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課題・解決手段

本発明は、排ガス流(4)用のパイプライン部分(2)を有する装置(1)に関する。パイプライン部分は、入口端部(3)、出口端部(5)、直線部分(30)、および隆起部(17)を有し、隆起部は、液体添加剤(特に尿素水溶液)用の配量装置(7)の直線部分(30)への取り付けのための開口(31)を有する。隆起部(17)は、高さ(32)および広がり(33)を有し、広がり(33)は、高さ(32)の少なくとも2倍の大きさである。さらに、入口端部(3)におよび出口端部(5)に、それぞれ、少なくとも1つの円板状のハニカム体(6)が配置され、開口(31)の中心軸(34)は、円板状のハニカム体の1つに対し向けられる。

概要

背景

特に自動車の領域において、内燃機関排ガス浄化のためによく用いられる排ガス処理方法においては、排ガスに液体添加剤が供給される。特によく使用される排ガス処理方法は、選択触媒還元SCR)法であり、選択触媒還元法では、排ガス中の窒素酸化化合物は、還元剤を用いて還元される。還元剤として、よくアンモニアが利用される。アンモニアは、自動車内で、通常、アンモニア自体として貯蔵されず、アンモニアに変換され得る還元剤前駆体溶液の形態である。変換は、排ガスの存在下の排ガスシステム内で、および/または、このために特に設けられたリアクタの中の排ガスシステム外で、行われ得る。

還元剤前駆体溶液は、タンクに貯蔵され、搬送ユニットにより排ガス処理装置に供給されることができる。特によく使用される還元剤前駆体溶液は、液体の尿素水溶液であり、液体の尿素水溶液は、例えば、32.5%の尿素含有量で、AdBlue(登録商標)の商品名で入手できる。還元剤も還元剤前駆体も、それ故に液体であり得る。

排ガス流への、液体の添加剤の配量のために、インジェクタ一種またはノズルの一種が用いられてもよい。排ガス流への液体の添加剤の配量においては、排ガス流への、可能な限り一様な、液体の添加剤およびその分解生成物分配を達成することが、目標である。特に排ガス内での還元剤前駆体溶液の変換にとっては、排ガス流への良好な分配が有利である。具体的には、変換は、それから熱が優勢で行われ(放熱)、排ガス流の熱が変換に利用される。

その上、配量装置においてよく用いられるバルブまたはノズルは、温度感性である。排ガス流の熱により、例えば、液体の添加剤の配量を制御する、電気作動電磁バルブが、容易に損傷され得る。排ガス処理装置は、その理由から、望ましくは、配量装置での温度が所定の限界温度を超えないように、設計される必要がある。

さらに、配量装置の領域における液体の添加剤の堆積は、非常に危険である。特に、液体の添加剤として尿素水溶液が用いられている場合は、尿素は、固体結晶堆積物を、配量装置上におよび/または排ガスラインの配量装置の領域に、形成し得る。この堆積は、一方では、配量装置の詰まりつながり、それによって配量が妨げられる。その上、そのような堆積物は、場合によっては突然離れるかもしれず、それから固体粒子として、流れ方向において配量装置の下流に配置された排ガス処理コンポーネントを、損傷するかもしれない。

そのほかに、自動車または作業機械への配量装置の統合は、可能な限り低コストな形であるべきである。特に、車両の少量生産工程(例えば専用機械および実用車領域において)についても、排ガス処理装置への配量装置の低コストな統合が、場合によってはまた追加装備セットとして、可能であることが望まれる。

概要

本発明は、排ガス流(4)用のパイプライン部分(2)を有する装置(1)に関する。パイプライン部分は、入口端部(3)、出口端部(5)、直線部分(30)、および隆起部(17)を有し、隆起部は、液体の添加剤(特に尿素水溶液)用の配量装置(7)の直線部分(30)への取り付けのための開口(31)を有する。隆起部(17)は、高さ(32)および広がり(33)を有し、広がり(33)は、高さ(32)の少なくとも2倍の大きさである。さらに、入口端部(3)におよび出口端部(5)に、それぞれ、少なくとも1つの円板状のハニカム体(6)が配置され、開口(31)の中心軸(34)は、円板状のハニカム体の1つに対し向けられる。

目的

効果

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請求項1

装置(1)であって、排ガス流(4)用のパイプライン部分(2)を有し、前記パイプライン部分(2)は、入口端部(3)と、出口端部(5)と、直線部分(30)と、開口(31)を有する隆起部(17)と、を有し、開口(31)は、液体添加剤用配量装置(7)を直線部分(30)に取り付けるためのものであり、前記隆起部(17)は、高さ(32)と、広がり(33)と、を有し、前記広がり(33)は、前記高さ(32)の少なくとも2倍の大きさであり、さらに、前記入口端部(3)および前記出口端部(5)で、それぞれ、少なくとも1つの円板状のハニカム体(6)が配置され、開口(31)の中心軸(34)は、前記円板状のハニカム体(6)の1つへ向けられる、装置。

請求項2

請求項1に記載の装置(1)であって、2つの前記円板状のハニカム体(6)の少なくとも1つは、前記入口端部(3)または前記出口端部(5)で、円錐形である、装置。

請求項3

請求項1または2に記載の装置(1)であって、前記入口端部(3)での円板状のハニカム体(6)と、前記配量装置(7)と、の間で、前記パイプライン部分(2)にノズルが設けられ、前記ノズルにより、排ガス流(4)が、前記パイプライン部分(2)で中心に収束される、装置。

請求項4

請求項1〜3の1項に記載の装置(1)であって、前記入口端部(3)から前記出口端部(5)までの前記パイプライン部分の長さ(8)が、前記パイプライン部分(2)の直径(9)の、2倍以上、および5倍以下、に対応する、装置。

請求項5

請求項1〜4の1項に記載の装置(1)であって、前記入口端部(3)での前記少なくとも1つの円板状のハニカム体(6)が、20cpsi〜200cpsi(平方インチ当たりのチャネル)のチャネル密度を有する、装置。

請求項6

請求項1〜5の1項に記載の装置(1)であって、前記パイプライン部分(2)が、前記出口端部(5)での円板状のハニカム体(6)と、前記出口端部(5)との間に、流れ調整部分(47)を有し、前記流れ調整部分(47)において、前記パイプライン部分(2)の断面(53)が、少なくとも部分的にオフセットされる、装置。

請求項7

請求項1〜6の1項に記載の装置(1)であって、前記パイプライン部分(2)の直径(9)が、前記入口端部(3)での前記少なくとも1つの円板状のハニカム体(6)と、前記配量装置(7)と、の間で、拡張部分(10)において、円錐形に広がる、装置。

請求項8

請求項1〜7の1項に記載の装置(1)であって、前記パイプライン部分(2)が、前記配量装置(7)と、前記出口端部(5)と、の間に、10°〜45°の角度(12)を有する曲がり(11)を備える、装置。

請求項9

請求項1〜8の1項に記載の装置(1)であって、前記配量装置(7)が配量方向(15)を定め、配量方向(15)が、前記円板状のハニカム体(6)に対して90°より小さい、液体の添加剤のための衝突角(16)を予め定める、装置。

請求項10

請求項1〜9の1項に記載の装置(1)であって、前記中心軸(34)が向けられる、前記円板状のハニカム体(6)が、前記パイプライン部分(2)のパイプ軸(26)に対する傾斜角(36)を有して配置される、装置。

請求項11

請求項1〜10の1項に記載の装置(1)であって、前記少なくとも1つの円板状のハニカム体(6)が、前記パイプライン部分(2)の直径(9)の30%より少ないハニカム体長さ(20)を有する、装置。

請求項12

自動車(21)であって、内燃機関(22)と、前記内燃機関(22)の排ガス浄化のための排ガス処理装置(23)と、を有し、前記排ガス処理装置(23)は、請求項1〜11の1項に記載の少なくとも1つの装置(1)を有する、自動車。

技術分野

0001

本発明は、排ガス浄化のための装置に関する。この装置は、排ガス浄化モジュールであり、排ガス浄化モジュールは、内燃機関排ガス浄化のための排ガス処理装置統合されることができる。この排ガス浄化モジュールは、排ガス流液体添加剤を添加する配量装置を含む。

背景技術

0002

特に自動車の領域において、内燃機関の排ガスの浄化のためによく用いられる排ガス処理方法においては、排ガスに液体の添加剤が供給される。特によく使用される排ガス処理方法は、選択触媒還元SCR)法であり、選択触媒還元法では、排ガス中の窒素酸化化合物は、還元剤を用いて還元される。還元剤として、よくアンモニアが利用される。アンモニアは、自動車内で、通常、アンモニア自体として貯蔵されず、アンモニアに変換され得る還元剤前駆体溶液の形態である。変換は、排ガスの存在下の排ガスシステム内で、および/または、このために特に設けられたリアクタの中の排ガスシステム外で、行われ得る。

0003

還元剤前駆体溶液は、タンクに貯蔵され、搬送ユニットにより排ガス処理装置に供給されることができる。特によく使用される還元剤前駆体溶液は、液体の尿素水溶液であり、液体の尿素水溶液は、例えば、32.5%の尿素含有量で、AdBlue(登録商標)の商品名で入手できる。還元剤も還元剤前駆体も、それ故に液体であり得る。

0004

排ガス流への、液体の添加剤の配量のために、インジェクタ一種またはノズルの一種が用いられてもよい。排ガス流への液体の添加剤の配量においては、排ガス流への、可能な限り一様な、液体の添加剤およびその分解生成物分配を達成することが、目標である。特に排ガス内での還元剤前駆体溶液の変換にとっては、排ガス流への良好な分配が有利である。具体的には、変換は、それから熱が優勢で行われ(放熱)、排ガス流の熱が変換に利用される。

0005

その上、配量装置においてよく用いられるバルブまたはノズルは、温度感性である。排ガス流の熱により、例えば、液体の添加剤の配量を制御する、電気作動電磁バルブが、容易に損傷され得る。排ガス処理装置は、その理由から、望ましくは、配量装置での温度が所定の限界温度を超えないように、設計される必要がある。

0006

さらに、配量装置の領域における液体の添加剤の堆積は、非常に危険である。特に、液体の添加剤として尿素水溶液が用いられている場合は、尿素は、固体結晶堆積物を、配量装置上におよび/または排ガスラインの配量装置の領域に、形成し得る。この堆積は、一方では、配量装置の詰まりつながり、それによって配量が妨げられる。その上、そのような堆積物は、場合によっては突然離れるかもしれず、それから固体粒子として、流れ方向において配量装置の下流に配置された排ガス処理コンポーネントを、損傷するかもしれない。

0007

そのほかに、自動車または作業機械への配量装置の統合は、可能な限り低コストな形であるべきである。特に、車両の少量生産工程(例えば専用機械および実用車領域において)についても、排ガス処理装置への配量装置の低コストな統合が、場合によってはまた追加装備セットとして、可能であることが望まれる。

発明が解決しようとする課題

0008

ここから出発して、本発明の課題は、先行技術と関連して示された技術的問題を、解決すること、または少なくとも緩和すること、である。排ガス処理装置用の、液体の添加剤用の配量装置を含む、特に有利な装置が示されるべきであり、この装置は、特に、排ガス処理装置におけるSCR法の実行に、適している、または有用である。

課題を解決するための手段

0009

これらの課題は、請求項1の特徴に従った装置により解決される。装置のさらなる有利な構成は、従属請求項に示される。請求項に個々に挙げられた特徴は、任意の技術的に有意な方法で、互いに組み合わせ可能であり、本発明のさらなる設計変形が示される、明細書中からの実情によって補足されることもある。

0010

本発明は装置に関し、装置は、排ガス流用のパイプライン部分を有し、パイプライン部分は、入口端部、出口端部、直線部分、および隆起部を有し、隆起部は、液体の添加剤用の配量装置の直線部分への取り付けのための開口を有する。隆起部は、高さおよび広がりを有し、広がりは、高さの少なくとも2倍の大きさであり、さらに、入口端部におよび出口端部に、それぞれ、少なくとも1つの円板状のハニカム体が配置され、開口の中心軸は、円板状のハニカム体の1つに対し向けられる。開口の中心軸は、望ましくは、円板状のハニカム体の1つに対し中央に向けられる。「中央」という表現で、この場合、中心軸が、ハニカム体の前面面積の20パーセントより少ない領域で、ハニカム体と交わり、この領域は、前面面積の中心にほぼ円形に配置される、ということが意味される。

0011

その際、円板状のハニカム体が、出口端部および/または入口端部でパイプライン部分の終端を形成すると、望ましい。

0012

装置は、特に、排ガス浄化モジュールまたは排ガス浄化コンポーネントであり、それらは、排ガス処理装置にまたは排ガスシステムに、(追加的に)挿入または統合されることができる。排ガスシステムは、内燃機関に関し排ガスの浄化用に用いられる、全てのモジュールおよびコンポーネント全体である。それで、入口端部および出口端部は、それぞれ、排ガスラインの部分に接続されることができる。パイプライン部分は、望ましくは、両方の端部に、ライン部分接続用接続手段を有する。この接続手段は、例えば、パイプライン部分と排ガスラインのさらに続く部分との間の溶接接続を形成するための手段であり得る。そのような接続手段は、例えば、パイプライン部分の縁によって形成され得る。溶接接続を形成するための手段は、また、斜めのエッジをパイプライン部分の縁上に含んでもよく、斜めのエッジは、排ガスラインの隣接する部分とのパイプ部分の接続のための、V形溶接線の形成を可能にする。接続手段は、フランジのように、または差し込み式接続のように、形成されることもできる。

0013

パイプライン部分は、望ましくは、特に直線部分(パイプライン部分のまっすぐ延びる部分)で、円筒形である。パイプライン部分は、望ましくは、直径を有する円形断面を有する。円形断面および円筒形の形状は、望ましくは、基本形を定める。パイプライン部分は、この基本形からそれる、へこみ、隆起くびれ、および拡張を有する。

0014

直線部分には、そのほかに、液体の添加剤用の配量装置の取り付けのための開口を有する、(ちょうど)1つの隆起部が設けられ、隆起部は、高さおよび広がりを有し、広がりは、高さの少なくとも2倍の大きさである。それで、隆起部は、側面でほぼ鋭角三角形と同じになり、短い辺に開口が設けられる。隆起部の特性表示のために、パイプライン部分は、円筒形の直線部分と「その上に取り付けられた」隆起部とに思考的に分割されてもよく、隆起部の幾何的大きさが、この円筒形の直線部分に関し、直ちに定められるようになっている。これに関して、添加剤が、可能な限り浅い角で、および/または可能な限り広い流入領域で、円筒形の直線部分に配量されると、有利である。それで、隆起部に、配量される添加剤用の拡張体積も設けられ、拡張体積は、排ガス流に過度にさらされず、従って、隆起部における所望のスプレーパターンの形成に、強い影響をほとんど与えない。その理由から、隆起部の広がり(パイプライン部分の広がりに平行)は、少なくとも2、特に2.5、の因数だけ、またはさらに3の因数だけ、隆起部の高さ(広がりに垂直)よりも大きくあるべきであることが、ここで予め定められる。それから、場合によっては不利な流れ条件が隆起部に生じるかもしれず、隆起部が広がりにわたってもはや添加剤で満たされることができない、および/または、装置の寸法が、排ガスシステムへの(追加的な)取り付けにとって大きすぎる、という理由で、さらに、因数は4.5の値を一般に超えるべきでないことが見出される。

0015

入口端部および出口端部は、それぞれ、パイプライン部分の(開いた)正面を形成する。入口端部および/または出口端部の近辺または同じ並びに、それぞれ、円板状のハニカム体が配置される。入口端部を通って入る排ガス流は、入口端部の円板状のハニカム体を通過する。排ガス流は、パイプライン部分を通過したら、出口端部を通ってパイプライン部分を出て行く。パイプライン部分の内部で、入口端部と出口端部の間に、流れ方向が想定され得る。配量装置は、流れ方向に入口端部の下流に、流れ方向に出口端部の上流に、ある。

0016

配量装置は、液体の添加剤の制御された配量のためのインジェクタおよび/または液体の添加剤の飛散のためのノズルを、望ましく有することもある。配量装置のノズルは、望ましくは、液体の添加剤をスプレーコーンで隆起部および/または排ガス流に分配するように、設計される。このスプレーコーンは、例えば5°〜40°の開角を有し、配量装置の中心位置が想定され得る。配量装置には、また、配量装置に配置されたインジェクタへの熱流の減少のための手段が、有利な方法で配置される。この手段は、例えば、遮熱板冷却リブ、および/または流体冷却装置を含んでもよい。

0017

隆起部は、このために、配量装置の固定に用いられる開口を含む。この開口は、装置の(平面の)側面に配置されてもよく、側面と、向かい側に位置するハニカム体とは、角を形成する。それで、配量装置の配量方向は、浅い角でハニカム体の中心を指し示すことが、保証される。ここで、配量方向は、通常、開口の中心軸が対応する。配量方向または中心軸は、流れ方向に、または流れ方向に反して、方向づけられる。

0018

装置の少なくとも1つの円板状のハニカム体、および望ましくは装置の全てのハニカム体は、金属箔を含む。円板状のハニカム体は、望ましくは金属箔によって構成され、金属箔は、巻かれ、ねじられ、および/または積み重ねられる。望ましくは、ハニカム体は、金属箔のスタックから製造され、金属箔のスタックは、S形状にねじられる(いわゆるS形)。いくつかのスタックが用いられる場合、これらは、U形状および/またはV形状に湾曲した配置として、並列して配置されて互いにねじられてハウジングに収容されることができる(いわゆるSM形)。両方の構成は、スタックの全ての端部が外部に向けられ(つまりハウジングに境を接する)、一方、曲がり(s,v,u)は内部に位置する、ということが通常共通する。スタックには、望ましくは、波形の金属箔とスムーズな金属箔とが交互に存在し、これらの金属箔は、それぞれ、ハニカム体のチャネル画定する。チャネルの壁は、スムーズ(チャネルの延びる方向にフラットおよび/または設備がない)であってもよく、および/または、突出、ブレード、穴、および/または排ガス用方向転換面(合わせて構造とも称される)を有してもよい。それ故、円板状のハニカム体を通過する排ガス流は、均一化および/または混合される(例えば、流れ速度部分流れ方向、温度および/または同様なものに関して)。

0019

入口端部でのおよび/または出口端部での円板状のハニカム体は、一方では、流れの均一化に役立ち得る。これによって、配量装置が、液体の添加剤を排ガス流に、排ガス処理装置内のさらなるコンポーネントから大幅に影響を受けずに供給することが、可能になる。円板状のハニカム体は、望ましくは、可能な限り広範囲で、排ガス流にある渦を解消し、それでもって、添加剤配量の領域における定められた流れ状況を保証する。出口端部での(スムーズな)円板状のハニカム体は、液体の添加剤と混ぜ合わせられた、流れ出る排ガス流を均一化する。円板状のハニカム体は、ハニカム体軸を有し、ハニカム体軸は、ハニカム体の中心にある。ハニカム体のチャネルは、望ましくは、ハニカム体軸に平行に延びる。ハニカム体軸と配量方向との間に、望ましくは、0°〜90°[度]、特に0〜45度、の衝突角が存在する。この角は、それ故、望ましくは、ハニカム体軸と、スプレーコーンの中心軸と、の間にも存在する。

0020

少なくとも1つの円板状のハニカム体は、その上、電気ヒータを用いて構成されてもよい。この場合、ハニカム体の壁の少なくとも部分が、調節された電流によってトラバースされ、それで電気抵抗に基づいて熱くなると、望ましい。必要な場合は、円板状のハニカム体は、その上、いくつかのゾーンを有し、いくつかのゾーンは、互いから独立して、作動/非作動されることができる。少なくとも円板状のハニカム体が、電気ヒータを用いて構成され、そのハニカム体上へ液体の添加剤が施されると、望ましい。

0021

両方の円板状のハニカム体の少なくとも1つが、入口端部でまたは出口端部で、円錐形に形成されると、装置は特に有利である。

0022

これは、少なくとも1つの円板状のハニカム体が、円錐のように構成されるということを、特に意味する。この場合、チャネルが、同様に、円錐形状に広く/狭くなってもよい。さらに、これに関しても、チャネルの壁がスムーズ(チャネルの延びる方向にフラットおよび/または設備がない)であり得ることが、および/または、突出、ブレード、穴、および/または排ガス用の方向転換面を有し得ることが、可能である。少なくとも円板状のハニカム体が、円錐のように構成され、そのハニカム体上へ液体の添加剤が施されると、望ましい。円錐形に形成された、ハニカム体またはハニカム体のチャネルを、広くするか狭くするかは、装置を通る排ガス流の方向から定められる。

0023

ハニカム体が、出口端部で、円錐形に形成されると、装置は特に有利である。配量装置によって供給された液体の添加剤は、出口端部のハニカム体に当たる。円錐形により、液体の添加剤が、ハニカム体のチャネル壁に当たり、そこで気化する確率が高まる。方向転換面またはブレードによっても、液体の添加剤の衝突の可能性が高められ、さらに、特にブレード上または方向転換面上でも気化が起こる。

0024

その他に、入口端部の円板状のハニカム体と、配量装置との間で、パイプライン部分にノズルが設けられると、装置は有利であり、ノズルにより、排ガス流が、パイプライン部分において中心に収束される。そのようなノズルは、例えば、連続的に狭くなる管状部材から形成され、この管状部材は、パイプライン部分に挿入される。そのように収束された排ガス流は、配量装置で供給された液体の添加剤を、特に効果的に吸収する。

0025

記述された装置により、様々な排ガス処理装置に統合可能な、排ガス浄化モジュールが提供される。排ガス処理装置への、この排ガス浄化モジュールの統合では、特に配量装置の領域で広がる排ガス流は、設計について区別して考慮されなくてよい。液体の添加剤の配量と、流れへの液体の添加剤の分配とは、記述された装置により、望ましくは、隣り合うコンポーネントから独立して行われる。特に、排ガス処理装置において上流および/または下流に位置する、様々なコンポーネントへの、配量装置の個別的な適合の必要はない。また、流れ方向において記述された装置の下流に配置される、排ガス処理装置のコンポーネントは、液体の添加剤の配量から独立して作られることができる。

0026

入口端部から出口端部までのパイプライン部分の長さが、パイプライン部分の直径の、2倍以上、および5倍以下、に対応すると、記述された装置は特に有利である。直径は、長さにわたって優勢に存在する、パイプライン部分の直径(隆起部の高さなし)を意味し、‐以下で「主な直径」とも称される。パイプライン部分の選ばれた長さにより、一方では、排ガス流への液体の添加剤の一様な分配を保証することができる。他方では、装置の構造の長さが十分に小さいので、装置は、簡単に排ガス処理装置へ(追加的にも)統合できる。排ガス処理装置(自動車の分野における)の直径は、望ましくは50mm[ミリメートル]〜200mm、特に望ましくは60mm〜130mm、である。

0027

配量装置は、パイプライン部分に、流入端部から、望ましくは少なくとも100mmの流入長さの後に、配置される。流入長さは、入口端部の少なくとも1つのハニカム体の流出面と、パイプライン部分を通る仮想的な(垂直)平面断面と、の間の距離を描き、平面断面に、配量装置と、特に、配量装置での、パイプライン部分への液体の添加剤用の注入ポイントと、が位置する。流れ方向において、この仮想的な平面断面から、望ましくは少なくとも100mmの流出長さが、出口端部の、またはさらなるハニカム体の、流入面まで、存在する。

0028

入口端部の少なくとも1つの円板状のハニカム体が、20cpsi〜200cpsi(平方インチ当たりのチャネル)のチャネル密度を有すると、さらに望ましい。特に望ましくは、入口端部の円板状のハニカム体におけるチャネル密度は、40cpsi〜100cpsiの範囲にある。100cpsiは、平方センチメートル当たり15.5のチャネル密度に相応する。このような選ばれた、入口端部の円板状のハニカム体のチャネル密度により、装置に入る排ガス流の十分な均一化が達成でき、配量装置による液体の添加剤の配量が、装置の流れ方向において上流に位置する排ガス浄化コンポーネントから影響を受けずに、行われることができる。

0029

出口端部の少なくとも1つの円板状のハニカム体は、望ましくは、同様に、20cpsi(平方インチ当たりのチャネル)〜200cpsiのチャネル密度を有し、けれども特に40〜100cpsiである。

0030

パイプライン部分が、出口端部の円板状のハニカム体と、出口端部との間に、流れ調整部分を有すると、装置はさらに有利であり、流れ調整部分において、パイプライン部分の断面が、少なくとも部分的にオフセットされる。この場合、排ガス流は、流れ調整部分を通る際に調整される。オフセット断面は、パイプライン部分の円筒形の基本形から見て、オフセットしている。オフセット断面は、円筒形の基本形の断面に対し、少なくとも部分的にオフセットしている。オフセット断面は、円筒形の基本形の断面に対して、狭くなったり広くなったりしてもよい。

0031

この実施形態では、出口端部でのハニカム体は、出口端部に直接には配置されず、出口端部とハニカム体との間では、出口端部に流れ調整部分が位置する。一つの特に望ましい実施形態では、流れ調整部分は、装置の出口端部が装置の入口端部と一直線に並ぶように、形作られる。流れ調整部分は、出口端部でのハニカム体が、(パイプ軸に対し傾斜角で)傾いて配置される、および/またはパイプライン部分の円筒形の基本形に対しオフセットされるように配置される場合に、特に設けられる。それから、流れ調整部分により、入口端部および出口端部の一列の配置が、元通りになる。

0032

流れ調整部分は、少なくとも1つの突出部と、少なくとも1つのリセスと、を有してもよい。突出部は、パイプライン部分の壁の領域を意味し、突出部により、パイプライン部分の内部空間が小さくされる。出口端部を通じてパイプライン部分を見ると、パイプライン部分の内部に突出部が見られる。突出部により、パイプライン部分が、少なくとも領域において狭くされる。突出部は、突出部高さによって定められることができ、それだけ、突出部は、出口端部または円筒形の基本形に対し、パイプライン部分の中へ突き出ている。リセスは、パイプライン部分の領域を意味し、リセスにより、パイプライン部分の内部空間が大きくされる。出口端部を通じてパイプライン部分を見ると、パイプライン部分の外部にリセスが識別される。リセスは、リセス深さによって定められることができ、それだけ、リセスは、出口端部または円筒形の基本形に対し、パイプライン部分の外に向かって突き出ている。

0033

望ましくは、流れ調整部分において、排量装置の向かいにあるパイプライン部分上には、リセスが配置され、一方、配量装置の側には、突出部が配置される。このようにして、出口端部での排ガス流の、特に一様な調整が達成され、特に、排ガス流中にほとんど渦が生成されない。

0034

さらなる実施形態では、流れ調整部分において、排量装置の向かいにあるパイプライン部分上にも、配量装置の側にも、それぞれ、少なくとも1つのリセスと少なくとも1つの突出部とが配置される。望ましくは、パイプライン部分の壁は、それから、波形に形作られる。特に、出口端部でのハニカム体が、パイプライン部分のパイプ軸に対して傾斜角で(斜めに)配置される場合に、適切に形作られた、波形を有する突出部およびリセスによって、排ガス流は、均一化されることができる。波形は、それから、望ましくは、出口端部でのハニカム体の傾斜角に対し反対に向けられる。

0035

流れ調整部分の領域では、パイプライン部分に、少なくとも1つのブレードが配置されてもよい。ブレードは、突出部および/またはリセスの効果を支援することができ、出口端部での排ガス流の均一化を向上させる。特に、ブレードは、装置の、配量装置に向かい合って位置する側から、パイプライン部分の中へ突出し得る。ブレードは、望ましくは、曲面を有し、曲面を経由して、排ガス流は方向が変えられる。

0036

調整部分は、望ましくは、部分長さを有し、部分長さは、パイプライン部分の直径の半分未満に対応する。調整部分のそのような長さにより、装置の特にコンパクトな構造が実現できる。同時に、突出部およびリセスが適切に形作られていると、調整部分での排ガス流の効果的な調整が可能である。

0037

パイプライン部分の直径が、入口端部での少なくとも1つの円板状のハニカム体と、配量装置との間で、拡張部分において、円錐形に拡張すると、装置はさらに有利である。直径の拡張は、同時に、パイプライン部分の断面の拡張をもたらす。拡張部分において、断面は、望ましくは、50%〜100%だけ、パイプライン部分の断面に対し拡張する。円錐形の拡張の下流のパイプライン部分の直径は、望ましくは、パイプライン部分の主な直径に対応する。入口端部での直径は、それに応じて、望ましくは、主な直径に対し縮小される。円錐形の拡張により、入口端部での円板状のハニカム体の下流で、排ガス流は、遅くされる。こうして、通気速度が減少されることができ、添加剤の配量のための排ガスの滞留時間が増加されることができ、同時に、添加剤の分配へのより少ない影響が達成されることができる。

0038

入口端部の下流の円錐形の拡張に加えて、出口端部での円板状のハニカム体の、または出口端部自体の、上流に、パイプライン部分の円錐形の先細りが設けられてもよい。

0039

パイプライン部分が、配量装置と出口端部との間に、10°〜45°[度]の角度を有する曲がりを備えると、装置はさらに有利である。そのような曲がりは、パイプライン部分を通って進む排ガス流の方向を変える。これにより、パイプライン部分の断面にわたって排ガス流に圧力差が生じ、圧力差は、排ガス流への、液体の添加剤の有利な分配を可能にする。例えば、そのような曲がりと、結果として生じる圧力差とにより、排ガス流が排ガス装置の方向に押し付けられることが、または排ガス中に横断流を生じさせることが、可能になる。これによって、配量される液体の添加剤は、パイプライン部分の全体の断面にわたって排ガス流に分配される。出口端部での円板状ハニカム体により、曲がりによって生じた渦、および曲がりによって生じた排ガス流中の圧力分布は、少なくとも部分的に元通りに解消されることができ、上述された装置が統合される排ガス処理装置の下流のコンポーネントは、それによって著しくは影響を受けないようになっている。

0040

パイプライン部分が、配量装置と曲がりとの間に直線部分を有すると、装置は、さらに望ましい。この種の直線部分(場合によってはまた直線部分の構成要素または延長として)は、パイプライン部分の主直径の、少なくとも半分、および最大で3倍、に対応する長さを有してもよい。この種の直線部分は、混合パスの一種を形成し、混合パスにおいて、排ガス流および添加剤が混合されることができる(可能な限り完全に)。

0041

配量装置が配量方向を定め、配量方向が、円板状のハニカム体に対して90°より少ない、液体の添加剤の衝突角を予め定めると、装置はさらに有利である。衝突角は、望ましくは60°より小さく、特に望ましくは30°より小さい。

0042

衝突角は、配量方向と、円板状のハニカム体(出口端部での、または入口端部での)についてのノーマル方向との間の角度を意味する。円板状のハニカム体の表面(表面はハニカム体のノーマル方向に対し直角である)と、配量方向との間に、それに応じて、望ましくは、60°より大きい角度が存在する。これは、液体の添加剤が、ハニカム体の中心までの比較的長いパスで、パイプライン部分に浅い角度で配量されることを可能にする。

0043

配量装置は、望ましくは、ノズルおよび/またはインジェクタを有する。このインジェクタは、望ましくは、取り付け軸を有する。配量方向は、典型的に、インジェクタのまたはノズルの前記の取り付け軸に対応する。取り付け軸(またはそのために設けられる開口の中心軸)および配量方向は、望ましくは、配量装置のスプレーコーンの中心線または軸にも対応する。配量装置で配量される液体の添加剤は、出口端部に位置する円板状のハニカム体に、衝突し得る。このため、配量装置と、出口端部での円板状のハニカム体との間の距離は、装置の噴射特性および排ガス流に依存する形で、適切に構成されなければならない。

0044

排ガス流への(および出口端部での円板状のハニカム体上への衝突の場合に)、液体の添加剤の一様な分配を保証するために、配量装置の配量方向と、円板状のハニカム体との間に、30°より少ない、望ましくは15°より少ない、および特に望ましくは10°より少ない、上述の衝突角が存在すると、有利である。

0045

中心軸が向けられる、円板状のハニカム体が、パイプライン部分のパイプ軸に対する傾斜角を有して配置されても、装置は有利である。つまり、換言すると、例えば、円板状のハニカム体は、パイプ軸に対し、傾斜角だけ傾けられている。傾斜角は、望ましくは2°〜30°にあり、望ましくは5°〜30°であり、特に望ましくは10°〜30°である。

0046

傾斜角と衝突角とは、合わせて、パイプ軸と、配量方向または開口の中心軸と、の間に、全体角を形成する。

0047

少なくとも1つの円板状のハニカム体(入口端部でのおよび/または出口端部での円板状のハニカム体、それぞれ)が、パイプライン部分の(主な)直径の20%より少ないハニカム体長さを有すると、装置はさらに有利である。両方の円板状のハニカム体は、望ましくは、50mmより少ない、望ましくは40mmより少ない、特に望ましくは30mmより少ない、長さを有する。従って、一方では、装置に入る流れおよび/または装置から出て行く流れの、所望の均一化が得られることが、達成される。他方では、ハニカム体の流れ抵抗が、この特に短い形態により、減少される。

0048

円板状のハニカム体は、それぞれ、活性コーティングを有してもよい。例えば(流れ方向での添加剤の配量の際に)、排ガス成分燃焼させ、排ガス流の温度を増加させるために(酸化触媒コンバータ)、入口端部での円板状のハニカム体は、触媒活性コーティングを有してもよい。増加された温度により、液体の添加剤の後の変換がより良くされる。還元剤が(流れ方向に)配量される場合、出口端部での円板状のハニカム体は、望ましくは、加水分解活性コーティングを有する。特に、還元剤前駆体(および特に望ましくは尿素水溶液)の場合、この加水分解コーティングによって、液体の添加剤は、アンモニアに変換され、排ガス流方向に下流に位置する排ガス浄化コンポーネントにおいて、例えば、選択触媒還元プロセスの実行のために利用されることができる。添加剤が、流れ方向に反して配量されるならば、(また)入口端部でのハニカム体は、(部分的に)加水分解活性コーティングを有することができる。

0049

装置には、入口端部と出口端部との間に、排ガス流に影響を与えるための、さらなる手段が設けられることもできる。例えば、配量装置のすぐ下流に、および/または配量装置のすぐ上流に、および/または出口端部の隣に、静的混合要素が設けられることができる。そのような静的混合要素は、例えば、ガイドプレートから構成されることができ、ガイドプレートは、排ガス流中の渦を誘発し、従って、排ガス流への液体の添加剤の集中的な分配に寄与する。同じように、静的混合要素は、チャネル壁を有する(円板状の)ハニカム体で形成されることが可能であり、チャネル壁は、穴(特に隣り合うチャネルをつなぐいくつかの穴)、および/またはチャネルの中へ突き出るガイドブレードを、有する。

0050

本発明は、特に、内燃機関と、内燃機関の排ガスの浄化のための排ガス処理装置と、を有する自動車に適用され、排ガス処理装置は、少なくとも1つの本発明による装置を有する。ここで、装置は、特に、上述された接続手段で、隣接する排ガスラインに(気密におよび永続的に)固定される。

0051

本発明および技術周辺は、以下で図に基づいてより詳細に説明される。図は特に好ましい模範的な実施形態を示すが、本発明はそれに限定されない。特に、図と特に示された大きさの割合は、単に図的であることに、注意されるべきである。

図面の簡単な説明

0052

装置の第1設計変形を示す。
装置の第2設計変形を示す。
装置の第3設計変形を示す。
装置の第4設計変形を示す。
装置の第5設計変形を示す。
そのような装置を有する自動車を示す。
装置のパイプライン部分を示す。
装置の第6設計変形を示す。
装置の第7設計変形を示す。
装置の第8設計変形を示す。

実施例

0053

図1〜5は、それぞれ、記述された装置1の異なる設計変形を示す。図1〜5において一致する特徴は、ここでまず一緒に説明される。図1〜5は、それぞれ、装置1を示し、装置1は、排ガス流のためのパイプライン部分2を有し、このパイプライン部分2は、入口端部3と出口端部5とを有する。入口端部3で、排ガス流4は装置1に入ることができ、この排ガス流4は、出口端部5で再び装置1から出る。入口端部3および出口端部5では、それぞれ、少なくとも1つの円板状のハニカム体6が配置され、入口端部3と出口端部5の間で、液体の添加剤用の配量装置7が、パイプライン部分2の隆起部17に配置される。

0054

図1および2では、装置1の様々な構成要素の様々な幾何的関係が、相対して説明される。この説明は、図3〜5にも適用可能であり、ここでまず共通して記述されるべきである。装置1およびパイプライン部分2は、それぞれ、長さ8および直径9を有する。円板状のハニカム体6は、入口端部3および出口端部5で、それぞれ、ハニカム体長さ20を有する。パイプライン部分2は、パイプ軸26を有する。配量装置1は、入口端部3の円板状のハニカム体6の下流に、そこから分けられる、パイプ軸26に関する流入長さ24に応じて、配置される。配量装置7の後に、パイプ軸26に沿った流出長さ25に応じて、そこから分けられる、出口端部5の円板状のハニカム体6が続く。記述された装置1のいくつかの実施形態は、曲がり11のあるパイプライン部分2を示している。この曲がり11は、例として、図2に示されている。曲がり11は、望ましくは角度12を有する。曲がり11は、図2において、キンクで示されている。曲がり11は、また、入口端部3でのパイプライン部分2の第1の方向と、出口端部5でのパイプライン部分2の第2の方向と、の間の連続的な移行であり得る。

0055

図1では、それに加えて、隆起部17がパイプライン部分2の直線部分30に位置することが、示される。隆起部17は、広がり33にわたって延びる。広がり33は、また隆起部17の長さとしてみなされてよい。隆起部17は、それに加えて、高さ32を有する。隆起部17は、高さ32によって、パイプライン部分2の基本形を越えて突き出ている。隆起部17は、開口31のある側面35を有する。開口31に、配量装置7がはめられる。開口31は、中心方向34を有し、中心方向34は、出口端部5での円板状のハニカム体6へ中央に向けられている。中心軸34は、望ましくは、配量装置7の軸14、および配量装置7の配量方向15、に対応する。

0056

図1では、配量装置7が軸14を有し、配量装置7が、それ自体の軸14で配量方向15を定めることが、模範的に示されている。この配量方向15と、出口端部5での円板状のハニカム体6のノーマル方向と、の間に、衝突角16がある。この衝突角16は、望ましくは90°より小さく、望ましくは60°より小さく、特に望ましくは30°より小さい。出口端部5での円板状のハニカム体6のノーマル方向は、パイプ軸26に平行である必要はない。円板状のハニカム体6が、傾斜角36だけ、パイプ軸26に対し傾けられることが、可能である。傾斜角36と衝突角16とは、合計されて、パイプ軸26と、配量方向15または軸14と、の間に、全体角37を形成する。出口端部でのハニカム体に対してここで模範的に示された角度関係は、軸14または配量方向15、および中心軸34が、出口端部5での円板状のハニカム体6にではなく、装置1の入口端部3での円板状のハニカム体6に向けられた場合にも、適用され得る。

0057

図2では、パイプライン部分2が曲がり11を有する場合に、パイプ軸26がどのようにあるかが示される。パイプ軸26は、望ましくは、パイプライン部分2の中心線を形成する。

0058

図1および2は、配量装置7がパイプライン部分2で位置する場所が、どのように定められるかを示す。配量装置7のポイントは、さらに上述の流入長さ24および流出長さ25に関連し、望ましくは、液体の添加剤が、パイプライン部分2へ、またはパイプライン部分2中の排ガス流4へ、入るポイントである。このポイントは、望ましくは、パイプ軸26に垂直な平面にある。流入長さ24と流出長さ25とは、望ましくは、この仮想的な平面に関し定められる。

0059

図3は、配量装置7の軸14と、軸14および配量装置7によって定められる配量方向15とが、出口端部5での円板状のハニカム体6のノーマル方向に関する衝突角16で方向づけられることを、模範的に示す。さらに、図3は、パイプライン部分2の拡張部分10を示し、拡張部分10で、パイプライン部分2、またはパイプライン部分2の直径が、広がる。拡張部分10は、円錐形に形成され、排ガス流4の方向において、入口端部での円板状のハニカム体6の下流に、および配量装置7の上流に、配置される。

0060

配量装置7の下流に配置された円板状のハニカム体6も、円錐形39を有する。円板状のハニカム体6のチャネル40は、排ガス流の方向に広がり、構造41(例えばガイドブレードおよび/または穴の一種)を有する。さらに、この円板状のハニカム体6は、電気ヒータ38を備え、電気ヒータ38は、必要に応じて作動/停止されることができる。この円板状のハニカム体6は、同様にコーティングされてもよい。

0061

図4では、配量装置7と、パイプライン部分2の曲がり11との間に、直線部分13が位置し得ることが示され、直線部分13は、排ガス流4および液体の添加剤の混合パスとして作用し得る。

0062

図5では、装置1に、入口端部3でのおよび出口端部5での円板状のハニカム体6に加えて、排ガス浄化のためのさらなるコンポーネントが配置されてもよいことが示される。ここで模範的に示されるのは、加水分解触媒コンバータ19および静的ミキサー19であり、両方とも、排ガス流4の方向において、配量装置7の下流に配置される。

0063

装置の示された実施形態において、ミキサー、および/または、突出部、ブレード、および/またはチャネル壁に方向転換面、を有するハニカム体は、上述したように、通常また(最終コンポーネントとして)出口端部5に位置し得る。

0064

図6は自動車21を示し、自動車21は、内燃機関22および排ガス処理装置23を有する。排ガス処理装置23には、装置1が排ガス浄化モジュールとして統合される。装置1の配量装置(ここで詳細に示されていない)は、ライン29を経由してタンク28から液体の添加剤が供給される。排ガス処理装置23には、追加的に、SCR触媒27が設けられる。装置1で、排ガス処理装置23は、望ましくは、液体の添加剤として還元剤前駆体溶液および特に含水尿素溶液が供給される。排ガス処理装置内のこの還元剤前駆体溶液に基づいて形成された、この還元剤前駆体溶液またはアンモニアを用いて、SCR触媒27で、内燃機関22の排ガスの浄化のための選択触媒還元プロセスを、行うことができる。

0065

図7は、記述された装置用のパイプライン部分2を、3次元の概略図で示す。図は、パイプライン部分2上の隆起部17を、直線部分30において示す。隆起部17は、高さ32および広がり33を有し、広がり33が隆起部17の長さを事前に定義する。隆起部17により、側面35が、パイプライン部分2上に隆起部17で形成される。側面35で、開口31がパイプライン部分2にある。開口31は、中心軸34を有する。

0066

図8は、図3で示された装置1の変化形を示す。特徴の大部分は、図3で示された実施形態と一致している。配量装置7の下流に位置する円板状のハニカム体6は、また円錐形39を有する。円板状のハニカム体6のチャネル40は、この場合、けれども、排ガス流4の方向に狭くなり、(オプショナルな)構造41(例えばガイドブレードおよび/または穴の一種)を有する。図3とちょうど同じように、ハニカム体6は、ヒータ38およびコーティングを有してもよい。

0067

図9および図10は、装置1の2つのさらなる実施形態を示す。この装置1も、それぞれ、排ガス流4用の、パイプ軸26を有するパイプライン部分2を備える。パイプライン部分2は、入口端部3から出口端部5まで延びる。それぞれ、少なくとも1つの円板状のハニカム体6は、入口端部3でおよび出口端部5で配置される。ハニカム体6の間に、パイプライン部分は隆起部17を有し、隆起部17に、液体の添加剤用の配量装置7が配置される。配量装置7は、液体の添加剤を、配量方向15でパイプライン部分2に吹き付け、配量方向15は、出口端部5でのハニカム体6に向けられている。出口端部5でのハニカム体6は、傾斜角36で、パイプ軸26に対し斜めに配置されている。出口端部5でのハニカム体と、出口端部5自体との間に、パイプライン部分2は、また流れ調整部分47を有する。

0068

流れ調整部分47は、斜めのハニカム体6から出て行く排ガス流4を調整するのに役立ち、排ガス流4が、パイプ軸26に本質的に平行に、パイプライン部分2を出て行くようになっている。パイプライン部分2は、流れ調整部分47に断面53を有し、断面53は、パイプライン部分2の円筒形の基本形49の断面に対し、オフセットされる。断面53は、この場合、排ガスが自由に流れ通る、パイプライン部分2の断面領域を意味する。オフセット断面53を形成するために、流れ調整部分47は、突出部42およびリセス43を有する。突出部42は、それぞれ、突出部高さ45だけ、パイプライン部分2の円筒形の基本形49から、パイプライン部分の中へ突き出ている。リセス43は、それぞれ、リセス深さ45だけ、パイプライン部分2の円筒形の基本形49から、パイプライン部分の外に向かって突き出ている。流れ調整部分47は、部分長さ50を有する。

0069

図9による実施形態では、配量装置7がある、装置1の上側にも、装置1の下側(配量装置7の向かいにある)にも、流れ調整部分47には、それぞれ、1つの突出部42および1つのリセス43が設けられる。パイプライン部分2は、それに伴い、流れ調整部分47に波形48を形作る。矢印51により、この場合、配量装置7の向かいにある波形48が、出口端部5でのハニカム体6の傾斜角36に向き合うことが示される。

0070

図10による実施形態では、配量装置7がある、装置1の上側に、突出部42が設けられ、一方、配量装置7の向かいにある下側に、リセス43が設けられる。加えて、図10では、流れ調整部分47にブレード46が設けられ、ブレード46により、排ガス流4の調整が支援される。追加的な特徴として、図10における装置1の実施形態では、ノズル52が見られ、ノズル52は、入口端部3でのハニカム体6の下流の排ガス流4を集中させる。

0071

ノズル52は、基本的に、入口端部3での第1のハニカム体6の代替としても用いられ、導入において設定された目的は、同様に達成される。従って、この構造も、装置のここで示された構成の全ての他の特徴と、組み合わせられることができ、公知の装置に対する独立した改良を表す。

0072

記述された装置は、液体の添加剤用の供給装置が、排ガス処理装置に問題なく用いられることを、可能にする。特に実用車の少量生産工程にとって、記述された装置は有利である。排ガス浄化システムのさらなるコンポーネントの設計が、供給装置に合わせられる必要はなく、記述された装置は、自己完結型のシステムとして扱われることができるからであり、自己完結型のシステムにおいては、入口端部で排ガス質量流入り、排ガス質量流は装置を出口端部で再び出て行き、それから排ガス質量流は液体の添加剤を含む。装置内での内部流動状態を、考慮に入れる必要はない。

0073

最後に、図に示された特定の特徴の組み合わせは、通常必須ではなく、場合に応じて、別の図からの特徴と互いに組み合わせられてもよいことが、指摘される。この例外は、明示的に上述された場合か、当業者にとって明らかにやむを得ない場合である。

0074

1 装置
2パイプライン部分
3入口端部
4排ガス流
5出口端部
6円板状のハニカム体
7配量装置
8 長さ
9 直径
10拡張部分
11 曲がり
12 角度
13 直線部分
14 軸
15配量方向
16衝突角
17隆起部
18 静的ミキサー
19加水分解触媒コンバータ
20 ハニカム体長さ
21自動車
22内燃機関
23排ガス処理装置
24 流入長さ
25 流出長さ
26パイプ軸
27SCR触媒コンバータ
28タンク
29ライン
30 直線部分
31 開口
32 高さ
33広がり
34中心軸
35 側面
36傾斜角
37 全体角
38ヒータ
39円錐形
40チャネル
41 構造
42 突出部
43リセス
44 突出部高さ
45 リセス深さ
46ブレード
47流れ調整部分
48波形
49円筒形の基本形
50部分長さ
51 矢印
52ノズル
53 断面

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