DE102010045156A1

DE102010045156A1 - Abgasstrang mit einer von Abgas durchströmbaren Mischeinrichtung

Info

Publication number: DE102010045156A1
Application number: DE102010045156A
Authority: DE
Inventors: Ortwin Dipl.-Ing. Balthes; Thomas Dipl.-Ing. Beckmann; Berthold Dipl.-Chem. Dr. Keppeler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-09-11
Filing date: 2010-09-11
Publication date: 2011-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasstrang (10) mit einer von Abgas durchströmbaren Mischeinrichtung (14) zum Vermischen eines in den Abgasstrang (10) eingebrachten Reduktionsmittels mit Abgas, wobei in Abhängigkeit von einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases das Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas beeinflussbar ist, und wobei die Größe eines die Mischeinrichtung (14) umgehenden Teilstrom (28) des Abgases in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit veränderbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgasstrang mit einer von Abgas durchströmbaren Mischeinrichtung, welche ein auf einer in Abhängigkeit von einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bewegbaren Achse angeordnetes Strömungsleitelement aufweist, sowie ein zweites, relativ zu dem ersten Strömungsleitelement ortsfestes Strömungsleitelement.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasstrang mit einer von Abgas durchströmbaren Mischeinrichtung zum Vermischen eines in den Abgasstrang eingebrachten Reduktionsmittels mit Abgas.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die im Abgas eines Kraftfahrzeugs enthaltenen Stickoxide in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion mit Ammoniak umzusetzen und so den Gehalt an Stickoxiden im Abgas zu verringern. Dies geschieht in der Regel in einem SCR-Katalysator (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion), stromaufwärts dessen das Reduktionsmittel Ammoniak oder eine das Reduktionsmittel freisetzende Verbindung zudosiert wird. Als Verbindung, aus welcher der Ammoniak freisetzbar ist, kommt hierbei beispielsweise Harnstoff in Betracht, welcher in Form einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgasstrang eingebracht werden kann.
Damit eine besonders weitgehende Umsetzung der Stickoxide mit dem Ammoniak erreichbar ist, ist in einem aus dem Stand der Technik bekannten Abgasstrang eine Mischeinrichtung vorgesehen, welche eine gute Verteilung des Reduktionsmittels in dem Abgas sicherstellen soll.
Beispielsweise beschreibt die DE 10 2007 047 774 A1 eine Mischeinrichtung, bei welcher auf einer Abtriebswelle eines Elektromotors zwei senkrecht von der Welle abstehende Mischflügel angeordnet sind. Bei einer niedrigen Motordrehzahl sind die Mischflügel so im Abgasstrang angeordnet, dass sie einen besonders niedrigen Strömungswiderstand aufweisen. Wenn die Drehzahl des Elektromotors erhöht wird, bewirkt die auf die Mischflügel einwirkende Fliehkraft, dass sich diese aufstellen. So ist durch Ändern der Drehzahl des Elektromotors eine unterschiedlich intensive Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas erreichbar.
Des Weiteren beschreibt die EP 1 022 048 B1 ein in einem Abgasstrang angeordnetes Leitblech, welches einer Dosiereinrichtung zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung in das Abgas nachgeschaltet ist. Das Leitblech ist um eine Achse drehbar in dem Abgasstrang angeordnet und mittels einer Feder gegen einen Anschlag gedrückt. Der Abgasstrom wirkt der Kraft der Feder entgegen und bewegt das Leitblech von dem Anschlag weg. Bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch den Abgasstrang führt das Leitblech so zu einer intensiveren Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas als bei einem geringen Abgasdurchsatz. Das Leitblech kann alternativ nicht durch den Abgasstrom selber, sondern durch einen Elektromotor oder einem pneumatischen Steller bewegt werden und so den Drall beeinflussen, den das Leitblech dem Abgasstrom aufprägt.
Als nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Vermischen eines Reduktionsmittels mit Abgas ist der Umstand anzusehen, dass diese nicht immer zu der gewünschten gleichmäßigen Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Abgasstrang der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher ein verbessertes Vermischen des in den Abgasstrang eingebrachten Reduktionsmittels mit dem Abgas ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgasstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch einen Abgasstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, einen Abgasstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und einen Abgasstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben. Hierbei gelten alle Ausführungsformen eines jeweiligen Aspekts der Erfindung auch als bevorzugte Ausführungsformen eines jeweiligen weiteren Aspekts der Erfindung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Abgasstrang eine von Abgas durchströmbare Mischeinrichtung zum Vermischen eines in den Abgasstrang eingebrachten Reduktionsmittels mit Abgas, wobei in Abhängigkeit von einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases das Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas beeinflussbar ist. Hierbei ist die Größe eines die Mischeinrichtung umgehenden Teilstroms des Abgases in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit veränderbar. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases die Mischeinrichtung den Gegendruck des Abgasstrangs erheblich beeinflusst. Bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ist es daher günstig, einen größeren Teilstrom um die Mischeinrichtung herumzuleiten. Es kann so das Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas und damit einhergehend die Aufbereitung des Gemisches aus Reduktionsmittel und Abgas in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases angepasst werden.
Je nach Last eines Verbrennungsmotors und damit einhergehend je nach Abgasstrom durch den Abgasstrang kann so eine besonders gute Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas erreicht werden. Die auf diese Weise erreichbare verbesserte Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas führt zu einer besonders guten Gleichverteilung des Reduktionsmittels, so dass an einem der Mischeinrichtung nachgeschalteten Katalysator eine besonders weitgehende Umsetzung des Reduktionsmittels mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden ermöglicht ist.
Insbesondere, wenn die Mischeinrichtung das diese durchströmende Abgas mit einem Drall beaufschlagt, während sich in dem Teilstrom des Abgases eine vorwiegend laminare Strömung einstellt, kann durch Variieren der Größe des Teilstroms auch ein Verhältnis der Drallströmung und der laminaren Strömung lastabhängig eingestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist durch Bewegen der Mischeinrichtung ein durchströmbarer Querschnitt einer die Mischeinrichtung umgehenden Umgehungsleitung in einem Mischbereich des Abgasstrangs veränderbar. So kann besonders einfach durch Bewegen der Mischeinrichtung die Umgehungsleitung unterschiedlich weit freigegeben und so die Mischwirkung beeinflusst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit der Mischeinrichtung gekoppeltes Federelement oder Bimetallelement vorgesehen, welches zum Halten der Mischeinrichtung – oder eines der Mischeinrichtung zugeordneten Teils – in einer durch den Abgasstrom veränderbaren Ausgangsstellung ausgelegt ist. Hier führt dann der Druck des strömenden Abgases zu der Bewegung der Mischeinrichtung oder des der Mischeinrichtung zugeordneten Teils gegen die Kraft des Federelements oder des Bimetallelements. Es braucht dann keine aktive Ansteuerung zum Bewegen der Mischeinrichtung und/oder des Teils vorgesehen zu werden.
Ergänzend oder alternativ kann jedoch zum Bewegen der Mischeinrichtung und/oder eines Teils der Mischeinrichtung ein elektromotorischer Antrieb und/oder eine mittels eines Unterdrucks verstellbare Verstelleinrichtung vorgesehen sein. Dann kann nämlich die Mischwirkung besonders weitgehend beeinflusst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Abgasstrang eine Nebenleitung und eine Hauptleitung, wobei eine Durchströmbarkeit der Nebenleitung und/oder der Hauptleitung mittels einer Absperreinrichtung veränderbar ist. Hierbei kann dann eine ortsfeste Mischeinrichtung zum Einsatz kommen, welche nicht selber beweglich ist, und welche auch keine bewegbaren Teile aufzuweisen braucht. Es kann nämlich mittels der Absperreinrichtung eingestellt werden, wie groß der Teilstrom des Abgases durch die Nebenleitung oder die Hauptleitung sein soll. Die Hauptleitung weist einen größeren durchströmbaren Querschnitt als die Nebenleitung auf.
An einer Stelle, an welcher die Nebenleitung wieder in die Hauptleitung einmündet, kann der Teilstrom senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Abgases durch die Hauptleitung wieder in diese eingebracht werden. Auch eine schräg in die Hauptleitung einmündende Nebenleitung ist vorstellbar, ebenso wie ein tangentiales Zuführen des Teilstroms in den Hauptstrom. Bei diesem tangentiales Zuführen wird also der Abgasteilstrom randlich in die Hauptleitung eingebracht. Es kann auch ein zumindest im Wesentlichen paralleles Einbringen des Teilstroms in den Hauptstrom vorgesehen sein. Auf diese Weise lässt sich einerseits die Mischwirkung den jeweiligen Erfordernissen anpassen, und es kann eine den zur Verfügung stehenden Bauraum besonders günstig nutzende Anordnung der Nebenleitung an der Hauptleitung realisiert werden.
Die Mischeinrichtung kann in der Nebenleitung und/oder in der Hauptleitung des Abgasstrangs angeordnet sein. Wenn die Mischeinrichtung in der Nebenleitung angeordnet ist, kann durch besonders weitgehendes Freigeben der Hauptleitung mittels der Absperreinrichtung ein besonders großer Hauptstrom durch die Hauptleitung eingestellt werden, wobei dann der Abgasstrang einen besonders geringen Druckverlust mit sich bringt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Abgasstrang eine Mischkammer auf, wobei die Durchströmbarkeit wenigstens einer in einer Wand der Mischkammer angeordneten Öffnung veränderbar ist. Der durch die freigegebene Öffnung hindurchtretende Teilstrom kann dann lastabhängig eingestellt werden, um die Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit zu realisieren.
Hierbei kann die Mischkammer zum Beaufschlagen des Abgasstroms mit einem Drall ausgelegt sein. Ergänzend oder alternativ kann die Mischkammer dazu ausgelegt sein, eine Strömungsrichtung des Abgases zumindest einmal, insbesondere zumindest zweimal umzukehren und hierbei wieder aus der Mischkammer herauszuleiten. Bei einer solchen Mischkammer kann durch Vergrößern oder Verkleinern der wenigstens einen in einer Wand der Mischkammer angeordneten Öffnung eingestellt werden, wie groß der Teilstrom sein soll, welcher die Mischeinrichtung nicht vollständig durchströmt, sondern außen an dieser vorbeigeleitet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Abgasstrang eine von Abgas durchströmbare Mischeinrichtung zum Vermischen eines in den Abgasstrang eingebrachten Reduktionsmittels mit Abgas, wobei die Mischeinrichtung eine Mischkammer mit einem von Abgas durchströmbaren ersten Rohr umfasst, welches innerhalb eines zweiten, stirnseitig geschlossenen Rohrs der Mischkammer angeordnet ist, wobei eine Wand wenigstens eines der beiden Rohre zumindest eine radial durchströmbare Durchtrittsöffnung aufweist. Durch eine solche Mischeinrichtung ist ein verbessertes Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas erreichbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist bei einem Abgasstrom der eingangs genannten Art die Mischeinrichtung wenigstens ein auf einer Achse angeordnetes Strömungsleitelement auf, wobei die Achse in Abhängigkeit von einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases drehbar ist. Hierbei ist die Achse an zwei in einer Wand des Abgasstrangs ausgebildeten Lagerstellen gelagert. Dies führt zu einer besonders funktionssicheren und einfach einstellbaren Mischeinrichtung, welche ein verbessertes Vermischen des in den Abgasstrang eingebrachten Reduktionsmittels mit dem Abgas ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasstrang mit einer von Abgas durchströmbaren Mischeinrichtung zum Vermischen eines in den Abgasstrang eingebrachten Reduktionsmittels mit Abgas, bei welchem die Mischeinrichtung wenigstens ein auf einer Achse angeordnetes Strömungsleitelement aufweist. Die Achse ist in Abhängigkeit von einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases drehbar, und die Mischeinrichtung weist wenigstens ein zweites, relativ zu dem ersten Strömungsleitelement ortsfestes Strömungsleitelement auf. So kann durch die Relativlage der auf der drehbaren Achse angeordneten Strömungsleitelemente zu den ortsfesten Strömungsleitelementen die Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas beeinflusst werden, um ein verbessertes Vermischen desselben mit dem Abgas zu erreichen.
Hierbei können die zweiten, ortsfesten Strömungsleitelement auf einer weiteren, drehfesten Achse angeordnet sein. Ergänzend oder alternativ können sie an einer Wand der Mischeinrichtung angeordnet sein.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
1 ein Schnitt durch einen Abgasstrang mit einem translatorisch verschiebbaren Mischer zum Vermischen eines Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom, wobei durch Verschieben des Mischers ein den Mischer umgehender Teilstrom des Abgases veränderbar ist;
2 einen Abgasstrang mit einer im Inneren des Abgasstrangs angeordneten Feder, gegen welche beim translatorischen Bewegen des Mischers Kraft aufgebracht werden muss;
3 eine Anordnung der Feder gemäß 2 an einer Außenseite des Abgasstrangs;
4 einen Abgasstrang mit einer Hauptleitung und einer Nebenleitung, wobei der Mischer in der Hauptleitung angeordnet ist;
5 den Abgasstrang gemäß 4 jedoch mit einer Anordnung des Mischers in der Nebenleitung;
6 eine weitere Ausführungsform eines Abgasstrangs mit einer Mischkammer, welche zum zweimaligen Umkehren einer Strömungsrichtung des Abgases ausgebildet ist;
7 eine weitere Ausführungsform eines Abgasstrangs mit einer Mischkammer gemäß 6, wobei in der Wand eines äußeren Rohrs der Mischkammer Durchtrittsöffnungen angeordnet sind;
8 eine weitere Ausführungsform eines Abgasstrangs, bei welcher die Mischkammer zum Beaufschlagen des, Abgasstroms mit einem Drall ausgebildet ist;
9 einen Abgasstrang mit einem Mischer auf einer drehbaren Achse, welche an zwei in der Wand des Abgasstrangs ausgebildeten Lagerstellen gelagert ist;
10 einen Abgasstrang im Querschnitt, mit einem Mischer, welcher zwei auf jeweiligen Achsen befestigte Mischerschaufeln für das Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom aufweist;
11 den Abgasstrang gemäß 10 in einem Längsschnitt; und
12 einen Mischer mit an einer drehbaren Achse angeordneten Mischerschaufeln und an der Wand des Mischers angeordneten, ortsfesten Mischerschaufeln.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Abgasstrang 10, welcher einen Stutzen 12 für eine (in 1 nicht gezeigte) Dosiereinrichtung aufweist. Über die Dosiereinrichtung kann eine wässrige Harnstofflösung als Beispiel für ein Ammoniak als Reduktionsmittel freisitzendes Medium zudosiert werden. Der Ammoniak reagiert in einem (nicht gezeigten) SCR-Katalysator in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion mit den Stickoxiden im Abgas zu Stickstoff und Wasser und führt so zu einer Verringerung des Stickoxidgehalts im Abgas. Die nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläuterte Erfindung ist jedoch auch zur Vermischung anderer, dem Abgas zugegebener Zuschlagstoffe in flüssiger oder gasförmiger Form, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe geeignet. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird nachfolgend vereinfachend von Reduktionsmittel gesprochen.
Ein Mischer 14 sorgt für ein Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas. Der Mischer 14 kann hierfür als Drallelement ausgebildet sein, welches (etwa wie ein drehfestes Turbinenrad) das den Mischer durchströmende Abgas mit einem Drall beaufschlagt. Entsprechend ist vorliegend stromaufwärts des Mischers 14 die Strömung des noch nicht verwirbelten Abgases durch den Abgasstrang 10 durch Strömungspfeile 16 veranschaulicht, die Drallströmung stromabwärts des Mischers 14 hingegen durch Strömungspfeile 18.
Der Mischer 14 ist in einem Mischbereich 20 des Abgasstrangs 20 translatorisch verschiebbar angeordnet. Eine entsprechende Bewegung beim translatorischen Verschieben des Mischers 14 in Strömungsrichtung des Abgases ist in 1 durch einen Bewegungspfeil 22 veranschaulicht. In der in 1 gezeigten Ausgangsstellung des Mischers 14 ist dieser maximal zurückgezogen. In dieser Ausgangsstellung erschwert der Mischer 14 das Durchströmtwerden einer Umgehungsleitung 24, welche im Mischbereich 20 des Abgasstrangs außenumfangsseitig um ein Führungsgehäuse 26 für den Mischer 14 herumgeführt ist. Zwischen dem Führungsgehäuse 26, welches als Führung für den Mischer 14 dient, und einer Wand des Abgasstrangs 10 ist im Mischbereich 20 somit ein Ringspalt ausgebildet, durch welchen die Umgehungsleitung 24 gebildet ist.
Ein durch die Umgehungsleitung 24 strömender Teilstrom 28 des Abgases ist in 1 durch einen Strömungspfeil veranschaulicht. Stromabwärts des Führungsgehäuses 26 vereinigt sich dieser weitgehend laminare Teilstrom 28 wieder mit der den Mischer 14 verlassenden Drallströmung (vgl. Strömungspfeile 18). Es kann also die Größe des Teilstroms 28 eingestellt werden, indem der Mischer 14 mehr oder weniger weit innerhalb des Führungsgehäuses 26 translatorisch nach vorne verschoben wird.
Zum Verschieben des Mischers 14 ist eine Schubstange 30 vorgesehen, welche insbesondere mittels einer Schraube 32 an dem Mischer 14 befestigt sein kann. Die Schubstange 30 ist über einen Hebelarm 34 mit einer Drehachse 36 verbunden, welche vorliegend mittig im Abgasstrang 10 angeordnet ist. In der Ausgangsstellung des Mischers 14 schließt der Hebelarm 34 mit einer Querschnittsebene E des Abgasstrangs 10 einen Winkel α ein. Wenn der Mischer 14 maximal weit in Strömungsrichtung des Abgases verschoben ist, kommt der Hebelarm 34 auf einer Linie L zu liegen, welche die maximale Drehung des Hebelarms 34 um die Drehachse 36 veranschaulicht. In dieser Endlage des Hebelarms 34 gibt der Mischer 14 die Umgehungsleitung 24 vollständig frei, so dass ein besonders großer Teilstrom 28 des Abgases über die Umgehungsleitung 24 ungehindert das Führungsgehäuse 26 umströmen und somit an dem Mischer 14 vorbeigeleitet werden kann.
Insbesondere bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch den Abgasstrang 10 kann durch Verbringen des Mischers 14 in die Endstellung, in welcher die Umgehungsleitung 24 maximal freigegeben ist, ein besonders geringer Druckverlust im Mischbereich 20 des Abgasstrangs 10 erreicht werden. Der Hebelarm 34 kann mittels einer Feder oder eines Bitmetallelements vorgespannt sein, um den Mischer 14 in der in 1 gezeigten Ausgangsstellung zu halten.
2 zeigt eine Feder 38, gegen deren Kraft die Schubstange 30 und mit dieser der Mischer 14 in die durch den Bewegungspfeil 22 angegebene Richtung bewegt werden muss, um ein Vergrößern des durch die Umgehungsleitung 24 strömenden Teilstroms des Abgases zu erreichen. Hierbei ist die Feder 38 im Inneren des Abgasstrangs 10 angeordnet, und die Schubstange 30 ist im Wesentlichen koaxial zu einer Mittelachse des Abgasstrangs 10 ausgerichtet. In alternativen Ausführungsformen können die Feder 38 und/oder die Schubstange 30 auch an einer anderen Stelle im Abgasstrang 10 angeordnet sein.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform tritt die Schubstange 30 durch eine Wand 40 des Abgasstrangs 10 hindurch, und die Feder 38 ist außerhalb des Abgasstroms, nämlich diesseits der Durchtrittsstelle durch die Wand 40 angeordnet. Anstelle der Feder 38 kann auch ein Bimetallelement vorgesehen sein, um den Mischer 14 in seiner Ausgangsstellung zu halten. Die Feder 38 kann in der Ausgangsstellung des Mischers 14 bereits vorgespannt sein, so dass eine Bewegung des Mischers 14 erst beim Überschreiten dieser Vorspannkraft ermöglicht ist.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform des Abgasstrangs 10 umfasst dieser eine Hauptleitung 42 und eine Nebenleitung 44, welche einen geringeren durchströmbaren Querschnitt als die Hauptleitung 44 aufweist. Hier ist der Mischer 14 stromabwärts einer Dosiereinrichtung 46 zum Einbringen des Reduktionsmittels 48 in der Hauptleitung 42 angeordnet. Die Größe des durch die Nebenleitung 44 strömenden Teilstroms 28 kann mittels einer Abgasklappe 50 oder dergleichen Absperreinrichtung zum Verändern der Durchströmbarkeit der Nebenleitung 44 eingestellt werden. Die Abgasklappe 50 ist in der Nebenleitung 44 angeordnet. In dieser Ausführungsform ist der Mischer 14 ortsfest und es ist keine Schubstange zum translatorischen Verschieben des Mischers 14 vorgesehen. Es kann jedoch in alternativen Ausführungsformen die Durchströmbarkeit die Nebenleitung 44 auch durch Verschieben des Mischers 14 bewirkt werden, wobei die Abgasklappe 50 alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein kann.
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform des Abgasstrangs 10 sind der Mischer 14 und die Mischeinrichtung 46 in der Nebenleitung 44 angeordnet, und die Abgasklappe 50 in der Hauptleitung 42. In den in 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen kann die Zufuhr des Abgases an einer Einmündung 52 der Nebenleitung 44 in die Hauptleitung 42 senkrecht, tangential oder parallel zur Hauptleitung 42 erfolgen.
Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform des Abgasstrangs 10 weist dieser eine Mischkammer 54 auf, welche zum zweimaligen Umlenken der Abgasströmung ausgebildet ist. Ein erstes, inneres Rohr 56 der Mischkammer 54 ist beidseitig offen. Dieses Rohr 56 ragt in ein zweites Rohr 58 der Mischkammer 54 hinein. In einer Stirnwand 60 des zweiten Rohrs 58 ist eine Abgasklappe 62 angeordnet. Bei in eine Schließstellung verbrachter Abgasklappe 62 ist eine Durchtrittsöffnung in der Stirnwand 60 des zweiten Rohrs 58 verschlossen, so dass das aus dem ersten Rohr 56 der Mischkammer 54 austretende Abgas ein erstes Mal umgelenkt wird, wie dies durch einen Strömungspfeil 64 veranschaulicht ist.
Eine zweite Umlenkung erfolgt gemäß einem in 6 gezeigten Strömungspfeil 66, wenn das Abgas an einer der Stirnwand 60 gegenüberliegenden Seite wieder aus dem zweiten Rohr 58 austritt. Der dann außen an der Mischkammer 54 vorbeiströmende Teilstrom ist maximal groß, wenn die Abgasklappe 62 in ihre Schließstellung verbracht ist. Bei geöffneter Abgasklappe 62 kann gegen das Abgas die Mischkammer 54 axial vollständig durchströmen, ohne zweifach umgelenkt zu werden. Je nach Stellung der Abgasklappe 62 kann also vorgegeben werden wie groß der Teilstrom ist, welcher außen an der Mischkammer 54 entlangströmt, also diese umgeht. Die Abgasklappe 62 beaufschlagt das Abgas beim Hindurchtreten durch die Stirnwand 60 mit einem Drall. So kann durch Verändern der Stellung der Abgasklappe 62 die Größe des mit einem Drall beaufschlagten Teilstroms des Abgases und des die Mischkammer 54 umgehenden Teilstroms eingestellt werden.
Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform des Abgasstrangs 10 ist ebenfalls die Mischkammer 54 mit dem inneren Rohr 56 und dem äußeren Rohr 58 vorgesehen. Hierbei ist jedoch die Stirnwand 60 des äußeren Rohrs 58 vollständig geschlossen, so dass Abgas, welches in das innere Rohr 56 eintritt beim Austritt aus diesem Rohr 56 umgelenkt wird. Das äußere Rohr 58 weist jedoch an seinem der Stirnwand 60 entgegengesetzten Ende außenumfangseitig eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen 66 auf, über welche das Abgas radial aus der Mischkammer 54 austreten kann. Die Durchtrittsöffnungen 66 können ständig geöffnet sein, so dass der radial durch diese Durchtrittsöffnungen 66 hindurchtretende Teilstrom des Abgases lediglich von dem Massenstrom abhängt, welcher den Abgasstrang 10 durchströmt.
In alternativen Ausführungsformen können die Durchtrittsöffnungen 66 jedoch verschließbar sein. Hier kann dann durch ein Verändern des durchströmbaren Querschnitts der Durchtrittsöffnungen 66 eingestellt werden, wie groß der radiale Strom des Abgases ist. Insbesondere kann ein kontinuierliches Verändern des durchströmbaren Querschnitt der Durchtrittsöffnungen 66 vorgesehen sein, etwa indem eine ebenfalls Durchtrittsöffnungen aufweisende Hülse, welche das äußere Rohr 58 umgibt, verdreht wird.
Die in 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen können auch kombiniert werden, so dass zusätzlich oder alternativ zu einem Verändern des durchströmbaren Querschnitts der Durchtrittsöffnungen 66 eine mittels der Abgasklappe 62 verschließbare oder freigebbare Durchtrittsöffnung in der Stirnwand 60 vorgesehen sein kann.
Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform des Abgasstrangs 10 weist eine Mischkammer 68 einen Einlass 70 und einen Auslass 72 auf. Die Mischkammer 68 nimmt hierbei den gesamten durchströmbaren Querschnitt des Abgasstrangs 10 ein. Beim Durchströmen der Mischkammer 68 wird das Abgas mit einem Drall beaufschlagt, so dass sich eine Strömung in Umfangsrichtung des Abgasstrangs 10 einstellt. Zusätzlich zu dem Auslass 72 ist in einer Rückwand 74 der Mischkammer 68 eine Durchtrittsöffnung vorgesehen, welche mittels einer Abgasklappe 76 verschließbar ist. Bei in die Schließstellung verbrachter Abgasklappe 76 verlässt das gesamte in den Einlass 70 eintretende Abgas die Mischkammer 68 über den Auslass 72.
Ist hingegen die Abgasklappe 76 in eine Offenstellung verbracht, in welcher die Durchtrittsöffnung in der Rückwand 74 freigegeben ist, kann zumindest ein Teil des Abgases die Mischkammer 68 auch über die Durchtrittsöffnung verlassen, und somit den das Abgas mit einem Drall beaufschlagenden Teil der Mischkammer 68 umgehen. Durch die Stellung der Abgasklappe 76 ist also beeinflussbar, wie groß der Anteil des Abgases ist, welchem beim Verlassen der Mischkammer 68 über den Auslass 72 ein Drall aufgeprägt wird und wie groß der Teilstrom ist, welcher an dieser, den Drall bewirkenden Mischeinrichtung vorbeiströmen kann.
Bei der in 9 gezeigten Ausführungsform des Abgasstrangs 10 ist der Mischer 14 um eine Achse drehbar, welche an zwei in einer Wand 76 des Abgasstrangs 10 ausgebildeten Lagerstellen 78 gelagert ist. Auch hier kann eine Feder oder ein Bimetallelement vorgesehen sein kann, um den Mischer 14 in einer Ausgangsstellung zu halten, wobei sich bei größerem Abgasmassenstrom durch den Abgasstrang 10 eine Änderung der Stellung des Mischers 14 ergibt. Neben einer durch den Abgasstrom bedingten Drehung des Mischers 14 um die Achse kann auch ein elektromotorisches oder mittels einer Unterdruckdose bewirktes Verdrehen der Achse und somit des Mischers 14 vorgesehen sein.
Bei der in 10 gezeigten Ausführungsform des Abgasstrangs 10 umfasst der Mischer 14 eine erste Mischerschaufel 80, welche an einer drehfesten Achse 82 festgelegt ist. Eine zweite Mischerschaufel 84 des Mischers 14 ist hingegen an einer drehbaren Achse 86 festgelegt, so dass durch Drehen der Achse 86 eine Anstellung der Mischerschaufel 84 veränderbar ist. Auch hier kann eine Feder oder ein Bimetallelement vorgesehen sein, um eine Ausgangsstellung der Mischerschaufel 84 vorzugeben. Zusätzlich oder alternativ kann ein elektrischer Antrieb oder eine mittels Unterdruck verstellbare Verstelleinrichtung, etwa eine Unterdruckdose, vorgesehen sein, um ein Drehen der Achse 86 und somit ein Verstellen der Mischerschaufel 84 zu bewirken. In alternativen Ausführungsformen können auch beide Achsen 82, 86 drehbar sein, so dass die Anstellung beider Mischerschaufeln 80, 84 veränderbar ist.
11 zeigt den Mischer 14 aus 10 in einer Längsschnittansicht durch den Abgasstrang 10. Aus dieser Ansicht geht hervor, dass die drehbare Achse 86 der zweiten Mischerschaufel 84 als Hohlwelle ausgebildet sein kann, welche die drehfeste Achse 82 der ersten Mischerschaufel 80 umgibt.
Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform eines Mischers 14 sind eine Mehrzahl von Mischerschaufeln 88 auf einer drehbaren Achse 90 angeordnet. Vorliegend sind beispielhaft vier Mischschaufeln 88 gezeigt. Vier weitere Mischerschaufeln 92 sind hingegen an einer Wand 94 des Mischers 14 ortsfest festgelegt. Durch Drehen der Achse 90 können die Mischerschaufeln 88 mit den Mischerschaufeln 92 in Anlage gebracht werden, so dass sich eine Durchströmbarkeit des Mischers 14 ändert.
Auch der Drall, welcher mit der vorliegend gebogen ausgeführten Mischerschaufeln 88, 92 dem Abgas aufprägbar ist, kann durch Drehen der Achse 90 und somit Bewegen der Mischerschaufeln 88 verändert werden.
Auch hier kann die Bewegung der Achse 90 durch einen elektromotorischen oder pneumatischen Aktor vorgesehen sein, oder es kann eine Feder oder ein Bimetallelement für das Drehen der Achse 90 sorgen. Vorliegend sind die Mischerschaufeln 88, 92 so angeordnet, dass jede zweite Mischerschaufel 92 des Mischers 14 an der Wand 94 befestigt und somit ortsfest ist, während zwischen jeweils zwei ortsfesten Mischerschaufeln 92 eine bewegbare, an der Achse 90 festgelegte Mischerschaufel 88 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

10: Abgasstrang
12: Stutzen
14: Mischer
16, 18: Strömungspfeil
20: Mischbereich
22: Bewegungspfeil
24: Umgehungsleitung
26: Führungsgehäuse
28: Teilstrom
30: Schubstange
32: Schraube
34: Hebelarm
36: Drehachse
38: Feder
40: Wand
42: Hauptleitung
44: Nebenleitung
46: Dosiereinrichtung
48: Reduktionsmittel
50: Abgasklappe
52: Einmündung
54: Mischkammer
56: Rohr
58: Rohr
60: Stirnwand
62: Abgasklappe
64, 66: Strömungspfeil
66: Durchtrittsöffnung
68: Mischkammer
70: Einlass
72: Auslass
74: Rückwand
76: Wand
78: Lagerstelle
80, 84: Mischerschaufel
82, 86: Achse
88: Mischerschaufel
90: Achse
92: Mischerschaufel
94: Wand
α: Winkel
E: Querschnittsebene
L: Linie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007047774 A1 [0004]
EP 1022048 B1 [0005]

Claims

Abgasstrang mit einer von Abgas durchströmbaren Mischeinrichtung (14) zum Vermischen eines in den Abgasstrang (10) eingebrachten Reduktionsmittels mit Abgas, wobei in Abhängigkeit von einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases das Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe eines die Mischeinrichtung (14) umgehenden Teilstroms (28) des Abgases in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit veränderbar ist.
Abgasstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Bewegen der Mischeinrichtung (14) ein durchströmbarer Querschnitt einer die Mischeinrichtung (14) umgehenden Umgehungsleitung (24) in einem Mischbereich (20) des Abgasstrangs (10) veränderbar ist.
Abgasstrang nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein, insbesondere durch eine Wand (40) des Abgasstrangs (10) hindurchtretendes, Schubelement (30) zum Bewegen der Mischeinrichtung (14).
Abgasstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein mit der Mischeinrichtung (14) gekoppeltes Federelement (38) und/oder Bimetallelement zum Halten der Mischeinrichtung (14) oder eines der Mischeinrichtung zugeordneten Teils (30) in einer durch den Abgasstrom veränderbaren Ausgangsstellung.
Abgasstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrang eine Nebenleitung (44) und eine Hauptleitung (42) umfasst, wobei eine Durchströmbarkeit der Nebenleitung (44) und/oder der Hauptleitung (42) mittels einer Absperreinrichtung (50) veränderbar ist.
Abgasstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Mischkammer (54, 68), wobei die Durchströmbarkeit wenigstens einer in einer Wand (60, 74) der Mischkammer (54, 68) angeordneten Öffnung veränderbar ist.
Abgasstrang mit einer von Abgas durchströmbaren Mischeinrichtung zum Vermischen eines in den Abgasstrang (10) eingebrachten Reduktionsmittels mit Abgas, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung eine Mischkammer (54) mit einem von Abgas durchströmbaren ersten Rohr (56) umfasst, welches innerhalb eines zweiten, stirnseitig geschlossenen Rohrs (58) der Mischkammer (54) angeordnet ist, wobei eine Wand wenigstens eines der beiden Rohre (58) zumindest eine radial durchströmbare Durchtrittsöffnung (66) aufweist.
Abgasstrang mit einer von Abgas durchströmbaren Mischeinrichtung (14) zum Vermischen eines in den Abgasstrang (10) eingebrachten Reduktionsmittels mit Abgas, wobei die Mischeinrichtung (14) wenigstens ein auf einer Achse angeordnetes Strömungsleitelement aufweist, welche in Abhängigkeit von einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse an zwei in einer Wand (76) des Abgasstrangs (10) ausgebildeten Lagerstellen (78) gelagert ist.
Abgasstrang mit einer von Abgas durchströmbaren Mischeinrichtung (14) zum Vermischen eines in den Abgasstrang (10) eingebrachten Reduktionsmittels mit Abgas, wobei die Mischeinrichtung (14) wenigstens ein auf einer Achse (86, 90) angeordnetes Strömungsleitelement (84, 88) aufweist, welche in Abhängigkeit von einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (14) wenigstens ein zweites, relativ zu dem ersten Strömungsleitelement (84, 88) ortsfestes Strömungsleitelement (80, 92) aufweist.
Abgasstrang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite, ortsfeste Strömungsleitelement (80, 92) – auf einer weiteren, drehfesten Achse (86) und/oder – an einer Wand (94) der Mischeinrichtung (14) angeordnet ist.