DE102009032978B4 - Abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung (10) mit einem Abgasreinigungskatalysator, der in einem mit einem Motor kommunizierenden Abgasweg (12) zwischengeschaltet ist, einem dem Abgasreinigungskatalysator vorgelagerten Einspritzventil (50) zum Einspritzen eines Additivs in den Abgasweg und einem Halterungsteil (60) mit einem Halterungsloch, in dem das Einspritzventil angeordnet ist, und wobei ein ringförmiger Kühlwasserweg (62), in den Kühlwasser eingeleitet wird, um das Halterungsloch (61) des Halterungsteils (60) vorgesehen ist, ein Zufuhrweg (81) zum Zuführen von Kühlwasser und ein Abfuhrweg (91) zum Abführen von Kühlwasser mit dem Kühlwasserweg (62) verbunden sind und sich mindestens der Zufuhrweg in Tangentialrichtung zum Kühlwasserweg (62) erstreckt; und einem Vorsprungsabschnitt (63), der ein Vorsprung eines Teils einer Seitenwand in Umfangsrichtung des Kühlwasserwegs (62) ist und bis zu einer Position vorsteht, an der das Teil vom Kühlwasser getroffen wird, das vom Zufuhrweg (81) zugeführt wird, und ein verengter Abschnitt (62a), an dem eine Breite des Wasserwegs durch den Vorsprungsabschnitt verkleinert ist, an einer Stelle des Kühlwasserwegs nahe einem Übergang zwischen dem Kühlwasserweg und dem Zufuhrweg vorgesehen ist.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen von Abgas, das aus einem Motor abgeführt wird.
• Hintergrund der Technik
• Abgas, das aus einem in einem Automobil o. ä. eingebauten Motor, speziell einem Dieselmotor, abgeführt wird, enthält große Mengen von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HC), Stickoxiden (NO_x), partikelförmigen Stoffen (Partikeln) usw. Allgemein ist daher ein Abgasweg, den das aus dem Motor abgeführte Abgas durchströmt, z. B. mit einem Dreiwegekatalysator zum Abbauen (z. B. Reduzieren) der o. g. Verunreinigungsstoffe und einem Partikelfilter o. ä. zum Abfangen von Partikeln versehen, so daß das Abgas im möglichst am stärksten entgifteten Zustand in die Atmosphäre freigesetzt wird.
• Ein solches Partikelfilter muß bei Bedarf regeneriert werden, da sich Partikel im Filter während des Gebrauchs aufbauen, was den Durchströmungswiderstand vergrößert. Ein herkömmliches Verfahren für derartige Regenerationszwecke bestand darin, eine Erwärmungsvorrichtung im Partikelfilter anzuordnen und Partikel durch Erwärmung zu verbrennen, was Partikel entfernt. Vorgeschlagen wurde auch ein Verfahren, bei dem eine Flüssigkeit auf Kohlenwasserstoffbasis, z. B. ein Kraftstoff (Leichtöl), in einen dem Partikelfilter vorgelagerten Oxidationskatalysator strömt, um eine exotherme Reaktion zu bewirken und so die Regeneration des Partikelfilters durch die Wärme dieser Reaktion durchzuführen.
• Der Dieselmotor ist zudem gegenuber dem Auftreten von Stickoxiden (NO_x) in großen Mengen besonders empfindlich. Daher kommt für den Dieselmotor ein sogenannter NO_x-Speicherkatalysator in großer Menge zur wiederholten Adsorption und Reduktion von NO_x zur Anwendung, um NO_x abzubauen (zu reduzieren), damit NO_x im Abgas wirksam zersetzt wird.
• Dem NO_x-Speicherkatalysator muß in geeigneter Weise ein Reduktionsmittel zwecks Abbau (Reduktion) des adsorbierten NO_x von außen zugeführt werden. Allgemein wird daher der Kraftstoff (Leichtöl) o. ä. als Reduktionsmittel in den Abgasweg eingespritzt und dadurch dem NO_x-Speicherkatalysator zugeführt. In einigen Vorrichtungen wird z. B. das NO_x-Reduktionsmittel zum NO_x-Speicherkatalysator durch ein in einem Abgasrohr vorgesehenes Einspritzventil eingespritzt (siehe z. B. Patentdokument 1).
• Die Anmeldung DE 44 36 397 A1 bezieht sich auf eine Einrichtung zur Nachbehandeln von Abgasen.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Bei einer solchen Konfiguration, bei der das Reduktionsmittel (Additiv), z. B. Kraftstoff, aus dem Einspritzventil in den Abgasweg eingespritzt wird, liegt die vordere Endfläche des Einspritzventils im Abgasweg frei und ist Abgas mit hoher Temperatur ausgesetzt. Somit kann die Temperatur des Einspritzventils über die seine Wärmebeständigkeit gewährleistende Temperaturgrenze steigen, was Durchbrennen verursacht. Außerdem führt der Temperaturanstieg des Einspritzventils zur Verdampfung flüchtiger Kraftstoffkomponenten, die an der vorderen Endfläche haften, und die restlichen Komponenten werden beeinträchtigt und setzen sich als Ablagerungen ab. Zudem wirkt das an der vorderen Endfläche des Einspritzventils haftende Reduktionsmittel als Bindemittel, das Ruß im Abgas verursacht, der haften bleibt und sich allmählich als Ablagerung ansammelt. Diese Ablagerungen können die Düse des Einspritzventils verstopfen, was solche Probleme aufwirft, daß das Reduktionsmittel nicht mehr dem Abgasweg zugeführt werden kann und sich das Abgas nicht reinigen läßt.
• Zur Lösung dieser Probleme wurde z. B. eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der ein Wassermantel (Kühlwasserweg) um das Einspritzventil gebildet ist und Kühlwasser in den Wassermantel eingeleitet und darin im Umlauf geführt wird, um den Temperaturanstieg des Einspritzventils zu begrenzen (siehe z. B. Patentdokument 2).
• Der Temperaturanstieg des Einspritzventils wird in gewissen Maß unterdrückt, indem ein solcher Kühlwasserweg vorgesehen ist. Allerdings kühlt die bloße Bereitstellung des Kühlwasserwegs um das Einspritzventil das Einspritzventil möglicherweise nicht ausreichend ab. Somit besteht Bedarf an einer weiteren wirksamen Kühlmaßnahme.
• Die Erfindung kam angesichts der o. g. Umstände zustande. Als Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die Abgas langfristig zufriedenstellend reinigen kann, indem ein Einspritzventil zum Einspritzen eines Additivs in einen Abgasweg wirksam abgekühlt wird.
• Problemlösung
• Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 definert. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3 definiert.
• Ein erster Aspekt der Erfindung zur Lösung der o. g. Probleme ist eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Abgasreinigungskatalysator, der in einem mit einem Motor kommunizierenden Abgasweg zwischengeschaltet ist, einem dem Abgasreinigungskatalysator vorgelagerten Einspritzventil zum Einspritzen eines Additivs in den Abgasweg und einem Halterungsteil mit einem Halterungsloch, in dem das Einspritzventil angeordnet ist, und wobei ein ringförmiger Kühlwasserweg, in den Kühlwasser eingeleitet wird, um das Halterungsloch des Halterungsteils vorgesehen ist, ein Zufuhrweg zum Zuführen von Kühlwasser und ein Abfuhrweg zum Abführen von Kühlwasser mit dem Kühlwasserweg verbunden sind und sich mindestens der Zufuhrweg in Tangentialrichtung zum Kühlwasserweg erstreckt; einem Vorsprungsabschnitt, der ein Vorsprung eines Teils einer Seitenwand in Umfangsrichtung des Kühlwasserwegs ist und bis zu einer Position vorsteht, an der das Teil vom Kühlwasser getroffen wird, das vom Zufuhrweg zugeführt wird, und ein verengter Abschnitt, an dem eine Breite des Wasserwegs durch den Vorsprungsabschnitt verkleinert ist, an einer Stelle des Kühlwasserwegs nahe einem Übergang zwischen dem Kühlwasserweg und dem Zufuhrweg vorgesehen ist.
• Gemäß dem ersten Aspekt kollidiert aus dem Zufuhrweg in den Kühlwasserweg eingeleitetes Kühlwasser mit dem vorspringenden Abschnitt, um eine turbulente Strömung zu erzeugen, was einen Kühleffekt am Einspritzventil verstärkt. Außerdem durchströmt Kühlwasser den verengten Abschnitt, um seine Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen, was den Kühleffekt am Einspritzventil verstärkt. Als Ergebnis wird das Einspritzventil vollständig abgekühlt, um die Ansammlung von Ablagerungen zu unterdrücken. Dadurch kann das Abgas langfristig zufriedenstellend gereinigt werden.
• Der Zufuhrweg und der Abfuhrweg kann beispielsweise mit derselben Position des Kühlwasserwegs in Umfangsrichtung verbunden sein. Entsprechend vollführt aus dem Zufuhrweg in den Kühlwasserweg eingeleitetes Kühlwasser mindestens einen Umlauf des Kühlwasserwegs und wird dann aus dem Abfuhrweg abgeführt. Damit kann das Einspritzventil mit Kühlwasser effizient gekühlt werden. Außerdem strömt gemäß einem solchen Merkmal ein auf den vorspringenden Abschnitt treffender Teil des Kühlwassers im Kühlwasserweg entgegengesetzt und kollidiert mit der Hauptströmung, die den verengten Abschnitt durchströmt hat, um eine weitere turbulente Strömung zu erzeugen. Diese turbulente Strömung erhöht die Kühlwirkung auf das Einspritzventil weiter.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil durch das Halterungsteil und ein am Halterungsteil fixiertes Fixierteil gehalten wird und der vorspringende Abschnitt einen Vorwölbungsabschnitt bildet, an dem ein Befestigungsteil zum Fixieren des Fixierteils am Halterungsteil befestigt ist.
• Gemäß dem zweiten Aspekt kann eine Verkleinerung des Halterungsteils erreicht werden, indem der vorspringende Abschnitt effektiv genutzt wird.
• Ein dritter Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der verengte Abschnitt in der gesamten Höhenrichtung des Kühlwasserwegs vorgesehen ist.
• Gemäß dem dritten Aspekt wird die Geschwindigkeit der Hauptströmung von Kühlwasser zuverlässiger erhöht, und Kühlwasser kollidiert mit dem vorspringenden Abschnitt verläßlich, was die Turbulenzstärke erhöht. Dadurch kann das Einspritzventil noch wirksamer abgekühlt werden.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Gemäß der zuvor beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung der Erfindung wird das Einspritzventil zum Einspritzen des Additivs in den Abgasweg wirksam abgekühlt. Somit läßt sich verhindern, daß solche Probleme wie Verstopfung des Einspritzventils infolge von Aufbau von Ablagerungen im Zusammenhang mit einem Temperaturanstieg des Einspritzventils auftreten. Folglich kann das Abgas langfristig zufriedenstellend gereinigt werden.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 ist eine Ansicht der schematischen Konfiguration einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• 2 ist eine Schnittansicht eines Halterungsteils, an dem ein Einspritzventil gemäß der Ausführungsform angeordnet ist.
• 3 ist eine weitere Schnittansicht des Halterungsteils, an dem das Einspritzventil gemäß der Ausführungsform angeordnet ist.
• 4 ist noch eine weitere Schnittansicht des Halterungsteils, an dem das Einspritzventil gemäß der Ausführungsform angeordnet ist.
• 5 ist eine Schnittansicht eines abgewandelten Beispiels für das Halterungsteil gemäß der Ausführungsform.
• 6 ist eine Schnittansicht eines weiteren abgewandelten Beispiels für das Halterungsteil gemäß der Ausführungsform.
• 7 ist eine Schnittansicht noch eines weiteren abgewandelten Beispiels für das Halterungsteil gemäß der Ausführungsform.
• 8(a) bis 8(c) sind schematische Konfigurationszeichnungen abgewandelter Beispiele für die Abgasreinigungsvorrichtung.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben.
• 1 ist eine Ansicht der schematischen Konfiguration einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt ist, weist eine Abgasreinigungsvorrichtung 10 mehrere Abgasreinigungskatalysatoren und ein Abgasreinigungsfilter auf. Die mehreren Abgasreinigungskatalysatoren und das Abgasreinigungsfilter sind in einem Abgasrohr (Abgasweg) 12 eines Mehrzylinder-Dieselmotors (im folgenden einfach Motor oder der Motor genannt) 11 zwischengeschaltet, der in einem Fahrzeug eingebaut ist.
• Der Motor 11 weist einen Zylinderkopf 13 und einen Zylinderblock 14 auf, und ein Kolben 16 ist in jeder Zylinderbohrung 15 des Zylinderblocks 14 so aufgenommen, daß er hin und her beweglich ist. Der Kolben 16, die Zylinderbohrung 15 und der Zylinderkopf 13 bilden einen Brennraum 17. Der Kolben 16 ist mit einer Kurbelwelle 19 über ein Pleuel 18 verbunden, und die Hin- und Herbewegung des Kolbens 16 dreht die Kurbelwelle 1.
• Ein Einlaßkanal 20 ist im Zylinderkopf 13 gebildet, und ein Einlaßrohr (Einlaßweg) 22 mit einem Einlaßkrümmer 21 ist mit dem Einlaßkanal 20 verbunden. Der Einlaßkanal 20 ist mit einem Einlaßventil 23 versehen, und der Einlaßkanal 20 wird durch das Einlaßventil 23 geöffnet und geschlossen. Ein Auslaßkanal 24 ist im Zylinderkopf 13 gebildet, und das Auslaßrohr (Auslaßweg) 12 mit einem Auslaßkrümmer 25 ist mit dem Auslaßkanal 24 verbunden. Der Auslaßkanal 24 ist mit einem Auslaßventil 26 versehen, und wie beim Einlaßkanal 20 wird der Auslaßkanal 24 durch das Auslaßventil 26 geöffnet und geschlossen. Ein Turbolader 27 ist auf halbem Weg durch das Einlaßrohr 22 und Auslaßrohr 12 vorgesehen, und die Abgasreinigungskatalysatoren sowie das Abgasreinigungsfilter, die die Abgasreinigungsvorrichtung 10 bilden, sind im Abgasrohr 12 dem Turbolader 27 nachgelagert zwischengeschaltet.
• Der Turbolader 27 hat eine Turbine (nicht gezeigt) und einen mit dieser Turbine verbundenen Verdichter (nicht gezeigt). Strömt Abgas aus dem Motor 11 in den Turbolader 27, wird die Turbine durch die Abgasströmung gedreht, und in Übereinstimmung mit der Turbinendrehung wird der Verdichter gedreht, um Luft aus einem Einlaßrohr 22a in den Turbolader 27 zu ihrer Druckbeaufschlagung aufzunehmen. Die durch den Turbolader 27 unter Druck gesetzte Luft wird jedem Einlaßkanal 20 des Motors 11 über ein Einlaßrohr 22b zugeführt.
• Der Zylinderkopf 13 ist mit einem elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzventil 31 zur Direkteinspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum 17 jedes Zylinders versehen. Dem Kraftstoffeinspritzventil 31 wird Kraftstoff mit hohem Druck, der auf einen vorbestimmten Kraftstoffdruck gesteuert ist, aus einer gemeinsamen Druckleitung (Common Rail) zugeführt.
• In dieser Ausführungsform sind ein Dieseloxidationskatalysator (im folgenden einfach Oxidationskatalysator genannt) 32 und ein NO_x-Speicherkatalysator 33, die Abgasreinigungskatalysatoren sind, sowie ein Dieselpartikelfilter (DPF; im folgenden DPF genannt) 34, das ein Abgasreinigungsfilter ist, in dieser Reihenfolge stromaufwärtsseitig beginnend im Abgasrohr 12 vorgesehen, das dem Turbolader 27 nachgelagert ist. Ein Einspritzventil 50 zum Einspritzen eines Kraftstoffs (Leichtöl), der ein Reduktionsmittel (Additiv) ist, in ein zwischen dem Turbolader 27 und dem Oxidationskatalysator 32 liegendes Abgasrohr 12a wird später näher beschrieben.
• Der Oxidationskatalysator 32 weist beispielsweise ein Edelmetall, z. B. Platin (Pt) oder Palladium (Pd), auf, das auf einem Träger mit einer aus einem Keramikmaterial gebildeten Wabenstruktur aufgebracht ist. Strömt das Abgas in den Oxidationskatalysator 32, wird Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas zu Stickstoffdioxid (NO₂) oxidiert. Damit eine Oxidationsreaktion im Oxidationskatalysator 32 auftritt, muß der Oxidationskatalysator 32 auf eine vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmt werden. Somit ist der Oxidationskatalysator 32 vorzugsweise an einer Position möglichst nahe am Motor 11 angeordnet. Grund dafür ist, daß der Oxidationskatalysator 32 durch die Wärme des Motors 11 erwärmt wird, und auch beim Motorstart kann der Oxidationskatalysator 32 in relativ kurzer Zeit auf die vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmt werden.
• Der NO_x-Speicherkatalysator 33 weist beispielsweise ein Edelmetall, z. B. Platin (Pt) oder Palladium (Pd), auf, das auf einem Träger mit einer aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) gebildeten Wabenstruktur aufgebracht ist, und hat ferner ein Alkalimetall oder Erdalkalimetall, z. B. Barium (Ba), das als Speichermittel auf dem Träger aufgebracht ist. Im NO_x-Speicherkatalysator 33 wird NO_x, d. h. durch den Oxidationskatalysator 32 erzeugtes NO₂ oder im Abgas ohne Oxidation durch den Oxidationskatalysator 32 verbleibendes NO, einmal in einer oxidierenden Atmosphäre gespeichert, und das NO_x wird in einer reduzierenden Atmosphäre freigesetzt, die z. B. Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) usw, enthält, um zu Stickstoff (N₂) o. ä. reduziert zu werden.
• Ein Großteil des durch den Oxidationskatalysator 32 gebildeten NO₂ wird durch den NO_x-Speicherkatalysator 33 adsorbiert und abgebaut (reduziert), und das restliche NO₂, das nicht adsorbiert oder abgebaut wurde, wird durch die Reaktion im DPF 34 gereinigt.
• Ein Großteil des aus dem Motor 11 abgeführten Abgases macht normalerweise NO aus, und der Gehalt von HC im Abgas ist extrem niedrig. Somit hat das Innere des NO_x-Speicherkatalysators 33 eine oxidierende Atmosphäre, und im NO_x-Speicherkatalysator 33 wird NO_x nur adsorbiert, und das adsorbierte NO_x wird nicht abgebaut (reduziert). Ist eine vorbestimmte Menge von NO_x im NO_x-Speicherkatalysator 33 adsorbiert, wird daher der Kraftstoff (Leichtöl) als Additiv aus dem Einspritzventil 50 eingespritzt, das am Abgasrohr 12a befestigt ist, das zwischen dem Turbolader 27 und dem Oxidationskatalysator 32 liegt. Als Ergebnis wird das mit dem Kraftstoff gemischte Abgas durch den Oxidationskatalysator 32 geleitet und dem NO_x-Speicherkatalysator 33 zugeführt, wodurch das Innere des NO_x-Speicherkatalysators 33 in eine reduzierende Atmosphäre überführt und das adsorbierte NO_x abgebaut (reduziert) wird.
• Das DPF 34 ist z. B. ein Filter mit einer Wabenstruktur, die aus einem Keramikmaterial gebildet ist. Abgaswege 38 mit jeweils einem offenen Stromaufwärtsende und einem geschlossenen Stromabwärtsende sowie Abgaswege 39 mit jeweils einem offenen Stromabwärtsende und einem geschlossenen Stromaufwärtsende sind im DPF 34 abwechselnd angeordnet. Zunächst strömt das Abgas in den am Stromaufwärtsende offenen Abgasweg 38, durchströmt eine poröse Wandfläche, die zwischen dem Abgasweg 38 und dem angrenzenden Abgasweg 39 vorgesehen ist, strömt dann in den am Stromabwärtsende offenen Abgasweg 39 und strömt zur Stromabwärtsseite aus. Während dieses Vorgangs kollidieren partikelformige Stoffe (Partikel) im Abgas mit der Wandfläche oder werden durch sie zum Abfangen adsorbiert.
• Die abgefangenen Partikel werden durch NO₂ oxidiert (verbrannt), das im Abgas enthalten ist, und als CO₂ abgeführt. Im DPF 34 verbleibendes NO₂ wird zu N₂ abgebaut und abgeführt. Das heißt, das DPF 34 ist so ausgebildet, daß es das Abgas reinigt, wodurch die abgeführten Mengen von Partikeln und NO_x stark verringert werden können. Da Partikel verbrannt werden, wird zudem die Leistung des DPF 34 in gewissem Maß wiederhergestellt.
• Normalerweise wird NOx durch den NO_x-Speicherkatalysator 33 wie zuvor adsorbiert. Somit ist die dem DPF 34 im Abgas zugeführte NO₂-Menge klein, und im DPF 34 sammeln sich Partikel allmählich an. Hat sich eine vorbestimmte Partikelmenge im DPF 34 angesammelt, wird eine vorbestimmte Kraftstoffmenge aus dem am Abgasrohr 12a befestigten Einspritzventil 50 eingespritzt. Bei Einmischung des Kraftstoffs in das Abgas wie zuvor wird das adsorbierte NO_x im NO_x-Speicherkatalysator 33 reduziert. Daher wird im Abgas enthaltenes NO_x (NO₂) nicht durch den NO_x-Speicherkatalysator 33 adsorbiert, sondern dem DPF 34 zugeführt. Als Ergebnis ist die Partikelverbrennung im DPF 34 beschleunigt.
• Abgastemperatursensoren 40 sind dem Oxidationskatalysator 32, dem NO_x-Speicherkatalysator 33 und dem DPF 34 vorgelagert und in deren Nähe sowie dem DPF 34 nachgelagert und in dessen Nähe vorgesehen. Detektiert werden durch diese mehreren Abgastemperatursensoren 40 die Temperaturen des Abgases, das in den Oxidationskatalysator 32, den NO_x-Speicherkatalysator 33 und das DPF 34 strömt, und die Temperaturen des Abgases, das aus dem Oxidationskatalysator 32, dem NO_x-Speicherkatalysator 33 und dem DPF 34 abgeführt wird. Weiterhin sind Sauerstoffkonzentrationssensoren 41 zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration im Abgas dem Oxidationskatalysator 32 und DPF 34 vorgelagert und in deren Nähe vorgesehen. Ferner ist das Fahrzeug mit einem elektronischen Steuergerät (ESG) versehen, obwohl dies nicht dargestellt ist. Dieses ESG ist mit einem Ein-/Ausgabebauelement, einem Speicherbauelement zum Speichern eines Steuerprogramms, eines Steuerkennfelds usw., einer Zentraleinheit sowie Zeitgebern und Zahlern ausgestattet. Aufgrund von Informationen von jedem dieser Sensoren führt das ESG eine integrierte Steuerung des Motors 11 und der Abgasreinigungsvorrichtung 10 durch.
• 2 ist eine Schnittansicht eines Halterungs- bzw. Montageteils gemaß dieser Ausführungsform. 3 ist eine Schnittansicht an der Linie A-A' in 2. 4 ist eine Schnittansicht an der Linie B-B' in 3. Gemäß 2 bis 4 ist das Einspritzventil 50 zum Einspritzen des Kraftstoffs als Reduktionsmittel (Additiv) in dieser Ausführungsform in nahezu orthogonaler Richtung zum Abgasrohr 12a angeordnet und wird durch ein Halterungsteil 60, das am Abgasrohr 12a fixiert ist, und ein Fixierteil 70, das am Halterungsteil 60 fixiert ist, gehalten.
• Ein Halterungsloch 61, das ein Durchgangsloch ist, in dem das Einspritzventil 50 angeordnet ist, ist in einem Mittelteil des Halterungsteils 60 gebildet. Das im Halterungsloch 61 angeordnete Einspritzventil 50 ist am Halterungsteil 60 durch das Fixierteil 70 in einem Zustand fixiert, in dem eine vordere Endfläche 52 des Einspritzventils 50, an der sich eine Düse 51 öffnet, im Abgasrohr (Abgasweg) 12a freiliegt, d. h. das vordere Ende des Einspritzventils 50 ist dem Abgas ausgesetzt. In dieser Ausführungsform ist beispielsweise das Fixierteil 70 am Halterungsteil 60 durch ein Befestigungsteil 75 fixiert, z. B. eine Schraube.
• Das Halterungsteil 60 ist mit einem ringförmigen Kühlwasserweg 62 um das Halterungsloch 61 versehen. Ein Zufuhrweg 81 zum Zuführen von Kühlwasser zum Kühlwasserweg 62 und ein Abfuhrweg 91 zum Abführen von Kühlwasser, das durch den Kühlwasserweg 62 zirkuliert ist, sind mit dem Kühlwasserweg 62 verbunden. Das heißt, ein Zufuhrrohr 80 mit dem Zufuhrweg 81 und ein Abfuhrrohr 90 mit dem Abfuhrweg 91 sind mit dem Halterungsteil 60 verbunden, und der Zufuhrweg 81 (Zufuhrrohr 80) sowie der Abfuhrweg 91 (Abfuhrrohr 90) erstrecken sich tangential im Hinblick auf den ringförmigen Kühlwasserweg 62. In dieser Ausführungsform sind der Zufuhrweg 81 und Abfuhrweg 91 mit derselben Position des Kühlwasserwegs 62 in Umfangsrichtung verbunden. In Axialrichtung des Halterungslochs 61 ist der Zufuhrweg 81 näher am proximalen Ende des Einspritzventils 50 als der Abfuhrweg 91 angeordnet.
• In einer solchen Konfiguration wird aus dem Zufuhrweg 81 zugeführtes Kühlwasser durch den Kühlwasserweg 62 im Umlauf geführt und aus dem Abfuhrweg 91 abgeführt, wodurch das Einspritzventil 50 abgekühlt wird. In dieser Ausführungsform sind beschreibungsgemäß der Zufuhrweg 81 und Abfuhrweg 91 mit derselben Position des Kühlwasserwegs 62 in Umfangsrichtung verbunden. Dadurch vollführt Kühlwasser, das aus dem Zufuhrweg 81 in den Kühlwasserweg 62 eingeleitet wird, mindestens einen Umlauf des Kühlwasserwegs 62 und wird dann aus dem Abfuhrweg 91 abgeführt. Somit kann das Einspritzventil 50 mit Kühlwasser wirksam abgekühlt werden.
• Weiterhin ist in der Erfindung ein verengter Abschnitt 62a, an dem die Breite des Wasserwegs durch einen vorspringenden Abschnitt 63 verkleinert ist, der ein Vorsprung eines Teils der Seitenwand des Kühlwasserwegs 62 ist, an einer Stelle des Kühlwasserwegs 62 nahe dem Übergang zwischen dem Kühlwasserweg 62 und dem Zufuhrweg 81 vorgesehen, also an einer Stelle des Kühlwasserwegs 62 in der Umgebung des Auslasses des Zufuhrwegs 81. Damit kann das Einspritzventil 50 effektiv abgekühlt werden.
• Der vorspringende Abschnitt 63 gemäß dieser Ausführungsform ist so vorgesehen, daß der Teil der Seitenwand des Kühlwasserwegs 62 halbkreisförmig bis zu einer Position vorspringt, die von Kühlwasser getroffen wird, das aus dem Zufuhrweg 81 eingeleitet wird, was 3 zeigt. Der verengte Abschnitt 62a ist mit der Breite des Kühlwasserwegs 62 ausgebildet, die durch den vorspringenden Abschnitt 63 verkleinert ist. In dieser Ausführungsform ist dieser vorspringende Abschnitt 63 so vorgesehen, daß er nur in einem Teil in Tiefenrichtung (Axialrichtung des Halterungslochs 61) des Kühlwasserwegs 62 vorspringt, also nur in einem dem Zufuhrweg 81 gegenüberliegenden Bereich (2).
• Gemäß der zuvor beschriebenen Konfiguration kollidiert Kühlwasser, das aus dem Zufuhrweg 81 in den Kühlwasserweg 62 eingeleitet wird, mit dem vorspringenden Abschnitt 63, um eine turbulente Strömung zu erzeugen, was die Kühlwirkung auf das Einspritzventil 50 verstärkt. Bezeichnet man konkret die Kühlwasserströmung mit Pfeilen in 3, wird ein Teil von Kühlwasser zu einer Hauptströmung (Vorwärtsströmung), die den verengten Abschnitt 62a durchströmt und im Kühlwasserweg 62 umläuft. Ein Teil von Kühlwasser, das auf den vorspringenden Abschnitt 63 trifft, strömt entgegengesetzt und kollidiert mit der Hauptströmung, die den verengten Abschnitt 62a durchlaufen hat. Als Ergebnis dieser Kollision tritt eine turbulente Strömung auf, und der Wärmeübergangskoeffizient des Bereichs, in dem die turbulente Strömung aufgetreten ist, steigt. Der Kühlwasserdurchgang durch den verengten Abschnitt 62a erhöht die Strömungsgeschwindigkeit der Hauptströmung. In Übereinstimmung mit dieser Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit wird die Turbulenzstärke infolge der o. g. Kollision erhöht, so daß der Wärmeübergangskoeffizient weiter steigt. Zudem ist auch die Kühlwirkung am verengten Abschnitt 62a aufgrund der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit von Kühlwasser im verengten Abschnitt 62a verstärkt. Dadurch wird das Einspritzventil 50 wirksam abgekühlt. Somit wird das Auftreten eines solchen Problems wie Durchbrennen des Einspritzventils 50 oder Verstopfen der Düse 51 unterdrückt, und das Abgas kann langfristig zufriedenstellend gereinigt werden.
• Die Position, an der die turbulente Strömung infolge der Kühlwasserkollision auftritt, liegt vorzugsweise in einem Bereich auf einer Gegenseite zum verengten Abschnitt 62a über das Einspritzventil 50. Da die turbulente Strömung an einer solchen Position erzeugt wird, kann das Einspritzventil 50 noch wirksamer abgekühlt werden. Die Position, an der die turbulente Strömung im Kühlwasserweg 62 auftritt, kann auf eine Sollposition festgelegt werden, indem die Form, die Vorsprunggröße usw. des vorspringenden Abschnitts 63 eingestellt werden.
• Solange die turbulente Strömung an der Sollposition wie zuvor bewirkt werden kann, unterliegen die Vorsprunggröße, die Form usw. des vorspringenden Abschnitts 63 keinen Einschränkungen. In dieser Ausführungsform ist z. B. der vorspringende Abschnitt 63 so vorgesehen, daß er nur im Bereich gegenüber dem Zufuhrweg 81 vorspringt. Allerdings ist dies keine Einschränkung, und gemäß 5 kann der vorspringende Abschnitt 63 in der gesamten Tiefenrichtung des Kühlwasserwegs 62 durchgängig vorgesehen sein.
• In dieser Ausführungsform kann der vorspringende Abschnitt 63 in Halbkreisform so vorspringen, daß sich die Endfläche des vorspringenden Abschnitts 63 aus einer gekrümmten Oberfläche zusammensetzt. Dadurch wird die Kühlwasserströmung relativ ungestört. Allerdings braucht die Endfläche des vorspringenden Abschnitts 63 nicht immer die gekrümmte Oberfläche zu sein. Gemäß 6 kann der vorspringende Abschnitt 63 z. B. so ausgebildet sein, daß er einen nahezu dreieckigen Querschnitt hat, so daß sich seine Endfläche aus einer flachen Oberfläche zusammensetzt.
• In der mit dem o. g. vorspringenden Abschnitt 63 versehenen Konfiguration ändert sich zudem die Breite des Kühlwasserwegs 62 allmählich vor und nach dem verengten Abschnitt 62a. Gleichwohl kann z. B. gemäß 7 ein Kantenteil 63a im vorspringenden Abschnitt 63 auf einer Gegenseite zum Zufuhrweg 81 vorgesehen sein, um die Breite des Kühlwasserwegs 62 stromabwärts vom verengten Abschnitt 62a abrupt zu vergrößern. In diesem Fall erscheint eine Strömung (Wirbel) entlang dem Kantenteil 63a stromabwärts vom vorspringenden Abschnitt 63, was in 7 durch einen Pfeil angegeben ist. Da die Wärmeübergangsleistung durch diese Strömung (Wirbel) von Kühlwasser steigt, kann das Einspritzventil 50 zufriedenstellender abgekühlt werden.
• Das Fixierteil 70 zum Fixieren des Einspritzventils 50 ist am Halterungsteil 60 wie zuvor dargestellt durch das Befestigungsteil 75 fixiert. In dieser Ausführungsform bildet der o. g. vorspringende Abschnitt 63 einen Vorwölbungsabschnitt mit einem Befestigungsloch 65, in dem das Befestigungsteil 75 befestigt ist. Indem als Vorwölbungsabschnitt der im Halterungsteil 60 vorgesehene vorspringende Abschnitt 63 effektiv zum Einsatz kommt, wird es unnötig, den Bereich zur Bereitstellung des Vorwölbungsabschnitts im Halterungsteil 60 gesondert zu gewährleisten. Das heißt, man erhält ferner den Effekt, daß die Bereitstellung des vorspringenden Abschnitts 63 im Halterungsteil 60 die Verkleinerung des Halterungsteils 60 erreichen kann.
• Zuvor wurde die Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. In der o. g. Ausführungsform sind z. B. der Zufuhrweg 81 und Abfuhrweg 91 mit derselben Position des Kühlwasserwegs 62 in Umfangsrichtung verbunden. Natürlich ist dies keine Einschränkung, und der Zufuhrweg 81 und Abfuhrweg 91 können mit unterschiedlichen Positionen des Kühlwasserwegs 62 in Umfangsrichtung verbunden sein. Außerdem veranschaulicht die o. g. Ausführungsform die Konfiguration, in der sich der Zufuhrweg 81 und Abfuhrweg 91 in Tangentialrichtung zum Kühlwasserweg 62 erstrecken. Allerdings reicht es aus, wenn sich mindestens der Zufuhrweg 81 in Tangentialrichtung zum Kühlwasserweg 62 erstreckt. Für die Richtung, in der sich der Abfuhrweg 91 erstreckt, gilt keine spezielle Einschränkung.
• In der o. g. Ausführungsform ist z. B. ein Beispiel für die Abgasreinigungsvorrichtung 10 aufgeführt, in dem der Oxidationskatalysator 32 und NO_x-Speicherkatalysator 33 als Abgasreinigungskatalysatoren sowie das DPF 34 als Abgasreinigungsfilter am Abgasrohr (Abgasweg) 12 von der Stromaufwärtsseite zur Stromabwärtsseite in folgender Reihenfolge angeordnet sind: Oxidationskatalysator 32, NO_x-Speicherkatalysator 33 und DPF 34. Allerdings sind die Anordnung und die Arten der Abgasreinigungskatalysatoren und des Abgasreinigungsfilters nicht eingeschränkt. Beispielsweise können gemäß 8(a) der NO_x-Speicherkatalysator 33, Oxidationskatalysator 32 und das DPF 34 in dieser Reihenfolge am Abgasrohr 12 dem Turbolader 27 nachgelagert angeordnet sein. Alternativ können z. B. gemäß 8(b) der NO_x-Speicherkatalysator 33 und das DPF 34 in dieser Reihenfolge am Abgasrohr 12 dem Turbolader 27 nachgelagert angeordnet sein, ohne daß der Oxidationskatalysator 32 vorgesehen ist. Als weitere Alternative kann z. B. gemäß 8(c) eine Konfiguration vorliegen, in der nur ein DPF 34A mit einer katalytischen Funktion vorgesehen ist, ohne daß die Abgasreinigungskatalysatoren vorgesehen sind. Das heißt, es kann eine Konfiguration gegeben sein, in der nur das DPF 34 vorgesehen ist, bei dem es sich um das Abgasreinigungsfilter handelt, das zugleich als Abgasreinigungskatalysator wirkt. In jedem Fall kann die Erfindung zur Anwendung kommen, solange eine Konfiguration erwogen ist, die ein Einspritzventil zum Einspritzen eines Additivs, z. B. eines Kraftstoffs, stromaufwärts von einem Abgasreinigungskatalysator und einem Abgasreinigungsfilter hat.
• In der o. g. Ausführungsform ist der NO_x-Speicherkatalysator zum Abbauen (Reduzieren) von NO_x mit Hilfe des Kraftstoffs (Leichtöl) als Reduktionsmittel als Abgasreinigungskatalysator zum Abbauen (Reduzieren) von NO_x veranschaulicht. Gleichwohl ist dies keine Einschränkung, und es kann z. B. die sogenannte SCR (selektive katalytische Reduktion) zum Einsatz kommen, bei der NO_x im Abgas an einem Katalysator selektiv adsorbiert und Ammoniak oder Harnstoff als Reduktionsmittel aus einem Einspritzventil eingespritzt wird, um NO_x abzubauen (zu reduzieren).
• Außerdem wird in der o. g. Ausführungsform ein Beispiel erläutert, in dem das Reduktionsmittel als Additiv zugefügt wird. Indes ist das Additiv nicht auf dasjenige beschränkt, das für eine Reduktionswirkung bestimmt ist, sondern das Additiv kann z. B. ein Kraftstoff sein, der auf Erhöhung einer Temperatur durch Verbrennung abzielt, solange das Additiv der Abgasanlage zugefügt wird.
• Daneben ist in der o. g. Ausführungsform ein Beispiel für die Konfiguration der Einlaß- und Auslaßanlage mit dem Turbolader als Lader dargestellt. Allerdings ist dies keine Einschränkung, und der Lader braucht z. B. nicht immer vorgesehen zu sein. Weiterhin kann eine sogenannte AGR-Vorrichtung vorgesehen sein, bei der es sich um eine Rückführungsvorrichtung für abgekühltes Abgas mit einem Rückführungsweg für abgekühltes Abgas insgesamt durch einen Auslaßweg und einen Einlaßweg handelt.
• Bezugszeichenliste

10

Abgasreinigungsvorrichtung

11

Motor

12

Abgasrohr (Abgasweg)

13

Zylinderkopf

14

Zylinderblock

15

Zylinderbohrung

16

Kolben

17

Brennraum

18

Pleuel

19

Kurbelwelle

20

Einlaßkanal

21

Einlaßkrümmer

22

Einlaßrohr

23

Einlaßventil

24

Auslaßkanal

25

Auslaßkrümmer

26

Auslaßventil

27

Turbolader

31

Kraftstoffeinspritzventil

32

Oxidationskatalysator

33

NO_x-Speicherkatalysator

34

DPF

40

Abgastemperatursensor

41

Sauerstoffkonzentrationssensor

50

Einspritzventil

51

Düse

52

Vordere Endfläche

60

Halterungsteil

61

Halterungsloch

62

Kühlwasserweg

62a

Verengter Abschnitt

63

Vorspringender Abschnitt

63a

Kantenteil

65

Befestigungsloch

70

Fixierteil

75

Befestigungsteil

81

Zufuhrweg

91

Abfuhrweg

• Liste der aufgeführten Dokumente
• Patentliteratur
• Patentdokument 1: JP-A-2005-214100
• Patentdokument 2: JP-A-2004-044483

Claims (3)

1. Abgasreinigungsvorrichtung (10) mit einem Abgasreinigungskatalysator, der in einem mit einem Motor kommunizierenden Abgasweg (12) zwischengeschaltet ist, einem dem Abgasreinigungskatalysator vorgelagerten Einspritzventil (50) zum Einspritzen eines Additivs in den Abgasweg und einem Halterungsteil (60) mit einem Halterungsloch, in dem das Einspritzventil angeordnet ist, und wobei ein ringförmiger Kühlwasserweg (62), in den Kühlwasser eingeleitet wird, um das Halterungsloch (61) des Halterungsteils (60) vorgesehen ist, ein Zufuhrweg (81) zum Zuführen von Kühlwasser und ein Abfuhrweg (91) zum Abführen von Kühlwasser mit dem Kühlwasserweg (62) verbunden sind und sich mindestens der Zufuhrweg in Tangentialrichtung zum Kühlwasserweg (62) erstreckt; und einem Vorsprungsabschnitt (63), der ein Vorsprung eines Teils einer Seitenwand in Umfangsrichtung des Kühlwasserwegs (62) ist und bis zu einer Position vorsteht, an der das Teil vom Kühlwasser getroffen wird, das vom Zufuhrweg (81) zugeführt wird, und ein verengter Abschnitt (62a), an dem eine Breite des Wasserwegs durch den Vorsprungsabschnitt verkleinert ist, an einer Stelle des Kühlwasserwegs nahe einem Übergang zwischen dem Kühlwasserweg und dem Zufuhrweg vorgesehen ist.
2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil durch das Halterungsteil und ein am Halterungsteil fixiertes Fixierteil gehalten wird und der vorspringende Abschnitt einen Vorwölbungsabschnitt bildet, an dem ein Befestigungsteil zum Fixieren des Fixierteils am Halterungsteil befestigt ist.
3. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verengte Abschnitt in einer gesamten Höhenrichtung des Kühlwasserwegs vorgesehen ist.

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