(57)【要約】  導入開口部（１５）及び排出開口部（１７）を有する第一の排気管部材（１３）と、外周面（２３）と第一の閉鎖端部（２５）とを備えた長手方向軸を有するオーバーフロー管（２１）を有する第二の排気管部材（１９）とを備え、前記外周面（２３）において前記閉鎖端部（２５）に隣接して流入開口部（３１）が設けられ、前記オーバーフロー管（２１）が前記排出開口部（１７）の中に突出し、前記オーバーフロー管の閉鎖端部（２５）と前記流入開口部（３１）が前記第一の排気管部材（１３）に設けられ、第一の方向において前記導入開口部（１５）を通って流入する排気ガスが前記流入開口部（３１）を通って前記オーバーフロー管（２１）へ流入し、前記オーバーフロー管（２１）の長手方向軸の方向に見て、前記オーバーフロー管（２１）において前記排出開口部（１７）を通って前記第一の排気管部材（１３）から流出することができ、更に前記第一及び前記第二の排気管部材（１３，１９）を通って流れる排気ガス流への還元剤の導入のための、第一の排気管部材（１３）に固定された噴射ユニット（３５）を備えた自動車における排気誘導及び排気ガスの後処理のための排気ガスシステム（１）を提示する。前記排気ガスシステム（１）は、前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸が前記第一の方向において実質的に垂直であり、また前記噴射ユニット（３５）が、前記噴射ユニット（３５）から噴射される還元剤が流入開口部（３１）の上流側で前記第一の排気管部材（１３）へ噴射可能であるように配置され及び形成されることによって特徴づけられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入開口部（１５）及び排出開口部（１７）を有する第一の排気管部材（１３）と、外周面（２３）と第一の閉鎖端部（２５）とを備えた長手方向軸を有するオーバーフロー管（２１）を有する第二の排気管部材（１９）とを備え、前記外周面（２３）において前記閉鎖端部（２５）に隣接して流入開口部（３１）が設けられ、前記オーバーフロー管（２１）が前記排出開口部（１７）の中に突出し、前記オーバーフロー管の閉鎖端部（２５）と前記流入開口部（３１）が前記第一の排気管部材（１３）に設けられ、第一の方向において前記導入開口部（１５）を通って流入する排気ガスが、前記流入開口部（３１）を通って前記オーバーフロー管（２１）へ流入し、前記オーバーフロー管（２１）の長手方向軸の方向に見て、前記オーバーフロー管（２１）において前記排出開口部（１７）を通って前記第一の排気管部材（１３）から流出することができ、更に前記第一及び前記第二の排気管部材（１３，１９）を通って流れる排気ガス流への還元剤の導入のための、第一の排気管部材（１３）に固定された噴射ユニット（３５）を備えた、自動車における排気誘導及び排気ガスの後処理のための排気ガスシステム（１）であって、
前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸は前記第一の方向において実質的に垂直であり、前記噴射ユニット（３５）は、前記噴射ユニット（３５）から前記第一の排気管部材（１３）へ噴射される還元剤が前記排気ガスと混合して前記流入開口部（３１）を通って前記オーバーフロー管（２１）へ流入することができるように配置され、及び形成されることを特徴とする排気ガスシステム（１）。
【請求項２】
前記オーバーフロー管（２１）は少なくとも前記流入開口部（３１）の領域において、円筒状に、及び好ましくは、横断面で見て楕円状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項３】
前記オーバーフロー管（２１）は流入開口部（３１）を有し、前記第一の排気管部材（１３）の前記導入開口部（１５）から離れて配置され、前記流入開口部（３１）は前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸の方向に、これを横断するよりも長い辺を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項４】
前記流入開口部（３１）は実質的に矩形の導入面を有する切込みとして形成されることを特徴とする、請求項３に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項５】
前記第一の排気管部材（１３）は酸化触媒コンバータ（１１）の排出シュート（３３）として形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項６】
前記第一の排気管部材（１３）はダクト状に形成され、前記導入開口部（１５）によって定義された仮想の平面が前記排出開口部（１７）によって定義された仮想の平面において実質的に垂直であり、前記第一の排気管部材（１３）が前記オーバーフロー管（２１）を被覆することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項７】
前記第一の排気管部材（１３）は、前記第一の方向に見てオーバーフロー管（２１）に関して前記導入開口部（１５）から離れ、前記流入開口部（３１）の前に配置された流動室（４５）を有し、前記噴射ユニット（３５）は噴射流（４７，４７’）が前記流動室（４５）に向けられるように配置及び配向されることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項８】
前記噴射流（４７，４７’）は前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸に対してほぼ平行に、最大でも鋭角の向きに配置されることを特徴とする、請求項７に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項９】
前記噴射流（４７，４７’）は前記流入開口部（３１）から離れて配置されることを特徴とする、請求項７又は請求項８に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１０】
前記流動室（４５）において、少なくとも１つの実質的に板状のバッフル要素（４９，４９’，４９’’）が前記オーバーフロー管（２１）及び／又は前記第一の排気管部材（１３）に固定されることを特徴とする、請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１１】
前記バッフル要素（４９，４９’，４９’’）は前記噴射ユニット（３５）に向いたバッフルプレート（５１，５１’，５１’’）を有し、前記バッフルプレートはその法線ベクトルが前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸に実質的に平行に配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１２】
前記バッフル要素（４９，４９’，４９’’）は、前記流入開口部（３１）の前記長手方向軸を横切る方向に沿って重なることを特徴とする、請求項１０又は請求項１１に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１３】
複数のバッフル要素（４９，４９’，４９’’）を備えることを特徴とする、請求項１０〜請求項１２のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１４】
前記バッフル要素は、前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸の方向に見て連続して配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１５】
前記バッフル要素は前記バッフルプレート（５１，５１’，５１’’）が互いに平行に配置されることを特徴とする、請求項１３又は請求項１４に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１６】
前記バッフル要素（４９，４９’，４９’’）は、前記バッフルプレート（５１，５１’，５１’’）においてそれぞれ１つの凹部（５３，５３’，５３’’）を有し、
前記凹部（５３，５３’，５３’’）は、前記噴射流（４７，４７’）が前記凹部（５３，５３’，５３’’）の領域に向けられるように配置されることを特徴とする、請求項１３〜請求項１５のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１７】
前記バッフル要素（４９，４９’，４９’’）の前記凹部（５３，５３’，５３’’）によって定義された導入面が、前記噴射流（４７，４７’）の方向に見て前記バッフル要素（４９，４９’，４９’’）の配列に沿って縮小することを特徴とする、請求項１６に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１８】
前記噴射ユニット（３５）は、前記噴射流（４７，４７’）が、前記第一の方向及び前記長手方向によって定義される、前記流入開口部（３１）を対称に分割する対称面について対称に配置されるように配置及び配向されることを特徴とする、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのバッフル要素（４９，４９’，４９’’）は前記対称面について鏡面対称に形成され及び配置されることを特徴とする、請求項１８に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項２０】
主流入開口部（５５）が、前記第一の排気管部材（１３）の前記導入開口部（１５）から離れて配置され、少なくとも１つの副流入開口部（５７，５７’）が、前記オーバーフロー管（２１）の前記外周面（２３）における、前記第一の方向に沿って見て前記主流入開口部（５５）の側部に配置されることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項５〜請求項１９のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項２１】
前記副流入開口部（５７，５７’）は前記主流入開口部（５５）よりも小さな流入開口横断面を有することを特徴とする、請求項２０に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項２２】
前記副流入開口部（５７，５７’）は、前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸の方向に見て、これを横切る辺よりも長い辺を有し、前記副流入開口部（５７，５７’）は矩形の導入面を有する切込みとして形成されることを特徴とする、請求項２０又は請求項２１に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項２３】
２つの副流入開口部（５７，５７’）が、前記第一の方向及び前記長手方向軸によって定義される、前記主流入開口部（５５）を対称に分割する対称面について鏡面対称に配置されることを特徴とする、請求項２０〜請求項２２のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの副流入開口部（５７，５７’）は少なくとも１つの流れ誘導要素（５９，６１）を有し、前記流れ誘導要素によって排気ガスが実質的に接線方向に前記オーバーフロー管（２１）へ誘導可能であり、前記流れ誘導要素（５９，６１）は好ましくは、半径方向に見て外側及び／又は内側へ湾曲した前記外周面（２３）の領域として形成されることを特徴とする、請求項２０〜請求項２３のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に記載された自動車における、排気誘導及び排気ガスの後処理のための排気ガスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ここに記載の種類の排気ガスシステムは公知である。これは一方で内燃機関の排気管内部の排気誘導に、また他方で排気ガスの後処理、特に粒子及び／又は汚染物濃度の低減のために役立つ。典型的には、特に始動時における酸化窒素物の還元のために、鉱油系燃料又は尿素水溶液のような液体還元剤が、排気ガスシステムを貫流する排気ガスに噴射される。効率的な汚染物質の還元と可能な限り完全な化学反応を得るために、還元剤を気化し、排気ガス流に可能な限り均等に分配することが必要である。尿素水溶液を使用する場合は、尿素を加水分解及び／又は熱分解によってアンモニアに変換する必要があり、これに続いて酸化窒素物の選択触媒還元が実行される。
【０００３】
特許文献１から、導入開口部と排出開口部とを備えた第一の排気管部材を有する排気ガスシステムが公知であり、この第一の排気管部材は粒子フィルタの排出シュートとして形成される。また、排気ガスシステムは、長手方向軸と外周面とを備えたオーバーフロー管を有する第二の排気管部材を備えている。この排気管部材は第一の排気管部材の排出開口部内へ突出し、排出開口部内に突出する端部をもって第一の排気管部材の壁面に密着しており、このため第一の端部は閉じられる。外周面において、閉じられた端部に隣接して矩形として形成された多数の流入開口部が備えられ、規則的に、外周方向に見て外周面に分配される。即ちオーバーフロー管はその全外周範囲に沿って、第一の閉鎖端部に隣接して流入開口部を備える。オーバーフロー管はその閉鎖端部と流入開口部とをもって第一の排気管部材に取り込まれており、このため第一の方向において導入開口部を通って流入する排気ガスが流入開口部を通ってオーバーフロー管へ流入することができる。排気ガスはそれから、オーバーフロー管の長手方向軸方向に見て、オーバーフロー管内において排出開口部を通って第一の排気管部材から流れる。第一の排気管部材には、還元剤を排気ガス流へもたらすための噴射ユニットが備えられている。
【０００４】
ここでは、オーバーフロー管の長手方向軸が、排気ガスが導入開口部を通って第一の排気管部材へ流入する第一の方向に平行に配置されていることを示している。導入開口部からオーバーフロー管へ、またこれを通って排出開口部を通って到達するために、排気ガスを実質的に１８０°方向転換させる必要がある。特に排気ガスは、導入開口部から出発して、流入開口部へ流入できるように、まず実質的に９０°方向転換されなければならない。そうして、オーバーフロー管において実質的に９０°のさらなる方向転換が生じる。これによって、圧力損失に付随する排気ガスのための比較的曲がりくねった流路が形成される。排気ガスが導入開口部から流入開口部への第一の９０°の方向転換によって既に運動エネルギーを失っているため、噴射された還元剤の排気ガスとの混合に役立つオーバーフロー管に形成された排気ガスのスワールは減少されたスワール数を有する。これはさらに噴射ユニットが、還元剤が流入開口部の下流においてオーバーフロー管へ噴射されるように配置されることを示している。この理由により、流入開口部の下流側に配置された気化及び還元剤と排気ガスとの混合のための混合区間が比較的長く形成される必要があり、これは第二の排気管部材の、及びこれに伴い排気ガスシステム全体の構造の長さについて不利に働く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２ １２８ ３９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって本発明の課題は、排気ガスの動的な流れエネルギーの最適な利用のもとで増加されたスワール数と、可能な限り短い混合区間を備えた比較的コンパクトな構造とを有する排気ガスシステムを提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を備えた排気ガスシステムがもたらされることで解決される。
【０００８】
オーバーフロー管の長手方向軸が、排気ガスが導入開口部を通って第一の排気管部材へ流入する第一の方向に実質的に垂直であることによって、流入する排気ガスが方向転換、特に９０°の方向転換をすることなく導入開口部から流入開口部に到達することが可能となる。これによって排気ガス流における運動エネルギーの損失は大部分回避され、このためオーバーフロー管への流入の際に高いスワール数の排気ガスの回転が生じ得る。噴射ユニットから噴射される還元剤が流入開口部の上流側で第一の排気管部材へ噴射可能であることによって、流れ方向に見て早期の噴射がなされ、これによって混合区間が特にオーバーフロー管において最適に利用され得る。同時に、還元剤が好ましくは既に少なくとも部分的にオーバーフロー管への進入の前に気化する。高効率な高いスワール数を有する回転とともに、このようにして迅速な気化及び還元剤の排気ガスとの混合が生じ、これによって尿素の加水分解及び／又は熱分解も促進される。混合区間自体はこのため公知の排気ガスシステムよりも短く形成されてもよく、これによって第二の排気管部材の長さ、及びこれに伴い全体の排気ガスシステムに対して有利に作用する。
【０００９】
好ましくは、流入開口部は直接オーバーフロー管の閉鎖端部に接続し、こうして、長手方向に見てここから離れていないか、又は非常に僅かにのみ離れている。しかしながら流入開口部が、その長手方向の長さと比較して、閉鎖端部に対して短い間隔を有してもよい。
【００１０】
オーバーフロー管は、流入開口部が完全に第一の排気管部材の中に配置されるように、排出開口部の中へ突出する。これは可能な限り短く形成され、好ましくは、流入開口部の長手方向の長さに応じたよりも非常に深く第一の排気管部材へ突出することはない。またこれに続いて、長手方向に計測したオーバーフロー管の閉鎖端部から流入開口部への間隔が可能な限り小さく形成され、これによって第一の排気管部材へと突出するオーバーフロー管の長さが不必要に拡張せず、また排気ガス流に関するデッドゾーンが回避される。
【００１１】
オーバーフロー管は、好ましくは排出開口部に係合して取り込まれる。従って排出開口部の縁部は、オーバーフロー管を外形に忠実に又はメス型に完全に適合して、また好ましくは密閉して取り囲み、これによって排気ガスが、排出開口部の縁部とオーバーフロー管の外周面との間で第一の排気管部材から漏出しない。特に好ましくは、オーバーフロー管は追加的に素材結合によって第一の排気管部材と排出開口部の領域において結合、好ましくは溶接されている。このようにして特に緊密な結合が生まれる。このため導入開口部を通って第一の排気管部材へ流入する全ての排気ガスは、ここから外へ排出される他の流路がないため、流入開口部及びオーバーフロー管を通って第一の排気管部材から排出される必要がある。
【００１２】
噴射ユニットを用いて好ましくは尿素水溶液が排気ガス流へ噴射され、尿素が混合区間において加水分解及び／又は熱分解によってアンモニアへ変換される。混合区間に続いて、この場合は好ましくは触媒作用による効果的な要素として特に選択的触媒作用による還元の実行のための触媒コンバータを備え、これによりアンモニアを有する窒素酸化物ガスを窒素元素及び水へ転換する。しかしながら排気ガスシステムの実施形態では、噴射ユニットを用いて他の、好ましくは始動時に例えば鉱油系燃料等の液状の還元剤が排気ガス流へ噴射されてもよい。
【００１３】
オーバーフロー管が少なくとも流入開口部の領域で円筒状に形成されることによって特徴づけられる排気ガスシステムが好ましい。好ましくは円筒状の形状は楕円状の底面を有し、これによりオーバーフロー管が横断面で見て楕円状に形成される。好ましくは中心に配置された流入開口部を通って楕円状のオーバーフロー管へ流入する排気ガスが二重渦を形成し、これによって、排気ガス流へ噴射された還元剤の特に効率的な混合が達成可能となる。好ましくはオーバーフロー管の形状は、横断面で見てほぼ円形の流れを有する２つの対向する排気ガス流の渦を形成するように選択される。この場合、渦は特に安定している。これらの渦は即ち、好ましくは混合区間の全長に渡って維持される。
【００１４】
他の実施形態では、オーバーフロー管は互いに隣接して配置された２つの弓形に相応する横断面を有してもよい。この場合も、特に流入開口部が中心に配置されている場合、オーバーフロー管において全混合区間に渡って維持される安定した二重渦を形成することができる。混合区間の長さは好ましくは少なくとも２００ｍｍ〜３００ｍｍであり、又はそれを超えてもよい。
【００１５】
また別の実施形態では、オーバーフロー管が円筒状に円形の底面とともに形成されてもよい。この場合、流入開口部は好ましくは中心から外れて、また特に排気ガスが接線方向にオーバーフロー管へ流入するように形成される。こうして安定した単一渦が形成され、これによって同様に還元剤の排気ガスとの優れた混合が達成される。
【００１６】
オーバーフロー管が横断面で見て楕円状に形成される場合、長い方の横断面軸と短い方の横断面軸との比率は少なくとも１．５〜最大２である。排気量が約１．６リッター〜３．５リッターの領域にある自動車の内燃機関に関して排気ガスシステムが使用される場合、短い方の横断面軸の長さは好ましくは少なくとも３０ｍｍから最大１００ｍｍである。当然ながら、異なる尺度又は比率での実施形態も可能である。
【００１７】
オーバーフロー管がただ１つの流入開口部を有することによって特徴づけられる排気ガスシステムも好ましい。流入開口部は第一の排気管部材の導入開口部から離れて配置されるため、導入開口部を通って流入する排気ガスは、いわば導入方向に向かって流入開口部を通ってオーバーフロー管へ流入できる前にまずオーバーフロー管の周囲を流れる必要がある。オーバーフロー管の周囲を流れることによって排気ガスは既に回転を得て、また接線方向の速度成分をもってオーバーフロー管に流入する。特に好ましくはオーバーフロー管の両側で排気ガス流が周囲を流れると共に、この限りにおいて２つの部分流へ分かれ、これらは流れ方向に見てオーバーフロー管の左右を通り過ぎて流れ、その後方の流入開口部の領域で合流する。オーバーフロー管に到達する部分流はこうして反対の方向を示す接線方向の速度成分を有し、このため非常に安定した二重渦が特に効率的に、また高いスワール数をもって形成される。
【００１８】
この際、好ましくは第一の排気管部材の壁面が第二の排気管部材の閉鎖端部の領域において内側へ湾曲し、このため壁面は閉鎖端部と密着して接続する。このようにして、排気ガスがオーバーフロー管の閉鎖端部を通って流れ込み、またこれを通って流入開口部に到達することが回避される。全ての排気ガス流はこのためオーバーフロー管の周囲を通って流入開口部へと流れる必要があり、これによって形成された渦、特に二重渦の安定性及びスワール数が高められる。
【００１９】
流入開口部は好ましくはオーバーフロー管の長手方向軸の方向に、これを横切るよりも長い辺を備える。流入開口部は即ち、長手方向に見て長く形成され、この際流入開口部長手の長さと横の長さの比率は好ましくは少なくとも１．５から最大４である。特に好ましくは、流入開口部は実質的に矩形の導入面を有する切込みとして形成されている。矩形の長辺と短辺の比率は、好ましくは少なくとも１．５から最大４である。実質的に矩形の導入面の角の領域が丸くなっていてもよい。特に流入開口部について矩形の切込みの形状によって、オーバーフロー管における特に安定した排気ガス流の二重渦の形成が可能となる。
【００２０】
流入開口部は好ましくは第一の排気管部材の中へ突出するオーバーフロー管の全長に渡って、即ち排出開口部の内側から閉鎖端部まで延びている。流入開口部の短い方の横断面の長さは、好ましくは楕円状のオーバーフロー管の短い方の横断面軸よりも小さく形成されている。
【００２１】
また、第一の排気管部材が酸化触媒コンバータの排出シュートとして形成されていることによって特徴づけられる排気ガスシステムも好ましい。特に好ましくは、導入開口部が酸化触媒コンバータの排出側をいわば被覆し、このため第一の排気管部材が排気ガス収集要素として酸化触媒コンバータの出口に配置される。これによって排気ガスシステムは全体として、好ましくはオーバーフロー管が酸化触媒コンバータの排出シュートの中へ突出するように形成される。これによって、噴射ユニット及びオーバーフロー管によって形成される混合装置も、酸化触媒コンバータのすぐ下流に配置され、好ましくはこれにフランジ取り付けされる。
【００２２】
これに関連して、第一の排気管部材がダクト状に形成された排気ガスシステムもまた好ましい。導入開口部によって定義される仮想の平面、即ち導入開口部を通る排気ガスの流れ方向が垂直となっている仮想の平面が、実質的に垂直に、排出開口部によって定義される仮想の平面、即ち導入開口部を通る排気ガスが垂直となっている仮想の平面に対して、実質的に、好ましくは正確に垂直に配置されている。導入開口部から排出開口部へは即ち、実質的に、好ましくは正確に９０°の排気ガス流の転換がなされる。第一の排気管部材はその中へ突出するオーバーフロー管を被覆する。このため第一の排気管部材及び第二の排気管部材による配置は、全体としていわばカウルベントの形状を有する。排気ガス流の９０°の方向転換は実質的に排気ガスのオーバーフロー管への流入の際になされ、ここで流入開口部から出発して対向して配置されたオーバーフロー管の壁面に対して衝突し、一方では渦、特に二重渦が形成され、他方では排気ガス流が９０°方向転換され得る。これはオーバーフロー管が第一の排気管部材の中に突出する第一の端部に接続しているためである。
【００２３】
第一の排気管部材が、第一の方向に見て、オーバーフロー管に関して導入開口部から離れた、流入開口部の前に配置された流動室を有することにより特徴づけられる排気ガスシステムが好ましい。これは、導入開口部から排気ガスの流れ方向へ見てオーバーフロー管の後方に流動室が配置され、ここにオーバーフロー管の周囲を流れる排気ガスが、導入開口部から離れた流入開口部の前で、これを通ってオーバーフロー管へ進入する前に合流することを意味する。噴射ユニットは、その噴射流がこの流動室へと向けられるように配置及び配向されている。「噴射流」の概念は一方では噴射ユニットから噴射された還元剤であり、他方では噴射ユニットの放射の特性をさす。放射の特性は実質的に円錐状に構成されている。放射された還元剤の円錐形状は、噴射ユニットから離れる方向へ開放される。噴射流、特に放射円錐形の長手方向軸は、オーバーフロー管の長手方向軸に対して好ましくはほぼ平行に、最大でも鋭角の向きに配置され、また特に好ましくは流入開口部から離れて配置される。噴射ユニットは好ましくはオーバーフロー管の閉鎖端部に空間的に密接して第一の排気管部材に固定され、このため噴射流が閉鎖端部の近くに配置された領域から出発し、また好ましくは小さな鋭角で、流入開口部又オーバーフロー管からの伝搬方向に沿って離れる。
【００２４】
好ましくは噴射ユニットは、複数の放射円錐形、特に好ましくは２つの放射円錐形を流動室へ噴射し、放射円錐形がオーバーフロー管の長手方向において垂直に、及び第一の方向に平行に配置された方向へ、連続して配置されるように形成される。好ましくは、オーバーフロー管から第一の方向へ見て、後方の放射円錐形の長手方向軸がオーバーフロー管の長手方向軸に対して、これに応じた前方の放射円錐形よりも大きな角度を有する。
【００２５】
いずれにしても還元剤は流入開口部の上流側で第一の排気管部材によって形成された流動室へ噴射され、即ちある位置で排気ガス流と混合され、ここでは排気ガス流はオーバーフロー管及び第二の排気管部材にはまだ進入していない。これによって、還元剤と酸化触媒コンバータから来る高温の排気ガスとの比較的早期の混合がなされる。これは、さらに特に効率的に、オーバーフロー管へ流入するとともに、回転、好ましくは２つの回転を形成する排気ガスと混合される還元剤の気化を促進する。これによって混合区間を短縮することができ、また特に均質な混合がなされ、これは特に二重渦の形成によりさらに促進される。特に流入開口部の直前での噴射が有利であることが証明される。これは、ここでは還元剤を取り込み、旋回させ、及び気化する強力で高速な排気ガス流がオーバーフロー管へもたらされるためである。
【００２６】
流動室において、オーバーフロー管及び／又は第一の排気管部材に固定された、少なくとも実質的に板状のバッフル要素を備えることによって特徴づけられる排気ガスシステムもまた好ましい。好ましくは、バッフル要素はオーバーフロー管及び／又は第一の排気管部材と溶接されている。バッフル要素は完全にオーバーフロー管に固定され、好ましくはこれと溶接されてもよい。また、バッフル要素は完全に第一の排気管部材に固定され、好ましくはこれと溶接されてもよい。最終的には、バッフル要素はオーバーフロー管にも第一の排気管部材にも固定され、好ましくはこれと溶接されてもよい。バッフル要素は噴射ユニットの方を向いたバッフルプレートを有し、バッフルプレートはその法線ベクトルがオーバーフロー管の長手方向軸に対して実質的に平行に、好ましくは正確に平行に配置されている。バッフル要素は好ましくは、オーバーフロー管の長手方向軸を横切って、好ましくはこれに垂直に向けられた方向に沿って流入開口部に重なる。好ましくはバッフル板として形成されたバッフル要素は、これに少なくとも部分的に噴射流が当たるように最終的に流動室に配置される。バッフル要素に当たる還元剤は好ましくはここから跳ね返り、跳ね返る液滴はより小さな液滴へとはじけ、これによってより速く気化する。
【００２７】
オーバーフロー管の壁面及び／又は、バッフル要素が好ましくは固定されている排気管部材の壁面との壁面接触によって、バッフル要素は熱伝導による加熱がなされる。さらに、通り過ぎて流れる排気ガスによっても加熱される。こうしてバッフル要素は気化要素として作用し、これによって気化熱が衝突する還元剤へ伝達される。個別の少なくとも１つのバッフル要素の加熱も可能である。同様に、バッフル要素は好ましくは還元剤のライデンフロスト温度を超える温度を有する。これによって効率的な気化、及びバッフル要素上での還元剤の液滴の効率的な跳ね返りも確保される。
【００２８】
好ましくは、噴射流は第一の排気管部材の壁面にも当たる。ここでも好ましくは液滴が跳ね返るか、又は還元剤が高温の壁面において気化される。
【００２９】
バッフル要素のバッフルプレート上での気化を促進するために、好ましくは隆起のある表面形状をバッフルプレートが有してもよい。代替的に又は追加的に粗面化及び／又は被覆がなされてもよい。表面粗さの好ましい値は少なくとも５μｍから最大５０μｍの領域にある。被覆として好ましくは触媒作用による被覆がなされてもよく、これは尿素の熱分解及び／又は加水分解を促進する。追加的に又は代替的に、特に尿素の分解生成物の堆積による沈着物の形成に対抗する被覆がなされてもよい。バッフルプレートの被覆は好ましくは二酸化チタンを含み、特に好ましくは二酸化チタンからなる。
【００３０】
還元剤が既に、少なくとも１つのバッフル要素及び／又は第一の排気管部材の壁面との接触によって、オーバーフロー管の流入開口部への進入の前に少なくとも部分的に気化され及び／又は加水分解又は熱分解がなされることによって、混合区間の効率は大幅に向上する。混合区間はこのため短縮することができ、これによって排気ガスシステムが特に小型の形状を有することができる。
【００３１】
少なくとも１つのバッフル要素及び／又は噴射ユニットは、好ましくは、噴射流が好ましくは法線ベクトルに対して４５°未満の衝突角度でバッフルプレートへ衝突するように、互いに配置されている。特に好ましくは、還元剤は少なくともほぼ垂直にバッフルプレートに衝突するように噴射され、これによって特にその優れた湿潤が達成される。
【００３２】
少なくとも１つのバッフル要素は、好ましくは、オーバーフロー管の周囲を流れて流入開口部へ流入する排気ガス流とも実質的に平行に配置される。これによって少なくとも１つのバッフル要素は排気ガスについて最小限の流れ抵抗を形成し、このため圧力損失がバッフル要素の領域で最小化されるか又は回避され、またこれによって還元剤の気化、相互作用及びバッフル要素の領域における排気ガスとの混合が強化される。
【００３３】
複数のバッフル要素を備えることによって特徴づけられる排気ガスシステムもまた好ましい。特に好ましくは少なくとも３つ、好ましくは８個までのバッフル要素を備える。好ましくは、バッフル要素はオーバーフロー管の長手方向軸の方向に見て連続して、また好ましくはそのバッフルプレートが互いに平行に配置される。バッフルプレートの法線ベクトルはこのため、好ましくは少なくともほぼ同じ方向を示す。これによって特に、還元剤の液滴の複数の跳ね返りが異なるバッフル要素において起こることができ、液滴がそれぞれの跳ね返りにおいてより小さな液滴に分解され、このため還元剤の気化が著しく促進される。
【００３４】
これに関連して、バッフル要素がバッフルプレートにそれぞれ１つの凹部を有することによって特徴づけられる排気ガスシステムも好ましい。好ましくは噴射流が凹部の領域に向けられるように配置されている。これが意味するのは、噴射ユニットから放射された還元剤の一部が凹部を通り、一方で他の部分が凹部を取り囲むバッフルプレートに衝突し、このため噴射流が最終的にバッフル要素によって取り除かれる。この際凹部の端部において渦の形成が起こり、これによって還元剤の排気ガスとの混合及びその気化がさらに向上する。
【００３５】
これに関連して、バッフル要素の凹部によって定義された導入面が、噴射流の方向から見てバッフル要素の配列に沿って縮小することによって特徴づけられる排気ガスシステムも好ましい。凹部は還元剤のための導入面を有し、バッフル要素の各凹部の導入面はバッフル要素ごとに噴射流の方向へ見て縮小する。これによって噴射流はバッフル要素からバッフル要素へとより強力に取り除かれ、これによって端部における渦の形成、衝突反応、気化反応、並びにこれとともに加水分解及び／又は熱分解、並びに最終的には還元剤の排気ガスとの混合が向上する。好ましくは、流入開口部により定義された平面に対して垂直方向に計測した凹部の深さは、バッフル要素ごとに減少する。追加的又は代替的に、深さに対して垂直に計測した凹部の幅もバッフル要素ごとに減少すると好ましい。特に好ましい実施形態では、凹部の深さも幅も、噴射流の方向に見てバッフル要素の並びに沿って減少する。
【００３６】
噴射ユニットが、噴射流が第一の方向及び長手方向によって定義された、流入開口部を対称に分割する対称面に関して対称に配置されるように配置及び配向されていることによって特徴づけられる排気ガスシステムもまた好ましい。対称面はこのため、第一の方向、即ち導入開口部を通る排気ガスの流れ方向及びオーバーフロー管の長手方向の両方がそこに位置するという点に応じて決定される。対称面の位置はさらに、これが流入開口部を対称に、２つの同じ大きさの半面に分割することによって定義される。噴射ユニットはこうして、噴射流も好ましくはこの対称面に対して鏡面対称に配置されるように配置及び配向される。
【００３７】
これに関連して、少なくとも１つのバッフル要素、好ましくは全てのバッフル要素が対称面について鏡面対称に形成され、及び配置されることも好ましい。これによって好ましくは楕円状のオーバーフロー管、噴射ユニット、噴射流、及びバッフル要素の形状の全体として鏡面対称の配置がもたらされる。特にオーバーフロー管が楕円状に形成される場合、対称面について鏡面対称の二重渦がもたらされ、同様に対称に配置された噴射ユニット、対称な噴射流及び対称なバッフル要素に起因して、対称な二重渦における特に均質で均等な還元剤の分配がもたらされる。これによって還元剤が排気ガス流全体において均質に分配され、このため汚染物濃度が大幅に減少することが確保される。
【００３８】
導入開口部から離れた流入開口部が、主流入開口部として形成されている排気ガスシステムも好ましく、主流入開口部は好ましくはオーバーフロー管の長手方向軸の方向にこれを横断する辺よりも長い辺を有し、特に好ましくは切込みの、実質的には矩形の導入面が形成され、さらに少なくとも１つの副流入開口部をオーバーフロー管の外周面に備えている。副流入開口部は、第一の方向に沿って見て好ましくは主流入開口部の側部に配置されており、好ましくは主流入開口部より小さい流入開口横断面を有する。副流入開口部は好ましくは、オーバーフロー管の長手方向軸の方向にこれを横切る辺よりも長い辺を有する。特に好ましくは、これは矩形の導入面を有する切込みとして形成される。特に好ましくは、主流入開口部も、少なくとも１つの副流入開口部も矩形の切込みとして形成され、しかしながら副流入開口部は好ましくは主流入開口部よりも小さな導入面を有する。副流入開口部の側部の配置によって、オーバーフロー管の側部を流れる排気ガスがオーバーフロー管へ到達することができる。これによって排気ガスの圧力損失がオーバーフロー管の周囲を流れる際に低下させられ、これによって、長手方向に計測した高さ、及び横方向に計測した、オーバーフロー管の周囲を流れる流路の構造幅もまた減少させることができる。排気ガスシステムはこれによってより小型になる。副流入開口部はさらに、特に排気ガスがこれを通って可能な限り接線方向にオーバーフロー管へ進入する場合、渦の形成を促進する。
【００３９】
特に２つの副流入開口部を有する排気ガスシステムが好ましく、副流入開口部は、第一の方向及び長手方向軸によって定義され、主流入開口部を対称に分割する、先に定義された対称面に相応する対称面について鏡面対称に配置されている。即ち、排気ガスの導入開口部を通る流れ方向に見て、オーバーフロー管の外周面の左右に副流入開口部も備えられ、これを通ってオーバーフロー管の周囲を流れる排気ガスがここに進入することができる。このようにして、周囲を流れることによる圧力損失が特に効率的に低下させられ、これによってさらに、オーバーフロー管の周りを流れる流路の高さ及び構造幅を追加的に減少させることが可能になる。
【００４０】
好ましくは排気ガス流の大部分がさらに完全にオーバーフロー管の周囲を流れ、また主流入開口部を通ってここに進入する。好ましくは排気ガス流のより少ない部分が側部において副流入開口部を通って流入し、これは渦、特に二重渦の形成を促進する。
【００４１】
なお、主流入開口部に関して、この領域において好ましくは備えられる少なくとも１つのバッフル要素を含む、好ましくは先に流入開口部について、特に唯一つの流入開口部について説明した全ての特徴が実現される。ここに説明する実施形態は、追加的に少なくとも１つの副流入開口部、好ましくは２つの副流入開口部が備えられている限りにおいて好ましくは完全に、先に説明した実施形態とは異なる。
【００４２】
好ましくは排気ガスシステムにおいては、少なくとも１つの副流入開口部が少なくとも１つの流れ誘導要素を有し、これを通って排気ガスが実質的に接線方向にオーバーフロー管に誘導可能である。これによって特に有利に渦、特に二重渦の形成が促進され、排気ガスが少なくとも１つの副流入開口部を通って接線方向にオーバーフロー管へ誘導され、またこの限りにおいて接線方向の速度成分を得る。流れ誘導要素は、好ましくは、半径方向に見て、即ち長手方向において垂直である方向に見て、外側及び／又は内側へと湾曲したオーバーフロー管の外周面領域として形成される。特に好ましくは、外側へも内側へも湾曲した外周面の領域が副流入開口部の長手方向の全長に沿って備えられ、これによって特に有利な接線方向の流れ誘導がもたらされる。
【００４３】
流入開口部及びオーバーフロー管の領域における非常に効率的な混合及び還元剤の気化に起因して、排気ガスに噴射された還元剤の分配のための別個のミキサーが不要となる。これによって、ミキサーによって引き起こされる圧力損失が回避され、これにより排気ガスシステム、及び特に下流に設置された排気ガスの後処理部材全体について有利となる。
【００４４】
好ましくは、排気ガスシステムの全体的な形状の構成、特にオーバーフロー管の横断面の大きさ、及び流入開口部の大きさが、オーバーフロー管内における排気ガスの回転に関して少なくとも０．３のスワール数が二重渦におけるそれぞれの単一渦について達成されるように選択される。特に排気ガスシステムの形状は内燃機関の排気量に応じて、少なくとも０．３の導入スワール数が達成されるように実施される。
【００４５】
本発明を、図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】排気ガスシステムの第一の実施形態の概略縦断面図である。
【図２】図１に係る排気ガスシステムの詳細拡大図である。
【図３】図１及び図２に係る排気ガスシステムの実施形態の、部分的に切断された三次元図である。
【図４】排気ガスシステムの第二の実施形態の、部分的に切断された三次元図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は排気ガスシステム１の第一の実施形態の概略縦断面図を示す。これは自動車における排気誘導及び排気ガスの後処理に役立つ。これは第一の排気ガス後処理部材３と還元剤を排気ガス流と混合する混合装置５とを備え、混合装置５は混合区間７と第二の排気ガス後処理部材９とを有する。
【００４８】
排気ガスは矢印Ｐの方向へ内燃機関から来て第一の排気ガス後処理部材３へ流入する。排気ガスはこれを貫流して混合装置５へ到達し、そこで還元剤と混合される。混合及び均質化は、混合区間７に沿って強化される。排気ガスが最終的に第二の排気ガス後処理部材９へ流入する。次に排気ガスは後処理部材を出て、図示していない排気ダクトの方向へ向かう。この際、第二の排気ガス後処理部材９にさらなる排気ガス後処理部材が接続される可能性は決して除外されない。同様に、排気ガスの流れ方向に見て、第一の排気ガス後処理部材３の前にさらなる排気ガス後処理部材が備えられる可能性も除外されない。
【００４９】
第一の排気ガス後処理部材３は、酸化触媒コンバータ１１として、特に好ましくはディーゼル酸化触媒コンバータとして形成される。
【００５０】
排気ガスシステム１、特に混合装置５は、導入開口部１５と排出開口部１７とを有する第一の排気管部材１３を備える。特に混合区間７に配置された第二の排気管部材１９は、図１において垂直方向に延びる長手方向軸と、外周面２３と、第一の閉鎖端部２５とを有するオーバーフロー管２１を含む。第二の開放端部２７も、好ましくは一体的に、第二の排気管部材１９に含まれ、図１に示す実施形態において混合区間７の一部である湾曲した排気管２９を通って排気ガスが第二の排気ガス後処理部材９へ流れる。
【００５１】
外周面２３における閉鎖端部２５に隣接して流入開口部３１が備えられ、これは排気ガスの流れ方向に見て、第一の排気管部材１３の導入開口部１５から離れて配置されている。
【００５２】
第一の排気管部材１３は、ここでは酸化触媒コンバータ１１の排出シュート３３として形成されている。第一の排気管部材１３はさらにダクト状に形成されており、これは、導入開口部１５によって定義された、法線ベクトルが第一の排気管部材１３に流入する排気ガスの流れ方向に平行な仮想の平面が、排出開口部によって定義された、法線ベクトルがここでは排出される排気ガスの流れ方向に平行に配置された仮想の平面に対して、実質的に垂直であることによってなされる。オーバーフロー管２１はダクト状に形成された排出シュート３３の内部へ排出開口部１７を通って突出し、閉鎖端部２５と流入開口部３１はこれに取り込まれている。
【００５３】
排出開口部１７の領域において、オーバーフロー管２１は排出シュート３３に係合して収容されており、この排出開口部１７の形状は、好ましくは排出開口部１７の位置においてオーバーフロー管２１の横断面形状に対してメス型に形成される。これに加えてオーバーフロー管２１は排出開口部１７の領域において好ましくは排出シュート３３と溶接され、これにより係合及び素材結合による緊密な結合が生まれる。このため、排気ガスが第一の排気管部材１３からオーバーフロー管２１の外周面２３の外部を通過して排出開口部１７を通って排出されることは不可能である。むしろ第一の排気管部材１３へ流入する排気ガスは、流入開口部３１を通ってオーバーフロー管２１へ、及びこれとともに第二の排気管部材１９へ到達し、またこれを通りさらに排気管２９を通って第二の排気ガスの後処理部材９へ流れなければならない。
【００５４】
混合装置５はさらに第一の排気管部材１３に固定された噴射ユニット３５を含み、これを通って始動時に好ましくは液状の還元剤、好ましくは尿素水溶液が排気ガス流へ噴射可能である。
【００５５】
矢印Ｐで示す方向に沿って流入する排気ガスが、同じ方向に沿って酸化触媒コンバータ１１の中を流れ、さらにこれに沿って導入開口部１５を通って第一の排気管部材１３へ、即ち排出シュート３３へ到達する。この流れ方向は第一の方向としても示される。さらに、オーバーフロー管２１の長手方向軸は矢印Ｐにより示す第一の方向に対して垂直である。即ち排気ガスは、公知の排気ガスシステムのように、オーバーフロー管２１に到達する前に約９０°の方向転換はされず、むしろ酸化触媒コンバータ１１を通過した第一の方向に沿ってオーバーフロー管２１に到達する。これによって圧力損失が効果的に回避されるか、最小化される。
【００５６】
さらに噴射ユニット３５は、そこから排気ガス流に噴射された還元剤が流入開口部３１の上流側で第一の排気管部材１３に噴射されるように配置され、設計されている。これについては以下で詳細に説明する。噴射領域における流入開口部３１の上流側で、及びオーバーフロー管２１及び混合区間７で、還元剤の排気ガスとの混合がなされる。還元剤が尿素水溶液である場合、尿素は引き続き熱分解及び／又は加水分解によってアンモニアに変換される。
【００５７】
排気ガス及び還元剤からなる混合液は、排気管２９を通って第二の排気ガス後処理部材９へ到達する。この後処理部材９は、ろ過作用又は触媒作用において効果的な要素として形成され、好ましくはまず粒子フィルタ３７、特にディーゼル粒子フィルタ、及び、排気ガスの流れ方向に見て触媒作用による排気ガス浄化装置の直後に、特に選択的触媒反応用の触媒コンバータ、即ちいわゆるＳＣＲ触媒コンバータ３９、加水分解触媒コンバータ、酸化触媒コンバータ及び／又は酸化窒素貯蔵触媒コンバータを含む。粒子フィルタ３７は好ましくは選択的触媒作用による反応を有する点で触媒特性のある素材で被覆され、これによって既に粒子フィルタ３７において好ましくは酸化窒素物の還元が起こり、これはその後ＳＣＲ触媒コンバータ３９において強化及び継続される。
【００５８】
図２は図１に係る排気ガスシステム１の実施形態の拡大詳細図である。同一の及び機能的に同一の要素には同じ参照符号を付し、これによってその限りにおいて上述の説明が参照される。閉鎖端部２５は好ましくはオーバーフロー管２１の蓋として形成されるか、特に好ましくは閉鎖のための金属板として外周面２３上に密閉するように溶接される。第一の排気管部材１３の壁面４１が、排気ガスの流れ方向に見て、閉鎖端部２５の後部領域４３において内側へ湾曲し、及び好ましくは閉鎖端部２５上に密閉して配置される。第一の排気管部材１３へ流入する排気ガスはこのため、オーバーフロー管２１、特にその閉鎖端部２５を通って流入することができず、むしろオーバーフロー管２１の周囲を側部において流れ、これによって導入開口部１５の反対側に、及び、これに伴い流入開口部３１に到達する。
【００５９】
これは上述の実施形態において、オーバーフロー管２１の長手方向軸に沿って長辺を有する矩形の切込みとして形成されている。流入開口部３１は上述の実施形態において、長手方向に見て閉鎖端部２５と直に隣接し、また、再び長手方向に見て排出開口部１７まで及ぶ。
【００６０】
流入開口部３１は閉鎖端部２５に直に隣接しておらず、ここから離れて配置されてもよい。しかしながらこのような間隔は好ましくは流入開口部３１の長手方向の長さに対応するよりも本質的に小さく選択され、これによって、閉鎖端部２５の領域における効率的な排気ガス流が得られ、及び特に還元剤と排気ガスとの混合が起こらないデッドゾーンが回避される。流入開口部３１が排出開口部１７まで延びておらず、長手方向に見てそこから離れていてもよい。しかしながらこの場合は、流入開口部３１を通って形成された排気ガスの流れ抵抗が高まるため、流入開口部３１が排出開口部１７まで延在する実施形態が好ましい。
【００６１】
図２により、第一の排気管部材１３が、第一の方向に見てオーバーフロー管２１に関して導入開口部１５の反対側にある、流れ方向に見て流入開口部３１の前に配置された流動室４５を有することが明らかである。酸化触媒コンバータ１１から導入開口部１５を通って流入する排気ガスは、オーバーフロー管２１を回避して流れ、オーバーフロー管２１の左側及び右側を通過して流れる部分流が流動室４５においていわばオーバーフロー管２１の後部で合流する。その後、排気ガスは流動室４５から流入開口部３１を通ってオーバーフロー管２１へ流出する。
【００６２】
ここに示す実施形態２において、噴射ユニット３５は、噴射ユニット３５から噴射された噴射流４７，４７’が流動室４５に向けられるように配向される。噴射流４７，４７’はそれぞれ円錐状に形成され、噴射方向に沿って開く。噴射流４７，４７’の円錐の長手方向軸がオーバーフロー管２１の長手方向軸に対して鋭角に配向され、噴射流４７，４７’は流入開口部３１から離れて方向づけられている。これらは即ち流入開口部３１の方向ではなく、むしろ壁面４１に向けられており、そこに少なくとも部分的に衝突する。噴射流４７、４７’によって形成される角度、特にそれらの長手方向軸とオーバーフロー管２１の長手方向軸とで囲む角度は、好ましくは最大４５°である。
【００６３】
ここで流動室４５内に３つのバッフル要素４９，４９’，４９’’が配置され、これらはオーバーフロー管２１及び／又は第一の排気管部材１３の壁面４１に固定され、好ましくはそこに溶接されている。バッフル要素４９，４９’，４９’’は噴射ユニット３５に向けられたバッフルプレート５１，５１’，５１’’を有し、その法線ベクトルはオーバーフロー管２１の長手方向軸に実質的に平行に配置されている。３つのバッフル要素４９，４９’，４９’’は、オーバーフロー管２１の長手方向軸の方向に見て、連続して、またそのバッフルプレート５１，５１’，５１’’に関して互いに平行に配置されている。
【００６４】
噴射流４７，４７’はここで少なくとも部分的にバッフルプレート５１，５１’，５１’’に当たり、還元剤の液滴がバッフルプレート５１，５１’，５１’’から跳ね返る。好ましくはバッフル要素４９，４９’，４９’’は少なくとも還元剤のライデンフロスト温度を有し、このため気化及び還元剤の液滴の跳ね返りが最適化される。バッフル要素は外周面２３及び／又は壁面４１及びその周囲を流れる排気ガス流により間接的に熱せられるか、又はバッフル要素４９，４９’，４９’’の加熱のための直加熱装置が備えられている。バッフルプレート５１，５１’，５１’’から跳ね返る還元剤の液滴は、好ましくは向かい合うバッフル要素４９，４９’，４９’’に衝突し、これによって複数の跳ね返りが生じ、それぞれの液滴が連続的にますます小さな液滴へと分解される。このことと、バッフルプレート５１，５１’，５１’’の領域における熱伝導は還元剤の気化を促進する。同じことが壁面４１と還元剤との衝突、及び、そこからの還元剤の液滴の跳ね返りに当てはまる。
【００６５】
還元剤の気化が既にかなりの部分において、流動室４５で、オーバーフロー管２１への流入の前になされることによって、混合及び場合によっては還元剤の加水分解及び／又は熱分解も大幅に改善され、これによって混合区間７を全体的に短く形成することができる。
【００６６】
またバッフル要素４９，４９’，４９’’は流入開口部３１に、オーバーフロー管２１の長手方向軸を横切って、特にここに示す実施形態ではこれに対して垂直方向に重なって配置される。オーバーフロー管２１の周囲を流れる排気ガスは、こうしてバッフル要素４９，４９’，４９’’によって最小限の流れ抵抗を受けるため、バッフル要素４９，４９’，４９’’によって極めて少ない圧力損失が生じる。
【００６７】
流動室４５から離れて導入開口部１５の方を向いた第一の排気管部材１３の領域に、排気ガス計測のためのプローブが配置されてもよい。流動室４５はオーバーフロー管２１によってこの領域からいわば遮断されているため、プローブと、また酸化触媒コンバータ１１も還元剤の噴射又は還元剤の液滴から保護される。
【００６８】
また噴射流４７，４７’は垂直に、最大でも鋭角で、バッフルプレート５１，５１’，５１’’に当たる。噴射流４７，４７’とバッフルプレート５１，５１’，５１’’の法線ベクトルとの間の角度は、好ましくは最大でも４５°である。これによって、バッフルプレート５１，５１’，５１’’からの還元剤の液滴の跳ね返りが効率的にサポートされる。
【００６９】
図３は、図１及び図２に係る排気ガスシステム１の実施形態の図を部分的に切断した三次元図である。同一及び機能的に同一の要素には同じ参照符号を付し、これによってその限りにおいて上述の説明が参照される。図３では、第一の排気管部材１３内に突出するオーバーフロー管２１が係合して排出開口部１７に取り込まれていることを示す。好ましくは素材の接続は、特に溶接によりなされる。
【００７０】
さらに図３では、流入開口部３１が矩形の切込みとして形成され、これは、長手方向に見て排出開口部１７まで及んでいるが、しかしながらこれを越えてはいないことを示す。流入開口部３１は好ましくは、図３には示されていない閉鎖端部２５から排出開口部１７まで延びている。図３では、流入開口部３１がオーバーフロー管２１の長手方向軸の方向にこれを横切る方向よりも長い辺を有しており、このため流入開口部３１によって形成された矩形の切込みがオーバーフロー管２１の長手方向に延びていることが容易に見て取れる。
【００７１】
また図３によって、第一の排気管部材１３がオーバーフロー管２１をいわば被覆し、酸化触媒コンバータ１１から排出シュート３３に流入する排気ガスがオーバーフロー管２１の側部まわりで流動室４５へと流れることが明らかである。ここで、排気ガスは流入開口部３１を通ってオーバーフロー管２１へ進入する。
【００７２】
ここに示す実施形態において、オーバーフロー管２１は円筒状に、及び、横断面で見て楕円状に形成されている。流入開口部３１は、楕円状の横断面の長軸に関して、オーバーフロー管２１の導入開口部１５から短軸に沿って見て、離れた側の中央に配置されている。流入開口部３１を通って流入する排気ガスはこうしてオーバーフロー管２１において、好ましくは、上面図で見てそれぞれほぼ円形の２つの対向する安定した排気ガス流の渦を形成する。
【００７３】
特に好ましくは、オーバーフロー管２１の楕円状の横断面の長軸とその短軸との比率は約２である。この場合、特に安定した二重渦が形成され、これは好ましくは混合区間７全体に沿って、特に、排気管２９においても、第二の排気ガス後処理部材９の導入シュートまで維持される。オーバーフロー管２１の長手方向軸に対して垂直に計測された流入開口部３１の幅は、オーバーフロー管２１の楕円状横断面の短軸よりも短いことが好ましい。
【００７４】
図１〜３に示す実施形態において、流入開口部３１は外周面２３に設けられた唯一の開口である。即ち、全体でただ１つの流入開口部３１しか備えていない。酸化触媒コンバータ１１からの排気ガスはこのため、流入開口部３１を通ってオーバーフロー管２１に進入してしまう前に、完全にオーバーフロー管２１の周囲を流れる必要がある。これによって既にオーバーフロー管２１の周囲を流れる際に回転が得られ、これによってオーバーフロー管２１において、二重渦におけるそれぞれの単一渦について、高い運動エネルギー、特に少なくとも０．３のスワール数を有する回転、及び特に少なくとも０．３の導入スワール数を有する回転が得られる。
【００７５】
以下に、バッフル要素４９，４９’，４９’’について詳細に説明する。これらはバッフル板として形成され、流入開口部３１にオーバーフロー管２１の長手方向軸に対して垂直に重なり、またこれに伴い流動室４５内の排気ガスの流れに対して平行に配向されている。
【００７６】
それぞれのバッフルプレート５１，５１’，５１’’には凹部５３，５３’，５３’’が設けられ、これらは図３には示されていない噴射流４７，４７’が凹部５３，５３’，５３’’の領域へ向けられるように配置されている。噴射流４７，４７’に含まれる還元剤の一部はこのため、バッフルプレート５１，５１’，５１’’と接触することなく凹部５３，５３’，５３’’を通って噴射され、他方では別の一部が、これらの凹部を取り囲むバッフルプレート５１，５１’，５１’’と衝突することによって、実質的に取り除かれる。ここで、凹部５３，５３’，５３’’によって規定された噴射流４７，４７’のための導入面は噴射流４７，４７’の方向へ、図３では即ち下方向へ、バッフル要素ごとに縮小する。凹部５３，５３’，５３’’を通って進入する還元剤の割合は、即ち凹部から凹部へ進むにつれて少なくなる。このようにして噴射流４７，４７’は凹部５３，５３’，５３’’によって取り除かれる。
【００７７】
好ましくは、特に、第一の方向に沿って、及びオーバーフロー管２１の長手方向軸に対して垂直に計測される凹部５３，５３’，５３’’の深さが、バッフル要素からバッフル要素へと進むにつれて減少する。代替的に又は追加的に、第一の方向に対して垂直に、及びオーバーフロー管２１の長手方向軸に対して垂直に計測される凹部５３，５３’，５３’’の幅がバッフル要素からバッフル要素へと進むにつれて減少してもよい。図示された実施形態では、凹部５３，５３’，５３’’の深さも幅も減少することによって導入面が縮小する。これによって、特に効率的な噴射流４７，４７’の除去が達成される。こうして、全体として還元剤の気化、及び場合によっては加水分解及び／又は熱分解も最適化される。噴射流４７，４７’の除去においてバッフル要素４９，４９’，４９’’の端部で生じる渦の形成もまた、これに寄与する。
【００７８】
全体として還元剤は既に流動室４５において非常に効率的に、ここでは気化要素として作用するバッフル要素４９，４９’，４９’’と壁面４１との両方によって気化され、また流入開口部３１へ流入する排気ガス流によって広く分布される。この分布は、オーバーフロー管２１における安定した二重渦の形成によってさらに強化される。気化及び混合は非常に効率的になされるため、個別の追加的な混合装置を省略することができる。さらに、早期かつ非常に速い還元剤の気化及び均質化がなされるため、混合区間７を公知の排気ガスシステムよりも大幅に短く形成することができる。
【００７９】
図３ではまた、噴射ユニット３５もバッフル要素４９，４９’，４９’’も、延いては図示していない噴射流４７，４７’も、流入開口部３１を対称に分割する対称面について対称に配置されており、ここでは第一の方向もオーバーフロー管２１の長手方向も対称面に存在している。特に、バッフル要素４９，４９’，４９’’及び噴射流４７，４７’、及び好ましくは噴射ユニット３５も対称面に対して鏡面対称に配置される。形成される渦、特にこれに伴う二重渦も対称面に対して鏡面対称に形成されるため、全体として対称な還元剤の両方の渦、したがって対称な２つの渦への分配が生じ、これによって排気ガス流における還元剤濃度の特に集中的な均等化又は均質化がもたらされる。
【００８０】
図４は、排気ガスシステム１の第二の実施形態の部分的に切断された三次元図である。同一及び機能的に同一の要素には同じ参照符号を付し、これによってその限りにおいて上述の説明が参照される。図４に示す実施形態は、ここでは流入開口部３１が唯一の流入開口部として備えられているのではなく、むしろ主流入開口部５５として形成されている点において図１〜３に示す実施形態とは異なる。前述の実施形態と同様に、それは導入開口部１５から離れて配置され、矩形の切込みとして形成されている。
【００８１】
図４に示す実施形態では、第一の方向に沿って見て、２つの副流入開口部５７，５７’が設けられ、これらは主流入開口部５５よりも小さい流入開口横断面を有する。また副流入開口部５７，５７’も、オーバーフロー管２１の長手方向軸の方向に見て、これを横断するよりも、より長い伸長をもって形成されている。特にこれらは同様に、矩形の導入面を有する切込みとして形成されている。
【００８２】
酸化触媒コンバータ１１から流れて来る排気ガスから見て、副流入開口部５７，５７’はオーバーフロー管２１の左右に形成され、これらは特に好ましくは対称面について鏡面対称に配置されている。副流入開口部５７，５７’を通って、オーバーフロー管２１の近傍を流れる排気ガスが実質的に接線方向にオーバーフロー管２１の内部に進入し、これによって二重渦の形成が促進される。
【００８３】
副流入開口部５７，５７’は、通常はオーバーフロー管２１が流れ込む排気ガスに対して流れ抵抗を与えることによって生じる圧力損失を低減させるものであり、排気ガスは、流入開口部３１を通って貫流する前に、まず完全にオーバーフロー管２１の周囲を流れる必要がある。既に排気ガス流の一部が側部において副流入開口部５７，５７’を通ってオーバーフロー管２１へ流入し、残りの部分がさらに主流入開口部５５へと流れるため、圧力損失が減少する。この際、排気ガス流の大部分が主流入開口部５５を通ってオーバーフロー管２１へ流入し、より少ない排気ガス流が副流入開口部５７，５７’を通って流入すると好ましい。これは特に、一方ではこれに応じた主流入開口部５５の導入面の構造によって、また他方では副流入開口部５７，５７’の構造によって確実にされる。圧力損失の低下、及び、オーバーフロー管２１の側部を流れる必要がある排気ガスのより低い割合に起因して、オーバーフロー管２１の長手方向軸の方向に計測して、外側でオーバーフロー管２１の周囲を流れる、一方では第一の排気管部材１３の壁面４１によって、他方では外周面２３によって形成された流路の高さ、並びに、これに対して垂直に、及び第一の方向に対して垂直に計測された幅が縮小され得る。したがって、全体として、その内部に突出するオーバーフロー管２１をより密接に取り囲む第一の排気管部材１３をコンパクトに形成することができる。
【００８４】
オーバーフロー管２１に形成された二重渦を最適に促進するために、又は少なくとも衰退させないために、排気ガスが副流入開口部５７，５７’を通って接線方向に流入することが不可欠である。これは少なくとも１つの流れ誘導要素によって確保される。
【００８５】
以下では、副流入開口部５７に関してのみ説明する。しかしながら、副流入開口部５７’は副流入開口部５７と同一であるか、これに対して鏡面対称に形成されるため、以下で副流入開口部５７に関して述べる全てのことは副流入開口部５７’にも当てはまる。
【００８６】
２つの流れ誘導要素５９，６１が備えられており、これらは排気ガスのオーバーフロー管２１への副流入開口部５７を通った接線方向の流入が確保されるように配置され、形成されている。
【００８７】
ここでの流れ誘導要素５９は、半径方向に見て外側へ湾曲した外周面２３の領域として形成されている。これに応じて流れ誘導要素６１は、半径方向に見て内側へ湾曲した外周面２３の領域として形成されている。半径方向は、オーバーフロー管２１の長手方向軸に垂直な方向を向いている。流れ誘導要素５９，６１は好ましくは互いに平行に整列されて、接線方向の排気ガスのオーバーフロー管２１への流入をもたらす。
【００８８】
図４においては、排気ガスの流れを矢印によって示している。ここで参照符号６３をもって示す第一の矢印の集まりは、どのように排気ガスが酸化触媒コンバータ１１から第一の排気管部材１３へ流入し、またオーバーフロー管２１へと流れ込むかを示している。オーバーフロー管２１が長い横断面軸をもって横方向に、特に流入する排気ガスの第一の方向に対して垂直に配置される一方で、短い横断面軸が第一の方向と平行に配置されていることが明らかである。ここで参照符号６５をもって示す一群の湾曲した矢印によって、オーバーフロー管２１の周囲を流れる排気ガス流の一部がどのように副流入開口部５７を通って接線方向にオーバーフロー管２１へ流入するかが示されている。図示されていないが、排気ガス流の大部分がオーバーフロー管２１の周囲を側部において主流入開口部５５まで流れ、そこで最終的にオーバーフロー管２１の内部へ進入し、また安定した対称の二重渦が形成される。
【００８９】
ここで参照符号６７をもって示す一群の矢印によって、さらに、どのように排気ガスが第二の排気管部材１９を通って、特に混合区間７及び図示していない排気管２９を通って、同様に図示していない第二の排気ガス後処理部材９へ流れるかが示されている。対称の二重渦は、好ましくは第二の排気ガス後処理部材９の導入シュートまで維持される。
【００９０】
全体として、排気ガスシステム１によって特に効率的で均質な排気ガスの還元剤との混合が可能であり、これは特に効率的に気化され、及び必要に応じて加水分解又は熱分解される。排気ガスシステム１は全体として非常にコンパクトに、かつ比較的短い混合区間７をもって形成することができる。さらに、図に示す排気ガスシステム１はその非常にコンパクトな配置に起因して、内燃機関が自動車の長手方向に対して横方向に配置されている自動車での使用に特に適している。
【図１】
2015537145.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年4月24日(2015.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入開口部（１５）及び排出開口部（１７）を有する第一の排気管部材（１３）と、
外周面（２３）と第一の閉鎖端部（２５）とを備えた長手方向軸を有するオーバーフロー管（２１）を有する第二の排気管部材（１９）とを備え、
前記外周面（２３）において前記閉鎖端部（２５）に隣接して流入開口部（３１）が設けられ、
前記オーバーフロー管（２１）が前記排出開口部（１７）の中に突出し、前記オーバーフロー管の閉鎖端部（２５）と前記流入開口部（３１）が前記第一の排気管部材（１３）に設けられ、第一の方向において前記導入開口部（１５）を通って流入する排気ガスが、前記流入開口部（３１）を通って前記オーバーフロー管（２１）へ流入し、前記オーバーフロー管（２１）の長手方向軸の方向に見て、前記オーバーフロー管（２１）において前記排出開口部（１７）を通って前記第一の排気管部材（１３）から流出することができ、
更に前記第一及び前記第二の排気管部材（１３，１９）を通って流れる排気ガス流への還元剤の導入のための、第一の排気管部材（１３）に固定された噴射ユニット（３５）を備えた、自動車における排気誘導及び排気ガスの後処理のための排気ガスシステム（１）であって、
前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸は前記第一の方向において実質的に垂直であり、前記噴射ユニット（３５）は、前記噴射ユニット（３５）から前記第一の排気管部材（１３）へ噴射される還元剤が前記排気ガスと混合して前記流入開口部（３１）を通って前記オーバーフロー管（２１）へ流入することができるように配置され、及び形成されることを特徴とする排気ガスシステム（１）。
【請求項２】
前記オーバーフロー管（２１）は流入開口部（３１）を有し、前記第一の排気管部材（１３）の前記導入開口部（１５）から離れて配置され、前記流入開口部（３１）は前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸の方向に、これを横断するよりも長い辺を有することを特徴とする、請求項１に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項３】
前記第一の排気管部材（１３）は酸化触媒コンバータ（１１）の排出シュート（３３）として形成されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項４】
前記第一の排気管部材（１３）は、前記第一の方向に見てオーバーフロー管（２１）に関して前記導入開口部（１５）から離れ、前記流入開口部（３１）の前に配置された流動室（４５）を有し、前記噴射ユニット（３５）は噴射流（４７，４７’）が前記流動室（４５）に向けられるように配置及び配向されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項５】
前記噴射流（４７，４７’）は前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸に対してほぼ平行に、最大でも鋭角の向きに配置されることを特徴とする、請求項４に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項６】
前記流動室（４５）において、少なくとも１つの実質的に板状のバッフル要素（４９，４９’，４９’’）が前記あふれ管（２１）及び／又は前記第一の排気管部材（１３）に固定されることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項７】
前記バッフル要素（４９，４９’，４９’’）は前記噴射ユニット（３５）に向いたバッフルプレート（５１，５１’，５１’’）を有し、前記バッフルプレートはその法線ベクトルが前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸に実質的に平行に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項８】
前記バッフル要素（４９，４９’，４９’’）は、前記流入開口部（３１）の前記長手方向軸を横切る方向に沿って重なることを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項９】
複数のバッフル要素（４９，４９’，４９’’）を備え、前記バッフル要素は、前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸の方向に見て連続して配置されることを特徴とする、請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１０】
前記バッフル要素は前記バッフルプレート（５１，５１’，５１’’）が互いに平行に配置されることを特徴とする、請求項９に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１１】
前記バッフル要素（４９，４９’，４９’’）は、前記バッフルプレート（５１，５１’，５１’’）においてそれぞれ１つの凹部（５３，５３’，５３’’）を有し、
前記凹部（５３，５３’，５３’’）は、前記噴射流（４７，４７’）が前記凹部（５３，５３’，５３’’）の領域に向けられるように配置されることを特徴とする、請求項９又は請求項１０に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１２】
前記噴射ユニット（３５）は、前記噴射流（４７，４７’）が、前記第一の方向及び前記長手方向によって定義される、前記流入開口部（３１）を対称に分割する対称面について対称に配置されるように配置及び配向されることを特徴とする、請求項４〜請求項１１のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１３】
主流入開口部（５５）が、前記第一の排気管部材（１３）の前記導入開口部（１５）から離れて配置され、少なくとも１つの副流入開口部（５７，５７’）が、前記オーバーフロー管（２１）の前記外周面（２３）における、前記第一の方向に沿って見て前記主流入開口部（５５）の側部に配置されることを特徴とする、請求項１、請求項３〜請求項１２のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１４】
前記副流入開口部（５７，５７’）は、前記オーバーフロー管（２１）の前記長手方向軸の方向に見て、これを横切る辺よりも長い辺を有し、前記副流入開口部（５７，５７’）は矩形の導入面を有する切込みとして形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１５】
２つの副流入開口部（５７，５７’）が、前記第一の方向及び前記長手方向軸によって定義される、前記主流入開口部（５５）を対称に分割する対称面について鏡面対称に配置されることを特徴とする、請求項１３又は請求項１４に記載の排気ガスシステム（１）。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの副流入開口部（５７，５７’）は少なくとも１つの流れ誘導要素（５９，６１）を有し、前記流れ誘導要素によって排気ガスが実質的に接線方向に前記オーバーフロー管（２１）へ誘導可能であり、前記流れ誘導要素（５９，６１）は好ましくは、半径方向に見て外側及び／又は内側へ湾曲した前記外周面（２３）の領域として形成されることを特徴とする、請求項１３〜請求項１５のいずれか一項に記載の排気ガスシステム（１）。
【国際調査報告】
2015537145.tif 000007
2015537145.tif 000008
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