DE102010035311A1 - Entkopplungselement, insbesondere für Abgasanlagen - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Entkopplungselement vorgeschlagen, insbesondere für Abgasanlagen, zur Verwendung mit einer Einspritzeinrichtung (14) zur Einspritzung eines Reduktionsmittels, wie Harnstoff, mit einem gewellten Metallbalg (7) und einem innerhalb des Balges (7) angeordneten strömungsführenden Elements (9, 23), dessen Außendurchmesser (D1) kleiner als der Innendurchmesser (D2) des Balges (7) ist. Hierbei sieht die Erfindung vor, dass das strömungsführende Element (9, 23) das Innere des Balgs (7) in einen inneren Kernströmungsweg für einen Kernstrom (16) des Abgasstroms und einen äußeren Mantelströmungsweg für einen Mantelstrom (17) des Abgasstroms trennt. Weiterhin ist ein Verfahren beschrieben, womit in einem Abgasstrom strömendes Abgas durch ein mit endlichem radialem Abstand innerhalb des Balges angeordneten strömungsführenden Elements in einem Kernstrom und einem Mantelstrom aufgeteilt strömt, wodurch eine Benetzung des Balges und damit eine Ablagerung von Harnstoff innerhalb der Balgwellen vermieden wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Entkopplungselement, insbesondere für Abgasanlagen, zur Verwendung mit einer Einspritzungseinrichtung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels, wie Harnstoff, mit einem gewellten Metallbalg und einem innerhalb des Balges angeordneten strömungsführenden Elements, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Balges ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Führen von Abgas einer Verbrennungsmaschine durch einen gewellten Metallbalg.
  • Steigende Anforderungen an Grenzwerte von Abgasen, insbesondere von Kraftfahrzeugabgasen, durch neuere Gesetzgebung machen die Einspritzung von Reduktionsmittel in eine Abgasanlage notwendig. Ein derartiges Reduktionsmittel ist z. B. Harnstoff, wie aus der DE 10 2008 010 071 A1 bekannt ist. Darin wird eine Vorrichtung zur Umsetzung von Abgasbestandteilen einer Brennkraftmaschine mittels wenigstens eines Katalysators und/oder eines Partikelfilters beschrieben. Hierbei ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Katalysator zur Umsetzung von Abgasbestandteilen innerhalb eines Teiles des Abgastrakts angeordnet ist, der unlösbar mit einem Kompensator verbunden ist. Ein derartiger Kompensator oder auch Entkopplungselement weist zumeist einen – schraubenförmig oder ringgewellten – Balg und einen ihn schützenden Agraffschlauch auf, welcher an der Wandung des Balges anliegt. Der Agraffschlauch dient vornehmlich zum Schutz des Balges vor dem heißen Abgas und zeigt eine schraubenförmige Wicklung, mit einem im Wesentlichen S-förmigen Querschnittsprofil, wobei benachbarte Elemente der Wicklung ineinandergreifen.
  • Möglichst motornah wird dem heißen Abgas ein Reduktionsmittel beigegeben. Dies geschieht vornehmlich durch eine Einspritzungseinrichtung, welche eine wässrige Harnstofflösung in das heiße Abgas einspritzt. Die Zumessung erfolgt in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, gesteuert über eine Motorsteuereinheit, in der Weise, dass über eine Düse die wässrige Harnstofflösung unmittelbar vor einem Hydrolysekatalysator in den Abgasstrom eingesprüht wird.
  • Indem der Agraffschlauch einen Durchmesser aufweist, der kleiner oder gleich dem des Innendurchmessers des Balges ist, liegt er nahezu direkt an den inneren Windungen des Balges an. Zwischen äußeren Windungen des Balges und dem Agraffschlauch sind daher Zwischenräume gebildet, die sich mit Abgas füllen können. Zwar stellen die Wicklungen des Agraffschlauchs einen erheblichen Strömungswiderstand dar, ein Agraffschlauch ist aber als solcher nicht gasdicht, wobei aus unterschiedlichen Gründen ein Gasaustausch zwischen Agraffschlauch und Balg stattfindet. So können kleine Gasflüsse aufgrund von Verwirbelungen des strömenden Abgases sowie durch Diffusion entstehen. Weiterhin sind Druckänderungen in der Abgasanlage z. B. durch Laständerungen am Motor möglich. Die Bewegungen des Fahrzeugs erzeugen Bewegungen des Entkopplungselements und damit des Balges, wobei dadurch sich das Volumen zwischen Balg und Agraffschlauch mit jedem Stauchen oder Strecken des Balges ändert. Dadurch kann ein Unterdruck im Zwischenraum zwischen Balg und Agraffschlauch entstehen. Dies verursacht einen Volumenstrom durch den Agraffschlauch hindurch. Die Folge ist, dass in den Balg bzw. in die Balgwindungen harnstoffangereichertes Abgas gelangt, wobei der Harnstoff an der kühleren Balgwand kondensieren und auskristallisieren kann. Hierdurch lagert sich mit der Zeit immer mehr Harnstoff an und verschmutzt die Innenwandung des Balges, was in einer reduzierten Beweglichkeit des Balges resultiert. Die verschiedenen Teile der Abgasanlage sind somit nicht mehr voneinander schwingungsentkoppelt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile verhindern, wobei insbesondere vermieden werden soll, dass sich ein Reduktionsmittel, wie z. B. Harnstoff in der Balgwandung absetzen kann.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Entkopplungselement der eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das strömungsführende Element das Innere des Balgs in einen inneren Kernströmungsweg für einen Kernstrom des Abgasstroms und in einen äußeren Mantelströmungsweg für einen Mantelstrom des Abgasstroms trennt. Weiterhin sieht die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung des Entkopplungselements der eingangs genannten Art vor, bei dem in einem Abgasstrom strömendes Abgas durch ein mit endlichem radialen Abstand innerhalb des Balges angeordneten strömungsführenden Elements in einen Kernstrom und einen Mantelstrom aufgeteilt strömt.
  • Zum Schutz des Balges vor dem heißen Abgasstrom ist bevorzugt weiterhin vorgesehen, dass innerhalb des Balges ein äußerer Agraffschlauch angeordnet ist, wobei dessen Außendurchmesser kleiner oder gleich dem Innendurchmesser des Balges ist. Es ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass das strömungsführende Element als ein innerer Agraffschlauch und/oder ein Rohrstück ausgebildet ist.
  • Das strömungsführende Element ist besonders bevorzugt koaxial innerhalb des Balges gehalten, wobei vorgesehen ist, dass eingangs- und/oder ausgangsseitig das strömungsführende Element von mindestens zwei Stützen gehalten ist, die gleichmäßig über den Umfang des strömungsführenden Elements verteilt sind. Das strömungsführende Element ist mit endlichem radialem Abstand innerhalb des Balges angeordnet, wodurch sich ergibt, dass zwischen strömungsführendem Element und Balg und/oder äußerem Agraffschlauch ein im Querschnitt ringförmiger Zwischenraum ausgebildet ist, in welchem Abgas in einem Mantelstrom einströmt. Ein äußerer Agraffschlauch kann auch zur Führung des Abgasstromes vorgesehen sein, so dass Verwirbelungen im Bereich der Balgwellen verhindert werden.
  • Eine Harnstoffeinspritzung in den Kernstrom erfolgt mittels einer Einspritzungseinrichtung, wobei besonderes bevorzugt vorgesehen ist, dass die Einspritzungseinrichtung eingangsseitig seitlich angeordnet ist, wobei die Einspritzung in einem bestimmten Winkel erfolgt. Alternativ sieht die Erfindung vor, dass die Einspritzungseinrichtung eingangsseitig mittig vor dem inneren Agraffschlauch angeordnet ist und, dass die Einspritzungseinrichtung durch Streben eingangsseitig des inneren Agraffschlauchs befestigt ist. Damit eine Einspritzung gleichmäßig erfolgt, ist vorgesehen, dass Harnstoff mittels der Einspritzungseinrichtung kegelförmig in den Kernstrom eingespritzt wird. Auch kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Einspritzungseinrichtung seitlich an einem verlängerten Abgasrohr vor dem Entkopplungselement angeordnet ist, wobei die Einspritzungseinrichtung in einem Winkel zwischen 45° und 90° am Abgasrohr ausgebildet ist, wobei in einem Zwischenraum zwischen strömungsführendem Element und Balg und/oder äußerem Agraffschlauch harnstofffreies Abgas in einem Mantelstrom frei strömt, wobei eine Wandung des inneren Agraffschlauchs durchdringender Harnstoff weggespült wird. Hierbei ist ein konischer Rohreinsatz in das Abgasrohr in dem entsprechenden Winkel eingesetzt und mit einem Rohrstück als strömungsführendes Element verbunden. Hierdurch ist eine direkte Einspritzung des Harnstoffs in den Kernstrom gewährleistet.
  • Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die Länge des strömungsführenden Elements größer oder gleich der Länge des Balges ist, so dass das strömungsführende Element über die Länge des Balges hinausragt. Die Länge des strömungsführenden Elements kann derart variiert werden, so dass die Länge des strömungsführenden Elements kleiner als die Länge des Balges ist, wobei die Geschwindigkeit des Abgases derart bemessen ist, dass ausgangsseitig beide Abgasströme nicht sofort vermischt sind. Das Entkopplungselement selbst ist formschlüssig durch Aufweiten und/oder mittels Schellen mit einem starren Abgasrohr verbunden, wobei die einzelnen Komponenten des Entkopplungselementes bevorzugt auch stoffschlüssig mittels Schweißen miteinander verbunden sind.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass harnstoffangereichertes Abgas in einem Kernstrom innerhalb des strömungsführenden Elements strömt, sowie, dass in einem Zwischenraum zwischen strömungsführenden Element und Balg bzw. äußerem Agraffschlauch harnstofffreies Abgas in einem Mantelstrom frei strömt. Das strömungsführende Element wird so mit harnstofffreiem Mantelstrom umspült und eine die Wandung des strömungsführenden Elements durchdringender Harnstoff wird vom Mantelstrom weggespült.
  • Nach einer alternativen Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass das strömungsführende Element ausgangsseitig mit einem Flansch des Balges verbunden ist, so dass ein Durchlass zwischen Balg und innerem Agraffschlauch gesperrt ist. Es kann nur ein innerer Agraffschlauch als strömungsführendes Element innerhalb des Balges vorgesehen sein, so dass ein äußerer Agraffschlauch entfällt. Das strömungsführende Element kann auch einen Flansch aufweisen, welcher mit dem Flansch des Balges verbunden ist. Die Verbindung sieht vor, dass das strömungsführende Element ausgangsseitig stoffschlüssig mittels Schweißen und/oder formschlüssig mittels Aufweitungen und/oder Schellen mit einem Flansch des Balges verbunden ist. Auch sieht die Erfindung vor, dass das stromführende Element mit einem sich konisch erweiternden Rohrstück verbunden ist, welches mit seinem freien Ende am Flansch befestigt ist. Hierdurch wird ein Abreißen eines eventuell verwendeten Agraffschlauchs vermieden. Eingangsseitig ist der Zwischenraum zwischen Balg und strömungsführendem Element zum Abgasstrom hin offen.
  • Hierbei sieht die Erfindung bevorzugt vor, dass bei einem solchen ausgangsseitig gesperrten Durchlass ein Überdruck im Mantelstrom erzeugt wird, wodurch ein Vordringen des Harnstoffes zum Balg verhindert wird. Es strömt ein harnstofffreier Mantelstrom zwischen strömungsführendem Element und Balg. Durch das geschlossene Ende wird eine Geschwindigkeit des Abgasstromes stark reduziert, wobei der statische Druck im Mantelstrom zunimmt. Im Kernstrom im Inneren des strömungsführenden Elements nimmt die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des reduzierten Querschnitts des strömungsführenden Elements zu, womit der statische Druck innerhalb des Kernstromes sinkt. Es entsteht ein Druckgefälle zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich des strömungsführenden Elements, wodurch ein Vordringen des Harnstoffs zum Balg verhindert wird. Stattdessen ist vorgesehen, dass bei einem ausgangsseitig gesperrten Durchlass ein Abgas im Mantelstrom über die Wandung des strömungsführenden Elements zum Kernstrom hin abströmt. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass an der eingangsseitigen Innenseite des strömungsführenden Elements Strömungswiderstände zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Abgases innerhalb des Kernstromes angeordnet sind.
  • Weiterhin ist auch eine Zwischenlösung mit nur einem kleinen Teil des Mantelstroms denkbar, welcher ausgangsseitig abströmt. Hierbei ist der Durchgang nicht ganz gesperrt, sondern der Zwischenraum verringert sich kontinuierlich zur Ausgangsseite hin.
  • Der entscheidende Vorteil der Erfindung ist die Trennung zwischen harnstofffreiem Abgas und harnstoffangereichertem Abgas in der Innenseite. Als weitere denkbare Einsatzmöglichkeit ist die Verwendung des (Mantelstrom-)Luftspalts mit nur geringem Gasaustausch zur thermischen Isolation des Abgasstroms bei chemisch gleicher Zusammensetzung von Kern- und Mantelstrom vorgesehen. Bevorzugt kann auch vorgesehen sein, dass eine Harnstoffeinspritzung nicht direkt vor dem Entkopplungselement angebracht ist, sondern weiter vorne in der Abgasanlage vorgesehen ist, wobei eine Stromaufteilung in einem Abgasrohr vor dem Entkopplungselement erfolgen kann, so dass Kern- und Mantelstrom dem Entkopplungselement getrennt zugeführt werden. Entscheidend ist beim erfindungsgemäßen Entkopplungselement, dass zwei Gasströme mit unterschiedlicher Zusammensetzung vorliegen. Hierzu kann eine geeignete Zuführung erfindungsgemäß vorgesehen sein. Denkbar ist auch der zusätzliche Einbau eines Turbulators oder eines Mischers zur besseren Durchmischung nach der Einspritzung am Eingang oder innerhalb des Entkopplungselements.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
  • 1 einen Längsschnitt eines Teils einer Abgasanlage mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements;
  • 2 einen Längsschnitt durch eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements;
  • 3 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements; und
  • 4 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Entkopplungselement mit einer alternativen Einspritzungseinrichtung.
  • Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Entkopplungselement 1 im Verbund eines Teils einer Abgasanlage 2. Das Entkopplungselement 1 ist hierbei zwischen einem eingangsseitigen Abgasrohr 3 und einem ausgangsseitigen Abgasrohr 4 eingesetzt. Letzterem nachgeordnet ist ein Katalysator 5 und ein weiteres Abgasrohr 6, wobei der Katalysator 5 innerhalb eines aufgeweiteten Abgasrohres bzw. einem geeigneten Gehäuse (nicht dargestellt) angeordnet ist. Als Katalysator 5 kann ein SCR-Katalysator vorgesehen sein. Die Komponenten sind stoffschlüssig, vorzugsweise mittels Schweißen oder formschlüssig durch Aufweitungen und Schellen miteinander verbunden. Das Entkopplungselement 1 ist detailliert in 2 dargestellt, die einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements 1 zeigt. Das Entkopplungselement 1 umfasst einen ringgewellten Balg 7, der mit dem starren Abgasrohr 3 der Abgasanlage 2 formschlüssig, wie durch Aufweitungen und Schellen, oder stoffschlüssig durch Schweißen verbunden ist. Im Inneren des Balges 7 ist ein äußerer Agraffschlauch 8 angeordnet, welcher den Balg vor dem heißen Abgasstrom schützt. Weiterhin ist koaxial innerhalb des äußeren Agraffschlauchs 8 ein strömungsführendes Element 9 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist als strömungsführendes Element 9 bevorzugt ein innerer Agraffschlauch vorgesehen. Es sind auch weitere strömungsführende Elemente in unterschiedlichen Ausführungen möglich. Der innere Agraffschlauch 9 ist spiralförmig gewickelt oder weist mehrere Ringsegmente auf, die eine Wandung 10 bilden. Ein derartiges strömungsführendes Element kann aus zum Teil gasdurchlässigen schlauchartig geformten Materialien oder anderen metallischen Elementen zur Stromführung gebildet sein. Der innere Agraffschlauch 9 ist mittels Stützen 11 mittig innerhalb des äußeren Agraffschlauchs 8 abgestützt und in dieser Position gehalten. Es sind eingangs- sowie ausgangsseitig mindestens zwei, vorzugsweise vier gleichmäßig über den Umfang verteilte Stützen 11 vorgesehen. Die Stützen 11 behindern einen durchströmenden Abgasstrom 12 (gekennzeichnet durch einen im Bild nach links weisenden Pfeil) nicht. Die Fließrichtung des Abgases ist durch die Pfeilrichtung gegeben.
  • Ein äußerer Durchmesser D1 des inneren Agraffschlauchs 9 ist kleiner als ein Innendurchmesser D2 des Balges 7. Der äußere Agraffschlauch 8 hat einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser D2 des Balges 7 entspricht. Hierdurch ist zwischen innerem Agraffschlauch 9 und Balg 7 bzw. äußeren Agraffschlauch 8 ein Zwischenraum 13 mit einem endlichen radialen Abstand d ausgebildet, in welchen ein Teil des Abgases einfließen kann. Der äußere Agraffschlauch 8 weist einen Außendurchmesser auf, der gleich oder kleiner dem Innendurchmesser D2 des Balgs 7 ist, so dass der äußere Agraffschlauch 8 an der Innenseite des Flansches des Balgs 7 anliegt. Die Breite des Zwischenraumes 13, sprich der Abstand d zwischen innerem Agraffschlauch 9 und Balg 7 entspricht dem Abstand zwischen innerem Agraffschlauch 9 und äußerem Agraffschlauch 8 minus der Wandungsstärke des äußeren Agraffschlauchs 8. In Hinblick auf die Größenordnung des Entkopplungselements 1 ist die Wandungsstärke des äußeren Agraffschlauchs 8 in Bezug auf die Breite des Zwischenraumes 13 nicht von Belang. Der Abstand d des inneren Agraffschlauchs 9 zum Balg 7 kann auch wesentlich schmaler ausgebildet sein, solange ein Durchströmen eines Abgasstromes durch den Zwischenraum 13 gewährleistet ist. Ist der Zwischenraum 13 sehr schmal, d. h. im Größenbereich der Wandungsstärke der Agraffschläuche, ausgebildet, kann auch ein äußerer Agraffschlauch 8 weggelassen werden.
  • Eingangsseitig des Entkopplungselements 1 ist mittig vor dem inneren Agraffschlauch 9 eine Einspritzungseinrichtung 14 zur Einspritzung des Harnstoffes in den Abgasstrom vorgesehen. Harnstoff wird kegelförmig in einen Abgasstrom eingesprüht (gekennzeichnet durch einen Einspritzkegel 15) und somit gleichmäßig im inneren Agraffschlauch 9 verteilt. Der innere Agraffschlauch 9 ist länger ausgebildet als der ihn umgebende Balg 7 und ragt damit eingangs- sowie ausgangsseitig über den Balg 7 hinaus in die angrenzenden Abgasrohre 3, 4 hinein. Es ist auch möglich den inneren Agraffschlauch 9 als strömungsführendes Element kürzer als den Balg 7 auszubilden.
  • Durch die Anordnung des inneren Agraffschlauchs 9 wird der Abgasstrom 12 innerhalb des Entkopplungselements 1 in zwei parallel laufende Ströme aufgeteilt. Innerhalb des inneren Agraffschlauchs 9 strömt harnstoffangereichertes Abgas in einem Kernstrom 16 (schwarze Pfeile). Durch die erfindungsgemäße Anordnung des inneren Agraffschlauchs 9 ist zwischen diesem und dem Balg 7 – wie gesagt – ein ringförmiger Zwischenraum 13 ausgebildet. Durch diesen Zwischenraum 13 strömt parallel zum Kernstrom 16, harnstofffreies Abgas in einem Mantelstrom 17 (weiße Pfeile). Der innere Agraffschlauchs 9 wird damit durch harnstofffreies Abgas umspült, wodurch eventuell die Wandung 10 des inneren Agraffschlauchs 9 durchdringender Harnstoff von dem im Mantelstrom 17 strömenden Abgas weggespült wird. Die Harnstoffeinspritzung selbst erfolgt mittig in den Kernstrom 16 innerhalb des inneren Agraffschlauchs 9 kegelförmig, so dass eine gleichmäßige Einspritzung gegeben ist. Der äußere Agraffschlauch 8 dient hierbei vor allem dem Schutz des Balges 7 vor dem heißen Abgas innerhalb des Mantelstromes 17 und zur Führung desselben. Eine Zusammenführung der Abgasströme erfolgt in einem starren Teil der Abgasanlage hinter dem Entkopplungselement 1. Dies ist in 1 dargestellt. Der harnstoffreiche Kernstrom 16 ist durch eine schwarzweiße Pünktelung hervorgehoben. Durch das gleichmäßige Strömen der Abgase in Kern- als auch Mantelstrom wird eine Verwirbelung der Abgase ausgangsseitig des Entkopplungselements vermieden. Der Balg 7 kommt somit mit harnstoffangereichertem Abgas in keiner Weise in Berührung.
  • In 3 ist eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Entkopplungselements 1 gezeigt, wobei innerhalb des Balges 7 nur ein innerer Agraffschlauch 9 vorgesehen ist. Ein äußerer Agraffschlauch 8 kann auch weggelassen werden. Ausgangsseitig des Entkopplungselements 1 ist der Agraffschlauch 9 mit dem Balg 7 an dessen Flansch 18 vorzugsweise mittels Schweißen und/oder Formschluss durch Schellen gasdicht verbunden, wobei sich der Durchmesser D1 des inneren Agraffschlauchs 9 im ausgangsseitigen Bereich konisch zum Durchmesser D2 des Balgs 7 erweitert. Ausgangsseitig ist damit ein Durchlass für das Abgas gesperrt. Eingangsseitig ist der Zwischenraum 13 zwischen Balg und innerem Agraffschlauch 9 zum Abgasstrom 12 hin offen.
  • Durch das geschlossene Ende des Zwischenraumes 13 wird die Geschwindigkeit des Abgases innerhalb des Mantelstromes 17 stark reduziert, womit der statische Druck im Zwischenraum 13 zunimmt. Im Inneren des inneren Agraffschlauchs 9 nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Kernstrom 16 aufgrund des reduzierten Querschnitts zu, womit der statische Druck innerhalb des Kernstromes 13 sinkt. Hierdurch entsteht zwischen den beiden Abgasströmen ein Strömungsgefälle, wodurch harnstofffreies Abgas aus dem Mantelstrom 17 durch den Agraffschlauch 9 zum Kernstrom 16 hin abströmt. Dies ist in der 3 durch die Pfeile 19 (abströmender Mantelstrom) verdeutlicht, die den Weg des Abgases aus dem Mantelstrom 17 durch die Wandung des inneren Agraffschlauchs 9 zeigen. Ein Vordringen des Harnstoffes zum Balg 7 wird damit ebenfalls verhindert.
  • Dieser Effekt kann verstärkt werden, indem eingangsseitig des inneren Agraffschlauchs 9 ein Strömungswiderstand 20 angeordnet ist. Der Strömungswiderstand 20 zeigt in 3 einen viertelkreisförmigen Querschnitt, wobei die abgerundete Seite dem Abgasstrom 12 entgegengerichtet ist. Der Strömungswiderstand 20 kann eine ringförmige Ausgestaltung aufweisen oder auch in mehreren ringabschnittförmigen Stücken vorliegen. Das strömende Abgas trifft auf die Strömungswiderstände 20 und wird, in den inneren Agraffschlauch 9 hineingerichtet, verdichtet. Die Geschwindigkeit des durchströmenden Abgases wird hierdurch nochmals vergrößert.
  • 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine alternative Ausgestaltung der Einspritzungseinrichtung 14. Gleiche Teile sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Vor dem Entkopplungselement 1 ist am eingangsseitigen Flansch 21 ein verlängertes Abgasrohr 22 angeordnet. Innerhalb des Abgasrohres 22 ist ein Rohrstück 23 mittels Stützen 11 als strömungsführendes Element angeordnet. Die Teile sind derart bemessen, dass sie in das eingangsseitige Ende des Entkopplungselements einschiebbar sind. Für eine gasdichte Verbindung ist das Abgasrohr 22 mit dem Flansch 21 und das Rohrstück 23 mit dem eingangsseitigen Ende des inneren Agraffschlauchs 9 vorzugsweise verschweißt. Der Abgasstrom 12 ist mittels des Rohrstücks 23 wiederum in einen Mantelstrom 17 und Kernstrom 16 trennbar. Die Einspritzungseinrichtung 14 ist hier seitlich außerhalb des Abgasrohres 22 ausgebildet und ist in einem Winkel von 45°–90° zur Mittelachse der Vorrichtung hin angeordnet, womit das Reduktionsmittel in einem Winkel 45° bis 90° eingespritzt wird. Um eine direkte Einspritzung in den Kernstrom 16 zu erreichen, sind im Abgasrohr 22 und dem strömungsführenden Rohrstück 23 jeweils eine Öffnung 24, 25 ausgebildet, durch welche ein sich zum Kernstrom 16 konisch erweiterndes Rohr 26 geschoben ist. Dieses ist mit dem Abgasrohr 22 und dem Rohrstück 23 mittels Schweißen gasdicht verbunden. Harnstoff wird somit, ohne in den Mantelstrom 17 zu gelangen, direkt in den Kernstrom 16 gespritzt.
  • Besonders vorteilhaft ist vor allem die Trennung zwischen reinem Abgas und mit Reduktionsmittel angereichertem bzw. chemisch verändertem Abgas. Mit diesem Entkopplungselement 1 ist es möglich, durch Aufteilen des Abgasstromes in einen Kernstrom 16 mit eingespritztem Harnstoff und einem harnstofffreien Mantelstrom 17 das dem Abgas zugesetzte Additiv vom Balg fernzuhalten und somit eine Ablagerung desselben völlig zu vermeiden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Entkopplungselement
    2
    Abgasanlage
    3
    Abgasrohr
    4
    Abgasrohr
    5
    Katalysator
    6
    Abgasrohr
    7
    Balg
    8
    äußerer Agraffschlauch
    9
    strömungsführendes Element/innerer Agraffschlauch
    10
    Wandung
    11
    Stützen
    12
    Abgasstrom
    13
    Zwischenraum
    14
    Einspritzungseinrichtung
    15
    Einspritzkegel
    16
    Kernstrom
    17
    Mantelstrom
    18
    Flansch
    19
    abströmender Mantelstrom
    20
    Strömungswiderstand
    21
    eingangsseitiger Flansch
    22
    verlängertes Abgasrohr
    23
    Rohrstück
    24
    Öffnung
    25
    Öffnung
    D1
    Außendurchmesser innerer Agraffschlauch
    D2
    Innendurchmesser Balg
    d
    Abstand
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008010071 A1 [0002]

Claims (24)

  1. Entkopplungselement, insbesondere für Abgasanlagen, zur Verwendung mit einer Einspritzungseinrichtung (14) zum Einspritzen eines Reduktionsmittels, wie Harnstoff, mit einem gewellten Metallbalg (7) und einem innerhalb des Balges (7) angeordneten strömungsführenden Element (9, 23), dessen Außendurchmesser (D1) kleiner als der Innendurchmesser (D2) des Balges (7) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsführende Element (9, 23) das Innere des Balgs (7) in einen inneren Kernströmungsweg für einen Kernstrom (16) des Abgasstroms und einen äußeren Mantelströmungsweg für einen Mantelstrom (17) des Abgasstroms trennt.
  2. Entkopplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsführende Element (9, 23) mit endlichem radialem Abstand innerhalb des Balges (7) angeordnet ist.
  3. Entkopplungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsführende Element als ein innerer Agraffschlauch (9) und/oder ein Rohrstück den Element (9, 23) und Balg (7) und/oder äußerem Abgraffschlauch (8) ein im Querschnitt ringförmiger Zwischenraum (13) ausgebildet ist, in welchen Abgas in einem Mantelstrom (17) einströmt.
  4. Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsführende Element (9, 23) mittels Stützen (11) koaxial innerhalb des Balges (2) gehalten ist.
  5. Entkopplungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass strömungsführende Element (9, 23) eingangsseitig und/oder ausgangsseitig von jeweils mindestens zwei Stützen (11) gehalten ist, die gleichmäßig über den Umfang des strömungsführende Elements (9, 23) verteilt sind.
  6. Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des strömungsführenden Elements (9, 23) größer oder gleich der Länge des Balges (7) ist, so dass das strömungsführende Element (9, 23) über die Länge des Balges (7) hinausragt.
  7. Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des strömungsführenden Elements (9, 23) kleiner als die Länge des Balges (7) ist.
  8. Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsführende Element (9, 23) ausgangsseitig mit einem Flansch (18) des Balges (7) verbunden ist, so dass ein Durchlass zwischen Balg und strömungsführenden Element (9, 23) gesperrt ist.
  9. Entkopplungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsführende Element (9, 23) ausgangsseitig stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, und/oder formschlüssig durch Aufweitungen und/oder Schellen mit einem Flansch (18) des Balges (7) verbunden ist.
  10. Entkopplungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsführende Element (9, 23) ausgangsseitig über ein Rohrstück stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen und/oder formschlüssig durch Aufweitungen und/oder Schellen mit dem Flansch (18) des Balges (7) verbunden ist.
  11. Entkopplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzungseinrichtung (14) eingangsseitig mittig vor dem strömungsführenden Element (9, 23) angeordnet ist.
  12. Entkopplungselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzungseinrichtung (14) durch Streben eingangsseitig innerhalb des strömungsführenden Elements (9, 23) befestigt ist.
  13. Entkopplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzungseinrichtung (14) seitlich an einem verlängerten Abgasrohr (22) vor dem Entkopplungselement angeordnet ist, wobei die Einspritzungseinrichtung (14) in einem Winkel zwischen 45° und 90° am Abgasrohr (22) ausgebildet ist.
  14. Entkopplungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (1) formschlüssig durch Aufweitungen und/oder Schellen mit wenigstens einem starren Abgasrohr (3, 4) verbunden ist.
  15. Entkopplungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (1) mit dem wenigstens einen Abgasrohr (3, 4) stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, verbunden ist.
  16. Entkopplungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Agraffschlauch (9) als strömungsführendes Element und der äußere Agraffschlauch (8) spiralförmig gewickelt sind oder mehrere Ringsegmente aufweisen.
  17. Verfahren zum Führen von Abgas einer Verbrennungsmaschine durch einen gewellten Metallbalg, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abgasstrom strömendes Abgas durch ein mit endlichem radialen Abstand innerhalb des Balges angeordneten strömungsführenden Elements in einem Kernstrom und einem Mantelstrom aufgeteilt strömt.
  18. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass harnstoffangereichertes Abgas in einem Kernstrom innerhalb des strömungsführenden Elements strömt.
  19. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff mittels einer Einspritzungseinrichtung in den Kernstrom eingespritzt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass Harnstoff mittels der Einspritzungseinrichtung kegelförmig in den Kernstrom eingespritzt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass Harnstoff mittels der Einspritzungseinrichtung in einem Winkel zwischen 45°–90° zur Mittelachse seitlich in den Kernstrom eingespritzt wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zwischenraum zwischen strömungsführendem Element und Balg und/oder äußerem Agraffschlauch harnstofffreies Abgas in einem Mantelstrom frei strömt, wobei eine Wandung des inneren Agraffschlauchs durchdringender Harnstoff weggespült wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ausgangsseitig gesperrten Durchlass ein Überdruck im Mantelstrom erzeugt wird, wodurch ein Vordringen des Harnstoffes zum Balg verhindert wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ausgangsseitig gesperrten Durchlass ein Abgas im Mantelstrom über die Wandung des strömungsführenden Elements zum Kernstrom hin abströmt.
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