DE102012221342A1

DE102012221342A1 - Strömungsleitvorrichtung

Info

Publication number: DE102012221342A1
Application number: DE201210221342
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Michael Müller
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2014-05-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsleitvorrichtung zur Erzeugung eines drallbeaufschlagten Gasstroms, insbesondere Abgasstroms, die einen Gehäuseabschnitt und eine Leiteinrichtung mit einem ersten Flächenabschnitt zur Erzeugung eines ersten Teilstroms und mit einen zweiten Flächenabschnitt zur Erzeugung eines zweiten Teilstroms umfasst. Die beiden erzeugten Teilströme weisen einen gegensinnigen Drall auf. Die Flächenabschnitte sind in Strömungsrichtung des Gasstroms nebeneinander angeordnet und stehen entlang einer Verbindungslinie miteinander in Verbindung. Die Flächenabschnitte sind jeweils in Strömungsrichtung des Gasstroms gekrümmt. Außerdem sind sie ausgehend von der Verbindungslinie jeweils in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms in die gleiche Richtung gekrümmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsleitvorrichtung zur Erzeugung eines drallbeaufschlagten Gasstroms, insbesondere Abgasstroms.
Strömungsleitvorrichtungen der vorstehend genannten Art gelangen beispielsweise dann zum Einsatz, wenn es gilt, einen flüssigen Zusatzstoff in geeigneter Form zuverlässig in einem Gasstrom zu verteilen. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn der Zusatzstoff mit Komponenten des Gasstroms chemisch reagieren soll. In der Abgastechnik stellt sich das Problem einer homogenen Verteilung eines flüssigen Zusatzstoffes in dem Abgasstrom beispielsweise in Zusammenhang mit dem SCR-Verfahren, bei dem eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs eingebracht wird, zum Beispiel mittels einer Dosierpumpe oder eines Injektors. Durch Thermolyse und Hydrolyse entsteht aus der Harnstofflösung Ammoniak und CO₂. Der so erzeugte Ammoniak kann in einem geeigneten Katalysator mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden reagieren, die so effizient aus dem Abgas entfernt werden.
Eine gute Vermischung des Zusatzstoffes in dem Abgas wird beispielsweise durch eine Verwirbelung des Gasstroms erreicht. Diese erfolgt in der Regel dadurch, dass dem Abgasstrom eine Drallkomponente aufgeprägt wird. D. h. das Abgas strömt nach einer solchen Verwirbelung bzw. Drallbeaufschlagung nicht mehr im Wesentlichen linear durch den Abgasstrang, sondern zumindest ein Teil des Abgasstroms weist eine rotatorische Bewegungskomponente um die Hauptströmungsrichtung des Abgases auf.
Unter anderem die Ausgestaltung des Abgasstrangs und die Positionierung und Einspritzcharakteristik der vorgesehenen Vorrichtung zum Einbringen des Zusatzstoffes sind zu berücksichtigen, wenn es darum geht, die jeweils geeignete Strömungscharakteristik zur homogenen Verteilung des Zusatzstoffes zu bestimmen. In vielen Fällen kann es ausreichend sein, dem Abgasstrom lediglich eine Drallkomponente aufzuprägen. In manchen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Abgasstrom in zumindest zwei Teilströme aufgeteilt wird und den beiden Teilströmen jeweils eine eigene Drallkomponente aufgeprägt wird.
Zur Erzeugung der jeweils gewünschten Strömungscharakteristik des Abgasstroms werden entsprechend gestaltete Strömungsleitvorrichtungen verwendet. Diese erzeugen jedoch nicht nur das gewünschte Strömungsmuster, sondern sie verursachen auch einen Gegendruck in dem Abgasstrang, der sich nachteilig auf die Effizienz des Verbrennungsmotors auswirkt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strömungsleitvorrichtung zu schaffen, die einerseits dem Gasstrom das gewünschte Strömungsmuster aufzuprägen vermag und die andererseits nur einen geringen Gegendruck erzeugt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Strömungsleitvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung weist einen Gehäuseabschnitt und eine darin angeordnete Leiteinrichtung auf. Die Leiteinrichtung umfasst einen ersten Flächenabschnitt zur Erzeugung eines ersten Teilstroms und einen zweiten Flächenabschnitt zur Erzeugung eines zweiten Teilstroms. Die beiden Teilströme weisen einen gegensinnigen Drall auf. Die Flächenabschnitte sind in Strömungsrichtung des die Leieinrichtung anströmenden Gases nebeneinander angeordnet und stehen entlang einer Verbindungslinie miteinander in Verbindung. Sie sind jeweils in Strömungsrichtung des Gasstroms gekrümmt. Außerdem sind die Flächenabschnitte ausgehend von der Verbindungslinie jeweils in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms in die gleiche Richtung gekrümmt.
Mit anderen Worten ist in dem Gehäuseabschnitt eine strömungsformende Leiteinrichtung vorgesehen. Die Erzeugung der beiden gegensinnig drallbeaufschlagten Teilströme erfolgt durch eine entsprechende Ausgestaltung und Formgebung des ersten und des zweiten Flächenabschnitts. Die Flächenabschnitte stehen in direktem Kontakt miteinander und sind sowohl in Strömungsrichtung als auch in einer Richtung senkrecht dazu gekrümmt, um den jeweils gewünschten Drall zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Flächenabschnitte jeweils zwei Teilabschnitte auf, die in Strömungsrichtung des Gasstroms in unterschiedliche Richtungen gekrümmt sind.
Die Flächenabschnitte können bezüglich einer Mittelebene der Leiteinrichtung symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Verbindungslinie in Strömungsrichtung des Gasstroms – insbesondere ausgehend von einer Mittelachse des Gehäuseabschnitts – nur in eine Richtung gekrümmt ist und/oder in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms krümmungsfrei ist, um den mit der Strömungsleitvorrichtung verbundenen Gegendruck möglichst gering zu halten.
Die stromabwärtigen Enden der Flächenabschnitte bilden gemeinsam einen Abströmbereich, der in einer Blickrichtung entgegen der Strömungsrichtung des Gasstroms eine linienförmige Kontur aufweist, die einen, insbesondere genau einen Scheitelpunkt aufweist. Beispielsweise ist die Kontur kuppel- oder glockenförmig ausgebildet. Die Kontur des Abströmbereichs kann zwei, insbesondere genau zwei Wendepunkte aufweisen. Bevorzugt ist die Kontur des Abströmbereichs bezüglich des Scheitelpunkts und/oder der vorstehend genannten Mittelebene symmetrisch. Sie kann eine wellenförmige Gestalt haben und beispielsweise an eine Sinus- oder Kosinusform erinnern. In einem Extremfall kann die Kontur das Abströmbereichs auch durch eine Kombination von im Wesentlichen rechtwinklig zueinander stehenden Segmenten gebildet sein, insbesondere wobei die Übergangsbereiche zwischen den Segmenten verrundet ausgebildet sind.
Eine hinreichend effiziente Strömungsformung bei gleichzeitig geringem Gegendruck wird erreicht, wenn ein Abstand zwischen dem Scheitelpunkt und gehäuseabschnittseitigen Endpunkten der Kontur des Abströmbereichs in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms zwischen 30 % und 80 %, insbesondere zwischen 40 % und 70 % des Durchmessers des Gehäuseabschnitts beträgt.
Wenn die Flächenabschnitte im Abströmbereich einen Winkel gegenüber der Strömungsrichtung des die Leiteinrichtung anströmenden Gasstroms aufweisen, der zwischen 45° und 70° beträgt, können einerseits unnötigen Gegendruck erzeugende Strömungsabrisse in diesem Bereich größtenteils verhindert werden, während andererseits eine ausreichend starke Drallerzeugung möglich ist.
Gemäß einer Ausführungsform gehen die stromaufwärtigen Enden der Flächenabschnitte in einen gemeinsamen Anströmbereich über, der in einer Blickrichtung in Strömungsrichtung des die Leiteinrichtung anströmenden Gasstroms eine quer zur Strömungsrichtung verlaufende linienförmige Kontur aufweist. Die Kontur ist beispielsweise eine Gerade.
Insbesondere ist der Anströmbereich gegenüber der Strömungsrichtung des anströmenden Gasstroms nicht geneigt und/oder im Wesentlichen planar. Es kann vorgesehen sein, dass die Kontur des Anströmbereichs – d.h. dessen Querschnitt in einer Blickrichtung in Strömungsrichtung des Gasstroms – den Gehäuseabschnitt zumindest im Wesentlichen vollständig durchquert. Insbesondere schneidet die Kontur des Anströmbereichs eine Mittelachse des Gehäuseabschnitts.
Die Leiteinrichtung kann entlang zumindest einer Verschneidungslinie zumindest abschnittsweise mit dem Gehäuseabschnitt verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet sein. Die Verschneidungslinie zwischen der Leiteinrichtung und dem Gehäuseabschnitt ist insbesondere zumindest abschnittsweise gekrümmt. Im Bereich des Anströmbereichs und/oder des Abströmbereichs kann sie dahingegen abschnittsweise eine Gerade sein.
Eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Strömungsleitvorrichtung ergibt sich, wenn die Leiteinrichtung einstückig und/oder im Wesentlichen unterbrechungsfrei ausgebildet ist. Sie kann beispielsweise ein Blechbauteil sein. Der Gehäuseabschnitt ist beispielsweise ein Rohr, das insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Einsprühen eines Zusatzstoffes in einen Gasstrom, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, mit einer Strömungsleitvorrichtung gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und mit einer in Strömungsrichtung hinter der Strömungsleitvorrichtung liegenden Einsprüheinrichtung zum Einsprühen des Zusatzstoffes. Die Strömungsleitvorrichtung dient dabei zur Beeinflussung des Strömungsmusters des Gasstroms, sodass dieses im Bereich der Einsprüheinrichtung bereits eine das gleichmäßige Verteilen des Zusatzstoffes unterstützende Ausgestaltung aufweist.
Die Leiteinrichtung der Strömungsleitvorrichtung kann derart ausgerichtet sein, dass die Verbindungslinie und die Einsprüheinrichtung in Bezug auf die Strömungsrichtung des Gasstroms in einer gleichen Winkellage ausgerichtet sind. Beispielsweise sind der Scheitelpunkt der Kontur des Abströmbereichs und die Einsprüheinrichtung in Bezug auf die Strömungsrichtung des Gasstroms in einer gleichen Winkellage ausgerichtet, sodass das die Leiteinrichtung anströmende Gas durch die Ausgestaltung der Leiteinrichtung im Bereich um die Verbindungslinie zu der Einsprüheinrichtung hingelenkt wird, während randliche Bereiche der Leiteinrichtung den Gasstrom in eine entgegengesetzte Richtung lenken. Dadurch ergibt sich eine die Verteilung des Zusatzstoffes fördernde Ausbildung zweier nebeneinander liegender, gegensinnig "verdrillter" Teilströme, in die der Zusatzstoff eingebracht wird.
Insbesondere ist die Einsprüheinrichtung derart angeordnet, dass der Zusatzstoff in einen Grenzbereich zwischen den beiden Teilströmen eingebracht wird, sodass dieser von beiden Teilströmen aufgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Einsprühen eines Zusatzstoffes in einen Gasstrom, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, die eine Strömungsleitvorrichtung zur Erzeugung eines ersten Teilstroms mit einer ersten Drallkomponente und eines zweiten Teilstroms mit einer zweiten Drallkomponente aufweist. Die Strömungsleitvorrichtung kann die Merkmale zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Außerdem umfasst die Anordnung eine in Strömungsrichtung hinter der Strömungsleitvorrichtung liegende Einsprüheinrichtung zum Einsprühen des Zusatzstoffes und zwei in Strömungsrichtung hinter der Einsprüheinrichtung liegende, jeweils von einem der Teilströme beaufschlagte Mischereinrichtungen. Mit anderen Worten umfasst die Anordnung ein Element – nämlich die Strömungsleitvorrichtung –, die den Gasstrom in Strömungsrichtung vor der Einsprühvorrichtung "vorbereitet", um eine zuverlässige Vermischung des Zusatzstoffes mit dem Gasstrom zu ermöglichen. Die beiden solchen Teilströme nehmen den eingebrachten Zusatzstoff auf. Insbesondere wird der eingebrachte Zusatzstoff jeweils zur Hälfte von den beiden Teilströmen aufgenommen. Die beiden Teilströme strömen anschließend jeweils eine Mischereinrichtung an, wo nochmals eine Verwirbelung des jeweiligen Teilstroms erfolgt, um den Zusatzstoff in dem jeweiligen Teilstrom möglichst homogen zu verteilen. Außerdem dienen die Mischereinrichtungen dazu, eventuell noch vorhandene Tröpfchen des Zusatzstoffes zu verdampfen.
Um die Teilströme zu kanalisieren, kann die Anordnung stromabwärts der Einsprüheinrichtung einen Rohrabschnitt mit einer in Längsrichtung des Rohrabschnitts verlaufenden Einschnürung aufweisen, die zwei Teilrohre zur Aufnahme jeweils eines der beiden Teilströme und einer der beiden Mischereinrichtungen bildet. Die Einschnürung verläuft insbesondere parallel zu einer Mittelachse der Anordnung. Es kann vorgesehen sein, dass die Teilrohre im Bereich der Einschnürung zumindest abschnittsweise in Fluidverbindung miteinander stehen. D. h. es ist nicht zwingend erforderlich, dass die beiden Teilströme vollständig voneinander getrennt sind. In bestimmten Anwendungsfällen mag eine solche Trennung jedoch von Vorteil sein.
Der Rohrabschnitt weist insbesondere im Querschnitt die Form der Zahl acht auf.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen angeben. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung,
2–5 verschiedene Ansichten einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung und
6 und 7 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung.
1 zeigt eine Einspritzanordnung zum Einbringen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom. Die Anordnung 10 ist an ihrem stromaufwärtigen sowie an ihrem stromabwärtigen Ende mit weiteren Komponenten einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs verbunden, die jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Das von einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs ausgestoßene Abgas strömt von links in die Anordnung 10 ein, wo es zunächst auf eine als Vordrallelement 12 ausgebildete Leiteinrichtung trifft, dessen Funktion und Ausgestaltung nachfolgend noch eingehender beschrieben wird. Stromabwärts des Vordrallelements 12 ist ein Injektor zum Einspritzen des Reduktionsmittels in den Abgasstrom vorgesehen. Zwar ist der Injektor selbst nicht dargestellt, allerdings ist ein einem Rohrabschnitt 16 ausgebildeter Stutzen 14 zu sehen, an dem der Injektor befestigt wird.
Das Vordrallelement 12 erzeugt aufgrund seiner Formgebung zwei Teilströme, die einen gegensinnigen Drall aufweisen. Abgas, das das Vordrallelement 12 in einem Bereich um die Mittelachse M anströmt, wird zu dem Stutzen 14 hin gelenkt, während Abgas, das das Vordrallelement 12 weiter außen, d.h. näher an einem das Vordrallelement 12 umgebenden Rohrabschnitt 24, anströmt, wird davon weggelenkt. Im Ergebnis führt dies zu zwei gegensinnigen, helixförmigen Strömungsmustern, durch die von dem Injektor eingebrachtes Reduktionsmittel mitgerissen und auf die beiden Teilströme im Wesentlichen gleichmäßig verteilt wird.
Die beiden Teilströme treten in Strömungsrichtung hinter dem Injektor in einen Bereich des Rohrabschnitts 16 ein, der eine Einschnürung 18 aufweist, die durch zwei sich parallel zur Mittelachse M erstreckende Vertiefungen gebildet ist. Durch die Einschnürung 18 weist der Rohrabschnitt 16 im Querschnitt die Form einer liegenden "8" auf. D.h. der Rohrabschnitt 16 umfasst zwei Teilrohre 20a, 20b, die zwar nicht vollständig voneinander getrennt sind, die aber jeweils einen der beiden durch das Vordrallelement 12 erzeugten Teilströme aufnehmen. Die beiden Teilströme werden somit getrennt voneinander jeweils einer Mischereinrichtung 22a, 22b zugeführt, wo eine erneute bzw. zusätzliche Verwirbelung des jeweiligen Teilstroms stattfindet, um die Verteilung des eingebrachten Reduktionsmittels zu verbessern. Die Mischereinrichtungen 22a, 22b können so ausgestaltet sein, dass der durch das Vordrallelement 12 erzeugte Drall verstärkt, abgeschwächt oder umgedreht wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Mischereinrichtungen 22a, 22b mehrstufig sind. Derartige mehrstufige Mschereinrichtungen weisen beispielsweise in Stromrichtung hintereinander angeordnete Abschnitte mit unterschiedlich geneigten und/oder gegensinnige Drallkomponenten erzeugenden Mischerschaufeln auf.
Hinter den Mischereinrichtungen 22a, 22b werden die beiden Teilströme wieder zusammengeführt.
2 zeigt das Vordrallelement 12 in vergrößerter Form. Das Vordrallelement 12 ist an dem Rohrabschnitt 24 befestigt, zum Beispiel kann es mit diesem verschweißt oder verlötet sein. Der Kontakt zwischen dem Vordrallelement 12 und dem Rohrabschnitt 24 definiert zwei Verschneidungslinien V.
Das Vordrallelement 12 weist einen ersten und einen zweiten Flächenabschnitt 26a, 26b auf, die einstückig und unterbrechungsfrei ausgebildet sind und entlang einer Verbindungslinie 28 miteinander in Verbindung stehen. Das Vordrallelement 12 kann beispielsweise aus einem einzigen Blechteil durch Umformen erzeugt werden.
Wie vorstehend bereits erläutert wurde, strömt das Abgas das Vordrallelement 12 von links an, was durch den Pfeil S symbolisiert wird. Die beiden Flächenabschnitte 26a, 26b gehen an ihren stromaufwärtigen Enden in einen Anströmbereich 30 über, der im Wesentlichen planar ausgebildet ist und der relativ zu der Mittelachse M nicht geneigt ist. Eine Kontur K' des Anströmbereichs 30 in Strömungsrichtung S des Gasstroms gesehen ist somit eine Linie, die die Mittelachse M enthält und die den Rohrabschnitt 24 vollständig durchquert. Der Anströmbereich 30 weist daher nur einen sehr geringen Strömungswiderstand auf.
In Bereichen um die Mittelachse M auf das Vordrallelement 12 treffendes Abgas wird aufgrund dessen nach oben gerichteter Wölbung zu dem Injektor hin abgelenkt. Diese Wölbung spiegelt sich in einer Krümmung der Verbindungslinie 28 wieder, wenn man das Vordrallelement 12 in einer Seitenansicht – d.h. in Blickrichtung x – betrachtet. In einer Blickrichtung y ist die Verbindungslinie 28 krümmungsfrei.
Ausgehend von der Verbindungslinie 28 sind die beiden Flächenabschnitt 26a, 26b – im Gegensatz zu dem vorgelagerten Anströmbereich 30 – gekrümmt, wodurch die zu dem Stutzen 14 hin aufgewölbte Form des Vordrallelements 12 entsteht. Die Krümmungen der Flächenabschnitte 26a, 26b bilden zudem zu beiden Seiten der Wölbung "Flügel", die von dem Stutzen 14 weg gekrümmt sind und die eine Krümmung und/oder Neigung relativ zu den Blickrichtungen x, y aufweisen. Mit anderen Worten sind die Flächenbereiche 26a, 26b stromabwärts des Anströmbereichs 30 im Bereich benachbart zur Verbindungslinie 28 in Strömungsrichtung S des Gasstroms zunehmend nach oben gekrümmt und weisen zusätzlich eine Krümmungskomponente auf, die den Gasstrom nach außen drängen. Unterhalb des Anströmbereichs 30 anströmendes Gas – d.h. Gas, dass die dem Stutzen 14 abgewandte Hälfte des Rohrabschnitts 24 durchströmt – wird durch die außen liegenden, flügelartigen Bereiche der Flächenabschnitte 26a, 26b nach unten und in Richtung der Mittelachse M gedrängt. Oberhalb des Anströmbereichs 30 geschieht Gegenteiliges. Der Gasstrom wird nach oben gedrängt und kann seitlich ausweichen.
Im Ergebnis entstehen zwei nebeneinander liegende Teilströme mit gegensinnigem Drall. Der in Strömungsrichtung S gesehen linke Teilstrom weist einen Drall gegen den Uhrzeigersinn auf, während der in Strömungsrichtung S gesehen rechte Teilstrom einen Drall im Uhrzeigersinn aufweist.
Das im Bereich des Stutzen 14 eingebrachte Reduktionsmittel wird durch die von der Wölbung im zentralen Bereich des Vordrallelements 12 erzeugte Strömung auf den Injektor zu in die beiden Teilströme eingespeist und durch den ebenfalls erzeugten Drall verteilt.
3 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des Vordrallelements 12. Es ist zu erkennen, dass der Rohrabschnitt 24 in den Rohrabschnitt 16 eingesteckt ist. Außerdem ist die Verbindungslinie 28 gut zu erkennen, die einen maximalen Abstand von der Mittelachse M am stromabwärtigen Ende des Vordrallelements 12 aufweist.
4 zeigt einen Schnitt durch die Einspritzanordnung 10 in einem Bereich des mit der Einschnürung 18 versehenen Rohrabschnitts 16 in einer Blickrichtung entgegen der Strömungsrichtung S des Gasstroms. Dadurch ist eine stromabwärtige Kontur K des Vordrallelements 12 zu erkennen. Die Kontur K weist im Wesentlichen die Form einer Glocke auf, wodurch sich ein zu dem Stutzen 14 hin aufgewölbter Bereich ergibt, der zu beiden Seiten von nach unten gebogene Flügel flankiert wird, die den Gasstrom zu dem zu einer Ebene E hin drängen, die senkrecht zu der Kontur K' des Anströmbereichs steht und die die Mittelachse M enthält. In der Ebene E liegt auch ein Scheitelpunkt SP des aufgewölbten Bereichs des Vordrallelements 12. Zwischen dem Scheitelpunkt SP und den Kontaktpunkten KP des Vordrallelements 12 mit dem Rohrabschnitt 24 weist die Kontur K jeweils genau einen Wendepunkt W auf, in dem sich die Krümmungsrichtung der Kontur K umkehrt.
Der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt SP und den Punkten KP der Kontur K an denen sie mit dem Rohrabschnitt 24 in Kontakt steht, entspricht einer Höhe H, die etwa 60 % des Durchmessers des Rohrabschnitts 24 beträgt. Falls eine stärkere Drallerzeugung im Vordergrund steht, kann die Höhe H auch größer sein. Bei einer kleineren Erstreckung des Vordrallelements 12 in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung S wird – bei gleicher Formgebung des Vordrallelements 12 – ein geringerer Gegendruck erzeugt.
4 zeigt außerdem, dass der durch das Vordrallelement 12 verblockte Querschnitt des Rohrabschnitts 24 in der Hälfte oberhalb der Kontur K' im Wesentlich gleich groß ist, wie der verblockte Querschnitt des Rohrabschnitts 24 in der Hälfte unterhalb der Kontur K'. Gleiches gilt bei einer Betrachtung des jeweils verblockten Querschnitts zu beiden Seiten der Ebene E.
5 zeigt eine Seitenansicht des Vordrallelements 12 in Blickrichtung x, wodurch die ebene Ausgestaltung des Anströmbereichs 30 deutlich zu sehen ist. Der Anströmbereich 30 definiert eine zweite Ebene E', die senkrecht zu der Ebene E angeordnet ist und die ebenfalls die Mittelachse M enthält. Außerdem ist eine der Verschneidungslinien V zu erkennen, die durch den Kontakt des Vordrallelements 12 mit dem Rohrabschnitt 24 definiert sind. Außerdem ist die Krümmung der Verbindungslinie 28 gut zu erkennen.
Bei der Ausgestaltung des Vordrallelements 12 ist zu beachten, dass dieses an dessen stromabwärtigem Ende keine zu großen Anstellwinkel relativ zu der Strömungsrichtung S des Abgases aufweist. Als geeignet haben sich Winkel zwischen 45° und 70° erwiesen. Bei kleineren Winkeln ist die Drallbildung für viele Anwendungen zu gering. Sind größere Anstellwinkel als 70° vorgesehen, so kann es zu Strömungsabrissen am stromabwärtigen Ende des Vordrallelements 12 kommen.
Bei der Formgebung des Vordrallelements 12 ist ferner zu beachten, dass Kanten oder Stufen zwischen den Flächenabschnitten 26a, 26b oder im Bereich der Flächenabschnitte 26a, 26b selbst vermieden werden, um Strömungsabrisse zu verhindern. Dies bedeutet aber nicht, dass nur eine "sanfte" Kontur K des stromabwärtigen Endes des Vordrallelements 12 vorgesehen sein muss. 6 zeigt eine alternative Geometrie, die grundsätzlich ebenfalls möglich ist. Die Kontur K umfasst bei dieser Ausführungsform mehrere Segmente S₁, S_2,S₃, S₄, S₅, die im Wesentlichen Geraden sind. Benachbarte Segmente S₁, S_2,S₃, S₄, S₅ stehen in etwa senkrecht zueinander. Übergangsbereiche zwischen benachbarten Segmenten S₁, S_2,S₃, S₄, S₅ sind verrundet ausgeführt. Zwar ist die Höhe H des in 6 gezeigten Vordrallelements 12 in etwa gleich groß wie die des Vordrallelements 12 der 1 bis 4. Es versteht sich jedoch, dass die Formgebung des Vordrallelements 12 beliebig an die jeweils vorliegende Situation angepasst werden kann.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Vordrallelements 12. Dieses weist eine geringere Höhe H auf als die beiden vorstehend diskutierten Ausführungsformen des Vordrallelements 12. Außerdem ist es so geformt, dass sich eine "sanftere" Kontur K ergibt. Außerdem ist die Kontur K nicht symmetrisch bezüglich der Ebene E, um die von dem Vordrallelement 12 erzeugten Strömungsverhältnisse für die jeweils vorliegenden Anforderungen zu optimieren.
Bezugszeichenliste

10: Einspritzanordnung
12: Vordrallelement
14: Stutzen
16: Rohrabschnitt
18: Einschnürung
20a, 20b: Teilrohr
22a, 22b: Mischereinrichtung
24: Rohrabschnitt
26a, 26b: Flächenabschnitt
28: Verbindungslinie
30: Anströmbereich
M: Mittelachse
S: Strömungsrichtung
K, K': Kontur
KP: Kontaktpunkt
E, E': Ebene
SP: Scheitelpunkt
H: Höhe
V: Verschneidungslinie
W: Wendepunkt
S₁, S₂, S₃, S₄, S₅: Segment
x, y: Blickrichtung

Claims

Strömungsleitvorrichtung zur Erzeugung eines drallbeaufschlagten Gasstroms, insbesondere Abgasstroms, die einen Gehäuseabschnitt (24) und eine Leiteinrichtung (12) mit einem ersten Flächenabschnitt (26a) zur Erzeugung eines ersten Teilstroms und mit einem zweiten Flächenabschnitt (26b) zur Erzeugung eines zweiten Teilstroms umfasst, wobei die beiden Teilströme einen gegensinnigen Drall aufweisen und wobei die Flächenabschnitte (26a, 26b) in Strömungsrichtung (S) des Gasstroms nebeneinander angeordnet sind und entlang einer Verbindungslinie (28) miteinander in Verbindung stehen, jeweils in Strömungsrichtung (S) des Gasstroms gekrümmt sind und ausgehend von der Verbindungslinie (28) jeweils in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung (S) des Gasstroms in die gleiche Richtung gekrümmt sind.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenabschnitte (26a, 26b) jeweils zwei Teilabschnitte aufweisen, die in Strömungsrichtung (S) des Gasstroms in unterschiedliche Richtungen gekrümmt sind.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenabschnitte (26a, 26b) bezüglich einer Mittelebene (M) der Leiteinrichtung (12) symmetrisch ausgebildet sind.
Strömungsleitvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslinie (28) in Strömungsrichtung (S) des Gasstroms nur in eine Richtung gekrümmt ist.
Strömungsleitvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslinie (28) in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung (S) des Gasstroms krümmungsfrei ist.
Strömungsleitvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stromabwärtigen Enden der Flächenabschnitte (26a, 26b) gemeinsam einen Abströmbereich bilden, der in einer Blickrichtung entgegen der Strömungsrichtung (S) des Gasstroms eine linienförmige Kontur (K) aufweist, die einen, insbesondere genau einen Scheitelpunkt (SP) aufweist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (K) des Abströmbereichs zwei, insbesondere genau zwei Wendepunkte (W) aufweist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (K) des Abströmbereichs bezüglich des Scheitelpunkts (SP) symmetrisch ist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (H) zwischen dem Scheitelpunkt (S) und gehäuseabschnittseitigen Endpunkten (KP) der Kontur (K) des Abströmbereichs in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung (S) des Gasstroms zwischen 30% und 80%, insbesondere zwischen 40% und 70% des Durchmessers des Gehäuseabschnitts (24) beträgt.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (K) des Abströmbereichs wellenförmig ist, insbesondere abschnittsweise sinus- oder kosinusförmig ist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (K) des Abströmbereichs durch eine Kombination im Wesentlichen rechtwinklig zueinander stehender Segmente (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅) gebildet ist, insbesondere wobei die Übergangsbereiche zwischen den Segmenten (S₁, S_2,S₃, S₄, S₅) der Kontur verrundet sind.
Strömungsleitvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenabschnitte (26a, 26b) im Abströmbereich einen Winkel gegenüber der Strömungsrichtung (S) des die Leiteinrichtung anströmenden Gasstroms aufweisen, der zwischen 45° und 70° beträgt.
Strömungsleitvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stromaufwärtigen Enden der Flächenabschnitte (26a, 26b) in einem gemeinsamen Anströmbereich (30) übergehen, der in einer Blickrichtung in Strömungsrichtung (S) des die Leiteinrichtung (12) anströmenden Gasstroms eine quer zur Strömungsrichtung (S) verlaufende linienförmige Kontur (K') aufweist, die insbesondere eine Gerade ist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anströmbereich (30) gegenüber der Strömungsrichtung (S) des Gasstroms nicht geneigt ist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Anströmbereich (30) im Wesentlichen planar ist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (K') des Anströmbereichs (30) den Gehäuseabschnitt (24) zumindest im Wesentlichen vollständig durchquert.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (K') des Anströmbereichs (30) eine Mittelachse (M) des Gehäuseabschnitts (24) schneidet.
Strömungsleitvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (12) entlang zumindest einer Verschneidungslinie (V) zumindest abschnittsweise mit dem Gehäuseabschnitt (24) verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet ist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschneidungslinie (L) zwischen der Leiteinrichtung (12) und dem Gehäuseabschnitt (24) zumindest abschnittsweise gekrümmt ist.
Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschneidungslinie (V) im Bereich des Anströmbereichs (30) und/oder des Abströmbereichs zumindest abschnittsweise eine Gerade ist.
Strömungsleitvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (12) einstückig und/oder unterbrechungsfrei ausgebildet ist.
Strömungsleitvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (12) ein Blechbauteil ist.
Strömungsleitvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (24) ein Rohr ist, das insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Anordnung zum Einsprühen eines Zusatzstoffes in einen Gasstrom, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, mit einer Strömungsleitvorrichtung gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche und mit einer in Strömungsrichtung (S) hinter der Strömungsleitvorrichtung liegenden Einsprüheinrichtung zum Einsprühen des Zusatzstoffes.
Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (12) der Strömungsleitvorrichtung derart ausgerichtet ist, dass die Verbindungslinie (28) und die Einsprüheinrichtung in Bezug auf die Strömungsrichtung (S) des Gasstroms in einer gleichen Winkellage ausgerichtet sind.
Anordnung zum Einsprühen eines Zusatzstoffes in einen Gasstrom, insbesondere eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, die eine Strömungsleitvorrichtung – insbesondere gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 23 – zur Erzeugung eines ersten Teilstroms mit einer ersten Drallkomponente und eines zweiten Teilstroms mit einer ersten Drallkomponente, eine in Strömungsrichtung (S) hinter der Strömungsleitvorrichtung liegende Einsprüheinrichtung zum Einsprühen des Zusatzstoffes und zwei in Strömungsrichtung (S) hinter der Einsprüheinrichtung liegende, jeweils von einem der Teilströme beaufschlagte Mischereinrichtungen (26a, 26b) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung stromabwärts der Einsprüheinrichtung einen Rohrabschnitt mit einer in Längsrichtung des Rohrabschnitts verlaufenden Einschnürung (18) aufweist, die zwei Teilrohre (20a, 20b) zur Aufnahme jeweils eines der beiden Teilströme und einer der Mischereinrichtungen (22a bzw. 22b) bildet.
Anordnung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung (18) parallel zu einer Mittelachse (M) der Anordnung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilrohre (20a, 20b) im Bereich der Einschnürung (16) zumindest abschnittsweise in Fluidverbindung miteinander stehen.
Anordnung nach Anspruch 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt im Querschnitt die Form der Zahl 8 aufweist.