DE102011076467A1 - Apparatus used for metering e.g. fuel into exhaust gas stream of internal combustion engine mounted in vehicle, has recessed grooves that are connected with inner wall of lance casing channels incorporated in swirl channels - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die strenger werdende Abgasgesetzgebung macht bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen, eine Nachbehandlung des Abgases erforderlich, um den Anteil an Stickoxiden im Abgas zu reduzieren. Ein etabliertes Verfahren für die Minderung von Stickoxiden in Abgasen stellt die selektive katalytische Reduktion (SCR) dar. Beim SCR-Verfahren werden die Stickoxide mittels eines Betriebsstoffes und/oder Hilfsstoffes, der dem Abgasstrom zugeführt wird, zu Stickstoff und Wasser reduziert. Als Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff kommt dabei häufig eine unter dem Markennamen AdBlue erhältliche eutektische Harnstoff-Wasser-Lösung zum Einsatz. Der Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff wird in einem Vorratsbehälter bevorratet und über ein Versorgungssystem zu einem Dosiermodul gefördert und in den Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. The increasingly stringent exhaust gas legislation makes after-treatment of the exhaust gas necessary in internal combustion engines, in particular in self-igniting internal combustion engines, in order to reduce the proportion of nitrogen oxides in the exhaust gas. An established method for reducing nitrogen oxides in exhaust gases is Selective Catalytic Reduction (SCR). In the SCR process, the nitrogen oxides are reduced to nitrogen and water by means of a fuel and / or auxiliary supplied to the exhaust gas stream. As a fuel and / or excipient often comes under the brand name AdBlue available eutectic urea-water solution used. The fuel and / or excipient is stored in a reservoir and conveyed via a supply system to a dosing and injected into the exhaust stream of the internal combustion engine.
Eine Vorrichtung zum Fördern, Dosieren und Einspritzen eines Betriebsstoffes und/oder Hilfsstoffes ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung
An das Zerstäuben des Betriebsstoffes und/oder Hilfsstoffes werden hohe Anforderungen gestellt. Um Ablagerungen in der Abgasanlage zu vermeiden, muss beispielsweise die wässrige Harnstofflösung in kleine Tröpfchen mit einem gemittelten Durchmesser (SMD = Sauter Mean Diameter) von möglichst < 30 µm zerstäubt werden. Dabei darf kein bimodales Aerosol mit vielen sehr kleinen und einigen großen Tropfen entstehen. Die Erzeugung kleiner Tropfen kann durch eine hohe Austrittsgeschwindigkeit des Betriebsstoffes und/oder Hilfsstoffes aus einem Spritzloch erreicht werden, dabei muss die Entstehung großer Tropfen vermieden werden. Dazu sind jedoch große Mengen Druckluft erforderlich, da andernfalls die Gefahr bestünde, dass aufgrund des Zusammentreffens einer größeren Menge Betriebsstoff und/oder Hilfsstoffs mit einer zu kleinen Menge Druckluft große Tropfen entstehen. At the atomization of the fuel and / or auxiliary high demands are made. In order to avoid deposits in the exhaust system, for example, the aqueous urea solution must be atomized into small droplets with an average diameter (SMD = Sauter Mean Diameter) of preferably <30 μm. There must be no bimodal aerosol with many very small and a few large drops. The generation of small drops can be achieved by a high exit velocity of the fuel and / or excipient from a spray hole, while the formation of large drops must be avoided. For this purpose, however, large amounts of compressed air are required, otherwise there would be a risk that due to the coincidence of a larger amount of fuel and / or excipient with a small amount of compressed air large drops.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Eindosieren eines Betriebsstoffes und/oder Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, in einen Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Sprührohr, wobei das Sprührohr am abgasseitigen Ende einen Zylinder mit seitlich eingelassenen Nuten aufweist, die zusammen mit der Innenwand des Sprührohrs Mantelkanäle bilden. Die Mantelkanäle gehen in Drallkanäle über, welche in eine Drallkammer mit mindestens einem Spritzloch münden.The inventive device for dosing a fuel and / or auxiliary, in particular a reducing agent in an exhaust stream of an internal combustion engine comprises a spray pipe, wherein the spray pipe at the exhaust side end has a cylinder with laterally recessed grooves, which form together with the inner wall of the spray tube sheath ducts. The jacket channels pass into swirl channels, which open into a swirl chamber with at least one spray hole.
Für das Sprührohr wird bevorzugt ein Rohr mit rundem Querschnitt verwendet und der Zylinder ist bevorzugt als Kreiszylinder ausgeführt, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Sprührohrs entspricht. In einer Ausführungsform sind die Drallkanäle und/oder die Drallkammer in die abgasseitige Stirnseite des Zylinders eingearbeitet.For the spray tube, a tube with a round cross-section is preferably used and the cylinder is preferably designed as a circular cylinder whose outer diameter corresponds to the inner diameter of the spray tube. In one embodiment, the swirl channels and / or the swirl chamber are incorporated in the exhaust side end face of the cylinder.
Die Nuten im Zylinder sind vorzugsweise spiralförmig ausgebildet, wobei jeweils zwei der spiralförmigen Nuten einen gegensinnigen Drehsinn aufweisen. Die Steigung der spiralförmigen Nuten ist dabei so gewählt, dass sich die von den Nuten und der Innenwand des Sprührohrs gebildeten Mantelkanäle mindestens ein Mal überkreuzen.The grooves in the cylinder are preferably formed spirally, wherein each two of the spiral grooves have an opposite direction of rotation. The pitch of the spiral grooves is chosen so that the sheath channels formed by the grooves and the inner wall of the spray tube cross at least once.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Nuten auf der Mantelfläche des Zylinders so angeordnet, dass diese von der oberen Stirnfläche zur unteren Stirnfläche wellenförmig verlaufen, wobei sich zwei benachbarte Nuten mindestens ein Mal überkreuzen. Die Wellenform kann dabei beispielsweise rund sein, so dass die Nuten schlangenförmig über die Mantelfläche verlaufen. Bei einer eckigen Wellenform ergibt sich ein gezackter Verlauf der Nuten über die Mantelfläche.In a further embodiment of the invention, the grooves on the lateral surface of the cylinder are arranged so that they extend from the upper end face to the lower end face wavy, wherein two adjacent grooves cross at least once. The waveform may be, for example, round, so that the grooves run serpentine on the lateral surface. In the case of an angular waveform, a jagged course of the grooves results over the lateral surface.
Der Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff wird, bevor er in das Sprührohr geleitet wird, mit einem Fördermittel, insbesondere Druckluft oder Abgas der Verbrennungskraftmaschine, gemischt. Der gemischte Fluidstrom gelangt in die Mantelkanäle. Kleine Druckunterschiede in dem Fluidstrom in den Mantelkanälen werden an den Kreuzungsstellen zwischen den Mantelkanälen ausgeglichen. Nach dem Durchlaufen der Mantelkanäle ist das Fluid homogenisiert. Anschließend tritt das Fluid in die Drallkanäle ein.The fuel and / or excipient, before it is passed into the spray tube, mixed with a conveyor, in particular compressed air or exhaust gas of the internal combustion engine. The mixed fluid stream enters the jacket channels. Small pressure differences in the fluid flow in the sheath channels are balanced at the intersections between the sheath channels. After passing through the jacket channels, the fluid is homogenized. Subsequently, the fluid enters the swirl channels.
Die Mantelkanäle gehen bevorzugt exzentrisch in die Drallkanäle über. In einer weiteren Ausführungsform ist der Übergang zentrisch und/oder trichterförmig ausgestaltet. The jacket channels are preferably eccentric in the swirl channels. In a further embodiment, the transition is configured centrically and / or funnel-shaped.
Von den Drallkanälen fließt das Fluid weiter in die Drallkammer. Die Drallkammer ist bevorzugt zylindrisch mit runder Grundfläche ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform wird die Drallkammer als Kegelstumpf ausgeführt, wobei ebenfalls Ausführungsformen mit runden Deckflächen bevorzugt sind.From the swirl channels, the fluid continues to flow into the swirl chamber. The swirl chamber is preferably cylindrical with a round base. In a further embodiment, the swirl chamber is designed as a truncated cone, wherein embodiments with round top surfaces are also preferred.
Die Übergänge von den Mantelkanälen in die Drallkanäle sowie die Übergänge von den Drallkanälen in die Drallkammer sind dabei jeweils bevorzugt exzentrisch ausgeführt, so dass das Fluid unter einem hohen Drall versetzt wird. In einer weiteren Ausführungsform sind die Übergänge zwischen den Drallkanälen und der Drallkammer trichterförmig ausgeführt.The transitions from the sheath channels into the swirl channels as well as the transitions from the swirl channels into the swirl chamber are each preferably eccentric, so that the fluid is mixed with a high degree of swirl. In a further embodiment, the transitions between the swirl channels and the swirl chamber are funnel-shaped.
Damit der Drall erhalten bleibt, befindet sich das Spritzloch unmittelbar unter der Drallkammer. Das Spritzloch ist bevorzugt zentrisch unter der Drallkammer angeordnet. Das Fluid tritt gleichmäßig mit einem hohen Drall aus dem Spritzloch aus und wird gleichmäßig fein zerstäubt. Die vorgenommene Homogenisierung des Fluids stellt sicher, dass immer ausreichende Mengen Druckluft zur Zerstäubung des Betriebsstoffes und/oder Hilfsstoffs zur Verfügung stehen und keine großen Tropfen auftreten können.In order to preserve the twist, the injection hole is located directly under the swirl chamber. The injection hole is preferably arranged centrally under the swirl chamber. The fluid exits evenly with a high swirl from the spray hole and is uniformly finely atomized. The homogenization of the fluid made sure that always sufficient amounts of compressed air for atomizing the fuel and / or excipient are available and no large drops can occur.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Aufrechterhaltung des Dralls im Spritzloch der Durchmesser der Drallkammer auf das Doppelte des Durchmessers des Spritzlochs limitiert.In a preferred embodiment of the device according to the invention the diameter of the swirl chamber is limited to twice the diameter of the injection hole to maintain the twist in the spray hole.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Längen- zu Durchmesserverhältnis des Spritzlochs kleiner als 1 gewählt um den Drall aufrechtzuerhalten. In a further preferred embodiment, the length to diameter ratio of the injection hole is chosen to be less than 1 in order to maintain the twist.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Eindosieren eines Betriebsstoffes und/oder Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, in einen Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine wird der Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff zuverlässig und gleichmäßig zerstäubt, ohne dass dabei größere Tropfen auftreten. Dies wird durch die sich überkreuzenden Mantelkanäle des Sprührohrs erreicht. Druckschwankungen, die am Spritzloch zu einem ungünstigen Verhältnis von Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff zum Fördermedium und damit zur Entstehung großer Tropfen führen, werden an den Kreuzungsstellen der Mantelkanäle ausgeglichen. Ferner wird durch die Anordnung der Drallkanäle und Drallkammer das Fluid unter einen hohen Drall versetzt, wodurch sich die Größe der am Spritzloch entstehenden Tropfen reduziert. Beide Maßnahmen zusammen erlauben es der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Menge des eingesetzten Fördermediums zu reduzieren, ohne dass ein bimodales Aerosol mit kleinen und großen Tropfen entsteht. Mögliche Ablagerungen aus dem Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff in der Abgasanlage aufgrund zu großer Tropfen werden so wirkungsvoll verhindert und gleichzeitig Fördermedium eingespart.The inventive device for dosing a fuel and / or auxiliary, in particular a reducing agent, in an exhaust stream of an internal combustion engine, the fuel and / or excipient is reliably and uniformly atomized, without causing larger drops occur. This is achieved by the crossing jacket channels of the spray tube. Pressure fluctuations that lead to an unfavorable ratio of fuel and / or excipient to the fluid and thus the formation of large drops at the injection hole are compensated at the intersections of the sheath channels. Furthermore, the arrangement of the swirl channels and swirl chamber causes the fluid to become highly swirled, which reduces the size of the droplets produced at the spray hole. Together, both measures allow the device according to the invention to reduce the amount of fluid used without creating a bimodal aerosol with small and large drops. Possible deposits from the fuel and / or excipient in the exhaust system due to large drops are effectively prevented while saving medium.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Der Betriebsstoff und/oder der Hilfsstoff
Dem Dosiermodul
In das Sprührohr
In das Sprührohr
In der Schnittdarstellung in
In dem in
In
Der in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- 2011-05-25 DE DE102011076467A patent/DE102011076467A1/en not_active Withdrawn
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