DE102011013335A1 - Exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine umfasst einen Abgasstrang zum Führen eines heißen Abgasstroms und eine Einspritzeinrichtung zum Einbringen eines Fluids in den Abgasstrom. Die Einspritzeinrichtung umfasst wenigstens eine in den Abgasstrang mündende Einspritzdüse. In dem Abgasstrang ist ein Mantelkörper angeordnet, dessen Mantelfläche einen Einspritzbereich der Einspritzdüse zumindest teilweise umgibt, wobei in der Mantelfläche mindestens eine Durchtrittsöffnung für das Abgas vorgesehen ist.An exhaust system of an internal combustion engine comprises an exhaust line for guiding a hot exhaust gas flow and an injection device for introducing a fluid into the exhaust gas flow. The injection device comprises at least one injection nozzle opening into the exhaust system. A casing body is arranged in the exhaust gas line, the casing surface of which at least partially surrounds an injection region of the injection nozzle, with at least one passage opening for the exhaust gas being provided in the casing surface.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang zum Führen eines heißen Abgasstroms und einer Einspritzeinrichtung zum Einbringen eines Fluids, insbesondere eines Wasser-Harnstoff-Gemisches oder eines Flüssigkraftstoffs, in den Abgasstrom, wobei die Einspritzeinrichtung wenigstens eine in den Abgasstrang mündende Einspritzdüse umfasst.The present invention relates to an exhaust system of an internal combustion engine having an exhaust line for guiding a hot exhaust stream and an injection device for introducing a fluid, in particular a water-urea mixture or a liquid fuel, in the exhaust gas stream, wherein the injection device comprises at least one opening into the exhaust line injection nozzle ,

Aufgrund strenger werdender Abgasvorschriften für Verbrennungsmotoren müssen Stickoxide (NOx) im Abgas reduziert werden. Eine bekannte Möglichkeit besteht darin, die Stickoxide in einer so genannten selektiven katalytischen Reduktion (SCR) zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren. Dies erfolgt in einem so genannten SCR-Katalysator unter Verwendung eines in das Abgas eingespritzten Reduktionsmittels. Hierfür kann insbesondere ein Wasser-Harnstoff-Gemisch verwendet werden, dessen Harnstoff im Abgas zu Ammoniak zerfällt, das mit den Stickoxiden reagiert. Des Weiteren kann auch Flüssigkraftstoff in Form unterschiedlicher Kohlenwasserstoffverbindungen (HC) in das Abgas eingespritzt werden.Due to stricter exhaust gas regulations for internal combustion engines, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas must be reduced. A known possibility is to reduce the nitrogen oxides in a so-called selective catalytic reduction (SCR) to nitrogen and water. This is done in a so-called SCR catalyst using a reducing agent injected into the exhaust gas. For this purpose, in particular a water-urea mixture can be used, the urea decomposes in the exhaust gas to ammonia, which reacts with the nitrogen oxides. Furthermore, liquid fuel in the form of different hydrocarbon compounds (HC) can also be injected into the exhaust gas.

Wünschenswert ist bei derartigen Reduktionsverfahren grundsätzlich, dass einerseits das Reduktionsmittel möglichst gleichmäßig mit dem Abgas vermischt wird und andererseits eine möglichst vollständige Verdampfung bzw. Thermolyse des flüssigen Reduktionsmittels erzielt wird, um einen hohen Wirkungsgrad bei der Reduktion sowie einen ablagerungsfreien Betrieb zu erreichen.It is desirable in such reduction methods in principle that on the one hand, the reducing agent is mixed as uniformly as possible with the exhaust gas and on the other hand the most complete evaporation or thermolysis of the liquid reducing agent is achieved in order to achieve high efficiency in the reduction and a deposit-free operation.

Eine Abgasanlage der genannten Art ist beispielsweise aus der DE 10 2008 059 602 A1 bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Abgasanlage zu verbessern. Insbesondere sollen Ablagerungen in Totwassergebieten vermieden werden.An exhaust system of the type mentioned is for example from the DE 10 2008 059 602 A1 known. The invention has for its object to improve such an exhaust system. In particular, deposits in dead water areas should be avoided.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The solution of this object is achieved by an exhaust system with the features of claim 1.

Erfindungsgemäß ist in dem Abgasstrang ein Mantelkörper angeordnet, dessen Mantelfläche einen Einspritzbereich der Einspritzdüse zumindest teilweise umgibt, wobei in der Mantelfläche mindestens eine Durchtrittsöffnung für das Abgas vorgesehen ist.According to the invention, a jacket body is arranged in the exhaust gas line, the jacket surface of which at least partially surrounds an injection region of the injection nozzle, wherein at least one passage opening for the exhaust gas is provided in the jacket surface.

Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, den Einspritzbereich vor einer direkten Anströmung durch das Abgas zu schützen. Hierfür wird der Mantelkörper um den Einspritzbereich gelegt. Aufgrund der Durchtrittsöffnung kann ein Teil des Abgases in das Innere des Mantelkörpers gelangen, in das auch das Fluid, beispielsweise das Wasser-Harnstoff-Gemisch, eingespritzt wird. Dadurch durchmischt sich das Abgas mit dem eingespritzten Fluid, ohne dass das Fluid durch den Abgasdruck an eine Rohrwand der Abgasanlage gedrückt wird.A core idea of the invention is to protect the injection region from direct flow through the exhaust gas. For this purpose, the jacket body is placed around the injection area. Due to the passage opening, part of the exhaust gas can reach the interior of the jacket body, into which the fluid, for example the water-urea mixture, is injected. As a result, the exhaust gas mixes with the injected fluid, without the fluid being pressed by the exhaust gas pressure to a pipe wall of the exhaust system.

Der Mantelkörper kann direkt an die Einspritzvorrichtung anschließen, so dass Abgas nur über die Mantelfläche in das Innere des Mantelkörpers gelangen kann. Er kann aber auch einen Abstand zur Einspritzeinrichtung aufweisen, so dass Abgas grundsätzlich auch von der Eintrittsseite her in den Mantelkörper gelangen kann.The jacket body can connect directly to the injector, so that exhaust gas can only reach the inside of the jacket body via the jacket surface. But it can also have a distance from the injection device, so that exhaust gas can in principle also pass from the inlet side into the jacket body.

Die Einspritzung erfolgt bevorzugt wandnah, insbesondere im Bereich einer Abwinkelung eines Abgasrohres der Abgasanlage. Die Einspritzung kann aber auch an anderer Stelle und auch axial erfolgen.The injection is preferably close to the wall, in particular in the region of a bend of an exhaust pipe of the exhaust system. The injection can also be done elsewhere and also axially.

Als Durchtrittsöffnungen der Mantelfläche des Mantelkörpers kommen Schlitze und Lochungen in Betracht. Auch Langlöcher oder sonstige Durchtrittsöffnungen können vorgesehen werden.As through openings of the lateral surface of the jacket body slots and perforations come into consideration. Even slots or other openings can be provided.

Als Mantelkörper kann insbesondere ein Konus vorgesehen sein, der sich ausgehend von der Einspritzeinrichtung erweitert. Je nach Anwendung kannte auch ein Zylinder als Mantelkörper vorgesehen sein.In particular, a cone may be provided as the jacket body, which expands starting from the injection device. Depending on the application knew a cylinder may be provided as a jacket body.

Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further developments of the invention are set forth in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.

1 zeigt einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Abgasanlage. 1 shows a portion of an exhaust system according to the invention.

2 zeigt einen in der Abgasanlage gemäß 1 angeordneten Mantelkörper gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a in the exhaust system according to 1 arranged jacket body according to a first embodiment of the invention.

3 zeigt einen Mantelkörper gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 3 shows a sheath body according to a second embodiment of the invention.

4 zeigt einen Mantelkörper gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 4 shows a sheath body according to a third embodiment of the invention.

5 zeigt einen Mantelkörper gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. 5 shows a jacket body according to a fourth embodiment of the invention.

1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Abschnitts 1 einer erfindungsgemäßen Abgasanlage mit Einspritzeinrichtung 2. Der Abschnitt 1 besteht aus einem abgewinkelten Rohrstück 3. Die Einspritzeinrichtung 2 ist in bekannter Weise ausgestaltet und mündet im Eckbereich 4 in das Rohrstück 3. Vor der Austrittsöffnung der Einspritzeinrichtung 2 ist als Mantelkörper ein Konus 5 angeordnet, der sich ausgehend von der Einspritzeinrichtung 2 in Einspritzrichtung I erweitert. In Abgasstromrichtung II gesehen stromab der Einspritzeinrichtung 2 ist in dem Rohrstück 3 eine Drallturbine 6 eingesetzt. Diese ist in bekannter Weise zur Verwirbelung des Abgasstroms ausgebildet. 1 shows the basic structure of a section 1 an exhaust system according to the invention with injection device 2 , The section 1 consists of an angled piece of pipe 3 , The injector 2 is configured in a known manner and flows into the corner area 4 in the pipe section 3 , In front of the outlet of the injector 2 is a cone body as a jacket body 5 arranged, extending from the injector 2 in the injection direction I extended. In the exhaust gas flow direction II seen downstream of the injector 2 is in the pipe section 3 a swirl turbine 6 used. This is formed in a known manner for swirling the exhaust stream.

In den 2 bis 5 sind verschiedene Ausgestaltungen des Konus 5 von 1 dargestellt. Bei dem in 2 dargestellten Konus ist in der Mantelfläche ein Längsschlitz 7 als Durchtrittsöffnung für das Abgas vorgesehen. Der Längsschlitz 7 kann eine kontinuierliche Breite über seine Länge aufweisen. Er kann aber auch in der einen oder anderen Richtung erweitert sein.In the 2 to 5 are different configurations of the cone 5 from 1 shown. At the in 2 shown cone is in the lateral surface a longitudinal slot 7 provided as a passage opening for the exhaust gas. The longitudinal slot 7 may have a continuous width over its length. But it can also be extended in one way or another.

Bei der in 3 dargestellten Variante ist in der Mantelfläche des Konus 5 eine Lochung 8 mit einer Mehrzahl von Löchern 9 vorgesehen. Die Lochung 8 erstreckt sich bevorzugt über ein Viertel des Umfangs des Konus 5. Der Konus 5 wird bevorzugt so im Abgasstrom angeordnet, dass die Lochung 8 die Hälfte der vom Abgasstrom beaufschlagten Mantelfläche des Konus 5 umfasst. Dadurch wird in dem Konus 5 eine vorteilhafte Verwirbelung erzeugt.At the in 3 variant shown is in the lateral surface of the cone 5 a perforation 8th with a plurality of holes 9 intended. The perforation 8th preferably extends over a quarter of the circumference of the cone 5 , The cone 5 is preferably arranged in the exhaust stream, that the perforation 8th half of the surface of the cone acted upon by the exhaust gas flow 5 includes. This will be in the cone 5 generates an advantageous turbulence.

Bei der in 4 dargestellten Variante ist der Konus 5 mit einer hutzenförmigen Ausstülpung 10 versehen, die um die Konusachse III herumgeführt ist. Der Querschnitt der Ausstülpung 10 verjüngt sich von der Eintrittsöffnung 11 auf der Außenseite des Konus 5 bis zum anderen Ende der Ausstülpung 10. Dadurch wird erreicht, dass das über die Ausstülpung 10 eingetretene Abgas kontinuierlich in das Innere des Konus 5 abgegeben wird.At the in 4 variant shown is the cone 5 with a hood-shaped protuberance 10 fitted around the cone axis III is led around. The cross section of the protuberance 10 tapers from the inlet 11 on the outside of the cone 5 to the other end of the protuberance 10 , This will accomplish that via the protuberance 10 Exhaust gas entered continuously into the interior of the cone 5 is delivered.

Bei der in 5 dargestellten Variante ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Konus 5 jeweils ein Schlitz 12 vorhanden. Dadurch können Rückströmungen des Abgases innerhalb des Konus 5 vermieden werden.At the in 5 illustrated variant is on two opposite sides of the cone 5 one slot each 12 available. This allows backflows of the exhaust gas within the cone 5 be avoided.

Durch die erfindungsgemäße Abgasanlage werden Totwassergebiete im Bereich der Einspritzung vermieden. Die Tröpfchenbildung erfolgt innerhalb des Konus 5. Durch die Abtrennung des Abgasstromes außerhalb und innerhalb des Konus 5 entstehen innerhalb des Konus 5 keine Totwassergebiete. Der Abgasstrom strömt seitlich auf die Mantelfläche des Mantelkörpers 5. Hierfür befindet sich der Mantelkörper 5 innerhalb des Abgasstromes, bevorzugt vollständig innerhalb des Abgasstromes. Durch die Abkopplung des Dosierbereichs vom Abgasstrom ist auch eine weitgehend lastpunktunabhängige Zentrierung des Dosierstrahls auf die nachfolgende Drallturbine 6 gegeben. Die Wirksamkeit der Drallturbine 6 kann dadurch vorteilhaft erhöht werden. Der Öffnungswinkel des Konus 5 ist bevorzugt größer als der Öffnungswinkel des Dosierstrahls.By the exhaust system according to the invention dead water areas are avoided in the field of injection. Droplet formation occurs within the cone 5 , By the separation of the exhaust gas flow outside and inside the cone 5 arise within the cone 5 no dead water areas. The exhaust gas stream flows laterally onto the lateral surface of the jacket body 5 , For this purpose, there is the jacket body 5 within the exhaust stream, preferably completely within the exhaust stream. Due to the decoupling of the dosing of the exhaust stream is also a largely load point independent centering of the metering jet to the subsequent swirl turbine 6 given. The effectiveness of the swirl turbine 6 can be advantageously increased. The opening angle of the cone 5 is preferably greater than the opening angle of the metering jet.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Abschnitt der AbgasanlageSection of the exhaust system
22
EinspritzeinrichtungInjector
33
Rohrstückpipe section
44
Eckbereichcorner
55
Konuscone
66
Drallturbineswirl turbine
77
Längsschlitzlongitudinal slot
88th
Lochungperforation
99
Lochhole
1010
Ausstülpungprotuberance
1111
Eintrittsöffnunginlet opening
1212
Schlitzslot
II
EinspritzrichtungInjection direction
IIII
AbgasstromrichtungExhaust gas flow direction
IIIIII
Konusachsecone axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008059602 A1 [0004] DE 102008059602 A1 [0004]

Claims (10)

Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem Abgasstrang (1) zum Führen eines heißen Abgasstroms und einer Einspritzeinrichtung (2) zum Einbringen eines Fluids, insbesondere eines Wasser-Harnstoff-Gemisches oder eines Flüssigkraftstoffs, in den Abgasstrom, wobei die Einspritzeinrichtung (2) wenigstens eine in den Abgasstrang (1) mündende Einspritzdüse umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgasstrang (1) ein Mantelkörper (5) angeordnet ist, dessen Mantelfläche einen im Abgasstrom befindlichen Einspritzbereich der Einspritzdüse zumindest teilweise umgibt, wobei in der Mantelfläche mindestens eine Durchtrittsöffnung (7, 8, 9, 11, 12) für das Abgas vorgesehen ist.Exhaust system of an internal combustion engine, with an exhaust line ( 1 ) for guiding a hot exhaust gas flow and an injection device ( 2 ) for introducing a fluid, in particular a water-urea mixture or a liquid fuel, into the exhaust gas flow, wherein the injection device ( 2 ) at least one in the exhaust line ( 1 ) comprises injecting nozzle, characterized in that in the exhaust line ( 1 ) a jacket body ( 5 ), whose lateral surface at least partially surrounds an injection region of the injection nozzle located in the exhaust gas flow, wherein at least one passage opening in the lateral surface ( 7 . 8th . 9 . 11 . 12 ) is provided for the exhaust gas. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (5) direkt an die Einspritzvorrichtung (2) anschließt.Exhaust system according to claim 1, characterized in that the jacket body ( 5 ) directly to the injection device ( 2 ). Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (5) von der Einspritzeinrichtung (2) beabstandet angeordnet ist.Exhaust system according to claim 1, characterized in that the jacket body ( 5 ) from the injection device ( 2 ) is arranged at a distance. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gek ennzeichnet, dass der Mantelkörper (5) derart in dem Abgasstrang (1) angeordnet ist, dass der Abgasstrom seitlich auf die Mantelfläche des Mantelkörpers (5) auftrifft und/oder dass der Mantelkörper (5) derart in dem Abgasstrang (1) angeordnet ist, dass er sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine vollständig innerhalb des Abgasstromes befindet.Exhaust system according to at least one of the preceding claims, characterized gek ennzeichnet in that the jacket body ( 5 ) in the exhaust line ( 1 ) is arranged such that the exhaust gas flow laterally on the lateral surface of the jacket body ( 5 ) and / or that the jacket body ( 5 ) in the exhaust line ( 1 ) is arranged so that it is completely within the exhaust gas flow during operation of the internal combustion engine. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse in einem wandnahen Bereich des Abgasstrangs (1) und insbesondere im Bereich einer Abwinkelung (4) des Abgasstrangs (1) angeordnet ist, wobei die Abgasanlage vorzugsweise eine Mischeinrichtung zur Durchmischung des Abgas-Fluid-Gemischs umfasst und die Einspritzdüse stromaufwärts der Mischeinrichtung in den Abgasstrang (1) mündet.Exhaust system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the injection nozzle in a region near the wall of the exhaust line ( 1 ) and in particular in the region of a bend ( 4 ) of the exhaust gas line ( 1 ), wherein the exhaust system preferably comprises a mixing device for mixing the exhaust gas-fluid mixture and the injection nozzle upstream of the mixing device in the exhaust line ( 1 ) opens. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Durchtrittsöffnung für das Abgas ein Längsschlitz (7, 12) in der Mantelfläche vorgesehen ist, wobei der Längsschlitz (7, 12) insbesondere eine gleichmäßige Breite über seine gesamte Länge aufweist, wobei vorzugsweise als Durchtrittsöffnung für das Abgas zwei Längsschlitze (12) vorgesehen sind, welche an entgegengesetzten Seiten der Mantelfläche des Mantelkörpers (5) angeordnet sind.Exhaust system according to at least one of the preceding claims, characterized in that as the passage opening for the exhaust gas a longitudinal slot ( 7 . 12 ) is provided in the lateral surface, wherein the longitudinal slot ( 7 . 12 ) in particular has a uniform width over its entire length, wherein preferably two through-openings for the exhaust gas are two longitudinal slots ( 12 ) are provided, which on opposite sides of the lateral surface of the jacket body ( 5 ) are arranged. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Durchtrittsöffnung für das Abgas eine Lochung (8) in der Mantelfläche vorgesehen ist, welche mehrere, insbesondere gleichartige, Löcher (9) umfasst, wobei sich die Lochung (8) vorzugsweise über etwa ein Viertel des Umfangs der Mantelfläche erstreckt.Exhaust system according to at least one of the preceding claims, characterized in that as a passage opening for the exhaust gas perforation ( 8th ) is provided in the lateral surface, which several, in particular similar, holes ( 9 ), wherein the perforation ( 8th ) preferably extends over about a quarter of the circumference of the lateral surface. Abgasanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (5) derart in dem Abgasstrang (1) angeordnet ist, dass sich die Lochung (8) über etwa die Hälfte des von dem Abgasstrom beaufschlagten Abschnitts der Mantelfläche erstreckt.Exhaust system according to claim 7, characterized in that the jacket body ( 5 ) in the exhaust line ( 1 ) is arranged that the perforation ( 8th ) extends over about half of the acted upon by the exhaust stream portion of the lateral surface. Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper ein Konus (5) ist, der sich ausgehend von der Einspritzeinrichtung (2) in Einspritzrichtung (I) erweitert, wobei insbesondere der Öffnungswinkel des Konus (5) größer ist als der Öffnungswinkel des von der Einspritzdüse abgegebenen Dosierstrahls, wobei vorzugsweise der Konus (5) eine um die Konusachse (III) herumgeführte, insbesondere hutzenförmige, Ausstülpung (10) aufweist, welche an einem Ende eine Eintrittsöffnung (11) bildet.Exhaust system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the jacket body is a cone ( 5 ) extending from the injector ( 2 ) in the injection direction ( I ), wherein in particular the opening angle of the cone ( 5 ) is greater than the opening angle of the dispensed from the injection nozzle metering jet, wherein preferably the cone ( 5 ) one around the cone axis ( III ) guided around, in particular hat-shaped, protuberance ( 10 ), which at one end an inlet opening ( 11 ). Abgasanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der Ausstülpung (10) von einer Eintrittsöffnung (11) an der Außenseite des Konus (5) bis zum anderen Ende der Ausstülpung (10) verjüngt.Exhaust system according to claim 9, characterized in that the cross section of the protuberance ( 10 ) from an entrance opening ( 11 ) on the outside of the cone ( 5 ) to the other end of the protuberance ( 10 ) rejuvenated.
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