudinal axis A of the mixing pipe 4 intersects the longitudinal axis C of the exhaust pipe 6 at an angle .beta in the present case also 45 °. In this way, the space requirement of the device can be minimized.
  • FIG. 1 In order to further reduce the particulate matter pollution in addition to the reduction of nitrogen oxides, it is possible-as shown in FIG. 1 -for the device 1 for mixture preparation to be preceded by a particle filter 9. This can be combined with an oxidation catalytic converter 8 in order to make exhaust gas purification even more efficient.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Gemischaufbereitung für ein Abgasnachbehandlungssystem, umfassend eine Einspritzeinrichtung (2) zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels (3) in einen Abgasstrom sowie ein den Abgasstrom führendes Mischrohr (4) mit statischen Strömungsleitelementen (10) zum Verdampfen und Vermischen des Reduktionsmittels (3) mit dem Abgas. Erfindungsgemäß mündet das Mischrohr (4) in Strömungsrichtung des Abgases in eine zylinderförmige Wirbelkammer (5), wobei das Mischrohr (4) zumindest im Bereich der Mündung im Wesentlichen tangential in Bezug auf den Querschnitt der Wirbelkammer (5) ausgerichtet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem SCR- Katalysator (7) und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1).

Description

Beschreibung Titel
Vorrichtung zur Gemischaufbereitung, Abgasnachbehandlungssystem
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gemischaufbereitung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem mit einer Vorrichtung zur Gemischaufbereitung, insbesondere zur Verdampfung und Vermischung eines Reduktionsmittels mit Abgas.
Stand der Technik
Zur Reduzierung der Stickoxid- Emissionen werden Abgase von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, einer Abgasnachbehandlung unterzogen. Hierbei werden SCR-Katalysatoren eingesetzt (SCR = Selective Ca- talytic Reduction), in denen Stickoxidmoleküle unter Zuhilfenahme von Ammoniak (NH3), das als Reduktionsmittel dient, zu elementarem Stickstoff reduziert werden. Zur Bereitstellung des Reduktionsmittels wird eine Harnstoff-Wasser- Lösung (HWL) mittels einer Einspritzeinrichtung vor dem SCR- Katalysator in den Abgasstrom eingebracht.
Um eine ausreichende Vermischung der Harnstoff- Wasser- Lösung mit dem Abgas zu erzielen, werden üblicherweise statische Mischer eingesetzt. Die Flüssigkeitsstrahlen der Harnstoff- Wasser- Lösung werden direkt auf den statischen Mischer ausgerichtet, so dass es bei Kontakt der Tropfen mit dem Mischer zum Aufbruch der Tropfen in kleinere Tropfen kommt. Kleinere Tropfen besitzen den Vorteil, dass die Harnstoff- Wasser- Lösung schneller verdampft und sich mit dem Abgas vermischt
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 208 743 AI geht beispielhaft ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Abgasrohr und einer dem Abgasrohr zu- geordneten Einspritzeinrichtung für ein Abgasnachbehandlungsmittel hervor. Stromabwärts der Einspritzeinrichtung ist eine Einrichtung vorgesehen, die dazu dient, das Abgasnachbehandlungsmittel mit dem Abgas zu vermischen, um eine optimale Gemischaufbereitung stromaufwärts eines Katalysators zu erzielen. Die Einrichtung umfasst hierzu eine Mischvorrichtung mit mehreren flügelartigen Luftleitelementen, die statisch sind und sich von radial außen nach radial innen eines Mischrohrs erstrecken. Über die Luftleitelemente wird der Abgasstrom in eine Drallbewegung versetzt, welche die Vermischung mit dem Abgasnachbehandlungsmittel im Mischrohr fördert.
Bekannte Vorrichtungen zur Gemischaufbereitung in einem Abgasnachbehandlungssystem weisen üblicherweise ein Mischrohr mit einer Länge zwischen 400 mm und 1000 mm auf. Mit der Länge des Mischrohrs steigt auch der Grad der Vermischung. Der zur Verfügung stehende Bauraum ist jedoch in der Regel begrenzt, so dass keine optimale Vermischung erreicht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Gemischaufbereitung für ein Abgasnachbehandlungssystem anzugeben, die besonders kompakt bauend ist und zugleich eine optimale Vermischung ermöglicht, um die Effizienz der Abgasreinigung zu steigern.
Zur Lösung der Aufgabe werden die Vorrichtung zur Gemischaufbereitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Die zur Gemischaufbereitung vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom sowie ein den Abgasstrom führendes Mischrohr mit statischen Strömungsleitelementen zum Verdampfen und Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas. Erfindungsgemäß mündet das Mischrohr in Strömungsrichtung des Abgases in eine zylinderförmige Wirbelkammer, wobei das Mischrohr zumindest im Bereich der Mündung im Wesentlichen tangential in Bezug auf den Querschnitt der Wirbelkammer ausgerichtet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung schließt demnach in Strömungsrichtung des Abgases eine Wirbelkammer an das Mischrohr an. Die Wirbelkammer verlängert die Mischstrecke, da das Gasgemisch in der Wirbelkammer eine weitere Vermischung erfährt. Entsprechend wird die Vermischung und damit die Gemischaufbereitung optimiert, die zu einer effizienten Abgasreinigung in einem nachgeschalteten SCR-Katalysator führt.
Die weitere Vermischung in der Wirbelkammer beruht auf einer zusätzlichen Verwirbelung des Gasgemisches, die durch weitere Misch- und/oder Strömungsleitelemente in der Wirbelkammer, der Geometrie der Wirbelkammer und/oder auf den im Wesentlichen tangentialen Anschluss des Mischrohrs an die Wirbel- kammer zurückzuführen ist.
Im Wesentlichen tangential bedeutet im Sinne der Anmeldung, dass der in die Wirbelkammer mündende Rohrabschnitt des Mischrohrs radial exzentrisch bzw. parallel versetzt zu einer Radialen in Bezug auf den Querschnitt der Wirbelkam- mer angeordnet ist.
Über die im Wesentlichen tangentiale Ausrichtung des Mischrohrs in Bezug auf die Wirbelkammer wird der Gemischstrom beim Einströmen in die Wirbelkammer in einen Drall versetzt, wodurch sich der Grad der Vermischung weiter erhöht. Stromaufwärts der Wirbelkammer werden vorzugsweise die statischen Strömungsleitelemente dazu genutzt, den Gemischstrom in einen Drall zu versetzen, so dass bereits im Mischrohr ein die Vermischung fördernder Drehimpuls erzeugt wird. Das heißt, dass bevorzugt eine erste Verwirbelung des Gasgemisches im Mischrohr und eine weitere Verwirbelung in der Wirbelkammer erfolgt, wodurch die Gemischaufbereitung weiter optimiert wird.
Um den Bauraumbedarf der Vorrichtung zu senken, wird vorgeschlagen, dass das Mischrohr einen gebogenen Rohrabschnitt und einen gerade verlaufenden Rohrabschnitt aufweist, wobei der gerade verlaufende Rohrabschnitt eine Längsachse A besitzt, die gegenüber einer Längsachse B der Wirbelkammer in einem Winkel α < 90° angestellt ist. Das heißt, dass sich die Längsachsen des Mischrohrs und der Wirbelkammer in einem Winkel α < 90° schneiden. Auf diese Weise kann eine kompakte Anordnung bei zugleich verlängerter Mischstrecke erreicht werden. Um den Bauraumbedarf weiter zu senken, kann auch ein Winkel α < 60°, vorzugsweise ein Winkel α = 45° gewählt werden.
Des Weiteren bevorzugt weist das Mischrohr einen gebogenen Rohrabschnitt zur Verbindung mit einem Abgasrohr auf. Das Abgas strömt in diesem Fall über den gebogenen Rohrabschnitt in das Mischrohr ein, so dass die im Mischrohr vorge- sehenen statischen Strömungsleitelemente optimal angeströmt werden. Das Abgasrohr besitzt eine Längsachse C, die vorzugsweise gegenüber der Längsachse A des gerade verlaufenden Rohrabschnitts des Mischrohrs in einem Winkel ß angestellt ist, der ebenfalls kleiner 90° ist. Vorzugsweise wird ein Winkel ß < 60°, weiterhin vorzugsweise ein Winkel ß = 45° gewählt. Auf diese Weise kann der Bauraumbedarf der Vorrichtung weiter reduziert werden.
Bevorzugt ist die Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des Reduktionsmittels an dem der Wirbelkammer gegenüberliegenden Ende des Mischrohrs angeordnet. Beispielsweise im Bereich des gebogenen Rohrabschnitts, welcher der Verbin- dung des Mischrohrs mit dem Abgasrohr dient. Dadurch ist eine erste Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas stromaufwärts der statischen Strömungsleitelemente sichergestellt. Weiterhin bevorzugt ist die Einspritzeinrichtung koaxial zur Längsachse A des gerade verlaufenden Rohrabschnitts des Mischrohrs ausgerichtet, um zu gewährleisten, dass die Tropfen des Redukti- onsmittels auf die statischen Strömungsleitelemente treffen. Denn beim Auftreffen werden die Tropfen in kleinere Tropfen aufgebrochen, so dass das Reduktionsmittel schneller verdampft.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die statischen Strömungsleitelemente des Mischrohrs flügelartig ausgestaltet sind. Das heißt, dass sie flächig ausgebildet sind, um eine ausreichend große Trefffläche für die Tropfen auszubilden. Die flügelartigen statischen Strömungsleitelemente sind vorzugsweise gegenüber einer Radialebene angestellt, um den hindurch strömenden Abgasstrom in einen Drall zu versetzen, wobei der Abgasstrom die Tropfen mitreißt. Vorzugsweise ragen die flügelartigen statischen Strömungsleitelemente von radial außen nach radial innen in das Mischrohr hinein, wobei sie radial außen an der Innenumfangseite des Mischrohrs oder eines hierin eingesetzten Rohrstücks befestigt sein können.
Das darüber hinaus vorgeschlagene Abgasnachbehandlungssystem weist einen S CR- Katalysator und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gemischaufbereitung auf. Die Vorrichtung zur Gemischaufbereitung ist dabei dem SCR- Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases vorgeschaltet, so dass im SCR- Katalysator eine verbesserte Abgasreinigung aufgrund der guten Gemischaufbereitung erzielt wird. Auf diese Weise kann die Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems gesteigert werden.
Vorteilhafterweise ist der Vorrichtung zur Gemischaufbereitung selbst ein Oxidations- katalysator und/oder ein Partikelfilter in Strömungsrichtung des Abgases vorgeschaltet, so dass die Abgasreinigung weiter optimiert wird. Insbesondere kann durch einen vorgeschalteten Partikelfilter die Feinstaubbelastung gesenkt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Abgasnachbehandlungssystems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gemischaufbereitung,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung zur Gemischaufbereitung des Abgasnachbehandlungssystems der Fig. 1 und
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung zur Gemischaufbereitung des Abgasnachbehandlungssystems der Fig. 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der Fig. 1 dargestellte Abgasnachbehandlungssystem zur Nachbehandlung des Abgases einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine umfasst einen S CR- Katalysator 7, der die Stickoxid- Emissionen der Brennkraftmaschine senken soll. Dem Abgas wird hierzu vorab ein Reduktionsmittel 3 zugeführt, wo- bei es sich bei dem Reduktionsmittel 3 insbesondere um eine wässrige Harn- Stofflösung handeln kann. Das flüssige Reduktionsmittel 3 wird mittels einer Einspritzeinrichtung 2 als Spray, das heißt in Tropfenform, eingebracht, damit eine Verdampfung und Vermischung des Reduktionsmittels 3 mit dem Abgas herbeigeführt wird. Um die Vermischung zu optimieren, ist dem S CR- Katalysator 7 eine Vorrichtung 1 zur Gemischaufbereitung vorgeschaltet.
Die Vorrichtung 1 zur Gemischaufbereitung umfasst neben der Einspritzeinrichtung 2 ein Mischrohr 4 und eine Wirbelkammer 5. Über die Wirbelkammer 5 ist die Vorrichtung 1 mit dem S CR- Katalysator 7 verbunden. Über das Mischrohr 4 ist eine Verbindung mit einem Abgasrohr 6 hergestellt, über welche das Abgas in die Vorrichtung 1 gelangt. Im Übergangsbereich vom Abgasrohr 6 in das Mischrohr 4 ist die Einspritzeinrichtung 2 angeordnet, und zwar in der Weise, dass das Spray in axialer Richtung in das Mischrohr 4 eingebracht wird. Das mittels der Einspritzeinrichtung 2 eingebrachte Reduktionsmittel 3 trifft im
Mischrohr 4 auf statische Strömungsleitelemente 10, die ein Aufbrechen der Tropfen bewirken. Auf diese Weise wird eine schnellere Verdampfung des Reduktionsmittels im Mischrohr 4 erreicht. Ferner wird über die statischen Strömungsleitelemente 10 das hindurchströmende Abgas in einen Drall versetzt, wo- bei der Drehimpuls des Abgasstroms das Reduktionsmittel 3 mitreißt und eine gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels 3 im Abgas bewirkt. Dies führt zu einem Gemischstromwirbel 11 im Mischrohr 4.
Wie insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist das Mischrohr 4 im Wesentli- chen tangential in Bezug auf die Wirbelkammer 5 ausgerichtet, so dass die Ver- wirbelung des Gemischstroms in der Wirbelkammer 5 fortgesetzt wird. Durch die Wirbelkammer 5 wird demnach die Mischstrecke verlängert. Bei Bedarf kann somit das Mischrohr 4 gekürzt werden, um die Vorrichtung 1 zur Gemischaufbereitung kompakter zu gestalten.
Der Bauraumbedarf der Vorrichtung 1 wird weiter gesenkt, wenn - wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt - das Mischrohr 4 bzw. ein gerade verlaufender Rohrabschnitt 4.2 des Mischrohrs 4 in einem Winkel α gegenüber der Wirbelkammer 5 angestellt wird. Das heißt, dass sich die Längsachse A des Mischrohrs 4 bzw. des gerade verlaufenden Rohrabschnitts 4.2 mit der Längsachse B der Wir- belkammer 5 in dem Winkel α schneidet, wobei vorliegend der Winkel α 45° beträgt. Der gerade verlaufende Rohrabschnitt 4.2 des Mischrohrs 4 weist an seinen Enden jeweils einen gebogenen Rohrabschnitt 4.1, 4.3 auf, so dass der Übergang in die Wirbelkammer 5 einerseits und in das Abgasrohr 6 andererseits strömungsoptimiert ausgebildet wird.
Über den gebogenen Rohrabschnitt 4.2 kann zudem eine Anstellung des Mischrohrs 4 bzw. des gerade verlaufenden Rohrabschnitts 4.2 des Mischrohrs 4 gegenüber dem Abgasrohr 6 erreicht werden, so dass die Längsachse A des Mischrohrs 4 die Längsachse C des Abgasrohrs 6 in einem Winkel ß schneidet, der vorliegend ebenfalls 45° beträgt. Auf diese Weise kann der Bauraumbedarf der Vorrichtung minimal gehalten werden.
Um neben der Reduktion von Stickoxiden ferner die Feinstaubbelastung zu senken, kann - wie in der Fig. 1 dargestellt - der Vorrichtung 1 zur Gemischaufbereitung ein Partikelfilter 9 vorgeschaltet sein. Dieser kann mit einem Oxidationskata- lysator 8 kombiniert werden, um die Abgasreinigung noch effizienter zu gestalten.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Gemischaufbereitung für ein Abgasnachbehand- lungssystem, umfassend eine Einspritzeinrichtung (2) zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels (3) in einen Abgasstrom sowie ein den Abgasstrom führendes Mischrohr (4) mit statischen Strömungsleitelementen (10) zum Verdampfen und Vermischen des Reduktionsmittels (3) mit dem Abgas,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (4) in Strömungsrichtung des Abgases in eine zylinderförmige Wirbelkammer (5) mündet, wobei das Mischrohr (4) zumindest im Bereich der Mündung im Wesentlichen tangential in Bezug auf den Querschnitt der Wirbelkammer (5) ausgerichtet ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (4) einen gebogenen Rohrabschnitt (4.1) und einen gerade verlaufenden Rohrabschnitt (4.2) aufweist, wobei der gerade verlaufende Rohrabschnitt (4.2) eine Längsachse (A) besitzt, die gegenüber einer Längsachse (B) der Wirbelkammer (5) in einem Winkel (a) angestellt ist, und wobei der Winkel (a) < 90°, vorzugsweise < 60°, weiterhin vorzugsweise 45° beträgt.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (4) einen gebogenen Rohrabschnitt (4.2) zur Verbindung mit einem Abgasrohr (6) aufweist, wobei vorzugsweise das Abgasrohr (6) eine Längsachse (C) besitzt, die gegenüber der Längsachse (A) des gerade verlaufenden Rohrabschnitts (4.2) des Mischrohrs (4) in einem Winkel (ß) angestellt ist, und wobei der Winkel (ß) < 90°, vorzugsweise
< 60°, weiterhin vorzugsweise 45° beträgt.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (2) an dem der Wirbelkammer (5) gegenüberliegenden Ende des Mischrohrs (4) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Einspritzeinrichtung (2) koaxial zur Längsachse (A) des gerade verlaufenden Rohrabschnitts (4.2) Mischrohrs (4) ausgerichtet ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die statischen Strömungsleitelemente (10) des Mischrohrs (4) flügelartig ausgestaltet sind.
6. Abgasnachbehandlungssystem mit einem S CR- Katalysator (7) und einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) dem SCR-Katalysator (7) in Strömungsrichtung des Abgases vorgeschaltet ist.
7. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung (1) ein Oxidationskatalysator (8) und/oder ein Partikelfilter (9) in Strömungsrichtung des Abgases vorgeschaltet ist.
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