DE102012008556A1 - Device for exhaust gas aftertreatment of exhaust gas mass flow in exhaust gas line, has injector which is arranged in exhaust gas line for supplying reducing agent in exhaust gas mass flow, where exhaust gas line segment has inlet - Google Patents

Device for exhaust gas aftertreatment of exhaust gas mass flow in exhaust gas line, has injector which is arranged in exhaust gas line for supplying reducing agent in exhaust gas mass flow, where exhaust gas line segment has inlet Download PDF

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Abstract

The device (1) has an injector (9.1,9.2) which is arranged in an exhaust gas line for supplying a reducing agent in an exhaust gas mass flow, where a cylindrical exhaust gas line segment (5) has a tangential inlet (8). A mixer (11) is arranged downstream the tangential inlet for reversing the rotational direction of the exhaust gas mass flow. The injector is arranged downstream the mixer. The injector is arranged in the cylindrical exhaust gas line segment on a central axis (6) of the mixer. An independent claim is included for a method for exhaust gas aftertreatment of an exhaust gas mass flow in an exhaust gas line.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung.The invention relates to an apparatus and a method for exhaust aftertreatment.

Stand der TechnikState of the art

Aus der US 2009/0000287 A1 ist eine Abgasströmungsvorrichtung bekannt. In einer Ausführungsform strömt ein mit einem Reduktionsmittel versetzter Abgasmassenstrom über einen tangentialen Einlass in einen zylindrischen Abgasrohrabschnitt, wodurch eine Drallströmung um die Längsachse des zylindrischen Abgasrohrabschnitts entsteht. Aufgrund von Zentralkräften setzen sich nicht verdampfte oder nicht hydrolysierte Reduktionsmittelbestandteile an der Innenwandung des Abgasrohrabschnitts ab. Zudem werden diese Reduktionsmittelbestandteile aufgrund einer blendenförmigen Prallscheibe an einem Weiterströmen zu einer stromabwärts angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung gehindert.From the US 2009/0000287 A1 For example, an exhaust gas flow device is known. In one embodiment, an exhaust gas mass flow offset with a reducing agent flows via a tangential inlet into a cylindrical exhaust pipe section, whereby a swirling flow arises about the longitudinal axis of the cylindrical exhaust pipe section. Due to central forces, unboiled or unhydrolyzed reductant components settle on the inner wall of the exhaust pipe section. In addition, due to a diaphragm-shaped baffle plate, these reducing agent components are prevented from continuing to flow to a downstream exhaust gas aftertreatment device.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlungseinrichtung bereitzustellen, welche eine verbesserte Vermischung des Abgasmassenstroms mit dem Reduktionsmittel gewährleistet.The invention has for its object to provide an apparatus and a method for exhaust aftertreatment device, which ensures an improved mixing of the exhaust gas mass flow with the reducing agent.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.The object is achieved by a device according to claim 1. Furthermore, the invention is achieved by a method according to claim 9.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Erfindungsgemäß ist stromabwärts des tangentialen Einlasses ein Mischer zur Umkehrung der Drehrichtung des Abgasmassenstroms angeordnet. Weiterhin ist der Injektor stromaufwärts des Mischers angeordnet.According to the invention, a mixer for reversing the direction of rotation of the exhaust gas mass flow is arranged downstream of the tangential inlet. Furthermore, the injector is arranged upstream of the mixer.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Injektor in dem zylinderförmigen Abgasstrangsegment auf der Mittelachse des Mischers angeordnet. Das Reduktionsmittel wird hierdurch in dem gesamten zylinderförmigen Abgasstrangsegment zerstäubt. Bei dieser Anordnung ist die kurze Vermischungsstrecke vorteilhaft. Zudem wird der Mischer mit dem Reduktionsmittel benetzt, so dass auf der Oberfläche des Mischers das Reduktionsmittel verdampft.In one embodiment of the invention, the injector is disposed in the cylindrical exhaust tract segment on the central axis of the mixer. The reducing agent is thereby atomized in the entire cylindrical exhaust tract segment. With this arrangement, the short mixing distance is advantageous. In addition, the mixer is wetted with the reducing agent, so that evaporates on the surface of the mixer, the reducing agent.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Injektor stromaufwärts des tangentialen Einlasses in einem querschnittsverengten Bereich eines Abgasstrangsegments, welches stromaufwärts unmittelbar an den tangentialen Einlass angrenzt, angeordnet. Mittels dieser Injektoranordnung wird eine längere Vermischungsstrecke erzielt, wodurch sich der Zeitraum zum Vermischen des Reduktionsmittels verlängert.In a further advantageous embodiment, the injector is arranged upstream of the tangential inlet in a cross-section narrowed region of an exhaust gas line segment, which immediately upstream of the tangential inlet adjoins. By means of this injector arrangement a longer mixing distance is achieved, whereby the period of time for mixing the reducing agent is prolonged.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Mischer mindestens ein radial erstreckendes Leitelement auf. Das Leitelement ist stromaufwärts bezogen auf die Mittelachse des Mischers in einen inneren und in einen äußeren Leitelementabschnitt unterteilt. Der innere Leitelementabschnitt ist entgegen der Drehrichtung des Abgasmassenstroms geneigt. Dagegen ist der äußere Leitelementabschnitt in der Drehrichtung geneigt. Aufgrund der jeweiligen Neigung wird der Abgasmassenstrom an einem äußeren Einströmen in den Mischer gehindert und an einem inneren Einströmen erleichtert.In a further advantageous embodiment, the mixer has at least one radially extending guide element. The guide element is divided into an inner and an outer guide element section upstream of the central axis of the mixer. The inner guide element section is inclined counter to the direction of rotation of the exhaust gas mass flow. In contrast, the outer guide element section is inclined in the direction of rotation. Due to the respective inclination of the exhaust gas mass flow is prevented from an external flow into the mixer and facilitates an internal inflow.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die radiale Länge des inneren Leitelementabschnitts ein Verhältnis von 2:1 zu der radialen Länge des äußeren Leitelementabschnitts auf.In a further advantageous embodiment, the radial length of the inner guide element section has a ratio of 2: 1 to the radial length of the outer guide element section.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist stromaufwärts des tangentialen Einlasses eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, wobei die Mittelachse der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung senkrecht zu der Mittelachse des Mischers steht.In a further advantageous embodiment, a first exhaust gas aftertreatment device is arranged upstream of the tangential inlet, wherein the center axis of the first exhaust gas aftertreatment device is perpendicular to the central axis of the mixer.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist stromabwärts des Mischers eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, wobei die Mittelachse der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung exzentrisch zu der Mittelachse des Mischers ist.In a further advantageous embodiment, a second exhaust gas aftertreatment device is arranged downstream of the mixer, wherein the center axis of the second exhaust gas aftertreatment device is eccentric to the central axis of the mixer.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schließt sich stromabwärts des Mischers unmittelbar ein querschnittserweiternder Bereich an.In a further advantageous embodiment, a cross-sectional widening region immediately adjoins the mixer downstream of the mixer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem durch den tangentialen Einlass strömenden Abgasmassenstrom ein Drall um die Strömungsrichtung aufgeprägt, wodurch der Abgasmassenstrom stromabwärts des Einlasses um die Strömungsrichtung in einer ersten Drehrichtung rotiert. Daran anschließend wird der mit dem Reduktionsmittel versetzte Abgasmassenstrom dem Mischer zugeführt. In dem Mischer wird die erste Drehrichtung des Abgasmassenstroms in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung umgekehrt. Somit rotiert der Abgasmassenstrom stromabwärts des Mischers in der zweiten Drehrichtung.In the method according to the invention, a swirl around the flow direction is impressed on the exhaust gas mass flow flowing through the tangential inlet, as a result of which the exhaust gas mass flow rotates downstream of the inlet about the flow direction in a first direction of rotation. Subsequently, the exhaust gas mass flow offset with the reducing agent is supplied to the mixer. In the mixer, the first direction of rotation of the exhaust gas mass flow is reversed in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation. Thus, the exhaust gas mass flow rotates downstream of the mixer in the second direction of rotation.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Abgasmassenstrom bezogen auf die Mittelachse des Mischers von außen nach innen geleitet. Hierfür weist der Mischer mindestens ein radial erstreckendes Leitelement auf, wobei stromaufwärts bezogen auf die Mittelachse des Mischers das Leitelement in einen inneren Leitelementabschnitt und in einen äußeren Leitelementabschnitt unterteilt ist. Der innere Leitelementabschnitt ist entgegen der ersten Drehrichtung geneigt und der äußere Leitelementabschnitt ist in der ersten Drehrichtung geneigt. Der Abgasmassenstrom wird an einem Einströmen in den Mischer im Bereich des äußeren Leitelementabschnitts gehindert und im Bereich des inneren Leitelementabschnitts erleichtert.In an advantageous embodiment of the method, the exhaust gas mass flow is relative to the center axis of the mixer from outside to inside directed. For this purpose, the mixer has at least one radially extending guide element, wherein upstream of the central axis of the mixer, the guide element is subdivided into an inner guide element section and into an outer guide element section. The inner guide element section is inclined counter to the first direction of rotation and the outer guide element section is inclined in the first direction of rotation. The exhaust gas mass flow is prevented from flowing into the mixer in the region of the outer guide element section and facilitated in the region of the inner guide element section.

Es erfolgt eine 90°-Umlenkung und Verdrallung des Abgasmassenstromes auf engstem Bauraum im Vergleich zu einem beispielsweise aus der US 2009/0000287 A1 bekannten 90°-Bogen und anschließendem Drallerzeuger. Durch die exzentrische Anordnung des Mischers übersteigt der erforderliche Bauraum nicht die äußeren Abmessungen der Abgasnachbehandlungseinrichtungen, da die tangentiale Zuleitung des Abgasmassenstroms versetzt zu dem Mischer erfolgt. Aufgrund der verdrallten Strömung wird der Versatz der Mittelachse des Mischers und der Mittelachse der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung bis zum Eintritt in die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung ausgeglichen.There is a 90 ° deflection and twisting of the exhaust gas mass flow in a confined space compared to an example of the US 2009/0000287 A1 known 90 ° bend and subsequent swirl generator. Due to the eccentric arrangement of the mixer, the required space does not exceed the outer dimensions of the exhaust aftertreatment devices, since the tangential supply of the exhaust gas mass flow is offset to the mixer. Due to the twisted flow of the offset of the center axis of the mixer and the center axis of the second exhaust aftertreatment device is compensated until it enters the second exhaust aftertreatment device.

Zeichnungendrawings

Es zeigen:Show it:

1: eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung; 1 a perspective view of a device according to the invention;

2: eine Schnittansicht der Vorrichtung gemäß 1; 2 a sectional view of the device according to 1 ;

3: eine Querschnittansicht eines Details von 1; 3 : a cross-sectional view of a detail of 1 ;

4: eine perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Mischer; 4 a perspective view of a mixer according to the invention;

5: eine Vorderansicht des Mischers gemäß 4; 5 : a front view of the mixer according to 4 ;

6: eine Seitenansicht des Mischers gemäß 4; 6 a side view of the mixer according to 4 ;

7: eine Rückansicht des Mischers gemäß 4. 7 : a rear view of the mixer according to 4 ,

Die 1 und 2 zeigen eine perspektivische Ansicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Abgasnachbehandlung. Ein Abgasmassenstrom strömt in Richtung des Pfeils P1 durch eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 2, die in einem ersten Abgasstrangsegment 3 angeordnet ist. Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 ist beispielsweise ein Dieseloxidationskatalysator (DOC).The 1 and 2 show a perspective view of an embodiment of a device according to the invention 1 for exhaust aftertreatment. An exhaust gas mass flow flows in the direction of the arrow P1 through a first exhaust gas aftertreatment device 2 in a first exhaust gas segment 3 is arranged. The first exhaust aftertreatment device 2 is, for example, a diesel oxidation catalyst (DOC).

Stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 strömt der Abgasmassenstrom durch ein zweites Abgasstrangsegment 4, welches sich unmittelbar an das erste Abgasstrangsegment 3 anschließt. Die Querschnittgröße des zweiten Abgasstrangsegments 4 verringert sich in Strömungsrichtung des Abgasmassenstroms kontinuierlich, so dass daraus resultierend die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasmassenstroms erhöht wird.Downstream of the first exhaust aftertreatment device 2 the exhaust gas mass flow flows through a second exhaust gas segment 4 , which directly adjoins the first exhaust gas segment 3 followed. The cross-sectional size of the second exhaust gas segment 4 decreases continuously in the flow direction of the exhaust gas mass flow, so that as a result of the flow velocity of the exhaust gas mass flow is increased.

Stromabwärts des zweiten Abgasstrangsegments 4 schließt sich unmittelbar ein drittes Abgasstrangsegment 5 an. Die Mittelachse 6 des dritten Abgasstrangsegments 5 ist senkrecht zu der Mittelachse 7 des ersten Abgasstrangsegments 3 angeordnet, so dass das dritte Abgasstrangsegment 5 in einem Winkel α von 90° zu dem ersten Abgasstrangsegment 3 und somit auch zu der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 angeordnet ist. Das dritte Abgasstrangsegment 5 weist einen tangentialen Einlass 8 auf, über den der Abgasmassenstrom von dem zweiten Abgasstrangsegment 4 in das dritte Abgasstrangsegment 5 in Richtung des Pfeils P2 strömt und in eine spiralförmige Bewegung mit einer ersten Drehrichtung übergeht.Downstream of the second exhaust line segment 4 closes immediately a third exhaust gas segment 5 at. The central axis 6 of the third exhaust gas segment 5 is perpendicular to the central axis 7 of the first exhaust gas segment 3 arranged so that the third exhaust gas segment 5 at an angle α of 90 ° to the first exhaust line segment 3 and thus also to the first exhaust aftertreatment device 2 is arranged. The third exhaust gas segment 5 has a tangential inlet 8th via which the exhaust gas mass flow from the second exhaust gas line segment 4 into the third exhaust gas segment 5 flows in the direction of the arrow P2 and merges into a helical movement with a first direction of rotation.

Ein Injektor 9.1, 9.2 zum Zuführen von Reduktionsmittel, beispielsweise eine flüssige Harnstofflösung, ist wahlweise in dem zweiten Abgasstrangsegment 4 auf Höhe des verengten Querschnitts oder in dem dritten Abgasstrangsegment 5 auf der Mittelachse 6 angeordnet. Die Position des Injektors 9.1, 9.2 befindet sich in einem hochturbulenten Strömungsgebiet des Abgasmassenstroms mit einem ausgeprägten Drall.An injector 9.1 . 9.2 for supplying reducing agent, for example a liquid urea solution, is optionally in the second exhaust line segment 4 at the level of the narrowed section or in the third exhaust gas segment 5 on the central axis 6 arranged. The position of the injector 9.1 . 9.2 is located in a highly turbulent flow area of the exhaust gas mass flow with a pronounced swirl.

An das dritte Abgasstrangsegment 5 schließt sich stromabwärts unmittelbar ein viertes Abgasstrangsegment 10 an. In dem vierten Abgasstrangsegment 10 ist ein Mischer 11 angeordnet. Sowohl das vierte Abgasstrangsegment 10 als auch der Mischer 11 liegen in Verlängerung der Mittelachse 6 des dritten Abgasstrangsegments 5. Beim Durchströmen des mit dem Reduktionsmittel versetzten Abgasmassenstroms durch den Mischer 11 wird die erste Drehrichtung in Richtung des Pfeils P2 in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung in Richtung des Pfeils P3 umgekehrt.To the third exhaust gas segment 5 closes immediately downstream of a fourth exhaust line segment 10 at. In the fourth exhaust gas segment 10 is a mixer 11 arranged. Both the fourth exhaust gas segment 10 as well as the mixer 11 lie in extension of the central axis 6 of the third exhaust gas segment 5 , When flowing through the mixed with the reducing agent exhaust gas mass flow through the mixer 11 the first direction of rotation is reversed in the direction of the arrow P2 in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation in the direction of the arrow P3.

Stromabwärts an das vierte Abgasstrangsegment 10 schließt sich unmittelbar ein fünftes Abgasstrangsegment 12 an. Das fünfte Abgasstrangsegment 12 ist trichterförmig ausgebildet, wobei in Strömungsrichtung der Anfangsdurchmesser kleiner im Vergleich zum Enddurchmesser ist. In Strömungsrichtung ist das fünfte Abgasstrangsegment 12 somit querschnittserweiternd ausgebildet. Der Anfangsdurchmesser des fünften Abgasstrangsegments 12 stimmt mit dem Durchmesser des vierten Abgasstrangsegments 10 überein.Downstream of the fourth exhaust gas segment 10 closes immediately a fifth exhaust gas segment 12 at. The fifth exhaust gas segment 12 is funnel-shaped, wherein in the flow direction of the initial diameter is smaller compared to the final diameter. In the flow direction is the fifth exhaust line segment 12 thus formed cross-sectional widening. Of the Initial diameter of the fifth exhaust gas segment 12 agrees with the diameter of the fourth exhaust gas segment 10 match.

Ein sechstes Abgasstrangsegment 13 schließt sich stromabwärts unmittelbar an das fünfte Abgasstrangsegment 12 an, wobei der Enddurchmesser des fünften Abgasstrangsegments 12 mit dem Durchmesser des sechsten Abgasstrangsegments 13 übereinstimmt. In dem sechsten Abgasstrangsegment 13 ist eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 angeordnet. Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 ist beispielsweise ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) oder ein Dieselpartikelfilter mit SCR-Beschichtung (SDPF). Die Mittelachse 15 der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 ist exzentrisch im Vergleich zu der Mittelachse 6 des Mischers 11. In der 3 ist die Exzentrizität ebenfalls dargestellt.A sixth exhaust gas segment 13 closes downstream directly to the fifth exhaust line segment 12 at, wherein the final diameter of the fifth exhaust gas segment 12 with the diameter of the sixth exhaust line segment 13 matches. In the sixth exhaust gas segment 13 is a second exhaust aftertreatment device 14 arranged. The second exhaust aftertreatment device 14 is, for example, a selective catalytic reduction (SCR) catalyst or a diesel particulate filter with SCR coating (SDPF). The central axis 15 the second exhaust aftertreatment device 14 is eccentric compared to the central axis 6 of the mixer 11 , In the 3 the eccentricity is also shown.

Stromabwärts des Mischers 11 strömt der mit dem Reduktionsmittel versetzte Abgasmassenstrom durch das trichterförmige fünfte Abgasstrangsegment 12, wobei hierdurch das Geschwindigkeitsfeld homogenisiert wird, zu der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14.Downstream of the mixer 11 the exhaust gas mass flow offset with the reducing agent flows through the funnel-shaped fifth exhaust gas line segment 12 , thereby homogenizing the velocity field, to the second exhaust aftertreatment device 14 ,

Der Abgasmassenstrom wird homogen über der Anströmfläche der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 verteilt. Mittels der homogenen Verteilung auf der Anströmfläche wird die Konvertierungsrate der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 erhöht.The exhaust gas mass flow becomes homogeneous over the inflow surface of the second exhaust gas aftertreatment device 14 distributed. By means of the homogeneous distribution on the inflow surface, the conversion rate of the second exhaust aftertreatment device 14 elevated.

Die Vorrichtung 1 ermöglicht eine motornahe Abgasnachbehandlung in einer 90°-Anordnung der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14. Zudem kann eine sehr kurze Mischstrecke realisiert werden.The device 1 allows a close-coupled exhaust aftertreatment in a 90 ° arrangement of the first exhaust aftertreatment device 2 and the second exhaust aftertreatment device 14 , In addition, a very short mixing distance can be realized.

In den 4 bis 7 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischers 11 dargestellt. Der Mischer 11 weist radial erstreckende Leitelemente 16 mit einer entlang der Strömungsrichtung variablen Krümmung auf. Bezogen auf die Mittelachse 6 ist das Leitelement 16 stromaufwärts in einen inneren Leitelementabschnitt 17 und in einen äußeren Leitelementabschnitt 18 unterteilt.In the 4 to 7 is an embodiment of the mixer according to the invention 11 shown. The mixer 11 has radially extending guide elements 16 with a curvature variable along the flow direction. Relative to the central axis 6 is the guiding element 16 upstream into an inner baffle section 17 and in an outer guide element section 18 divided.

Die Anzahl der Leitelemente 16 beträgt für einen Mischer 11 vorzugsweise 16. Durch eine höhere Anzahl an Leitelementen 16 wird die Effizienz des Mischers 11 erhöht, wobei sich auch die Bauteilkosten der Leitelemente 16 erhöhen.The number of guide elements 16 is for a mixer 11 preferably 16 , Due to a higher number of guide elements 16 will increase the efficiency of the mixer 11 increases, whereby also the component costs of the guide elements 16 increase.

Der innere Leitelementabschnitt 17 weist eine radiale Länge L1 auf. Zudem weist der äußere Leitelementabschnitt 18 eine radiale Länge L2 auf. Die Länge L1 weist ein Verhältnis von 2:1 im Vergleich zu der Länge L2 auf. Das Verhältnis ist von der Ausprägung des Dralls stromaufwärts des Mischers 11 abhängig. Die Ausprägung des Dralls beeinflusst beispielsweise die detaillierte Form und Größe des zweiten Abgasstrangsegments 4, des Einlasses 8, des dritten Abgasstrangsegments 5 und des Auftreffwinkels des Abgasmassenstroms auf den inneren Leitelementabschnitt 17/äußeren Leitelementabschnitt 18.The inner guide element section 17 has a radial length L1. In addition, the outer guide element section 18 a radial length L2. The length L1 has a ratio of 2: 1 compared to the length L2. The ratio is on the expression of the swirl upstream of the mixer 11 dependent. The expression of the twist influences, for example, the detailed shape and size of the second exhaust gas segment 4 , the inlet 8th , the third exhaust gas segment 5 and the impact angle of the exhaust gas mass flow on the inner guide element section 17 / outer guide element section 18 ,

Der innere Leitelementabschnitt 17 ist entgegen der Richtung des Pfeils P2 geneigt, so dass ein Einströmen des Abgasmassenstroms in den Mischer 11 erleichtert wird. Der äußere Leitelementabschnitt 18 ist in Richtung des Pfeils P2 geneigt, so dass ein Einströmen des Abgasmassenstroms in den Mischer 11 erschwert wird. Der Neigungswinkel des inneren Leitelementabschnitts 17 und des äußeren Leitelementabschnitts 18 ist wiederum von der Ausprägung des Dralls stromaufwärts des Mischers 11 abhängig.The inner guide element section 17 is inclined against the direction of the arrow P2, so that an inflow of the exhaust gas mass flow into the mixer 11 is relieved. The outer guide element section 18 is inclined in the direction of the arrow P2, so that an inflow of the exhaust gas mass flow into the mixer 11 is difficult. The inclination angle of the inner guide element section 17 and the outer guide element section 18 is in turn of the expression of the swirl upstream of the mixer 11 dependent.

Mittels des inneren Leitelementabschnitts 17 und des äußeren Leitelementabschnitts 18 wird der Abgasmassenstrom bezogen auf die Mittelachse 6 von außen nach innen geleitet. Vor dem Mischer 11 entsteht ein starker Drall um die Mittelachse 6. Dieser ist gekennzeichnet durch eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit nahe der Rohrwandung und eine geringere Strömungsgeschwindigkeit im Inneren. Dadurch ist der Abgasmassenstrom (bezogen auf Masse pro Zeiteinheit) nahe der Rohrwandung größer im Vergleich zu der näheren Umgebung der Mittelachse 6.By means of the inner guide element section 17 and the outer guide element section 18 is the exhaust gas mass flow relative to the central axis 6 directed from outside to inside. In front of the mixer 11 creates a strong spin around the central axis 6 , This is characterized by a very high flow rate near the pipe wall and a lower flow rate in the interior. As a result, the exhaust gas mass flow (based on mass per unit of time) near the pipe wall is greater in comparison to the immediate vicinity of the center axis 6 ,

Diese Ungleichverteilung würde sich negativ auf die Konvertierungsrate der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 auswirken, da Abgasbestandteile, die am Rand strömen, eine kürzere Zeitdauer (Reaktionszeit) in der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 verweilen würden im Vergleich zu Abgasbestandteilen, die nahe der Mittelachse 6 strömen. Durch die Gestalt des Mischers 11, insbesondere des inneren Leitelementabschnitts 17 und des äußeren Leitelementabschnitts 18, wird dieser Ungleichverteilung entgegengewirkt.This unequal distribution would negatively affect the conversion rate of the second exhaust aftertreatment device 14 As exhaust components flowing at the edge have a shorter duration (reaction time) in the second exhaust aftertreatment device 14 would linger compared to exhaust components that are near the center axis 6 stream. By the shape of the mixer 11 , in particular of the inner guide element section 17 and the outer guide element section 18 , this inequality is counteracted.

Die äußeren Leitelementabschnitte 18 sind in Strömungsrichtung des Dralls geneigt, so dass vorbeiströmendes Abgas an einem Einströmen in den Mischer 11 gehindert wird. Die inneren Leitelementabschnitte 17 sind entgegen der Strömungsrichtung des Dralls geneigt, so dass die Abgasströmung somit leichter in den Mischer 11 einströmen kann.The outer guide element sections 18 are inclined in the flow direction of the swirl, so that flowing exhaust gas from flowing into the mixer 11 is prevented. The inner guide element sections 17 are inclined against the flow direction of the swirl, so that the exhaust gas flow thus easier in the mixer 11 can flow in.

Stromabwärts des inneren Leitelementabschnitts 17 und des äußeren Leitelementabschnitts 18 wird durch das Leitelement 16 eine gesamthafte Umlenkung der nun gleichverteilten Strömung (bezogen auf den Ausgangsdrall) erzielt, wodurch eine verbesserte Vermischung resultiert. Das Abgas ist stromabwärts des Mischers 11 bezüglich der Verteilung des Abgasmassenstroms und des Reduktionsmittels homogenisiert.Downstream of the inner Leitelementabschnitts 17 and the outer guide element section 18 is through the guide element 16 a total diversion of the now equally distributed flow (based on the output spin) achieved, creating a improved mixing results. The exhaust gas is downstream of the mixer 11 Homogenized with respect to the distribution of the exhaust gas mass flow and the reducing agent.

Durch die geometrische Ausbildung des Leitelements 16 wird beim Durchströmen des Abgasmassenstroms durch den Mischer 11 die Drehrichtung umgekehrt. Dieser Drehrichtungswechsel und das Leiten des Abgasmassenstroms von außen nach innen, welcher primär durch den inneren Leitelementabschnitt 17 und den äußeren Leitelementabschnitt 18 erzeugt wird, trägt zu einer Verbesserung der Vermischung des verdampften Reduktionsmittels mit dem Abgasmassenstrom bei.Due to the geometric design of the guide 16 when flowing through the exhaust gas mass flow through the mixer 11 the direction of rotation reversed. This direction of rotation change and the conduction of the exhaust gas mass flow from outside to inside, which primarily by the inner Leitelementabschnitt 17 and the outer guide element section 18 is generated, contributes to an improvement in the mixing of the vaporized reducing agent with the exhaust gas mass flow.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
erste Abgasnachbehandlungseinrichtungfirst exhaust aftertreatment device
33
erstes Abgasstrangsegmentfirst exhaust gas segment
44
zweites Abgasstrangsegmentsecond exhaust gas segment
55
drittes Abgasstrangsegmentthird exhaust gas segment
66
Mittelachsecentral axis
77
Mittelachsecentral axis
88th
Einlassinlet
9.19.1
Injektorinjector
9.29.2
Injektorinjector
1010
viertes Abgasstrangsegmentfourth exhaust gas segment
1111
Mischermixer
1212
fünftes Abgasstrangsegmentfifth exhaust gas segment
1313
sechstes Abgasstrangsegmentsixth exhaust gas segment
1414
zweite Abgasnachbehandlungseinrichtungsecond exhaust aftertreatment device
1515
Mittelachsecentral axis
1616
Leitelementvane
1717
innerer Leitelementabschnittinner guide element section
1818
äußerer Leitelementabschnittouter guide element section
L1L1
Längelength
L2L2
Längelength
P1P1
Pfeilarrow
P2P2
Pfeilarrow
P3P3
Pfeilarrow
αα
Winkelangle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2009/0000287 A1 [0002, 0015] US 2009/0000287 A1 [0002, 0015]

Claims (10)

Vorrichtung (1) zur Abgasnachbehandlung eines Abgasmassenstroms in einem Abgasstrang, wobei in dem Abgasstrang ein Injektor (9.1, 9.2) zum Zuführen von Reduktionsmittel in den Abgasmassenstrom angeordnet ist, und wobei ein zylinderförmiges Abgasstrangsegment (5) einen tangentialen Einlass (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des tangentialen Einlasses (8) ein Mischer (11) zur Umkehrung der Drehrichtung des Abgasmassenstroms angeordnet ist, und stromaufwärts des Mischers (11) der Injektor (9.1, 9.2) angeordnet ist.Contraption ( 1 ) for the exhaust aftertreatment of an exhaust gas mass flow in an exhaust line, wherein in the exhaust line an injector ( 9.1 . 9.2 ) is arranged for supplying reducing agent in the exhaust gas mass flow, and wherein a cylindrical exhaust gas strand segment ( 5 ) a tangential inlet ( 8th ), characterized in that downstream of the tangential inlet ( 8th ) a mixer ( 11 ) is arranged to reverse the direction of rotation of the exhaust gas mass flow, and upstream of the mixer ( 11 ) the injector ( 9.1 . 9.2 ) is arranged. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (9.1, 9.2) in dem zylinderförmigen Abgasstrangsegment (5) auf der Mittelachse (6) des Mischers (11) angeordnet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the injector ( 9.1 . 9.2 ) in the cylindrical exhaust gas segment ( 5 ) on the central axis ( 6 ) of the mixer ( 11 ) is arranged. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (9.1, 9.2) stromaufwärts des Einlasses (8) in einem querschnittsverengten Bereich eines Abgasstrangsegments (4), welches stromaufwärts unmittelbar an den tangentialen Einlass (8) angrenzt, angeordnet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the injector ( 9.1 . 9.2 ) upstream of the inlet ( 8th ) in a cross-section narrowed region of an exhaust gas line segment ( 4 ), which immediately upstream of the tangential inlet ( 8th ) is adjacent, is arranged. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (11) mindestens ein radial erstreckendes Leitelement (16) aufweist, wobei stromaufwärts bezogen auf die Mittelachse (6) des Mischers (11) das Leitelement (16) in einen inneren Leitelementabschnitt (17) sowie einen äußeren Leitelementabschnitt (18) unterteilt ist, und wobei der innere Leitelementabschnitt (17) entgegen der Drehrichtung (P2) der Strömung geneigt ist, und wobei der äußere Leitelementabschnitt (18) in der Drehrichtung (P2) der Strömung geneigt ist.Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the mixer ( 11 ) at least one radially extending guide element ( 16 ), wherein upstream with respect to the central axis ( 6 ) of the mixer ( 11 ) the guiding element ( 16 ) in an inner guide element section ( 17 ) and an outer guide element section ( 18 ), and wherein the inner guide element section ( 17 ) is inclined against the direction of rotation (P2) of the flow, and wherein the outer guide element section ( 18 ) is inclined in the direction of rotation (P2) of the flow. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Länge (L1) des inneren Leitelementabschnitts (17) ein Verhältnis von 2:1 zu der radialen Länge (L2) des äußeren Leitelementabschnitts (18) aufweist.Contraption ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the radial length (L1) of the inner guide element section ( 17 ) a ratio of 2: 1 to the radial length (L2) of the outer guide element section (FIG. 18 ) having. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Einlasses (8) eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) angeordnet ist, wobei die Mittelachse (7) der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) senkrecht zu der Mittelachse (6) des Mischers (11) ist.Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that upstream of the inlet ( 8th ) a first exhaust aftertreatment device ( 2 ), wherein the central axis ( 7 ) of the first exhaust aftertreatment device ( 2 ) perpendicular to the central axis ( 6 ) of the mixer ( 11 ). Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Mischers (11) eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (14) angeordnet ist, wobei die Mittelachse (15) der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung (14) exzentrisch zu der Mittelachse (6) des Mischers (11) ist.Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that downstream of the mixer ( 11 ) a second exhaust aftertreatment device ( 14 ), wherein the central axis ( 15 ) of the second exhaust aftertreatment device ( 14 ) eccentric to the central axis ( 6 ) of the mixer ( 11 ). Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich stromabwärts des Mischers (11) ein querschnittserweiternder Bereich unmittelbar anschließt.Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that downstream of the mixer ( 11 ) immediately adjoins a cross-sectional widening region. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Abgasmassenstroms in einem Abgasstrang, wobei dem Abgasmassenstrom ein Reduktionsmittel zugeführt wird, und wobei der Abgasmassenstrom über einen tangentialen Einlass (8) in ein zylinderförmiges Abgasstrangsegment (5) einströmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasmassenstrom beim Einströmen durch den Einlass (8) in eine spiralförmige Bewegung um die Mittelachse (6) des zylinderförmigen Abgasstrangsegments (5) in eine erste Drehrichtung (P2) überführt wird, und daran anschließend der mit dem Reduktionsmittel versetzte Abgasmassenstrom einem Mischer (11) zugeführt wird, und wobei in dem Mischer (11) die erste Drehrichtung (P2) des Abgasmassenstroms in eine der ersten Drehrichtung (P2) entgegengesetzte zweite Drehrichtung (P3) umgekehrt wird.A method for exhaust aftertreatment of an exhaust gas mass flow in an exhaust line, wherein the exhaust gas mass flow, a reducing agent is supplied, and wherein the exhaust gas mass flow through a tangential inlet ( 8th ) into a cylindrical exhaust gas segment ( 5 ), characterized in that the exhaust gas mass flow as it flows through the inlet ( 8th ) in a spiral movement about the central axis ( 6 ) of the cylindrical exhaust gas segment ( 5 ) is transferred in a first rotational direction (P2), and then the exhaust gas mass flow offset with the reducing agent is fed to a mixer ( 11 ), and wherein in the mixer ( 11 ) the first direction of rotation (P2) of the exhaust gas mass flow in a first direction of rotation (P2) opposite the second direction of rotation (P3) is reversed. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (11) mindestens ein radial erstreckendes Leitelement (16) aufweist, wobei stromaufwärts bezogen auf die Mittelachse (6) das Leitelement (16) in einen inneren Leitelementabschnitt (17) sowie einen äußeren Leitelementabschnitt (18) unterteilt ist, wobei der innere Leitelementabschnitt (17) entgegen der Drehrichtung (P2) der Strömung geneigt ist, und wobei der äußere Leitelementabschnitt (18) in der Drehrichtung (P2) der Strömung geneigt ist, wobei am äußeren Leitelementabschnitt (18) der Abgasmassenstrom an einem Einströmen in den Mischer (11) gehindert wird, und wobei am inneren Leitelementabschnitt (17) ein Einströmen des Abgasmassenstroms in den Mischer (11) erleichtert wird, so dass der Abgasmassenstrom bezogen auf die Mittelachse (6) des Mischers (11) von außen nach innen geleitet wird.Method according to claim 9, characterized in that the mixer ( 11 ) at least one radially extending guide element ( 16 ), wherein upstream with respect to the central axis ( 6 ) the guiding element ( 16 ) in an inner guide element section ( 17 ) and an outer guide element section ( 18 ), wherein the inner guide element section ( 17 ) is inclined against the direction of rotation (P2) of the flow, and wherein the outer guide element section ( 18 ) is inclined in the direction of rotation (P2) of the flow, wherein at the outer guide element section ( 18 ) the exhaust gas mass flow at an inflow into the mixer ( 11 ) is prevented, and wherein at the inner guide element section ( 17 ) an inflow of the exhaust gas mass flow into the mixer ( 11 ), so that the exhaust gas mass flow relative to the central axis ( 6 ) of the mixer ( 11 ) is directed from outside to inside.
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