DE102006053804B4 - flange - Google Patents
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Abstract
Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen in einem Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Vorrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels in ein Abgasrohr (22, 24) des Abgassystems, wobei die Vorrichtung ein Dosiermodul (15) umfasst und ein direkter Wärmeeintrag in das Dosiermodul (15) minimiert ist, wobei eine Anbindung eines Flansches (10, 28) zur Aufnahme des Dosiermoduls (15) von einer Abgas führenden Leitung thermisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass- ein Rohrstutzen in Zweischalenstruktur (23) einen Innenrohrabschnitt und einen Außenrohrabschnitt umfasst,- eine Fügestelle (28) des Flansches (10) am Außenrohrabschnitt des Rohrstutzens in Zweischalenstruktur (23) ausgebildet ist,- der Innenrohrabschnitt und der Außenrohrabschnitt des Rohrstutzens infolge der Zweischalenstruktur (23) durch einen Luftspalt (25) thermisch gegeneinander isoliert sind und- der Luftspalt (25) im Bereich der Fügestelle (28) unterhalb des Flansches (10) zu einem Innenrohr (24) des Abgasrohrs (22, 24) hin offen steht, wobei das Innenrohr die das Abgas führende Leitung ist.An exhaust aftertreatment device for the aftertreatment of exhaust gases in an exhaust system of an internal combustion engine, comprising a device for introducing a reducing agent into an exhaust pipe (22, 24) of the exhaust system, the device comprising a metering module (15) and a direct heat input into the metering module (15) is minimized in which a connection of a flange (10, 28) for receiving the metering module (15) is thermally insulated from a line carrying exhaust gas, characterized in that a pipe socket in a two-shell structure (23) comprises an inner pipe section and an outer pipe section, - a joint ( 28) of the flange (10) is formed on the outer pipe section of the pipe socket in two-shell structure (23), - the inner pipe section and the outer pipe section of the pipe socket due to the two-shell structure (23) by an air gap (25) are thermally insulated from each other and the air gap (25) in the region of the joint (28) below the flange ( 10) to an inner tube (24) of the exhaust pipe (22, 24) is open, wherein the inner tube is the exhaust gas leading line.
Description
Stand der TechnikState of the art
Im Zuge der weiteren Verschärfung von Abgasgrenzwerten für Verbrennungskraftmaschinen gewinnt die chemische Abgasnachbehandlung an Bedeutung. Als ein aussichtsreiches Verfahren, welches zum Beispiel der Reduzierung von Stickoxiden NOx in sauerstoffreichen Abgasen dient, stellt die selektive katalytische Reduktion (SCR) mittels NH3 bzw. NH3-abspaltenden Reagenzien dar. In der Entwicklung befinden sich zur Zeit Systeme, die als Reduktionsmittel Harnstoffwasserlösung (HWL) als NH3-abspaltendes Reagenz verwenden. Als Reduktionsmittel eingesetzte Harnstoffwasserlösung wird im Allgemeinen über ein Dosierventil in den Abgasstrom eingebracht. Das Dosierventil ist in einem Dosiermodul angeordnet, welches die Anbindung von hydraulischen Komponenten sowie die Kühlung der Einheit entweder durch Luft oder mittels eines Kühlmediums übernimmt. Ein bedeutendes Problem der Anbindung des Dosiermoduls an den Abgasstrang liegt darin, dass das Dosierventil eine zulässige Grenztemperatur von etwa 150 °C aufweist. Im Abgasstrang von Verbrennungskraftmaschinen können jedoch Maximaltemperaturen von 700 °C erreicht werden, so dass die bisher üblicherweise eingesetzte Ausführung einer Anbindung des Dosiermoduls an den Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine zwangsläufig zu einem hohen Wärmeeintrag in das Dosiermodul und damit zu Temperaturen von deutlich über 200 °C am Dosierventil führt. Dies stellt eine hohe thermische Belastung des Dosierventils dar und kann im Extremfall zur Zerstörung des Dosierventils führen und damit die Abgasreinigungsanlage unbrauchbar machen. Bei bisher üblicherweise eingesetzten Flanschanbindungen ist derjenige Flansch, der das Dosiermodul aufnimmt, direkt über eine stoffschlüssige Verbindung, wie zum Beispiel eine Schweißverbindung, mit dem Abgasrohr verbunden. Diese stoffschlüssige Verbindung leitet zusätzlich zur Strahlungswärme des Abgasrohres weitere Wärme in das Dosiermodul. Der in das Dosiermodul eingetragene Wärmestrom muss durch Kühlmaßnahmen, so zum Beispiel durch eine Luft- oder Flüssigkeitskühlung aus dem Dosiermodul und damit aus dem Dosierventil abgeführt werden. Diese zusätzlichen aktiv vorzunehmenden Kühlmaßnahmen sind jedoch mit einem großen technischen und einem großen Kostenaufwand verbunden.In the course of the further tightening of exhaust emission limits for internal combustion engines, the chemical exhaust aftertreatment becomes more important. As a promising method, which for example, the reduction of nitrogen oxides NO x is used in oxygen-rich exhaust gases, represents the selective catalytic reduction (SCR) using NH 3 or NH 3 -ausspenden reagents. In development, there are currently systems that as Reducing agent Use urea-water solution (HWL) as NH 3 -separating reagent. As a reducing agent used urea water solution is generally introduced via a metering valve in the exhaust stream. The metering valve is arranged in a metering module, which takes over the connection of hydraulic components as well as the cooling of the unit either by air or by means of a cooling medium. A significant problem of the connection of the dosing to the exhaust system is that the metering valve has a permissible limit temperature of about 150 ° C. In the exhaust system of internal combustion engines, however, maximum temperatures of 700 ° C can be achieved, so that the previously commonly used execution of a connection of the dosing to the exhaust system of the internal combustion engine inevitably to a high heat input into the dosing and thus to temperatures well above 200 ° C at the metering valve leads. This represents a high thermal load of the metering valve and can lead to the destruction of the metering valve in extreme cases and thus make the exhaust gas purification system useless. In previously commonly used Flanschanbindungen that flange which receives the dosing, directly via a cohesive connection, such as a welded joint, connected to the exhaust pipe. This cohesive connection, in addition to the radiant heat of the exhaust pipe, conducts further heat into the metering module. The heat flow entered into the metering module must be removed from the metering module and thus from the metering valve by cooling measures, for example by air or liquid cooling. However, these additional active measures to be taken cooling are associated with a large technical and a large cost.
Aus der
Die
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Flanschanbindung des Dosiermoduls bzw. des darin aufgenommen Dosierventils an das Abgasrohr so auszubilden, dass der Flansch über einen Luftspalt vom Abgasrohr isoliert ist. Durch eine derartige Luftspalt-isolierte Flanschanbindung wird eine deutliche Reduktion des Wärmeeintrags in das Dosiermodul und damit in das in diesem enthaltene Dosierventil erreicht. Dies bedeutet, dass durch eine Verringerung des Wärmeeintrags in das Dosiermodul dieses auch weniger Wärme abzuführen hat und das Dosiermodul bei verringertem Wärmeeintrag auch kleiner dimensioniert werden kann. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung der Flanschanbindung am Abgasrohr reduziert die Wärmeeinleitung in das Dosiermodul bzw. das in diesem enthaltene Dosierventil über den Flansch aufgrund von Wärmeleitung ebenso wie die Einleitung über Strahlungswärme des Abgasrohres in das Dosiermodul. Des Weiteren können die bisher zur thermischen Isolierung eingesetzten Wärmeabschirmbleche vollständig entfallen, was eine kompaktere Bauweise der gesamten Einheit erlaubt.According to the invention, it is proposed to form a flange connection of the metering module or the metering valve received therein to the exhaust pipe in such a way that the flange is insulated from the exhaust pipe via an air gap. By such an air gap-insulated flange connection a significant reduction of the heat input is achieved in the metering and thus in the metering valve contained in this. This means that less heat has to dissipate by reducing the heat input into the metering module and the metering module can also be dimensioned smaller with reduced heat input. The inventively proposed solution of the flange connection to the exhaust pipe reduces the heat input into the metering or the metering valve contained in this via the flange due to heat conduction as well as the introduction of radiant heat of the exhaust pipe in the dosing. Furthermore, the heat shields previously used for thermal insulation can be completely eliminated, allowing a more compact design of the entire unit.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Flanschanbindung als Luftspalt-isoliertes Rohr, ein Innen- und ein Außenrohr umfassend, bietet die Möglichkeit, die Flanschanordnung nicht am Innenrohr zu befestigen, welches den heißen Abgasen ausgesetzt ist, sondern am Außenrohr, was von der Umfangsfläche des Innenrohres durch einen ringförmig ausgebildeten Luftspalt isoliert ist. Zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr kann ein Ringspalt in einer Breite von 2 bis 4 mm ausgebildet werden, so dass ein direkter Wärmeübergang vom Innenrohr zum Flansch nicht mehr stattfindet.The inventively proposed flange connection as an air gap-insulated pipe, comprising an inner and an outer tube, offers the possibility not to fix the flange on the inner tube, which is exposed to the hot exhaust gases, but on the outer tube, which from the peripheral surface of the inner tube by an annular trained air gap is isolated. Between the inner tube and the outer tube, an annular gap can be formed in a width of 2 to 4 mm, so that a direct heat transfer from the inner tube to the flange no longer takes place.
Durch den sich ergebenden Luftspalt zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr kann prinzipiell Abgas geleitet werden. Ein Durchströmen des Abgases durch den Luftspalt findet nicht mehr statt, da das Außenrohr gegen die Atmosphäre geschlossen ist und aus dem Luftspalt zwischen Innen- und Außenrohr kein Abgas an die Atmosphäre gelangt. Die Weite des das Innenrohr vom Außenrohr isolierenden Luftspaltes ist so gewählt, dass sich im Ringspalt keine Ablagerungen durch Harnstoffe bilden.In principle, exhaust gas can be conducted through the resulting air gap between the inner tube and the outer tube. A flow of the exhaust gas through the air gap does not take place, since the outer tube is closed against the atmosphere and from the air gap between the inner and outer tube no exhaust gas reaches the atmosphere. The width of the inner tube of the outer tube insulating air gap is chosen so that form no deposits by urea in the annular gap.
Im Vergleich zu bisher bekannten Flanschverbindungen werden am Flansch um etwa 100 K niedrigere Temperaturen gemessen, wodurch sich der Wärmeeintrag in das Dosiermodul deutlich verringert. Die Spitzentemperaturen am Flansch, d. h. an der Stelle, an der das Dosiermodul mitsamt des darin aufgenommenen Dosierventils mit dem Abgasrohr montiert ist, können von etwa 420 °C auf etwa 320 °C gesenkt werden. Aufgrund der Isolation des Innenrohres durch die Luftspalt-isolierte Ausführung gegen das Außenrohr ergibt sich auch eine Isolierung des Flanschinnenrohres gegen niedrige Außentemperaturen, so dass an der Eintragstelle des Mediums am Dosiermodul gleichzeitig höhere Temperaturen im Vergleich zu der bisherigen Ausführung erreicht werden können, was der Bildung von Harnstoffablagerungen an der Eindüsestelle entgegenwirkt und somit als weiterer vorteilhafter Effekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung hervorzuheben ist.In comparison to previously known flange connections, temperatures of around 100 K are measured at the flange, which significantly reduces the heat input into the dosing module. The peak temperatures at the flange, ie at the point where the metering module together with the metering valve received therein with the Exhaust pipe is mounted, can be lowered from about 420 ° C to about 320 ° C. Due to the insulation of the inner tube by the air gap-insulated design against the outer tube also results in isolation of the Flanschinnenrohres against low outside temperatures, so that at the entry point of the medium at the metering simultaneously higher temperatures compared to the previous version can be achieved, what the education counteracts urea deposits at the injection point and thus is to be emphasized as a further advantageous effect of the proposed solution according to the invention.
Eine Verbesserung des Wärmeaustrages kann zusätzlich dadurch erreicht werden, dass die Oberfläche des das Innenrohr umgebenden Außenrohres beispielsweise mit einer Anzahl von sich im Wesentlichen in radiale Richtung erstreckenden, in axialer Richtung des Rohres verlaufenden Kühlrippen vergrößert wird; daneben sind auch andere Ausführungsgeometrien der Kühlrippen möglich.An improvement of the heat output can additionally be achieved in that the surface of the outer tube surrounding the inner tube is enlarged, for example, with a number of cooling fins extending substantially in the radial direction and running in the axial direction of the tube; In addition, other design geometries of the cooling fins are possible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können das Innenrohr und das Außenrohr, die gegeneinander durch den ringförmig verlaufenden Luftspalt isoliert sind, als Schweißkonstruktion ausgeführt sein. Eine kostensenkende Variante liegt darin, ein inneres Flanschrohr aus dem Innenrohr im Wege des Tiefziehverfahrens herzustellen. Alternativ ist auch denkbar, das Innenrohr zu schweißen und das Außenrohr mittels zwei tiefgezogener Blechhälften verpresst zu gestalten und auf diesen den Flansch stoffschlüssig zu befestigen. Diese Ausführungsvariante birgt einige Kostenvorteile gegenüber einer komplett ausgeführten Schweißkonstruktion.In a further advantageous embodiment variant of the solution proposed according to the invention, the inner tube and the outer tube, which are insulated from one another by the annular air gap, can be designed as a welded construction. A cost-saving variant is to produce an inner flange tube from the inner tube by means of the deep-drawing process. Alternatively, it is also conceivable to weld the inner tube and to press the outer tube pressed by means of two deep-drawn sheet metal halves and to fasten the flange cohesively thereto. This embodiment has some cost advantages over a completely executed weldment.
Figurenlistelist of figures
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Darstellung einer Eindüsestelle in ein Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine gemäß des Standes der Technik, -
2 eine erfindungsgemäß gestaltete Flanschanbindung mit einem Luftspaltisolierten Abgasrohr mit Außenrohr und Innenrohr und -
3 eine weitere Ausführungsvariante der in2 dargestellten, erfindungsgemäß ausgebildeten Flanschverbindung mit an einem Außenrohr verlaufenden Kühlrippen.
-
1 a representation of a injection point in an exhaust pipe of an internal combustion engine according to the prior art, -
2 an inventively designed flange with an air gap insulated exhaust pipe with outer tube and inner tube and -
3 a further embodiment of in2 illustrated, inventively designed flange with running on an outer tube cooling fins.
Ausführungsvariantenvariants
Der Darstellung gemäß
Ein Flansch
Aus diesem Grunde sind erhebliche Zusatzmaßnahmen erforderlich, um zu verhindern, dass die zulässige Temperatur von 150 °C für das Dosierventil, welches im Dosiermodul
Zunächst ist die Wärmestrahlung vom zweiteilig ausgebildeten Abgasrohr, das Innenrohr
Als Konsequenz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführung der Eindosierstelle einer wässrigen Harnstofflösung, um ein Beispiel zu nennen, wird eine deutliche Reduzierung der Wärmeabstrahlung des Abgasrohres und damit verbunden, eine deutliche Reduzierung des Wärmeeintrages in das Dosiermodul
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Strömungsquerschnitt, welchen das von der Verbrennungskraftmaschine stammende Abgas im Innenrohr
Der Darstellung gemäß
Am Abgasrohr, welches das den Abgasstrom führende Innenrohr
Im Unterschied zur in
Aus der Darstellung gemäß
Durch das zusätzliche Aufbringen der sich in Axialrichtung
Da das Innenrohr
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20130830 |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |